СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УХУДШЕНИЯ СОСТОЯНИЯ САЖЕВОГО ФИЛЬТРА ДВИГАТЕЛЯ НА ОСНОВАНИИ РАСХОДА ЧЕРЕЗ ВТОРИЧНЫЙ ВЫПУСКНОЙ УЗЕЛ
METHOD (VERSIONS) AND SYSTEM FOR DETERMINING DETERIORATION OF THE STATE OF THE PARTICULATE FILTER OF AN ENGINE BASED ON FLOW RATE THROUGH A SECONDARY VENT ASSEMBLY

Область техники
Настоящее описание в целом относится к способам и системам для обнаружения утечки сажевого фильтра (СФ).
Уровень техники/Сущность изобретения
Фильтры твердых частиц все шире используются в автомобильных системах выпуска отработавших газов для снижения концентрации твердых частиц в отработавших газах двигателя. При накоплении сажи в сажевом фильтре, достигающем порогового значения накопления сажи, для сжигания накопленной сажи может быть использован процесс регенерации фильтра, происходящий при контролируемых рабочих условиях двигателя. Однако со временем эффективность улавливания сажи такими сажевыми фильтрами может необратимо снижаться, так как в фильтре образуются трещины в результате неконтролируемых колебаний температуры во время процесса регенерации фильтра. Снижение эффективности улавливания сажевым фильтром может привести к выбросу твердых частиц, значительно превышающему установленные законодательством нормы.
Постоянно ужесточающиеся требования к нормам выброса твердых частиц и вводимые государством требования по системам бортовой диагностики (СБД) для отслеживания эффективности улавливания сажевым фильтром стимулировали обширные исследования в области новых методов отслеживания характеристик работы сажевого фильтра. Один способ предусматривает определение перепада давления на сажевом фильтре. Если перепад давления меньше порогового значения перепада давления, то возможно наличие утечки в сажевом фильтре. Однако данный способ может не подойти для определения неисправности фильтра, вызванной мешающим воздействием золы, скопившейся в фильтре. Другие способы определения утечки сажевого фильтра предусматривают использование датчика содержания сажи, установленного ниже по потоку относительно сажевого фильтра, для отслеживания сажевой нагрузки в потоке отработавших газов и подачи сигнала, если сажевая нагрузка превышает пороговое значение сажевой нагрузки (например, пороговое значение сажи может быть основано на пороговом значении объема допустимой утечки сажи исходя из выбросов твердых частиц с отработавшими газами).
Однако, авторы настоящего изобретения выявили возможные проблемы, связанные с подобными системами. В одном из примеров датчик содержания сажи может иметь низкую чувствительность в отношении утечки сажи из-за относительно малого количества сажи, скапливающейся на датчике содержания сажи. Это может быть обусловлено геометрией выпускной трубы и/или недостаточным перемешиванием отработавших газов. Более того, крупные дизельные твердые частицы и/или капли воды могут ударять о поверхности датчика содержания сажи, приводя к искажениям показаний датчика содержания сажи.
В одном из примеров описанные выше проблемы могут быть решены с помощью способа отвода отработавших газов из выпускной трубы в параллельные первый и второй выпускные ходы, находящиеся вне выпускной трубы. Второй выпускной ход содержит фильтр, подсоединенный к электрической цепи. Способ также предусматривает регулировку работы двигателя на основании оценочного соотношения расходов отработавших газов через первый и второй выпускные ходы. Данные расходы основаны на падении давления в соответствующих трубках Вентури первого и второго выпускных ходов. Таким образом, ухудшение состояния сажевого фильтра в выпускном тракте может быть определено точно.
В качестве одного из примеров, параллельные первый и второй выпускные ходы могут быть расположены ниже по потоку от сажевого фильтра в выпускном тракте. С увеличением количества регенераций сажевого фильтра состояние сажевого фильтра может стать ухудшенным, и все большее количество сажи может проходить ниже по потоку от сажевого фильтра. В результате больше сажи может быть накоплено на фильтре, расположенном во втором выпускном ходе и, как следствие, это может привести к противодавлению во втором выпускном ходе. Сопротивление потоку отработавших газов при прохождении через второй выпускной ход приводит к увеличению соотношения расходов через первый и второй выпускные ходы. Как только данное соотношение достигает порогового значения соотношения, электрическую цепь, имеющую электрическое соединение с фильтром во втором выпускном ходе, используют для регенерации фильтра. Ухудшение состояния сажевого фильтра в выпускном тракте может быть индицировано, как только временной интервал между очередными последовательными регенерациями фильтра во втором выпускном ходе сократится до временного интервала меньше порогового значения временного интервала.
Следует понимать, что вышеуказанное краткое описание приведено лишь для упрощенного представления концепций, которые дополнительно раскрыты в разделе «Осуществление изобретения». Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивают вариантами осуществления, устраняющими какие-либо вышеуказанные недостатки или недостатки в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На ФИГ. 1 представлен двигатель с цилиндром.
На ФИГ. 2 представлен вторичный выпускной узел, соединенный по текучей среде с выпускной трубой двигателя.
На ФИГ. 3 представлен способ определения ухудшения состояния сажевого фильтра в выпускной трубе.
На ФИГ. 4 представлен график отслеживания временного интервала между регенерациями сажевого фильтра во вторичном выпускном узле.
Осуществление изобретения
Нижеследующее раскрытие касается систем и способов определения ухудшения состояния сажевого фильтра двигателя на основании расхода через вторичный выпускной узел, соединенный по текучей среде с выпускной трубой двигателя. Автомобиль содержит двигатель, способный приводить автомобиль в движение за счет сгорания, как показано на ФИГ. 1. Сажевый фильтр и вторичный выпускной узел размещены вдоль выпускной трубы, причем сажевый фильтр расположен выше по потоку от узла вторичного потока отработавших газов. Вторичный выпускной узел содержит два параллельных хода, как показано на ФИГ. 2. Параллельные первый и второй выпускные ходы находятся снаружи (т.е. вне) выпускной трубы. Второй ход также содержит металлический фильтр, способный улавливать сажу из потока отработавших газов вне выпускной трубы. При ухудшении состояния сажевого фильтра в выпускной трубе, фильтр может пропускать утечку большего количества сажи. Пропущенная из-за утечки сажа может проходить в узел вторичного потока, в котором металлический фильтр может улавливать ее. Со временем металлический фильтр может стать полностью засоренным сажей. При полном засорении металлического фильтра, данный фильтр может быть подвергнут регенерации для удаления скопившейся сажи. Засорение металлического фильтра может быть определено на основании соотношения расходов отработавших газов через первый и второй ходы, как на показано в способе, проиллюстрированном на ФИГ. 3. Способ по ФИГ. 3 также иллюстрирует определение ухудшения состояния сажевого фильтра в выпускной трубе на основании временного интервала между текущей регенерацией и предыдущей регенерацией металлического фильтра. Как раскрыто выше, состояние сажевого фильтра может стать ухудшенным после порогового значения количества регенераций (например, 1000). При образовании некоторого количества трещин и/или утечек в сажевом фильтре, накопление сажи на металлическом фильтре может происходить с увеличенной скоростью, тем самым приводя к сокращению временных интервалов между регенерациями металлического фильтра. Изменения во временных интервалах между регенерациями металлического фильтра графически представлены на ФИГ. 4.
Далее на ФИГ. 1 показана схема, представляющая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10 внутреннего сгорания в системе 100 двигателя, которая может входить в состав движительной системы автомобиля. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере, частично посредством управляющей системы, содержащей контроллер 12, и посредством входных данных от водителя 132 автомобиля через вводное устройство 130. В этом примере вводное устройство 130 содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерации сигнала, пропорционального положению педали. Камера 30 сгорания двигателя 10 содержит цилиндр, образованный стенками 32 цилиндра, и поршень 36, расположенный внутри них. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 с возможностью преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен по меньшей мере с одним приводным колесом автомобиля через промежуточную трансмиссионную систему. Дополнительно, стартер может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик для возможности пуска двигателя 10.
