Способ (варианты) и система для ловушки углеводородов
METHOD (VERSIONS) AND SYSTEM FOR HYDROCARBON CONDUCTOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее раскрытие относится, в целом, к объединенным ловушке углеводородов и каталитическому нейтрализатору.
Уровень техники/Раскрытие изобретения
В последние годы значительные усилия были направлены на снижение уровня выбросов углеводородов (УВ) из двигателей транспортных средств. Традиционные каталитические нейтрализаторы обработки отработавших газов, такие как трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, позволяют добиться окисления углеводородов до СO2 и воды и способствуют предотвращению выхода несгоревших или частично сгоревших выбросов углеводородов из транспортного средства. Однако уровень этих выбросов высок во время холодного запуска двигателя до того, как скрытая теплота отработавших газов позволит достичь активации каталитического нейтрализатора (т.е. достичь температур активации).
Попытки снизить выбросы во время холодного запуска могут включать в себя обеспечение вспомогательного нагревательного устройства для нагрева каталитического нейтрализатора до температур активации. Так, ближайший аналог заявленного изобретения раскрыт в патентном документе США №2009/0120064 А1. Другие попытки решить проблему выбросов во время холодного запуска включают в себя объединение ловушки углеводородов (ловушки УВ) с каталитическим нейтрализатором. Один пример подхода показан Дженом (Jen) и соавт. в патентном документе США №20130287659. В этом документе система ловушки УВ расположена в выпускном канале. Ловушка УВ захватывает УВ, выпущенные во время холодного запуска, и удерживает УВ до тех пор, пока каталитические элементы не прогреются достаточно для восстановления уловленных УВ.
Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные проблемы, связанные с такими системами. Согласно одному примеру, путем помещения системы ловушки УВ в выпускной канал, она постоянно подвергается воздействию отработавших газов и продуктов сгорания, что может уменьшить долговечность ловушки УВ. Кроме того, окисление УВ в присутствии воды неэффективно по сравнению с окислением в отсутствии воды. Дополнительно, ловушка УВ может недостаточно прогреваться вследствие тепловых потерь в выхлопной трубе. Согласно другому примеру, при увеличении температуры ловушки УВ, ловушка УВ может выпускать 50% или более уловленных УВ до достижения системой каталитического нейтрализатора температуры активации. Эта проблема еще больше усугубляется, т.к. ловушка УВ выпускает УВ при низкой температуре, а каталитический нейтрализатор достигает активации при высокой температуре при продолжительном использовании в течение срока службы ловушки УВ. Таким образом, система ловушки УВ не может достаточно уменьшать выбросы во время холодных запусков.
Согласно одному примеру, указанные выше проблемы могут быть решены посредством способа, в котором сгоревшие отработавшие газы подают в сажевый фильтр и ловушку углеводородов в перепускном канале во время холодного запуска, причем сажевый фильтр расположен также внутри основного выпускного канала, а ловушка углеводородов расположена вне указанного основного канала. Таким образом, ловушка УВ может снижать выбросы во время холодного запуска путем захвата необработанных выбросов, проходящих через каталитический нейтрализатор выше по потоку от перепускного канала.
Согласно одному примеру, основной выпускной канал больше перепускного канала, и поэтому диаметр ловушки углеводородов меньше диаметра основного выпускного канала. Ловушка углеводородов расположена на участке перепускного канала, удаленном от основного выпускного канала так, что между наружными поверхностями основного выпускного канала и перепускным каналом существует промежуток. Отводной клапан расположен в основном выпускном канале между входом и выходом перепускного канала. По существу, отводной клапан может быть приведен в действие для регулирования потока отработавших газов через вход перепускного канала. Когда отводной клапан закрыт, противодавление отработавших газов возрастает, и отработавшие газы вынуждены течь из основного выпускного канала в перепускной канал. Согласно одному примеру, отводной клапан переводят в более закрытое положение во время холодных запусков, когда каталитический нейтрализатор основного выпускного канала не активирован. Таким образом, выбросы во время холодного запуска, проходящие через неактивный каталитический нейтрализатор, могут быть захвачены и обработаны ловушкой углеводородов в перепускном канале. Путем помещения ловушки углеводородов в перепускной канал поток отработавших газов в перепускной канал может уменьшится после активации (в частности, после достижения температуры активации) каталитического нейтрализатора путем перевода отводного клапана в более открытое положение. Это может увеличить срок службы ловушки углеводородов.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие изобретения 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 предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1А, 1В и 1С показан одноцилиндровый двигатель с ловушкой УВ, расположенной в перепускном канале.
На фиг. 2А, 2В и 2С показан способ эксплуатации отводного клапана для регулирования потока отработавших газов в перепускной канал.
На фиг. 3 показан пример рабочей последовательности при наличии отводного клапана и ловушки УВ.
Осуществление изобретения
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам для ловушки УВ в перепускном канале, которая меньше каталитического нейтрализатора в основном выпускном канале. Отводной клапан, расположенный в основном выпускном канале, может регулировать поток отработавших газов из основного выпускного канала в перепускной канал, как показано на фиг. 1А, 1В и 1С. Отводной клапан может быть приведен в действие в зависимости от температуры двигателя и/или температуры ловушки УВ. В частности, отводной клапан может быть перемещен в полностью закрытое положение во время холодного запуска или в режиме отсечки топлива при замедлении (ОТЗ), как показано на фиг. 2А, 2В и 2С, на которых показан способ эксплуатации отводного клапана. Во время ОТЗ ловушка УВ может быть сброшена в менее загруженное состояние. Во время холодных запусков ловушка УВ может захватывать выбросы холодного запуска и накапливать выбросы до тех пор, пока каталитический участок ловушки УВ не нагреется достаточно для окисления и/или восстановления выбросов. В некоторых примерах ловушка УВ может прогреваться быстрее, чем каталитический нейтрализатор в основном выпускном канале, вследствие изоляции перепускного канала. Последовательность эксплуатации двигателя, показывающая регулировки отводного клапана на основе различных условий, приведена на фиг. 3.
На фиг. 1А и 1В показан пример конфигурации с относительным расположением различных компонентов. Если показано, что элементы непосредственно контактируют друг с другом или непосредственно соединены, то такие элементы могут называться непосредственно контактирующими или непосредственно соединенными, соответственно, по меньшей мере в одном примере. Аналогично, элементы, показанные соседними или смежными друг другу могут быть соседними или смежными друг другу соответственно, по меньшей мере в одном примере. Например, компоненты, находящиеся в поверхностном контакте друг с другом, могут называться находящимися в поверхностном контакте. Согласно другому примеру, элементы, расположенные отдельно друг от друга с некоторым промежутком между без других компонентов, могут так и называться, по меньшей мере в одном примере. Согласно иному примеру, элементы, показанные выше/ниже друг относительно друга, с противоположных сторон друг относительно друга или слева/справа друг относительно друга, могут так и быть обозначены, друг относительно друга. Кроме того, как показано на фигурах, самый высокий элемент или точка элемента может называться «верхом» компонента, а самый нижний элемент или точка элемента может называться «низом» компонента, по меньшей мере в одном примере. В контексте настоящей заявки, верх/низ, более высокий/более низкий выше/ниже, могут обозначать положения относительно вертикальной оси фигур и использоваться для описания расположения элементов на фигурах друг относительно друга. По существу, элементы, показанные выше других элементов, расположены вертикально выше других элементов, в одном примере. В ином примере, формы элементов, показанные на фигурах, могут называться имеющими такие формы (в частности, такие как круглые, прямые, плоские, изогнутые, сферические, скошенные, угловые или т.п.). Далее, элементы, показанные пересекающими друг друга, могут называться пересекающимися элементами или пересекающими друг друга, по меньшей мере в одном примере. Кроме того, элемент, показанный внутри другого элемента или показанный вне другого элемента, может так и называться, согласно одному примеру. Следует понимать, что один или более компонентов, называемых «по существу аналогичными и/или идентичными» могут отличаться друг от друга в соответствии с производственными допусками (в частности, в пределах 1-5% отклонения).
На фиг. 1 показано схематическое изображение одного цилиндра многоцилиндрового двигателя 10 в системе 100 двигателя, который может быть включен в состав движительной системы автомобиля. Двигатель 10 может управляться по меньшей мере частично с помощью системы управления, содержащей контроллер 12 и с помощью входного воздействия от водителя 132 транспортного средства посредством устройства 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерации сигнала, пропорционального положению педали. Камера 30 сгорания двигателя 10 может включать в себя цилиндр, образованный стенками 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным внутри них. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40, так что возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Также стартер может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик для возможности начала работы двигателя 10.
Камера 30 сгорания может принимать впускной воздух от впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать газы горения через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через впускной клапан 52 и выпускной клапан 54, соответственно. Согласно некоторым примерам, камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
В данном примере впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 могут управляться кулачковым приводом посредством соответствующих систем 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может содержать один или более кулачков и может использовать одну или более из следующих систем: переключения профиля кулачка (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапана (ИВПК), которые могут работать под управлением контроллера 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 могут определять посредством датчиков 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных примерах впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут управляться посредством электропривода клапана. Например, цилиндр 30 может альтернативно содержать впускной клапан, управляемый посредством электропривода клапана, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, содержащего системы ППК и/или ИФКР.
Показано, что топливный инжектор 69 непосредственно соединен с камерой 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в нее пропорционально длительности импульса сигнала, полученного от контроллера 12. Таким образом, топливный инжектор 69 обеспечивает так называемый непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Топливный инжектор может быть установлен, например, в боковине камеры сгорания или в верхней части камеры сгорания. Топливо может быть доставлено в топливный инжектор 69 посредством топливной системы (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу. В некоторых примерах камера 30 сгорания может альтернативно или дополнительно включать в себя топливный инжектор, расположенный во впускном коллекторе 44 в конфигурации, которая обеспечивает так называемый распределенный впрыск топлива во впускное окно выше по потоку от камеры 30 сгорания.
Искра подается в камеру 30 сгорания посредством свечи 66 зажигания. Система зажигания может дополнительно содержать катушку зажигания (не показана) для увеличения напряжения, подаваемого на свечу 66 зажигания. В других примерах, таких как дизельный двигатель, свеча 66 зажигания может отсутствовать.
