УСТРОЙСТВО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИДКОЙ ПРИСАДКИ В ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ ТАКОЕ УСТРОЙСТВО, И СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТАКОГО УСТРОЙСТВА
DEVICE FOR DISTRIBUTION OF LIQUID ADDITIVE IN FUEL SYSTEM OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE, TRANSPORT FACILITY WITH SUCH DEVICE AND METHOD OF USING SAID DEVICE

Настоящее изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания, в частности, автотранспортных средств и, в частности, касается устройств распределения жидкой присадки в топливной системе двигателя внутреннего сгорания.
Новые технологии в области двигателей, таких как двигатели с системой Common Rail и с впрыском топлива под высоким давлением, являются высокоэффективными, но в то же время имеют высокую чувствительность к качеству топлива.
Поэтому предпочитают использовать топливо, содержащее присадки, улучшающие его качество, в частности, присадки для улучшения распределения топлива в двигателе, присадки, улучшающие характеристики работы двигателя, присадки, улучшающие устойчивость работы двигателя. Например, речь идет о чистящих присадках, смазочных присадках или антикоррозийных присадках.
Однако качество поступающего в продажу топлива не всегда позволяет заправлять двигатель топливом, содержащим достаточное количество присадок. Кроме того, топливо в разных странах мира отвечает более или менее строгим нормам и поэтому имеет разное качество. Поэтому для нормальной работы двигателя следует адаптировать концентрацию присадки, содержащейся в топливе.
Кроме того, чтобы соблюдать новые нормы контроля за вредными выбросами транспортных средств, в частности, с дизельными двигателями, транспортные средства все чаще оборудуют средствами очистки типа фильтра-улавливателя частиц. В Европе это стало общепринятым после введения стандарта Евро 5. В большинстве случаев используют катализатор для обеспечения периодического сжигания сажи и регенерации фильтра-улавливателя частиц. Использование присадки для регенерации, определяемой в зависимости от топлива, применяемого для двигателя, или Fuel Borne Catalyst (FBC) оказалось наиболее соответствующим многим критериям, так как позволяет регенерировать фильтр-улавливатель частиц быстрее и при более низкой температуре, чем конкурирующая технология, называемая Catalysed Soot Filter (CSF) или каталитический фильтр-улавливатель частиц.
Таким образом, существует потребность в оборудовании транспортного средства устройством, позволяющим добавлять в топливо присадку для улучшения регенерации фильтра-улавливателя частиц, и/или присадки, повышающие качество топлива, и/или улучшающие работу двигателя, и/или увеличивающие срок его службы.
Известны системы, позволяющие вводить в топливо такие присадки, в частности, каталитические присадки FBC для обеспечения регенерации фильтров-улавливателей частиц. Как правило, в этих системах применяют резервуар большой емкости не менее 2-3 литров, который содержит запас присадки и который необходимо располагать вблизи топливного бака.
Как правило, дозирование присадки осуществляют при помощи дозирующих насосов высокой точности, управляемых дополнительным электронным блоком (или ECU). Управление этим устройством дозирования должно быть точным, чтобы обеспечивать содержание присадки в топливе, достаточное для нормальной регенерации фильтра-улавливателя частиц, но в то же время не чрезмерное, чтобы избегать преждевременного забивания фильтра-улавливателя частиц минеральными остатками регенерации фильтра-улавливателя частиц, которые скапливаются внутри фильтра.
Обычно, когда в результате заправки топливом уровень топлива в баке повышается, вычислительное устройство указывает насосу количество присадки для впрыска в бак, чтобы в любой момент поддерживать постоянную концентрацию присадки в топливе.
Применение этих сверхточных дозирующих насосов, а также управление при помощи блока ECU значительно повышают стоимость этих устройств распределения присадки.
Кроме того, использование такого устройства распределения присадки предполагает применение системы автоматического регулирования и проверку его рабочего состояния, что носит исключительно интрузивный характер при управлении аварийными режимами транспортного средства.
С точки зрения обслуживания заполнение резервуара представляет определенную сложность, поскольку его производят через сложную систему трубопроводов. Кроме того, учитывая место расположения резервуара, доступ к нему тоже может быть затруднен.
Устройство распределения жидкой присадки в топливной системе двигателя внутреннего сгорания транспортного средства было раскрыто заявителем в публикации под номером FR 1100316. Это устройство содержит:
- резервуар, содержащий присадку,
- камеру, которая сообщается с топливной системой и внутри которой установлен резервуар, содержащий присадку, при этом, по меньшей мере, одна подвижная и герметичная стенка между упомянутой камерой и упомянутым резервуаром обеспечивает, с одной стороны герметичное разделение и, с другой стороны, поддерживает одинаковое давление между присадкой в резервуаре и топливом в камере,
- средства впрыска присадки, соединенные с резервуаром и с топливной системой и позволяющие распределять присадку в топливной системе, при этом упомянутые средства содержат распределительный канал, соединяющий резервуар и топливную систему.
Заявитель раскрыл также интегрирование устройства распределения жидкой присадки в топливный бак в публикации под номером FR 115310.
Такие устройства являются простыми в применении и более экономичными, чем обычно используемые дозирующие насосы высокой точности.
Однако такие устройства не позволяют адаптировать дозировку присадки, в частности, к условиям движения транспортного средства.
Задачей настоящего изобретения является разработка устройства распределения, позволяющего увеличить автономию резервуара присадки за счет ограничения подачи присадки и даже ее прекращения, чтобы избегать в некоторых условиях чрезмерной концентрации присадки в топливе.
Одной из задач изобретения является также оптимизация концентрации присадки в топливе для достижения компромисса между необходимым достаточным количеством и избытком концентрации, который может привести к сокращению автономии резервуара присадки и/или иметь отрицательные последствия для других органов транспортного средства, такие как засорение фильтра-улавливателя частиц.
Задачей изобретения является также оптимизация впрыска присадки таким образом, чтобы впрыск происходил, только когда это необходимо для транспортного средства, в частности, в зависимости от условий движения и/или от качества топлива.
В связи с этим объектом изобретения является устройство распределения жидкой присадки в топливной системе двигателя внутреннего сгорания, в частности, двигателя транспортного средства, при этом устройство содержит:
- резервуар, содержащий присадку,
- камеру, которая сообщается с топливной системой и внутри которой установлен резервуар, содержащий присадку, при этом, по меньшей мере, одна подвижная и герметичная стенка между упомянутой камерой и упомянутым резервуаром обеспечивает, с одной стороны герметичное разделение и, с другой стороны, поддерживает одинаковое давление между присадкой в резервуаре и топливом в камере,
- средства впрыска присадки, соединенные с резервуаром и с топливной системой и позволяющие распределять присадку в топливной системе, при этом упомянутые средства содержат распределительный канал, соединяющий резервуар и топливную систему, и
- средства управления средствами впрыска,
отличающееся тем, что средства управления связаны:
- со средствами анализа, по меньшей мере, одного параметра, характеризующего использование транспортного средства, и/или
- со средствами анализа условий движения транспортного средства, и/или
- со средствами анализа изменения количества топлива, содержащегося в топливном баке, при этом упомянутый бак доступен для пользователя для добавления топлива, и/или
- со средствами анализа качества топлива, и/или
- со средствами анализа загрязняющих выбросов в результате сгорания топлива в двигателе, и/или
- со средствами анализа качества регенерации фильтра-улавливателя частиц, установленного в выхлопной трубе двигателя, и/или
- со средствами анализа типа используемой присадки, и/или
- со средствами анализа изменения расхода присадки, распределяемой в топливной системе, и/или
- со средствами анализа климатических условий,
для контроля за работой средств впрыска.
