УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВЫБРОСОМ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
EXHAUST EMISSION CONTROL FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к устройству управления выбросом отработавших газов для двигателя внутреннего сгорания.
Известно устройство управления выбросом отработавших газов для двигателя внутреннего сгорания, в котором сажевый фильтр для сбора твердых частиц, содержащихся в отработавшем газе, размещается в выхлопном канале двигателя. Когда количество твердых частиц, накопившихся в сажевом фильтре, увеличивается, увеличивается потеря давления в сажевом фильтре. Когда потеря давления в сажевом фильтре увеличивается, может уменьшаться выходная мощность двигателя. По этой причине устройство управления выбросом отработавших газов выполняет управление для удаления твердых частиц (PM) для увеличения температуры сажевого фильтра и поддержания повышенной температуры в то время, когда количество твердых частиц, накопившихся в сажевом фильтре, является большим, таким образом, окисляя и удаляя твердые частицы.
Впрочем, несгораемый компонент, называемый золой, также содержится в отработавшем газе, и зола накапливается в сажевом фильтре вместе с твердыми частицами. Однако, даже когда выполняется управление для удаления твердых частиц, зола не сжигается или испаряется. То есть зола не удаляется из сажевого фильтра и остается в сажевом фильтре. Следовательно, даже когда выполняется управление для удаления твердых частиц, потеря давления в сажевом фильтре в достаточной степени не восстанавливается.
Существует публично известное устройство управления выбросом отработавших газов для двигателя внутреннего сгорания, в котором зола, накопившаяся в сажевом фильтре, измельчается, и в результате зола проходит через сажевый фильтр, чтобы удаляться из сажевого фильтра (см., например, публикацию JP 2014-520226 А). В этом устройстве управления выбросом отработавших газов твердая кислота поддерживается на сажевом фильтре и крепость кислоты для твердой кислоты больше крепости кислоты для сернистой кислоты и ниже крепости кислоты для серной кислоты. Для того чтобы измельчать золу, концентрация кислорода в отработавшем газе, поступающем в сажевый фильтр, временно понижается, а температура сажевого фильтра временно повышается. Когда зола проходит через сажевый фильтр, чтобы удаляться из сажевого фильтра, повышенная потеря давления в сажевом фильтре из-за золы снижается.
Однако твердая кислота необходима устройству управления выбросом отработавших газов, описанному в JP 2014-520226 А, таким образом, устройство является сложным и дорогостоящим. Изобретение предоставляет устройство управления выбросом отработавших газов, которое снижает увеличенную потерю давления в сажевом фильтре из-за золы, с простой недорогой конфигурацией.
Согласно объекту настоящего изобретения создано устройство управления выбросом отработавших газов для двигателя внутреннего сгорания, содержащее сажевый фильтр, расположенный в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания и выполненный с возможностью собирания твердых частиц из отработавшего газа; и электронный блок управления, выполненный с возможностью: (i) выполнения управления для удаления твердых частиц посредством управления двигателем внутреннего сгорания таким образом, что температура сажевого фильтра повышается до заданной температуры удаления твердых частиц для того, чтобы уменьшать количество твердых частиц, накопившихся в сажевом фильтре, и (ii) когда электронный блок управления определяет, что количество твердых частиц, накопившихся в сажевом фильтре, меньше или равно заданной установленной величине накопления, выполнения управления для десорбции золы посредством управления двигателем внутреннего сгорания таким образом, что температура сажевого фильтра повышается до заданной температуры десорбции золы и поддерживается равной температуре десорбции золы или выше нее для того, чтобы уменьшать количество золы, осевшей в сажевом фильтре, при этом температура десорбции золы является температурой, подходящей для преобразования золы в оксид кальция.
Предпочтительно, электронный блок управления выполнен с возможностью управления двигателем внутреннего сгорания таким образом, что время, в течение которого температура сажевого фильтра поддерживается равной температуре десорбции золы или выше нее при управлении для десорбции золы, является продолжительнее времени, в течение которого температура сажевого фильтра поддерживается равной температуре удаления твердых частиц или выше нее при управлении для удаления твердых частиц.
Предпочтительно, электронный блок управления выполнен с возможностью, когда увеличение, вызванное управлением для удаления твердых частиц, в концентрации оксида углерода в отработавшем газе, вытекающем из сажевого фильтра, во время управления для удаления твердых частиц становится меньше или равно заданному установленному значению, определения того, что количество твердых частиц, накопившихся в сажевом фильтре, меньше или равно установленной величине накопления.
Предпочтительно, электронный блок управления выполнен с возможностью, когда управление для удаления твердых частиц заканчивается, определения того, что количество твердых частиц, накопившихся в сажевом фильтре, меньше или равно установленной величине накопления.
Предпочтительно, электронный блок управления выполнен с возможностью выполнения управления для десорбции золы, когда электронный блок управления определяет, что количество твердых частиц, накопившихся в сажевом фильтре, меньше или равно установленной величине накопления, а количество золы, осевшей в сажевом фильтре, больше первой установленной величины осаждения.
Предпочтительно, электронный блок управления выполнен с возможностью, когда управление для десорбции золы было приостановлено, и затем, когда электронный блок управления определяет, что количество твердых частиц, накопившихся в сажевом фильтре, меньше или равно заданной величине накопления, выполнения управления для десорбции золы, даже когда количество золы, осевшей в сажевом фильтре, меньше первой установленной величины осаждения.
Предпочтительно, электронный блок управления выполнен с возможностью окончания управления для десорбции золы, когда электронный блок управления определяет, что количество осевшей золы меньше или равно второй установленной величине осаждения во время управления для десорбции золы.
Предпочтительно, электронный блок управления выполнен с возможностью определения того, что количество осевшей золы меньше или равно второй установленной величине осаждения, когда потеря давления в сажевом фильтре меньше или равна заданному пороговому значению, и пороговое значение устанавливается так, чтобы быть меньше потери давления в сажевом фильтре в то время, когда заканчивается управление для удаления твердых частиц.
Предпочтительно, сажевый фильтр расположен в выхлопном канале таким образом, что концентрация оксида серы в отработавшем газе, который испускается из двигателя внутреннего сгорания, и концентрация оксида серы в отработавшем газе, поступающем в сажевый фильтр, равны друг другу, и электронный блок управления выполнен с возможностью, когда выполняется управление для десорбции золы, управления двигателем внутреннего сгорания таким образом, что соотношение воздух - топливо отработавшего газа, поступающего в сажевый фильтр, поддерживается в стехиометрическом соотношении воздух - топливо или соотношении воздух - топливо, более обогащенном, чем стехиометрическое соотношение воздух - топливо, а температура сажевого фильтра поддерживается равной температуре десорбции золы.
Предпочтительно, температура десорбции золы устанавливается таким образом, чтобы быть выше температуры удаления твердых частиц.
Предпочтительно, температура десорбции золы устанавливается в диапазоне от приблизительно 620°C до приблизительно 800°C.
Таким образом, как видно, увеличенная потеря давления в сажевом фильтре из-за золы снижается с помощью недорогой простой конфигурации.
Признаки, преимущества и техническое и промышленное значение примерных вариантов осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковыми ссылочными позициями обозначены аналогичные элементы, и на которых:
Фиг. 1 - общий вид двигателя внутреннего сгорания;
Фиг. 2A - вид спереди сажевого фильтра;
Фиг. 2B - вид в поперечном разрезе сажевого фильтра;
Фиг. 3A - схематичный вид, который показывает состояние золы в сажевом фильтре;
Фиг. 3B - схематичный вид, который показывает состояние золы в сажевом фильтре;
Фиг. 4A - вид, который показывает карту увеличения dQPMi в количестве накопившихся твердых частиц;
Фиг. 4B - вид, который показывает карту уменьшения dQPMr в количестве накопившихся твердых частиц;
Фиг. 5A - вид, показывающий карту увеличения dQAi в количестве осевшей золы;
Фиг. 5B - вид, показывающий карту уменьшения dQAr в количестве осевшей золы;
Фиг. 6 - временная диаграмма, которая иллюстрирует вариант осуществления изобретения;
Фиг. 7A - временная диаграмма, которая показывает синхронизацию выполнения управления для удаления PM и синхронизацию выполнения управления для десорбции золы;
Фиг. 7B - временная диаграмма, которая показывает синхронизацию выполнения управления для удаления PM и синхронизацию выполнения управления для десорбции золы;
Фиг. 8 - блок-схема последовательности операций, которая показывает программу вычисления расчетного количества QPM накопившихся твердых частиц;
Фиг. 9 - блок-схема последовательности операций, которая показывает программу вычисления расчетного количества QA осевшей золы;
Фиг. 10 - блок-схема последовательности операций, которая показывает программу управления для удаления PM;
Фиг. 11 - блок-схема последовательности операций, которая показывает программу управления для десорбции золы;
Фиг. 12 - временная диаграмма, которая иллюстрирует другой вариант осуществления изобретения;
Фиг. 13 - временная диаграмма, которая иллюстрирует другой вариант осуществления изобретения;
Фиг. 14 - вид, который показывает устройство доочистки отработавших газов согласно дополнительному другому варианту осуществления изобретения;
Фиг. 15 - временная диаграмма, которая показывает отклонение в концентрации CCOX оксида углерода;
Фиг. 16 - вид, который показывает карту эталонной концентрации CCOXR оксида углерода;
Фиг. 17 - временная диаграмма, которая показывает отклонение в различии dCCOX в концентрации оксида углерода;
Фиг. 18 - вид, который показывает устройство доочистки отработавших газов согласно еще одному варианту осуществления изобретения;
Фиг. 19 - временная диаграмма, которая показывает отклонение в перепаде давления dPF выше и ниже по потоку;
Фиг. 20 - вид, который показывает устройство доочистки отработавших газов согласно дополнительному другому варианту осуществления изобретения;
Фиг. 21 - временная диаграмма, которая иллюстрирует вариант осуществления, показанный на фиг. 20;
Фиг. 22 - временная диаграмма, которая иллюстрирует дополнительный другой вариант осуществления изобретения; и
Фиг. 23 - блок-схема последовательности операций, которая показывает программу управления для десорбции золы согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 22.
