ДВУХСТАДИЙНОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКОГО НЕЙТРАЛИЗАТОРА
TWO-STAGE RESTORATION OF THE CATALYTIC CONVERTER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Область техники этой заявки относится к управлению топливо/воздушным соотношением двигателя после события замедления, при котором прекращается подача топлива в двигатель, и воздух прокачивается через двигатель в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Бензиновые двигатели оборудованы трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами, чтобы окислять выбросы двигателя СО и НС, и восстанавливать выбросы NOx. Датчик кислорода и средство управления с обратной связью могут быть расположены в системе выпуска до каталитического нейтрализатора (указываются ссылкой как управление по внутреннему топливному контуру), однако, эта часть системы не является предметом этого изобретения. Скорее, управление топливо/воздушным соотношением с обратной связью в ответ на узкополосный датчик кислорода отработавших газов, расположенный после каталитического нейтрализатора, обычно используется для поддержания на среднем стехиометрическом топливо/воздушном соотношении, формируя то, что известно как управление по внешнему топливному контуру. Когда отработавшие газы бедны относительно стехиометрии (например, избыточный кислород выявлен датчиком), датчик будет выдавать более низкое напряжение, и контроллер в цепи обратной связи будет обогащать заряд воздуха/топлива, подаваемый в двигатель (с помощью команды на форсунки без обратной связи или посредством команды для управления по внутреннему контуру). Если отработавшие газы богаты относительно стехиометрии, датчик выводит более высокое напряжение, и контроллер в цепи обратной связи соответствующим образом выдает более бедный заряд воздуха/топлива. Заданное значение выходного сигнала датчика устанавливается на напряжении, приблизительно соответствующем стехиометрии.
2
2
Во время переходных состояний бедного топливо/воздушного соотношения, являющихся результатом управления с обратной связью, избыточный кислород будет окислять СО и НС в потоке отработавших газов на поверхностях каталитического нейтрализатора с благородным металлом, и O также будет накапливаться в соединениях церия в каталитическом нейтрализаторе. Во время переходных состояний обогащения, НС и СО будут восстанавливать NOx в потоке отработавших газов на поверхностях каталитического нейтрализатора с благородным металлом и также восстанавливать оксид церия, который используется в качестве накопителя O. Таким образом, топливо/воздушное соотношение поддерживается по существу на стехиометрическом уровне. Выбросы СО и НС будут окисляться, а выбросы NOx восстанавливаться в соответствии с правительственными постановлениями.
Ограничение выбросов осложнено после события замедления, во время которого подача топлива прекращается в цилиндры двигателя, и воздух прокачивается через цилиндры (DFSO). Прокачиваемый воздух может насыщать накопитель кислорода каталитического нейтрализатора. После события замедления, когда цилиндры двигателя снова осуществляют сгорание воздуха и топлива, выбросы двигателя NOx могут не восстанавливаться в каталитическом нейтрализаторе, так как каталитический нейтрализатор насыщен кислородом, и может не быть накопленных НС и СО для восстановления выбросов двигателя NOx.
Чтобы принять меры в ответ на эту проблему, в предшествующих подходах, двигатель эксплуатировался без обратной связи (например, без управления с обратной связью) с обогащением относительно стехиометрии в течение предопределенного времени после события замедления, чтобы уменьшить насыщение накопителя кислорода каталитического нейтрализатора. Через предопределенное время, контроллер двигателя затем начинал бы управление с обратной связью, с датчиком кислорода отработавших газов, отслеживающим стехиометрию, как описано выше.
Авторы в материалах настоящей заявки осознали многочисленные проблемы у вышеприведенного подхода. Если эксплуатация без обратной связи с обогащением относительно стехиометрии полностью исчерпала кислород, накопленный во время предыдущего события DFSO, то, во время последующего управления с обратной связью, переходное состояние обогащения, которое формирует НС и СО, выбросы двигателя могут не окисляться на поверхности каталитического нейтрализатора, так как нет имеющегося в распоряжении накопленного кислорода. Кроме того, если недостаточное количество кислорода исчерпано во время эксплуатации без обратной связи, то, во время последующего управления с обратной связью, NOx, сформированные во время переходного состояния обеднения, могут не восстанавливаться на поверхности каталитического нейтрализатора.
