СИСТЕМА И СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) ДЛЯ АДАПТИВНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ САЖЕВЫХ ФИЛЬТРОВ В ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ
SYSTEM AND METHOD (EMBODIMENTS) FOR ADAPTIVE REGENERATION OF PARTICULATE FILTERS IN DIESEL ENGINES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение, в общем, относится к способам и системам управления автомобилем для регенерации сажевых фильтров в дизельных двигателях на основе информации из сети автомобилей.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ и СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройства очистки отработавших газов, например дизельные сажевые фильтры (ДСФ), могут снизить количество выбросов сажи из дизельного двигателя путем улавливания частиц сажи. Такие устройства могут регенерироваться в процессе работы двигателя, чтобы снизить количество частиц уловленного материала. Регенерация, как правило, достигается повышением температуры ДСФ до заранее заданного уровня, поддержанием температуры на заранее заданном уровне и обеспечением определенного состава отработавших газов, поступающих в ДСФ, чтобы сжечь или окислить частицы сажи.
Один из способов управления регенерацией фильтра включает в себя запуск регенерации в ответ на возрастание количества частиц в фильтре выше некоторого порогового количества и окончание регенерации в ответ на снижение количества частиц ниже этого порога или в ответ на переход автомобиля к работе в условиях, которые не благоприятствуют регенерации, например, при остановке автомобиля и работе двигателя на холостом ходу.
Однако авторы настоящего изобретения увидели проблемы, связанные с таким подходом. К примеру, при работе автомобиля в условиях, редко допускающих поддерживаемую полную регенерацию, например при движении в городских условиях, включающем частые простои на холостом ходу и работу с небольшой нагрузкой, регенерация по критерию заполнения сажей может приводить к частым преждевременным окончаниям регенерации до завершения полной регенерации ДСФ. Такие преждевременные окончания увеличивают частоту регенераций, приводя к перерасходу топлива на регенерацию (ПТР) и снижению топливной экономичности.
В одном из примеров вышеупомянутые проблемы могут быть, по меньшей мере, частично решены способом, включающим в себя следующие шаги: избирательно регенерируют дизельный сажевый фильтр исходя из заполнения сажей, прогноза расстояния до пункта назначения и оценки способности поддерживать желаемую скорость автомобиля выше некоторой пороговой скорости в течение некоторого порогового времени, причем сажевый фильтр получает отработавшие газы от сгорания в двигателе дизельного топлива, при этом оценку выполняют на основе текущей скорости автомобиля и средней сетевой скорости других автомобилей по данным сети автомобилей. Таким образом, посредством использования информации сети автомобилей, могут быть приняты разумные решения в отношении регенерации ДСФ, включая запуск и окончание регенерации, для снижения ПТР и повышения топливной экономичности.
К примеру, управляющая сеть (например, сеть контроллеров (СК)) целевого автомобиля, содержащего ДСФ, может быть соединена с сетью автомобилей, включающей в себя группу автомобилей, едущих впереди данного автомобиля и не далее некоторого предельного удаления. Далее, управляющая сеть целевого автомобиля может быть соединена с навигационной системой автомобиля, связанной с глобальной системой позиционирования, обеспечивающей информацию о маршруте движения и информацию о местонахождении. В ответ на превышение некоторого порога заполнения сажей могут быть определены параметры адаптивной регенерации, включая затраты на регенерацию и затраты на наполнение ДСФ при текущих условиях работы автомобиля. Затраты на регенерацию могут быть определены исходя из текущих условий работы автомобиля, включающих в себя заполнение сажей, температуру отработавших газов, перепад давления на ДСФ, и дополнительно исходя из информации от сети автомобилей, включая оценку способности поддерживать желаемую скорость автомобиля в течение порогового времени. В ответ на снижение затрат на регенерацию ниже затрат на наполнение может быть запущена регенерация ДСФ, а в ответ на возрастание затрат на регенерацию выше затрат на наполнение регенерация ДСФ может быть окончена. Далее, степень регенерации (например, полная регенерация или частичная регенерация) может быть определена на основе оценки упомянутой способности.
Таким образом, когда заполнение сажей оказывается в диапазоне регенерации, информация от сети автомобилей и навигационной системы автомобиля может быть использована для проведения процедур адаптивной регенерации, с тем чтобы снизить частоту преждевременных окончаний регенерации, а также определить возможность и повысить эффективность процедур частичной регенерации и тем самым снизить перерасход топлива на регенерацию и повысить топливную экономичность.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На ФИГ. 1 дано схематическое изображение дизельного двигателя внутреннего сгорания, содержащего ДСФ, который получает отработавшие газы из двигателя и отфильтровывает из отработавших газов частицы сажи.
На ФИГ. 2 представлен пример графика, иллюстрирующий перерасход топлива на регенерацию в процессе ездового цикла автомобиля, содержащего двигатель, показанный на ФИГ. 1.
На ФИГ. 3 представлена блок-схема, иллюстрирующая пример способа выполнения адаптивной регенерации ДСФ.
На ФИГ. 4 представлена блок-схема, иллюстрирующая пример способа адаптивной регенерации на основе информации о движении транспорта и/или навигационной информации.
На ФИГ. 5 представлен пример последовательности выполнения операций по адаптивной регенерации, согласно настоящему изобретению.
На ФИГ. 6 представлен пример, иллюстрирующий степени регенерации при различных условиях работы автомобиля.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Регенерация сажевого фильтра может происходить в процессе работы двигателя с турбонаддувом, например, показанного на ФИГ. 1 типа, с целью снизить количество уловленных частиц сажи. Как показано в примере ФИГ. 2, двигатель в процессе регенерации может вызвать перерасход топлива на регенерацию (ПТР). Чтобы снизить ПТР, могут быть предусмотрены управляющая программа, например программа ФИГ. 3, и способ, например способ ФИГ. 4, для проведения адаптивной регенерации в зависимости от поведения водителя, определенного исходя из информации о движении транспорта от сети автомобилей, с которой коммуникативно связан данный автомобиль, и/или из навигационной информации автомобиля. Пример адаптивной регенерации на основе информации автомобильной сети и навигационной информации представлен на ФИГ. 5, а пример, иллюстрирующий влияние на регенерацию при различных условиях работы автомобиля и условиях работы автомобильной сети, представлен на ФИГ. 6. Посредством использования систем и способов, раскрытых в настоящем изобретении, может быть получен технический эффект снижения перерасхода топлива на регенерацию и повышения топливной экономичности путем уменьшения частоты преждевременно оконченных регенераций.
Обратимся теперь к ФИГ. 1; на ней дано схематическое изображение одного цилиндра многоцилиндрового двигателя 10 внутреннего сгорания, который может входить в тяговую систему автомобиля. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, содержащей контроллер 12, и вводами водителя 132 автомобиля через устройство 130 ввода. В этом примере устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для выдачи пропорционального положению педали сигнала ПП. Камера сгорания (т.е. цилиндр) 30 двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания, охватывающие поршень 36. 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 автомобиля через промежуточную систему передач. Далее, с коленчатым валом 40 может быть через маховик соединен стартер для запуска двигателя 10.
Камера сгорания 30 может получать всасываемый воздух от впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать газообразные продукты сгорания через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут селективно соединяться с камерой сгорания 30 через, соответственно, впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления камера сгорания 30 может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
В этом примере впускной клапан 52 и выпускные клапаны 54 могут управляться кулачковым приводом через соответственные кулачковые приводные системы 51 и 53. Кулачковые приводные системы 51 и 53, каждая, могут обеспечивать фиксированные фазы кулачкового распределения - или могут содержать один или несколько кулачков, и для изменения работы клапанов могут использоваться одна или несколько систем: переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которые могут управляться контроллером 12. Положения впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 могут быть определены датчиками 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут управляться электрическим клапанным приводом. К примеру, цилиндр 30 может альтернативно содержать впускной клапан, управляемый электроприводом, и выпускной клапан, управляемый кулачковым приводом, содержащим системы ППК и/или ИФКР.
Топливный инжектор 66 показан соединенным непосредственно с камерой сгорания 30 для впрыска топлива. Таким образом, топливный инжектор 66 обеспечивает так называемый «прямой впрыск» топлива в камеру сгорания 30. Топливный инжектор может быть установлен, например, в боковине или в вершине камеры сгорания. Топливо может подаваться к топливному инжектору 66 топливной системой (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу, которая может быть общей.