Впускной канал 42 может содержать дроссель 62, содержащий дроссельную заслонку 64. В данном конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 может изменяться контроллером 12 посредством сигнала, подаваемого на электромотор или исполнительный механизм, включенный в состав дросселя 62, при этом данная конфигурация обычно называется электронным управлением дросселем (ЭУД). Таким образом, дросселем 62 могут управлять для изменения количества впускного воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, а также в другие цилиндры двигателя. Положение дроссельной заслонки 64 может передаваться в контроллер 12 посредством сигнала положения дросселя. Впускной канал 42 может включать в себя датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для измерения количества воздуха, поступающего в двигатель 10.
x
Показано, что датчик 126 отработавших газов соединен с выпускным каналом 48 выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов в соответствии с направлением потока отработавших газов. Датчик 126 может представлять собой любой подходящий датчик для выдачи показания воздушно-топливного отношения отработавших газов, такой как линейный датчик кислорода или УДКОГ (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), датчик кислорода с двумя состояниями или датчик кислорода в отработавших газах (ДКОГ), НДКОГ (нагреваемый ДКОГ), датчик оксидов азота (NO), углеводородов (УВ) или угарного газа (СО). Согласно одному примеру, датчик 126 отработавших газов, расположенный выше по потоку, является УДКОГ, выполненным с возможностью обеспечения выходного сигнала, такого как сигнал напряжения, пропорционального количеству кислорода, присутствующего в отработавших газах. Контроллер 12 преобразует выходной сигнал датчика кислорода в воздушно-топливное отношение отработавших газов с помощью передаточной функции датчика кислорода.
x
Показано, что устройство 70 снижения токсичности отработавших газов расположено по ходу выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (ТКН), ловушкой оксидов азота (NO), дизельным окислительным каталитическим нейтрализатором (ДОКН), различными другими устройствами снижения токсичности отработавших газов или их сочетаниями. Согласно некоторым примерам, во время работы двигателя 10 устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может периодически восстанавливаться посредством работы по меньшей мере одного цилиндра двигателя при конкретном воздушно-топливном отношении.
На фиг. 1В показан подробный вид выпускного канала 48 и устройства 70 дополнительной обработки, показанных на фиг. 1А. По существу, ранее описанные компоненты обозначены аналогично. Устройство 70 дополнительной обработки может называться в настоящей заявке трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (ТКН) 70. Следует понимать, что устройство 70 дополнительной обработки может быть не ТКН, но может быть дизельным окислительным каталитическим нейтрализатором или каталитическим нейтрализатором иного типа без отступления от объема настоящего раскрытия. Хотя и не показано, но выпускной канал 48 может содержать изгибы, углы, кривые и/или различные отклонения от линейных форм без отступления от объема настоящего раскрытия. Продольная ось 190 параллельна горизонтальному направлению (относительно силы 199 тяжести). Продольная ось 190 может являться центральной осью выхлопной трубы 180 и ТКН 70.
Сажевый фильтр 72 (сплошная линия) расположен вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от ТКН 70. Сажевый фильтр 72 может иметь сотовую структуру или структуру с другим типом перфорации, способную пропускать поток отработавших газов через себя. Сажевый фильтр 72 может улавливать частицы из отработавших газов двигателя, проходящих через него, через вход 77 СФ, и накапливать частицы до момента регенерации. При увеличении температуры сажевого фильтра 72 накопленные частицы начинают все больше и больше регенерироваться (в частности, сжигаться). Регенерация может уменьшить загруженность частицами сажевого фильтра 72, что позволяет накопить большее количество частиц по сравнению с состоянием с большей загруженностью сажевого фильтра 72 перед регенерацией. Как показано, диаметр сажевого фильтра 72 меньше диаметра выхлопной трубы 180, так что поверхности сажевого фильтра 72 расположены на расстоянии от выхлопной трубы 180. Таким образом, отработавшие газы, протекающие вблизи выхлопной трубы 180, не могут течь через сажевый фильтр 72. Отклонитель 71 потока, расположенный выше по потоку от сажевого фильтра 72 и ниже по потоку от ТКН 70, выполнен с возможностью перенаправления потока отработавших газов вдоль продольной оси 190 для протекания вблизи выхлопной трубы 180 и в сторону от входа 77 СФ. По существу, поток отработавших газов вдоль продольной оси 190 проходит через сажевый фильтр 72, а отработавшие газы вблизи выхлопной трубы 180 - нет.
Согласно одному примеру, фильтр 72 находится полностью внутри внутренних стенок основного выпускного канала 48 и расположен на расстоянии от них с образованием промежутка вокруг наружных стенок фильтра и внутренних стенок основного канала. Перепускной канал жестко прикреплен к фильтру и закрепляет фильтр так, что он может быть подвешен в основном выпускном канале и может быть дополнительно закреплен посредством одной или более опор (182). Уменьшение проводящей теплопередачи в основной канал 48 способствует регенерации фильтра 72.
Показан вариант осуществления (штриховые линии) опционального сажевого фильтра 73. Опциональный сажевый фильтр 73 может быть по существу аналогичен сажевому фильтру 72, за исключением того, что опциональный сажевый фильтр 73 больше. Как показано, опциональный сажевый фильтр 73 имеет диаметр, по существу равный диаметру выхлопной трубы 180. По существу, наружные поверхности опционального сажевого фильтра 73 прижаты к внутренним поверхностям выхлопной трубы 180. Таким образом, по существу все отработавшие газы, протекающие через выпускной канал 48, текут через опциональный сажевый фильтр 73 независимо от близости потока отработавших газов к выхлопной трубе или к продольной оси 190. Таким образом, отклонитель 71 потока по существу не препятствует прохождению отработавших газов через опциональный сажевый фильтр 73, как в случае прохождения через сажевый фильтр 72. Следует понимать, что могут использоваться как сажевый фильтр 72, так и опциональный сажевый фильтр 73 без отклонения от объема настоящего раскрытия.
Перепускной канал 76 содержит конический вход 74, соединенный со всем выходом сажевого фильтра 72 или с частью выхода опционального сажевого фильтра 73. По существу, отработавшие газы, выходящие из сажевого фильтра 72, могут течь в перепускной канал 76. Однако следует понимать, что часть отработавших газов, выходящих из сажевого фильтра 72, могут проходить наклонно к продольной оси 190 и не поступать в перепускной канал 76. Таким образом, не все отработавшие газы, выходящие из сажевого фильтра 72, попадают в перепускной канал 76. Альтернативно, часть отработавших газов, выходящих из опционального сажевого фильтра 73, попадает в перепускной канал 76. Поэтому по существу все отработавшие газы, входящие в перепускной канал 76, проходят через сажевый фильтр (в частности, сажевый фильтр 72 или опциональный сажевый фильтр 73). Согласно одному примеру, только отработавшие газы, проходящие вдоль продольной оси 190 в опциональном сажевом фильтре 73, проходят через конический вход 74 и поступают в перепускной канал 76. Следует понимать, что отклонитель 71 потока выполнен с возможностью перенаправления большей части отработавших газов в выпускном канале 48 от продольной оси 190 к выхлопному каналу 180. Это может уменьшить количество отработавших газов, спонтанно поступающих в перепускной канал 76, без инструкций от контроллера 12 и/или регулировки отводного клапана 90, как будет раскрыто ниже.
На фиг. 1С показан сажевый фильтр 72, ориентированный в другом направлении. Как показано, вход 77 сажевого фильтра 72 обращен в направлении, параллельном стрелке 198 в варианте осуществления по фиг. 1С. По существу, отработавшие газы не могут легко протекать в сажевый фильтр 72, и отклонитель 71 потока может отсутствовать. Однако, как показано на фиг. 1В, вход 77 СФ обращено в направлении, противоположном стрелке 198. Следовательно, отклонитель 71 потока включен в вариант осуществления по фиг. 1В.
Во время условий работы, когда противодавление отработавших газов увеличено (в частности, когда отводной клапан 90 находятся в более закрытом положении), поток отработавших газов может проходить в направлении, противоположном стрелке 198, и поступать в сажевый фильтр 72, таким образом протекая в перепускной канал 76. Путем ориентирования сажевого фильтра 72 в варианте осуществления по фиг. 1С в обратном направлении по сравнению с фиг. 1В, общее компоновочное пространство перепускного канала 76 может быть уменьшено, а сажевый фильтр 72 может быть лучше защищен от частиц в потоке отработавших газов в варианте осуществления по фиг. 1С по сравнению с фиг. 1В.
Таким образом, когда отводной клапан 90 переведен в более закрытое положение, прохождение потока отработавших газов через него может быть по существу предотвращено. Поток отработавших газов может развернуться и течь в направлении, противоположном стрелке 198, увеличивая таким образом противодавление отработавших газов и позволяя части потока отработавших газов пройти в сажевый фильтр 72. Это способствует прохождению отработавших газов через перепускной канал 76 вне основного выпускного канала 48 и позволяет миновать закрытый отводной клапан 90 перед возвратом в основной выпускной канал 48.
В некоторых примерах, дополнительно или альтернативно, сажевый фильтр 72 расположен в перепускном канале 76. Таким образом, все отработавшие газы, проходящие через сажевый фильтр 72, попадают в перепускной канал 76.
Перепускной канал 76 может быть вторичным и/или вспомогательным каналом, начинающимся у сажевого фильтра 72 или опционального сажевого фильтра 73 перед прохождением за пределы выпускного канала 48. Перепускной канал 76 соединен по текучей среде с выпускным каналом 48 только через входной конус 74 и выход 78. Перепускной канал 76 меньше выпускного канала 48, так что диаметр перепускного канала 76 меньше диаметра выпускного канала 48. Перепускной канал 76 имеет диаметр, по существу равный наименьшему диаметру входного конуса 74. Выше по потоку от отводного клапана 90 перепускной канал 76 поворачивает в сторону от входного конуса 74 в направлении, наклоненном или перпендикулярном относительно продольной оси 190, перед прохождением через выхлопную трубу 180 за пределами выпускного канала 48. Показано, что перепускной канал 76 физически соединен с выхлопной трубой 180 посредством одного или более выступов 184. Это может обеспечить жесткое присоединение перепускного канала 76 к выхлопной трубе 180 для предотвращения стука и/или иных движений, обусловленных потоком отработавших газов и/или движением транспортного средства. Выйдя за пределы выпускного канала 48 и находясь на расстоянии от выхлопной трубы 180, перепускной канал 76 поворачивает в направлении, параллельном продольной оси 190, так что участок перепускного канала 76 за пределами выпускного канала 48 по существу параллелен выхлопной трубе 180 и находится на расстоянии от нее. Перепускной канал 76 поворачивает обратно к выхлопной трубе 180 в области ниже по потоку от отводного клапана, где перепускной канал 76 соприкасается с выхлопной трубой 180. Таким образом, в одном примере участок перепускного канала 76 за пределами выпускного канала 48 имеет по существу U-образную форму. Следует понимать, что перепускной канал 76 может иметь иную форму (в частности, С-образную, D-образную, V-образную и т.д.) без отклонения от объема настоящего раскрытия. Кроме того, в одном примере участок перепускного канала 76 внутри выпускного канала 48 имеет по существу L-образную форму, причем верх формы соприкасается с верхней левой частью формы «U».
