СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ
ENGINE CONTROL SYSTEM AND METHOD

Область техники
Настоящее изобретение относится к системе для управления двигателем, которая включает в себя устройство рециркуляции отработавшего газа (EGR). Настоящее изобретение также относится к способу для управления двигателем.
Уровень техники
Известный двигатель включает в себя EGR–трубу, которая осуществляет циркуляцию части отработавшего газа из выхлопного канала во впускной канал, и EGR–охладитель, который охлаждает отработавший газ (далее в данном документе также называется "EGR–газом"), протекающий через EGR–трубу. В таком двигателе, твердые частицы (PM), содержащиеся в EGR–газе, могут скапливаться на теплообменнике EGR–охладителя и снижать эффективность охлаждения EGR–охладителя. Когда эффективность охлаждения EGR–охладителя снижается, температура EGR–газа, рециркулирующего во впускной канал, уменьшается, и температура сгорания в цилиндре увеличивается. Увеличение температуры сгорания в цилиндре вызывает увеличение объема оксидов азота NOx, выпускаемых из двигателя.
Например, японская выложенная патентная публикация № 2009–46982 раскрывает систему управления для ограничения увеличений в объеме выброса NOx, вызванных снижением эффективности охлаждения EGR–охладителя. Система управления выполняет процесс на двигателе, который включает в себя EGR–трубу и EGR–охладитель, размещенный на EGR–трубе. Более конкретно, система управления оценивает эффективность охлаждения EGR–охладителя на основе температуры газа на впуске, температуры газа на выпуске и температуры охлаждающей жидкости EGR–охладителя и увеличивает интервал задержки момента впрыска топлива, когда оцениваемая эффективность охлаждения EGR–охладителя снизилась. Задержка момента впрыска топлива снижает пик температуры сгорания в цилиндре. Таким образом, даже когда эффективность охлаждения EGR–охладителя снизилась, увеличения в объеме выброса NOx ограничиваются.
В вышеописанной системе управления увеличения в объеме выброса NOx, вызванные снижением эффективности охлаждения EGR–охладителя, ограничиваются посредством задержки момента впрыска топлива. Например, момент впрыска топлива может достигать предела задержки, который определяется посредством жестких ограничений или т.п. Более конкретно, может возникать ситуация, в которой момент впрыска топлива не может быть задержан как–либо дополнительно, чтобы ограничивать увеличения в объеме выброса NOx. Следовательно, вышеописанная система управления может не суметь надлежащим образом ограничивать объем выброса NOx.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является надлежащее ограничение увеличений в объеме выброса NOx двигателя, который включает в себя EGR–трубу и EGR–охладитель, размещенный на EGR–трубе, когда эффективность охлаждения EGR–охладителя снизилась.
Данная сущность предусмотрена для того, чтобы в упрощенной форме представить набор идей, которые дополнительно описываются ниже в подробном описании. Эта сущность не предназначена для того, чтобы идентифицировать ключевые признаки или важнейшие признаки заявляемого предмета изобретения, а также не предназначена для того, чтобы быть использованной в качестве помощи при определении области применения заявляемого предмета изобретения.
(1) Аспект настоящего изобретения предоставляет систему для управления двигателем. Двигатель включает в себя цилиндр, соединенный с впускным каналом и выхлопным каналом, EGR–трубу, выполненную с возможностью осуществлять рециркуляцию части отработавшего газа из выхлопного канала во впускной канал, и EGR–охладитель, размещенный на EGR–трубе. Система включает в себя датчик, размещенный на выхлопном канале и выполненный с возможностью определять объем выброса оксидов азота, и контроллер. Контроллер выполнен с возможностью определять, снизилась ли эффективность охлаждения EGR–охладителя, на основе объема выброса оксидов азота, определенного посредством датчика. Контроллер выполнен с возможностью исполнять процесс регенерации EGR–охладителя, чтобы удалять твердые частицы из EGR–охладителя, когда определяется, что эффективность охлаждения EGR–охладителя снизилась.
В вышеупомянутой системе, когда определяется, что эффективность охлаждения EGR–охладителя снизилась, на основе объема выброса оксидов азота (объема выброса NOx), определенного посредством датчика, процесс регенерации EGR–охладителя выполняется, чтобы удалять твердые частицы из EGR–охладителя. Процесс регенерации EGR–охладителя, например, увеличивает расход EGR–газа, и EGR–газ выдувает твердые частицы, накопившиеся на EGR–охладителе. Это может восстанавливать эффективность охлаждения EGR–охладителя. В результате, в двигателе, включающем в себя EGR–охладитель, размещенный на EGR–трубе, увеличения в объеме выброса оксидов азота, вызванные снижением эффективности охлаждения EGR–охладителя, надлежащим образом ограничиваются.
(2) В аспекте настоящего изобретения контроллер может быть сконфигурирован, чтобы определять, что эффективность охлаждения EGR–охладителя снизилась, и выполнять процесс регенерации EGR–охладителя, когда объем выброса оксидов азота больше порогового значения.
Когда эффективность охлаждения EGR–охладителя уменьшается, плотность EGR–газа понижается. Это уменьшает объем EGR–газа, т.е., объем EGR–газа, рециркулирующего в цилиндр. Уменьшения в объеме EGR–газа вызывают увеличение объема выброса NOx. Фокусируясь на этом моменте, в вышеописанной конфигурации, когда объем выпуска NOx больше порогового значения, определяется, что эффективность охлаждения EGR–охладителя снизилась, и процесс регенерации EGR–охладителя выполняется. Таким образом, после надлежащего определения того, снизилась ли эффективность охлаждения EGR–охладителя, на основе объема выброса NOx, выполняется процесс регенерации EGR–охладителя.
(3) В аспекте настоящего изобретения двигатель может быть сконфигурирован так, что многочисленные впрыски топлива выполняются в цилиндре в одном цикле. Многочисленные впрыски топлива могут включать в себя предварительный впрыск и основной впрыск. Контроллер может быть сконфигурирован, чтобы задерживать момент основного впрыска на предварительно определенный интервал, когда объем выброса оксидов азота больше порогового значения. Контроллер может быть сконфигурирован, чтобы определять, что эффективность охлаждения EGR–охладителя снизилась, и выполнять процесс регенерации EGR–охладителя, когда момент основного впрыска задерживается и достигает предварительно определенного предела задержки.