Впускной коллектор 44 может содержать дроссель 62 с дроссельной заслонкой 64. Однако в других примерах дроссель может быть расположен во впускном канале 42. В этом конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 может изменяться контроллером 12 с помощью сигнала, выдаваемого электродвигателю или приводу, входящему в состав дросселя 62, такую систему обычно называют электронным управлением дросселем (ЭУД). Таким образом, дроссель 62 может регулироваться для изменения количества всасываемого воздуха и/или рециркулирующих отработавших газов (РОГ), подаваемых в камеру сгорания 30 наряду с другими цилиндрами двигателя. Положение дроссельной заслонки 64 может сообщаться контроллеру 12 сигналом положения дросселя (ПД). Во впускном канале 42 могут быть помещены датчик 120 массового расхода воздуха (МРВ) и датчик 122 давления воздуха в коллекторе (ДВК) для выдачи соответственных сигналов МРВ и ДВК контроллеру 12.
В этом варианте осуществления двигатель представляет собой дизельный двигатель, работающий на дизельном топливе (например, легком дизельном или биодизельном топливе) с компрессионным зажиганием. Датчик 126 отработавших газов показан соединенным с выпускным каналом 48 выше по потоку от устройства 70 очистки отработавших газов. Датчик 126 может представлять собой любой подходящий датчик для выдачи значений воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например, линейный кислородный датчик, или УДКОГ (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), бистабильный кислородный датчик, или датчик кислорода в отработавших газах (ДКОГ), НДКОГ (нагреваемый ДКОГ), датчик оксидов азота (OA), углеводородов (УВ) или окиси углерода (СО). Устройство 70 очистки отработавших газов показано расположенным по ходу выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 может содержать дизельный катализатор окисления (ДКО) и катализатор избирательного каталитического восстановления (ИКВ). С катализатором ИКВ может быть связана или выше по потоку от катализатора ИКВ может быть расположена система доставки восстановителя - аммиака (или мочевины) - к катализатору ИКВ.
По меньшей мере один дизельный сажевый фильтр (ДСФ) 72 может быть подсоединен ниже по потоку от устройства 70 очистки отработавших газов для улавливания сажи. ДСФ может быть изготовлен из разнообразных материалов, включая кордиерит, карбид кремния и другие высокотемпературные оксидные керамики. В принципе, емкость ДСФ для сбора сажи конечна. Поэтому ДСФ может периодически подвергаться регенерации для уменьшения отложений сажи в фильтре, чтобы аэродинамическое сопротивление, вызванное накоплением сажи, не снижало эксплуатационных качеств двигателя. Регенерация фильтра может быть осуществлена путем нагрева фильтра до температуры, при которой сжигание частиц сажи происходит быстрее, чем осаждение новых частиц сажи, к примеру, 400-600°C. В одном из примеров ДСФ может быть каталитическим фильтром частиц сажи, содержащим покрытие из драгоценного металла, например платины, для снижения температуры горения сажи, а также для окисления углеводородов и окиси углерода до углекислого газа и воды.
Хотя регенерация ДСФ требуется для повышения эксплуатационных качеств двигателя, она может увеличивать общие затраты топлива. К примеру, прямой перерасход топлива на регенерацию (ПТР) может быть связан с запуском и поддержанием процедуры регенерации. ПТР для запуска и поддержания регенерации может быть выше, когда автомобиль только что был запущен и температура отработавших газов ниже порога регенерации, так как для подъема и поддержания температуры регенерации может потребоваться больше топлива. Далее, при высокой степени заполнения сажей (например, вызванной задержками регенераций) косвенный ПТР может быть связан с повышенным противодавлением из-за высокого заполнения сажей. Пример графика 200, показывающий ПТР в функции от температуры и противодавления отработавших газов, представлен на ФИГ. 2.
Конкретно, на графике 200 ФИГ. 2 представлен ПТР (по оси y) в зависимости от расстояния (по оси x), пройденного с момента начала ездового цикла. Кривая 202 показывает ПТР в функции от температуры отработавших газов, кривая 204 показывает ПТР в функции от противодавления отработавших газов и кривая 206 показывает общий ПТР в функции от температуры и противодавления отработавших газов. Интервалы между вертикальными метками р0-р1, р1-р2 и р2-р3 представляют значимые этапы ездового цикла.
ПТР в функции от температуры отработавших газов (кривая 202) может быть высоким в начале ездового цикла, между р0 и р1, когда температура отработавших газов ниже порога регенерации (т.е. когда температура отработавших газов не благоприятствует регенерации), в сравнении с тем этапом ездового цикла, когда автомобиль уже прошел пороговое расстояние или проработал в течение порогового времени (например, после р1). К примеру, между р0 и р1, автомобиль может работать в условиях холодного запуска. Следовательно, для генерирования дополнительной энергии отработавших газов, требуемой для регенерация ДСФ, может быть использовано больше топлива, чем на том этапе, когда автомобиль уже прошел пороговое расстояние (или проработал в течение порогового времени) и прогрелся (например, после р1). В результате, когда автомобиль только что начал работу в ездовом цикле (например, между р0 и р1), ПТР, в зависимости от температуры отработавших газов, может быть выше, и общий ПТР (в зависимости от температуры и противодавления отработавших газов) может быть выше, в сравнении с такими условиями работы автомобиля, когда автомобиль уже прошел пороговое расстояние и/или проработал в течение порогового времени (например, после р1), - благодаря повышенной температуре отработавших газов. Далее, ПТР в условиях холодного запуска может быть выше из-за состояния ДКО. К примеру, в условиях холодного запуска может быть затрачено дополнительное топливо на повышение температуры ДКО, чтобы достичь температуры активации катализатора. Другими словами, в непрогретой системе должно быть затрачено добавочное топливо, чтобы вначале активировать ДКО, прежде чем может быть произведено какое-либо заметное повышение температуры выше температуры активации ДКО с целью регенерации ДСФ.
ПТР в функции от противодавления отработавших газов (кривая 204) может возрастать, если начало регенерации задерживается. К примеру, если ДСФ не проходит регенерации до р2, накопление сажи может быть избыточным. Это избыточное накопление сажи может увеличить противодавление отработавших газов, приводя к возрастанию потерь из-за помпажа двигателя. Поэтому, когда регенерация ДСФ проводится в зоне избыточного заполнения сажей (т.е. между р2 и р3), могут возрастать ПТР, зависящий от противодавления отработавших газов, и общий ПТР (зависящий от температуры и противодавления отработавших газов). В результате эксплуатационные качества двигателя могут снижаться, снижая тем самым и топливную экономичность.
В процессе работы автомобиля между р1 и р2 автомобиль может работать в зоне регенерации с температурой отработавших газов выше, чем между р0 и р1, и без избыточного заполнения сажей (как, например, между р2 и р3). Поэтому общий ПТР (кривая 206), зависящий от температуры и противодавления отработавших газов, в зоне регенерации между р1 и р2 может быть ниже, чем общий ПТР между р0 и р1, когда автомобиль работает в холодном состоянии, и чем общий ПТР между р2 и р3, когда накоплено избыточное заполнение сажей. К примеру, если регенерация задерживается (т.е. если ДСФ не проходит регенерации между р1 и р2), может накопиться избыток сажи. Следовательно, чтобы предотвратить серьезное падение мощности двигателя, вызванное избыточным противодавлением, должна быть принудительно проведена форсированная и обязательная регенерация.
Поэтому для того, чтобы снизить перерасход топлива для запуска и поддержания регенерации ДСФ, можно проводить ее в зоне регенерации (например, между р1 и р2), когда автомобиль прогрелся и заполнение сажей не стало избыточным. К примеру, чтобы регенерация ДСФ происходила в зоне регенерации - с целью снижения ПТР, - регенерация ДСФ может быть запущена при выполнении одного или нескольких условий, а именно: температура отработавших газов выше, чем пороговая температура регенерации; заполнение сажей выше, чем пороговое заполнение; перепад давления на ДСФ выше, чем пороговый перепад давления; и расстояние, пройденное автомобилем в ездовом цикле, больше, чем пороговое расстояние.
Однако авторы настоящего изобретения увидели потенциальные проблемы, которые могут возникнуть при проведении регенерации только по критерию заполнения сажей, температуры отработавших газов и/или противодавления отработавших газов. Например, помимо увеличения перерасхода топлива при «холодной работе» автомобиля и задержках циклов регенерации, общий ПТР может повышаться из-за частых прерываний регенерации. К примеру, условия работы автомобиля могут стать неоптимальными для регенерации (например, при вождении в городских условиях, включающем частые остановки). В ответ на неоптимальные условия регенерации цикл активной регенерации может быть прерван до его завершения. Поэтому при неизвестности намерений водителя или неполучении картин движения транспорта регенерация ДСФ может быть преждевременно окончена вскоре после запуска, и циклы запуска и окончания регенерации могут происходить чаще, чем желательно, приводя к снижению топливной экономичности и понижению эксплуатационных качеств двигателя.