Как показано на фиг. 1, ссылочная позиция 1 обозначает основную часть двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, ссылочная позиция 2 обозначает камеру сгорания каждого цилиндра, ссылочная позиция 3 обозначает электронно-управляемый клапан впрыска топлива для впрыска топлива в соответствующую одну из камер 2 сгорания, ссылочная позиция 4 обозначает впускной коллектор, а ссылочная позиция 5 обозначает выпускной коллектор. Впускной коллектор 4 соединяется с выходом компрессора 7c турбонагнетателя 7 с приводом от выхлопной системы двигателя через канал 6 воздухозаборника. Вход компрессора 7c последовательно соединяется с расходомером 9 воздуха и воздушным фильтром 10 через трубопровод 8 подачи всасываемого воздуха. Электронно-управляемая дроссельная заслонка 11 размещается внутри канала 6 воздухозаборника. Кроме того, охлаждающее устройство 12 для охлаждения всасываемого воздуха, протекающего через внутреннее пространство канала 6 воздухозаборника, размещается внутри канала 6 воздухозаборника. С другой стороны, выпускной коллектор 5 соединяется с входом турбины 7t, работающей на отработавших газах, турбонагнетателя 7 с приводом от выхлопной системы двигателя. Выход турбины 7t, работающих на отработавших газах, соединяется с устройством 20 доочистки отработавших газов.
Каждый клапан 3 впрыска топлива соединяется с аккумуляторной топливной системой 14 высокого давления через трубопровод 13 подачи топлива. Аккумуляторная топливная система 14 высокого давления соединяется с топливным баком 16 через электронно-управляемый топливный насос 15 переменного объема. Топливо внутри топливного бака 16 подается в аккумуляторную топливную систему 14 высокого давления посредством топливного насоса 15. Топливо, поданное в аккумуляторную топливную систему 14 высокого давления, подается к каждому клапану 3 впрыска топлива через соответствующий трубопровод из трубопроводов 13 подачи топлива. Датчик давления топлива (не показан) присоединяется к аккумуляторной топливной системе 14 высокого давления. Датчик давления топлива определяет давление топлива внутри аккумуляторной топливной системы 14 высокого давления. Расход топлива из топливного насоса 15 управляется на основе сигнала от датчика давления топлива, так что давление топлива внутри аккумуляторной топливной системы 14 высокого давления совпадает с целевым давлением. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, топливо является дизельным топливом. В другом варианте осуществления (не показан), двигатель внутреннего сгорания является двигателем внутреннего сгорания с искровым зажиганием. В этом случае топливом является бензин.
Выпускной коллектор 5 и впускной коллектор 4 соединяются друг с другом через канал 17 рециркуляции отработавшего газа (далее в данном документе называемый EGR). Электронно-управляемый клапан 18 управления EGR размещается внутри EGR-канала 17. Охлаждающее устройство 19 размещается около EGR-канала 17. Охлаждающее устройство 19 используется, чтобы охлаждать EGR-газ, протекающий через внутреннее пространство EGR-канала 17.
Устройство 20 доочистки отработавших газов включает в себя выхлопную трубу 21, соединенную с выходом турбины 7t, работающей на отработавших газах. Выхлопная труба 21 соединяется с входом катализатора 22. Катализатор 22 имеет функцию улавливания SOx в отработавшем газе. Выход катализатора 22 соединяется с входом сажевого фильтра 24 пристенного типа течения через выхлопную трубу 23. Выход сажевого фильтра 24 соединяется с выхлопной трубой 25.
Электронный блок 30 управления (ECU) формируется из цифрового компьютера и включает в себя постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 32, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 33, микропроцессор (ЦП) 34, порт 35 ввода и порт 36 вывода, которые соединяются друг с другом двунаправленной шиной 31. Температурный датчик 26 присоединяется к выхлопной трубе 23. Температурный датчик 26 используется, чтобы определять температуру отработавшего газа, поступающего в сажевый фильтр 24. Температура отработавшего газа, поступающего в сажевый фильтр 24, указывает температуру сажевого фильтра 24. Выходное напряжение каждого из расходомера 9 воздуха и температурного датчика 26 вводится в порт 35 ввода через соответствующий один из A/D-преобразователей 37. Датчик 40 нагрузки соединяется с педалью 39 акселератора. Датчик 40 нагрузки формирует выходное напряжение, пропорциональное величине нажатия педали 39 акселератора. Выходное напряжение датчика 40 нагрузки вводится в порт 35 ввода через соответствующий один из A/D-преобразователей 37. Кроме того, датчик 41 угла поворота коленчатого вала соединяется с портом 35 ввода. Датчик 41 угла поворота коленчатого вала формирует выходной импульс каждый раз, когда коленчатый вал поворачивается, например, на 30 градусов. ЦП 34 вычисляет скорость вращения двигателя на основе выходного импульса от датчика 41 угла поворота коленчатого вала. С другой стороны, порт 36 вывода соединяется с каждым из клапанов 3 впрыска топлива, исполнительным устройством дроссельной заслонки 11, топливным насосом 15 и клапаном 18 управления EGR через соответствующую одну из схем 38 возбуждения. Электронный блок 30 управления составляет средство удаления PM и средство десорбции золы.
Фиг. 2A и фиг. 2B показывают структуру сажевого фильтра 24. Фиг. 2A показывает вид спереди сажевого фильтра 24. Фиг. 2B показывает вид сбоку в разрезе сажевого фильтра 24. Как показано на фиг. 2A и фиг. 2B, сажевый фильтр 24 имеет сотовидную структуру и включает в себя множество каналов 71i, 71o протекания отработавшего газа и перегородки 72. Множество каналов 71i, 71o протекания отработавшего газа протягиваются параллельно друг другу. Перегородки 72 разделяют эти каналы 71i, 71o протекания отработавшего газа. В варианте осуществления, показанном на фиг. 2A и фиг. 2B, каналы 71i, 71o протекания отработавшего газа включают в себя каналы 71i впуска отработавшего газа и каналы 71o выпуска отработавшего газа. Верхний по потоку конец каждого канала 71i впуска отработавшего газа является открытым, а нижний по потоку конец каждого канала 71i впуска отработавшего газа закрывается заслонкой 73d. Верхний по потоку конец каждого канала 71o выпуска отработавшего газа закрывается заслонкой 73u, а нижний по потоку конец каждого канала 71o выпуска отработавшего газа является открытым. На фиг. 2A заштрихованные фрагменты указывают заслонки 73u. Следовательно, каналы 71i впуска отработавшего газа и каналы 71o выпуска отработавшего газа поочередно размещаются через тонкие перегородки 72. Другими словами, каналы 71i впуска отработавшего газа и каналы 71o выпуска отработавшего газа размещаются так, что каждый канал 71i впуска отработавшего газа окружается четырьмя каналами 71o выпуска отработавшего газа, и каждый канал 71o выпуска отработавшего газа окружается четырьмя каналами 71i впуска отработавшего газа. В другом варианте осуществления (не показан) каналы протекания отработавшего газа включают в себя каналы впуска отработавшего газа и каналы выпуска отработавшего газа. Верхний по потоку конец и нижний по потоку конец канала впуска отработавшего газа являются открытыми. Верхний по потоку конец каждого канала выпуска отработавшего газа закрывается заслонкой, а нижний по потоку конец каждого канала выпуска отработавшего газа является открытым.