Перепускной канал 76 дополнительно содержит выход 78, соединенный по текучей среде с выпускным каналом 48 у отверстия в выхлопной трубе 180 ниже по потоку от отводного клапана 90. Выход 78 отводит отработавшие газы из перепускного канала 76 в участок выпускного канала ниже по потоку от конического входа 74 в направлении, перпендикулярном потоку поступающих отработавших газов (стрелка 198). По существу, отработавшие газы, выходящие из перепускного канала 76, не могут поступать повторно в перепускной канал 76. Согласно одному примеру, отработавшие газы, выходящие из перепускного канала 76, прогоняются через выпускной канал 48, откуда они вытекают через выхлопную трубу и поступают в окружающую среду. Перепускной канал 76 не соединен непосредственно по текучей среде с окружающей средой, так что отработавшие газы в перепускном канале 76 не текут непосредственно в окружающую среду. Таким образом, в одном примере отработавшие газы поступают в перепускной канал 76 только через конический вход 74 и выходят из перепускного канала 76 только через выход 78. Таким образом, перепускной канал 76 непрерывен и не содержит перфораций, щелей или иных отверстий для получения или выпуска отработавших газов, кроме конического входа 74 и выхода 78 соответственно.
Ловушка 80 УВ расположена на участке перепускного канала 76, удаленном от выхлопной трубы 180, находящимся за пределами выхлопной трубы и параллельном ей. Иначе говоря, существует промежуток между наружными поверхностями выхлопной трубы 180 и наружными поверхностями перепускного канала 76, соответствующими ловушке 80 УВ. Ловушка 80 УВ может быть выполнена с возможностью улавливания УВ при низких температурах (например, температурах, по существу равных температуре окружающей среды). Дополнительно или альтернативно, ловушка УВ может содержать каталитический участок, выполненный с возможностью окисления УВ. По существу, ловушка 80 УВ может содержать каталитическую подложку, покрытую материалами, улавливающими УВ (в частности, цеолитами), а материалы, улавливающие УВ, покрыты каталитическими материалами. Из-за того, что отклонитель 71 потока уменьшает массовый расход отработавших газов через перепускной канал 76 по сравнению с потоком отработавших газов через ТКН 70, ловушка 80 УВ может состоять из более чувствительных переходных и/или драгоценных металлов (например, платины по сравнению с палладием) по сравнению с ТКН 70. Дополнительно, ловушка 80 УВ может содержать меньшее количество драгоценных металлов по сравнению с ТКН 70. Ловушка 80 УВ может быть меньше 2 см в диаметре и меньше 1,5 см в длине, причем ловушка УВ содержит тонкое покрытие из платины на поверхности цеолита. Например, ловушка 80 УВ может содержать соединения платины и палладия, а ТКН 70 может содержать только соединения палладия и не содержать соединения платины. Платина и палладий могу эффективно окислять различные УВ. Например, платина может вступать в реакцию с алканами более эффективно, чем палладий, в то время как палладий может вступать в реакцию с соединениями ароматического ряда более эффективно, чем платина. По существу, смесь или сочетание соединений палладия и платины может уменьшить выбросы больше, чем каталитический нейтрализатор, содержащий только палладий или только платину. Таким образом, каталитический участок ловушки 80 УВ может быть оптимизирован для обработки УВ. В некоторых примерах каталитический участок может содержать палладий на угле, причем уголь является активированным (имеет уменьшенный размер пор) с увеличенной площадью поверхности, подвергаемой воздействию газов. Согласно одному примеру, ловушка 80 УВ имеет диаметр 0,7 дюймов (1,8 см) и толщину 0,5 дюймов (1,27 см). Расход газов через ловушку 80 УВ может достигать четырех литров в минуту. В некоторых примерах содержание платины и палладия может быть заранее задано, так что покрытие из платины мало, а покрытие из палладия больше. Это может увеличить реакционную способность между катализатором и УВ.
Согласно одному примеру, для каталитического участка ловушки 80 УВ используется соотношение палладий/платина 1:1. Это позволяет получить сплав, способный обрабатывать углеводороды во время работы в условиях обеднения, обогащения и в стехиометрических условиях. Согласно одному примеру, палладий может стабилизировать платину при воздействии условий обеднения, а платина может стабилизировать палладий при воздействии условий обогащения. Следует понимать, что могут использоваться другие соотношения палладий/платина. Например, может использоваться соотношение палладий/платина 2:1 или больше. Альтернативно, может использоваться соотношение палладий/платина 1:2 или больше. В некоторых примерах это соотношение может зависеть от работы транспортного средства, так что палладия может быть больше, если транспортное средство имеет тенденцию чаще работать в обедненных условиях, нежели в обогащенных. Таким образом, платины может быть больше, если транспортное средство имеет тенденцию чаще работать в обогащенных условиях, нежели в обедненных. Дополнительно или альтернативно, слои палладия и платины могут быть разделены на каталитическом участке ловушки 80 УВ. За счет этого может увеличиться количество различных зон каталитических блоков и/или различных слоев покрытия (в частности, покрытие на одной стороне из палладия, а покрытие на другой, второй стороне из платины). Таким образом, первый металл (например, платина) может окислять углеводороды (например, толуол, бензол, ксилол и т.п.) до того, как углеводороды ухудшат рабочие характеристики второго металла (например, палладия).
Как показано, диаметр ловушки 80 УВ больше диаметра перепускного канала 76. Входной конус 82 расположен выше по потоку от ловушки 80 УВ, причем диаметр входного конуса 82 увеличивается в направлении вниз по потоку, при этом его диаметр, расположенный максимально выше по потоку, по существу равен диаметру перепускного канала 76, а диаметр, расположенный максимально ниже по потоку, по существу равен диаметру ловушки 80 УВ. Дополнительно, выходной конус 84 расположен ниже по потоку от ловушки 80 УВ. Диаметр выходного конуса 84 уменьшается в направлении вниз по потоку, при этом его диаметр, расположенный максимально выше по потоку, по существу равен диаметру ловушки 80 УВ, а диаметр, расположенный максимально ниже по потоку, по существу равен диаметру перепускного канала 76.
Несмотря на то, что диаметр ловушки 80 УВ больше диаметра перепускного канала 76, диаметр ловушки УВ меньше диаметра выпускного канала. Таким образом, ловушка 80 УВ может быть меньше ТКН 70 и СФ 72 (и, следовательно, опционального СФ 73). В некоторых примерах диаметр СФ по существу равен диаметру ловушки УВ. Таким образом, стоимость изготовления ловушки 80 УВ может быть меньше стоимости изготовления ТКН 70 при том, что ловушка 80 УВ может быстрее достигать температуры активации, чем ТКН 70 вследствие меньшего размера. Дополнительно, перепускной канал 76 может быть термически изолирован от выпускного канала 48. Таким образом, стенки перепускного канала 76 могут быть двойными, причем между ними может быть вакуум. Посредством этого может быть удержано тепло отработавших газов, что позволяет ловушке 80 УВ быстрее достичь температуры активации. Следует понимать, что изоляция может быть обеспечена использованием других изоляционных материалов без отклонения от объема настоящего раскрытия. По существу, ловушка 80 УВ представляет собой мини-устройство обработки, расположенное вне выпускного канала 48 в перепускном канале 76.
Таким образом, ловушка 80 УВ выполнена с возможностью захвата УВ в потоке отработавших газов и удержания УВ до тех пор, пока каталитический участок ловушки 80 УВ не активируется (в частности, достигнет температуры активации). Посредством этого каталитический участок может окислять УВ до выпуска УВ ловушкой 80 УВ.
x
x
x
x
Согласно одному примеру, каталитический участок может дополнительно содержать один или более элементов, улавливающих NO, выполненных с возможностью захвата NO, выпускаемых из двигателя во время холодного запуска. Таким образом, NO и УВ могут быть накоплены на участках ловушки 80 УВ. Таким образом, каталитический участок может содержать элементы для обработки УВ и NO. Согласно одному примеру, каталитический участок содержит трехкомпонентный каталитический нейтрализатор и каталитический нейтрализатор выборочного каталитического восстановления.
Перепускной канал 76 дополнительно содержит первый и второй датчики 86 и 88 температуры, соответственно. Первый датчик 86 температуры расположен выше по потоку от входного конуса 82 на участке перепускного канала 76, расположенном вне выпускного канала 48 и удаленном от него. Второй датчик 88 температуры расположен ниже по потоку от выходного конуса 84 на участке перепускного канала 76, расположенном вне выпускного канала 48. Первый датчик 86 температуры может измерять температуру отработавших газов, входящих в ловушку 80 УВ. Второй датчик 88 температуры может измерять температуру отработавших газов, выходящих из ловушки 80 УВ, направленных к выпускному каналу 48. Первый датчик 86 температуры и второй датчик 88 температуры могут отправлять измеренные значения температуры в контроллер 12 для диагностики ловушки 80 УВ, как будет раскрыто ниже. В некоторых вариантах осуществления перепускной канал 76 может дополнительно содержать датчик кислорода, датчик УВ и/или датчик твердых частиц.
Перепускной канал 76 может дополнительно содержать опциональный каталитический нейтрализатор 81А (показанный штриховой рамкой), расположенный вблизи выхода 78. Все отработавшие газы, вытекающие из вторичного канала 76 текут через опциональный каталитический нейтрализатор 81А до поступления в выпускной канал 48, в одном примере. Каталитический нейтрализатор 81А выступает в участок выпускного канала 48, расположенный непосредственно ниже по потоку от отводного клапана 90. По существу, каталитический нейтрализатор 81А может соприкасаться с отработавшими газами во время условий, когда отводной клапан 90 открыт, и отработавшие газы не текут во второй канал 76. Таким образом, отработавшие газы, текущие через выпускной канал 48, а не через перепускной канал 76, могут соприкасаться с каталитическим нейтрализатором 81А без прохождения через каталитический нейтрализатор 81А и/или перепускной канал 76. Это позволяет постоянно подогревать каталитический нейтрализатор 81А во время условий работы транспортного средства, при которых в двигателе происходит сгорание.
