СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ
ENGINE OPERATION METHOD AND ENGINE SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области автомобилестроения, в частности к отделению воды из топливной системы дизельного двигателя.
Уровень техники
Для отделения воды от топлива в дизельных двигателях могут быть использованы сепараторы, удаляющие воду в резервуар, а топливо направляющие в систему двигателя. Такие системы предназначены для уменьшения износа двигателя, связанного с наличием воды в топливе. Некоторые сепараторы требуют ручного слива воды из резервуара. Если пользователь транспортного средства не выполнит дренаж резервуара, вода может попасть в топливную систему и вызвать ее повреждение. Другие сепараторы могут включать в себя автоматическую дренажную систему, однако выброс отделенной воды в окружающую среду может быть запрещен. По этой причине некоторые системы обеспечивают автоматический дренаж воды из резервуара к другому участку в выхлопной системе.
Пример подобного способа предложен в патентной заявке США 2006/0277899 на имя Руона и др. В данном документе вода, отделенная от топлива, поступает в устройство доочистки выхлопных газов и удаляется в виде водяного пара. Вода порционно поступает в устройство доочистки выхлопных газов при достижении определенного уровня воды в резервуаре (полученной из сепаратора).
Однако было обнаружено, что использование таких систем может вызвать некоторые проблемы. Например, помимо удаления собранной воды происходит изменение состава выхлопных газов, вызванное попаданием этой воды, что может повлиять на производительность каталитического нейтрализатора. Более того, вода может не только повлиять на химический состав и протекающие в каталитическом нейтрализаторе реакции, но и снизить температуру выхлопных газов из-за испарения воды, что приведет к снижению коэффициента нейтрализации выхлопных газов.
Раскрытие изобретения
Указанные проблемы могут быть, по крайней мере частично, решены с помощью способа эксплуатации двигателя, в котором осуществляют автоматическое отведение воды из топливной системы дизельного двигателя в систему рециркуляции выхлопных газов. Например, вода из сепаратора может быть возвращена обратно в двигатель для удаления с помощью системы рециркуляции выхлопных газов (EGR). При этом вводимая вода может быть смешана с циркулирующими выхлопными газами системы EGR перед повторным попаданием во впускной коллектор для сжигания.
В одном примере во время работы двигателя вода может быть удалена из топливной системы с помощью сепаратора и накапливаться в резервуаре. При достижении порогового уровня воды в резервуаре, а также при превышении минимального значения скорости потока EGR включается автоматическая система отведения воды в систему EGR. За счет открывания клапана вода поступает из резервуара в систему EGR. В зависимости от величины разбавления в двигателе, вызванного рециркуляцией выхлопных газов из-за присутствия воды, может быть снижено количество выхлопных газов, проходящих через клапан EGR. Смесь воды и EGR затем может быть подана во впускной коллектор для сжигания в двигателе. Условия работы каталитического нейтрализатора поддерживаются путем подачи воды во впускное отверстие двигателя с помощью системы EGR. Более того, можно обеспечить поддержание температуры каталитического нейтрализатора, а также коэффициента нейтрализации выхлопных газов в каталитическом нейтрализаторе и их химический состав. Также путем смешивания воды с EGR перед подачей их в двигатель и подачи воды на впуск двигателя, а не на выпуск, можно уменьшить изменения химических процессов в каталитическом нейтрализаторе, вызванных попаданием воды. Удаление воды подобным способом также позволяет снижать количество EGR. Например, подача воды начинается, как только объем воды в топливной системе достигает заданного заранее уровня, а скорость потока EGR превышает минимальное пороговое значение. Путем регулирования количества EGR в зависимости от количества воды, поступающей в систему EGR, может быть достигнута требуемая степень разбавления в двигателе при меньшем количестве EGR и сохранении необходимых характеристик восстановления NOx. Как и в EGR, подаваемая вода может также быть использована для поглощения тепла и снижения температуры горения, что повышает производительность двигателя.
Следует понимать, что вышеизложенное описание представлено в упрощенной форме и далее будет рассмотрено более детально. Оно не предназначено для идентификации ключевых или существенных особенностей заявленного объекта изобретения, которое однозначно определено формулой изобретения. Более того, заявленный объект изобретения не ограничивается способами реализации, в которых устраняется любой из вышеизложенных недостатков.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлено схематическое изображение примера дизельного двигателя, включающего в себя систему рециркуляции выхлопных газов, топливную систему и систему доочистки выхлопных газов.
На Фиг.2 представлено схематическое изображение примера топливной системы с управляемой автоматической системой отведения воды и ее подачи в систему рециркуляции выхлопных газов.
На Фиг.3 представлена общая блок-схема способа управления подачей воды из топливной системы в систему рециркуляции выхлопных газов.
На Фиг.4-5 изображены блок-схемы способа управления системой рециркуляции выхлопных газов во время подачи воды из топливной системы.