Перегородки 72 выполняются из пористого материала, такого как кордиерит, карбид кремния, нитрид кремния, диоксид циркония, диоксид титана, оксид алюминия, диоксид кремния, муллит, алюмосиликат лития и фосфат циркония. Следовательно, как указано стрелками на фиг. 2B, отработавший газ изначально поступает в каналы 71i впуска отработавшего газа, а затем поступает в соседние каналы 71o выпуска отработавшего газа через окружающие перегородки 72. Таким образом, перегородки 72 составляют внутренние периметры каналов 71i впуска выхлопного газа.
Катализатор, имеющий функцию окисления, поддерживается на обеих боковых сторонах перегородок 72 и поверхностях внутри тонких пор перегородок 72. Катализатор, имеющий функцию окисления, состоит из драгоценного металла, такого как платина (Pt), родий (Rh) и палладий (Pd). В другом варианте осуществления (не показан), катализатор, имеющий функцию окисления, состоит из сложного оксида, содержащего основной металл, такой как церий (Ce), празеодим (Pr), неодим (Nd) и лантан (La). В дополнительном другом варианте осуществления (не показан), катализатор состоит из комбинации драгоценного металла и сложного оксида.
С другой стороны, катализатор 22 имеет сотовидную структуру и включает в себя множество каналов протекания отработавшего газа, отделенных друг от друга тонким материалом основания и протягивающихся параллельно друг другу. Компоненты катализатора поддерживаются на материале основания посредством носителя, выполненного, например, из алюминия. В варианте осуществления изобретения катализатор 22 является катализатором накопления-восстановления NOx. Катализатор 22 накопления-восстановления NOx включает в себя катализатор из драгоценного металла и базовый слой. В варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, одно, выбранное среди платины (Pt), родия (Rh) и палладия (Pd) используется в качестве катализатора из драгоценного металла, и, по меньшей мере, одно, выбранное среди щелочного металла, такого как калий (K), натрий (Na) и цезий (Cs), щелочно-земельного металла, такого как барий (Ba) и кальций (Ca), редкоземельного металла, такого как лантаноид, и металла, который может предоставлять электроны, такого как серебро (Ag), медь (Cu), железо (Fe) и иридий (Ir), в качестве компонента, который составляет базовый слой.
Когда соотношение между воздухом и топливом, поданными во впускной канал, камеры 2 сгорания или часть выхлопного канала, выше по потоку от некоторой позиции в выхлопном канале, называется соотношением воздух - топливо отработавшего газа в соответствующей позиции, и термин "накопление" используется в качестве термина, который означает как абсорбцию, так и адсорбцию, базовый слой выполняет действие накопления и высвобождения NOx, то есть базовый слой накапливает NOx, когда соотношение воздух - топливо поступающего отработавшего газа является бедным, и высвобождает накопленный NOx, когда концентрация кислорода в поступающем отработавшем газе уменьшается.
2
2
2
2
2
3
2
-
-
То есть, например, когда платина (Pt) используется в качестве катализатора из драгоценного металла, а барий (Ba) используется в качестве компонента базового слоя, когда соотношение воздух - топливо поступающего отработавшего газа является бедным, то есть, когда концентрация кислорода в поступающем отработавшем газе является высокой, NO, содержащийся в поступающем отработавшем газе, окисляется на платине (Pt) до NO. Полученный таким образом NO и NO в поступающем отработавшем газе затем снабжаются электронами из платины и превращаются в NO. Затем NO рассеивается в базовом слое в форме нитрат-ионов NOи превращается в нитрат. Таким образом, NOx абсорбируется в базовый слой в форме нитрата. NO и NO могут временно адсорбироваться и удерживаться в базовом слое.
3
2
3
2
2
2
2
2
-
-
С другой стороны, когда отношение воздух - топливо поступающего отработавшего газа устанавливается в богатое соотношение воздух - топливо в то время, когда NOx абсорбируется в базовом слое в форме нитрата, концентрация кислорода в поступающем отработавшем газе уменьшается, таким образом, происходит обратная реакция (NO→ NO). В результате нитрат-ионы NO в базовом слое высвобождаются из базового слоя в форме NO. Затем высвобожденный NOвосстанавливается в N посредством восстанавливающего агента, такого как HC, CO и H, содержащегося в поступающем отработавшем газе. Таким образом, катализатор 22 накопления-восстановления NOx конфигурируется, чтобы, когда соотношение воздух - топливо поступающего отработавшего газа является бедным, накапливать NOx, а когда соотношение воздух - топливо поступающего отработавшего газа является богатым, высвобождать накопленный NOx и восстанавливать высвобожденный NOx в N.
В основной части 1 двигателя сгорание выполняется в атмосфере с избытком кислорода. Следовательно, поскольку соотношение воздух - топливо отработавшего газа, поступающего в катализатор 22 накопления-восстановления NOx, является бедным, NOx в отработавшем газе в это время накапливается в катализаторе 22 накопления-восстановления NOx. Впрочем, количество NOx, накопленного в катализаторе 22 накопления-восстановления NOx, увеличивается с течением времени. В варианте осуществления изобретения, для того, чтобы высвобождать NOx из катализатора 22 накопления-восстановления NOx, соотношение воздух - топливо отработавшего газа, поступающего в катализатор 22 накопления-восстановления NOx, временно изменяется на богатое соотношение воздух - топливо.
4
4
4
SOx также содержится в отработавшем газе, и SOx накапливается в катализаторе 22 накопления-восстановления NOx в форме сульфата BaSO, когда соотношение воздух - топливо поступающего отработавшего газа является бедным. То есть катализатор 22 накопления-восстановления NOx имеет функцию улавливания SOx в отработавшем газе. Однако сульфат BaSO является устойчивым и трудно разлагаемым, таким образом, сульфат BaSO не разлагается лишь посредством простого установления соотношения воздух - топливо отработавшего газа в богатое соотношение воздух - топливо, и остается в неизменном виде. С другой стороны, когда соотношение воздух - топливо отработавшего газа, поступающего в катализатор 22 накопления-восстановления NOx, устанавливается в богатое соотношение воздух - топливо в состоянии, когда температура катализатора 22 накопления-восстановления NOx была повышена до температуры высвобождения SOx, SOx высвобождается из катализатора 22 накопления-восстановления NOx. В варианте осуществления изобретения, для того, чтобы высвобождать SOx из катализатора 22 накопления-восстановления NOx, в то время как температура катализатора 22 восстановления-уменьшения NOx увеличивается до температуры высвобождения SOx и сохраняется равной температуре высвобождения SOx, соотношение воздух - топливо отработавшего газа, поступающего в катализатор 22 накопления-восстановления NOx, временно изменяется на богатое соотношение воздух - топливо. Температура высвобождения SOx равна, например, 600°C.
В варианте осуществления изобретения, для того, чтобы изменять соотношение воздух - топливо отработавшего газа, поступающего в катализатор 22 накопления-восстановления NOx, на богатое соотношение воздух - топливо, топливо впрыскивается в рабочем такте или такте выхлопа в дополнение к основному топливу для получения выходной мощности двигателя. Дополнительное топливо сгорает в камерах 2 сгорания, в выхлопном канале выше по потоку от катализатора 22 накопления-восстановления NOx, или в катализаторе 22 накопления-восстановления NOx, пока выходная мощность двигателя почти не формируется. В другом варианте осуществления (не показан), для того, чтобы изменять соотношение воздух - топливо отработавшего газа, поступающего в катализатор 22 накопления-восстановления NOx, на богатое соотношение воздух - топливо, топливо во вторую очередь добавляется в отработавший газ из клапана добавления топлива, размещенного в выхлопном канале выше по потоку от катализатора 22 накопления-восстановления NOx.
В варианте осуществления изобретения, для того, чтобы увеличивать температуру катализатора 22 накопления-восстановления NOx, дополнительное топливо впрыскивается из каждого клапана 3 впрыска топлива в соответствующем рабочем такте или такте выхлопа. В другом варианте осуществления (не показан), для того, чтобы увеличивать температуру катализатора 22 накопления-восстановления NOx, топливо во вторую очередь добавляется в отработавший газ из клапана добавления топлива, размещенного в выхлопном канале выше по потоку от катализатора 22 накопления-восстановления NOx.