Как показано, каталитический нейтрализатор 81А частично расположен вне выпускного канала 48 во вторичном канале 76 и частично расположен внутри выпускного канала 48 ниже по потоку от отводного клапана 90. Таким образом, участок каталитического нейтрализатора 81А в выпускном канале 48 может получать отработавшие газы во время любых условий подачи топлива в двигатель. В некоторых примерах может использоваться каталитический нейтрализатор 81В, который может быть расположен внутри выпускного канала 48, причем его вход соединен по текучей среде с выходом 78 вторичного канала 76. По существу, каталитический нейтрализатор 81В обрабатывает только УВ, выпущенные из ловушки 80 УВ во вторичном канале 76, несмотря на то, что каталитический нейтрализатор 81В полностью расположен в выпускном канале 48. Таким образом, трубы, трубки и т.п. вторичного канала 76 также проходят в выпускной канал 48 ниже по потоку от отводного клапана 90. Таким образом, каталитический нейтрализатор 81В расположен внутри вторичного канала 76 в выпускном канале 48, в одном примере. В некоторых примерах участки вторичного канала 76, расположенные внутри выпускного канала 48, не могут быть изолированы, так что отработавшие газы в выпускном канале 48 могут нагревать эти участки. Иначе говоря, только те участки вторичного канала 76, которые расположены вне выпускного канала 48, являются изолированными. Таким образом, перепускной канал (например, вторичный канал 76) может содержать опциональный каталитический нейтрализатор у его выхода, размещенный либо полностью, либо частично внутри выпускного канала 48.
По существу, каталитические нейтрализаторы 81А и/или 81В могут быть термически соединены с выпускным каналом 48. Однако, как будет раскрыто ниже, вторичный канал 76 может быть изолирован, так что компоненты, расположенные полностью внутри вторичного канала 76, термически не сообщаются с отработавшими газами в выпускном канале 48. Поэтому температура каталитических нейтрализаторов 81А и/или 81В может по существу отличаться от температуры компонентов во вторичном канале 76 (например, ловушки 80 УВ).
Согласно одному примеру, каталитические нейтрализаторы 81А и/или 81В могут быть по существу аналогичны каталитическому участку ловушки 80 УВ. Таким образом, каталитические нейтрализаторы 81А и/или 81В и каталитический участок ловушки 80 УВ могут иметь аналогичное соотношение палладия к платине. Альтернативно, каталитические нейтрализаторы 81А и/или 81В могут иметь состав, отличающийся от состава каталитического участка ловушки 80 УВ. Например, каталитические нейтрализаторы 81А и/или 81В могут содержать меньше драгоценных металлов. Согласно другому примеру, каталитические нейтрализаторы 81А и/или 81В могут содержать производные алюминия, палладия, хрома и т.д. Таким образом, каталитические нейтрализаторы 81А и/или 81В оптимизированы для обработки углеводородов, выпускаемых из ловушки 80 УВ.
Отводной клапан 90 расположен в выпускном канале 48 между входным конусом 74 и выходом 78. Отводной клапан 90 выполнен с возможностью регулирования потока отработавших газов через выпускной канал 48. Когда отводной клапан 90 полностью открыт, отработавшие газы в выпускном канале 48 могут течь непосредственно через отводной клапан 90 и не могут поступать в перепускной канал 76 (как показано стрелками со сплошными линиями). В некоторых примерах, когда отводной клапан 90 полностью открыт, меньшее количество отработавших газов может течь из выпускного канала 48 в перепускной канал 76, тогда как большее количество отработавших газов может оставаться в выпускном канале 48. Большее количество отработавших газов может оставаться в выпускном канале 48 вследствие того, что отклонитель 71 потока направляет отработавшие газы в сторону от перепускного канала 76. Посредством этого ловушка 80 УВ может быть не подвержена или подвержена небольшому влиянию отработавших газов, когда отводной клапан 90 полностью открыт, что увеличивает ее срок службы.
Когда отводной клапан находится в полностью закрытом положении, отработавшие газы не могут течь через отводной клапан 90 (как показано стрелками со штриховыми линиями). Таким образом, увеличивается противодавление отработавших газов, и отработавшие газы в выпускном канале 48 вынуждены течь через сажевый фильтр 72 или опциональный сажевый фильтр 73, через входной конус 74, в перепускной канал 76, через ловушку 80 УВ, через выход 78 и в выпускной канал 48 ниже по потоку от отводного клапана 90. Таким образом, перепускной канал 76 позволяет отработавшим газам в выпускном канале 48 обходить отводной клапан 90. Кроме того, все отработавшие газы, входящие в перепускной канал 76, проходят через сажевый фильтр 72 или опциональный сажевый фильтр 73, в одном примере.
В частности, штриховыми стрелками 150 обозначен поток, который проходит вблизи выхлопной трубы 180 и мимо отклонителя 71 потока. Штриховыми стрелками 152 обозначен поток к полностью закрытому отводному клапану 90, а штриховыми стрелками 154 обозначен поток, который не может проходить через отводной клапан 90 и течет в направлении, противоположном направлению поступающего потока 198 отработавших газов. Это может увеличить противодавление отработавших газов до значения, достаточного для перенаправления отработавших газов через ТКН 70. Поэтому ТКН 70 может достигать температуры активации быстрее, когда отводной клапан 90 находится в более закрытом положении по сравнению с более открытым положением. Более закрытое положение может позволить меньшему количеству отработавших газов течь непосредственно через выпускной канал 48 по сравнению с более открытым положением. Штриховыми стрелками 156 обозначен поток, который продолжает проходить в направлении, противоположном направлению поступающего потока отработавших газов, причем стрелками обозначен поток, который поворачивает (штриховыми стрелками 158) и проходит через СФ 72 или опциональный СФ 73. Отработавшие газы в СФ 72 или опциональном СФ 73 проходят вблизи продольной оси 190 (штриховые стрелки 160) и входят в перепускной канал 76 (штриховые стрелки 162) через входной конус 74. Штриховыми стрелками 162 обозначен поток, который продолжает проходить через перепускной канал 76 до прохождения через ловушку 80 УВ на участке перепускного канала 76, удаленного от выхлопной трубы 180 (например, участке с промежутком между наружными поверхностями выхлопной трубы 180 и трубы перепускного канала 76). Отработавшие газы ниже по потоку от ловушки 80 УВ (штриховые стрелки 164) продолжают протекать через перепускной канал 76 до прохождения через выход 78 и поворота в выпускной канал 48 в области ниже по потоку от отводного клапана. Таким образом, отработавшие газы, выходящие из перепускного канала 76, не текут через отводной клапан 90 и/или не соприкасаются с ним, в одном примере.
Отводной клапан 90 регулируют на основе сигналов от контроллера 12 в зависимости от условий двигателя. Согласно одному примеру, контроллер 12 может отправить сигнал на исполнительный механизм отводного клапана 90 для перевода отводного клапана 90 в полностью закрытое положение в ответ на возникновение холодного запуска двигателя. Путем перевода отводного клапана 90 в полностью закрытое положение отработавшие газы двигателя отводятся к перепускному каналу 76. Дополнительно, контроллер 12 может отправить сигнал для перевода отводного клапана 90 в полностью закрытое положение в ответ на возникновение события отсечки топлива при замедлении (ОТЗ), в некоторых примерах. Альтернативно, контроллер 12 может отправить сигнал для перевода отводного клапана 90 в полностью открытое положение в ответ на завершение холодного запуска и/или отсутствие ОТЗ. Дополнительно или альтернативно, контроллер 12 может перевести отводной клапан 90 в положения между полностью открытым и полностью закрытым положениями. Согласно одному примеру, в более закрытом положении (например, в положении ближе к полностью закрытому положению, чем к полностью открытому положению) большее количество отработавших газов может отводится из выпускного канала 48 в перепускной канал 76, чем в более открытом положении (например, в положении ближе к полностью открытому положению, чем к полностью закрытому положению). То есть, в более открытом положении меньше отработавших газов отводится в перепускной канал 76 из выпускного канала 48. Контроллер 12 получает сигналы от различных датчиков с фиг. 1А и 1В и использует различные исполнительные механизмы с фиг. 1А и 1В для регулировки работы двигателя на основе полученных сигналов и инструкций, сохраненных в памяти контроллера. Согласно одному примеру, контроллер 12 может регулировать положение отводного клапана 90 на основе информации, полученной от первого 86 и/или второго 88 датчиков температуры. Регулирование отводного клапана 90 в зависимости от условий двигателя будет раскрыто подробнее ниже со ссылками на фиг. 2А, 2В и 2С.
На фиг. 1А система 140 рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять требуемую часть отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной коллектор 44 через канал 142 РОГ. Количество газов РОГ, подаваемых во впускной коллектор 44, может изменяться контроллером 12 посредством клапана 144 РОГ. При некоторых условиях система 140 РОГ может быть использована для регулирования температуры топливно-воздушной смеси внутри камеры сгорания, тем самым обеспечивая способ управления моментом зажигания во время некоторых режимов сгорания.
Согласно одному примеру, система 140 РОГ может быть системой РОГ высокого давления (ВД). При этом турбина может быть расположена ниже по потоку от канала 142 РОГ в выпускном канале 48. Турбина может быть механически соединена с компрессором, расположенным выше по потоку от впускного коллектора 44, так что компрессор может подавать наддувочный воздух во впускной коллектор 44 при протекании отработавших газов через турбину. В других примерах система 140 РОГ может быть системой РОГ низкого давления (НД). При этом турбина может быть расположена выше по потоку от канала 142 РОГ в выпускном канале 48.
Контроллер 12 показан как микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство (МПУ) 102, порты 104 ввода/вывода, электронный носитель данных для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в данном конкретном примере в виде чипа 106 постоянного запоминающего устройства (например, долговременной памяти), оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к тем сигналам, которые рассматривались ранее, включая результаты измерения массового расхода впускного воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; температуры охлаждающей жидкости двигателя (ТОЖД) от датчика 112 температуры, соединенного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал положения двигателя от датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), измеряющего положение коленчатого вала 40; положения дросселя от датчика 65 положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (АДК) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя может быть сгенерирован контроллером 12 на основе показаний датчика 118 положения коленчатого вала. Сигнал давления в коллекторе также обеспечивает индикацию вакуума, или давления, во впускном коллекторе 44. Следует заметить, что могут быть использованы различные комбинации вышеперечисленных датчиков, например, датчик МРВ без датчика АДК, или наоборот. Во время работы двигателя крутящий момент двигателя может быть определен на основе выходного сигнала датчика 122 АДК и частоты вращения двигателя. Кроме того, этот датчик совместно с измеренной частотой вращения двигателя может являться основой для оценки заряда (в том числе воздуха), впускаемого в цилиндр. В одном примере датчик 118 положения коленчатого вала, который также используется как датчик частоты вращения двигателя, может выдавать заданное число равноотстоящих импульсов каждый оборот коленчатого вала.