Авторы в материалах настоящей заявки решили эти проблемы посредством регулирования топливо/воздушного соотношения двигателя без обратной связи с обогащением относительно стехиометрии в течение предопределенного времени после события замедления, сопровождаемого управлением с обратной связью топливо/воздушным соотношением на среднем значении около значения, богатого относительно стехиометрии, в течение предварительного выбранного времени через предопределенное время, и управлением с обратной связью топливо/воздушным соотношением, постепенно возвращающимся на среднее значение около стехиометрии через предварительно выбранное время. Постепенное возвращение топливо/воздушного соотношения на среднее значение около стехиометрии может быть основано на количестве циклов двигателя, например, от 3 до 10 циклов двигателя, или может находиться в пределах выделенного промежутка времени. Предварительно выбранное время может быть зависящим от предопределенного времени. Таким образом, накопленный кислород после события замедления не исчерпывается полностью, значит, НС и СО будут окисляться во время переходного состояния обогащения, вызванного управлением топливо/воздушным соотношением. А управление с обратной связью на значении, богатом относительно стехиометрии, будет уменьшать формирование переходных состояний обеднения и получающуюся в результате выработку NOx, которые, в противном случае, могли быть не восстановлены. Управление топливо/воздушным соотношением с обратной связью на среднем значении около значения, богатого относительно стехиометрии, может содержать постепенное изменение значения до стехиометрии в течение предварительно выбранного времени. В еще одном аспекте раскрытия, после события замедления, топливо/воздушное соотношение двигателя регулируется без обратной связи на постоянном топливо/воздушном соотношении, богатом относительно стехиометрии, в течение предопределенного времени до того, как датчик кислорода отработавших газов, расположенный ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, переключается в состояние обогащения и до того, как кислород, накопленный в каталитическом нейтрализаторе, полностью исчерпан, впоследствии, топливо/воздушное соотношение двигателя управляется с обратной связью в ответ на датчик кислорода отработавших газов средним значением около значения, богатого относительно стехиометрии, в течение предварительно выбранного времени через предопределенное время, и топливо/воздушное соотношение затем управляется с обратной связью в ответ на расположенный ниже по потоку датчик кислорода отработавших газов для поддержания среднего значения около стехиометрии через предварительно выбранное время. Во время управления с обратной связью, сопровождающего управление без обратной связи, точка переключения датчика устанавливается на значении, богатом относительно стехиометрии. Таким образом, переходные состояния обеднения, которые формировались бы при стехиометрической точке переключения, уменьшаются. NOx, которые были бы сформированы во время переходных состояний обеднения, которые смогли бы пройти через каталитический нейтрализатор, содержащий слишком много накопленного кислорода, исключаются. К тому времени, начинается управление с обратной связью около стехиометрического заданного значения датчика, каталитический нейтрализатор будет иметь надлежащий баланс накопленного кислорода, и прорыв NOx происходить не будет.
Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего Подробного описания, взятого отдельно или вместе с прилагаемыми чертежами.
Должно быть понятно, что сущность изобретения, приведенная выше, предоставлена для знакомства с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия. Кроме того, авторы в материалах настоящей заявки выявили недостатки, отмеченные в ней, и не признают их в качестве известных.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает примерный цилиндр двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим раскрытием.
Фиг. 2 показывает график напряжения двухстадийного контролирования заданного значения HEGO для DFSO.
Фиг. 3А показывает график напряжения контролирования заданного значения HEGO для DFSO касательно восстановления только первой стадии.
Фиг. 3В показывает график напряжения контролирования заданного значения HEGO для DFSO после восстановления первой и второй стадии.
Фиг. 4 показывает способ по первому варианту осуществления двухстадийного восстановления.
Фиг. 5 показывает способ по второму варианту осуществления двухстадийного восстановления.
Фиг. 6 показывает способ управления напряжением заданного значения во время двухстадийного восстановления.
Фиг. 7 показывает способ настройки впрыска топлива для достижения требуемого топливо/воздушного соотношения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Последующее описание описывает способы минимизации выбросов NOx после DFSO посредством способа восстановления каталитического нейтрализатора с восстановлением без обратной связи первой стадии и восстановлением с обратной связью второй стадии. На первой стадии, топливо-воздушное соотношение управляется посредством эксплуатации двигателя с обогащением без обратной связи в течение предопределенного времени, которое является достаточно коротким, для предотвращения переработки всего кислорода, накопленного в каталитическом нейтрализаторе во время события DFSO. На второй стадии восстановления, топливо-воздушное соотношение управляется посредством управления с обратной связью по замкнутому контуру на среднем значении, богатом относительно стехиометрии, на основании датчика HEGO, расположенного ниже по потоку от устройства каталитического нейтрализатора. Эта вторая стадия управления с обратной связью может предоставлять возможность для пониженных выбросов NOx и значительно уменьшать какой бы то ни было прорыв НС или СО через каталитический нейтрализатор. Раскрытие подробнее описано ниже со ссылкой на фигуры. Фиг. 1 показывает примерный цилиндр двигателя. Фиг. 2 показывает примерный график напряжения выходного сигнала HEGO и заданных значений для снижения токсичности выбросов NOx после DFSO. Фиг. 3А показывает примерный график напряжения традиционного одностадийного восстановления, а фиг. 3В противопоставляет подобный график, показывая напряжения во время двухстадийного восстановления. Фиг. 4 - блок-схема последовательности операций способа, детализирующая первый вариант осуществления способа по раскрытию. Фиг. 5 - блок-схема последовательности операций способа, детализирующая второй вариант осуществления способа по раскрытию. Фиг. 6 показывает способ управления заданными значениями напряжения для достижения двухстадийного восстановления. Фиг. 7 показывает, каким образом обратная связь используется для управления длительностью импульса топлива, так чтобы топливо-воздушное соотношение могло управляться обратной связью с расположенного ниже по потоку HEGO.