Кроме того, твердые частицы, главным образом, формируемые из твердого углерода, содержатся в отработавшем газе. Эти твердые частицы собираются посредством сажевого фильтра 24. Как описано выше, сгорание имеет место в основной части 1 двигателя в атмосфере с избытком кислорода, таким образом, сажевый фильтр 24 помещается в окислительную атмосферу. Катализатор из драгоценного металла, имеющий функцию окисления, поддерживается на сажевом фильтре 24. В результате твердые частицы, накопившиеся в сажевом фильтре 24, последовательно окисляются. Однако, когда количество твердых частиц, которое накапливается в единицу времени, становится больше количества твердых частиц, которое окисляется в единицу времени, количество твердых частиц, которое накапливается в сажевом фильтре 24, увеличивается с течением времени работы двигателя.
В варианте осуществления изобретения, для того, чтобы уменьшать количество твердых частиц, накопившихся в сажевом фильтре 24, выполняется управление для удаления PM. В управлении для удаления PM температура сажевого фильтра 24 увеличивается до заданной температуры удаления PM и поддерживается равной температуре удаления PM. В результате твердые частицы в сажевом фильтре 24 удаляются, и потеря давления в сажевом фильтре 24 снижается. Температура удаления PM, например, приблизительно равна 610°C.
В варианте осуществления изобретения, для того, чтобы увеличивать температуру сажевого фильтра 24, дополнительное топливо впрыскивается из каждого клапана 3 впрыска топлива в соответствующем рабочем такте или такте выхлопа. В другом варианте осуществления (не показан), для того, чтобы увеличивать температуру сажевого фильтра 24, топливо, во вторую очередь, добавляется в отработавший газ из клапана добавления топлива, размещенного в выхлопном канале выше по потоку от сажевого фильтра 24.
3
3
2
3
Впрочем, зола также содержится в отработавшем газе, и зола также накапливается посредством сажевого фильтра 24 вместе с твердыми частицами. Было подтверждено изобретателями настоящей заявки, что зола в этом случае, главным образом, формируется из карбоната кальция (CaCO). Кальций (Ca) берет начало в смазочном масле двигателя. Углерод (C) берет начало в топливе. То есть смазочное масло двигателя поступает в камеры 2 сгорания и сжигается, и кальций (Ca) в смазочном масле объединяется с углеродом (C) в топливе, приводя в результате к тому, что получается карбонат кальция (CaCO). Альтернативно, оксид кальция (CaO), полученный внутри камер 2 сгорания, накапливается в сажевом фильтре 24, и затем оксид кальция (CaO) реагирует с диоксидом углерода (CO) в отработавшем газе в сажевом фильтре 24, приводя в результате к тому, что получается карбонат кальция (CaCO).
Впрочем, даже когда выполняется управление для удаления PM, зола не сгорает или испаряется. То есть зола не удаляется из сажевого фильтра 24 и остается в сажевом фильтре 24. В этом случае, как указано символом A на фиг. 3A, зола прилипает к внутреннему периметру 71is каждого канала 71i подачи отработавшего газа, так, что она покрывает внутренний периметр 71is. В результате потеря давления в сажевом фильтре 24 увеличивается из-за золы.
В этом случае зола поступает в сажевый фильтр 24 в форме частиц и накапливается на внутренних периметрах 71is. Когда количество золы на каждом внутреннем периметре 71is увеличивается, частицы золы объединяются друг с другом, чтобы формировать форму слоя. В этом процессе зола и каждая перегородка 72 зацепляются друг с другом, например, посредством заякоривания, приводя в результате к тому, что слой золы прочно прилипает к каждому внутреннему периметру 71is. По этой причине, например, даже когда поток отработавшего газа действует на золу, трудно десорбировать золу с каждого внутреннего периметра 71is.
3
3
2
2
3
3
С другой стороны, когда зола поддерживается при высоких температурах, зола преобразуется в оксид кальция (CaO). То есть, когда карбонат кальция (CaCO), то есть зола, поддерживается при высоких температурах, карбонат кальция (CaCO) разлагается на оксид кальция (CaO) и диоксид углерода (CO), и диоксид углерода (CO), то есть газ, высвобождается из слоя золы. В результате диаметр частиц золы уменьшается, и плотность слоя золы уменьшается. В результате связывание между частицами золы и зацепление золы с перегородками 72 ослабляется. Энергия связывания оксида кальция (CaO) выше энергии связывания карбоната кальция (CaCO). В ионных кристаллах вещество, имеющее высокую энергию связывания, тверже вещества, имеющего низкую энергию связывания. По этой причине, когда карбонат кальция (CaCO) преобразуется в оксид кальция (CaO), зола становится твердой, и слой золы крошится. Следовательно, золе предоставляется возможность легко десорбироваться с каждого внутреннего периметра 71is. Это было подтверждено посредством эксперимента, проведенного изобретателями настоящей заявки.
В варианте осуществления изобретения, для того, чтобы уменьшать количество золы, осевшей в сажевом фильтре 24, выполняется управление для десорбции золы. В управлении для десорбции золы температура сажевого фильтра 24 увеличивается до заданной температуры десорбции золы и поддерживается равной температуре десорбции золы. В этом случае температура десорбции золы является температурой, подходящей для преобразования золы в оксид кальция (CaO). В результате повышенная потеря давления в сажевом фильтре 24 из-за золы снижается.
Зола A, десорбированная с внутреннего периметра 71is каждого канала 71i впуска отработавшего газа в то время, когда управление для десорбции золы выполняется, перемещается в заднюю часть 71ir канала 71i впуска отработавшего газа посредством отработавшего газа, протекающего через канал 71i впуска отработавшего газа, как показано на фиг. 3B. В этом случае зола A может прилипать к внутреннему периметру 71is в задней части 71ir. Однако такая зола A почти не влияет на потерю давления в сажевом фильтре 24.
Температура десорбции золы, то есть температура, подходящая для преобразования золы в оксид кальция (CaO), например, выше или равна 450°C. Когда температура десорбции золы снижается, время, которое требуется, чтобы выполнять управление для десорбции золы, становится продолжительней. С другой стороны, если температура десорбции золы является чрезмерно высокой, существует вероятность, что количество топлива в единицу времени, которое требуется, чтобы повышать температуру сажевого фильтра 24, чрезмерно увеличивается, или катализатор 22 накопления-восстановления NOx или сажевый фильтр 24 ломается. По этой причине температура десорбции золы желательно выше или равна приблизительно 620°C и ниже или равна приблизительно 800°C, а более желательно приблизительно 650°C. В варианте осуществления изобретения температура десорбции золы устанавливается приблизительно равной 650°C. В варианте осуществления изобретения, поскольку температура удаления PM равна приблизительно 610°C, как описано выше, температура десорбции золы устанавливается так, чтобы быть выше температуры удаления PM.
С другой стороны, вышеописанная реакция разложения золы обеспечивается посредством катализатора, имеющего функцию окисления, на сажевом фильтре 24. Однако, когда большое количество твердых частиц накапливается в сажевом фильтре 24, золе трудно контактировать с катализатором, имеющим функцию окисления. В результате затрудняется протекание реакции разложения золы, что приводит в результате к тому, что затрудняется десорбция золы с внутренних периметров 71is.
В варианте осуществления изобретения определяется, действительно ли количество твердых частиц, накопившихся в сажевом фильтре 24, меньше или равно заданной установленной величине накопления, и управление для десорбции золы выполняется, когда определяется, что количество твердых частиц, накопившихся в сажевом фильтре 24, меньше или равно установленной величине накопления. В результате зола надежно десорбируется с внутренних периметров 71is.
В варианте осуществления изобретения количество твердых частиц, накопившихся в сажевом фильтре 24, рассчитывается на основе рабочего состояния двигателя. В частности, расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц вычисляется с помощью следующего математического выражения. В следующем математическом выражении dQPMi обозначает увеличение в количестве твердых частиц, накопившихся в единицу времени, а dQPMr обозначает уменьшение в количестве твердых частиц, накопившихся в единицу времени.
QPM=QPM+dQPMi - dQPMr
Увеличение dQPMi в количестве накопившихся твердых частиц вычисляется на основе рабочего состояния двигателя, то есть, например, нагрузки L двигателя и скорости Ne вращения двигателя. В варианте осуществления изобретения нагрузка L двигателя представляется величиной нажатия педали 39 акселератора. Увеличение dQPMi сохраняется в ПЗУ 32 заранее в форме карты, показанной на фиг. 4A как функция нагрузки L двигателя и скорости Ne вращения двигателя. С другой стороны, уменьшение dQPMr в количестве накопившихся твердых частиц вычисляется на основе рабочего состояния двигателя, то есть, например, температуры TF сажевого фильтра 24 и объема Ge отработавшего газа, поступающего в сажевый фильтр 24. В варианте осуществления изобретения объем Ge отработавшего газа представляется посредством объема всасываемого воздуха. Уменьшение dQPMr сохраняется в ПЗУ 32 заранее в форме карты, показанной на фиг. 4B как функция температуры TF фильтра и объема Ge отработавшего газа.