В вышеописанной конфигурации, когда объем выброса NOx, определенный посредством датчика, больше порогового значения, момент основного впрыска задерживается на предварительно определенный интервал. Таким образом, увеличения в объеме выброса NOx, вызванные снижением эффективности охлаждения EGR–охладителя, ограничиваются посредством задержки момента основного впрыска вместо выполнения процесса регенерации EGR–охладителя. Это уменьшает число раз, которое процесс регенерации EGR–охладителя выполняется, по сравнению с тем, когда процесс регенерации EGR–охладителя выполняется в соответствии с объемом выброса NOx, превышающим пороговое значение. Когда объем выброса NOx больше порогового значения, момент основного впрыска задерживается на предварительно определенный интервал и может достигать предела задержки. Когда момент основного впрыска достигает предела задержки, определяется, что эффективность EGR–охладителя снизилась, и процесс регенерации EGR–охладителя выполняется. В результате, увеличения в объеме выброса NOx ограничиваются, в то же время уменьшая число раз, которое процесс регенерации EGR–охладителя выполняется.
(4) В аспекте настоящего изобретения цилиндр может быть одним из цилиндров. Двигатель может быть сконфигурирован так, что многочисленные впрыски топлива выполняются в каждом из цилиндров в одном цикле. Многочисленные впрыски топлива могут включать в себя предварительный впрыск и основной впрыск. Контроллер может быть сконфигурирован, чтобы выполнять управление с обратной связью, которое увеличивает и уменьшает объем предварительного впрыска на величину регулировки по обратной связи, соответствующую каждому из цилиндров, на основе результата определения датчика, так что объем выброса оксидов азота является равным между цилиндрами. Контроллер может быть сконфигурирован, чтобы определять, что эффективность охлаждения EGR–охладителя снизилась, и выполнять процесс регенерации EGR–охладителя, когда величина регулировки по обратной связи, соответствующая, по меньшей мере, одному из цилиндров, находится за пределами предварительно определенного диапазона регулировки.
В вышеописанной конфигурации управление с обратной связью выполняется, чтобы увеличивать и уменьшать объемы предварительного впрыска для цилиндров, так что объемы выброса NOx являются равными друг другу среди цилиндров, на основе результата определения датчика. Когда эффективность EGR–охладителя уменьшается, плотность EGR–газа понижается, и концентрация EGR–газа становится неравномерной. Неравномерная концентрация EGR–газа увеличивает разницу между объемом EGR–газа, или объемом EGR–газа, протекающего в цилиндр, и объемом EGR–газа, или объемом EGR–газа, протекающего в другой цилиндр, и увеличивает различие в объеме выброса NOx между цилиндрами. Таким образом, когда эффективность EGR–охладителя снижается, величина регулировки по обратной связи для объема предварительного впрыска увеличивается. Величина регулировки по обратной связи ссылается на величину увеличения или уменьшения объема предварительного впрыска, которая регулируется посредством управления с обратной связью. Фокусируясь на этом моменте, в вышеописанной конфигурации, когда, по меньшей мере, одна из величин регулировки по обратной связи для объемов предварительного впрыска цилиндров находится за пределами предварительно определенного диапазона регулировки, определяется, что эффективность охлаждения EGR–охладителя снизилась, и процесс регенерации EGR–охладителя выполняется. Таким образом, после соответствующего определения того, снизилась ли эффективность охлаждения EGR–охладителя, на основе величины регулировки по обратной связи для объема предварительного впрыска, управляемой в соответствии с результатом определения датчика, процесс регенерации EGR–охладителя выполняется.
(5) В аспекте настоящего изобретения процесс регенерации EGR–охладителя может включать в себя управление, которое увеличивает объем всасываемого воздуха двигателя в течение предварительно определенного интервала времени.
Предполагается, что снижение в эффективности охлаждения EGR–охладителя, главным образом, вызывается твердыми частицами в EGR–газе, накапливающимися на поверхности теплообменника EGR–охладителя и препятствующими теплообмену. В вышеописанной конфигурации процесс регенерации EGR–охладителя включает в себя управление, которое увеличивает объем всасываемого воздуха двигателя в течение предварительно определенного интервала времени. В результате, расход EGR–газа увеличивается, и EGR–газ выдувает твердые частицы, накопившиеся на поверхности теплообменника EGR–охладителя. Это предоставляет возможность восстановления эффективности охлаждения EGR–охладителя.
(6) Аспект настоящего изобретения предоставляет способ для управления двигателем. Двигатель включает в себя цилиндр, соединенный с впускным каналом и выхлопным каналом, EGR–трубу, выполненную с возможностью осуществлять рециркуляцию части отработавшего газа из выхлопного канала во впускной канал, и EGR–охладитель, размещенный на EGR–трубе. Способ включает в себя определение объема выброса оксидов азота в выхлопном канале, определение того, снизилась ли эффективность охлаждения EGR–охладителя, на основе определенного объема выброса оксидов азота и выполнение процесса регенерации EGR–охладителя, чтобы удалять твердые частицы из EGR–охладителя, когда определяется, что эффективность охлаждения EGR–охладителя снизилась.
Другие признаки и аспекты будут очевидны из последующего подробного описания, чертежей и формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 – схематичный чертеж, показывающий пример полной конфигурации системы управления двигателем.
Фиг. 2 – график, схематично показывающий соотношение соответствия между эффективностью EGR–охладителя и объемом выброса NOx.
Фиг. 3 – график, схематично показывающий пример изменений в объеме выброса NOx и объеме всасываемого воздуха.
Фиг. 4 – (первая) блок–схема последовательности операций, схематично показывающая процесс, исполняемый посредством ECU.
Фиг. 5 – график, схематично показывающий пример изменений в объеме выброса NOx, моменте основного впрыска, моменте предварительного впрыска и объеме всасываемого воздуха согласно первому модифицированному примеру.