В одном из примеров вышеописанные проблемы могут быть решены путем определения времени начала регенерации ДСФ, получающего отработавшие газы от сгорания в двигателе дизельного топлива, времени остановки регенерации и степени регенерации, - в зависимости от показателя, основанного на затратах, рассчитанного по информации о движении транспорта (также называемой в настоящем изобретении «прогнозом движения транспорта»), извлеченной из сети автомобилей, связанной с контроллером 12 через управляющую сеть автомобиля (например, систему СК), и/или по информации о пункте назначения, местонахождении и/или маршруте (также называемой в настоящем изобретении «навигационным прогнозом»), извлеченной из навигационной системы, связанной с контроллером 12 через управляющую сеть автомобиля. В некоторых примерах навигационная система может содержать бортовую навигационную систему автомобиля, связанную с глобальной системой позиционирования (GPS). В других примерах, дополнительно или альтернативно, навигационная система может содержать устройство Bluetooth, связанное с GPS.
Таким образом, посредством использования информации о движении транспорта и/или навигационной информации, количество преждевременных окончаний регенерации ДСФ может быть снижено. Следовательно, эффективность регенерации ДСФ может быть увеличена, что дает повышение топливной экономичности. Детали регенерации ДСФ, зависящие от прогноза движения транспорта и/или навигационного прогноза, будут далее уточнены со ссылкой на ФИГ. 3-6.
В одном из примеров регенерация может быть запущена, только когда оценка показывает, что желаемые условия регенерации продлятся дольше пороговой длительности, - чтобы снизить количество попыток регенерировать ДСФ. К примеру, для оценки длительности существования оптимальных условий регенерации, зависящих от прогноза движения транспорта и/или навигационного прогноза, может быть использована информация от сети автомобилей.
Вернемся к рассмотрению ФИГ. 1; система 74 доставки восстановителя углеводородов (УВ) может быть использована при доставке УВ из топливного бака или резервуара хранения в систему выпуска отработавших газов для генерирования тепла и нагрева сажевого фильтра 72 с целью его регенерации. Альтернативно или дополнительно, для увеличения температуры отработавших газов может быть использован поздний впрыск топлива (например, в такте выпуска).
Температурные датчики 76 и 78 могут быть расположены, соответственно, выше по потоку и ниже по потоку от ДСФ 72. Температурные датчики 76 и 78 или дополнительные температурные датчики могут также быть расположены внутри ДСФ - или температура ДСФ (или температура отработавших газов) может быть оценена в зависимости от условий работы с использованием моделирования температуры отработавших газов. Как показано, сигнал перепада давления определяется датчиками давления 80 и 82, соответственно, выше по потоку и ниже по потоку от ДСФ 72. Заметим, что для измерения перепада давления на ДСФ 72 может также использоваться один дифманометр. Может также быть использован однопортовый датчик манометрического давления (ОДМД).
Следует понимать, что в альтернативных вариантах осуществления могут быть использованы измененные варианты системы очистки отработавших газов. К примеру, устройство 70 очистки отработавших газов может быть подсоединено ниже по потоку от ДСФ. Далее, в других примерах система очистки отработавших газов дизельного двигателя может содержать несколько сажевых фильтров. Кроме того, в других примерах система очистки отработавших газов может не содержать катализатора ИКВ. Все катализаторы, фильтры и т.д., могут быть заключены внутри одного кожуха или, альтернативно, каждый элемент может быть заключен в отдельном кожухе. Следует понимать, что возможны многообразные варианты осуществления, и вариант осуществления, представленный на ФИГ. 1, представляет собой лишь пример. Далее, как указано выше, система впрыска восстановителя (например, аммиака или мочевины) может быть связана с системой выпуска - для впрыска мочевины выше по потоку от устройства 70 очистки отработавших газов.
Чтобы регенерировать ДСФ, может быть реализована стратегия регенерационного впрыска. В этой стратегии регенерационного впрыска может осуществляться определенный график впрыска, содержащий несколько операций впрыска, например, предварительный впрыск топлива, основной впрыск, близкий дополнительный впрыск и/или отдаленный дополнительный впрыск топлива. Следует понимать, что в других вариантах осуществления вышеупомянутые варианты впрыска топлива могут включать несколько операций впрыска. Таким образом, ДСФ может регенерироваться в процессе работы двигателя. К примеру, температура ниже по потоку от ДКО и выше по потоку от ДСФ может быть подбором количества различных впрысков отрегулирована на желаемую величину, способствующую сжиганию частиц сажи внутри ДСФ. В этом примере для облегчения регенерации ДСФ могут быть установлены заданные значения температуры ниже по потоку от ДКО и выше по потоку от ДСФ.
Двигатель 10 может дополнительно содержать компрессионное устройство, например нагнетатель или турбонагнетатель, включающее, по меньшей мере, компрессор 162, расположенный по ходу впускного коллектора 44. В турбонагнетателе компрессор 162 может, по меньшей мере частично, приводиться турбиной 164 (например, через вал), расположенной по ходу выпускного канала 48. В нагнетателе компрессор 162 может, по меньшей мере частично, приводиться двигателем и/или электрической машиной и может не содержать турбины. Таким образом, степень сжатия (например, наддув), обеспеченная для одного или нескольких цилиндров двигателя с помощью нагнетателя или турбонагнетателя, может варьироваться контроллером 12. Далее, во впускном коллекторе 44 может быть расположен датчик 123 для выдачи сигнала НАДДУВ контроллеру 12.
Двигатель 10 может дополнительно содержать систему 150 рециркуляции отработавших газов (РОГ) высокого давления. Система 150 РОГ высокого давления содержит трубопровод 152 РОГ, соединенный с системой 48 выпуска выше по потоку от турбины 164 и соединенный с впускным коллектором 44 ниже по потоку от компрессора 162. Система 150 РОГ высокого давления может содержать клапан 154 РОГ, расположенный по ходу трубопровода 152 РОГ для регулирования расхода отработавших газов через систему 150 РОГ. Двигатель 10 может также содержать систему 156 РОГ низкого давления. Система 156 РОГ низкого давления содержит трубопровод 158 РОГ, соединенный с системой 48 выпуска ниже по потоку от турбины 164 и соединенный с впускным коллектором 44 выше по потоку от компрессора 162. Система 156 РОГ низкого давления может содержать клапан 160 РОГ, расположенный по ходу трубопровода 152 РОГ для регулирования расхода отработавших газов через систему 156 РОГ.
Контроллер 12 на ФИГ. 1 показан в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102 (МПУ), порты 104 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере показанную в виде постоянного запоминающего устройства 106 (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 108 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (ЭЗУ) и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, среди которых можно назвать: показание массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; показание температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, связанного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 40; сигнал положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; и сигнал давления воздуха в коллекторе (ДВК) отдатчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал ДВК от датчика ДВК можно использовать для индикации разрежения или давления во впускном коллекторе.
На носителе данных постоянного запоминающего устройства 106 могут быть записаны машиночитаемые данные, представляющие собой команды, исполняемые процессором 102 для осуществления способов и стратегий управления, раскрытых ниже, а также других вариантов осуществления, которые предполагаются, но не указаны конкретно.
Кроме того, контроллер 12 может получать данные от системы GPS 34 и/или от сети автомобилей, например, из внешней облачной сети 13.
Как описано выше, на ФИГ. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя; однако следует понимать, что каждый цилиндр может аналогично содержать свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливный инжектор, свечу зажигания и т.д.
В одном из примеров система на ФИГ. 1 представляет собой систему для автомобиля, содержащую: двигатель с выпускным трубопроводом; сажевый фильтр, встроенный в выпускной трубопровод ниже по потоку от устройства очистки отработавших газов; коммуникационный модуль для связи автомобиля с внешней облачной сетью и для связи автомобиля с навигационной системой; и носитель с записанными на нем машиночитаемыми командами управления регенерацией сажевого фильтра, включающими в себя: команды запуска регенерации сажевого фильтра в зависимости от количества накопленных частиц и от оценки способности поддерживать затраты на регенерацию ниже затрат на наполнение фильтра в течение времени, превышающего пороговое; команды окончания регенерации сажевого фильтра при выполнении одного или нескольких условий из следующих: количество накопленных частиц падает ниже порогового процента накопленных частиц, и затраты на регенерацию возрастают выше затрат на наполнение, причем пороговый процент накопленных частиц зависит от скорости сжигания частиц.