Фиг. 1 изображает примерный вариант осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может принимать параметры управления из системы управления, включающей в себя контроллер 12, и входные данные от водителя 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В этом примере, устройство 132 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала РР положения педали. Цилиндр 14 (в материалах настоящей заявки также «камера сгорания») двигателя 10 может включать в себя стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным в них. Поршень 138 может быть присоединен к коленчатому валу 140, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 140 через маховик, чтобы давать возможность начать эксплуатацию двигателя 10.
Цилиндр 14 может получать всасываемый воздух через ряд впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может сообщаться с другими цилиндрами двигателями 10 в дополнение к цилиндру 14. В некоторых вариантах осуществления, один или более впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, такое как турбонагнетатель или нагнетатель. Например, фиг.1 показывает двигатель 10 с турбонагнетателем, включающим в себя компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и турбиной 176 с приводом от отработавших газов, скомпонованной вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 176 с приводом от отработавших газов через вал 180, где устройство наддува сконфигурировано в качестве турбонагнетателя. Однако в других примерах, таких как где двигатель 10 снабжен нагнетателем, турбина 176 с приводом от отработавших газов, по выбору, может быть не включена в состав, где компрессор может приводиться в действие механической подводимой мощностью от электродвигателя или двигателя. Дроссель 20, включающий в себя дроссельную заслонку 164, может быть установлен вдоль впускного канала двигателя для изменения расхода и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 20 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на фиг. 1, или, в качестве альтернативы, может быть предусмотрен выше по потоку от компрессора 174.
Выпускной канал 148 может принимать отработавшие газы из других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. Датчик 128 отработавших газов показан присоединенным к выпускному каналу 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности выбросов. Второй датчик 128 отработавших газов показан ниже турбины 176 турбонагнетателя. Два датчика могут быть разными типами датчиков отработавших газов, или один может быть опущен. Датчик 128 может быть выбран из числа различных пригодных датчиков для выдачи показания топливо/воздушного соотношения в отработавших газах, например, таких как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода отработавших газов, как изображенный), узкополосный датчик кислорода или HEGO, датчик NOx, НС, или СО. Устройство 178 снижения токсичности выбросов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности выбросов или их комбинациями. Дополнительный датчик отработавших газов, который может быть датчиком HEGO, расположен ниже по потоку от устройства снижения токсичности выбросов. HEGO 129 может быть вовлечен в предоставления обратной связи по замкнутому контуру о состоянии устройства 178 снижения токсичности выбросов. Управление с обратной связью по замкнутому контуру в ответ на HEGO 129 будет работать медленнее, чем управление с обратной связью по замкнутому контуру в ответ на UEGO 128. А управление с обратной связью топливо/воздушным соотношением в течение предварительно выбранного времени управления с обратной связью вслед за событием DFSO будет полагаться на HEGO 129, чтобы правильно настраивать состояние накопления каталитического нейтрализатора.
Температура отработавших газов может измеряться одним или более датчиков температуры (не показаны), расположенных в выпускном канале 148. В качестве альтернативы, температура отработавших газов может логически выводиться на основании условий эксплуатации двигателя, таких как число оборотов, нагрузка, топливо-воздушное соотношение (AFR), запаздывание искрового зажигания, и т.д. Кроме того, температура отработавших газов может вычисляться по одному или более датчиков 128 отработавших газов. Может быть принято во внимание, что температура отработавших газов, в качестве альтернативы, может оцениваться любой комбинацией способов оценки температуры, перечисленных в материалах настоящей заявки.
Каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 показан включающим в себя по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней области цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10, в том числе, цилиндр 14, может включать в себя по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней области цилиндра.
Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 посредством приведения в действие кулачков через систему 151 кулачкового привода. Подобным образом, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 через систему 153 кулачкового привода. Каждая из систем 151 и 153 кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемой установки фаз клапанного распределения (WT) и/или регулируемого подъема клапана (WL), которые могут задаваться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Работа впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться датчиками положения клапана (не показаны) и/или, соответственно, датчиками 155 и 157 положения распределительного вала. В альтернативных вариантах осуществления, впускной и/или выпускной клапан могут управляться посредством клапанного распределителя с электромагнитным управлением. Например, цилиндр 14, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством приведения в действие клапанного распределителя с электромагнитным управлением, и выпускной клапан, управляемый через кулачковый привод, включающий в себя системы CPS и/или VCT. В других вариантах осуществления, впускной и выпускной клапаны могут управляться общим приводом клапана или системой приводов либо приводом с переменной установкой фаз клапанного распределения или системы приводов. Установка фаз кулачкового распределения может настраиваться (посредством осуществления опережения или запаздывания системы VCT), чтобы настраивать разбавление для двигателя в координации с потоком EGR, тем самым, уменьшая переходные процессы EGR и улучшая рабочие характеристики двигателя.