Фиг. 6 – (вторая) блок–схема последовательности операций, схематично показывающая процесс, исполняемый посредством ECU в первом модифицированном примере.
Фиг. 7 – схема, показывающая пример изменений в величине регулировки по обратной связи (F/B) для предварительного впрыска в четырех цилиндрах двигателя.
Фиг. 8 – (третья) блок–схема последовательности операций, схематично показывающая процесс, исполняемый посредством ECU во втором модифицированном примере.
Повсюду на чертежах и в подробном описании одинаковые ссылочные номера ссылаются на одинаковые элементы. Чертежи могут не быть в масштабе, и относительный размер, пропорции и изображение элементов на чертежах могут быть преувеличены для ясности, иллюстрации и удобства.
Подробное описание изобретения
Это описание обеспечивает исчерпывающее понимание описываемых способов, устройств и/или систем. Модификации и эквиваленты описанных способов, устройств и/или систем являются очевидными обычному специалисту в области техники. Последовательности операций являются примерными и могут быть изменены, как очевидно обычному специалисту в области техники, за исключением операций, обязательно происходящих в определенном порядке. Описания функций и конструкций, которые являются хорошо известными обычному специалисту в области техники, могут быть пропущены.
Примерные варианты осуществления могут иметь различные формы и не ограничиваются описанными примерами. Однако, описанные примеры являются полными и законченными и передают полные рамки изобретения обычному специалисту в области техники.
Варианты осуществления настоящего изобретения будут теперь описаны со ссылкой на чертежи. Одинаковые ссылочные символы предоставлены таким элементам, которые являются такими же или эквивалентными соответствующим элементам. Такие элементы не будут повторно описываться.
Фиг. 1 представляет собой схематичный чертеж, показывающий пример полной конфигурации системы 1 управления двигателем согласно настоящему варианту осуществления. Система 1 управления двигателем устанавливается в транспортном средстве, которая не показана на чертежах.
Система 1 управления двигателем включает в себя двигатель 100, включающий в себя множество (четыре в примере, показанном на фиг. 1) цилиндров, множество NOx–датчиков 121, соответственно предусмотренных для цилиндров, датчик 125 температуры выхлопа и электронный контроллер 200 (далее в данном документе может также называться "ECU"). Электронный контроллер 200 и его компоненты могут быть сконфигурированы, чтобы быть схемой, которая включает в себя 1) один или более процессоров, которые работают согласно компьютерной программе (программному обеспечению), 2) одну или более специализированных аппаратных схем, таких как специализированные интегральные схемы (ASIC), которые исполняют, по меньшей мере, некоторые из различных процессов, или 3) их сочетание. Процессор включает в себя CPU и запоминающие устройства, такие как RAM и ROM. Запоминающие устройства хранят программные коды или команды, сконфигурированные, чтобы инструктировать CPU выполнять процессы. Запоминающие устройства, или компьютерные читаемые носители, включают в себя любой тип носителей, которые являются доступными посредством компьютеров общего назначения и специализированных компьютеров.
Двигатель 100 является дизельным двигателем с аккумуляторным типом системы подачи топлива, включающим в себя множество (четыре в примере, показанном на фиг. 1), цилиндров.
Двигатель 100 включает в себя устройство 110 впрыска топлива, впускной канал, который включает в себя впускную трубу 108 и впускной коллектор 120, и выхлопной канал, который включает в себя выхлопной коллектор 130 и выхлопную трубу 131. Устройство 110 впрыска топлива включает в себя насос 114 подачи топлива, аккумуляторную систему 116 подачи топлива (накопительную камеру под давлением) и множество инжекторов 118, соответственно предусмотренных для цилиндров.
Воздух, втягиваемый в двигатель 100, фильтруется посредством воздушного фильтра 102 и сжимается посредством компрессора 104 турбонагнетателя. Сжатый воздух охлаждается посредством промежуточного охладителя 106 и втягивается в камеру сгорания каждого цилиндра через впускную трубу 108 и впускной коллектор 120.
Топливо, которое нагнетается посредством насоса 114 для подачи топлива и хранится в аккумуляторной системе 116 подачи топлива, впрыскивается в камеру сгорания каждого цилиндра посредством инжектора 118. Воздушно–топливная смесь из воздуха и топлива сжигается в камере сгорания, чтобы формировать движущую мощность двигателя 100.
После того как сгоревшая воздушно–топливная смесь, или выхлопной газ, втягивается в выхлопной коллектор 130 и протекает через турбину 122 турбонагнетателя, воздушно–топливная смесь очищается посредством каталитического нейтрализатора 124 в выхлопной трубе 131 и выпускается наружу из транспортного средства.
Двигатель 100 дополнительно включает в себя EGR–трубу 140, EGR–охладитель 142 с водяным типом охлаждения, размещенный на EGR–трубе 140, и EGR–клапан 144. EGR–труба 140 осуществляет циркуляцию части выхлопа из выхлопного канала (выхлопного коллектора 130 в примере, показанном на фиг. 1) во впускной канал.
Часть выхлопа, выпущенного из каждого цилиндра в выхлопной коллектор 130, циркулирует во впускной канал через EGR–трубу 140. EGR–охладитель 142 включает в себя теплообменник, который выполняет теплообмен между EGR–газом, протекающим через EGR–трубу 140, и охлаждающей жидкостью, так что EGR–газ охлаждается. Металл, имеющий высокую теплопроводность, используется в теплообменнике EGR–охладителя 142.
EGR–газ, охлажденный посредством EGR–охладителя 142, рециркулирует во впускной канал через EGR–клапан 144. Объем циркуляции EGR–газа регулируется в соответствии со степенью открытия EGR–клапана 144. Степень открытия EGR–клапана 144 управляется посредством управляющего сигнала от ECU 200.
Каждый NOx–датчик 121 размещается на соединительном участке выпускного отверстия соответствующего цилиндра и выхлопного коллектора 130, чтобы определять объем выброса NOx цилиндра и передавать сигнал, указывающий результат определения, в ECU 200.