Система дополнительно содержит команды для определения затрат на регенерацию исходя из прогнозируемого поведения водителя автомобиля, причем это поведение определяется, исходя из текущей скорости автомобиля, средней скорости по данным сети впереди едущих автомобилей, включающей в себя один или несколько автомобилей, едущих впереди данного автомобиля и связанных с облачной сетью; исходя из текущего местонахождения автомобиля, пункта назначения автомобиля и предыстории поездок, которая содержит предысторию вождения автомобиля и предысторию езды водителя автомобиля.
Обратимся к ФИГ. 3; на ней представлен пример способа 300 регенерации входящего в состав автомобиля ДСФ (например, ДСФ 72, показанного на ФИГ. 1) в зависимости от прогноза движения транспорта и/или навигационного прогноза по информации из сети автомобилей и/или навигационной системы автомобиля. Способ ФИГ. 3 может содержаться в системе ФИГ. 1 в виде исполняемых команд, записанных в долговременной памяти контроллера, например контроллера 12, изображенного на ФИГ. 1.
На шаге 302, согласно способу 300, оценивают и/или замеряют условия работы автомобиля. Оцениваемые условия могут включать, к примеру, частоту вращения двигателя (Ne), скорость автомобиля (Vs), температуру двигателя, воздушно-топливное отношение (ВТО), температуру катализатора очистки отработавших газов, условия окружающей среды, перепад давления на фильтре ДСФ, положение педали и т.д.
Способ 300 затем переходит к шагу 304, чтобы определить текущее заполнение сажей, например, количество накопленных в ДСФ частиц. Текущее заполнение сажей может быть определено разнообразными методами. В одном из примеров заполнение сажей может определяться текущим количеством накопленных частиц и приростом числа частиц, производимых за заранее заданное время отбора пробы в процессе горения. В этом примере прирост числа частиц, производимых за заранее заданное время отбора пробы, может зависеть от условий работы двигателя, например, от количества впрыскиваемого топлива и частоты вращения двигателя.
В другом примере заполнение сажей в процессе регенерации может быть определено подсчетом числа частиц, производимых в процессе горения, текущего количества накопленных частиц и количества частиц, удаленных в процессе регенерации; причем количество частиц, производимых в процессе горения, может быть определено по условиям работы двигателя, например, по количеству впрыскиваемого топлива и частоте вращения двигателя; и при этом количество частиц, удаленных в процессе регенерации, может быть определено по объемной скорости отработавших газов и температуре сажевого фильтра.
После определения текущего заполнения сажей способ 300 может перейти к шагу 306. На шаге 306, согласно способу 300, может быть определено, превышает ли текущее заполнение сажей первый количественный порог, причем этот первый порог ниже, чем второй, более высокий порог, раскрытый ниже). Если ответ на шаге 306 - ДА, способ 300 переходит к шагу 308. На шаге 308, согласно способу 300, параметры регенерации для текущего заполнения сажей определяют на основе прогноза движения транспорта и/или прогнозируемого пункта назначения. Параметры регенерации могут включать показатель полезности регенерации (ППР), затраты на наполнение ДСФ и затраты на регенерацию ДСФ.
ППР может представлять собой условную вероятность достижения X % (процентной доли) регенерации (т.е. желаемого объема регенерации) в зависимости от информации о движении транспорта и/или навигационной информации от сети автомобилей и от текущего заполнения сажей, причем величина X может быть больше нуля и меньше или равна ста (т.е. 0<X≤100). К примеру, ППР может быть определен следующим образом:
ППР=Р (X % /1, 2, 3),
где Р (X % / 1, 2, 3) обозначает условную вероятность достижения X % регенерации при выполнении условий 1, 2 и 3. К примеру, условие 1 может требовать, чтобы расстояние, которое осталось проехать для достижения конечного пункта назначения (или потенциального пункта назначения, определяемого предысторией поездок, если конечный пункт назначения неизвестен), превышало пороговое расстояние; условие 2 может содержать одно или несколько требований, именно: чтобы средняя сетевая скорость автомобилей, по данным сети впереди едущих автомобилей (СВИА), превышала пороговую сетевую скорость, чтобы средняя сетевая нагрузка превышала пороговую сетевую нагрузку и чтобы средняя сетевая температура отработавших газов превышала пороговую сетевую температуру отработавших газов; а условие 3 может содержать требование, чтобы вероятность объезда превышала пороговую вероятность.
Далее, если конечный пункт назначения известен и заполнение сажей - в регенерационных пределах (например, превышает первый порог), то ППР может быть определен исходя из расстояния от текущего местонахождения до конечного пункта назначения (например, по мере уменьшения этого расстояния ППР может уменьшаться, так как регенерация может не завершиться до достижения пункта назначения, увеличивая тем самым вероятность принудительного окончания); из вероятности объездов, задаваемой историей прежних поездок и текущей информацией GPS о маршруте; из вероятности беспрепятственной регенерации, - эта вероятность зависит от текущей информации о движении транспорта по данным сети впереди едущих автомобилей, едущих впереди данного автомобиля не далее некоторого предельного удаления, и от расстояния, которое осталось проехать до пункта назначения; исходя из требований к нагрузке двигателя (к примеру, возрастание уклона требует увеличения нагрузки двигателя и может приводить к повышенной температуре отработавших газов, которая может увеличить ППР); и исходя из текущего термического состояния автомобиля (к примеру, повышенная температура отработавших газов может увеличить ППР). Если конечный пункт назначения неизвестен и заполнение сажей - в регенерационных пределах, то ППР может быть определен исходя из расстояния, которое осталось проехать до потенциальных остановочных пунктов назначения (к примеру, ППР может уменьшаться с уменьшением расстояния, оставшегося до потенциального пункта назначения), причем потенциальные остановочные пункты назначения могут определяться предысторией поездок, информацией о движении транспорта из сети впереди едущих автомобилей (к примеру, информация о движении транспорта может содержать среднюю сетевую скорость автомобилей, соотношение средней сетевой скорости автомобилей и скорости данного автомобиля, среднюю нагрузку и среднюю температуру отработавших газов из сети автомобилей), вероятностью объезда (к примеру, по мере увеличения вероятности объезда ППР может уменьшаться, так как объезды могут приводить к остановке, тем самым принудительно останавливая регенерацию) и влиянием объезда, зависящим от алгоритма обучения (к примеру, вероятностью прерывания регенерации в ответ на угрозу сценария с остановкой). Возрастание вероятности прерывания регенерации может уменьшать ППР.
В одном из примеров ППР может быть использован для того, чтобы определить степень регенерации. Детали определения степени регенерации будут далее уточнены со ссылкой на шаг 316 ФИГ. 3 и ФИГ. 6.
Затраты на наполнение ДСФ могут быть проектными затратами на наполнение ДСФ и могут включать в себя повышенную вероятность принудительной и критически необходимой регенерации, вызванной нарастающим заполнением сажей, приближающемуся к верхнему порогу (например, второму, более высокому порогу). Принудительные регенерации могут давать высокую вероятность неэффективной работы; соответственно, проектная затраты на наполнение могут возрастать, так как заполнение сажей возрастает выше первого порога. Далее, исходя из текущего заполнения сажей и оценки скорости накопления сажи (скорость накопления определяется на основе текущих условий работы автомобиля и/или навигационной информации (включающей информацию о пункте назначения) от навигационной системы (например, GPS)), может быть сделана оценка остающейся части поездки (например, расстояния, которое осталось проехать, оставшегося времени поездки и т.д.) до момента, когда принудительная регенерация может стать обязательной. К примеру, если прогнозируемая длительность меньше, чем пороговая прогнозируемая длительность, это может увеличить затраты на наполнение. Т.е. с уменьшением прогнозируемой длительности затраты на наполнение могут возрастать. Кроме того, наполнение ДСФ может также увеличить регенерационную нагрузку для следующей процедуры регенерации, увеличивая тем самым вероятность частичной регенерации, вследствие увеличения длительности регенерации, требуемой для более высоких степеней заполнения сажей. Другими словами, чем выше заполнение сажей, тем более длительная регенерация может потребоваться. Поэтому вероятность частичной регенерации может возрастать и, следовательно, могут возрастать затраты на наполнение. Кроме того, наполнение ДСФ может также увеличить противодавление отработавших газов, снижая тем самым кпд двигателя вследствие возрастания потерь из-за помпажа.