Камера 30 сгорания может получать впускной воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать отработавшие газы при горении через выпускной канал (например, выпускную трубу) 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых примерах камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
В этом примере впускным клапаном 52 и выпускным клапаном 54 можно управлять с помощью кулачкового привода посредством соответствующих систем 51 и 53 кулачкового привода. Системы 51 и 53 кулачкового привода могут содержать один или более кулачков и могут применять одну или более систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которыми можно управлять посредством контроллера 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 можно определять соответственно с помощью датчиков 55 и 57 положения. В альтернативных примерах впускным клапаном 52 и/или выпускным клапаном 54 можно управлять посредством электропривода клапанов. Например, цилиндр 30 в других случаях может содержать впускной клапан, управляемый посредством электропривода клапанов, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, предусматривающего систему ППК и/или систему ИФКР.
Топливная форсунка 69 показана в прямом соединении с камерой 30 сгорания для непосредственного впрыска в нее топлива пропорционально продолжительности импульса сигнала, полученного от контроллера 12. Таким образом, топливная форсунка 69 обеспечивает так называемый непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка может быть установлена, например, в боковой стороне камеры сгорания или в верхней стороне камеры сгорания. Топливо в топливную форсунку 69 могут подавать с помощью топливной системы (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу. В некоторых примерах камера 30 сгорания может в качестве альтернативы или дополнительно содержать топливную форсунку, расположенную во впускном коллекторе 44, в конфигурации, обеспечивающей так называемый распределенный впрыск топлива во впускное отверстие выше по потоку от камеры 30 сгорания.
Свеча 66 зажигания создает в камере 30 сгорания искру. Система зажигания может также содержать катушку зажигания (не показана) для увеличения напряжения, подаваемого на свечу 66 зажигания. В еще одном примере, таком как дизельный двигатель, свеча 66 зажигания может отсутствовать.
Впускной канал 42 может содержать дроссель 62 с дроссельной заслонкой 64. В этом конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 можно изменять с помощью контроллера 12 посредством сигнала, подаваемого на электромотор или исполнительный механизм, относящийся к дросселю 62, что составляет конфигурацию, обычно называемую электронным управлением дросселем (ЭУД). Таким образом, дроссель 62 может быть приведен в действие для изменения подачи впускного воздуха в камеру 30 сгорания среди других цилиндров двигателя. Данные о положении дроссельной заслонки 64 могут быть переданы в контроллер 12 посредством сигнала положения дросселя. Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для определения количества воздуха, поступающего в двигатель 10.
Датчик 126 отработавших газов показан соединенным с выпускным каналом 48 выше по потоку от системы 140 рециркуляции отработавших газов и от устройства 70 контроля токсичности в соответствии с направлением потока отработавших газов. Датчиком 126 может быть любой подходящий датчик для обеспечения показания воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, линейный датчик содержания кислорода или УДКОГ (универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик содержания кислорода или ДКОГ, НДКОГ (нагреваемый ДКОГ), датчик содержания оксидов азота, датчик содержания углеводородов или датчик содержания монооксида углерода. В одном из примеров расположенный выше по потоку датчик 126 отработавших газов представляет собой УДКОГ с возможностью выдачи выходного сигнала, такого как сигнал напряжения, который будет пропорционален количеству кислорода, присутствующему в отработавших газах. Контроллер 12 преобразует выходной сигнал датчика содержания кислорода в воздушно-топливное отношение, отработавших газов двигателя посредством передаточной функции датчика содержания кислорода.
Система 140 рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять требуемую часть отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной коллектор 44 посредством канала 152 РОГ. Количество РОГ, подаваемых во впускной коллектор 44, может быть изменено контроллером 12 посредством клапана 144 РОГ. При некоторых условиях систему 140 РОГ можно использовать для регулировки температуры воздушно-топливной смеси в камере сгорания, обеспечивая таким образом способ регулировки опережения зажигания для некоторых режимов сгорания.
Устройство 70 контроля токсичности показано установленным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), накопитель оксидов азота, различные другие устройства контроля токсичности или их комбинации. В некоторых примерах, во время работы двигателя 10, устройство 70 контроля токсичности может быть периодически восстановлено путем приведения в действие, по меньшей мере, одного цилиндра двигателя при конкретном воздушно-топливном отношении.
Сажевый фильтр 72 показан установленным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от устройства 70 контроля токсичности. Сажевый фильтр 72 может представлять собой дизельный сажевый фильтр или бензиновый сажевый фильтр. Материалом, из которого изготовлен сажевый фильтр 72, может быть керамика, кремний, металл, бумага или их сочетания. Во время работы двигателя 10 сажевый фильтр 72 может улавливать сажу (например, несгоревшие углеводороды) для снижения выбросов автомобиля в окружающий воздух. Сажа забивает поверхности сажевого фильтра и может создавать противодавление в системе выпуска. Противодавление в системе выпуска может отрицательно повлиять на двигатель. Как только сажевый фильтр 72 станет полностью засоренным сажей (например, сажевая нагрузка на сажевый фильтр превышает пороговое значение сажевой нагрузки), противодавление может быть слишком высоким для надлежащего вывода отработавших газов. Работа, затрачиваемая на отвод отработавших газов из двигателя 10, увеличивается для преодоления противодавления, упомянутого выше. Во избежание высокого противодавления двигатель 10 может регенерировать фильтр либо пассивно, либо активно.
Пассивная регенерация может происходить когда нагрузка на двигатель превышает пороговое значение нагрузки, что приводит к увеличению температуры отработавших газов. Когда температура отработавших газов превышает пороговое значение температуры (например, 450°С), сажа может сгорать в сажевом фильтре 72. Таким образом, пассивная регенерация происходит без изменений в режиме работы двигателя. С другой стороны, активная регенерация происходит посредством подачи сигнала контроллером 12 для изменения работы двигателя, чтобы увеличить температуру отработавших газов (например, поздний впрыск топлива, вторичный впрыск топлива, дросселирование, рециркуляция отработавших газов, запаздывание зажигания и/или уменьшение воздушно-топливного отношения) независимо от нагрузки двигателя.
По мере того как сажа сгорает во время активной или пассивной регенерации, температура сажевого фильтра повышается до высоких значений температуры (например, 1400°С). Температуру регенерации может быть трудно контролировать, и если температуру оставить без контроля, то регенерация может вызвать ухудшение состояния сажевого фильтра 72. Ухудшение состояния может содержать образование в сажевом фильтре 72 утечки (например, трещины) и/или отверстия, которые могут давать саже возможность поступать далее вниз по потоку в выпускной канал 48, за сажевым фильтром 72, и увеличивать выбросы автомобиля в окружающий воздух.
Другими факторами, также вносящими свой вклад в ухудшение состояния сажевого фильтра, являются вибрации автомобиля и зола от смазочного масла. Вибрации автомобиля могут ухудшать состояние хрупких компонентов внутри сажевого фильтра 72 из-за расширения компонентов (т.е. сниженной прочности), вызванного воздействием слишком высоких температур на сажевый фильтр 72. Зола от смазочного масла может содержать оксиды металлов, которые могут взаимодействовать с сажевым фильтром 72 и образовывать фазы (например, ухудшение состояния частей сажевого фильтра, при котором другие части остаются функциональными), что существенно ухудшает состояние по меньшей мере части сажевого фильтра.