Постоянное запоминающее устройство 106 носителя данных может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими долговременные инструкции, исполняемые процессором 102, для осуществления способов, раскрытых ниже, а также иных вариантов, которые предполагаются, но конкретно не перечисляются.
Как раскрывалось выше, на фиг. 1А показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и каждый цилиндр может аналогичным образом содержать свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливный инжектор, свечу зажигания и т.д.
Специалисту в данной области следует понимать, что раскрытые ниже конкретные алгоритмы в блок-схемах могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.п. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же порядок обработки необязательно требуется для достижения признаков и преимуществ, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Хоть это специально не показано, одно или несколько из иллюстрируемых действий или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, эти фигуры графически представляют код, подлежащий программированию в машиночитаемый носитель данных в контроллере 12 для исполнения контроллером в сочетании с аппаратным обеспечением контроллера, как проиллюстрировано на фиг. 1А.
Таким образом, на фиг. 1А и 1В показана система, содержащая основной выпускной канал, имеющий каталитический нейтрализатор, перепускной канал, соединенный по текучей среде с выходом сажевого фильтра, в основном выпускном канале ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, причем перепускной канал содержит ловушку УВ, меньше каталитического нейтрализатора, и отводной клапан, расположенный в основном выпускном канале между входом и выходом перепускного канала. Контроллер содержит машиночитаемые инструкции для регулирования положения отводного клапана на основе температуры каталитического нейтрализатора или температуры ловушки УВ. Основной выпускной канал дополнительно содержит отклонитель потока, расположенный выше по потоку от сажевого фильтра, причем отклонитель потока направляет отработавшие газы из впускного отверстия перепускного канала. Ловушка УВ расположена на участке перепускного канала, расположенном снаружи выхлопной трубы основного выпускного канала и удаленном от него. Перепускной канал имеет двойные стенки с вакуумом между внутренней и наружной стенками. Перепускной канал термически изолирован от основного выпускного канала, как показано изоляцией 92. Изоляция 92 не окружает полностью опциональные каталитические нейтрализаторы 81А и/или 81В. В частности, изоляция 92 не покрывает участок опциональных каталитических нейтрализаторов 81А и/или 81В в выпускном канале 48. Изоляция 92 не покрывает вход сажевого фильтра 72 или выход опциональных каталитических нейтрализаторов 81А и/или 81В. В некоторых примерах изоляция 92 может покрывать участок опциональных каталитических нейтрализаторов 81А и/или 81В в выпускном канале 48. Ловушка УВ меньше 2 см в диаметре, и меньше 1,5 см по длине, причем ловушка УВ содержит тонкое покрытие из платины на поверхности цеолита. Каталитический участок ловушки УВ отличен по составу от каталитического нейтрализатора в основном выпускном канале.
Дополнительно или альтернативно, система может содержать сажевый фильтр, размещенный в передней части перепускного канала внутри основного выпускного канала системы выпуска отработавших газов, ловушку углеводородов, размещенную в перепускном канале вне основного выпускного канала; и единственный отводной клапан, расположенный ниже по потоку от сажевого фильтра в основном выпускном канале, причем единственный отводной клапан выполнен с возможностью управления потоком отработавших газов через сажевый фильтр и через ловушку углеводородов. Контроллер выполнен с машиночитаемыми инструкциями для регулирования положения отводного клапана в ответ на температуру двигателя ниже пороговой температуры двигателя, или на возникновение события отсечки топлива при замедлении. Основной выпускной канал дополнительно содержит отклонитель потока, расположенный выше по потоку от сажевого фильтра, причем отклонитель потока является вогнутым относительно сажевого фильтра. Перепускной канал содержит L-образный участок, расположенный в основном выпускном канале, и U-образный участок, расположенный вне основного выпускного канала. Перепускной канал термически изолирован от основного выпускного канала и окружающей среды. Перепускной канал имеет диаметр перепускного канала, который меньше диаметра основного выпускного канала, причем диаметр ловушки углеводородов меньше диаметра основного выпускного канала. Ловушка углеводородов дополнительно содержит каталитический участок, выполненный с возможностью обработки уловленных углеводородов до их выпуска из ловушки углеводородов. Перепускной канал содержит вход перепускного канала, примыкающий к выходу сажевого фильтра выше по потоку от отводного клапана, и перепускной канал содержит выход перепускного канала, проходящий через поверхность основного выпускного канала в области ниже по потоку от отводного клапана.
В альтернативном варианте осуществления способ содержит улавливание выбросов в ловушке УВ, когда температура двигателя ниже пороговой температуры двигателя, удержание выбросов, когда температура ловушки УВ ниже пороговой температуры, и обработку выбросов, когда температура ловушки УВ выше пороговой температуры. Ловушка УВ расположена в перепускном канале и/или вспомогательном канале, расположенном вне главного выпускного канала, выполненного с возможностью получения отработавших газов двигателя. Ловушка УВ представляет собой небольшое устройство обработки, меньше каталитического нейтрализатора в главном выпускном канале. Температура каталитического нейтрализатора ниже пороговой температуры каталитического нейтрализатора, при этом каталитический нейтрализатор не способен вступать в реакцию, когда температура двигателя ниже пороговой температуры двигателя. Способ дополнительно включает в себя направление отработавших газов в перепускной канал, когда температура каталитического нейтрализатора ниже пороговой температуры каталитического нейтрализатора, путем перемещения отводного клапана в более закрытое положение. Отводной клапан перемещают в более открытое положение в ответ на температуру каталитического нейтрализатора выше пороговой температуры каталитического нейтрализатора. Перепускной канал термически изолирован от основного выпускного канала и окружающей среды, при этом перепускной канал содержит изолирующие элементы. Согласно одному примеру, изолирующий элемент представляет собой вакуумный элемент. Дополнительно или альтернативно, отводной клапан перемещают в более закрытое положение в ответ на возникновение события ОТЗ, при котором концентрация кислорода рядом с ловушкой УВ повышена.
На фиг. 2А, 2В и 2С показан пример способа 200 эксплуатации отводного клапана, выполненного с возможностью отведения отработавших газов из основного выпускного канала (например, выпускного канала 48 по фиг. 1А и 1В) во вспомогательный канал (например, перепускной канал 76 по фиг. 1А и 1В), содержащий ловушку УВ (например, ловушку 80 УВ по фиг. 1А и 1В). Инструкции для осуществления способа 200 могут быть исполнены контроллером (например, контроллером 12 по фиг. 1А) на основании инструкций, сохраненных в памяти контроллера, и в совокупности с сигналами, получаемыми от датчиков системы двигателя, таких как датчики, раскрытые выше со ссылкой на фиг. 1А и 1В. Контроллер может использовать исполнительные механизмы двигателя системы двигателя для регулирования работы двигателя, в соответствии со способами, раскрытыми ниже.
Способ 200 может начинаться на шаге 202, на котором согласно способу 200 определяют, оценивают и/или измеряют текущие параметры работы двигателя. Текущие параметры работы двигателя могут включать в себя, но не ограничиваясь, одно или более из следующего: температура двигателя, температура охлаждающей жидкости, нагрузка двигателя, скорость транспортного средства, концентрация кислорода в потоке отработавших газов и воздушно-топливное отношение.
На шаге 204 способа 200 определяют возникновение холодного запуска. Холодный запуск может быть определен, если температура двигателя ниже пороговой температуры двигателя. Температура двигателя может быть определена посредством датчика температуры двигателя, датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя и/или датчика температуры окружающей среды. Пороговая температура двигателя может зависеть от диапазона требуемой рабочей температуры двигателя (в частности, 180-200°F). Если определенная температура двигателя ниже пороговой температуры двигателя, то способ 200 переходит на шаг 206 для закрытия отводного клапана. Каталитический нейтрализатор (например, ТКН 70, показанный на фиг. 1А и 1В) в главном выпускном канале и/или главном выпускном канале (например, выпускном канале 48 по фиг. 1А и 1В) не может быть активирован во время холодного запуска, и, таким образом, не способен обрабатывать углеводороды, образованные во время холодного запуска. Путем закрытия отводного клапана, противодавление в выпускном канале увеличивается в результате предотвращения протекания отработавших газов двигателя непосредственно через основной выпускной канал без протекания через перепускной канал. Это не только вынуждает отработавшие газы течь через сажевый фильтр в перепускной канал с ловушкой УВ для обработки углеводородов, образованных во время холодного запуска, но также позволяет каталитическому нейтрализатору быстрее нагреваться вследствие противодавления. Таким образом, противодавление может способствовать рециркуляции отработавших газов через каталитический нейтрализатор в основном выпускном канале.
На шаге 208 способ 200 включает в себя подачу отработавших газов из основного выпускного канала в перепускной канал. Отработавшие газы текут через ловушку УВ, где углеводороды, образованные во время холодного запуска, прошедшие через неактивный каталитический нейтрализатор, улавливаются на поверхностях ловушки УВ. Углеводороды не могут реагировать с каталитическим участком ловушки УВ, т.к. он не достиг температуры активации. Однако углеводороды могут улавливаться и захватываться на участке ловушки УВ до тех пор, пока каталитический участок не достигнет температуры активации, причем углеводороды затем окисляют и выпускают из ловушки УВ, и направляют обратно в основной выпускной канал.
На шаге 210 способа 200 определяют, выбрасывает ли еще двигатель углеводороды, посредством датчика УВ, размещенного в основном выпускном канале. Альтернативно, углеводороды могут больше не выбрасываться из двигателя, если температура внутри цилиндра по существу равна пороговой температуре двигателя, раскрытой выше. Если двигатель все еще выбрасывает углеводороды, то способ 200 переходит на шаг 212 для поддержания текущих параметров работы двигателя, а отводной клапан удерживают в закрытом положении. Таким образом, углеводороды продолжают улавливаться в перепускном канале посредством ловушки УВ и каталитического нейтрализатора.