Затраты на регенерацию могут быть проектными затратами на регенерацию и могут включать в себя затраты топлива для активационного разогрева ДКО, прежде чем будет возможно достичь температуры регенерации, превышающей температуру ДКО. Поэтому затраты на регенерацию могут зависеть от температуры ДКО. К примеру, при холодном запуске может потребоваться дополнительное топливо для активационного разогрева ДКО - до установления температуры регенерации. Поэтому количество топлива, требуемое для подъема температуры отработавших газов до регенерационной, при холодном запуске может быть выше, чем в таком режиме работы автомобиля, когда ДКО уже достиг температуры активации. Следовательно, затраты на регенерацию при непрогретом ДКО (например, при холодном запуске) могут быть выше затрат на регенерацию в условиях, когда ДКО уже достиг температуры активации, так как после активации ДКО может потребоваться меньше топлива для достижения температуры регенерации. Далее, затраты на регенерацию могут включать в себя затраты топлива для достижения Х% регенерации в условиях текущего заполнения сажей. К примеру, затраты на регенерацию, когда данное заполнение сажей меньше, чем первый порог, т.е. имеет место недостаточное заполнение сажей (например, между р0 и р1 на ФИГ. 2), могут быть выше затрат на регенерацию, когда данное заполнение сажей превышает первый порог (например, в зоне регенерации между р1 и р2 на ФИГ. 2), так как уже произведенное повышение температуры при низких заполнениях сажей не может быть полностью использовано.
В одном из примеров, в функции оптимизации перерасхода топлива на регенерацию может использоваться информация о движении транспорта из сети автомобилей (например, скорость целевого автомобиля (т.е. скорость автомобиля, содержащего ДСФ, для которого определяются параметры регенерации), скорость по данным сети впереди едущих автомобилей, расстояние между целевым автомобилем и сетью впереди едущих автомобилей и т.д.) и/или навигационная информация телематической системы автомобиля, включающей в себя глобальную систему позиционирования (текущая долгота, текущая широта, долгота пункта назначения, широта пункта назначения, предыстория поездок, вероятность объезда, влияние объезда и т.д.) и систему беспроволочной коммуникационной сети, с тем чтобы определить параметры регенерации. Далее, для определения параметров регенерации блок оптимизации перерасхода топлива может использовать в качестве входов информацию о текущем заполнении сажей из моделирующей функции накопления частиц, зависящей от частоты вращения двигателя, положения педали, скорости автомобиля, количества впрыскиваемого топлива, количества дополнительного впрыскиваемого топлива, температуры сажевого фильтра, температуры отработавших газов и т.д. После определения параметров регенерации для текущего заполнения сажей, с учетом информации о движении транспорта и/или навигационной информации, эти параметры регенерации (ППР, проектные затраты на наполнение и проектные затраты на регенерацию) могут быть обновлены контроллером в условиях текущего заполнения сажей. После обновления параметров регенерации способ 300 может перейти к шагу 310. На шаге 310, согласно способу 300, может быть определено, выполнены ли условия адаптивной регенерации. К примеру, условия адаптивной регенерации могут включать в себя определение, будут ли затраты на регенерацию ДСФ меньше, чем затраты на наполнение ДСФ в текущих условиях работы. В некоторых примерах условия адаптивной регенерации могут включать в себя определение, будут ли затраты на регенерацию ДСФ меньше, чем затраты на наполнение в текущих условиях работы, и может дополнительно включать в себя определение, будет ли вероятность того, что затраты на регенерацию останутся меньше, чем затраты на наполнение, в интервале регенерационного времени (и/или расстояния), превышающего порог регенерационного времени (и/или порог регенерационного расстояния), отсчитывая от текущего момента времени (и/или местонахождения), превышать пороговую вероятность. В некоторых других примерах условия адаптивной регенерации могут включать в себя определение, будет ли разница между затратами на наполнение и затратами на регенерацию превышать пороговую разницу, и может дополнительно включать в себя оценку того, может ли эта разница оставаться выше пороговой разницы в интервале регенерационного времени (и/или регенерационного расстояния), превышающего порог регенерационного времени (и/или порог регенерационного расстояния), отсчитывая от текущего момента времени (и/или местонахождения). Таким образом, затраты на наполнение и затраты на регенерацию, определенные в зависимости от поведения водителя (определяемого по информации прогноза движения транспорта и/или навигационного прогнозов) и условий работы автомобиля, могут быть использованы для оценки оптимальности регенерации.
Хотя для того, чтобы определить условия адаптивной регенерации, могут быть использованы, как раскрыто в приведенных выше примерах, затраты на наполнение и затраты на регенерацию, следует понимать, что в некоторых примерах условия адаптивной регенерации могут дополнительно или альтернативно включать в себя определение, будет ли ППР превышать пороговую вероятность. Т.е. условия адаптивной регенерации могут зависеть от затрат на наполнение, затрат на регенерацию и/или ППР. В некоторых других примерах условия адаптивной регенерации могут включать в себя определение, будет ли степень регенерации превышать пороговую степень, причем степень регенерации может быть определена по ППР. Детали определения степени регенерации будут далее уточнены со ссылкой на шаг 316 ФИГ. 3 и на ФИГ. 6. Другими словами, может быть определено, будет ли объем регенерации, который может быть возможен в текущих условиях работы автомобиля и сети, превышать пороговый объем.
Далее, в некоторых других примерах условия адаптивной регенерации могут включать в себя оценку способности автомобиля поддерживать скорость движения выше пороговой скорости в течение порогового времени, причем оценка может зависеть от скорости автомобиля и средней скорости других автомобилей сети автомобилей.
Если ответ на шаге 310 - ДА, то условия адаптивной регенерации выполнены, и, соответственно, способ 300 может перейти к шагу 316. На шаге 316 может быть определена степень регенерации. Степень регенерации может указывать объем регенерации, который может быть достигнут.Степень регенерации может зависеть от ППР, причем ППР зависит от текущего заполнения сажей и информации автомобиля о движении транспорта и/или навигационной информации. К примеру, по мере возрастания ППР может быть выполнен больший объем регенерации, и, соответственно, степень регенерации может возрастать. В одном из примеров может быть определено, возможна ли полностью беспрепятственная регенерация, возможна ли частичная регенерация, возможна ли частичная детерминированная регенерация - или есть угроза преждевременного окончания регенерации. Детали определения степени регенерации будут далее уточнены со ссылкой на ФИГ. 6.
После определения степени регенерации способ 300 может перейти к шагу 318. На шаге 318, согласно способу 300, в зависимости от информации из сети автомобилей, может быть начат или продолжен цикл регенерации ДСФ с регулировкой топливной системы соответственно обновленной величине желаемого объема регенерации, определяемого по обновленному ППР.
Далее, решения в отношении регенерации ДСФ, например, о начале цикла регенерации, остановке цикла регенерации и степени регенерации могут основываться на информации о движении транспорта и навигационной информации.
Вернемся к шагу 306; если ответ на шаге 306 - НЕТ, то заполнение сажей не превышает первый пороговый объем, и, соответственно, способ 300 переходит к шагу 314. На шаге 314, согласно способу 300, определяют, идет ли регенерация. Если ответ на шаге 314 - ДА, то регенерация идет, и в ответ на снижение заполнения сажей ниже первого порога текущая регенерация ДСФ может быть остановлена. К примеру, если для регенерации ДСФ использован дополнительный впрыск топлива, то после определения, что заполнение сажей меньше порогового, дополнительный впрыск топлива может быть остановлен. Если ответ на шаге 314 - НЕТ, то регенерация не осуществляется, и, соответственно, способ может завершаться без регенерации ДСФ.
Вернемся к шагу 310; если условия адаптивной регенерации не выполнены, способ 300 может перейти к шагу 312. К примеру, если определено, что затраты на регенерацию превышают затраты на наполнение, когда ППР меньше пороговой вероятности, и/или если вероятность того, что затраты на регенерацию останутся меньше, чем затраты на наполнение, в интервале регенерационного времени (и/или регенерационного расстояния), превышающего порог регенерационного времени (и/или порог регенерационного расстояния), отсчитывая от текущего момента времени (и/или пункта назначения), меньше пороговой вероятности, способ 300 может перейти к шагу 312. На шаге 312, согласно способу 300, может быть определено, превышает ли текущее заполнение сажей второй пороговый объем. Этот второй порог может представлять собой максимальное заполнение сажей, которое может быть допустимо без регенерации, задаваемой текущим противодавлением и эксплуатационными параметрами двигателя. Поэтому второй порог может зависеть от частоты вращения двигателя, требуемого крутящего момента и заполнения сажей. То есть: Второй порог = f (N, крутящего момента, заполнения сажей). Если ответ на шаге 312 - ДА, то существует или надвигается угроза переполнения сажей, и, соответственно, способ 300 может перейти к шагу 320. На шаге 320, согласно способу 300, регенерация может выполняться, исходя только из заполнения сажей, чтобы поддержать эффективность улавливания частиц фильтром ДСФ. Т.е. если заполнение сажей превышает второй порог, то регенерации ДСФ, зависящей от заполнения сажей, может быть отдан приоритет перед регенерацией ДСФ, зависящей от информации о движении транспорта и/или навигационной информации.