Узел 74 вторичного потока показан установленным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от сажевого фильтра 72. Узел 74 вторичного потока содержит вход 76, расположенный внутри выпускного канала 48 на конце узла 74 вторичного потока, ближайшем к сажевому фильтру 72. Узел 74 вторичного потока также содержит выход 78, расположенный внутри выпускного канала 48 на противоположенном конце узла 74 вторичного потока, наиболее удаленном от сажевого фильтра 72.
Вход 76 и выход 78 соединены по текучей среде с выпускным трактом 48, а также с обоими каналами: с первым каналом 80 и со вторым каналом 82. Первый канал 80 и второй канал 82 параллельны и по существу идентичны друг другу по геометрической форме. Второй канал 82 содержит металлический фильтр 84, который имеет электронное соединение с контроллером 12. Металлический фильтр 84 меньше, чем сажевый фильтр 72. И первый канал 80, и второй канал 82 расположены снаружи выпускного канала 48, но получают отработавшие газы из выпускного канала 48 через вход 76. Другими словами, первый канал 80 и второй канал 82 расположены с наружной стороны относительно внутренней полости выпускного канала 48. Узел 74 вторичного потока может быть использован для определения ухудшения состояния сажевого фильтра 72. Узел вторичного потока будет более детально раскрыт ниже применительно к ФИГ. 2 и 3.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в качестве микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство (МПУ) 102, порты 104 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, показанную в качестве постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 106 (например, долговременной памяти) в данном конкретном примере, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 108, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 110 и шину данных. Контроллер 12 выполнен с возможностью получения различных сигналов от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к вышеуказанным сигналам, включая показание подаваемого массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; показание температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, соединенного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал положения двигателя от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), определяющего положение коленчатого вала 40; положения дросселя от датчика 65 положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (АДК) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя может быть сгенерирован контроллером 12 на основании сигнала датчика 118 положения коленчатого вала. Сигнал давления в коллекторе также предоставляет информацию о разрежении или давлении во впускном коллекторе 44. Следует обратить внимание на возможность использования указанных выше датчиков в различных комбинациях, таких как датчик МРВ без датчика АДК, или наоборот. Во время работы двигателя крутящий момент двигателя может быть определен по выходному сигналу датчика 122 АДК и частоте вращения двигателя. Дополнительно, этот датчик вместе с зарегистрированной частотой вращения двигателя может быть основой для оценки массы (в том числе воздуха), подаваемой в цилиндр. В одном примере датчик 118 положения коленчатого вала, который также используют в качестве датчика частоты вращения двигателя, может генерировать заранее заданное количество равноудаленных импульсов на каждый оборот коленчатого вала.
Постоянное запоминающее устройство 106 среды хранения данных может быть запрограммировано с помощью машиночитаемых данных, представляющих собой долговременные инструкции, исполняемые процессором 102, для осуществления способов, раскрываемых далее, а также других вариантов, предвиденных, но не указанных в конкретном виде.
Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков на ФИГ.1 и задействует различные исполнительные механизмы на ФИГ.1 для регулирования работы двигателя на основе принимаемых сигналов и инструкций, хранимых в памяти контроллера 12. В одном из примеров контроллер 12 изменяет работу двигателя для ограничения выходного крутящего момента автомобиля в ответ на получение сигнала от металлического фильтра 84 в узле 74 вторичного потока.
Как будет понятно специалистам в данной области техники, конкретные алгоритмы, раскрытые ниже на блок-схемах, могут представлять собой любое количество стратегий обработки, таких как событийные, с управлением по прерываниям, многозадачные, многопоточные и тому подобное. Различные проиллюстрированные действия или функции могут быть выполнены в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях могут быть пропущены. Подобным образом порядок обработки не обязателен для применения с целью достижения отличительных особенностей и преимуществ, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Хотя это и явно не указано, одно или более из проиллюстрированных действий или функций могут быть выполнены повторно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Более того, данные чертежи графически представляют программный код, записываемый в машиночитаемую среду хранения данных в контроллере 12, для выполнения контроллером вместе с аппаратным обеспечением двигателя, как показано на ФИГ. 1.
На ФИГ. 1 изображен одиночный цилиндр двигателя, также содержащий сажевый фильтр, установленный выше по потоку от узла вторичного потока. На ФИГ. 2 узел вторичного потока изображен более детально.
Что касается ФИГ. 2, система 200 изображает узел 202 вторичного потока, соединенный по текучей среде с выпускным трактом 204 ниже по потоку от сажевого фильтра 201. Сплошные линии со стрелками показывают пример направления потока отработавших газов. Узел 202 вторичного потока, сажевый фильтр 201 и выпускной тракт 204 могут быть использованы в варианте осуществления изобретения, изображенном на ФИГ. 1. В данном качестве узел 202 вторичного потока, сажевый фильтр 201 и выпускной тракт 204 могут быть примерами узла 74 вторичного потока, сажевого фильтра 72 и выпускного канала 48, изображенных на ФИГ. 1.
Как раскрыто выше, сажевый фильтр 201 расположен выше по потоку от узла 202 вторичного потока. Поток отработавших газов от цилиндров двигателя проходит через сажевый фильтр 201 и достигает узла 202 вторичного потока. По меньшей мере часть отработавших газов, проходящая через выпускной тракт 204, проходит от выпускного тракта 204 в узел 202 вторичного потока через вход 206. Вход 206 включает одно или более отверстий 208 на торце входа 206, ближайшем к сажевому фильтру 201. Отверстия 208 направлены в сторону, противоположную направлению потока отработавших газов. Другими словами, отверстия 208 направлены в сторону сажевого фильтра 201 и поступающего потока отработавших газов. Вход 206 проходит через по меньшей мере часть выпускного тракта 204 и перпендикулярен выпускному тракту 204. Другими словами, вход 206 проходит через наружную стенку выпускного тракта 204 и входит во внутреннюю полость выпускного тракта 204. В дополнение к этому, осевая линия входа 206 перпендикулярна осевой линии выпускного тракта 204 и направлению потока отработавших газов через выпускной тракт 204. Более того, все отверстия 208 находятся в границах выпускного тракта 204 на входе 206.
Отверстие 210 расположено на нижнем торце входа 206 в границах выпускного тракта 204. Отверстие 210 направлено перпендикулярно направлению потока отработавших газов (например, центральная ось отверстия перпендикулярна направлению потока отработавших газов). Отработавшие газы выходят из выпускного тракта 204 и поступают во вход 206 через отверстия 208. Когда отработавшие газы проходят через вход 206, они достигают части входа 206, находящейся вне выпускного тракта 204. Часть входа 206, находящаяся вне выпускного тракта 204, имеет температуру ниже, чем часть входа 206, находящаяся внутри выпускного тракта 204. Из-за данной разницы в температуре водяные пары в отработавших газах могут конденсироваться на поверхностях входа 206. Конденсат на поверхностях входа 206 может выпадать через отверстие 210 и поступать в выпускной тракт 204. Таким образом, количество воды, проходящее через узел 202 вторичного потока, уменьшено.
Отработавшие газы проходят через вход 206 к разветвлению на узле 202 вторичного потока. Разветвленная часть входа 206 направляет поток отработавших газов каждый из двух каналов: в первый канал 212 и во второй канал 214. Второй канал 214 расположен выше по вертикали и над первым каналом 212 относительно поверхности (например, земли), на которой находится автомобиль, в которым установлен двигатель. Вертикальное направление изображено на ФИГ. 2 стрелкой 250. Таким образом, второй канал 214 расположен дальше от земли, чем первый канал 212. Другими словами, первый канал 212 ближе к выпускному тракту 204, чем второй канал 214. В некоторых вариантах осуществления первый канал 212 и второй канал 214 могут быть по существу на равном расстоянии от земли, но на неравном расстоянии от выпускного тракта, причем второй канал 214 находится дальше от выпускного тракта, чем первый канал 212. Другими словами, первый канал 212 и второй канал 214 могут быть изготовлены таким образом, что они имеют горизонтальное смещение, причем второй канал 214 находится дальше от выпускного тракта 204, чем первый канал 212. В качестве дополнения или альтернативы первый канал 212 является ближайшим к выпускному тракту 204, а второй канал 214 является отдаленным от выпускного тракта 204.