Датчик 125 температуры выхлопа определяет температуру выхлопного газа, протекающего по выхлопной трубе 131, и передает сигнал, указывающий результат определения в ECU 200.
ECU 200 включает в себя центральный процессор (CPU), память, которая хранит программы процесса или т.п., порты ввода и вывода (не показаны), которые предоставляют возможность ввода и вывода различных сигналов. ECU 200 выполняет предварительно определенный процесс вычисления на основе информации, сохраненной в памяти, и информации от каждого датчика. ECU 200 управляет, например, насосом 114 для подачи топлива и инжекторами 118 на основе результата процесса вычисления.
Например, при работе двигателя 100, ECU 200 может выполнять множество впрысков топлива по каждому цилиндру в одном цикле. Многочисленные впрыски топлива включают в себя предварительный впрыск и основной впрыск. Более конкретно, ECU 200 отправляет инструкцию основного впрыска, соответствующую требуемой мощности, инжектору 118 в предварительно определенный момент времени. В результате, "основной впрыск", в котором топливо, соответствующее инструкции основного впрыска, впрыскивается из инжектора 118, выполняется. Дополнительно, ECU 200 отправляет инструкцию предварительного впрыска инжектору 118 перед инструкцией основного впрыска, так что очень небольшой объем топлива впрыскивается, чтобы уменьшать шум сгорания и очищать выхлопной газ. В результате, "предварительный впрыск", в котором очень небольшой объем топлива, соответствующий инструкции предварительного впрыска, впрыскивается из инжектора 118, выполняется перед основным впрыском. Множество впрысков топлива, выполняемых по каждому цилиндру в одном цикле, могут включать в себя впрыск, отличный от предварительного впрыска и основного впрыска.
Регенерация EGR–охладителя
Как описано выше, двигатель 100 настоящего варианта осуществления включает в себя EGR–трубу 140 и EGR–охладитель 142. Когда EGR–газ, содержащий большее количество компонентов, имеющих высокий коэффициент теплоемкости по сравнению со свежим воздухом (впускным воздухом перед сгоранием), смешивается со свежим воздухом, увеличения в температуре сгорания в цилиндрах ограничиваются, и оксиды NOx азота уменьшаются в выхлопе. Дополнительно, EGR–газ охлаждается посредством EGR–охладителя 142. Это снижает первоначальную температуру сгорания в цилиндрах по сравнению с тем, когда EGR–газ не охлаждается. Уменьшения в первоначальной температуре сгорания ограничивают увеличения в температуре сгорания в цилиндрах. Таким образом, больший объем оксидов азота NOx уменьшается. Дополнительно, когда EGR–газ охлаждается посредством EGR–охладителя 142, объемное расширение EGR–газа ограничивается. Это предоставляет возможность подачи большего объема EGR–газа в цилиндры. Более конкретно, объем EGR–газа, который является объемом EGR–газа, рециркулирующего в цилиндры, увеличивается. Таким образом, больший объем оксидов азота NOx уменьшается.
Однако, когда PM (твердые частицы) в EGR–газе скапливаются на металлической поверхности теплообменника EGR–охладителя 142, теплообмен между EGR–газом и хладагентом в теплообменнике EGR–охладителя 142 замедляется. Таким образом, эффективность охлаждения EGR–охладителя 142 (далее в данном документе может просто называться "эффективностью EGR–охладителя") снижается. Снижения в эффективности EGR–охладителя увеличивают температуру EGR–газа, циркулирующего во впускной канал. Это увеличивает температуру сгорания в цилиндрах и приводит в результате к увеличениям в объеме выброса NOx.
Фиг. 2 представляет собой график, схематично показывающий соотношение соответствия между эффективностью EGR–охладителя и объемом выброса NOx. Когда EGR–охладитель 142 находится в первоначальном состоянии, PM не накапливается на металлической поверхности теплообменника. Таким образом, как показано на фиг. 2, первоначальное значение C0 эффективности EGR–охладителя является высоким. Соответственно, первоначальное значение E0 объема выброса NOx ограничивается низким значением. Однако, когда эффективность EGR–охладителя снижается вследствие возрастного износа, вызванного скоплением PM, объем выброса NOx увеличивается.
Существует технология предшествующего уровня техники, которая предполагает, что эффективность EGR–охладителя снизилась до предварительно определенного значения C1 вследствие возрастного износа, вызванного скоплением PM, и определяет свойства EGR–охладителя 142, так что когда эффективность EGR–охладителя снижается до предварительно определенного значения C1, объем E1 выброса NOx не будет превышать нормативное значение. Эта технология предоставляет возможность увеличения объема выброса NOx до значения, близкого к нормативному значению, и не может ограничивать увеличения в объеме выброса NOx. На будущее, существует необходимость для развития технологии, которая ограничивает увеличения в объеме выброса NOx, поддерживая эффективность EGR–охладителя в значении, близком к первоначальному значению C0.
В этом отношении, ECU 200 настоящего варианта осуществления определяет, уменьшается ли эффективность EGR–охладителя, на основе объема выброса NOx, определенного посредством NOx–датчиков 121. Когда определяется, что эффективность EGR–охладителя уменьшается, ECU 200 выполняет процесс регенерации EGR–охладителя, чтобы удалять PM из EGR–охладителя 142. Процесс будет теперь описан подробно.
Процесс определения снижения эффективности EGR–охладителя
Настоящий вариант осуществления процесса для определения снижения в эффективности EGR–охладителя будет теперь описан. Когда эффективность EGR–охладителя уменьшается, плотность EGR–газа понижается. Это уменьшает объем EGR–газа, т.е., объем EGR–газа, рециркулирующего в цилиндры. Снижения в объеме EGR–газа улучшают характеристику зажигания топлива в цилиндрах. Более конкретно, период задержки зажигания уменьшается. Улучшение в характеристике зажигания топлива увеличивает температуру сгорания в цилиндрах. Таким образом, объем выброса NOx увеличивается. Более конкретно, уменьшения в эффективности EGR–охладителя приводят в результате к увеличениям в объеме выброса NOx.