Если ответ на шаге 312 - НЕТ, то способ 300 может перейти к шагу 314, чтобы определить, идет ли регенерация ДСФ. Если ответ на шаге 314 - ДА, то регенерация идет, и в ответ на снижение количества сажи ниже второго порога текущая регенерация ДСФ может быть остановлена. К примеру, если заполнение сажей не превышает второго порога, приоритет может быть отдан ПТР, и, соответственно, текущая регенерация сажи может быть остановлена до тех пор, пока не будут выполнены условия адаптивной регенерации или пока заполнение сажей не нарастет выше второго порога. В одном из примеров, если для регенерации ДСФ используется дополнительный впрыск топлива, то после определения, что заполнение сажей меньше, чем второй порог, дополнительный впрыск топлива может быть остановлен. Если ответ на шаге 314 - НЕТ, то регенерация не осуществляется, и, соответственно, способ может завершаться без регенерации ДСФ.
Таким образом, разумное решение в отношении регенерации ДСФ может быть принято исходя из заполнения сажей и оценки способности поддержания благоприятных условий для регенерации - в зависимости от информации о движении транспорта из сети автомобилей, навигационной информации из навигационной системы автомобиля и оценки экономического эффекта выполнения/невыполнения регенерации, зависящего от затрат на регенерацию и затрат на наполнение ДСФ. В результате, количество преждевременных окончаний регенерации может быть снижено, и эффективность регенерации может быть повышена.
В одном из примеров способ ФИГ. 3 может представлять собой способ для автомобиля, содержащий следующие шаги: при первом условии, выполняют регенерацию сажевого фильтра в зависимости от количества сажи, накопленной в сажевом фильтре, и условия адаптивной регенерации, основанного на затратах; при втором условии, выполняют регенерацию в зависимости от количества накопленной сажи и независимо от условия адаптивной регенерации, основанного на затратах; при этом условие регенерации, основанное на затратах, определяют на основе одного или более из следующего: информации о движении транспорта сети автомобилей, включающей в себя данный автомобиль и один или несколько автомобилей, едущих впереди данного автомобиля не далее некоторого предельного удаления, и информации о пункте назначения данного автомобиля.
Способ далее включает в себя шаг, на котором, согласно первому условию, количество сажи превышает первое пороговое количество, но меньше, чем второе пороговое количество; при этом второе пороговое количество превышает первое пороговое количество; а согласно второму условию, количество сажи превышает второе пороговое количество.
Способ дополнительно включает в себя шаг, на котором определение условия адаптивной регенерации, основанного на затратах, включает в себя определение первых затрат на наполнение фильтра и вторых затрат на регенерацию фильтра; причем первые затраты на наполнение зависят от вероятности принудительной регенерации, вероятности частичной регенерации и оценки влияния наполнения фильтра на кпд двигателя автомобиля; а вторые затраты на регенерацию зависят от первых затрат топлива для достижения температуры активации дизельного катализатора окисления и вторых затрат топлива для достижения желаемого объема регенерации.
Способ дополнительно включает в себя запуск регенерации фильтра в ответ на снижение вторых затрат на регенерацию ниже первых затрат на наполнение; остановку регенерации фильтра в ответ на возрастание вторых затрат на регенерацию выше первых затрат на наполнение или в ответ на оценку, согласно которой длительность нахождения уровня вторых затрат на регенерацию ниже первых затрат на наполнение меньше, чем порог длительности.
Способ дополнительно включает в себя шаг, на котором определение условия адаптивной регенерации, основанного на затратах, включает в себя определение условной вероятности достижения желаемого объема регенерации, зависящего от расстояния, которое осталось проехать до конечного пункта назначения, средней сетевой скорости автомобиля по данным сети впереди едущих автомобилей, средней сетевой нагрузки по данным сети впереди едущих автомобилей и вероятности объезда; и дополнительно включает в себя регенерацию фильтра в ответ на возрастание условной вероятности выше заранее выбранного уровня вероятности.
Обратимся к ФИГ. 4; на ней представлена блок-схема примера способа 400 для адаптивных процедур регенерации. Способ 400 может включать в себя использование информации о движении транспорта и/или навигационной информации в планировщике 404 регенерации для принятия разумных решений о регенерации ДСФ, включая запуск регенерации, окончание регенерации и степень регенерации. К примеру, планировщик 404 регенерации может получать входные сигналы от блока 402 оптимизации затрат ПТР, причем входные сигналы от блока оптимизации могут содержать функцию затрат ПТР, зависящую от затрат на регенерацию и затрат на наполнение ДСФ. Далее, планировщик 404 регенерации может получать в качестве входных сигналов информацию из навигационной системы автомобиля, причем входные сигналы из навигационной системы могут содержать информацию о текущем местонахождении, пункте назначения и маршруте. На базе входных сигналов от блока 402 оптимизации затрат ПТР и от навигационной системы автомобиля планировщик регенерации может определять стратегию оценки компромисса выполнения/невыполнения регенерации, может определять возможность выполнения регенерации и, если решение регенерировать принято, планировщик может определять оптимальный интервал для регенерации и выдавать решения относительно регенерации ДСФ, включающие начало регенерации, прогнозируемую остановку регенерации и степень регенерации.
В одном из примеров, если определено, что затраты на регенерацию меньше, чем затраты на наполнение, и определено, что затраты на регенерацию могут оставаться меньше затрат на наполнение в течение прогнозируемого времени, превышающего первый порог длительности, планировщик регенерации может определить, что возможно выполнение полностью беспрепятственной регенерации, и, соответственно, может определить время начала и время остановки регенерации.
В другом примере, если определено, что затраты на регенерацию меньше, чем затраты на наполнение, и определено, что затраты на регенерацию могут оставаться меньше затрат на наполнение в течение прогнозируемого времени, меньшего, чем первый порог длительности, но превышающего второй порог длительности, планировщик 404 регенерации может определить, что может быть выполнена частичная регенерация. Дополнительно или альтернативно, планировщик 404 регенерации может определить, что может быть выполнена частичная регенерация, если разница между затратами на наполнение и затратами на регенерацию меньше пороговой разницы и если затраты на регенерацию могут оставаться меньше затрат на наполнение в течение прогнозируемого времени, меньшего, чем первый порог длительности, но превышающего второй порог длительности.
В еще одном примере, если определено, что затраты на регенерацию меньше, чем затраты на наполнение, и определено, что затраты на регенерацию могут оставаться меньше затрат на наполнение в течение прогнозируемого времени, меньшего, чем второй порог длительности, то планировщик 404 регенерации может определить, что регенерация ДСФ может не выполняться.
Блок 402 оптимизации затрат ПТР может получать в качестве входов информацию о накоплении сажи, навигационную информацию и информацию о местонахождении и может выдавать функцию затрат ПТР, зависящую от затрат на наполнение и затрат на регенерацию ДСФ. К примеру, в условиях холодного запуска, когда автомобиль только что был запущен, скорость автомобиля может быть меньше пороговой скорости и температура отработавших газов может не благоприятствовать регенерации ДСФ. Далее, заполнение сажей может быть меньше, чем пороговое заполнение. Следовательно, затраты на наполнение ДСФ может быть меньше, чем затраты на регенерацию ДСФ. Однако если заполнение сажей превышает пороговое, если автомобиль прогрелся до температуры отработавших газов, что может благоприятствовать регенерации ДСФ, и если прогнозируется (на основе данных сети автомобилей и навигационных данных), что автомобиль может работать на скорости, превышающей желательную скорость, в течение порогового времени, затраты на регенерацию ДСФ может упасть ниже затрат на наполнение.
Функция 406 накопления сажи может определять заполнение сажей (т.е. количество накопленных частиц) по информации об условиях работы автомобиля, например, в зависимости от частоты вращения двигателя, положения педали, скорости автомобиля, времени простоя двигателя и температуры отработавших газов. Выданные значения функции заполнения сажей могут быть использованы в качестве входов для блока 402 оптимизации затрат ПТР, описанного выше, и для регенерационной модели 408. Регенерационная модель может определять скорость регенерации, которая затем может быть введена в функцию накопления сажи, чтобы обновить значение заполнения сажей (или количество накопленной сажи).
В некоторых примерах решения относительно регенерации, определенные планировщиком 404 регенерации на основе информации о движении транспорта и/или информации о пункте назначения, могут дополнительно включать в себя оптимизацию РОГ и оптимизацию давления наддува.
Таким образом, посредством использования информации о движении транспорта, навигационной информации и информации о заполнении сажей при текущих условиях работы автомобиля, могут быть определены затраты на регенерацию и затраты на наполнение ДСФ, которые могут быть использованы для оценки длительности существования условий адаптивной регенерации.