При размещении второго канала 214 над первым каналом 212 по вертикали относительно земли, в первый канал 212 может поступать часть отработавших газов, большая по сравнению с оставшейся частью отработавших газов, поступающих во второй канал 214. Большая часть отработавших газов может поступать в первый канал 212, поскольку отработавшим газам энергетически более благоприятно течь самотеком (например, к первому каналу 212), чем против самотека (например, ко второму каналу 214).
И первый канал 212, и второй канал 214 расположены снаружи выпускного тракта 204. И первый канал 212, и второй канал 214 проходят в направлении, параллельном выпускному тракту 204. Например, поток отработавших газов через первый канал 212 и второй канал 214 параллелен потоку отработавших газов через выпускной тракт 204. И первый канал 212, и второй канал 214 содержат датчики 216А, 216В, 218А и 218В перепада давления соответственно. Датчик 216А перепада давления расположен выше по потоку от первого канала 220 Вентури в первом канале 212, а соответствующий датчик 216В перепада давления расположен внутри первого канала 220 Вентури. Аналогично, датчик 218А перепада давления расположен выше по потоку от второго канала 222 Вентури во втором канале 214, а соответствующий датчик 218В перепада давления расположен внутри второго канала 222 Вентури. Первый канал 220 Вентури по существу идентичен второму каналу 222 Вентури, поэтому падение давления в каналах Вентури и увеличение скорости потока в каналах Вентури по существу одинаковы для первого канала 220 Вентури и второго канала 222 Вентури соответственно.
Расход в первом канале 220 Вентури и втором канале 222 Вентури может быть рассчитан с помощью уравнения 1, приведенного ниже.
В уравнении 1 величина Q представляет собой расход отработавших газов либо через первый канал 212, либо через второй канал 214. Нижеследующее описание приведено для первого канала 212. Расчет величины Q для второго канала 214 по существу тот же самый. Изменение в давлении (Δр) основано на разнице между давлением, измеренным на датчике давления, и известным давлением в первом канале 220 Вентури. Плотность (ρ) оценивают для газа в узле вторичного потока на основании текущих рабочих условий двигателя (например, температура впускного воздуха, нагрузка, давление и тому подобное). Аа и Ab представляют площади поперечного сечения, как показано на ФИГ. 2.
На основании разницы в давлении (р), измеренной датчиком 216А перепада давления и датчиком 216В перепада давления, может быть рассчитано изменение давления (Δр). Давление на любом из двух датчиков 216А и 216В перепада давления основано на количестве отработавших газов, проходящих в первый канал 212. При увеличении потока отработавших газов к первому каналу 212, давление на датчиках 216А и 216В перепада давления возрастает. Однако данное возрастание на каждом из датчиков 216А и 216В перепада давления может быть не одинаковым (например, возрастание давления на датчике 216А перепада давления может быть больше, чем возрастание давления на датчике 216В перепада давления). Давление отработавших газов в первом канале 212 выше, чем давление отработавших газов во втором канале 214, поскольку первый канал 212 получает больше отработавших газов, чем второй канал 214, по причинам, раскрытым выше.
Плотность (р) отработавших газов на датчике 216А перепада давления может быть рассчитана на основании применения уравнения состояния идеального газа. Более того, согласно допущениям уравнения состояния идеального газа плотность отработавших газов может быть принята постоянной (например, несжимаемый газ). Рассчитанная плотность зависит от давления и температуры отработавших газов, причем плотность увеличивается с возрастанием давления и плотность уменьшается с возрастанием температуры.
«Аа» представляет собой площадь поперечного сечения первого канала 212 или второго канала 214 рядом с датчиком 216А перепада давления или датчиком 218А перепада давления соответственно, и основывается на диаметре (например, диаметр канала) первого канала 212 или второго канала 214 до сужения до диаметра канала Вентури. «Ab» представляет собой площадь поперечного сечения в самой узкой части первого канала 220 Вентури или второго канала 222 Вентури (и таким образом основана на диаметре каналов Вентури) рядом с датчиком 216В перепада давления или датчиком 218В перепада давления соответственно. «С» представляет собой постоянную величину, рассчитанную на основании геометрии первого канала 212. Следует понимать, что значения Аа, Ab и С равны для обоих каналов: для первого канала 212 и для второго канала 214 из-за по существу одинаковой геометрической формы первого канала 212 и второго канала 214.
Расчет расхода через первый канал 220 Вентури и второй канал 222 Вентури аналогичен, и, следовательно, для краткости описание расчета расхода через первый канал 220 Вентури может быть применено также ко второму каналу 222 Вентури.
Для выполнения расчета расхода (Q) давление (р) и плотность воздуха (ρ) определяют на основании измеренных параметров, причем С, Аа и Ab являются известными переменными (например, на основании известной геометрии). Как можно видеть из уравнения 1, расход через канал Вентури Q увеличивается при возрастании давления р выше по потоку от канала Вентури. Аналогично, Q уменьшается при увеличении ρ.
а
b
В качестве примера: для автомобиля, движущегося со скоростью 40 миль в час (миль/ч), плотность (ρ) воздуха известна на основе нагрузки двигателя и температуры впускного воздуха. Как раскрыто выше, С является постоянной величиной, определенной на основании геометрии канала. Первый канал 212 по существу идентичен второму каналу 214, поэтому их значения С могут быть по существу идентичны. Площади А и A известны.
1
2
Разница в давлении (р) может быть рассчитана на основании разницы между значениями давления, измеренными на датчике 216А перепада давления и датчике 216В перепада давления. Аналогичным образом для второго канала разница в давлении может быть рассчитана на основании разницы между значениями давления, измеренными на датчике 218А перепада давления и датчике 218В перепада давления. Как раскрыто выше, давление первого канала 212 больше, чем давление второго канала 214. Таким образом, все значения уравнения 1 могут быть равны для первого канала 212 и второго канала 214, за исключением перепада давления. Расход (Q) оценивают на основании упомянутых выше значений. Более того, Q пропорционален одному или более из р и ρ, как раскрыто выше. Оценочный расход для первого канала 212 в данном документе обозначен как Q, а оценочный расход для второго канала 214 в данном документе обозначен как Q.
Отработавшие газы, выходящие из второго канала 222 Вентури, поступают в металлический фильтр 224 ниже по потоку от второго канала 222 Вентури. Первый канал 212 не содержит металлического фильтра ниже по потоку от канала 220 Вентури. Металлический фильтр 224 выполнен с возможностью улавливания сажи из потока отработавших газов. Металлический фильтр 224 расположен поперек внутреннего диаметра второго канала 214. Учитывая то, что сажевый фильтр 201 расположен выше по потоку от узла 202 вторичного потока, сажа, присутствующая в потоке отработавших газов - это сажа, прошедшая через сажевый фильтр 201. Таким образом, количество сажи в потоке отработавших газов может увеличиваться, если сажевый фильтр 201 улавливает меньше сажи и/или в нем происходит образование трещин или утечек.