Заявленное устройство распределения может также иметь один или несколько следующих отличительных признаков:
- средства впрыска могут содержать средство перекрывания распределительного канала, при этом средство перекрывания выполнено с возможностью полного или частичного перекрывания распределительного канала, при этом средство перекрывания представляет собой, в частности, клапан или электровентиль;
- устройство распределения может содержать температурный датчик, предназначенный для указания температуры топлива в топливной системе, в частности, вблизи распределительного канала, и/или присадки, при этом температура присадки и/или топлива является параметром, характеризующим изменение расхода присадки и/или использование транспортного средства, и/или климатические условия;
- устройство распределения может содержать датчик температуры снаружи транспортного средства, при этом наружная температура является параметром, характеризующим климатические условия;
- устройство распределения может содержать датчик, обнаруживающий подачу напряжения в транспортное средство и/или в элемент, принадлежащий к топливной системе, в частности, топливный фильтр, при этом подача напряжения является параметром, характеризующим использование транспортного средства;
- устройство распределения может содержать датчики давления, измеряющие давление на уровне отверстия распределения присадки, расположенного на конце распределительного канала, находящемся на уровне топливной системы, и на уровне отверстия входа топлива, расположенного перед отверстием распределения в топливной системе, при этом разность давления между отверстиями является параметром, характеризующим использование транспортного средства, и/или изменение расхода присадки, и/или условия движения;
- устройство распределения может содержать датчик шума, предпочтительно расположенный вблизи двигателя, при этом обнаружение шума датчиком является параметром, характеризующим использование транспортного средства;
- устройство распределения может содержать средство локализации типа GPS или датчик движения, при этом обнаружение движения средством локализации или датчиком движения является параметром, характеризующим использование транспортного средства и/или условия движения транспортного средства;
- средняя скорость и/или моментальная скорость транспортного средства может являться параметром, характеризующим условия движения транспортного средства;
- температура выхлопных газов может являться параметром, характеризующим условия движения транспортного средства;
- изменение давления в топливной системе, в частности, в контуре высокого давления транспортного средства, включающем в себя насос высокого давления и общую топливную рампу, может являться параметром, характеризующим условия движения транспортного средства;
- изменение расхода воздуха, поступающего в камеру сгорания двигателя, может являться параметром, характеризующим условия движения транспортного средства;
- изменение расхода топлива в топливной системе может являться параметром, характеризующим изменение расхода присадки;
- изменения выбросов NOx, сажи и других углеродсодержащих частиц или соотношений NOx/сажа и/или NOx/частицы могут являться параметрами, характеризующими загрязняющие выбросы в результате сгорания топлива;
- изменение качества и/или количества масла, обеспечивающего смазку двигателя, может являться параметром, характеризующим качество регенерации фильтра-улавливателя частиц, установленного в выхлопной трубе двигателя;
- устройство распределения может содержать средство локализации типа GPS, указывающее географическую зону, в которой находится транспортное средство, при этом локализация транспортного средства упомянутым средством является параметром, характеризующим качество топлива, продаваемого в географической зоне;
- параметры, характеризующие сгорание топлива в цилиндрах двигателя, могут являться параметром, характеризующим качество топлива;
- расход топлива двигателем может являться параметром, характеризующим условия движения транспортного средства;
- присадка может быть присадкой для регенерации фильтра-улавливателя частиц на основе редкоземельного элемента или металла, выбираемого из групп IIA, IVA, VIIA, VIII, IB, IIB, IIIB и IVB периодической системы элементов;
- присадка может иметь вид коллоидной дисперсии;
- частицы коллоидной дисперсии могут быть на основе церия и/или железа;
- присадка может представлять собой комбинацию коллоидной дисперсии частиц, которая включает в себя органическую фазу и, по меньшей мере, один амфифильный элемент, и детергента;
- присадка может быть присадкой, обеспечивающей улучшение распределения топлива в двигателе и/или улучшение рабочих характеристик двигателя, и/или улучшение устойчивости работы двигателя;
- присадка может быть комбинацией детергента и смазочной присадки.
Изобретение применяют, в частности, к двигателям внутреннего сгорания, в которых в качестве топлива используют бензин или дизельное топливо.
Двигатели, оборудованные заявленным устройством, могут также применяться в стационарных сооружениях или на так называемых «внедорожных» транспортных средствах, таких как строительная техника, или на так называемых «дорожных» транспортных средствах, таких как автотранспортные средства.
Объектом изобретения является также автотранспортное средство, содержащее:
- топливную систему для двигателя внутреннего сгорания транспортного средства,
- резервуар, содержащий жидкую присадку,
- камеру, которая сообщается с топливной системой и внутри которой установлен резервуар, содержащий присадку, при этом, по меньшей мере, одна подвижная и герметичная стенка между упомянутой камерой и упомянутым резервуаром обеспечивает, с одной стороны герметичное разделение и, с другой стороны, поддерживает одинаковое давление между присадкой в резервуаре и топливом в камере,
- средства впрыска присадки, соединенные с резервуаром и с топливной системой и позволяющие распределять присадку в топливной системе, при этом упомянутые средства содержат распределительный канал, соединяющий резервуар и топливную систему,
отличающееся тем, что присадку впрыскивают при помощи устройства распределения в соответствии с изобретением.
Объектом изобретения является также способ использования заявленного устройства распределения, согласно которому распределение присадки прекращают, когда двигатель транспортного средства не работает или когда транспортное средство стоит на месте.
Объектом изобретения является также способ использования заявленного устройства распределения, согласно которому распределение присадки активируют, когда на средство перекрывания подают электрическое питание.
Объектом изобретения является также способ использования заявленного устройства распределения, согласно которому распределение присадки активируют, когда измеряют разность давления, превышающую 2 миллибара между отверстием распределения присадки, расположенным на конце распределительного канала, и отверстием входа топлива, расположенным на входе в топливной системе.
Объектом изобретения является также способ использования заявленного устройства распределения, согласно которому распределение присадки активируют, когда температура топлива, циркулирующего на уровне топливной системы, и/или присадки превышает пороговое значение, характеризующее работающий двигатель, например, превышает 15°С.
Объектом изобретения является также способ использования заявленного устройства распределения, согласно которому распределение присадки прекращают, когда наружная температура и/или температура присадки, и/или температура топлива в топливной системе становится меньше минимальной пороговой температуры или превышает максимальную пороговую температуру, при этом упомянутые минимальная и максимальная температуры определяют для данной присадки, при этом минимальная пороговая температура может соответствовать значению, при котором вязкость присадки достигает порогового значения, а максимальная пороговая температура может соответствовать значению испарения присадки.
Объектом изобретения является также способ использования заявленного устройства распределения, согласно которому впрыск является периодическим и частота и/или продолжительность открывания средства перекрывания зависят от данных, поступающих в средства управления, при этом распределение присадки осуществляют таким образом, чтобы поддерживать постоянную концентрацию присадки в топливе или чтобы впрыскивать присадку в топливную систему, только когда в этом возникает необходимость.
Согласно первому варианту выполнения, частота распределения и/или продолжительность распределения присадки зависят от времени использования транспортного средства, и/или от расстояния в километрах, пройденного транспортным средством, и/или от расхода топлива транспортным средством.
Согласно второму варианту выполнения, частота и/или продолжительность распределения присадки зависят от температуры топлива и/или присадки, и/или от давления между отверстием распределения присадки, находящимся на конце распределительного канала, и отверстием входа топлива, расположенным на входе в топливной системе.
Объектом изобретения является также способ использования заявленного устройства распределения, согласно которому присадку впрыскивают при каждом добавлении топлива в топливный бак, при этом объем добавляемой присадки может быть фиксированным или переменным, при этом переменный объем определяют в зависимости от количества добавляемого топлива.
Объектом изобретения является также способ использования заявленного устройства распределения, согласно которому присадку впрыскивают, если анализ загрязняющих выбросов в результате сгорания топлива показывает, что выделяемые газы и/или частицы расходятся с ожидаемым теоретическим значением.
Объектом изобретения является также способ использования заявленного устройства распределения, согласно которому присадку впрыскивают перед регенерацией фильтра-улавливателя частиц.
Объектом изобретения является также способ использования заявленного устройства распределения, согласно которому перед регенерацией фильтра-улавливателя частиц впрыскивают дополнительное количество присадки, если предыдущая регенерация не показала хорошего качества.
Изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает схематичный вид устройства распределения присадки в топливной системе двигателя внутреннего сгорания.
Фиг. 2 - схематичный вид, идентичный фиг. 1, при этом устройство распределения присадки расположено в топливном баке.
Фиг. 3 - вид в разрезе устройства распределения жидкой присадки.
Фиг. 4-7 иллюстрируют различные стратегии открывания/закрывания средства перекрывания, контролирующего распределение присадки в топливной системе.