Цилиндр 14 может иметь степень сжатия, которая является отношением объемов того, когда поршень 138 находится в нижней мертвой точке, к тому, когда он в верхней мертвой точке. Традиционно, степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако, в некоторых примерах, где используется другое топливо, степень сжатия может быть увеличена. Это, например, может происходить, когда используется более высокооктановое топливо или топливо с более высоким скрытым теплосодержанием испарения. Степень сжатия также может быть повышена, если используется непосредственный впрыск, вследствие его воздействия на работу двигателя с детонацией.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу 192 зажигания для инициирования сгорания. Система 190 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 14 сгорания через свечу 192 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, в выбранных рабочих режимах. Однако, в некоторых вариантах осуществления, свеча 192 зажигания может быть не включена в состав, таких где двигатель 10 может инициировать сгорание самовоспламенением или впрыском топлива, как может иметь место у некоторых дизельных двигателей.
В качестве неограничивающего примера, показан цилиндр 14, включающий в себя одну топливную форсунку 166. Топливная форсунка 166 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 14 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально ширине импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает то, что известно как непосредственный впрыск (в дальнейшем, также указываемый ссылкой как «DI») топлива в цилиндр 14 сгорания. Несмотря на то, что фиг.1 показывает форсунку 166 в качестве боковой форсунки, она также может быть расположена выше поршня, к примеру, возле положения свечи 192 зажигания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 из топливной системы 8 высокого давления, включающей в себя топливные баки, топливные насосы и направляющую-распределитель для топлива. В качестве альтернативы, топливо может подаваться однокаскадным топливным насосом на низком давлении, в каком случае, установка момента непосредственного впрыска топлива могут ограничиваться в большей степени во время такта сжатия, чем если используется топливная система высокого давления. Кроме того, несмотря на то, что не показано, топливные баки могут иметь преобразователь давления, выдающий сигнал в контроллер 12. Будет приниматься во внимание, что, в альтернативном варианте осуществления, форсунка 166 может быть форсункой оконного впрыска, выдающей топливо во впускное окно выше по потоку от цилиндра 14.
Как описано выше, фиг. 1 показывает один цилиндр многоцилиндрового двигателя. По существу, каждый цилиндр, подобным образом, может включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливной форсунки(ок), свечи зажигания, и т.д.
Несмотря на то, что не показано, будет приниматься во внимание, что двигатель дополнительно может включать в себя один или более каналов рециркуляции отработавших газов для отведения по меньшей мере части отработавших газов с выпуска двигателя на впуск двигателя. По существу, посредством рециркуляции некоторого количества отработавших газов, может находиться под влиянием разбавление для двигателя, которое может улучшать рабочие характеристики двигателя, снижая детонацию в двигателе, пиковые температуры и давления сгорания в цилиндре, потери дросселирования и выбросы NOx. Один или более каналов EGR могут включать в себя канал LP-EGR, присоединенный между впуском двигателя выше по потоку от компрессора турбонагнетателя и выпуском двигателя ниже по потоку от турбины, и сконфигурированы для обеспечения EGR низкого давления (LP). Один или более каналов EGR, кроме того, могут включать в себя канал HP-EGR, присоединенный между впуском двигателя ниже по потоку от компрессора и выпуском двигателя выше по потоку от турбины, и сконфигурирован для обеспечения EGR высокого давления (HP). В одном из примеров, поток HP-EGR может выдаваться в условиях, таких как отсутствие наддува, выдаваемого турбонагнетателем, наряду с тем, что поток LP-EGR может выдаваться во время условий, таких как при наличии наддува турбонагнетателя, и/или когда температура отработавших газов находится выше порогового значения. Поток LP-EGR через канал LP-EGR может настраиваться посредством клапана LP-EGR наряду с тем, что поток HP-EGR через канал HP-EGR может настраиваться посредством клапана HP-EGR (не показан).
Контроллер 12 показан на фиг. 1 как микрокомпьютер, включающий в себя микропроцессорный блок 106, порты 108 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 110 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 112, дежурную память 114 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 122 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) с датчика 116 температуры, присоединенного к патрубку 118 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 120 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 140; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (MAP) с датчика 124. Сигнал числа оборотов двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе. Кроме того, другие датчики могут включать в себя датчики уровня топлива и датчики состава топлива, присоединенные к топливному баку(ам) топливной системы.
Постоянное запоминающее устройство 110 запоминающего носителя может быть запрограммировано машинно-читаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 106 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены.