Металлический фильтр 224 не одинаков с сажевым фильтром 201. Металлический фильтр 224 меньше, чем сажевый фильтр 201. Металлический фильтр 224 расположен снаружи выпускного тракта 204, а сажевый фильтр 201 расположен внутри выпускного тракта 204. Более того, металлический фильтр 224 получает меньший поток отработавших газов, чем сажевый фильтр 201. Сажевый фильтр 201 расположен выше по потоку от металлического фильтра 224 относительно потока отработавших газов.
Металлический фильтр 224 имеет электрическое соединение с цепью 226 (изображена как большой пунктирный прямоугольник) с переключателем 228, тогда как сажевый фильтр 201 не имеет электрического соединения с цепью. Переключатель 228 может быть в открытом положении (указано сплошной линией) или в закрытом положении 230 (указано жирной короткой пунктирной линией). При закрытом положении 230 переключателя 228 цепь 226 замкнута и электрической ток проходит через металлический фильтр 224. Электрический ток, проходящий через металлический фильтр 224, повышает температуру металлического фильтра 224, чтобы регенерировать металлический фильтр 224 (например, выжигание сажи, уловленной металлическим фильтром 224, из фильтра).
1
2
2
2
1
2
1
2
1
2
При открытом положении переключателя 228 цепь 226 не замкнута и электрической ток не проходит через металлический фильтр 224. Перевод переключателя 228 между открытым положением и закрытым положением осуществляют на основании того, что соотношение Q к Q (например, расход через первый канал 212: расход через второй канал 214) меньше порогового значения соотношения или больше порогового значения соотношения соответственно. Пороговое значение соотношения может представлять собой постоянное число (например, 3). В качестве альтернативы пороговое значение соотношения может быть изменено на основании параметров работы двигателя (например, пороговое значение соотношения увеличивается при увеличении нагрузки двигателя). Q уменьшается при начале увеличивающегося засорения металлического фильтра 224 (например, возрастает сажевая нагрузка металлического фильтра 224). Возвратный поток отработавших газов увеличивается с возрастанием сажевой нагрузки, что уменьшает Q. Соотношение Q:Q увеличивается при увеличении Q или при уменьшении Q. Соотношение Q:Q будет раскрыто более детально применительно к ФИГ. 3 и 4.
Отработавшие газы проходят через металлический фильтр 224 и поступают в выход 234 второго канала. Отработавшие газы, проходящие через выход 234 второго канала, могут иметь меньшее давление, чем отработавшие газы, проходящие выше по потоку от второго канала Вентури вблизи датчика 218А давления.
Отработавшие газы выходят из первого канала 220 Вентури и поступают в выход 232 первого канала. Отработавшие газы, проходящие через выход 232 первого канала, могут иметь меньшее давление, чем отработавшие газы, проходящие выше по потоку от первого канала 220 Вентури вблизи датчика 216А давления.
Отработавшие газы как из выхода 232 первого канала, так и из выхода 234 второго канала объединяются в области слияния потоков (например, разветвленной части) выхода 236. Первая часть выхода 236 расположена снаружи выпускного тракта 204, а вторая часть выхода 236 расположена внутри выпускного тракта 204. Выход 236 под прямым углом входит в выпускной тракт 204. Как изображено, поток отработавших газов, выходящих из выхода 236 и поступающих в выпускной тракт 204, идет перпендикулярно потоку отработавших газов в выпускном тракте 204. В качестве альтернативы выход 236 может содержать такой изгиб в выпускном тракте 204, чтобы поток отработавших газов, выходящих из выхода 236 и поступающих в выпускной тракт 204, шел параллельно потоку отработавших газов в выпускном тракте 204. Выход 236 может иметь диаметр, по существу равный диаметру входа 206.
На ФИГ. 2 изображено устройство вторичного потока, соединенное по текучей среде с выпускным трактом. На ФИГ. 3 изображен способ определения утечки сажевого фильтра в выпускном тракте на основании того, что временные интервалы регенерации меньше пороговых временных интервалов.
На ФИГ. 3 показан способ 300 для определения ухудшения состояния сажевого фильтра в выпускном канале двигателя (например, утечка и/или выгорание) путем сравнения временного интервала регенерации металлического фильтра устройства вторичного потока с пороговым значением временного интервала. Инструкции по осуществлению способа 300 могут выполняться контроллером (например, контроллером 12, изображенным на ФИГ. 1) на основании инструкций, хранящихся в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, получаемыми от датчиков системы двигателя, таких как датчики, раскрытые выше в соответствии с ФИГ. 1 и 2. Контроллер может использовать исполнительные механизмы двигателя системы двигателя для регулировки работы двигателя в соответствии со способами, раскрытыми ниже.
Способ 300 может быть раскрыт с учетом вышеупомянутых компонентов, в частности, с учетом двигателя 10, контроллера 12, сажевого фильтра 201, узла 202 вторичного потока и выпускного тракта 204, принимая во внимание ФИГ. 1 и 2.
Способ 300 начинается на шаге 302 для определения, оценки и/или измерения текущих рабочих параметров двигателя. Текущие рабочие параметры двигателя могут содержать нагрузку двигателя, частоту вращения двигателя, скорость автомобиля, разрежение в коллекторе, положение дросселя, давление отработавших газов и воздушно-топливное отношение.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
На шаге 304 способ 300 предусматривает определение соотношения расходов первого канала во вторичном выпускном канале (например, расход Q первого канала 212 в узле 202 вторичного потока) и расхода второго канала в узле вторичного потока (например, расход Q второго канала 214 в узле 202 вторичного потока). Значения расходов вычисляют с помощью уравнения 1, как было раскрыто выше. Соотношение увеличивается при увеличении Q и/или уменьшении Q. Следовательно, соотношение уменьшается при уменьшении Q и/или увеличении Q. Как раскрыто выше, первый канал получает большее количество отработавших газов, чем второй канал, и в результате Q больше Q. Более того, по мере увеличения оседания сажи на металлическом фильтре (например, на металлическом фильтре 224) во втором канале в узле вторичного потока, соотношение Q к Q увеличивается. Таким образом, данное соотношение расходов может быть использовано для определения количества сажи, скопившейся на металлическом фильтре.
2
На шаге 306 способ 300 предусматривает определение того, превышает ли данное соотношение пороговое значение соотношения. Пороговое значение соотношения может быть основано на требуемом расходе через второй канал, основанном на упомянутых выше параметрах работы двигателя, причем соотношение может быть отрегулировано в зависимости от значения параметров работы двигателя. Например, пороговое значение соотношения может увеличиваться при увеличении нагрузки двигателя. В качестве альтернативы, пороговое значение соотношения может представлять собой постоянное значение соотношения. Металлический фильтр может не быть засорен или может быть засорен частично (например, сажевая нагрузка меньше порогового значения сажевой нагрузки), если сажевая нагрузка на металлический фильтр меньше порогового значения сажевой нагрузки, а поток отработавших газов через металлический фильтр равен требуемому значению (например, 0,002 кг/с). Если сажевая нагрузка превышает пороговое значение сажевой нагрузки, то возникает противодавление, способное уменьшить Q до значения, меньшего, чем требуемое значение (т.е. увеличить соотношение, вычисленное на шаге 304).
Если соотношение меньше, чем пороговое значение соотношения, то способ 300 переходит к шагу 308, чтобы поддерживать текущую работу двигателя и продолжать отслеживать соотношение расходов первого канала и второго канала. Способ 300 также поддерживает соединение электрической цепи с металлическим фильтром в разомкнутом состоянии. Например, контроллер 12 передает сигнал на оставление переключателя 228 цепи 226, как показано на ФИГ. 2, в открытом положении, так чтобы регенерация металлического фильтра 224 не происходила.