На фиг. 1 схематично представлена топливная система 2 для двигателя внутреннего сгорания автотранспортного средства.
Как известно, топливная система 2 расположена между топливным баком 4 и рампой 6 высокого давления (называемой также “common rail”) и обеспечивает циркуляцию топлива между баком и рампой высокого давления, а также, в случае необходимости, возврат топлива в топливный бак 4.
Топливная система содержит фильтр 8, предназначенный для фильтрации топлива, и насос 10 высокого давления. Насос 10 высокого давления и рампа 6 высокого давления образуют систему впрыска топлива.
Первый трубопровод 12, называемый «линией питания», обеспечивает циркуляцию топлива от бака 4 к рампе 6 высокого давления, и второй трубопровод 14, называемый «линией возврата», обеспечивает циркуляцию топлива от системы впрыска к топливному баку 4. Таким образом, топливо откачивают из бака 4, затем фильтруют в фильтре 8 и подают под давлением при помощи насоса 10 в рампу 6 высокого давления, затем его часть поступает в форсунки 16 двигателя, а другая часть возвращается в бак 4 по линии 14 возврата. Часть топлива может также проходить от насоса 10 высокого давления в линию 14 возврата.
Топливная система 2 содержит также заявленное устройство 18 распределения жидкой присадки, работа которого будет описана ниже. В качестве неограничительного примера устройство 18 распределения присадки показано на линии 12 питания, однако упомянутое устройство 18 распределения присадки может быть также расположено на линии 14 возврата топлива.
В варианте, как показано на фиг. 2, устройство 18 распределения присадки может быть расположено в топливном баке 4.
В этом варианте выполнения топливная система 2 обеспечивает циркуляцию топлива между топливным баком 4 и двигателем и, в случае необходимости, возврат топлива в бак 4. Таким образом, часть топливной системы 2, содержащая устройство 18 распределения, расположена внутри топливного бака 4.
На фиг. 3 в разрезе показан пример выполнения устройства 18 распределения. В этом примере выполнения устройство 18 распределения присадки содержит головку 20 и сменный картридж 22, образующий камеру 24 для присадки, в которой расположен резервуар 26 с жидкой присадкой. Головка 20 содержит отверстие 28 входа топлива, отверстие 20 выхода топлива, трубку Вентури 32, расположенную между отверстиями входа 28 и выхода 30 топлива, канал 34, обеспечивающий прохождение топлива между отверстием 28 входа топлива и камерой 24 присадки внутри сменного картриджа 22, и канал 36 распределения присадки, обеспечивающий прохождение жидкой присадки из резервуара 26 в отверстие 38 подачи присадки в трубку Вентури 32.
В этом примере выполнения канал 36 распределения присадки содержит первый участок 40 и второй участок 42 меньшего сечения. Привод 44, состоящий из пальца 46 и катушки 48, позволяет перекрывать проход между участками 40 и 42 канала распределения присадки.
В этом примере выполнения резервуар 26 для присадки выполнен в виде мягкого мешка 50, образующего подвижную и герметичную стенку между топливом, присутствующим в камере 24 присадки, и присадкой, находящейся внутри резервуара 26.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Устройство 18 распределения присадки соединено с топливной системой 2. Таким образом, топливо непрерывно циркулирует между отверстиями 28 и 30 входа и выхода топлива.
Трубка Вентури 32, которая образует известное средство создания разности давления, создает разрежение между отверстием 38 распределения присадки и отверстием 28 входа топлива.
Камера 24 присадки, сообщающаяся через канал 34 с отверстием 28 входа топлива, заполняется топливом при таком же давлении, что и давление топлива, проходящего через отверстие 28 входа топлива, при этом мягкий мешок 50, образующий подвижную и герметичную стенку резервуара присадки, поддерживает одинаковое давление между присадкой в резервуаре 26 присадки и топливом в камере 24.
Таким образом, давление в резервуаре 26 присадки превышает давление, присутствующее на уровне отверстия 38 подачи присадки, что заставляет присадку перемещаться от резервуара 26 к отверстию 38 подачи присадки, затем смешиваться с топливом, циркулирующим в трубке Вентури 32 и, следовательно, в топливной системе.
Привод 44 позволяет полностью или частично перекрывать циркуляцию присадки.
В этом примере выполнения привод 44 представляет собой электромеханическое средство полного или частичного перекрывания канала распределения присадки, однако можно также применять, например, клапан или электровентиль. В дальнейшем тексте описания эти различные средства будут называться средствами перекрывания.
Кроме того, в выхлопной трубе транспортного средства можно установить средства очистки, такие как не показанный фильтр-улавливатель частиц с катализатором или без катализатора.
Как правило, каталитические фильтры-улавливатели частиц, называемые фильтрами CSF, содержат катализатор, напрямую или опосредованно способствующий регенерации фильтра-улавливателя частиц и находящийся в порах его фильтрующих стенок. Эти фильтры-улавливатели частиц типа CSF могут, в частности, содержать драгоценные металлы, такие как платина и/или палладий. Однако в некоторых условиях движения регенерацию этих фильтров-улавливателей частиц типа CSF можно улучшить при помощи присадки, впрыскиваемой в топливо.
В дальнейшем термин «фильтр-улавливатель частиц» будет применяться как для фильтра-улавливателя частиц без катализатора, так и для фильтра-улавливателя частиц с катализатором.
Далее следует описание управления средствами перекрывания с целью контроля расхода присадки, распределяемой в топливной системе, при этом различные режимы управления сгруппированы в зависимости от преследуемой ими цели.
Управление предназначено для обеспечения периодического впрыска присадки и позволяет, таким образом, управлять частотой перекрывания/открывания распределительного канала 36 и/или амплитудой продолжительности открывания и/или закрывания, и/или модулировать степень перекрывания в случае средства частичного перекрывания.
Первый режим управления
Целью первого режима управления является минимизация флуктуаций концентрации присадки в топливе, в частности, в топливном баке 4.
Так, этот первый режим управления предназначен для обнаружения периодов остановки транспортного средства и для прекращения распределения при обнаружении таких периодов.
Этот первый режим управления позволяет также прекращать распределение присадки в топливной системе во время некоторых периодов эксплуатации транспортного средства с целью разумного использования присадки и/или предупреждения слишком быстрого опорожнения резервуара, содержащего присадку.
Таким образом, в этом первом режиме управления прекращение распределения присадки может происходить при обнаружении остановки двигателя транспортного средства. Это позволяет избегать избытка присадки в топливе, когда транспортное средство стоит на месте и не потребляет впрыскиваемую присадку. Такое прекращение распределения присадки позволяет увеличить автономию резервуара присадки.
Кроме того, когда используемая присадка предназначена для регенерации фильтра-улавливателя частиц, расположенного в выхлопной трубе транспортного средства, при этом примеры присадок будут приведены ниже, предпочтительно тоже ограничивать концентрацию присадки в топливе, чтобы избежать слишком быстрого забивания каналов фильтра-улавливателя частиц минеральными остатками присадки. В этом случае управление распределением присадки должно приводить к тому, чтобы концентрация находилась в пределах между минимальным значением, при котором облегчается регенерация фильтра-улавливателя частиц, и максимальным значением, сверх которого каналы фильтра-улавливателя частиц быстро закупориваются.
Для осуществления этого первого режима управления заявленное устройство распределения может содержать средства анализа, по меньшей мере, одного параметра, характеризующего использование транспортного средства, такие как средства, предназначенные для обнаружения работы двигателя и/или для указания, что транспортное средство находится в движении.
В частности, эти средства могут быть выполнены с возможностью обнаружения подачи напряжения на топливный фильтр и/или на средства перекрывания распределительного канала и/или, в целом, подачу напряжения на транспортное средство.
Эти средства могут также содержать температурный датчик, выполненный с возможностью отслеживания температуры присадки и/или топлива, циркулирующих на уровне топливной системы. Действительно, когда двигатель работает, эта температура превышает пороговое значение, например, превышает 15°.
Эти средства могут также содержать датчики давления, предназначенные для измерения давления на уровне отверстия 38 распределения присадки и на уровне отверстия 28 входа топлива, при этом разность давления между этими двумя отверстиями, превышающая пороговое значение, как правило, превышающая 2 мбар, указывает на циркуляцию топлива и, следовательно, на работу двигателя.