С обращением к фиг. 2, показан типичный пример способа двухстадийного восстановления DFSO по настоящему раскрытию. Наступление DFSO указано на 202 пиком флага перекрытия топлива при замедлении (DFSFLG). DFSO продолжается от ~751 секунды (под 202) до 756 секунды, где DFSFLG возвращается на нулевое напряжение на 204. К тому же, в момент 756 времени, напряжение заданного значения HEGO повышается (указано под 206). Вследствие свежего воздуха, проходящего через каталитический нейтрализатор во время DFSO, оксид церия становится насыщенным кислородом, и напряжение расположенного ниже по потоку HEGO измеряет обедненное состояние на выходе каталитического нейтрализатора. В момент времени 756 секунд, начинается восстановление первой стадии, где двигателю дается команда привести в действие намеренное обогащение без обратной связи (без управления с обратной связью), чтобы начать восстановление состояния накопления кислорода каталитического нейтрализатора из полностью насыщенного. Одновременно, заданное значение напряжения HEGO намеренно устанавливается выше (богаче), чем напряжение, ассоциированное со стехиометрией, которое будет использоваться во время последующего управления с обратной связью, начинающегося в момент 759 времени. Повышенный выходной сигнал HEGO на 208 вызван эксплуатацией на богатом топливо-воздушном соотношении без обратной связи в течение предопределенного времени. Предопределенное время может быть зависящим от емкости накопления кислорода каталитического нейтрализатора, оцененной температуры каталитического нейтрализатора или длительности события замедления.
В момент 759 времени, предопределенное время заканчивается, и восстановление первой стадии без обратной связи заканчивается, и контроллер топливо-воздушного соотношения внешнего контура замыкает контур управления с использованием HEGO 129 после каталитического нейтрализатора. В это время, вторая стадия восстановления задействуется (указано под 210) с управлением топливо/воздушным соотношением с обратной связью, в ответ на сравнение выходного напряжения HEGO 129 с заданным значением, в течение предварительно выбранного времени. Предварительно выбранное время может устанавливаться на основании способностей накопления кислорода или температуры конкретного каталитического нейтрализатора и может сохраняться в постоянном запоминающем устройстве 110. Заданное значение HEGO устанавливается на 0,75 вольт в этом примере, которое имеет значение обогащения относительно напряжения HEGO, ассоциированного со стехиометрией (0,65 вольт в этом примере). Напряжение HEGO поддерживается постоянным до момента 765 времени, а затем, начинает постепенно затухать (указано под 214) до тех пор, пока оно не достигает напряжения, ассоциированного со стехиометрией, в момент 776 времени в этом примере.
Как подробнее описано позже в материалах настоящей заявки с конкретной ссылкой на фиг. 6 и 7, когда напряжение HEGO является меньшим, чем заданное значение, выдается указание, что топливо/воздушное соотношение отработавших газов является бедным относительно заданного значения. В ответ, контроллер топливо/воздушного соотношения будет увеличивать длительность импульса сигнала, приводящего в действие топливные форсунки, давая в результате большее количество топлива, впрыскиваемое в двигатель и повышение топливо/воздушного соотношения. Это приводит датчик HEGO к более высокому выходному напряжению, и процесс управления топливо/воздушным соотношением с обратной связью продолжается. Продолжая по фиг. 2, напряжение HEGO продолжает повышаться до тех пор, пока оно не поднимается выше напряжения заданного значения в момент 768 времени (указанный под 212). Затем выдается указание, что топливо/воздушное соотношение отработавших газов является богатым относительно заданного значения и, в ответ, контроллер топливо/воздушного соотношения будет уменьшать длительность импульса форсунки, которая будет понижать топливо/воздушное соотношение отработавших газов. Процесс продолжается, как описано выше, причем, контроллер топливо/воздушного соотношения отслеживает топливо/воздушное соотношение, ассоциированное с напряжением заданного значения. Во время восстановления второй стадии, топливо/воздушное соотношение по существу будет смещаться с обогащением, так как заданное значение устанавливается богатым. Когда заданное значение устанавливается в стехиометрическое значение в конце второй стадии, топливо/воздушное соотношение по существу будет колебаться около стехиометрического значения.
Добавление восстановления каталитического нейтрализатора второй стадии незамедлительно, когда управление переведено на контроллер топливо/воздушного соотношения внешнего контура, дает преимущество повышенной устойчивости к прорывам обеднения на выходе каталитического нейтрализатора вслед за событием DFSO.
Если бы только восстановление без обратной связи первой стадии использовалось в течение более длительного времени, каталитический нейтрализатор подвергался бы возможности полного исчерпания своего запаса кислорода. После возможного исчерпания запаса кислорода каталитического нейтрализатора, каталитический нейтрализатор может подвергаться воздействию прорыва СО во время кратковременной работы с обогащением. Кроме того, использование только восстановления без обратной связи первой стадии оставляло бы каталитический нейтрализатор подверженным прорывам обеднения и последующему формированию NOx во время маневров с нажатием педали акселератора вслед за событиями DFSO (что является обычной последовательность событий). В частности, только с восстановлением без обратной связи первой стадии, напряжение HEGO может проскакивать заданное значение (устанавливаемое на стехиометрии в предыдущих подходах), и контроллер в цепи обратной связи топливо/воздушного соотношения впоследствии будет давать команду бедного топливо/воздушного соотношения. Если нажатие педали акселератора происходит в это время, в результате может происходить прорыв NOx. Сравнение только одностадийного и двухстадийного восстановления можно увидеть на фиг. 3А и 3В в качестве примера этого момента, и чтобы подчеркнуть потенциальные различия между известными способами (фиг. 3А) восстановления каталитического нейтрализатора вслед за DFSO и способом по настоящему раскрытия (фиг. 3В).