Если соотношение больше порогового значения соотношения, то способ 300 переходит к шагу 310, чтобы замкнуть электрическую цепь для регенерации металлического фильтра. Например, контроллер 12 отправляет сигнал на перевод переключателя 228 цепи 226 в закрытое положение, чтобы замкнуть цепь 226. Цепь 226 способна передавать электричество через металлический фильтр 224 и регенерировать фильтр, если цепь 226 завершена (например, замкнута). Как раскрыто выше, при закрытии переключателя цепи металлический фильтр нагревается и эффективно выжигает уловленную сажу из фильтра.
Переключатель остается в закрытом положении до тех пор, пока регенерация не будет завершена. Завершение регенерации может быть основано на том, что соотношение расходов меньше второго порогового значения соотношения. Как только соотношение станет ниже второго порогового значения соотношения, переключатель возвращают в открытое положение и регенерация прекращается (то есть электричество больше не проходит через металлический фильтр). В некоторых вариантах осуществления в качестве дополнения или альтернативы регенерация может быть прекращена после заданного периода времени (например, 20 секунд). Период времени может быть основан на среднем значении времени регенерации, затрачиваемого на уменьшение соотношения до значения ниже порогового значения соотношения. В качестве альтернативы регенерация может быть завершена, как только соотношение расходов достигнет второго порогового значения соотношения, которое ниже порогового значения соотношения, раскрытого выше (например, первого порогового значения соотношения). Второе пороговое значение соотношения регенерации ниже соотношения, соответствующего не засоренному фильтру, а пороговое значение соотношения (например, на шаге 306) выше соотношения, соответствующего засоренному фильтру.
На шаге 312 способ предусматривает определение временного интервала между последней регенерацией и текущей регенерацией металлического фильтра. Последнюю регенерацию определяют как событие регенерации, произошедшее непосредственно перед текущим событием регенерации. Временной интервал может быть вычислен на основании периода времени между инициацией последней регенерации и инициацией текущей регенерации (например, 120 минут). Временной интервал может быть меньше предыдущего временного интервала по мере ухудшения состояния сажевого фильтра в выпускном тракте (например, сажевого фильтра 201) и улавливания меньшего количества сажи. Например, в сажевом фильтре образуются утечки, которые могут позволять большему количеству сажи проходить к металлическому фильтру, что приводит к более частым регенерациям металлического фильтра.
На шаге 314 способ 300 определяет, является ли измеренный временной интервал меньшим, чем пороговое значение временного интервала. Пороговое значение временного интервала может быть основано на заданном пороговом значении (например, 200 минут), на последнем измеренном временном интервале или на значении в процентах от последнего измеренного временного интервала (например, 50% от последнего временного интервала). Более того, пороговое значение временного интервала может быть основано на пороговом значении, свидетельствующем об уменьшении временного интервала и о необходимости увеличения частоты регенераций металлического фильтра. В качестве дополнения или альтернативы пороговое значение временного интервала может быть отрегулировано на основании рабочих параметров двигателя. Например, пороговое значение временного интервала может быть уменьшено по мере увеличения нагрузки двигателя.
Если временной интервал не меньше порогового значения временного интервала, то способ 300 переходит к шагу 308, чтобы поддерживать текущую работу двигателя и продолжать отслеживать соотношение первого канала и второго канала.
Если временной интервал меньше порогового значения временного интервала, то способ 300 переходит к шагу 316, чтобы осуществить индикацию того, что сажевый фильтр в выпускном тракте, расположенный выше по потоку от металлического фильтра в узле вторичного потока, имеет утечку. Индикация утечки сажевого фильтра предусматривает регулировку работы двигателя и активацию контрольной лампы 318 (например, для оповещения водителя автомобиля об ухудшении состояния и необходимости замены сажевого фильтра).
В качестве примера, контроллер (например, контроллер 12) может подавать сигналы различным исполнительным механизмам двигателя (например, дросселю 62 двигателя 10), чтобы ограничить выходной крутящий момент двигателя с целью уменьшения количества производимых отработавших газов для соблюдения требований к нормам выброса. В качестве еще одного примера, дополнительно или альтернативно способ 300 может устанавливать опережение одного или более из таких моментов, как момент зажигания и впрыск топлива, увеличивать воздушно-топливное отношение и/или увеличивать РОГ. При увеличении потока РОГ к одному или более цилиндрам двигателя температура горючей смеси снижается и объем впрыскиваемого топлива может быть уменьшен. Благодаря данным действиям, количество сажи, выходящей с отработавшими газами из одного или более цилиндров двигателя, может быть уменьшено.
В одном из вариантов осуществления изобретения, в качестве дополнения или альтернативы, во время первого условия, при котором соблюдены условия для регенерации сажевого фильтра, и в ответ на временной интервал (например, временной интервал, определенный на шаге 312), превышающий пороговое значение временного интервала, регенерация сажевого фильтра в выпускном тракте двигателя может быть выполнена путем одного или более из таких действий как запаздывание зажигания и уменьшение воздушно-топливного отношения. Во время второго условия и в ответ на временной интервал меньше порогового значения временного интервала, контроллер (например, контроллер 12) может оповещать водителя об ухудшении состояния сажевого фильтра и регулировать исполнительный механизм двигателя для уменьшения выходного крутящего момента.
Таким образом, способ по ФИГ. 3 предоставляет собой способ, содержащий отвод отработавших газов от выпускной трубы в параллельные первый и второй выпускные ходы вне выпускной трубы, причем второй выпускной ход содержит фильтр, соединенный с электрической цепью. Способ предусматривает регулировку работы двигателя на основании оценочного соотношения расходов через первый и второй выпускные ходы отработавших газов. Данные расходы основаны на падении давления в соответствующих трубках Вентури первого и второго выпускных ходов.
1
2
ФИГ. 4 изображает последовательность 400 работы, иллюстрирующую примерные результаты работы двигателя с узлом вторичного потока (например, таким как узел 202 вторичного потока, изображенный на ФИГ. 2). Линия 402 отображает, осуществляется или нет регенерация металлического фильтра узла вторичного потока; линия 404 представляет соотношение расходов узла вторичного потока (например, Q:Q, как раскрыто выше); пунктирная линия 405 представляет пороговое значение соотношения расходов регенерации, а пунктирная линия 406 представляет пороговое значение соотношения расходов; линия 408 отображает, имеет ли место ухудшение состояния сажевого фильтра в выпускной трубе, соединенной по текучей среде с узлом вторичного потока и расположенной выше по потоку от узла вторичного потока; линия 410 представляет сажевую нагрузку металлического фильтра, а линия 412 представляет пороговое значение сажевой нагрузки металлического фильтра. Двусторонние стрелки I1, I2 и I3 представляют измеренные временные интервалы между последней регенерацией и текущей регенерацией металлического фильтра. Горизонтальные оси каждого графика представляют время и время возрастает от левой стороны фигуры к правой стороне фигуры.
ФИГ. 4 имеет иллюстративный характер, и временные интервалы между регенерациями металлического фильтра могут быть больше или меньше, чем изображенные временные интервалы. В качестве дополнения или альтернативы ухудшение состояния сажевого фильтра в выпускной трубе может происходить при достижении порогового значения пробега (например, 25000 миль).
До момента времени t1 регенерация металлического фильтра не происходит, как обозначено линией 402. Соотношение расходов узла вторичного потока меньше, чем пороговое значение соотношения расходов, как показано линиями 404 и 406 соответственно. Состояние сажевого фильтра, расположенного в выпускной трубе, не ухудшено, как показано линией 408. Сажевая нагрузка на металлическом фильтре относительно мала и ниже порогового значения сажевой нагрузки, как обозначено линиями 410 и 412. Как видно из графика, соотношение расходов и сажевая нагрузка на металлический фильтр по существу идентичны, поскольку соотношение расходов увеличивается при увеличении сажевой нагрузки на металлический фильтр, как раскрыто выше. Таким образом, соотношение расходов второго выпускного канала отработавших газов зависит от сажевой нагрузки на металлический фильтр. Увеличивается и соотношение расходов, и сажевая нагрузка на металлический фильтр. Таким образом, соотношение расходов может быть использовано как признак накопления сажи в фильтре.