Этот режим работы показан на фиг. 4. Кривая 52 на этой фигуре представляет собой пример изменения разности давления между отверстиями 38 и 28 в зависимости от времени, при этом время показано на оси абсцисс. Кривая 54 характеризует изменение во времени состояния средства перекрывания в зависимости от разности давления, при этом участок линии, расположенный на уровне абсциссы, характеризует состояние закрывания средства перекрывания, тогда как участок линии, находящийся на расстоянии от абсциссы, характеризует состояние открывания средства перекрывания. Кривая 56 показывает порог срабатывания, при этом средство перекрывания является закрытым при значении разности давления ниже этого порога и открытым при значении разности давления выше этого порога. Таким образом, пока разность давления превышает порог срабатывания, средство перекрывания остается открытым и позволяет добавлять присадку, при этом добавление присадки прекращается, как только разность давления становится меньше определенного порогового значения.
Идентичную кривую можно построить, когда управление осуществляют с использованием порогового значения температуры, при котором срабатывает открывание/закрывание средства перекрывания.
Точно так же, эти средства могут содержать средство геолокализации типа GPS или датчик движения, показывающий перемещение транспортного средства.
Точно так же, эти средства могут содержать датчик шума, расположенный вблизи двигателя, при этом обнаружение шума упомянутым датчиком является параметром, характеризующим использование транспортного средства.
Предпочтительно в этом первом режиме управления используют средство перекрывания, позволяющее полностью перекрывать распределительный канал, например, представляющие собой термоклапан, «зонтичный» клапан, обратный клапан, клапан с гидравлическим или электромеханическим приводом или электровентиль.
Второй режим управления
Целью второго режима управления является прекращение распределения присадки, когда условия, в частности, климатические условия не способствуют этому распределению.
Для этого можно использовать температурный датчик, предназначенный для определения температуры присадки и/или топлива в топливной системе, расположенный, в частности, вблизи устройства 18 распределения.
Как только температурный датчик обнаруживает температуру ниже минимального порогового значения или температуру выше максимального порогового значения, устройство распределения прекращает подачу присадки в топливную систему.
В зависимости от используемой присадки минимальная пороговая температура может соответствовать температуре, при которой присадка имеет слишком высокую вязкость или при которой присадка достигает своей точки помутнения и даже увеличивается в массе; максимальная пороговая температура может соответствовать значению температуры испарения присадки, при этом минимальную и максимальную пороговые температуры определяют для данной присадки.
В варианте можно использовать датчик наружной температуры. Этот вариант представляет интерес, когда устройство 18 распределения расположено в топливном баке 4. Действительно, в этой конфигурации устройство 18 распределения является более чувствительным к изменениям наружной температуры.
В этом втором режиме управления ставится задача предупреждения любого ухудшения состояния устройства распределения и/или топливной системы по причине присадки, физическое состояние которой претерпевает изменение. Действительно, когда, например, температура становится ниже минимальной пороговой температуры, слишком высокая вязкость присадки может привести к закупориванию канала 36 распределения присадки.
Третий режим управления
Целью третьего режима управления тоже является минимизация флуктуаций концентрации присадки в топливе.
В этом третьем режиме управления распределение присадки осуществляют таким образом, чтобы свести к минимуму флуктуации концентрации присадки в топливе в результате изменения параметров, внешних по отношению к устройству, которые могут привести к изменению концентрации присадки.
В этом третьем режиме управления частота и/или продолжительность открывания средства перекрывания не зависят от работы двигателя. Таким образом, распределение присадки может быть прекращено, даже когда двигатель работает.
Для данной присадки и для данного устройства распределения третий режим управления предназначен для коррекции флуктуаций, связанных, в частности, с изменением качества топлива в топливном баке транспортного средства. Это изменение может быть связано, с одной стороны, с условиями движения транспортного средства, когда двигатель работает, и, в частности, с расходом топлива, причем этот расход является непрерывным, но меняется во времени, и, с другой стороны, с добавлением топлива в бак пользователем, что приводит к резкому увеличению количества топлива в баке.
Как и в первом режиме управления, управление может касаться открывания/закрывания средства перекрывания либо на основании параметров, которыми устройство управляет автономно, либо на основании внешних параметров, поступающих, например, от электронного блока (ECU) транспортного средства, при этом управление предназначено для адаптации частоты и/или продолжительности открывания и/или амплитуды открывания средства перекрывания, чтобы адаптировать либо количество присадки, добавляемое при каждом впрыске, либо интервал времени между каждым впрыском, при этом впрыскиваемое количество является одинаковым.
Можно предусмотреть различные варианты управления для поддержания по существу постоянной средней концентрации присадки в топливе бака и/или для уменьшения минимальных и максимальных флуктуаций этой концентрации.
Первый вариант состоит во впрыске присадки с равномерной частотой, при этом продолжительность распределения присадки является постоянной для каждого периода распределения.
Частоту и продолжительность распределения определяют в зависимости от среднего расхода топлива транспортным средством, установленного конструктором транспортного средства, и/или от размера топливного бака, причем эти два параметра известны еще на стадии разработки транспортного средства.
Согласно этому первому варианту, частота может быть либо временной, например, с ежечасным впрыском присадки в топливную систему, либо может зависеть от расстояния в километрах, пройденного транспортным средством, например, с впрыском присадки через каждые 100 км. Для этого расстояние, проходимое транспортным средством, можно определять локально при помощи датчика GPS или любой другой системы геолокализации, установленной на уровне устройства распределения, либо на основании данных, поступающих из блока ECU или от системы GPS транспортного средства.
Второй вариант состоит во впрыске присадки с переменной частотой, при этом продолжительность распределения присадки тоже может меняться от одного периода распределения к другому.
Частоту и/или продолжительность распределения регулируют в зависимости от среднего потребления топлива транспортным средством. Для этого среднее потребление транспортного средства можно получать на основании данных блока ECU транспортного средства.
По сравнению с первым вариантом этот второй вариант является более точным, поскольку адаптирует количество распределяемой присадки к реальному расходу топлива транспортным средством.
Третий вариант состоит во впрыске присадки при каждом добавлении топлива в бак транспортного средства, при этом распределяемое количество присадки является постоянным для каждого периода распределения.
Это добавление присадки может происходить, как только обнаруживается открывание топливозаправочного люка для заправки бака или как только сигнал от блока ECU транспортного средства указывает, что объем топлива в баке увеличился.
Количество впрыскиваемой присадки и, следовательно, продолжительность впрыска можно рассчитать на основании стандартной заправки топлива в бак. При этом считают, что пользователь не дожидается полного опорожнения бака своего транспортного средства для его заправки. Так, например, для бака емкостью 60 литров, количество впрыскиваемой присадки рассчитывают таким образом, чтобы обогатить 40 литров топлива.
Четвертый вариант состоит во впрыске присадки при каждом добавлении топлива в бак транспортного средства, при этом количество распределяемой присадки меняется для каждого периода распределения в зависимости от количества добавляемого топлива.
Этот вариант позволяет регулировать количество присадки по количеству топлива, реально добавляемому во время заправки бака топливом. Это добавление присадки можно осуществлять, как только сигнал от блока ECU транспортного средства указывает, что в бак было добавлено некоторое количество топлива, при этом количество добавки и, следовательно, продолжительность распределения адаптируют по добавляемому количеству топлива.
Фиг. 5 иллюстрирует этот режим работы. Кривая 58 на этой фигуре представляет собой пример изменения объема топлива в баке 4 в зависимости от времени, при этом время показано на оси абсцисс. Каждое резкое увеличение, обозначенное 60, соответствует добавлению топлива в бак. Кривая 62 показывает изменение во времени состояния средства перекрывания в зависимости от добавленного объема топлива, при этом участок линии, расположенный на уровне абсциссы, показывает состояние закрывания средства перекрывания, тогда как участок линии, расположенный на удалении от абсциссы, показывает состояние открывания средства перекрывания.
Таким образом, когда уровень топлива в баке стабилизируется, количество добавляемого топлива вычисляют таким образом, чтобы узнать количество добавляемой присадки, что позволяет рассчитать время открывания средства перекрывания для добавления количества присадки, пропорционального количеству добавленного топлива.