На Фиг.6 представлен пример регулирования EGR во время отведения воды из топливной дизельной системы в систему EGR.
Осуществление изобретения
Следующее описание относится к системам и способам автоматического отведения воды из сепаратора в систему рециркуляции выхлопных газов (EGR) дизельного двигателя, пример которого приведен на Фиг.1. Вода, отделенная с помощью сепаратора в топливной системе, как показано на Фиг.2, может быть собрана в резервуаре, а затем автоматически отводиться в систему EGR, расположенную ниже по потоку от клапана EGR. На Фиг.3 показан способ подачи воды в систему EGR при условии, что объем воды и скорость потока EGR находятся на предварительно заданном уровне. Контроллер может осуществлять управление согласно процедуре, показанной на Фиг.4-5, с целью определения начальных настроек EGR на основании условий эксплуатации двигателя и последующего изменения начальных настроек во время подачи воды в систему EGR. Пример такого регулирования приведен на Фиг.6.
Фиг.1 представляет собой схему, показывающую один из цилиндров многоцилиндрового двигателя 10 внутреннего сгорания, который может входит в движительную систему автомобиля. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере частично, с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, а также с помощью входных сигналов, направляемых водителем 132 транспортного средства с помощью устройства 130 ввода данных. В данном примере устройство 130 ввода данных представляет собой педаль газа и датчик 134 положения педали, который генерирует пропорциональный сигнал положения педали PP. Камера сгорания 30 (цилиндр) двигателя 10 может иметь стенки 32 с расположенным в них поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательных движений поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом транспортного средства с помощью системы трансмиссии. Кроме того, для запуска двигателя 10 к коленчатому валу 40 может быть с помощью маховика подключен пусковой мотор.
В камеру 30 сгорания воздух поступает из впускного коллектора 46 через впускной канал 42, а газообразные продукты сгорания выводятся через выпускной канал 48. Впускной коллектор 46 и выпускной канал 48 выборочно сообщаются с камерой 30 сгорания через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах камеры 30 сгорания могут иметь по два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.
Топливная форсунка 66 показана соединенной непосредственно с камерой 30 сгорания для подачи топлива непосредственно внутрь цилиндра пропорционально ширине импульса сигнала (FPW), полученного от контроллера 12 через электронный привод 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивают так называемый непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка может быть установлена на стенке или в верхней части камеры сгорания. Топливо подается к топливной форсунке 66 с помощью топливной системы 2, которая может включать в себя различные компоненты, включая сепаратор топлива и резервуар для воды (показаны на Фиг.2). Топливо может проходить из топливной системы 2 в двигатель через топливную форсунку 66, а вода может проходить из резервуара для воды в топливной системе 2 в двигатель через систему EGR. Компоненты топливной системы 2 будут более подробно описаны со ссылкой на Фиг.2.
Моменты впрыска топлива из топливной форсунки (или форсунок) можно регулировать в зависимости от условий эксплуатации двигателя. Например, впрыск топлива топливной форсункой можно отсрочить или ускорить относительно заранее установленного контроллером значения, чтобы поддерживать желаемые значения крутящего момента и производительности двигателя.
Впускной коллектор 46 может содержать дроссель 62, расположенный выше по потоку от канала 78 EGR и от соединения впускного коллектора 46, и имеющий дроссельную заслонку 64. В этом конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 может регулироваться контроллером 12 с помощью сигнала, подаваемого на электродвигатель или исполнительный механизм дросселя 62. Такую конфигурацию принято называть электронным управлением положением дроссельной заслонки (ETC). Таким образом, дроссель 62 может использоваться для варьирования потока впускного воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, между другими цилиндрами двигателя. Положение дроссельной заслонки 64 контроллер может получать с помощью сигнала ТР о положении дроссельной заслонки. Впускной канал 42 может содержать датчик 120 расхода воздуха (MAF) и датчик 122 давления воздуха в коллекторе (MAP) для передачи соответствующих сигналов MAF и MAP контроллеру 12.
Камера 30 сгорания или несколько камер сгорания двигателя 10 могут работать в режиме воспламенения от сжатия - без искры зажигания. Более того, компрессор 162, расположенный вдоль впускного коллектора 46, и турбина 164, расположенная вдоль выхлопного канала 48 выше по потоку от устройства 70 доочистки выхлопных газов, могут обеспечить турбонаддув для двигателя 10. Хотя на Фиг.1 изображен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, каждый цилиндр также имеет собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку и т.д.