На ФИГ. 5 показана последовательность 500 операций, представляющая пример определения регенерации ДСФ на базе системы оценок затрат, включающей в себя затраты на наполнение ДСФ и затраты на регенерацию ДСФ. На ФИГ. 5 показаны примеры: графика 501 заполнения сажей, графика 502 затрат на наполнение, графика 504 затрат на регенерацию, графика 506 скорости автомобиля и графика 508 степени регенерации. Последовательность процедур на ФИГ. 5 может задаваться исполняемыми командами в системе ФИГ. 1 по способу ФИГ. 3. Вертикальными метками t0-t4 отмечены моменты последовательности, представляющие интерес. На всех графиках, раскрытых ниже, по оси X отложено время движения автомобиля, причем время на всех графиках возрастает слева направо.
Первый график вверху ФИГ. 5 представляет заполнение сажей (т.е. количество накопленных в ДСФ частиц) в зависимости от времени. По оси Y отложено заполнение сажей, причем заполнение сажей возрастает в сторону увеличения значений по оси Y. Горизонтальная линия 501 представляет порог заполнения сажей, ниже которого ДСФ может не регенерироваться.
Второй сверху график на ФИГ. 5 представляет затраты в зависимости от времени. По оси Y отложены затраты, причем затраты возрастают в сторону увеличения значений по оси Y. Кривая 502 представляет затраты на наполнение ДСФ, а кривая 504 представляет затраты на регенерацию ДСФ.
Третий сверху график на ФИГ. 5 представляет скорость автомобиля в зависимости от времени. По оси Y отложена скорость автомобиля, причем скорость автомобиля возрастает в сторону увеличения значений по оси Y. Горизонтальная линия 507 представляет порог скорости автомобиля.
Четвертый сверху график на ФИГ. 5 представляет условия адаптивной регенерации в зависимости от времени. По оси Y отложено состояние ВКЛ, когда адаптивная регенерация может выполняться, и состояние ВЫКЛ, когда адаптивная регенерация не может выполняться.
В принципе, затраты на наполнение могут быть проектными затратами на наполнение и могут зависеть от вероятности принудительной регенерации, вероятности частичной регенерации и оценки влияния на кпд двигателя повышенного противодавления отработавших газов из-за накопления сажи (т.е. перерасхода топлива на регенерацию, который вызывают накопленные частицы сажи в ДСФ). К примеру, затраты на наполнение могут возрастать с ростом вероятности принудительной регенерации. Принудительные регенерации могут создавать высокую вероятность неэффективной работы; следовательно, проектная затраты на наполнение могут возрастать. Далее, исходя из текущего заполнения сажей и оценки скорости накопления сажи (скорость накопления зависит от текущих условий работы автомобиля и/или навигационной информации - включающей информацию о пункте назначения - от навигационной системы (например, GPS)), может быть сделана оценка остающейся части поездки (например, расстояния, которое осталось проехать, оставшегося времени поездки и т.д.) до момента, когда принудительная регенерация может стать обязательной. К примеру, если прогнозируемое время, меньше порогового прогнозируемого времени, это может увеличить затраты на наполнение.
Затраты на наполнение могут возрастать с повышением вероятности частичной регенерации. Частичная регенерация может увеличить заполнение сажей и, соответственно, может увеличить регенерационную нагрузку для следующей регенерации - из-за увеличения длительности регенерации, требуемой для более высоких степеней заполнения сажей. Далее, наполнение ДСФ может также увеличить противодавление отработавших газов, снижая тем самым кпд двигателя вследствие возрастания потерь из-за помпажа. Следовательно, наполнение может увеличить ПТР, и, соответственно, затраты на наполнение могут возрастать.
Затраты на регенерацию могут быть проектными затратами на регенерацию и могут зависеть от затрат топлива для активационного разогрева ДКО и затрат топлива для достижения Х% регенерации, исходя из уровня текущего заполнения сажей. В принципе, затраты топлива для достижения X % регенерации может зависеть от одного или нескольких параметров, именно: от информации о движении транспорта и/или навигационной информации, времени движения, скорости автомобиля, температуры отработавших газов, перепада давления на ДСФ и частоты вращения двигателя. Прогноз движения транспорта может зависеть от информации из сети автомобилей (также называемой в настоящем изобретении сетью впереди едущих автомобилей (СВИА)), включающей в себя один или несколько автомобилей, едущих впереди целевого автомобиля. Информация сети автомобилей может содержать среднюю скорость по сети впереди едущих автомобилей, расстояние между целевым автомобилем и сетью впереди едущих автомобилей, среднюю сетевую нагрузку, среднюю сетевую температуру отработавших газов и т.д. Навигационный прогноз может зависеть от информации из навигационной системы автомобиля, включающей в себя глобальную систему позиционирования, и может содержать информацию о местонахождении, о пункте назначения и о маршруте.
В момент времени t0 может быть начато движение автомобиля (например, поворотом ключа зажигания), и автомобиль может работать в условиях холодного запуска (например, температура катализатора очистки отработавших газов может быть меньше температуры активации катализатора). Далее, скорость автомобиля (график 506) может быть ниже пороговой скорости 507 (к примеру, в момент t0 скорость автомобиля может быть нулевой), и заполнение сажей (график 501) может быть меньше, чем пороговое заполнение 503. Следовательно, ДСФ может не регенерироваться.
В интервале между t0 и t1 скорость автомобиля может возрастать, но может оставаться ниже пороговой, и автомобиль может продолжать работать в условиях холодного запуска. Далее, заполнение сажей может возрастать, и перед самым моментом t1 заполнение сажей может достичь порога.
В момент времени t1 заполнение сажей может быть выше пороговой величины. Далее, скорость автомобиля может быть ниже пороговой, и автомобиль может продолжать работать в условиях холодного запуска. Из-за того, что заполнение сажей превышает пороговое, контроллер автомобиля может использовать оптимизационную функцию ПТР, чтобы определить, может ли выполняться регенерация ДСФ. Оптимизационная функция ПТР может выдавать затраты на регенерацию (график 504) в текущих условиях работы. Далее, могут быть определены затраты на наполнение ДСФ (график 502) в текущих условиях работы двигателя. Затраты на регенерацию могут быть выше затрат на наполнение из-за работы автомобиля в условиях холодного запуска и из-за того, что скорость автомобиля ниже пороговой. Следовательно, ДСФ может не регенерироваться.
В интервале между t1 и t2, автомобиль может продолжать работать, и скорость автомобиля может возрасти выше пороговой скорости. С увеличением времени движения автомобиль может прогреться, и температура катализатора очистки отработавших газов поднимется выше температуры активации. Заполнение сажей может продолжать увеличиваться выше первой пороговой величины. Далее, по мере увеличения времени движения автомобиля затраты на регенерацию ДСФ могут уменьшаться. Однако затраты на регенерацию ДСФ могут быть выше затрат на наполнение. Следовательно, ДСФ может не регенерироваться.
Сразу после момента времени t2 затраты на регенерацию могут упасть ниже затрат на наполнение. Следовательно, регенерация ДСФ может быть начата. ДСФ может регенерироваться в соответствии с некоторой стратегией управления регенерацией. Эта стратегия управления регенерацией может содержать установление заданных значений температуры отработавших газов выше по потоку от ДСФ и регулировку условий работы для увеличения температуры отработавших газов до заданных значений. В частности, заданные значения температуры могут быть установлены для зон выше по потоку от ДСФ и ниже по потоку от ДКО. Следует понимать, что реализация стратегии управления регенерацией может дополнительно включать в себя дополнительный впрыск топлива в камеру сгорания, в зависимости от условий равновесия. Далее, следует понимать, что воздушно-топливное отношение отработавших газов в процессе регенерации ДСФ может соответствовать бедной смеси, способствующей удалению частиц сажи из ДСФ.
Далее, может быть определена степень регенерации исходя из одного или нескольких параметров текущего заполнения сажей: из прогнозируемого времени движения с благоприятными условиями для регенерации - по информации сети данных и навигационной системы автомобиля, из скорости автомобиля и из средней скорости автомобилей в сети впереди едущих автомобилей, причем эта сеть связана с данным автомобилем через систему сети автомобилей. К примеру, с увеличением прогнозируемого времени движения степень регенерации может возрастать. В одном из примеров степень регенерации может определяться промежутком времени, за которое может быть произведена регенерация фильтра ДСФ. В другом примере степень регенерации может определяться количеством сажи, которое может быть удалено при регенерации, в зависимости от оценки параметров работы автомобиля и сети, в число которых могут входить прогнозируемое время движения, прогнозируемые требования по нагрузке и прогнозируемое термическое состояние автомобиля.