На фиг. 5 показаны три последовательных добавления топлива разного объема, соответствующих первому добавлению с объемом V, второму добавлению в размере трети от этого объема V и третьему добавлению в размере половины от этого объема V. Как видно из фиг. 5, каждая продолжительность открывания средства перекрывания пропорциональна добавляемому объему и соответствует времени Т, трети от этого времени Т и половине от этого времени Т.
Точно так же, флуктуации концентрации присадки в топливе бака могут быть связаны с изменением расхода присадки в результате изменения температуры на уровне топливной системы и/или с изменением расхода топлива в топливной системе.
Действительно, температура влияет на вязкость присадки и, следовательно, может менять расход присадки во время ее распределения. Как правило, повышение температуры приводит к снижению вязкости и плотности присадки и к увеличению массового расхода присадки. Эта флуктуация может быть связана, в частности, с температурой воздуха, окружающего устройство распределения, с положением устройства распределения в транспортном средстве или с температурой топлива, при этом изменения температуры топливной системы автотранспортного средства могут колебаться от окружающей температуры, меняющейся в зависимости от времени года, до значений, которые могут достигать 120°С.
Это же касается и топлива, плотность и вязкость которого подвержены влиянию температуры на уровне топливной системы. Эти изменения могут привести к чувствительному изменению концентрации присадки в топливе, при этом изменения плотности и вязкости топлива в зависимости от температуры хорошо известны.
Предпочтительно температурный датчик, установленный на уровне устройства распределения, позволяет определять температуру топлива, циркулирующего на уровне устройства. В зависимости от значения температуры можно адаптировать продолжительность и/или частоту впрыска, и/или амплитуду открывания средства перекрывания.
Этот режим работы показан на фиг. 6. Кривая 64 на этой фигуре представляет собой пример изменения в зависимости от времени температуры, измеряемой на уровне устройства распределения, при этом время показано на оси абсцисс. Кривая 66 показывает изменения во времени состояния средства перекрывания в зависимости от измеряемой температуры, при этом участок линии, находящийся на уровне абсциссы, показывает состояние закрывания средства перекрывания, тогда как участок линии, расположенный на удалении от абсциссы, показывает состояние открывания средства перекрывания. Кривая 68 показывает порог срабатывания, при этом средство перекрывания закрыто при значении температуры ниже этого порога и открыто при значении температуры выше этого порога. Таким образом, добавление присадки допускается, только если температура имеет значение выше определенного порогового значения.
Таким образом, этот режим управления адаптирован для учета изменения физико-химических характеристик топлива и присадки в зависимости от температуры. В этом примере используемая присадка имеет вязкость, которая повышается при понижении температуры. Таким образом, открывание средства перекрывания происходит регулярно, а каждая доза впрыскиваемой присадки адаптирована к измеренной температуре, при этом время открывания тем больше, чем ниже температура.
Точно так же, расход топлива в топливной системе может меняться, в частности, для транспортных средств, оборудованных топливным насосом низкого давления, имеющий регулируемый расход для обеспечения экономии энергии, когда потребление топлива является меньшим. Регулируемые насосы обеспечивают, например, значения расхода 110 л/ч ± 50 л/ч в случае двигателя легкового автомобиля (как правило, с объемом цилиндров 2 л).
Колебания расхода топлива приводят к флуктуации разности давления между отверстием 38 распределения присадки и отверстием 28 входа топлива, что влияет на расход присадки. Так, увеличение расхода топлива в системе приводит к увеличению разности давления между отверстием 38 распределения присадки и отверстием 28 входа топлива, что приводит к увеличению расхода впрыска топлива.
Предпочтительно датчики давления, установленные на уровне отверстий 28 и 38, позволяют контролировать флуктуации расхода топлива и, следовательно, определять изменение расхода присадки в контуре распределения. В зависимости от значений, выдаваемых датчиками, можно адаптировать продолжительность и/или частоту впрыска.
Этот режим работы показан на фиг. 7. Кривая 70 на этой фигуре представляет собой пример изменения в зависимости от времени разности давления между отверстиями 38 и 28, при этом время показано на оси абсцисс. Кривая 72 показывает изменения во времени состояния средства перекрывания в зависимости от разности давления, при этом участок линии, находящийся на уровне абсциссы, показывает состояние закрывания средства перекрывания, тогда как участок линии, расположенный на удалении от абсциссы, показывает состояние открывания средства перекрывания.
В этом примере открывание средства перекрывания происходит регулярно. Время открывания средства перекрывания обратно пропорционально измеряемой разности давления, что позволяет компенсировать влияние изменений расхода циркуляции топлива и обеспечивать, таким образом, отсутствие флуктуации расхода присадки, когда расход топлива меняется.
Одним из преимуществ этого третьего режима управления является возможность распределения присадки с более значительным расходом за более короткое время. Таким образом, можно использовать устройство распределения, которое может иметь более значительные размеры, в частности, на уровне средства, позволяющего создавать разность давления на уровне канала распределения присадки. Точно так же, можно увеличить размеры распределительного канала 36. Это позволяет с более высокой точностью контролировать количество присадки, распределяемой в топливной системе.
Предпочтительно в этом третьем режиме управления используют средство перекрывания, позволяющее полностью перекрывать распределительный канал.
Предпочтительно можно комбинировать различные примеры выполнения, описанные в связи с первым, вторым и третьим режимами управления.
Например, можно контролировать температуру на уровне топливной системы и изменение расхода топлива в топливной системе между отверстием 38 распределения присадки и отверстием 28 входа топлива, чтобы адаптировать продолжительность и/или частоту впрыска присадки.
Точно так же, можно для одного и того же транспортного средства применять средства, предназначенные для обнаружения остановок транспортного средства, чтобы прекращать распределение присадки во время остановки транспортного средства, средства, предназначенные для идентификации качества топлива в баке, чтобы впрыскивать присадку в топливную систему при добавлении топлива, средства, предназначенные для отслеживания изменения температуры на уровне устройства распределения, средства, предназначенные для отслеживания изменения расхода топлива в топливной системе, чтобы адаптировать частоту и/или продолжительность открывания средства перекрывания с целью поддержания по существу постоянной концентрации присадки в топливном резервуаре.
Четвертый режим управления
Целью этого четвертого режима управления является впрыск присадки в топливную систему только по мере необходимости, в частности, для того, чтобы корректировать концентрацию присадки в зависимости от моментальных потребностей транспортного средства. Так, впрыск присадки может происходить через равномерные интервалы, например, каждую минуту, каждый час или при каждой заправке бака или для определенного интервала движения, например, через каждые 100 км.
Таким образом, в топливную систему добавляют только дозу присадки, необходимую для нормальной работы транспортного средства. В этом режиме управления концентрацию присадки меняют целенаправленно во времени, при этом частоту и/или продолжительность открывания средства перекрывания адаптируют в зависимости от впрыскиваемого количества присадки.
Предпочтительно, как будет подробно рассмотрено ниже, подаваемая доза присадки может зависеть от условий движения и использования транспортного средства или от типа используемого топлива.
Предпочтительно примеры выполнения четвертого режима управления можно комбинировать с одним из примеров или с примерами выполнения, описанными выше для первого, второго и третьего режимов управления.
Качество топлива
В случае присадки, применяемой для улучшения свойств топлива, в частности, для стабилизации используемого топлива или для снижения его влияния на ухудшение состояния двигателя или топливной системы, или для улучшения свойств горения топлива, при этом примеры таких присадок будут приведены ниже, дополнительный впрыск присадки можно осуществлять, если обнаруживается, что двигатель питается топливом плохого или не соответствующего качества. Таким образом, количество добавляемой присадки будет зависеть от качества используемого топлива, при этом, как правило, топливо более низкого качества требует большего количества присадки.
Действительно, топливо низкого качества приводит к загрязнению форсунок и ухудшает, таким образом, качество топливной струи, что приводит к увеличению времени для получения смеси воздух/топливо и к ухудшению сгорания. При этом увеличивается расход топлива и количество загрязняющих выбросов. Топливо может также иметь изменяющиеся состав и внутренние свойства, что будет влиять на его сгорание и, следовательно, на производительность двигателя и на загрязняющие выбросы.