Если двигатель больше не выбрасывает углеводороды, то способ 200 переходит на шаг 214 для определения того, достиг ли главный каталитический нейтрализатор (например, ТКН, расположенный в основном выпускном канале) активации. ТКН активируется, когда он достигает пороговой температуры ТКН, зависящей от рабочей температуры ТКН, при которой он способен вступать в реакцию с УВ. Если главный каталитический нейтрализатор не достиг активации, то способ 200 переходит на шаг 212, на котором поддерживают текущие параметры работы двигателя, а отводной клапан поддерживают в закрытом положении, как раскрыто выше. Таким образом, отработавшие газы продолжают течь к ловушке УВ в перепускном канале, где захватываются необработанные УВ.
Если ТКН активирован (например, температура ТКН достигает пороговой температуры ТКН), то способ 200 переходит на шаг 216 для открытия отводного клапана. Контроллер отправляет сигнал на исполнительный механизм отводного клапана для перевода отводного клапана из полностью закрытого положения в полностью открытое положение, в одном примере.
На шаге 218 способа 200 подают отработавшие газы через ТКН, при этом отработавшие газы не могут течь в ловушку УВ. Путем перевода отводного клапана в полностью открытое положение главный выпускной канал менее ограничен по сравнению с полностью закрытым положением. Поэтому отработавшие газы больше не могут течь через перепускной канал в ловушку УВ. Таким образом, УВ обрабатывают в ТКН в основном выпускном канале без протекания отработавших газов в ловушку УВ. Это может увеличить срок службы ловушки УВ.
Таким образом, согласно одному примеру, способ содержит шаги, на которых подают сгоревшие отработавшие газы в сажевый фильтр и ловушку углеводородов в перепускном канале во время холодного запуска, причем сажевый фильтр расположен внутри основного выпускного канала, а ловушка углеводородов расположена вне указанного основного канала. Сажевый фильтр расположен выше по потоку от отводного клапана относительно направления потока отработавших газов, причем отводной клапан выполнен с возможностью регулирования потока отработавших газов в перепускной канал в зависимости от условий двигателя. Перепускной канал содержит вход, физически соединенный с выходом сажевого фильтра, и выход перепускного канала, расположенный ниже по потоку от отводного клапана. Расположение ловушки УВ вне основного выпускного канала подразумевает ее расположение на участке перепускного канала, где наружная поверхность перепускного канала находится за пределами наружной поверхности основного выпускного канала и на расстоянии от него. В некоторых примерах отводной клапан переводят в более закрытое положение для увеличения потока отработавших газов в перепускной канал и переводят отводной клапан в более открытое положение для уменьшения потока отработавших газов в перепускной канал. Ловушка углеводородов содержит каталитические элементы, расположенные на ней.
На шаге 204 если холодный запуск не происходит (например, температура двигателя выше пороговой температуры двигателя), то способ 200 переходит на шаг 220 по фиг. 2В. На шаге 220 в способе 200 определяют, превышает ли температура ловушки УВ пороговую температуру регенерации. Согласно одному примеру, пороговая температура регенерации зависит от температуры ловушки УВ, способной к горению при воздействии высоких концентраций кислорода в потоке отработавших газов. Например, концентрации кислорода в потоке отработавших газов могут быть выше во время ОТЗ по сравнению с событиями подачи топлива в цилиндр. Если температура ловушки УВ ниже пороговой температуры регенерации, то способ 200 переходит на шаг 222, поддерживает текущие параметры работы двигателя и не регенерирует ловушку УВ.
Если температура ловушки УВ выше пороговой температуры регенерации, то способ 200 переходит на шаг 224 для определения возникновения ОТЗ. ОТЗ возникает, если цилиндры не получают впрысков топлива. Иначе говоря, ОТЗ возникает, если циклы сгорания в двигателе продолжаются в отсутствие впрысков топлива. Таким образом, впускной воздух может продолжать поступать в цилиндры и выпускаться в главный выпускной канал, а поршни могут все еще совершать колебания. Если ОТЗ не возникает, то способ 200 переходит на шаг 222 для поддержания текущих параметров работы двигателя. Отработавшие газы, во время ОТЗ состоящие по существу из впускного воздуха, текут через главный выпускной канал и не могут поступать в перепускной канал. Таким образом, регенерация ловушки УВ в сочетании с каталитическим нейтрализатором не может происходить, даже если их температура выше пороговой температуры регенерации.
В некоторых примерах, дополнительно или альтернативно, способ 200 может включать в себя определение температуры опционального каталитического нейтрализатора (например, каталитических нейтрализаторов 81А и/или 81В по фиг. 1В) на шаге 220. То есть, если температура опционального каталитического нейтрализатора выше пороговой температуры опционального каталитического нейтрализатора, то способ 200 может перейти на шаг 224. Таким образом, пороговая температура опционального каталитического нейтрализатора может зависеть от температуры регенерации ловушки УВ. Как раскрыто выше, опциональный каталитический нейтрализатор расположен в обоих каналах - выпускном канале и вторичном канале (например, выпускном канале 48 и вторичном канале 76 по фиг. 1В). Поэтому температура опционального каталитического нейтрализатора может использоваться для оценки и/или вычисления температуры ловушки УВ. В некоторых примерах, дополнительно или альтернативно, способ 200 переходит на шаг 224, только если температура ловушки УВ выше пороговой температуры регенерации, и температура опционального каталитического нейтрализатора выше пороговой температуры опционального каталитического нейтрализатора. Таким образом, регенерация ловушки УВ может быть инициирована после определения того, что обе температуры выше соответствующих пороговых значений. В других примерах способ 200 переходит на шаг 224, если по меньшей мере одна из температуры ловушки УВ или температуры опционального каталитического нейтрализатора выше пороговой температуры регенерации или пороговой температуры опционального каталитического нейтрализатора, соответственно.
В некоторых примерах горячие отработавшие газы могут быть отведены в перепускной канал для регенерации комбинации ловушки УВ и каталитического нейтрализатора, даже когда температура ловушки УВ ниже пороговой температуры регенерации, и/или если ОТЗ не возникает. Температуры отработавших газов могут быть достаточно высокими для регенерации ловушки УВ, например, когда нагрузка двигателя высока. Однако во время высоких нагрузок двигателя противодавление может негативно сказаться на характеристиках двигателя. Поэтому отводной клапан быть переведен к более закрытому положению из полностью закрытого положения. Таким образом, противодавление может быть достаточным для продвижения потока отработавших газов в перепускной канал без негативного влияния на характеристики двигателя. Это позволяет выполнить регенерацию ловушки УВ, даже если температура ловушки УВ ниже пороговой температуры регенерации и/или если ОТЗ не возникает.
Если ОТЗ возникает, то способ 200 переходит на шаг 226. На шаге 226 способ 200 включает в себя закрытие отводного клапана. Путем закрытия отводного клапана противодавление в основном выпускном канале увеличивается. Однако это противодавление не оказывает негативного влияния на характеристики двигателя из-за неактуальности устойчивости горения во время ОТЗ.
На шаге 228 способ 200 включает в себя подачу отработавших газов из основного выпускного канала в перепускной канал с ловушкой УВ. Увеличенное содержание кислорода в отработавших газах вследствие ОТЗ может позволить сжечь УВ, уловленные на ловушке УВ. Этом может привести ловушку УВ в менее загруженное состояние, при котором ловушка УВ способна захватывать больше УВ, чем в более загруженном состоянии.
На шаге 230 способ 200 включает в себя определение того, превышает ли концентрация кислорода во вторичном перепускном канале пороговую концентрацию кислорода. Согласно одному примеру, пороговая концентрация кислорода может зависеть от концентрации кислорода, способной привести к повреждению ловушки УВ. Иначе говоря, концентрация кислорода больше пороговой концентрации кислорода может привести к неконтролируемой регенерации, при которой температура ловушки УВ становится очень большой (например, больше верхней пороговой температуры), что может привести к образованию отверстий и/или трещин. Это может уменьшить улавливающие и/или каталитические способности ловушки УВ. Концентрация кислорода может быть определена посредством датчика кислорода, расположенного в перепускном канале. Дополнительно или альтернативно, концентрация кислорода может быть определена посредством второго датчика температуры в перепускном канале, расположенного ниже по потоку от ловушки УВ. Сигнал температуры от второго датчика температуры может использоваться для оценки концентрации кислорода у ловушки УВ. Дополнительно или альтернативно, датчик массового расхода воздуха (например, датчик 120 массового расхода воздуха, показанный на фиг. 1А) может использоваться для оценки концентрации кислорода у ловушки УВ.
Если концентрация кислорода ниже пороговой концентрации кислорода, то способ переходит на шаг 232 для продолжения подачи отработавших газов в перепускной канал, а отводной клапан поддерживают в полностью закрытом положении. Таким образом, регенерация ловушки УВ может продолжиться.
Если концентрация кислорода выше пороговой концентрации кислорода, то способ 200 переходит на шаг 234 для регулирования потока отработавших газов в перепускной канал путем регулирования положения отводного клапана. Согласно одному примеру, отводной клапан может быть переведен в полностью открытое положение из полностью закрытого положения в ответ на концентрацию кислорода выше пороговой концентрации кислорода. Таким образом, поток отработавших газов в перепускной канал уменьшен и/или по существу прекращен. В некоторых примерах, дополнительно или альтернативно, отводной клапан может быть переведен в положение между полностью открытым и полностью закрытым положениями в ответ на концентрацию кислорода выше пороговой концентрации кислорода. Согласно одному примеру, отводной клапан может быть переведен в более закрытое положение из полностью закрытого положения, причем более закрытое положение позволяет большему количеству отработавших газов оставаться в главном выпускном канале, тем самым позволяя меньшему количеству отработавших газов (например, кислороду) течь в перепускной канал. Это может уменьшить концентрацию кислорода в перепускном канале. Таким образом, температурой регенерации ловушки УВ можно управлять путем регулирования положения отводного клапана во время ОТЗ.
На шаге 236 способ 200 включает в себя определение того, завершена ли регенерация ловушки УВ. Регенерация может быть завершена, когда ловушка УВ приведена в полностью незагруженное состояние (например, по существу в отсутствие углеводородов на ловушке УВ). В некоторых примерах, регенерация может быть остановлена ранее завершения вследствие выключения ОТЗ в ответ на нажатие на педаль акселератора. Это может привести к частичной регенерации ловушки УВ. Если регенерация не завершена, то способ 200 переходит на шаг 238 для продолжения подачи отработавших газов в ловушку УВ, а отводной клапан не перемещают в полностью открытое положение.
Если регенерация завершена, то способ 200 переходит на шаг 240 для перевода отводного клапана в полностью открытое положение, при котором поток отработавших газов в перепускной канал по существу отсутствует. Поэтому поток отработавших газов в перепускной канал останавливают во время ОТЗ, если регенерация завершена.