В вышеописанных условиях, когда расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц превышает заданное первое установленное значение QPM1 для PM, начинается управление для удаления PM. Когда управление для удаления PM выполняется, расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц уменьшается. Когда расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц становится меньше или равно заданному второму установленному значению QPM2 для PM, управление для удаления PM заканчивается.
В варианте осуществления изобретения количество золы, осевшей в сажевом фильтре 24, рассчитывается на основе рабочего состояния двигателя. В частности, расчетное количество QA осевшей золы вычисляется с помощью следующего математического выражения. В следующем математическом выражении dQAi обозначает увеличение в количестве золы, осевшей в единицу времени, а dQAr обозначает уменьшение в количестве золы, осевшей в единицу времени.
QA=QA+dQAi - dQAr
Увеличение dQAi в количестве осевшей золы вычисляется на основе рабочего состояния двигателя, то есть, например, нагрузки L двигателя и скорости Ne вращения двигателя. Увеличение dQAi сохраняется в ПЗУ 32 заранее в форме карты, показанной на фиг. 5A как функция нагрузки L двигателя и скорости Ne вращения двигателя. С другой стороны, уменьшение dQAr в количестве осевшей сажи вычисляется на основе рабочего состояния двигателя, то есть, например, температуры TF сажевого фильтра 24, объема Ge отработавшего газа, поступающего в сажевый фильтр 24, и расчетного количества QPM накопившихся твердых частиц. Уменьшение dQAr сохраняется в ПЗУ 32 заранее в форме карты, показанной на фиг. 5B как функция температуры TF фильтра, объема Ge отработавшего газа и расчетного количества QPM накопившихся твердых частиц.
В вышеописанных условиях, когда расчетное количество QA осевшей золы превышает заданное первое установленное значение QA1 для золы, и расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц меньше или равно третьему установленному значению QPM3 для PM, соответствующему вышеописанной заданной величине накопления, начинается управление для десорбции золы. Следовательно, по идее, определяется, больше ли количество золы, осевшей в сажевом фильтре 24, чем заданная первая установленная величина осаждения, и определяется, что количество твердых частиц, накопившихся в сажевом фильтре 24, меньше или равно установленной величине накопления, и количество золы, осевшей в сажевом фильтре 24, больше первой установленной величины осаждения, выполняется управление для десорбции золы. В варианте осуществления изобретения, когда расчетное количество QA осевшей золы, которое вычисляется на основе рабочего состояния двигателя, больше первого установленного значения QA1 для золы, определяется, что количество золы, осевшей в сажевом фильтре 24, больше первой установленной величины осаждения. Когда расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц, которое вычисляется на основе рабочего состояния двигателя, меньше или равно третьему установленному значению QPM3 для PM, определяется, что количество твердых частиц, накопившихся в сажевом фильтре 24, меньше или равно установленной величине накопления.
Когда выполняется управление для десорбции золы, расчетное количество QA осевшей золы уменьшается. Когда расчетное количество QA осевшей золы становится меньше или равно заданному второму установленному значению QA2 для золы, управление для десорбции золы заканчивается. Следовательно, по идее, определяется, меньше ли или равно количество осевшей золы заданной второй величине осаждения во время управления для десорбции золы, и управление для десорбции золы заканчивается, когда определяется, что количество осевшей золы меньше или равно второй заданной величине осаждения во время управления для десорбции золы. В варианте осуществления изобретения, когда расчетное количество QA осевшей золы, которое вычисляется на основе рабочего состояния двигателя, меньше или равно второму установленному значению QA2 для золы, определяется, что количество золы, осевшей в сажевом фильтре 24, меньше или равно второй установленной величине осаждения.
То есть, как показано на фиг. 6, когда расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц превышает первое установленное значение QPM1 для PM во время ta1, управление для удаления PM начинается. В результате температура TF фильтра повышается до температуры TFPM удаления PM и поддерживается равной температуре TFPM удаления PM. В этом случае соотношение AFE воздух - топливо отработавшего газа, поступающего в сажевый фильтр 24, слегка уменьшается, в то же время поддерживаясь в соотношении воздух - топливо, более бедном, чем стехиометрическое соотношение AFS воздух - топливо.
Когда управление для удаления PM выполняется, расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц уменьшается. Затем, когда расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц становится меньше или равно второму установленному значению QPM2 для PM во время ta2, управление для удаления PM заканчивается. В варианте осуществления изобретения второе установленное значение QPM2 для PM равно нулю.
В варианте осуществления изобретения третье установленное значение QPM3 для PM задается так, чтобы быть равным второму установленному значению QPM2 для PM. Следовательно, во время ta2, расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц меньше или равно третьему расчетному значению QPM3 для PM. С другой стороны, во время ta2, расчетное количество QA осевшей золы больше первого установленного значения QA1 для золы. По этой причине, во время ta2, начинается управление для десорбции золы. То есть температура TF фильтра дополнительно увеличивается до температуры TFA десорбции золы и поддерживается равной температуре TFA десорбции золы. В этом случае соотношение AFE воздух - топливо отработавшего газа дополнительно уменьшается, в то же время поддерживаясь в соотношении воздух - топливо, более бедном, чем стехиометрическое соотношение AFS воздух - топливо. Твердые частицы, поступающие в сажевый фильтр 24 во время управления для десорбции золы, немедленно окисляются и удаляются. Следовательно, во время управления для десорбции золы, расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц поддерживается на нуле.
Когда выполняется управление для десорбции золы, расчетное количество QA осевшей золы уменьшается. В частности, когда расчетное количество QA осевшей золы становится меньше или равно второму установленному значению QA2 для золы во время ta3, управление для десорбции золы заканчивается. То есть температура TF фильтра возвращается к первоначальной температуре, и соотношение AFE воздух - топливо отработавшего газа возвращается к первоначальному соотношению воздух - топливо.
3
В примере, показанном на фиг. 6, время dtA, в течение которого температура TF фильтра поддерживается так, чтобы быть выше или равной температуре TFA десорбции золы в управлении для десорбции золы, является более продолжительным, чем время dtPM, в течение которого температура TF фильтра поддерживается так, чтобы быть выше или равной температуре TFPM удаления PM в управлении для удаления PM. Это обусловлено тем, что преобразование карбоната кальция (CaCO) в оксид кальция (CaO) не происходит достаточно в короткий период времени. То есть в примере, показанном на фиг. 6, даже когда температура TF фильтра поддерживается равной температуре TFA, более высокой, чем температура TFPM удаления PM в управлении для десорбции золы, трудно в достаточной степени получать действие десорбции золы в случае, когда время dTA удержания равно или короче времени dtPM удержания управления для удаления PM. Принимая во внимание тот факт, что времени dTA удержания для управления для десорбции золы предоставляется возможность продлеваться, когда температура TFA десорбции золы уменьшается, а времени dtA удержания предоставляется возможность сокращаться, когда температура TFA десорбции золы увеличивается, в примере, показанном на фиг. 6, может быть видно, что температура TFA десорбции золы задается так, что время dTA удержания для управления для десорбции золы продолжительней времени dtPM удержания для управления для удаления PM. В другом варианте осуществления (не показан), температура TFA десорбции золы задается приблизительно равной 800°C. Таким образом, время dtA удержания управления для десорбции золы задается короче времени dtPM удержания управления для удаления PM. Другими словами, в этом варианте осуществления, температура TFA десорбции золы задается так, что время dtA удержания управления для десорбции золы короче времени dtPM удержания управления для удаления PM.
В варианте осуществления изобретения, когда расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц становится меньше или равно второму установленному значению QPM2 для PM, управление для удаления PM заканчивается, и, когда расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц становится меньше или равно третьему установленному значению QPM3 для PM, управление для десорбции золы начинается. Второе установленное значение QPM2 для PM и третье установленное значение QPM3 для PM практически равны друг другу. Следовательно, в варианте осуществления изобретения, когда управление для удаления PM заканчивается, начинается управление для десорбции золы. Альтернативно, может быть видно, что определяется, что количество твердых частиц, скопившихся в сажевом фильтре, меньше или равно установленной величине накопления в то время, когда управление для удаления PM заканчивается. В любом случае, управление для десорбции золы начинается в то время, когда температура сажевого фильтра 24 относительно высокая, таким образом, представляется возможным эффективно увеличивать температуру сажевого фильтра 24.