Топливо может также иметь фракции, не устойчивые во времени, например, некоторые фракции биотоплива, причем эти нестабильные фракции ухудшают свои свойства, например, по причине окисления и могут привести к засорению топливной системы.
Топливо может также иметь низкое качество, которое приводит к ухудшению состояния и к преждевременному износу оборудования топливной системы, например, по причине снижения смазывающего свойства.
Количество используемой присадки может зависеть от географической зоны, в которой движется транспортное средство, поскольку топливо отвечает разным стандартам, действующим в каждой географической зоне мира.
Для этого микросхема GPS или любое другое средство геолокализации, установленное на уровне устройства распределения, или GPS транспортного средства позволяют определить зону, в которой движется транспортное средство и, следовательно, тип топлива, продаваемый в этой зоне. В зависимости от идентифицированной географической зоны можно распределять дополнительное количество присадки, при этом впрыскиваемое количество тоже может зависеть от географической зоны.
В варианте на уровне любого места топливной системы и/или в топливном баке можно установить специальный зонд, предназначенный для анализа используемого топлива.
Этот зонд может, например, содержать датчик типа инфракрасного (ИК), который может, например, измерять содержание биодизельной фракции типа метилового эфира жирной кислоты (МЭЖК) в дизельном топливе. Действительно, чем выше эта концентрация, тем больше топливо будет ухудшаться в течение времени, что может привести к нарушению работы двигателя, и тем больше присадки понадобится добавлять для его стабилизации.
Разумеется, можно производить и другие виды анализов, например, анализ содержания спиртового соединения, например, этилового спирта в бензиновом топливе, при этом фракция спиртового соединения изменяет свойства горения топлива. Точно так же, анализы могут определять свойства горения топлива, например, цетановое число для дизельного топлива и октановое число для бензина. Этими анализами может управлять блок ECU транспортного средства или непосредственно устройство распределения.
Точно так же, качество топлива можно определять на основании параметров сгорания в цилиндрах двигателя, например, детонаций, шума горения или изменения давления в цилиндрах. Эти данные можно получать, в частности, от блока ECU транспортного средства. Действительно, некоторые характеристики топлива, такие как цетановое число, меняют параметры горения топлива: чем ниже цетановое число, тем позже начинается воспламенение в цилиндрах, что приводит к значительному повышению давления и к появлению шума.
Таким образом, количество распределяемой присадки адаптируют в зависимости от полученных результатов.
Условия движения
Концентрацию присадки можно также адаптировать в зависимости от условий движения транспортного средства, при этом под условиями движения следует понимать профиль движения в городе, на дороге, на автомагистрали или смешанный профиль движения транспортного средства.
Эти условия движения имеют особое значение, когда используемая присадка предназначена для обеспечения регенерации средств очистки, расположенных в выхлопной трубе транспортного средства, таких как фильтр-улавливатель частиц. Действительно, когда профиль движения является городским, выхлопные газы имеют более низкую температуру, чем при движении на автомагистрали, и эта ситуация отрицательно сказывается на регенерации фильтра-улавливателя частиц. Кроме того, как правило, продолжительность движения по городским улицам является более короткой, что может помешать полной регенерации фильтра-улавливателя частиц.
Если же профилем движения является профиль типа дороги или автомагистрали, где скорость движения выше, температура выхлопных газов является более высокой, что облегчает регенерацию фильтра-улавливателя частиц. Действительно, в этом случае отклонение между температурой выхлопных газов и температурой обеспечения регенерации фильтра-улавливателя частиц будет меньшим.
Кроме того, для профиля движения типа автомагистрального, количество выделяемых оксидов азота NOx больше, что тоже способствует регенерации фильтра-улавливателя частиц.
Таким образом, в данном примере используемое количество присадки адаптируют к условиям движения транспортного средства. В частности, как только обнаруживается движение транспортного средства в городской среде в течение определенного времени, происходит впрыск большого количества присадки для повышения концентрации присадки в топливе. Если же обнаруживается, что транспортное средство движется в течение определенного времени по автомагистрали, количество впрыскиваемой присадки уменьшается.
Точно так же, в некоторых случаях и в зависимости от впрыскиваемой присадки повышение концентрации присадки в топливе может преследовать цель повышения мощности транспортного средства, в частности, это относится к движению автомагистрального профиля или в условиях сильных нагрузок, например, в горах.
Чтобы оценить условия движения транспортного средства, при помощи микросхемы GPS или любого другого средства геолокализации, установленного на уровне устройства распределения, или при помощи GPS транспортного средства локализуют географическую зону, в которой движется транспортное средство и, следовательно, определяют профиль движения транспортного средства. Кроме того, при помощи этих приборов можно также определить среднюю скорость транспортного средства.
Следует отметить, что, если используют GPS или любое другое средство геолокализации транспортного средства, то, в случае необходимости, можно получить сигнал, соответствующий предусмотренному пути, и заранее определить потребности в присадке.
Точно так же, среднюю скорость транспортного средства можно определить при помощи бортового компьютера транспортного средства. Так, в случае, когда присадка предназначена для регенерации фильтра-улавливателя частиц, если обнаруживается средняя скорость ниже 50 км/ч и, в частности, ниже 30 км/ч, концентрацию присадки повышают.
Можно также использовать моментальную скорость транспортного средства, при этом концентрацию присадки повышают, когда моментальная скорость транспортного средства, например, остается ниже 50 км/ч в течение более одного часа.
Точно так же, можно использовать температуру выхлопных газов, которую получают от блока ECU или непосредственно от специального датчика, установленного в выхлопной трубе транспортного средства.
Так, если используемая присадка предназначена для улучшения регенерации фильтра-улавливателя частиц, можно распределить дополнительное количество присадки, если температура газов является низкой, в частности, ниже 300°С и, в частности, ниже 250°С.
Точно так же, расход топлива двигателем, определяемый при помощи датчика уровня в топливном баке или получаемый от блока ECU транспортного средства, для данного транспортного средства показывает условия движения транспортного средства, при этом каждое транспортное средство имеет разные пределы расхода для движения в городе, для смешанного профиля и для автомагистрали. Для данного транспортного средства повышенный расход обычно связан с движением в городе. Эти диапазоны расхода известны при проектировании транспортного средства и могут быть использованы для адаптации концентрации присадки.
Вместе с тем, предпочтительно комбинировать эту информацию с другими доступными данными, характеризующими условия движения транспортного средства, такими как температура выхлопных газов. Действительно, повышенный расход топлива в сочетании с низкой температурой выхлопных газов, как правило, ниже 300°С, является характерным для эксплуатации в городских условиях, тогда как повышенный расход в сочетании с высокой температурой выхлопных газов является характерным для движения по дорогам или автомагистралям и требует меньше присадки для регенерации фильтра-улавливателя частиц.
Точно так же, для определения условий движения транспортного средства можно использовать флуктуацию давления в контуре высокого давления топливной системы, в частности, в насосе высокого давления, сжимающего топливо, или в общей топливной рампе питания форсунок.
Действительно, в некоторых транспортных средствах уровень давления в части высокого давления топливной системы меняется. В частности, это относится к транспортным средствам, оборудованным устройством, называемым “Stop and Start” или “Stop and Go”, позволяющим автоматически выключать и опять запускать двигатель, например, когда он переходит к мертвой точке, или для гибридных термических-электрических транспортных средств, в которых тепловой двигатель работает не постоянно. Так, для этих транспортных средств отмечаемое давление, выдаваемое, например, блоком ECU транспортного средства, в части высокого давления топливной системы, снижается при каждой остановке двигателя. Такой тип работы встречается обычно при движении в городе и/или при кратковременном движении и может быть использован для адаптации концентрации присадки.
Точно так же, для определения условий движения можно использовать расход воздуха питания камеры сгорания, получаемый, например, от блока ECU транспортного средства.
Действительно, например, в случае дизельных двигателей снижение расхода воздуха указывает на замедление двигателя и, следовательно, может быть связано с движением в городе. В этом случае при обнаружении таких условий для транспортных средств, оборудованных средствами очистки типа фильтра-улавливателя частиц, может представлять интерес повышение концентрации присадки, способствующей регенерации фильтра-улавливателя частиц.
Загрязняющие выбросы двигателя
Концентрацию присадки можно также адаптировать в зависимости от загрязняющих выбросов двигателя и, в частности, в зависимости от изменения этих загрязняющих выбросов.