С обращением к фиг. 3А, показан типичный пример способа одностадийного восстановления каталитического нейтрализатора без обратной связи. Этот способ аналогичен известным способам восстановления каталитического нейтрализатора вслед за DFSO. На фиг. 3В показан двухстадийный способ восстановления. В двухстадийном способе, первая стадия без обратной связи происходит в течение предопределенного времени после того, как заканчивается DFSO, а вторая стадия восстановления с обратной связью начинается и продолжается в течение предварительно выбранного времени. На обеих фиг. 3А и 3В, DFSO инициировалось за пределами кадра изображения и заканчивается в момент времени 186 секунды, указанный под 302.
На фиг. 3А, восстановление без обратной связи первой стадии заканчивается, когда прорыв СО или НС указывается, когда выходное напряжение HEGO превышает заданное значение (приблизительно в момент 193 времени в этом примере), которое установлено на напряжении, соответствующем стехиометрии. В то время как выходное напряжение HEGO проскакивает стехиометрию, контроллер в цепи обратной связи топливо/воздушного соотношения будет производить поправки обеднения, уменьшая топливо, впрыскиваемое в цилиндр, давая в результате общее бедное топливо/воздушное соотношение, как видно между моментами 194 и 195 времени в этом конкретном примере. Если нажатие педали акселератора (то есть, разгон) происходит в течение этого времени эксплуатации двигателя с обеднением, может возникать большой пик NOx.
Этот большой пик NOx не виден на фиг. 3В, где, после первой стадии работы без обратной связи, задействуется вторая стадия с обратной связью. Тогда как восстановление без обратной связи первой стадии, описанное со ссылкой на фиг. 3А, заканчивалось, когда был обнаружен СО, прорывающийся через каталитический нейтрализатор, восстановление без обратной связи первой стадии, описанное со ссылкой на фиг. 3В. заканчивается через предопределенное время. А восстановление с обратной связью второй стадии начинается с заданного значения HEGO, которое установлено в напряжение, более богатое, чем напряжение, ассоциированное со стехиометрией (0,75 в этом примере). Как видно на фиг. 3В, выходное напряжение HEGO не превышает заданного значения обогащения приблизительно в момент 194 времени, таким образом, в отличие от конфигурации, описанной со ссылкой на фиг. 3А, контроллер в цепи обратной связи топливо/воздушного соотношения не производит избыточных поправок обеднения приблизительно в момент 194 времени. Соответственно, нажатие педали акселератора в этот момент не будет приводить к избыточному пику NOx, и NOx не будет прорываться через каталитический нейтрализатор.
x
x
Подводя итог вышесказанному, использование восстановления только первой стадии оставляет каталитический нейтрализатор подверженным прорывам обеднения (а впоследствии, выработке NO) во время маневров с нажатием педали акселератора вслед за событиями DFSO. В противоположность, добавление восстановления с обратной связью второй стадии дает в результате значительно меньший пик NO. Эти результаты могут быть пояснены вторым действием управления, сопровождающим восстановление из DFSO. С восстановлением только первой стадии, напряжение HEGO проскакивает заданное значение, и контроллер топливо/воздушного соотношения впоследствии дает команду бедного топливо/воздушного соотношения для достижения заданного значения около стехиометрии. Посредством объединения восстановления первой и второй стадий, напряжение HEGO не проскакивает более богатое, чем номинальное, заданное значение в такой же степени, как при восстановлении исключительно первой стадии. Получающееся в результате действие управления топливо-воздушным соотношением имеет тенденцию быть смещенным с обогащением. Восстановления как первой, так и второй стадии работают согласованно, чтобы наиболее эффективно восстанавливать трехкомпонентный каталитический нейтрализатор после события DFSO.
Далее, с обращением к фиг. 4, показан первый вариант осуществления способа двухстадийного восстановления. Этот и другие способы могут храниться в постоянном запоминающем устройстве 110 в качестве компьютерного кода, который должен вводиться в действие контроллером 12 двигателя. Способ 400 начинается на 402, где определяется, является ли транспортное средство замедляющимся. Если транспортное средство не замедляется (Нет), способ возвращается на начало. Если, на 402, транспортное средство является замедляющимся (Да), способ переходит на 404. На 404, подача топлива прекращается на длительность события замедления (DFSO). Способ переходит на 406.
На 406, определяется, является ли температура каталитического нейтрализатора большей, чем пороговая температура. Если температура каталитического нейтрализатора не является большей, чем пороговая температура (Нет), способ переходит на 408. На 408, двигатель не эксплуатируется с обогащением до тех пор, пока температура каталитического нейтрализатора не является большей, чем пороговая температура. Если, на 406, температура каталитического нейтрализатора выше пороговой температуры (Да - переход на 410), двигатель эксплуатируется с обогащением посредством двухстадийного управления с обратной связью на основании расположенного ниже по потоку датчика HEGO, как указано на фиг.6.