Впрочем, количество золы, которое накапливается в сажевом фильтре 24 в единицу времени, значительно меньше количества твердых частиц, которое накапливается в сажевом фильтре 24 в единицу времени. По этой причине частота, с которой управление для десорбции золы выполняется, ниже частоты, с которой выполняется управление для удаления PM. То есть, как показано на фиг. 7A, каждый раз, когда управление для удаления PM выполняется множество раз, управление для десорбции золы выполняется однократно. В другом варианте осуществления (не показан), каждый раз, когда управление для удаления PM выполняется однократно, управление для десорбции золы выполняется однократно.
С другой стороны, время удержания управления для десорбции золы является относительно продолжительным, таким образом, управление для десорбции золы может быть приостановлено по некоторым причинам. В этом случае управление для десорбции золы прекращается в состоянии, когда расчетное количество золы, осевшей в сажевом фильтре 24, больше второго установленного значения QA2 для золы. В варианте осуществления изобретения, впоследствии, когда расчетное количество QPM твердых частиц, накопившихся в сажевом фильтре 24, становится меньше или равно третьему установленному значению QPM3 для PM, управление для десорбции золы выполняется, даже когда расчетное количество QA золы, осевшей в сажевом фильтре, меньше первого установленного значения QA1 для золы. То есть, как указано символом X на фиг. 7B, когда управление для десорбции золы приостанавливается, управление для десорбции золы возобновляется в то время, когда следующее управление для удаления PM заканчивается, как указано символом Y. В результате повышенная потеря давления в сажевом фильтре 24 из-за золы надежно снижается. В возобновленном управлении для десорбции золы, когда расчетное количество QA осевшей золы становится меньше или равно второму установленному значению QA2 для золы, управление для десорбции золы заканчивается.
Фиг. 8 показывает программу вычисления расчетного количества QPM накопившихся твердых частиц согласно варианту осуществления изобретения. Эта программа повторяющимся образом выполняется по прерыванию с заданными установленными интервалами. Как показано на фиг. 8, на этапе 100, увеличение dQPMi и уменьшение dQPMr в количестве накопившихся твердых частиц соответственно вычисляются с помощью карты, показанной на фиг. 4A, и карты, показанной на фиг. 4B. Затем, на этапе 101, вычисляется расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц (QPM=QPM+dQPMi - dQPMr).
Фиг. 9 показывает программу вычисления расчетного количества QA осевшей золы согласно варианту осуществления изобретения. Эта программа повторяющимся образом выполняется по прерыванию с заданными установленными интервалами. Как показано на фиг. 9, на этапе 200, увеличение dQAi и уменьшение dQAr в количестве осевшей золы соответственно вычисляются с помощью карты, показанной на фиг. 5A, и карты, показанной на фиг. 5B. Затем, на этапе 201, вычисляется расчетное количество QA осевшей золы (QA=QA+dQAi - dQAr).
Фиг. 10 показывает программу выполнения управления для удаления PM согласно варианту осуществления изобретения. Эта программа повторяющимся образом выполняется по прерыванию с заданными установленными интервалами. Как показано на фиг. 10, на этапе 300 определяется, установлен ли флаг XPM. Флаг XPM устанавливается (XPM=1), когда управление для удаления PM должно быть выполнено; иначе, флаг XPM сбрасывается (XPM=0). Когда флаг XPM сброшен, процесс переходит к этапу 301. На этапе 301 определяется, больше ли расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц, чем первое установленное значение QPM1 для PM. Когда QPM ≤ QPM1, цикл обработки заканчивается. Когда QPM > QPM1, процесс переходит к этапу 302, и флаг XPM устанавливается (XPM)=1.
Когда флаг XPM установлен, процесс переходит от этапа 300 к этапу 303, и управление для удаления PM выполняется. Затем, на этапе 304, определяется, меньше или равно расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц второму установленному значению QPM2 для PM. Когда QPM > QPM2, цикл обработки заканчивается. Когда QPM ≤ QPM2, процесс переходит к этапу 305, и управление для удаления PM заканчивается. Затем, на этапе 306, флаг XPM сбрасывается (XPM=0).
Фиг. 11 показывает программу выполнения управления для десорбции золы согласно варианту осуществления изобретения. Эта программа повторяющимся образом выполняется по прерыванию с заданными установленными интервалами. Как показано на фиг. 11, на этапе 400 определяется, установлен ли флаг XA. Флаг XA устанавливается (XA=1), когда управление для десорбции золы должно быть выполнено; иначе, флаг XA сбрасывается (XA=0). Когда флаг XA сброшен, процесс переходит к этапу 401. На этапе 401 определяется, больше ли расчетное количество QA осевшей золы первого установленного значения QA1 для золы. Когда QA ≤QA1, цикл обработки заканчивается. Когда QA > QA1, процесс переходит к этапу 402, и флаг XA устанавливается (XA=1).
Когда флаг XA установлен, процесс переходит от этапа 400 к этапу 403. На этапе 403 определяется, меньше или равно расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц третьему установленному значению QPM3 для PM. Когда QPM > QPM3, цикл обработки заканчивается. Когда QPM ≤ QPM3, процесс переходит к этапу 404, и выполняется управление для десорбции золы. Затем, на этапе 405, определяется, меньше или равно расчетное количество QA осевшей золы второму установленному значению QA2 для золы. Когда QA > QA2, цикл обработки заканчивается. Когда QA ≤ QA2, процесс переходит к этапу 406, и управление для десорбции золы заканчивается. Затем, на этапе 407, флаг XA сбрасывается (XA=0).
Когда управление для десорбции золы приостанавливается, флаг XA сохраняется в установленном состоянии. По этой причине, когда программа на фиг. 11 выполняется после этого, процесс переходит от этапа 400 к этапу 403, и когда расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц меньше или равно третьему установленному значению QPM3 для PM, управление для десорбции золы возобновляется.
Далее будет описан другой вариант осуществления изобретения. В вышеописанном варианте осуществления изобретения третье установленное значение QPM3 для PM задается так, чтобы быть практически равным второму установленному значению QPM2 для PM. В отличие от этого, в другом варианте осуществления изобретения, третье установленное значение QPM3 для PM задается так, чтобы быть больше второго установленного значения QPM2 для PM. Существуют две идеи для управления для удаления PM и управления для десорбции золы в этом случае. Эти идеи будут описаны друг за другом со ссылкой на фиг. 12 и фиг. 13.
Первоначально, в варианте осуществления, показанном на фиг. 12, когда расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц становится меньше или равно второму установленному значению QPM для PM во время tb1, управление для удаления PM заканчивается. На фиг. 12 расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц в случае, когда управление для десорбции золы не началось, после того как управление для удаления PM закончилось, указывается прерывистой линией. Расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц, которое указывается прерывистой линией, постепенно увеличивается со времени tb1 и становится больше или равно третьему установленному значению QPM3 для PM во время tb2. То есть, в период ARP от времени tb1 до времени tb2, расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц меньше или равно третьему установленному значению QPM3 для PM. Следовательно, не требуется начинать управление для десорбции золы непосредственно после того, как управление для удаления PM закончилось. Когда управление для десорбции золы начинается в периоде ARP, зола надежно десорбируется. В варианте осуществления, показанном на фиг. 12, управление для десорбции золы начинается во время tb3 в периоде ARP. Другими словами, после того как время dtD задержки прошло с окончания управления для удаления PM, начинается управление для десорбции золы. Расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц в этом случае указывается непрерывной линией на фиг. 12. Когда время dtD задержки равно нулю, расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц аналогично расчетному количеству варианта осуществления, показанного на фиг. 6.
С другой стороны, в варианте осуществления, показанном на фиг. 13, во время tc1, в которое управление для удаления PM выполняется, расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц становится меньше или равно третьему установленному значению QPM3 для PM. В это время, хотя расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц больше второго установленного значения QPM2 для PM, управление для удаления PM приостанавливается или заканчивается, и начинается управление для десорбции золы. Во время управления для десорбции золы также твердые частицы в сажевом фильтре 24 окисляются и удаляются. Следовательно, расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц продолжает уменьшаться, даже когда управление для десорбции золы начинается, и достигает второго установленного значения QPM для PM, то есть нуля, во время tc2.
2
Фиг. 14 показывает дополнительный другой вариант осуществления изобретения. В варианте осуществления, показанном на фиг. 14, датчик 28 концентрации оксида углерода предусматривается в выхлопной трубе 25. Датчик 28 концентрации оксида углерода используется, чтобы обнаруживать концентрацию оксидов углерода (моноксида углерода (CO) и диоксида углерода (CO)) в отработавшем газе, вытекающем из сажевого фильтра 24.