Так, если используют присадку, способствующую регенерации средств очистки типа фильтра-улавливателя частиц, представляет особый интерес отслеживать изменение выбросов NOx, сажи или других углеродсодержащих частиц, или соотношений NOx/сажа и/или NOx/частицы, причем эти различные параметры характеризуют загрязняющие выбросы, появляющиеся в результате сгорания топлива.
Например, когда выбросы сажи и других углеродсодержащих частиц увеличиваются, или когда выбросы NOx уменьшаются, и/или когда соотношение NOx/сажа или NOx/частицы уменьшается, можно повысить концентрацию присадки, способствующей регенерации фильтра-улавливателя частиц.
Эти различные выбросы можно определять непосредственно при помощи датчиков, установленных в выхлопной трубе.
В этом случае управление впрыском присадки можно осуществлять посредством сравнения получаемых данных и ожидаемых теоретических значений.
Так, более высокая концентрация NOx показывает, что ожидаемое значение является признаком ухудшения горения, и в этом случае следует повысить концентрацию присадки типа детергента для улучшения свойств горения топлива и/или для обеспечения лучшей работы форсунок высокого давления.
Можно также получать от блока ECU транспортного средства параметры сгорания в двигателе, затем сравнивать эти значения с ожидаемыми теоретическими значениями, чтобы определить положение горения в картографии двигателя, связывающей скорость вращения двигателя с его крутящим моментом, при этом каждая точка горения соответствует типичным выбросам, определяющим картографию загрязняющих выбросов.
Точно так же, если используемая присадка предназначена для регенерации средств очистки, таких как фильтр-улавливатель частиц, можно отслеживать изменения напора во время заполнения сажей фильтра-улавливателя частиц, чтобы определять уровень выброса углеродсодержащих частиц. Действительно, для данного фильтра-улавливателя частиц и для данной архитектуры выхлопной трубы увеличение потерь напора соответствует увеличению выбросов углеродсодержащих частиц и может, таким образом, привести к срабатыванию распределения присадки для повышения ее концентрации в топливе.
Качество регенерации фильтра-улавливателя частиц
Концентрацию присадки можно также адаптировать в зависимости от качества регенерации средств очистки типа фильтра-улавливателя частиц.
Этот пример касается только присадок, используемых для обеспечения регенерации средств очистки, расположенных в выхлопной трубе транспортного средства, таких как фильтр-улавливатель частиц.
Так, если предыдущая регенерация прошла неудачно, то есть если сажа, содержащаяся в фильтре-улавливателе частиц, сгорела не полностью, концентрацию присадки в топливе повышают, чтобы способствовать следующей регенерации.
Качество регенерации можно оценить разными способами.
Первым показателем является изменение напора во время предыдущей регенерации. Так, если напор не возвращается к ожидаемой базовой линии или близко к этой базовой линии, например, если отклонение составляет не менее 5 мбар, и/или он возвращается к базовой линии медленно, например, более чем за 20 минут, концентрацию присадки можно повысить.
Точно так же, можно наблюдать изменение свойств масла в системе смазки двигателя, называемого моторным маслом.
Качество моторного масла имеет тенденцию к снижению, если регенерация фильтра-улавливателя частиц происходит медленнее, чем обычно. Действительно, медленная регенерация требует последующих поздних впрысков топлива в цилиндры в течение длительного времени, чтобы поддерживать высокую температуру в фильтре-улавливателе частиц во время всего периода регенерации. Эти последующие впрыски с запозданием относительно верхней мертвой точки в цикле компрессии/декомпрессии цилиндров приводят к попаданию части топлива в моторное масло и к разбавлению моторного масла. Это разбавление приводит, с одной стороны, к повышению уровня жидкости в системе смазки двигателя и, с другой стороны, к ухудшению свойств моторного масла, в частности, к изменению его вязкости, его смазочных свойств и его кислотности. Кроме того, масло может быть загрязнено сажей или углеродсодержащими частицами.
Таким образом, при обнаружении повышения уровня масла в течение времени и/или ухудшения качества масла концентрацию присадки можно повысить, чтобы способствовать следующей регенерации фильтра-улавливателя частиц.
Данные могут поступать от зондов или датчиков анализа моторного масла напрямую в средства управления, управляющие средствами впрыска присадки, или в блок ECU транспортного средства, связанный с упомянутыми средствами управления.
Средствами анализа используемого моторного масла могут быть:
- датчик, обнаруживающий изменение диэлектрической константы масла, связанное с состоянием ухудшения и загрязнения углеродсодержащими веществами, такими как сажа,
- датчик, обнаруживающий изменение вязкости моторного масла, и/или
- датчик, обнаруживающий изменение состояния окисления и кислотности масла посредством отслеживания коррозии металлической нити, входящей в контакт с маслом.
Пятый режим управления
Целью пятого режима управления является определение природы и/или характеристик присадки, содержащейся в резервуаре 26 присадки.
Так, распределение присадки можно адаптировать таким образом, чтобы учитывать либо идентифицированную присадку, либо точное значение некоторых физико-химических характеристик используемой партии присадки.
Таким образом, этот режим управления позволяет менять природу и/или характеристики присадки, которую используют в ходе эксплуатации транспортного средства и которую, действительно, можно менять, например, для улучшения характеристик двигателя в ходе его износа или вследствие изменения стандарта топлива в данной географической зоне, или когда транспортное средство меняет географическую зону движения, или если на транспортном средстве были произведены изменения, такие как добавление фильтра-улавливателя частиц.
Кроме того, этот режим управления позволяет производить точную адаптацию к используемой присадке, которая может иметь вязкость, плотность и/или концентрацию, меняющиеся от одной партии к другой.
В этом последнем случае, содержащий присадку резервуар, в частности, когда он выполнен в виде мешка, можно оборудовать информационной системой типа штрих-кода, позволяющей передавать информацию, а устройство распределения может быть оснащено средством, позволяющим считывать эту информацию.
Таким образом, в зависимости от информации, считанной устройством распределения, частоту и/или продолжительность открывания средства перекрывания можно пересчитать, чтобы вводить в топливо необходимое количество активных элементов.
Разумеется, различные режимы управления, представленные выше в качестве примеров, ни в коем случае не являются ограничительными, и можно использовать другие параметры, позволяющие анализировать использование транспортного средства, и/или условия движения транспортного средства, и/или изменение количества топлив, содержащегося в топливном баке, и/или качества топлива, и/или загрязняющих выбросов в результате сгорания топлива в двигателе, и/или качества регенерации средств очистки, расположенных в выхлопной трубе двигателя, и/или типа используемой присадки, и/или изменения расхода присадки, добавляемой в топливную систему.
Кроме того, как было указано выше, различные примеры управления можно комбинировать.
Точно так же, при помощи заявленного устройства распределения можно распределять в топливную систему несколько присадок, каждая из которых находится в отдельном резервуаре, при этом каждую присадку можно впрыскивать согласно описанному выше примеру выполнения. Специалист осуществляет выбор присадок, например, с учетом географической зоны, в которой продают транспортное средство, качества топлива, имеющегося в этой географической зоне, в частности, возможного присутствия биотоплива в этой зоне или с учетом встречающихся в ней атмосферных условий.
Выбор присадок может также зависеть от норм, регулирующих максимальные уровни загрязняющих выбросов в этой зоне. В зонах, где предписано наличие фильтра-улавливателя частиц для соблюдения экологического стандарта по выбросам сажи, предпочтительно используют присадку для обеспечения регенерации фильтра-улавливателя частиц.
Выбор состава присадки может также зависеть от конструкции двигателя транспортного средства, например, от характера и конструкции топливных форсунок высокого давления, от типа топливного фильтра или от давления в топливной рампе высокого давления, питающей каждую из форсунок сжатым топливом.
Выбор присадки/присадок можно также производить согласно картографии загрязняющих выбросов двигателя.
Присадки
Далее следует описание различных присадок, которые можно использовать при помощи заявленного устройства распределения, причем эти присадки известны и широко распространены в автомобильной промышленности.
Как было указано выше при описании различных режимов управления, некоторые присадки представляют особый интерес в рамках представленных выше примеров.