На шаге 242 по фиг. 2С способ 200 включает в себя определение того, меньше ли температура ловушки УВ верхней пороговой температуры. Верхняя пороговая температура может зависеть от температуры, при которой возможно повреждение каталитического участка ловушки УВ. Если температура ловушки УВ не ниже верхней пороговой температуры, то способ 200 переходит на шаг 244. На шаге 244 способ 200 включает в себя определение наличия повреждения каталитического участка ловушки УВ. Температуры выше верхней пороговой температуры могут вызвать повреждение (например, плавление) подложки каталитического нейтрализатора, что приводит к деактивации каталитических нейтрализаторов. Согласно одному примеру, если рядом с каталитическим нейтрализатором накапливается слишком много несгоревших или частично сгоревших углеводородов при неконтролируемом горении, то температура каталитического нейтрализатора может превысить верхнюю пороговую температуру, что может привести к повреждению.
На шаге 246 способ 200 включает в себя активацию индикаторной лампы для предупреждения оператора транспортного средства о повреждении ловушки УВ. Способ 200 может дополнительно включать в себя ограничение подачи топлива для снижения выбросов во время холодных запусков. Дополнительно или альтернативно, способ 200 может дополнительно включать в себя отсутствие подачи отработавших газов к ловушке УВ во время ОТЗ в ответ на повреждение каталитического участка.
Если температура ловушки УВ ниже верхней пороговой температуры, то способ 200 переходит на шаг 248 для определения того, меньше ли изменение температуры ловушки УВ порогового изменения температуры. Пороговое изменение температуры может зависеть от изменения температуры, при котором возможно повреждение ловушки УВ. Если изменение температуры слишком велико, то ловушка УВ может увеличится в размере больше заданных пределов, что приведет к развитию трещин и/или отверстий и может привести к утечкам УВ через ловушку УВ. Поэтому, если изменение температуры ловушки УВ не ниже порогового изменения температуры, то способ 200 переходит на шаг 250. В некоторых примерах ловушка УВ может быть повреждена, если температура ловушки УВ превышает верхнюю пороговую температуру. Таким образом, верхняя пороговая температура может обозначать температуру, при которой возможно повреждение участка ловушки УВ ловушки УВ, независимо от изменения температуры.
На шаге 250 способ 200 включает в себя индикацию повреждения участка ловушки УВ ловушки УВ путем активации индикаторной лампы на шаге 252 и/или установки кода, сохраненного в долговременной памяти, причем код включает в себя уникальный идентификатор, соответствующий повреждению ловушки УВ. Способ 200 может дополнительно включать в себя ограничение подачи топлива во время холодных запусков для снижения выбросов при холодных запусках в ответ на индикацию. Дополнительно или альтернативно, способ 200 может дополнительно включать в себя отсутствие подачи отработавших газов к ловушке УВ во время ОТЗ и/или холодных запусков в ответ на индикацию.
Если изменение температуры ловушки УВ ниже порогового изменения температуры, то способ 200 переходит на шаг 254 для поддержания текущих параметров работы двигателя, а индикацию повреждения ловушки УВ не осуществляют. Таким образом, ловушка УВ была регенерирована, а температура регенерации в достаточной мере контролировалась для снижения повреждения ловушки УВ во время ОТЗ.
Таким образом, способ может содержать во время условия холодного запуска, при котором температура двигателя ниже пороговой температуры двигателя, или когда двигатель был охлажден до температуры, находящейся в пределах порогового диапазона температуры окружающей среды, закрытие отводного клапана для отвода отработавших газов из основного выпускного канала в ловушку УВ в перепускном канале, и открытие отводного клапана для предотвращения потока отработавших газов к ловушке УВ, когда температура двигателя выше или равна пороговой температуре двигателя. Путем закрытия отводного клапана, согласно способу, направляют отработавшие газы в перепускной канал во время события отсечки топлива при замедлении. Путем открытия отводного клапана, согласно способу, уменьшают и/или предотвращают поток отработавших газов в перепускной канал во время события отсечки топлива при замедлении в ответ на концентрацию кислорода в перепускном канале выше пороговой концентрации кислорода. Способ дополнительно содержит диагностику состояния ловушки УВ на основе данных обратной связи от первого датчика температуры и второго датчика температуры, расположенных выше по потоку и ниже по потоку от ловушки УВ.
Дополнительно или альтернативно, способ может содержать во время ОТЗ регулирование клапана, управляющего перепускным потоком в ловушку углеводородов и сажевый фильтр в перепускном канале на основе температуры ловушки углеводородов. Регулирование в ответ на температуру ловушки углеводородов меньше верхней пороговой температуры включает в себя перевод клапана в более закрытое положение для увеличения противодавления отработавших газов в основном выпускном канале, вынуждение отработавших газов течь через сажевый фильтр в области выше по потоку от клапана в основном выпускном канале, причем отработавшие газы также текут через ловушку углеводородов, расположенную вне основного выпускного канала, перед возвратом в основной выпускной канал в области ниже по потоку от клапана. Однако, регулирование в ответ на температуру ловушки углеводородов выше верхней пороговой температуры включает в себя перевод клапана в более открытое положение для уменьшения противодавления отработавших газов и для уменьшения потока отработавших газов из основного выпускного канала в перепускной канал с ловушкой углеводородов. Диаметр сажевого фильтра и диаметр ловушки углеводородов меньше диаметра основного выпускного канала, причем клапан выполнен с возможностью обеспечения протекания большего количества отработавших газов из основного выпускного канала в перепускной канал, когда он находится в более закрытом положении по сравнению с более открытым положением. Температуру ловушки углеводородов оценивают с помощью первого датчика температуры и/или второго датчика температуры, причем первый и второй датчики температуры расположены на участке перепускного канала вне основного выпускного канала, охватывающего клапан.
На фиг. 3 показана рабочая последовательность 300, иллюстрирующая пример результатов для ловушки УВ, расположенной в перепускном канале системы выпуска отработавших газов двигателя. Линия 302 представляет температуру двигателя, а линия 304 представляет пороговую температуру двигателя, линия 306 представляет положение отводного клапана, линия 308 представляет наличие или отсутствие ОТЗ, линия 310 представляет концентрацию кислорода в перепускном канале вблизи ловушки УВ, линия 312 представляет пороговую концентрацию кислорода, линия 314 представляет нагрузку ловушки УВ, линия 316 представляет температуру ловушки УВ, а линия 318 представляет верхнюю пороговую температуру. Горизонтальные оси на каждом графике представляют время, которое увеличивается от левой стороны фигур к правой стороне фигуры.
1
1
До момента t температура двигателя (линия 302) ниже пороговой температуры двигателя (линия 304). Пороговая температура двигателя может зависеть от нижней пороговой температуры, причем температуры двигателя ниже нижней пороговой температуры соответствуют холодному запуску двигателя. Таким образом, холодный запуск может иметь место до момента t. Отводной клапан (линия 306) находится в открытом положении для пропуска отработавших газов из основного выпускного канала в перепускной канал, где расположена ловушка УВ. Таким образом, выбросы, производимые во время холодного запуска, могут быть уловлены ловушкой УВ. Так, выбросы не выпускаются в окружающую среду, несмотря на то, что каталитический нейтрализатор в основном выпускном канале не активирован (например, не способен реагировать с выбросами). Нагрузка ловушки УВ (линия 314) увеличивается. Температура ловушки УВ (линия 316) увеличивается к пороговой температуре ловушки УВ (линия 318). ОТЗ (линия 308) не возникает, и в результате этого концентрация кислорода (линия 310) является сравнительно низкой (например, ниже пороговой концентрации кислорода (линия 312)) или по существу нулевой.
1
В момент t, температура двигателя достигает нижней пороговой температуры, что сигнализирует об окончании холодного запуска. Поэтому отводной клапан закрывают, чтобы по существу предотвратить поток отработавших газов из основного выпускного канала в перепускной канал. ТКН в главном выпускном канале может быть активирован после завершения холодного запуска. Дополнительно или альтернативно, двигатель может производить меньше выбросов после завершения холодного запуска. Таким образом, отводной клапан закрывают для увеличения срока службы ловушки УВ посредством предотвращения непрерывного протекания отработавших газов в ловушку УВ. Нагрузка ловушки УВ остается по существу постоянной, т.к. выбросы более не текут в перепускной канал. Аналогичным образом, температура ловушки УВ остается по существу постоянной, т.к. отработавшие газы не текут в перепускной канал, когда отводной клапан закрыт.Как раскрыто выше, стенки перепускного канала и/или корпус ловушки УВ могут быть изолированы. Поэтому перепускной канал и ловушка УВ не могут сообщаться термически с главным выпускным каналом или с отработавшими газами в главном выпускном канале. ОТЗ не происходит и в результате этого концентрация кислорода является сравнительно низкой и/или по существу нулевой.
1
2
После момента t и до момента t температура двигателя все еще выше нижней пороговой температуры и продолжает возрастать. Поэтому нагрузка двигателя может увеличиться. Отводной клапан остается закрытым, поддерживая таким образом нагрузку ловушки УВ и температуру ловушки УВ по существу на постоянном уровне.
2
В момент t температура двигателя устанавливается на температуре выше нижней пороговой температуры. Температура двигателя может оставаться постоянной, если нагрузка двигателя по существу постоянна (в частности, при движении по инерции). В некоторых примерах температура двигателя может быть по существу постоянной, когда оператор транспортного средства не отпускает и не нажимает на педаль акселератора (в частности, стопа убрана с педали газа). В ответ на это может быть инициирована ОТЗ, при которой один или более цилиндров двигателя более не получают топливо и являются деактивированными. Однако деактивированные цилиндры могут все еще получать впускной воздух, и соответствующие поршни могут продолжать совершать колебательные движения. Таким образом, количество кислорода в потоке отработавших газов может увеличиться. Отводной клапан открыт во время ОТЗ, и отработавшие газы из главного выпускного канала текут в перепускной канал. Таким образом, концентрация кислорода рядом с ловушкой УВ начинает увеличиваться. Температура ловушки УВ также начинает увеличиваться при начале сжигания кислорода и УВ, уловленных на ловушке УВ. Таким образом, нагрузка УВ ловушки УВ начинает уменьшаться.
2
3
После момента t и до момента t температура двигателя остается по существу постоянной, и режим ОТЗ остается активным. Отводной клапан остается в полностью закрытом положении, и концентрация кислорода продолжает увеличиваться к пороговой концентрации кислорода. Поэтому нагрузка УВ продолжает уменьшаться, и температура ловушки УВ продолжает увеличиваться к верхней пороговой температуре.