Фиг. 15 показывает отклонение в концентрации CCOX оксидов углерода в отработавшем газе, вытекающем из сажевого фильтра 24 в то время, когда управление для удаления PM непрерывно выполняется. На фиг. 15 CCOXR указывает концентрацию диоксидов углерода в отработавшем газе, вытекающем из сажевого фильтра 24 во время обычной работы, когда управление для удаления PM или управление для десорбции золы не выполняется, то есть эталонную концентрацию оксида углерода. Когда управление для удаления PM начинается во время td1 на фиг. 15, твердые частицы в сажевом фильтре 24 начинают окисляться, таким образом, концентрация CCOX оксидов углерода увеличивается посредством увеличения dCCOX относительно эталонной концентрации CCOXR оксида углерода. С течением времени, количество твердых частиц, которые окисляются, уменьшается, таким образом, увеличение dCCOX постепенно уменьшается и становится нулевым во время td2. То есть концентрация CCOX оксидов углерода совпадает с эталонной концентрацией CCOXR оксида углерода. Эталонная концентрация CCOXR оксида углерода может изменяться в ответ на рабочее состояние двигателя, то есть, например, нагрузку L двигателя и скорость Ne вращения двигателя. Эталонная концентрация CCOXR оксида углерода сохраняется в ПЗУ 32 заранее в форме карты, показанной на фиг. 16 как функция нагрузки L двигателя и скорости Ne вращения двигателя.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 6, когда расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц меньше или равно третьему установленному значению QPM3 для PM, определяется, что количество твердых частиц, накопившихся в сажевом фильтре 24, меньше или равно заданной величине накопления. То есть момент начала управления для десорбции золы определяется на основе расчетного количества QPM накопившихся твердых частиц. В отличие от этого, в варианте осуществления, показанном на фиг. 14, момент начала управления для десорбции золы определяется на основе увеличения dCCOX в концентрации оксидов углерода. То есть определяется, что количество твердых частиц, накопившихся в сажевом фильтре, меньше или равно заданной величине накопления, когда увеличение, вызванное управлением для удаления PM, в концентрации оксидов углерода в отработавшем газе, вытекающем из сажевого фильтра 24 во время управления для удаления PM, становится меньше или равно заданному установленному значению.
То есть, когда управление для удаления PM начинается во время te1 на фиг. 17, увеличение dCCOX в концентрации оксидов углерода увеличивается. С течением времени увеличение dCCOX уменьшается и впоследствии становится меньше или равно значению dCCOX1, соответствующему вышеописанному заданному значению во время te2. В варианте осуществления, показанном на фиг. 17, управление для удаления PM заканчивается в это время, и начинается управление для десорбции золы. В результате предоставляется возможность надежно задавать момент начала управления для десорбции золы в момент, в который количество твердых частиц, накопившихся в сажевом фильтре 24, является небольшим, таким образом, представляется возможным надежно десорбировать золу с внутренних периметров 71is.
2
3
Как показано на фиг. 17, когда управление для десорбции золы начинается, увеличение dCCOX увеличивается снова. Это обусловлено тем, что диоксид углерода (CO) высвобождается в результате преобразования карбоната кальция (CaCO) в оксид кальция (CaO). Впоследствии, увеличение dCCOX становится меньше значения dCCOX1 снова во время te3.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 6, когда расчетное количество QA осевшей золы меньше или равно второму установленному значению QA2 для золы, определяется, что количество золы, осевшей в сажевом фильтре 24, меньше или равно второй установленной величине осаждения. То есть момент окончания управления для десорбции золы определяется на основе расчетного количества QA осевшей золы. В отличие от этого, в другом варианте осуществления (не показан), момент окончания управления для десорбции золы определяется на основе увеличения dCCOX в концентрации оксидов углерода. То есть, когда увеличение в концентрации оксидов углерода в отработавшем газе, вытекающем из сажевого фильтра 24 во время управления для десорбции золы, меньше или равно другому предварительно установленному значению, определяется, что количество золы, осевшей в сажевом фильтре 24, меньше или равно второй установленной величине осаждения.
Фиг. 18 показывает дополнительный вариант осуществления изобретения. В варианте осуществления, показанном на фиг. 18, предусматривается датчик потери давления. Датчик потери давления используется, чтобы определять потерю давления в сажевом фильтре 24. В варианте осуществления, показанном на фиг. 18, потеря давления в сажевом фильтре 24 представляется посредством перепада давления выше и ниже по потоку от сажевого фильтра 24, и датчик потери давления является датчиком 27 перепада давления для определения перепада давления выше и ниже по потоку от сажевого фильтра 24. В другом варианте осуществления (не показан), потеря давления в сажевом фильтре 24 представляется посредством обратного давления двигателя, то есть давления в выхлопном канале выше по потоку от сажевого фильтра 24, и датчик потери давления является датчиком давления, предусмотренным в выхлопном канале выше по потоку от сажевого фильтра 24.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 6, когда расчетное количество QA осевшей золы меньше или равно второму установленному значению QA2 для золы, определяется, что количество золы, осевшей в сажевом фильтре 24, меньше или равно второй установленной величине осаждения. То есть момент окончания управления для десорбции золы определяется на основе расчетного количества QA осевшей золы. В отличие от этого, в варианте осуществления, показанном на фиг. 19, момент окончания управления для десорбции золы определяется на основе перепада давления выше и ниже по потоку от сажевого фильтра 24.
Как описано выше, когда управление для десорбции золы выполняется, твердые частицы почти не накапливаются в сажевом фильтре 24. По этой причине потеря давления в сажевом фильтре 24 во время управления для десорбции золы существует вследствие самого сажевого фильтра 24 и золы, таким образом, потеря давления представляет количество осевшей золы.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 18, когда потеря давления в сажевом фильтре 24 становится меньше или равной установленному пороговому значению, определяется, что количество осевшей золы меньше или равно второй установленной величине осаждения. То есть, когда перепад давления dPF выше и ниже по потоку от сажевого фильтра 24 меньше или равен установленному дифференциальному давлению dPFA, соответствующему пороговому значению, управление для десорбции золы заканчивается.
Фиг. 19 схематично показывает отклонение в перепаде давления dPF выше и ниже по потоку от сажевого фильтра 24. Как показано на фиг. 19, управление для удаления PM начинается во время tf1, перепад давления dPF выше и ниже по потоку уменьшается. Затем, во время tf2, управление для удаления PM заканчивается, и начинается управление для десорбции золы. Перепад давления dPF выше и ниже по потоку в это время указывается значением dPFPM. Впоследствии, когда перепад давления dPF выше и ниже по потоку становится меньше или равен установленному перепаду давления dPFA во время tf3, управление для десорбции золы заканчивается. Как показано на фиг. 19, установленный перепад dPF давления задается так, чтобы быть меньше на ddPF перепада давления dPFPM выше и ниже по потоку в то время, когда управление для удаления PM заканчивается. В результате повышенная потеря давления в сажевом фильтре 24 из-за золы надежно восстанавливается.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 6, когда расчетное количество QA осевшей золы больше первого установленного значения QA1 для золы, определяется, что количество золы, осевшей в сажевом фильтре 24, больше первой установленной величины осаждения. То есть момент начала управления для десорбции золы определяется на основе расчетного количества QA осевшей золы. В отличие от этого, в другом варианте осуществления (не показан), момент начала управления для десорбции золы определяется на основе перепада давления выше и ниже по потоку от сажевого фильтра 24. То есть, когда потеря давления в сажевом фильтре 24 в то время, когда управление для удаления PM заканчивается, больше другого установленного порогового значения, определяется, что количество золы, осевшей в сажевом фильтре 24, больше первой установленной величины осаждения.
Фиг. 20 показывает дополнительный другой вариант осуществления изобретения. В варианте осуществления, показанном на фиг. 20, катализатор 22, такой как катализатор накопления-восстановления NOx, имеющий функцию улавливания SOx в отработавшем газе, не предусматривается, и выхлопная труба 21 соединяется с входом сажевого фильтра 24. В этом случае концентрация SOx в отработавшем газе, испускаемом из основной части 1 двигателя, то есть, например, концентрация SOx в отработавшем газе, поступающем в выпускной коллектор 5, и концентрация SOx в отработавшем газе, поступающем в сажевый фильтр 24, практически равны друг другу.
3
4
3
3
4
В варианте осуществления, показанном на фиг. 20, было подтверждено изобретателями настоящей заявки, что зола, главным образом, формируется из карбоната кальция (CaCO) и сульфата кальция (CaSO). Это происходит по следующей причине. То есть, в варианте осуществления, показанном на фиг. 20, карбонат кальция (CaCO), то есть зола, накапливается посредством сажевого фильтра 24, и отработавший газ, содержащий SOx, поступает в сажевый фильтр 24. Поскольку сажевый фильтр 24 находится в окисляющей атмосфере в это время, часть карбоната кальция (CaCO) преобразуется в сульфат кальция (CaSO).