В момент времени t1 сажевая нагрузка на металлический фильтр превышает пороговое значение сажевой нагрузки, и соотношение расходов превышает пороговое значение соотношения расходов. В ответ на это закрывают переключатель электрической цепи, соединенной с металлическим фильтром, чтобы инициировать регенерацию металлического фильтра. Состояние сажевого фильтра в выпускной трубе не ухудшено.
После момента времени t1 и до момента времени t2 регенерация металлического фильтра продолжается. В процессе регенерации фильтра сажу выжигают из фильтра, и, следовательно, соотношение расходов и сажевая нагрузка уменьшаются. Как было раскрыто выше, регенерацию могут прекратить после заданного промежутка времени или могут прекратить на основании уменьшения соотношения расходов до значения ниже порогового значения соотношения расходов регенерации, обозначенного линией 405, которое меньше порогового значения соотношения расходов, обозначенного линией 406. В примере рабочей последовательности 400 регенерация происходит в течение заданного промежутка времени (например, 20 секунд). В ходе регенерации соотношение расходов и сажевая нагрузка на металлический фильтр уменьшаются до относительно малых значений расхода и содержания соответственно. Состояние сажевого фильтра в выпускной трубе не ухудшено.
В момент времени t2 регенерацию металлического фильтра прекращают путем перевода переключателя электрической цепи в открытое положение, как раскрыто выше. Нагрузка твердых частиц на металлический фильтр начинает возрастать (например, металлический фильтр улавливает сажу, не сжигая ее). В дополнение к этому, начинает возрастать соотношение расходов. Состояние сажевого фильтра в выпускной трубе не ухудшено.
После момента времени t2 и до момента времени t3 соотношение расходов и сажевая нагрузка на металлический фильтр продолжают возрастать до относительно высокого значения соотношения и относительно высокого значения нагрузки соответственно. Регенерация остается прекращенной. Состояние сажевого фильтра в выпускной трубе не ухудшено.
В момент времени t3 сажевая нагрузка на металлическом фильтре превышает пороговое значение сажевой нагрузки, а соотношение расходов превышает пороговое значение соотношения расходов. В ответ на это инициируют регенерацию металлического фильтра. Во время проведения регенерации металлического фильтра измеряют временной интервал между началом текущей регенерации металлического фильтра и началом последней регенерации металлического фильтра, как показано I1. I1 измеряет временной интервал между моментом времени t1 и моментом времени t3. Если временной интервал меньше порогового значения временного интервала, то может иметь место ухудшение состояния сажевого фильтра в выпускной трубе, как раскрыто выше. В данном примере I1 больше порогового значения временного интервала (например, две трети от предыдущей регенерации) и состояние сажевого фильтра в выпускной трубе не ухудшено. Временной интервал в примере графика изображен как пороговый промежуток времени. Как раскрыто выше, временной интервал может меняться в зависимости от условий работы двигателя или может быть основан на предыдущих временных интервалах между очередными последовательными регенерациями.
После момента времени t3 и до момента времени t4 регенерация металлического фильтра продолжается. В ходе регенерации соотношение расходов и сажевая нагрузка на металлический фильтр уменьшаются до относительно малых значений расхода и содержания соответственно.
Поскольку соотношение расходов меньше порогового значения соотношения расходов регенерации, в момент времени t4 регенерацию металлического фильтра прекращают путем перевода переключателя электрической цепи в открытое положение, как раскрыто выше. Нагрузка твердых частиц на металлический фильтр начинает возрастать (например, металлический фильтр улавливает сажу, не сжигая ее). В дополнение к этому, начинает возрастать соотношение расходов.
После момента времени t4 и до момента времени t5 соотношение расходов и сажевая нагрузка на металлический фильтр продолжают возрастать до относительно высокого значения соотношения и относительно высокого значения сажевой нагрузки соответственно. Регенерация остается прекращенной.
В момент времени t5 сажевая нагрузка на металлический фильтр превышает пороговое значение сажевой нагрузки, а соотношение расходов превышает пороговое значение соотношения расходов. В ответ на это инициируют регенерацию металлического фильтра. I2 измеряют аналогично измерению I1, за исключением того, что измеряют временной интервал между моментом времени t5 и моментом времени t3. I2 больше порогового значения временного интервала, и состояние сажевого фильтра в выпускной трубе не ухудшено.
После момента времени t5 и до момента времени t6 регенерация металлического фильтра продолжается. В ходе регенерации соотношение расходов и сажевая нагрузка на металлический фильтр уменьшаются до относительно малых значений расхода и содержания соответственно.
В момент времени t6 регенерацию металлического фильтра прекращают путем перевода переключателя электрической цепи в открытое положение в ответ на снижение соотношения расходов до значения ниже порогового значения соотношения расходов, как раскрыто выше. Нагрузка твердых частиц на металлический фильтр начинает возрастать (например, металлический фильтр улавливает сажу, не сжигая ее). В дополнение к этому, начинает возрастать соотношение расходов.
После момента времени t6 и до момента времени t7 соотношение расходов и сажевая нагрузка на металлический фильтр продолжают возрастать до относительно высокого значения соотношения и относительно высокого значения сажевой нагрузки соответственно. Регенерация остается прекращенной.
В момент времени t7 сажевая нагрузка на металлический фильтр превышает пороговое значение сажевой нагрузки, а соотношение расходов превышает пороговое значение соотношения расходов. В ответ на это инициируют регенерацию металлического фильтра. I3 измеряет временной интервал между моментом времени t7 и моментом времени t5. I3 меньше порогового значения временного интервала и, таким образом, имеет место ухудшение состояния сажевого фильтра в выпускной трубе, как изображено линией 408. Контроллер может осуществлять индикацию ухудшения состояния сажевого фильтра, расположенного выше по потоку от параллельных первого и второго выпускных ходов в выпускной трубе, в ответ на снижение временного интервала до значения ниже порогового значения временного интервала. Более того, контроллер (например, контроллер 12) может регулировать работу двигателя в ответ на ухудшение состояния сажевого фильтра. Регулировки могут предусматривать одно или более из таких действий как: включение контрольной лампы и ограничение выходного крутящего момента автомобиля, как раскрыто выше в соответствии с ФИГ. 3.
После момента времени t7 и до момента времени t8 регенерация металлического фильтра продолжается. В ходе регенерации соотношение расходов и сажевая нагрузка на металлический фильтр уменьшаются до относительно малых значений расхода и содержания соответственно. Сажевый фильтр в выпускной трубе остается в ухудшенном состоянии.
В момент времени t8 регенерацию металлического фильтра прекращают путем перевода переключателя электрической цепи в открытое положение в ответ на снижение соотношения расходов до значения ниже порогового значения соотношения расходов, как раскрыто выше. Нагрузка твердых частиц на металлический фильтр остается низкой благодаря регулировкам, выполненным контроллером для снижения выброса сажи. Таким образом, соотношение расходов остается низким.
После момента времени t8 регулировки поддерживают, а значения нагрузки на металлический фильтр и соотношения расходов остаются относительно низкими. Сажевый фильтр в выпускном тракте остается в ухудшенном состоянии.