Эти присадки, описание которых следует ниже, можно разделить на две категории: с одной стороны, присадки, выполняющие каталитическую функцию обеспечения регенерации фильтра-улавливателя частиц, и, с другой стороны, присадки с другой функцией, отличной от каталитической.
Как правило, используемые присадки находятся в жидком виде и могут представлять собой жидкость или смесь жидкостей, коллоидную суспензию в жидкой основе, или в виде геля, вязкость которого допускает текучесть присадки.
Присадки для обеспечения регенерации
В идеале эти присадки являются жидкими, как правило, с рабочим температурным диапазоном от 20 до 45°С, однако они могут иметь другую физическую форму, такую как гель.
Эти присадки могут содержать любой тип эффективного катализатора для каталитического действия на горение сажи, в частности, такого как платина, стронций, натрий, марганец, церий, железо и/или их комбинации.
Как правило, количество присадки, необходимое в топливе, составляет не менее 1 части на миллион и не более 100 частей на миллион, причем это количество выражают в массе металлического элемента присадки относительно массы топлива.
Эти присадки могут представлять собой металлоорганическую соль или смесь металлоорганических солей, растворимых или диспергируемых в топливе. Эти соли отличаются тем, что содержат, по меньшей мере, одну металлическую часть и одну комплексообразующую органическую часть, как правило, кислотного происхождения, причем все это находится в виде суспензии в растворителе.
Присадки FBC тоже могут представлять собой металлорганический комплекс или смесь металлоорганических комплексов, растворимых или диспергируемых в топливе. Эти комплексы отличаются тем, что содержат, по меньшей мере, одну металлическую часть и, по меньшей мере, две комплексообразующие органические части. Такое вещество описано, например, в документе GB 2254610.
Присадки FBC могут также представлять собой коллоидную суспензию или дисперсию наночастиц, например, металлического оксида или гидроксида, аморфного или кристаллизованного.
В настоящем описании выражение «коллоидная дисперсия» обозначает любую систему, состоящую из мелких твердых частиц коллоидного размера на основе присадки, в виде суспензии в жидкой фазе, при этом упомянутые частицы могут также содержать остаточные количества связанных или абсорбированных ионов, например, таких как нитраты, ацетаты, цитраты, аммонии или хлориды. Под коллоидными размерами следует понимать размеры примерно от 1 нм до 500 нм. Эти частицы могут, например, иметь средний размер не более 100 нм и, в частности, не более 20 нм.
В случае присадок FBC в виде коллоидной дисперсии частицы могут быть на основе редкоземельного элемента и/или металла, выбранного из групп IIA, IVA, VIIA, VIII, IB, IIB, IIIB и IVB периодической таблицы элементов.
Под редкоземельным элементом следует понимать элементы группы, в которую входят иттрий и элементы периодической таблицы с атомным номером от 57 до 71 включительно.
Вышеупомянутой периодической таблицей элементов является таблица, опубликованная в Дополнении к Бюллетеню Химического общества Франции № 1 (январь 1966 года).
Для этих присадок, которые можно использовать в виде коллоидной дисперсии, редкоземельный элемент можно выбирать среди церия, лантана, иттрия, неодима, гадолиния и празеодима. В частности, можно выбрать церий. Металл можно выбирать среди циркония, железа, меди, галлия, палладия и марганца. В частности, можно выбрать железо. Железо может представлять собой аморфное или кристаллизованное соединение.
Можно, в частности, упомянуть также коллоидные дисперсии на основа комбинации церия и железа.
В частности, коллоидные дисперсии могут содержать:
- органическую фазу,
- частицы присадки вышеупомянутого типа (в частности, редкоземельного элемента или металла, выбираемого в группах IIA, IVA, VIIA, VIII, IB, IIB, IIIB и IVB) в виде суспензии в органической фазе;
- по меньшей мере, один амфифильный агент.
Эти коллоидные дисперсии могут, в частности, содержать присадку на основе железа или железосодержащего соединения.
Эти коллоидные дисперсии могут быть представлены в соответствии с различными вариантами выполнения, в частности, описанными в следующих патентных заявках: ЕР 671205, WO 97/19022, WO 01/10545, WO 03/053560, WO 2008/116550.
Другие присадки
В топливную систему можно впрыскивать другие известные присадки, отличные от FBC и выполняющие другую функцию, отличную от каталитической функции. Эти присадки обеспечивают улучшение распределения топлива в двигателе и/или улучшение рабочих характеристик двигателя, и/или улучшение устойчивости работы двигателя.
Среди присадок, улучшающих распределение топлива в двигателе, можно указать, например, присадки для гашения пены, такие как органосиликоны, присадки против обледенения, такие как низкомолекулярные спирты или гликоли.
Другими присадками являются присадки, улучшающие работу двигателя в холодном состоянии. Можно указать полимерные присадки, понижающие температуру, при которой топливо мутнеет или застывает, присадки, способствующие текучести, такие как высокомолекулярные полимеры, которые уменьшают турбулентность в текучих средах и могут увеличивать расход на 20-40%.
Можно также применять присадки для борьбы с коррозией.
Можно также применять присадки для улучшения рабочих характеристик двигателей, такие как процетановые присадки, прооктановые присадки, противодымные присадки, присадки для снижений потерь от трений, называемые присадками FM от “Friction Modifier” или присадками «высокого давления».
Можно также применять чистящие присадки, предназначенные для ограничения любого осаждения на уровне форсунок. Действительно, топливо может образовывать осадок в топливной системе, в частности, на уровне топливных форсунок высокого давления и, в частности, на уровне отверстий форсунок. Степень образования осадка меняется в зависимости от конструкции двигателя, в частности, от характеристик форсунок, от состава топлива и от состава масла, применяемого для смазки двигателя. Кроме того, эти чистящие присадки-детергенты являются также эффективными для снижения отрицательного влияния металлических соединений в топливе, таких как соединения, содержащие Zn или Cu, которые могут появляться в результате загрязнения, например, системы распределения топлива, или могут быть остатками соединений после процесса синтеза эфиров жирных кислот.
Чрезмерные осаждения могут изменять, например, аэродинамику топливной струи, выходящей из форсунки, что, в свою очередь, может привести к задержке смешивания воздуха с топливом. В некоторых случаях происходит чрезмерный расход топлива, снижение мощности двигателя и увеличение загрязняющих выбросов.
Детергенты обладают свойством растворения уже образовавшихся осадков и задержки образования исходных веществ осадков, чтобы избежать образования новых осадков. Пример чистящей присадки-детергента описан, например, в документе WO 2010/150040.
Можно также применять присадки для улучшения смазочных свойств, чтобы избегать износа или заклинивания, в частности, насосов высокого давления и форсунок, поскольку смазочные свойства топлива являются низкими. Они содержат полярную группу, которая притягивается металлическими поверхностями и образует на поверхности защитную пленку.
Можно также предусмотреть присадки для улучшения стабильности работы двигателей. Действительно, нестабильность топлива приводит к образованию смол, которые участвуют в загрязнении форсунок, в забивании топливного фильтра и в засорении насосов и системы впрыска.
Можно также использовать следующие присадки:
- присадки типа антиоксидантов;
- стабилизирующие присадки;
- присадки-деактиваторы металлов, предназначенные для нейтрализации каталитического действия некоторых металлов;
- диспергирующие присадки, предназначенные для диспергирования образующихся частиц и для предупреждения образования скоплений крупных частиц.
Согласно частному варианту выполнения, присадка является комбинацией чистящей присадки и смазочной присадки и, в случае необходимости, антикоррозийной присадки.
В случае транспортного средства, оборудованного фильтром-улавливателем частиц, предпочтительно вместе с присадкой типа FBC применяют, по меньшей мере, одну топливную присадку типа детергента, как описано в патентной заявке WO 2010/150040.
В случае транспортного средства, оборудованного фильтром-улавливателем частиц, предпочтительно вместе с присадкой типа FBC применяют несколько топливных присадок, в частности, если транспортное средство выпущено в продажу в географической зоне, где топливо имеет переменное и/или низкое качество.
В случае транспортного средства, не оборудованного фильтром-улавливателем частиц, можно предусмотреть различные типы сочетаний присадок, например, объединяющие один или несколько детергентов со смазочной присадкой и с антикоррозийной присадкой.