4
4
3
3
3
3
4
3
3
3
4
4
3
3
4
Когда сульфат кальция (CaSO) поддерживается при высокой температуре, в то время как соотношение воздух - топливо отработавшего газа, поступающего в сажевый фильтр, сохраняется в практически стехиометрическом соотношении воздух - топливо, или соотношении воздух - топливо, более богатом, чем стехиометрическое соотношение воздух - топливо, то есть сажевый фильтр 24 поддерживается в восстановительной атмосфере, сульфат кальция (CaSO) преобразуется в карбонат кальция (CaCO) или сульфид кальция (CaS), сульфид кальция (CaS) преобразуется в карбонат кальция (CaCO) или оксид кальция (CaO), и карбонат кальция (CaCO) преобразуется в оксид кальция (CaO), как описано выше. Энергия связывания карбоната кальция (CaCO) или сульфида кальция (CaS) выше энергии связывания сульфата кальция (CaSO), энергия связывания карбоната кальция (CaCO) или оксида кальция (CaO) выше энергии связывания сульфида кальция (CaS), а энергия связывания оксида кальция (CaO) выше энергии связывания карбоната кальция (CaCO). Следовательно, когда зола содержит карбонат кальция (CaCO) и сульфат кальция (CaSO), сульфат кальция (CaSO) необходимо преобразовывать в карбонат кальция (CaCO), а карбонат кальция (CaCO) необходимо преобразовывать в оксид кальция (CaO) для того, чтобы вынуждать золу десорбироваться с внутренних периметров 71is. В варианте осуществления, показанном на фиг. 20, когда управление для десорбции золы должно быть выполнено, температура сажевого фильтра поддерживается равной температуре десорбции золы, в то время как соотношение воздух - топливо отработавшего газа, поступающего в сажевый фильтр, поддерживается практически в стехиометрическом соотношении воздух - топливо или соотношении воздух - топливо, более богатом, чем стехиометрическое соотношение воздух - топливо. В результате, когда зола содержит сульфат кальция (CaSO), также зола надежно десорбируется с внутренних поверхностей 71is.
То есть, как показано на фиг. 21, когда расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц превышает первое установленное значение QPM1 для PM во время tg1, управление для удаления PM начинается. В результате температура TF фильтра повышается до температуры TFPM удаления PM и поддерживается равной температуре TFPM удаления PM. В этом случае соотношение AFE воздух - топливо отработавшего газа, поступающего в сажевый фильтр 24, слегка уменьшается, в то же время поддерживаясь в соотношении воздух - топливо, более бедном, чем стехиометрическое соотношение AFS воздух - топливо. Впоследствии, когда расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц становится меньше или равно второму установленному значению QPM2 для PM во время tg2, управление для удаления PM заканчивается, и начинается управление для десорбции золы. То есть температура TF фильтра дополнительно увеличивается до температуры TFA десорбции золы и поддерживается равной температуре TFA десорбции золы. В этом случае соотношение AFE воздух - топливо отработавшего газа изменяется на соотношение воздух - топливо, более богатое, чем стехиометрическое соотношение AFS воздух - топливо, и поддерживается. Впоследствии, когда расчетное количество QA осевшей золы становится меньше или равно второму установленному значению QA2 для золы во время tg3, управление для десорбции золы заканчивается. То есть температура TF фильтра возвращается к первоначальной температуре, и соотношение AFE воздух - топливо отработавшего газа возвращается к первоначальному соотношению воздух - топливо.
Далее будет описан дополнительный другой вариант осуществления изобретения. В варианте осуществления, описанном выше, когда расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц меньше или равно третьему установленному значению QPM3 для PM в то время, когда расчетное количество QA осевшей золы становится больше первого установленного значения QA1 для золы, начинается управление для десорбции золы. Другими словами, когда расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц больше третьего установленного значения QPM3 для PM в то время, когда расчетное количество QA осевшей золы становится больше первого установленного значения QA1 для золы, управление для десорбции золы не выполняется до тех пор, пока расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц не станет меньше или равно третьему установленному значению QPM3 для PM в результате управления для удаления PM после этого. По этой причине, когда управление для удаления PM не выполняется вследствие некоторых причин, существует вероятность, что состояние, когда количество осевшей золы является большим, сохраняется в течение длительного периода времени.
В дополнительном другом варианте осуществления изобретения, когда расчетное количество QA осевшей золы становится больше заданного третьего установленного значения QA3 для золы, даже когда расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц больше третьего установленного значения QPM3 для PM, начинается управление для десорбции золы. В результате третье установленное значение QA3 для золы задается так, чтобы быть больше или равным вышеописанному первому установленному значению QA1 для золы.
То есть, как показано на фиг. 22, когда расчетное количество QA осевшей золы превышает третье установленное значение QA3 для золы во время th1, начинается управление для десорбции золы. Фиг. 22 показывает случай, когда третье установленное значение QA3 для золы задается так, чтобы быть больше первого установленного значения QA1 для золы. В результате температура TF фильтра повышается до температуры TFA десорбции золы и поддерживается равной температуре TFA десорбции золы. В варианте осуществления, показанном на фиг. 22, соотношение AFE воздух - топливо отработавшего газа, поступающего в сажевый фильтр 24, слегка уменьшается, в то же время поддерживаясь в соотношении воздух - топливо, более бедном, чем стехиометрическое соотношение AFS воздух - топливо.
Когда управление для десорбции золы начинается, расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц уменьшается. С другой стороны, в то время как расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц больше третьего установленного значения QPM3 для PM, преобразование золы в оксид кальция (CaO) не происходит, таким образом, расчетное количество QA осевшей золы не уменьшается. Впоследствии, когда расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц становится меньше или равно третьему установленному значению QPM3 для PM во время th2, расчетное количество QA осевшей золы начинает уменьшаться.
Впоследствии, когда расчетное количество QA осевшей золы становится меньше или равно второму установленному значению QA2 для золы во время th3, управление для десорбции золы заканчивается. То есть температура TF фильтра возвращается к первоначальной температуре, и соотношение AFE воздух - топливо отработавшего газа возвращается к первоначальному соотношению воздух - топливо.
Таким образом, в варианте осуществления, показанном на фиг. 22, независимо от расчетного количества QPM накопившихся твердых частиц, управление для десорбции золы принудительно выполняется. Следовательно, чрезмерное увеличение в количестве осевшей золы предотвращается.
Фиг. 23 показывает программу выполнения управления для десорбции золы согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 22. Эта программа повторяющимся образом выполняется по прерыванию с заданными установленными интервалами. Как показано на фиг. 23, на этапе 400 определяется, установлен ли флаг XA. Флаг XA устанавливается (XA=1), когда управление для десорбции золы должно быть выполнено; иначе, флаг XA сбрасывается (XA=0). Когда флаг XA сброшен, процесс переходит к этапу 401. На этапе 401 определяется, больше ли расчетное количество QA осевшей золы первого установленного значения QA1 для золы. Когда QA ≤ QA1, цикл обработки заканчивается. Когда QA > QA1, процесс переходит к этапу 402, и флаг XA устанавливается (XA=1). Затем, на этапе 402a, определяется, больше ли оцениваемое количество QA осевшей золы третьего установленного значения QA3 для золы. Когда QA ≤ QA3, цикл обработки заканчивается. Когда QA > QA3, процесс переходит к этапу 402b, и флаг XAF устанавливается (XAF=1). Флаг XAF устанавливается (XAF=1), когда управление для десорбции золы должно быть выполнено, независимо от расчетного количества QPM накопившихся твердых частиц; иначе, флаг XAF сбрасывается (XAF=0).
Когда флаг XA установлен, процесс переходит от этапа 400 к этапу 403. На этапе 403 определяется, меньше или равно расчетное количество QPM накопившихся твердых частиц третьему установленному значению QPM3 для PM. Когда QPM > QPM3, процесс переходит к этапу 403a. На этапе 403a определяется, установлен ли флаг XAF. Когда флаг XAF сброшен, цикл обработки заканчивается. Когда флаг XAF установлен, процесс переходит к этапу 404. Когда QPM ≤ QPM3, процесс переходит от этапа 403 к этапу 404. На этапе 404 выполняется управление для десорбции золы. Затем, на этапе 405, определяется, меньше или равно расчетное количество QA осевшей золы второму установленному значению QA2 для золы. Когда QA > QA2, цикл обработки заканчивается. Когда QA ≤ QA2, процесс переходит к этапу 406, и управление для десорбции золы заканчивается. Затем, на этапе 407, флаг XA сбрасывается (XA=0). Затем, на этапе 407a, флаг XAF сбрасывается (XAF=0).