ECU 200 определяет, снизилась ли эффективность EGR–охладителя, определяя увеличение в объеме выброса NOx. Более конкретно, ECU 200 определяет, больше ли объем выброса NOx, определенный посредством, по меньшей мере, одного из NOx–датчиков 121, по сравнению с пороговым значением Eth. В этом определении пороговое значение Eth может быть сравнено с каждым из объемов выброса NOx, определенных посредством двух или более NOx–датчиков 121. Альтернативно, пороговое значение Eth может быть сравнено с объемом выброса NOx, определенным посредством только указанного одного из NOx–датчиков 121.
ECU 200 может выполнять это определение посредством двух или более NOx–датчиков 121 или только одного из NOx–датчиков 121. Более конкретно, система 1 управления двигателем может включать в себя множество NOx–датчиков 121 или может включать в себя только один NOx–датчик 121. Например, двигатель может включать в себя один NOx–датчик 121, размещенный в выхлопном канале на нижней по потоку стороне выхлопного коллектора 130. Пороговое значение Eth может быть сравнено с объемом выброса NOx, определенным посредством NOx–датчика 121.
Когда объем выброса NOx, определенный посредством NOx–датчика 121, больше порогового значения Eth, ECU 200 определяет, что эффективность EGR–охладителя уменьшается ниже контрольного значения Cth (ссылка на фиг. 2, описанную выше).
В предшествующем уровне техники эффективность EGR–охладителя оценивается посредством назначения температуры TGin газа на впуске, температуры TGout газа на выпуске и температуры TW воды на впуске EGR–охладителя в уравнении (1), приведенном ниже:
Эффективность EGR–охладителя = (TGin–TGout)/(TGin–TW) … (1)
Однако, когда эффективность EGR–охладителя оценивается с помощью уравнения (1), показанного выше, по меньшей мере, три датчика температуры, т.е., датчик температуры, определяющий температуру TGin газа на впуске EGR–охладителя, датчик температуры, определяющий температуру TGout газа на выпуске EGR–охладителя и датчик температуры, определяющий температуру TW воды на впуске EGR–охладителя, являются необходимыми. Это может увеличивать стоимость и вызывать проблему с установкой датчиков.
В этом отношении, в настоящем варианте осуществления, эффективность EGR–охладителя оценивается с помощью, по меньшей мере, одного NOx–датчика 121. Это может решать проблемы увеличения стоимости и установки, описанные выше.
Процесс регенерации EGR–охладителя
Процесс для регенерации EGR–охладителя будет теперь описан. Как описано выше, предполагается, что снижение эффективности EGR–охладителя, главным образом, вызывается PM в EGR–газе, скапливающимися на металлической поверхности теплообменника EGR–охладителя 142 и препятствующими теплообмену.
Таким образом, когда вышеописанный процесс определения снижения определяет, что эффективность EGR–охладителя снизилась ниже контрольного значения Cth, ECU 200 увеличивает расход EGR–газа, чтобы удалять PM с металлической поверхности теплообменника EGR–охладителя 142. Например, ECU 200 продолжает процесс регенерации EGR–охладителя в течение предварительно определенного интервала времени T1 (например, несколько минут). Процесс регенерации EGR–охладителя включает в себя процесс увеличения объема (объема основного впрыска) топлива, впрыскиваемого в каждый цилиндр, в то же время поддерживая открытое состояние EGR–клапана 144, так что объем всасываемого воздуха устанавливается в предварительно определенное значение G1, которое больше нормального объема всасываемого воздуха, который используется во время нормальной работы (когда определяется, что эффективность EGR–охладителя не снизилась).
Процесс регенерации EGR–охладителя увеличивает расход EGR–газа, и EGR–газ выдувает PM, накопившиеся на металлической поверхности теплообменника EGR–охладителя 142. Это предоставляет возможность восстанавливать эффективность EGR–охладителя до значения, близкого к первоначальному значению (ссылка на фиг. 2, описанную выше). В результате, объем выброса NOx также снижается до значения, близкого к первоначальному значению E0.
Фиг. 3 представляет собой график, схематично показывающий пример изменений в объеме выброса NOx и объеме всасываемого воздуха при выполнении процесса определения снижения эффективности EGR–охладителя и процессе регенерации EGR–охладителя. Когда эффективность EGR–охладителя снижается вследствие возрастного износа, вызванного скоплением PM, объем выброса NOx постепенно увеличивается от первоначального значения E0.
Во время t1, когда объем выброса NOx достигает порогового значения Eth, ECU 200 определяет, что эффективность EGR–охладителя снизилась. Ради удобства, фиг. 3 показывает относительно короткий период в качестве периода со времени t0, в которое объем выброса NOx начинает увеличиваться от первоначального значения E0 вследствие возрастного износа, до времени t1, в которое объем выброса NOx достигает порогового значения Eth. Однако, предполагается, что фактический период является относительно длинным, например, несколько месяцев или несколько лет.
Когда определяется, что эффективность EGR–охладителя снизилась во время t1, в которое объем выброса NOx достигает порогового значения Eth, ECU 200 выполняет процесс регенерации EGR–охладителя. Объем всасываемого воздуха увеличивается до предварительно определенного значения G1 в течение предварительно определенного интервала времени T1 (например, несколько минут) от времени t1 до времени t2. Следовательно, расход EGR–газа увеличивается, и EGR–газ выдувает PM, накопившиеся на EGR–охладителе 142. Это предоставляет возможность восстанавливать эффективность EGR–охладителя до значения, близкого к первоначальному значению C0. В результате, объем выброса NOx снижается до значения, близкого к первоначальному значению E0.
Фиг. 4 представляет собой блок–схему последовательности операций, схематично показывающую процесс, выполняемый посредством ECU 200 при выполнении процесса определения снижения эффективности EGR–охладителя и процесса регенерации EGR–охладителя, описанных выше. Блок–схема последовательности операций повторяется всякий раз, когда удовлетворяется предварительно определенное условие (например, в предварительно определенном цикле), в то время как двигатель 100 работает.