Таким образом, путем отвода части отработавших газов из выпускного тракта в узел вторичного потока металлический фильтр в узле вторичного потока может быть использован для определения ухудшения состояния сажевого фильтра в выпускном тракте, расположенного выше по потоку от узла вторичного потока. В дополнение к этому, размещение металлического фильтра в узле вторичного потока повышает равномерность оседания на металлическом фильтре по сравнению с размещением в выпускном тракте. Таким образом, чувствительность металлического фильтра повышена и обеспечена возможность более точного определения наличия или отсутствия ухудшения состояния сажевого фильтра в выпускном тракте. Технический эффект от прохода отработавших газов в узел вторичного потока к металлическому фильтру заключается в определении состояния сажевого фильтра (например, наличие или отсутствие ухудшения состояния) с целью соблюдения требований к нормам выброса. Соотношение расходов может быть определено для отработавших газов, проходящих через первый канал без металлического фильтра и через второй канал с металлическим фильтром в узле вторичного потока. Соотношение расходов может означать оседание сажи на металлическом фильтре, и если соотношение расходов меньше порогового значения соотношения расходов, то металлический фильтр может быть полностью засорен сажей и может нуждаться в регенерации. Измерение соотношения расходов может быть более точным, чем использование датчика содержания сажи из-за неравномерного оседания сажи на датчике содержания сажи, приводящего к неточным определениям состояния сажевого фильтра в выпускном тракте. По мере сокращения временного интервала между инициацией очередных последовательных регенераций, сажевый фильтр в выпускном тракте может быть обозначен как претерпевающий ухудшение состояния.
Способ содержит шаги, на которых отводят отработавшие газы из выпускной трубы в параллельные первый и второй выпускные ходы, находящиеся вне выпускной трубы. Второй выпускной ход содержит фильтр, соединенный с электрической цепью. Регулирование работы двигателя основано на оценочном соотношении расходов отработавших газов через первый и второй выпускные ходы, в котором расходы основаны на падении давления в соответствующих трубках Вентури первого и второго выпускных ходов. Способ дополнительно предусматривает шаг, на котором регенерируют фильтр в ответ на то, что оценочное соотношение расходов отработавших газов больше порогового значения соотношения расходов. В качестве дополнения или альтернативы, регенерация фильтра предусматривает шаг, на котором закрывают переключатель электрической цепи и пропускают электричество через фильтр. Регулирование работы двигателя также основано на временном интервале между последовательными первым и вторым событиями регенерации фильтра, который меньше порогового значения временного интервала. Временной интервал измеряют от инициирования первого события регенерации до инициирования второго события регенерации. В качестве дополнения или альтернативы способ также предусматривает шаг, на котором осуществляют индицирование ухудшения состояния сажевого фильтра, расположенного выше по потоку от параллельных первого и второго выпускных ходов в выпускной трубе, в ответ на сокращение временного интервала до значения ниже порогового значения временного интервала.
В качестве дополнения или альтернативы способ предусматривает также, что выпускная труба соединена по текучей среде с первым и вторым выпускными ходами через входную трубу и выходную трубу первого и второго выпускных ходов. Входная труба содержит одно или более отверстий на части входной трубы, расположенной во внутренней полости выпускной трубы, и разветвление на части входной трубы, расположенной снаружи выпускной трубы. Первый выпускной ход расположен ближе к выпускной трубе, чем второй выпускной ход, причем каждый из ходов, первый выпускной ход и второй выпускной ход параллелен выпускной трубе, причем каждый из ходов, первый и второй выпускной ход содержит канал Вентури, и причем геометрия первого и второго выпускных ходов по существу одинакова. Каждый из ходов, первый и второй выпускной ход содержит датчик давления, расположенный выше по потоку от соответствующего канала Вентури, и способ также предусматривает расчет оценочного соотношения расходов отработавших газов через первый и второй выпускные ходы, основанный на первом значении давления выше по потоку от первого канала Вентури первого выпускного хода и на втором значении давления выше по потоку от второго канала Вентури второго выпускного хода.
Способ предусматривает шаг, на котором регулируют работу двигателя на основании ухудшения состояния сажевого фильтра в выпускном тракте двигателя. Ухудшение состояния определяют на основании временного интервала между первой регенерацией и второй регенерацией металлического фильтра, расположенного в одном из двух параллельных каналов, соединенных с выпускным трактом двигателя и расположенных вне выпускного тракта двигателя. Два параллельных канала расположены ниже по потоку от сажевого фильтра и каждый из них содержит канал Вентури. Вход и выход двух параллельных каналов соединены с выпускным трактом двигателя ниже по потоку от сажевого фильтра, причем два параллельных канала содержат первый канал, содержащий первый канал Вентури, и второй канал, содержащий второй канал Вентури. Первый канал расположен ближе к выпускному тракту двигателя относительно второго канала, причем второй канал расположен дальше от выпускного тракта двигателя относительно первого канала. Второй канал содержит металлический фильтр, расположенный ниже по потоку от второго канала Вентури. В качестве дополнения или альтернативы регенерацию металлического фильтра выполняют в ответ на то, что соотношение расходов отработавших газов между первым расходом через первый канал и вторым расходом через второй канал превышает пороговое значение соотношения расходов отработавших газов. Металлический фильтр расположен поперек внутреннего диаметра второго канала, и способ также предусматривает определение первого расхода на основании падения давления на первом канале Вентури и определение второго расхода на основании падения давления на втором канале Вентури.
В качестве дополнения или альтернативы способ также предусматривает шаг, на котором при первом условии, когда соблюдены условия регенерации сажевого фильтра, и в ответ на то, что временной интервал превышает пороговое значение временного интервала, регенерируют сажевый фильтр в выпускном тракте двигателя путем одного или более из таких действий как запаздывание зажигания и уменьшение воздушно-топливного отношения, если условия регенерации сажевого фильтра соблюдены. Во время второго условия и в ответ на то, что временной интервал меньше порогового значения временного интервала, оповещают водителя об ухудшении состояния сажевого фильтра и регулируют исполнительный механизм двигателя для уменьшения выходного крутящего момента.
Система содержит выпускной тракт с сажевым фильтром, канал с разветвлением, расположенный снаружи выпускного тракта, со входом и выходом канала с разветвлением, соединенными с выпускным трактом ниже по потоку от сажевого фильтра, причем канал с разветвлением ведет к параллельным первой и второй трубкам, причем вторая трубка содержит второй фильтр, соединенный с электрической цепью; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранящимися в нем для оценки соотношения расходов отработавших газов между расходом через первую трубку и расходом через вторую трубку, регенерации второго фильтра при соотношении расхода отработавших газов, превышающем пороговое значение соотношения, регулировки работы двигателя на основании того, что разница во времени между очередными последовательными регенерациями второго фильтра меньше порогового значения разницы во времени. Фильтр представляет собой металлический фильтр, а электрическая цепь содержит переключатель, причем регенерация второго фильтра предусматривает закрытие переключателя для повышения температуры второго фильтра и выжигания сажи из второго фильтра. Каждая из трубок, первая трубка и вторая трубка, содержит канал Вентури, причем второй фильтр расположен ниже по потоку от второго канала Вентури второй трубки.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или автомобиля. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут быть сохранены как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполнены управляющей системой, состоящей из контроллера и комбинации различных датчиков, исполнительных механизмов и других аппаратных средств двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой любое количество стратегий обработки, таких как событийные, с управлением по прерываниям, многозадачные, многопоточные и тому подобное. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных особенностей и преимуществ раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память среды хранения машиночитаемых данных компьютера в управляющей системе двигателя, в которой раскрытые действия могут быть выполнены посредством исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты аппаратного обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.
Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего раскрытия изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «какой-либо» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов формулы изобретения или путем представления новых пунктов формулы изобретения в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего раскрытия изобретения.