В некоторых примерах решение о начале регенерации может основываться на том, что разница между затратами на наполнение и затратами на регенерацию превышает пороговую разницу. В некоторых других примерах решение о начале регенерации может зависеть от оценки способности поддерживать затраты на регенерацию ниже затрат на наполнение в течение времени, превышающего пороговое. В дальнейших примерах решение о начале регенерации может зависеть от оценки способности поддерживать скорость автомобиля выше пороговой скорости в течение времени, превышающего пороговое, причем оценка зависит от скорости автомобиля и средней сетевой скорости других автомобилей в сети автомобилей. В еще одном примере решение о начале регенерации может зависеть от ППР. К примеру, регенерация может быть запущена в ответ на возрастание ППР выше пороговой пусковой вероятности.
В интервале между t2 и t3 заполнение сажей может уменьшаться (в результате регенерации), но может оставаться выше первого порога. По мере выгорания сажи затраты на наполнение могут уменьшаться. Однако затраты на регенерацию могут быть ниже затрат на наполнение. В результате, регенерация ДСФ может быть продолжена.
В момент времени t3 затраты на регенерацию могут сравняться с затратами на наполнение. Затем, после t3, затраты на регенерацию могут возрастать, и затраты на наполнение могут упасть ниже затрат на регенерацию. Следовательно, регенерация ДСФ может быть окончена. Затраты на регенерацию могут возрастать после t3 из-за того, что, например, заполнение сажей снизилось в ходе предшествующей процедуры регенерации. Количество топлива, требуемое для регенерации ДСФ с малым числом частиц, превышает то, которое расходуется при высоком заполнении ДСФ, так как при сгорании накопленных частиц выделяется некоторое количество тепла, используемое для регенерации ДСФ. В одном из примеров затраты на регенерацию могут также возрастать, реагируя на информацию от сети автомобилей. Если прогноз движения транспорта предсказывает впереди весьма неблагоприятные условия, затраты на продолжающуюся регенерацию могут возрасти выше затрат на наполнение. К примеру, информация сети автомобилей и навигационной системы может указывать на замедление сети впереди едущих автомобилей. Следовательно, затраты на регенерацию могут возрасти. В другом примере автомобиль может приближаться к своему целевому пункту назначения. Поэтому затраты на регенерацию могут возрастать. В еще одном примере автомобиль может отклониться от текущего навигационного маршрута, совершая объезд, и, соответственно, возрастает вероятность приближения условий остановки. Следовательно, затраты на регенерацию могут возрастать. Таким образом, для того чтобы определить условия, а также параметры запуска и окончания регенерации ДСФ, может быть использована стратегия, основанная на соотношении затрат на регенерацию, зависящей от прогноза движения транспорта и навигационного прогноза, и затрат на наполнение.
TV
LMT
На ФИГ. 6 представлено влияние на регенерацию различных условий работы автомобиля, условий движения транспорта и информации о местонахождении. Другими словами, показана степень регенерации, которая может быть достигнута в процессе адаптивной регенерации ДСФ при различных условиях работы автомобиля. Конкретно, в таблице 600 представлены различные степени регенерации (частичная, полностью беспрепятственная и т.д.), которые могут быть использованы в зависимости от скорости (V) целевого автомобиля, содержащего ДСФ, средней скорости (V) автомобилей в сети впереди едущих автомобилей и информации о местонахождении. Помимо состояния автомобиля, условии движения транспорта и местонахождения, степень регенерации может зависеть от текущего заполнения сажей и ППР, причем ППР может быть определен исходя из оставшегося расстояния от текущего местонахождения до конечного пункта назначения или потенциально конечного пункта назначения (например, по мере уменьшения расстояния, ППР может уменьшаться, так как регенерация может не завершиться до достижения пункта назначения, увеличивая тем самым вероятность принудительного окончания); от вероятности объездов, задаваемой историей прежних поездок и текущей информацией GPS о маршруте; от вероятности беспрепятственной регенерации, зависящей от текущей информации о движении транспорта из сети впереди едущих автомобилей (СВИА), т.е. едущих впереди данного автомобиля не далее некоторого предельного удаления, и о расстоянии, которое осталось проехать до пункта назначения; от требований к нагрузке двигателя (к примеру, возрастание уклона требует увеличения нагрузки двигателя и может приводить к повышенной температуре отработавших газов, которая может увеличивать ППР); и от текущего термического состояния автомобиля (например, повышенная температура отработавших газов может увеличивать ППР).
TV
LL
LMT
TV
При первом условии, когда скорость целевого автомобиля превышает пороговую скорость автомобиля (V>V), а средняя сетевая скорость впереди едущих автомобилей больше или равна скорости целевого автомобиля (V≥V), целевой автомобиль может двигаться беспрепятственно в течение времени, превышающего пороговое. Следовательно, может проводиться полностью беспрепятственная регенерация.
TV
LMT
LMT
LL
При втором условии, когда скорость целевого автомобиля больше или равна средней сетевой скорости впереди едущих автомобилей (V≥V), а средняя сетевая скорость впереди едущих автомобилей меньше пороговой скорости (V<V), целевой автомобиль может совместиться с сетью впереди едущих автомобилей. Сеть впереди едущих автомобилей может включать в себя остановку движения. Поэтому может оказаться возможной только частичная регенерация.
При третьем условии, когда конечный пункт назначения известен, регенерация может зависеть от знания маршрута и параметров регенерации (например, заполнения сажей, ППР, затрат на наполнение, затрат на регенерацию и т.д.). Детали определения ППР, затрат на наполнение и затрат на регенерацию раскрыты со ссылкой на ФИГ. 3. Регенерация может быть полной, частичной -или может не начинаться.
При четвертом условии, когда целевой автомобиль совершает объезд, уходя с магистрали, могут быть использованы данные средств массовой информации и глобальной системы позиционирования, чтобы определить потенциальные условия остановки автомобиля. В ответ на обнаружение объезда целевой автомобиль может подготовиться к окончанию регенерации ДСФ. В результате, окончание регенерации ДСФ может быть проведено более эффективно.
В одном из примеров способ может включать в себя шаг, на котором избирательно регенерируют дизельный сажевый фильтр исходя из заполнения сажей, прогноза расстояния до пункта назначения и оценки способности поддерживать скорость автомобиля выше пороговой скорости в течение времени, превышающего пороговое, при этом сажевый фильтр получает отработавшие газы от сгорания в двигателе дизельного топлива. Способ может дополнительно включать в себя шаг, на котором оценку выполняют на основе скорости автомобиля и средней скорости других автомобилей сети автомобилей; причем заполнение сажей превышает первый порог заполнение сажей, прогнозируемое расстояния до пункта назначения превышает первое пороговое расстояние, а скорость автомобиля меньше средней скорости из сети автомобилей; при этом сеть автомобилей включает в себя один или несколько автомобилей, едущих впереди данного автомобиля и не далее некоторого предельного удаления от данного автомобиля. Способ может дополнительно включать в себя регенерацию сажевого фильтра, зависящую только от заполнения сажей - в ответ на заполнение сажей, превышающее второй порог заполнения, причем второй порог заполнения превышает первый порог заполнения; при этом: выполняют полную регенерацию сажевого фильтра, когда скорость автомобиля выше пороговой скорости и меньше средней скорости из сети автомобилей; выполняют частичную регенерацию сажевого фильтра, когда скорость автомобиля превышает среднюю скорость из сети автомобилей и эта средняя скорость из сети автомобилей меньше пороговой скорости автомобиля; и подготавливают преждевременное окончание регенерации при выполнении одного или нескольких условий, а именно: обнаружение объезда с уходом автомобиля с прогнозируемого маршрута, прогнозное расстояние до пункта назначения меньше, чем второе пороговое расстояние, и скорость автомобиля меньше пороговой скорости, причем второе пороговое расстояние меньше, чем первое пороговое расстояние.
Далее, способ может включать в себя определение первых затрат на наполнение сажевого фильтра, определение вторых затрат на регенерацию сажевого фильтра и запуск регенерации сажевого фильтра, если вторые затраты на регенерацию меньше первых затрат на наполнение; причем первые затраты на наполнение зависят от вероятности принудительной регенерации, вероятности частичной регенерации и оценки влияния наполнения фильтра на кпд двигателя, а вторые затраты на регенерацию зависят от первых затрат топлива для достижения температуры активации дизельного катализатора окисления и вторых затрат топлива для достижения желаемого объема регенерации.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или автомобилей. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут осуществляться системой управления, включающей контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другими элементами 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 не обязательно 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 изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, причем раскрытые действия выполняются путем исполнения команд в системе, включающей различные элементы двигателя, взаимодействующие с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы 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 и/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 идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.