ECU 200 получает объем выброса NOx, определенный посредством NOx–датчиков 121 (этап S10), и определяет, больше ли объем выброса NOx по сравнению с пороговым значением Eth (этап S12). На этапе S12, как описано выше, пороговое значение Eth может быть сравнено с каждым из объемов выброса NOx, определенных посредством двух или более NOx–датчиков 121. Альтернативно, пороговое значение Eth может быть сравнено с объемом выброса NOx, определенным посредством только указанного одного из NOx–датчиков 121.
Когда определяется, что объем выброса NOx не больше порогового значения Eth (этап S12: Нет), ECU 200 пропускает последующий процесс и переходит к концу.
Когда определяется, что объем выброса NOx больше порогового значения Eth (этап S12: Да), ECU 200 определяет, что эффективность EGR–охладителя снизилась ниже контрольного значения Cth (этап S14). ECU 200 выполняет процесс регенерации EGR–охладителя, который увеличивает объем основного впрыска, так что объем всасываемого воздуха устанавливается в предварительно определенное значение G1 на предварительно определенный интервал времени T1 (этап S18).
Как описано выше, когда объем выброса NOx, определенный посредством NOx–датчиков 121, больше порогового значения Eth, ECU 200 настоящего варианта осуществления определяет, что эффективность EGR–охладителя снизилась. Затем, ECU 200 выполняет процесс регенерации EGR–охладителя, который увеличивает объем основного впрыска, чтобы увеличивать расход EGR–газа. EGR–газа выдувает PM, накопившиеся на теплообменнике EGR–охладителя 142. В результате, эффективность EGR–охладителя восстанавливается от возрастного износа, и объем выброса NOx снижается.
Первый модифицированный пример
В вышеописанном варианте осуществления, когда объем выброса NOx больше порогового значения Eth, определяется, что эффективность EGR–охладителя снизилась, и процесс регенерации EGR–охладителя выполняется. Однако, так как процесс регенерации EGR–охладителя включает в себя процесс для увеличения объема основного впрыска, частое выполнение процесса регенерации EGR–охладителя может неблагоприятно влиять на топливную экономичность.
В этом отношении, в первом модифицированном примере, когда объем выброса NOx превышает пороговое значение Eth, ECU 200 задерживает момент основного впрыска для каждого цилиндра на предварительно определенный интервал α. Как показано на фиг. 5, после того как момент основного впрыска задерживается на предварительно определенный интервал α, если объем выброса NOx опять превышает пороговое значение Eth, момент основного впрыска снова задерживается на предварительно определенный интервал α. Таким образом, увеличения в объеме выброса NOx, вызванные снижениями в эффективности охлаждения EGR–охладителя, ограничиваются посредством задержки момента основного впрыска вместо выполнения процесса регенерации EGR–охладителя. В первом модифицированном примере задержка момента основного впрыска повторяется всякий раз, когда объем выброса NOx превышает пороговое значение Eth. Это предоставляет возможность моменту основного впрыска достигать предела задержки, который определяется посредством жестких ограничений или т.п. Когда момент основного впрыска достигает предела задержки, ECU 200 определяет, что эффективность EGR–охладителя снизилась до уровня, при котором снижению в эффективности EGR–охладителя нельзя воспрепятствовать посредством задержки основного зажигания, и выполняет процесс регенерации EGR–охладителя. В результате, увеличения в объеме выброса NOx ограничиваются, в то же время уменьшая число раз, которое процесс регенерации EGR–охладителя выполняется.
Фиг. 5 представляет собой график, схематично показывающий пример изменений в объеме выброса NOx, моменте основного впрыска, объеме предварительного впрыска и объеме всасываемого воздуха при выполнении процесса определения снижения эффективности EGR–охладителя и процесса регенерации EGR–охладителя в первом модифицированном примере. Фиг. 5 показывает пример, в котором первоначальное значение момента основного впрыска устанавливается в сторону задержки для времени, в которое поршень достигает верхней мертвой точки (TDC).
Когда эффективность EGR–охладителя снижается вследствие возрастного износа, вызванного скоплением PM, объем выброса NOx увеличивается. Во время t3, когда объем выброса NOx превышает пороговое значение Eth, ECU 200 задерживает момент основного впрыска на предварительно определенный интервал α. Это снижает пик температуры сгорания в цилиндре. Таким образом, объем выброса NOx уменьшается.
Задержка момента основного впрыска на предварительно определенный интервал α неблагоприятно влияет на характеристику зажигания топлива в цилиндре. В первом модифицированном примере ECU 200 увеличивает объем предварительного впрыска на предварительно определенное значение β, чтобы ограничивать неблагоприятное влияние характеристики зажигания топлива. Таким образом, по сравнению с тем, когда объем предварительного впрыска не увеличивается, характеристика зажигания гарантируется, и увеличения в объеме выброса NOx дополнительно ограничиваются.
После того как объем выброса NOx временно снижается посредством задержки момента основного впрыска и увеличения в объеме предварительного впрыска, если эффективность EGR–охладителя дополнительно снижается посредством накопления PM, объем выброса NOx снова увеличивается. Во время t4, когда объем выброса NOx снова превышает пороговое значение Eth, ECU 200 дополнительно задерживает момент основного впрыска на предварительно определенный интервал α и дополнительно увеличивает объем предварительного впрыска на предварительно определенное значение β. Тот же процесс выполняется во время t5.
Во время t6 объем выброса NOx снова увеличивается и превышает пороговое значение Eth посредством дополнительного снижения в эффективности EGR–охладителя. Во время t6, когда момент основного впрыска дополнительно задерживается на предварительно определенный интервал α, момент основного впрыска достигает предварительно определенного предела задержки. Предел задержки является значением, определенным посредством жестких ограничений или т.п. Предел задержки может быть задан в предельное значение. Например, пока момент основного впрыска не достигает предела задержки, задержка момента основного впрыска не будет вызывать ухудшение производительности и загрязнение смазки двигателя 100.