Далее, с обращением к фиг. 5, показан второй вариант осуществления способа для двухстадийного восстановления, сопровождающего DFSO. Способ 500 начинается на 502, где определяется, является ли транспортное средство замедляющимся. Если, на 502, транспортное средство не замедляется (Нет), способ возвращается на начало. Если, на 502, транспортное средство является замедляющимся, способ переходит на 504. На 504, включается DFSO и подача топлива прекращается на длительность события замедления. Способ переходит на 506.
На 506, определяется, является ли температура каталитического нейтрализатора большей, чем пороговая температура. Если температура каталитического нейтрализатор не является большей, чем пороговая температура (Нет), способ переходит на этап 508, где двигатель не эксплуатируется с обогащением до тех пор, пока температура каталитического нейтрализатора не является большей, чем пороговая температура. Если температура каталитического нейтрализатора является большей, чем пороговая температура (Да), способ переходит на 510.
На 510, оценивается количество кислорода, накопленного в каталитическом нейтрализаторе. Эта оценка может быть основана на числе оборотов, нагрузке и топливо/воздушном соотношении двигателя, а также входном сигнале из расположенного выше по потоку UEGO или расположенного ниже по потоку HEGO, датчика температуры каталитического нейтрализатора, и прочих. Оценка, более точно, может быть основана на массовом расходе воздуха, введенном в двигатель, и температуре каталитического нейтрализатора. На 512, двигатель эксплуатируется с обогащением. Эта работа с обогащением может быть частью восстановления без обратной связи первой стадии, где работа с обогащением действует в течение предопределенного периода времени. На 514, оценка для количества кислорода, накопленного в каталитическом нейтрализаторе (с 510), корректируется на основании работы с обогащением по 512.
На 516, определяется, является ли процент запаса кислорода каталитического нейтрализатора, исчерпанного эксплуатацией двигателя с обогащением, большим, чем требуемый процент общего запаса кислорода. Если величина исчерпанного запаса кислорода не является большей, чем требуемый процент (Нет), способ возвращается на этап 512, где эксплуатация двигателя с обогащением продолжается. Если процент исчерпанного запаса кислорода является большим, чем требуемый процент (Да), способ переходит на этап 518. На 518, топливо/воздушное соотношение управляется посредством двухстадийного управления с обратной связью на основании входного сигнала с расположенного ниже по потоку датчика HEGO, как указано на фиг.6. Таким образом, переключение с управления без обратной связи на управление с обратной связью средним топливо/воздушным соотношением около упомянутого значения, богатого относительно стехиометрии, может происходить, когда исчерпан требуемый процент запаса кислорода каталитического нейтрализатора. Более того, предопределенное время для эксплуатации посредством управления без обратной связи может быть зависящим от предварительно выбранных запаса кислорода, оставшегося в каталитическом нейтрализаторе, или температуры каталитического нейтрализатора.
Далее, с обращением к фиг.6, показан способ поддержания топливо/воздушного соотношения посредством механизма двухстадийного управления с обратной связью. Способ 600 детализирует настройки заданного значения напряжения, используемых для эффективного управления топливо/воздушным соотношением и снижения токсичности выбросов NOx после DFSO. Способ 600 также продолжает первый и второй варианты осуществления способов двухстадийного восстановления, показанных на фиг. 4 и фиг. 5, соответственно. Способ 400 начинается на 602, где первый вариант осуществления, показанный на фиг. 4, и второй вариант осуществления, показанный на фиг. 5, прекращаются на 412 и 518, соответственно. Способ переходит на 604, где считывается выходное напряжение с расположенного ниже по потоку датчика HEGO. Датчик 129 HEGO расположен ниже по потоку от устройства 178 последующей очистки отработавших газов (показанного на фиг. 1).
На 606, определяется, прошло ли предопределенное время восстановления первой стадии. Если предварительно выбранное время не прошло (Нет), способ переходит на 608. На 608, регулирование без обратной связи топливо/воздушного соотношения, богатого относительно стехиометрии, поддерживается до тех пор, пока не прошло предопределенное время. Если предварительно выбранное время прошло (Да), способ переходит на 610. На 610, напряжение заданного значения устанавливается в напряжение, соответствующее обогащению относительно стехиометрии. Уровень заданного значения и предварительно выбранное время удержания могут быть зависящими от емкости долгосрочного накопления кислорода каталитического нейтрализатора (или, еще лучше, оценки текущего уровня кислорода, если имеется в распоряжении) или температуры каталитического нейтрализатора. В качестве альтернативы, заданное значение может уменьшаться от напряжения, богатого относительно стехиометрии, до напряжения, ассоциированного со стехиометрией, предварительно запрограммированным образом, например, как показано на фиг. 2, начиная с 214. Доля затухания для каждого временного шага может быть функцией идентичных аспектов, используемых для уровня заданного значения и времени удержания.