3
В момент t температура двигателя остается по существу постоянной, и режим ОТЗ продолжается. Концентрация кислорода увеличивается и становится по существу равной пороговой концентрации кислорода. В результате этого температура ловушки УВ увеличивается и становится по существу равной верхней пороговой температуре. Поэтому отводной клапан перемещают из полностью закрытого положения в менее закрытое положение так, что меньшее количество отработавших газов течет из основного выпускного канала в перепускной канал. Регенерация продолжается, что показано снижением нагрузки УВ ловушки УВ.
3
4
После момента t и до момента t температура двигателя остается по существу постоянной, и режим ОТЗ продолжается. Масса кислорода уменьшается при перемещении отводного клапана в более открытое положение между полностью закрытым и полностью открытым положениями. Температура ловушки УВ начинает уменьшаться до температуры ниже верхней пороговой температуры. Однако температура ловушки УВ высока достаточно для продолжения реагирования с кислородом и сжигания УВ. По существу, нагрузка УВ ловушки УВ продолжает уменьшаться.
4
В момент t температура ТКН остается по существу постоянной, и режим ОТЗ продолжается. Нагрузка УВ ловушки УВ сравнительно низкая и/или по существу нулевая. Таким образом, регенерация может быть завершена, и ловушка УВ может более не иметь УВ, подлежащих сгоранию. Поэтому отводной клапан перемещают в полностью открытое положение для уменьшения и/или по существу предотвращения протекания отработавших газов в перепускной канал к ловушке УВ. Посредством этого температура ловушки УВ снижается вследствие того, что поток массы кислорода в перепускной канал по существу уменьшен и/или равен нулю.
4
5
После момента t и до момента t температура ТКН остается по существу постоянной, и режим ОТЗ продолжается. Отводной клапан остается полностью открытым. Поэтому отработавшие газы не текут в перепускной канал. Таким образом, нагрузка УВ ловушки УВ остается низкой, а температура ловушки УВ продолжает уменьшаться. Однако скорость уменьшения температуры ловушки УВ низка, так что каталитический участок ловушки УВ остается активным. Указанная скорость может быть низкой из-за изоляции перепускного канала и/или корпуса ловушки УВ. Масса кислорода у ловушки УВ быстро уменьшается, когда на ловушке УВ больше не сжигаются УВ.
5
В момент t температура ТКН остается по существу постоянной, ОТЗ продолжается, а масса кислорода в перепускном канале сравнительно низкая и/или по существу нулевая. Отводной клапан полностью открыт, и отработавшие газы не могут поступать в перепускной канал. Поэтому, нагрузка УВ ловушки УВ остается сравнительно низкой. Дополнительно, температура ловушки УВ продолжает немного уменьшаться из-за небольших потерь тепла в окружающую среду.
5
6
После момента t и до момента t температура ТКН остается по существу постоянной, и режим ОТЗ продолжается. Отводной клапан остается в полностью открытом положении, так что нагрузка УВ остается по существу низкой. Температура ловушки УВ продолжает немного уменьшаться. Масса кислорода у ловушки УВ сравнительно низкая и/или по существу нулевая.
6
В момент t температура каталитического нейтрализатора ТКН остается по существу постоянной. ОТЗ деактивируют, например, из-за увеличения запроса водителя (например, нажатия на педаль акселератора). Отводной клапан остается полностью открытым, нагрузка УВ остается сравнительно низкой и/или по существу нулевой, температура ловушки УВ продолжает немного уменьшаться, а концентрация кислорода у ловушки УВ сравнительно низкая и/или по существу нулевая.
Таким образом, отводной клапан может использоваться для перенаправления отработавших газов из главного выпускного канала в перепускной канал, когда каталитический нейтрализатор в главном выпускном канале не активирован. Перепускной канал содержит ловушку УВ, меньше каталитического нейтрализатора в главном выпускном канале, и, поэтому, способную быстрее достигать температуры активации. Технический результат наличия ловушки УВ в перепускном канале состоит в регулировании потока отработавших газов в перепускной канал посредством отводного клапана, когда каталитический нейтрализатор не активирован, так что выбросы не могут выпускаться в атмосферу, когда каталитический нейтрализатор не активирован. Посредством этого выбросы, производимые во время холодных запусков, могут обрабатываться путем подачи отработавших газов в ловушку УВ. Альтернативно, когда каталитический нейтрализатор активирован, отработавшие газы не могут течь в перепускной канал для увеличения срока службы ловушки УВ.
x
Способ содержит шаги, на которых подают сгоревшие отработавшие газы в сажевый фильтр и ловушку углеводородов в перепускном канале во время холодного запуска, причем сажевый фильтр расположен внутри основного выпускного канала, а ловушка углеводородов расположена вне указанного основного канала. Первый пример способа дополнительно предусматривает, что сажевый фильтр расположен выше по потоку от отводного клапана относительно направления потока отработавших газов, причем отводной клапан выполнен с возможностью регулирования потока отработавших газов в перепускной канал в зависимости от условий двигателя. Второй пример способа опционально включает в себя первый пример и дополнительно предусматривает, что перепускной канал содержит вход, физически соединенный с выходом сажевого фильтра, и выход перепускного канала, расположенный ниже по потоку от отводного клапана. Третий пример способа опционально включает в себя первый и/или второй примеры и дополнительно предусматривает, что расположение ловушки углеводородов вне основного выпускного канала включает в себя ее расположение на участке перепускного канала, на котором наружная поверхность перепускного канала находится за пределами наружной поверхности основного выпускного канала и на расстоянии от нее. Четвертый пример способа опционально включает в себя один или более из примеров с первого по третий и дополнительно предусматривает, что перепускной канал дополнительно содержит каталитический нейтрализатор на своем выходе. Пятый пример способа опционально включает в себя примеры с первого по четвертый и дополнительно предусматривает, что отводной клапан переводят в более закрытое положение для увеличения потока отработавших газов в перепускной канал, при этом отводной клапан переводят в более открытое положение для уменьшения потока отработавших газов в перепускной канал. Шестой пример способа опционально включает в себя примеры с первого по пятый и дополнительно предусматривает, что ловушка углеводородов содержит каталитические элементы, расположенные на ней, причем ловушка углеводородов дополнительно содержит элементы улавливания оксидов азота (NO).
Система содержит сажевый фильтр, размещенный в передней части перепускного канала внутри основного выпускного канала системы выпуска отработавших газов, ловушку углеводородов, размещенную в перепускном канале вне основного выпускного канала; и единственный отводной клапан, расположенный ниже по потоку от сажевого фильтра в основном выпускном канале, причем единственный отводной клапан выполнен с возможностью управления потоком отработавших газов как через сажевый фильтр, так и через ловушку углеводородов. Первый пример системы дополнительно содержит контроллер с машиночитаемыми инструкциями для регулирования положения отводного клапана в ответ на температуру двигателя ниже пороговой температуры двигателя или на возникновение события отсечки топлива при замедлении. Второй пример системы опционально включает в себя первый пример и дополнительно предусматривает, что основной выпускной канал дополнительно содержит отклонитель потока, расположенный выше по потоку от сажевого фильтра, и причем отклонитель потока является вогнутым относительно сажевого фильтра. Третий пример системы опционально включает в себя первый и/или второй примеры и дополнительно предусматривает, что перепускной канал содержит L-образный участок, расположенный в основном выпускном канале, и U-образный участок, расположенный вне основного выпускного канала. Четвертый пример системы опционально включает в себя один или более из примеров с первого по третий и дополнительно предусматривает, что перепускной канал термически изолирован от основного выпускного канала и окружающей среды. Пятый пример системы опционально включает в себя один или более из примеров с первого по четвертый и дополнительно предусматривает, что перепускной канал имеет диаметр меньше диаметра основного выпускного канала, причем диаметр ловушки углеводородов меньше диаметра основного выпускного канала. Шестой пример системы опционально включает в себя один или более из примеров с первого по пятый и дополнительно предусматривает, что ловушка углеводородов дополнительно содержит каталитический участок, выполненный с возможностью обработки уловленных углеводородов до их выпуска из ловушки углеводородов, причем каталитический участок содержит комбинацию переходных металлов и/или благородных металлов. Седьмой пример системы опционально включает в себя один или более из примеров с первого по шестой и дополнительно предусматривает, что перепускной канал содержит вход перепускного канала, примыкающий к выходу сажевого фильтра выше по потоку от отводного клапана, и дополнительно содержит выход перепускного канала, проходящий через поверхность основного выпускного канала в области ниже по потоку от отводного клапана.
Способ для выпуска отработавших газов содержит шаг, на котором во время ОТЗ регулируют клапан, управляющий перепускным потоком в ловушку углеводородов и сажевый фильтр в перепускном канале, на основе температуры ловушки углеводородов. Первый пример способа дополнительно предусматривает, что регулирование в ответ на температуру ловушки углеводородов меньше верхней пороговой температуры включает в себя перевод клапана в более закрытое положение для увеличения противодавления отработавших газов в основном выпускном канале, вынуждение отработавших газов течь через сажевый фильтр в области выше по потоку от клапана в основном выпускном канале, причем отработавшие газы также текут через ловушку углеводородов, расположенную вне основного выпускного канала, перед возвращением в основной выпускной канал в области ниже по потоку от клапана. Второй пример способа опционально включает в себя первый пример и дополнительно предусматривает, что регулирование в ответ на температуру ловушки углеводородов выше верхней пороговой температуры включает в себя перевод клапана в более открытое положение для уменьшения противодавления отработавших газов и для уменьшения потока отработавших газов из основного выпускного канала в перепускной канал, содержащий ловушку углеводородов. Третий пример способа опционально включает в себя первый и/или второй примеры и дополнительно предусматривает, что диаметр сажевого фильтра и диаметр ловушки углеводородов меньше диаметра основного выпускного канала, причем клапан выполнен с возможностью обеспечения протекания большего количества отработавших газов из основного выпускного канала в перепускной канал, когда он находится в более закрытом положении по сравнению с более открытым положением. Четвертый пример способа опционально включает в себя один или более из примеров с первого по третий и дополнительно предусматривает, что температуру ловушки углеводородов оценивают с помощью первого датчика температуры и/или второго датчика температуры, причем первый и второй датчики температуры расположены на участке перепускного канала вне основного выпускного канала, вмещающего клапан. 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 оснащением 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 особенностей и преимуществ описываемых здесь 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 настоящем описании 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. Предмет 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 таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.