В первом модифицированном примере, когда момент основного впрыска достигает предела задержки во время t6, ECU 200 определяет, что эффективность EGR–охладителя снизилась до уровня, при котором снижению в эффективности EGR–охладителя нельзя воспрепятствовать посредством задержки основного зажигания, и выполняет процесс регенерации EGR–охладителя. В результате, эффективность EGR–охладителя восстанавливается от возрастного износа, и объем выброса NOx уменьшается до значения, близкого к первоначальному значению E0.
В первом модифицированном примере, когда выполняется процесс регенерации EGR–охладителя, ECU 200 инициализирует момент основного впрыска и объем предварительного впрыска. Более конкретно, момент основного впрыска и объем предварительного впрыска, каждый, возвращаются к первоначальному значению.
Фиг. 6 представляет собой блок–схему последовательности операций, схематично показывающую процесс, выполняемый посредством ECU 200 при выполнении процесса определения снижения эффективности EGR–охладителя и процесса регенерации EGR–охладителя, описанных выше в первом модифицированном примере. Процесс этапов S10, S12 и S18, показанных на фиг. 6, является таким же, что и процесс этапов S10, S12 и S18, показанных на фиг. 4.
ECU 200 получает объем выброса NOx, определенный посредством NOx–датчиков 121 (этап S10), и определяет, больше ли объем выброса NOx по сравнению с пороговым значением Eth (этап S12).
Когда определяется, что объем выброса NOx не больше порогового значения Eth (этап S12: Нет), ECU 200 пропускает последующий процесс и переходит к концу.
Когда определяется, что объем выброса NOx больше порогового значения Eth (этап S12: Да), ECU 200 задерживает момент текущего основного впрыска на предварительно определенный интервал α, чтобы вычислять момент основного впрыска после задержки (этап S20).
Затем, ECU 200 определяет, достигает ли вычисленный момент основного впрыска после задержки предела задержки (этап S22).
Когда вычисленный момент основного впрыска после задержки не достигает предела задержки (этап S22: Нет), ECU 200 задерживает момент основного впрыска (этап S24) и увеличивает объем предварительного впрыска (этап S28). Более конкретно, ECU 200 задерживает момент основного впрыска на предварительно определенный интервал α от текущего момента основного впрыска и увеличивает объем предварительного впрыска на предварительно определенное значение β от текущего объема предварительного впрыска.
Когда вычисленный момент основного впрыска после задержки достигает предельного значения (этап S22: Да), ECU 200 определяет, что эффективность EGR–охладителя снизилась до уровня, при котором снижение в эффективности EGR–охладителя не может быть затруднено посредством задержки основного впрыска (этап S14A) и выполняет процесс регенерации EGR–охладителя (этап S18). После выполнения процесс регенерации EGR–охладителя ECU 200 инициализирует момент основного впрыска (этап S30) и объем предварительного впрыска (этап S32).
Как описано выше, в первом модифицированном примере, всякий раз, когда объем выброса NOx превышает пороговое значение Eth, ECU 200 задерживает момент основного впрыска на предварительно определенный интервал α. Когда задержка повторяется, и момент основного впрыска достигает предела задержки, ECU 200 определяет, что эффективность EGR–охладителя снизилась, и выполняет процесс регенерации EGR–охладителя. В результате, увеличения в объеме выброса NOx ограничиваются, в то же время уменьшая число раз, которое процесс регенерации EGR–охладителя выполняется.
Второй модифицированный пример
В вышеописанном варианте осуществления, когда объем выброса NOx больше порогового значения Eth, определяется, что эффективность EGR–охладителя снизилась, и процесс регенерации EGR–охладителя выполняется. В первом модифицированном примере, всякий раз, когда объем выброса NOx превышает пороговое значение Eth, момент основного впрыска задерживается на предварительно определенный интервал α. Когда момент основного впрыска достигает предела задержки, определяется, что эффективность EGR–охладителя снизилась, и процесс регенерации EGR–охладителя выполняется.
Во втором модифицированном примере, ECU 200 выполняет управление с обратной связью, которое увеличивает и уменьшает объемы предварительного впрыска множества цилиндров, так что объемы выброса NOx являются равными друг другу среди цилиндров. ECU 200 регулирует объем предварительного впрыска каждого цилиндра на соответствующую величину регулировки обратной связи. Когда величина регулировки обратной связи, соответствующая, по меньшей мере, одному из цилиндров, находится за пределами диапазона регулировки, ECU 200 определяет, что эффективность EGR–охладителя снизилась, и выполняет процесс регенерации EGR–охладителя. Этот момент будет теперь описан подробно.
Когда эффективность EGR–охладителя уменьшается, плотность EGR–газа понижается, что уменьшает объем EGR–газа, циркулирующего в цилиндры. Таким образом, концентрация EGR–газа во впускном коллекторе 120 становится значительно неравномерной. Это увеличивает разницу между объемом EGR–газа, втекающего в цилиндр, и объемом EGR–газа, втекающим в другой цилиндр, и может вызывать колебания в характеристике зажигания между цилиндрами. Колебания в характеристике зажигания между цилиндрами увеличивают разницу в объеме выброса NOx между цилиндрами. Более конкретно, когда эффективность EGR–охладителя снижается, разница в объеме EGR–газа, протекающего в цилиндры, увеличивается между цилиндрами, и разница между объемом выброса NOx увеличивается между цилиндрами.
Принимая этот момент во внимание, во втором варианте осуществления, ECU 200 выполняет управление с обратной связью, которое увеличивает и уменьшает объем предварительного впрыска каждого из цилиндров, так что объемы выброса NOx являются равными друг другу между цилиндрами. В цилиндре, содержащем большой объем EGR–газа, характеристика зажигания ухудшается, и температура сгорания понижается. Следовательно, объем выброса NOx имеет тенденцию уменьшаться. Таким образом, для цилиндра, в котором объем выброса NOx уменьшается, ECU 200 уменьшает объем предварительного впрыска от базового объема впрыска (среднего объема впрыска для цилиндров), так что объем выброса NOx увеличивается. Когда объем предварительного впрыска уменьшается от базового объема впрыска, момент основного впрыска может также быть перенесен на более ранний срок на предварительно определенный интервал.