На 612, если напряжение заданного значения обогащения не поддерживалось в течение предварительно выбранного времени, выбирается заданное значение обогащения (614). Как только время, выделенное для заданного значения обогащения, было превышено, способ переходит на 616, где, в течение данного интервала времени, определенная доля разности между заданным значением обогащения и номинальным заданным значением вычитается из текущего заданного значения. 618 проверяет, достигло ли текущее заданное значение номинального заданного значения, и если так, переходит на 62 0, чтобы удерживать заданное значение, ожидая нового возникновения DFSO. Если заданное значение затухания не достигло номинального значения, то контур будет затухать дальше при каждом следующем обновлением до тех пор, пока он не достигнет номинального значения. Способ переходит на фиг. 7, где показан способ настройки количества топлива.
С обращением к фиг. 7, способ настройки впрыска топлива основан на механизме заданного значения HEGO, как показанный на фиг.6. Способ 700 начинается на 702, где разность между заданным значением HEGO и измеренным напряжением HEGO используется для создания командной поправки в систему управления топливо/воздушным соотношением. Ошибка напряжения типично преобразуется в надлежащую ошибку топливо/воздушного соотношения (704) которая находится под действием контроллера в цепи обратной связи на 706 (обычно пропорционального или пропорционально-интегрального), который выдает поправку в команду топливоснабжения без обратной связи на топливные форсунки, или находится под действием контроллера внутреннего контура для настройки впрыска топлива (708). PW топлива определяет количество топлива, которое впрыскивается в цилиндр (или впускное окно для оконного впрыска), из условия чтобы более высокая PW топлива соответствовала более длительному времени открывания форсунки, предоставляющему большему количеству топлива возможность поступать в цилиндр. Таким образом, обратная связь с расположенного ниже по потоку датчика 129 HEGO может использоваться для управления впрыском топлива и, соответственно, топливо/воздушным соотношением. Кроме того, поправки могут привноситься на пары топлива, продуваемые из топливного бака (не показан) и бачка с активированным углем для накопления паров топлива (не показан) в двигатель. Кроме того еще, долгосрочные отклонения или поправки в топливо/воздушном соотношении могут привноситься в контроллер.
Описаны способы уменьшения выбросов NOx вслед за перекрытием топлива при замедлении (DFSO). Один из примерных способов содержит: прекращение подачи топлива в двигатель во время события замедления; регулирование топливо/воздушного соотношения двигателя без обратной связи, богатым относительно стехиометрии, в течение предопределенного времени после упомянутого события замедления; управление с обратной связью упомянутым топливо/воздушным соотношением на среднем значении около значения, богатого относительно стехиометрии, в течение предварительно выбранного времени через упомянутое предопределенное время; и управление с обратной связью упомянутым топливо/воздушным соотношением на среднем значении около стехиометрии через упомянутое предварительно выбранное время.
В еще одном варианте осуществления, способ управления двигателем, присоединенным к трехкомпонентному каталитическому нейтрализатору отработавших газов с датчиком кислорода отработавших газов, расположенным ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, может содержать: прекращение подачи топлива в двигатель во время события замедления; регулирование топливо/воздушного соотношения двигателя без обратной связи с постоянным топливо/воздушным соотношением, богатым относительно стехиометрии, в течение предопределенного времени после упомянутого события замедления; управление с обратной связью упомянутым топливо/воздушным соотношением в ответ на датчик кислорода отработавших газов для поддержания среднего значения около значения, богатого относительно стехиометрии, в течение предварительно выбранного времени через упомянутое предопределенное время; и управление с обратной связью упомянутым топливо/воздушным соотношением в ответ на датчик кислорода отработавших газов для поддержания среднего значения около стехиометрии через упомянутое предварительно выбранное время.
Еще один примерный способ управления двигателем, присоединенным к трехкомпонентному каталитическому нейтрализатору отработавших газов с узкополосным датчиком кислорода отработавших газов с двумя состояниями, расположенным ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, может содержать: прекращение подачи топлива в двигатель во время события замедления; после упомянутого события замедления, регулирование топливо/воздушного соотношения двигателя без обратной связи с постоянным топливо/воздушным соотношением, богатым относительно стехиометрии, в течение предопределенного времени перед тем, как расположенный ниже по потоку датчик переключается в состояние обогащения и до того, как полностью исчерпан кислород, накопленный в каталитическом нейтрализаторе; управление с обратной связью упомянутым топливо/воздушным соотношением в ответ на расположенный ниже по потоку датчик для поддержания среднего значения около значения, богатого относительно стехиометрии, в течение предварительно выбранного времени через упомянутое предопределенное время; и управление с обратной связью упомянутым топливо/воздушным соотношением в ответ на расположенный ниже по потоку датчик для поддержания среднего значения, возвращающимся к поблизости от стехиометрии, через упомянутое предварительно выбранное время.
Отметим, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящей заявки, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящей заявки, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции и/или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий, операций и/или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять управляющую программу, которая должна быть запрограммирована в постоянную память машинно-читаемого запоминающего носителя в системе управления двигателем.
Будет принято во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по сути, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новые и не очевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.
Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новых и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Должно быть понятно, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего раскрытия.