В цилиндре, имеющем небольшой объем EGR–газа, характеристика зажигания улучшается, и температура сгорания повышается. Следовательно, объем выброса NOx имеет тенденцию увеличиваться. Таким образом, для цилиндра, в котором объем выброса NOx увеличивается, ECU 200 увеличивает объем предварительного впрыска от базового объема впрыска, так что объем выброса NOx уменьшается. Когда объем предварительного впрыска увеличивается от базового объема впрыска, момент основного впрыска может также быть задержан на предварительно определенный интервал.
Разница в объеме EGR–газа (разница в объеме выброса NOx) от одного цилиндра к другому цилиндру может быть распознана посредством значений определения NOx–датчиков 121, соответственно предусмотренных для цилиндров. Альтернативно, планирование эксперимента может быть использовано, чтобы распознавать разницу объема EGR–газа (различие в объеме выброса NOx) под указанной нагрузкой. Когда планирование экспериментов используется, различие в объеме EGR–газа может быть распознано с помощью значений определения датчика 125 температуры выхлопа и NOx–датчика в выхлопной трубе 131, в которой выхлоп скапливается из цилиндров.
Управление с обратной связью выполняется, как описано выше. Величина объема предварительного впрыска, которая увеличивается или уменьшается от базового объема впрыска (далее в данном документе может также называться "величиной регулировки по обратной связи для предварительного впрыска") имеет предел регулировки. Во втором модифицированном примере, когда, по меньшей мере, одна из величин регулировки по обратной связи для предварительного впрыска цилиндров находится за пределами предварительно определенного диапазона регулировки (диапазона от нижнего предельного значения регулировки до верхнего предельного значения регулировки), ECU 200 определяет, что эффективность EGR–охладителя снизилась, и выполняет процесс регенерации EGR–охладителя.
Фиг. 7 представляет собой схему, показывающую пример изменений в величине регулировки по обратной связи для предварительного впрыска в четырех цилиндрах (#1, #2, #3, #4) двигателя 100. В примере, показанном на фиг. 7, величины регулировки по обратной связи для предварительного впрыска, соответствующие тому, когда объем предварительного впрыска увеличивается от базового объема впрыска, показаны в цилиндрах #1 и #4, и величины регулировки по обратной связи для предварительного впрыска, соответствующие тому, когда объем предварительного впрыска уменьшается от базового объема впрыска, показаны в цилиндрах #2 и #3.
В примере, показанном на фиг. 7, величина регулировки по обратной связи для предварительного впрыска для цилиндра #4 находится за пределами диапазона регулировки, а более конкретно, превышает верхнее предельное значение регулировки. В таком состоянии ECU 200 определяет, что эффективность EGR–охладителя снизилась, и выполняет процесс регенерации EGR–охладителя.
Фиг. 8 представляет собой блок–схему последовательности операций, схематично показывающую процесс, выполняемый посредством ECU 200 при выполнении процесса определения снижения эффективности EGR–охладителя и процесса регенерации EGR–охладителя, описанных выше во втором модифицированном примере.
ECU 200 получает объем выброса NOx для каждого цилиндра от соответствующего одного из NOx–датчиков 121 (этап S50).
ECU 200 использует объем выброса NOx каждого цилиндра, полученный на этапе S50, чтобы вычислять величину регулировки по обратной связи для предварительного впрыска для цилиндра, так что объемы EGR–газа цилиндров являются равными друг другу (этап S52).
ECU 200 определяет, находится ли какая–либо величина из величин регулировки по обратной связи для предварительного впрыска для цилиндров за пределами предварительно определенного диапазона регулировки (т.е., больше верхнего предельного значения регулировки или меньше нижнего предельного значения регулировки) (этап S60).
Когда не существует величины регулировки по обратной связи для предварительного впрыска, которая находится за пределами предварительно определенного диапазона регулировки (этап S60: Нет), ECU 200 устанавливает объем предварительного впрыска для каждого цилиндра в значение, сложенное с величиной регулировки по обратной связи для предварительного впрыска, соответствующей базовому объему впрыска (этап S62).
Когда существует величина регулировки по обратной связи для предварительного впрыска, которая находится за пределами предварительно определенного диапазона регулировки (этап S60: Да), ECU 200 определяет, что эффективность EGR–охладителя снизилась (этап S14B), и выполняет процесс регенерации EGR–охладителя (этап S18).
Как описано выше, во втором модифицированном примере, ECU 200 выполняет управление с обратной связью, которое увеличивает и уменьшает объемы предварительного впрыска для множества цилиндров, так что объемы выброса NOx являются равными друг другу среди цилиндров, на основе объемов выброса NOx, определенных посредством NOx–датчиков 121. Когда, по меньшей мере, одна из величин регулировки по обратной связи для предварительного впрыска цилиндров находится за пределами предварительно определенного диапазона регулировки, ECU 200 определяет, что эффективность EGR–охладителя снизилась, и выполняет процесс регенерации EGR–охладителя. Таким образом, после соответствующего определения того, снизилась ли эффективность охлаждения EGR–охладителя, на основе величины регулировки по обратной связи для объема предварительного впрыска, управляемой в соответствии с объемом выброса NOx, определенным посредством NOx–датчиков 121, процесс регенерации EGR–охладителя выполняется.
Различные изменения в форме и деталях могут быть выполнены в примерах выше без отступления от духа и рамок формулы изобретения и ее эквивалентов. Примеры существуют только ради описания, а не в целях ограничения. Описания отличительных признаков в каждом примере должно рассматриваться как применимое к аналогичным отличительным признакам или аспектам в других примерах. Подходящие результаты могут быть достигнуты, если последовательности операций выполняются в другом порядке, и/или если компоненты в описанной системе, архитектуре, устройстве или схеме объединяются по–другому, и/или заменяются или дополняются другими компонентами или их эквивалентами. Рамки открытия не определяются подробным описанием, а формулой изобретения и ее эквивалентами. Все вариации в рамках формулы изобретения и ее эквивалентов включены в изобретение.