Датчик 126 выхлопных газов показан подключенным к выпускному каналу 48 выше по потоку от устройства доочистки 70. Датчиком 126 может быть любой подходящий датчик, пригодный для получения информации о топливно-воздушном коэффициенте выхлопных газов, например, линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода выхлопных газов), бистабильный датчик кислорода или EGO, датчик HEGO (подогреваемый EGO), датчик NOx, НС или СО. С помощью системы 72 рециркуляции выхлопных газов (EGR) можно возвращать требуемое количество выхлопных газов из выпускного канала 48 во впускной коллектор 46 через канал 78 EGR. Количество EGR, подаваемое во впускной коллектор 46, регулируется с помощью контроллера 12 посредством клапана 74 EGR. На величину расхода EGR влияет нагрузка на двигатель. Например, клапан 74 EGR может быть закрыт в условиях высокой или очень низкой (например, равной нулю) нагрузки на двигатель.
При определенных условиях система EGR может также применяться для регулирования температуры топливно-воздушной смеси в камере сгорания. С помощью EGR можно снизить температуру в камере сгорания и уменьшить количество образующегося NOx. Таким образом, параметры EGR (например, расход, объем, температура) могут быть определены на основании требуемой степени разбавления EGR для снижения выбросов NOx. На Фиг.1 изображена система EGR высокого давления, где EGR направляются из участка выше по потоку от турбины турбокомпрессора на участок ниже по потоку от компрессора. В качестве альтернативы или дополнительно, в других вариантах реализации изобретения двигатель может включать в себя систему EGR низкого давления, где EGR направляются из участка ниже по потоку от турбины турбокомпрессора на участок выше по потоку от компрессора.
При том, что EGR может способствовать снижению выбросов NOx, увеличение EGR может негативно сказаться на производительности двигателя. Иногда увеличение EGR может привести к пропускам зажигания в двигателе и/или частичному сгоранию. EGR может также сделать процесс сгорания менее эффективным. Кроме того, вместе с EGR в двигатель может попадать сажа или другие загрязняющие вещества. Таким образом, для поддержания необходимой производительности двигателя можно регулировать исполнительные устройства двигателя (описано далее) в зависимости от потока EGR. Например, при увеличенном потоке EGR отверстие дросселя может быть уменьшено для поддержания необходимого крутящего момента.
Введение воды из топливной системы 2 в систему 72 EGR может повлиять на EGR и производительность двигателя. В данном примере добавление воды к EGR приведет к большему, чем требуется, разбавлению EGR, что повлечет за собой снижение производительности двигателя. Таким образом, при введении воды могут потребоваться изменения управления системой EGR. Например, во время введения воды количество EGR может быть уменьшено. С помощью контроллера 12 также можно осуществлять управление приводами двигателя во время подачи воды. Управление приводами подразумевает регулировку моментов впрыска и/или регулирование размера отверстия дросселя.
Например, при введении воды в EGR впрыск топлива можно выполнить раньше.
Устройство 70 доочистки выхлопных газов может включать в себя ряд устройств для контроля выбросов, в каждом из которых протекает экзотермическая реакция с избыточным количеством кислорода, присутствующего в выхлопных газах при определенных условиях (например, при определенной температуре). Например, устройство 70 доочистки выхлопных газов может включать в себя дизельный окислительный катализатор (DOC) 80, расположенный в выпускном канале 48 ниже по потоку относительно турбины 164. Дизельный каталитический нейтрализатор также может окислять НС и СО в выхлопных газах. Каталитический нейтрализатор 82 селективного каталитического восстановления (SCR) расположен в выхлопном трубопроводе ниже по потоку от DOC 80. Каталитический нейтрализатор SCR восстанавливает NOx из выхлопных газов до азота и воды. Распылитель 84 мочевины (или любого другого соответствующего восстановителя SCR, например, аммиака) расположен выше по потоку от каталитического нейтрализатора 82 SCR и ниже по потоку от нейтрализатора 80 DOC. Дизельный сажевый фильтр 86 (DPF) расположен в выхлопном трубопроводе ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 82 SCR. Фильтр DPF удаляет твердые частицы дизельного топлива (или сажу) из выхлопных газов.
Датчики 88, 90, 92 и 94 температуры расположены в выхлопном трубопроводе выше и ниже по потоку от каждого устройства доочистки выхлопных газов системы 70 доочистки выхлопных газов. Датчики температуры применяют, например, для определения момента, когда необходима регенерация фильтра 86 DPF. Кроме того, датчик 96 кислорода (например, датчик UEGO) может быть расположен ниже по потоку от системы 70 доочистки выхлопных газов для определения топливно-воздушного отношения в выхлопных газах. Следует понимать, что система 70 доочистки выхлопных газов может предусматривать множество способов конфигурации компонентов, не показанных на Фиг.1. В данном примере система доочистки выхлопных газов включает в себя только нейтрализатор DOC. В другом примере в системе доочистки выхлопных газов ниже по потоку от нейтрализатора DOC может быть расположен фильтр DPF. В другом варианте в системе доочистки выхлопных газов ниже по потоку от нейтрализатора DOC могут быть расположены фильтр DPF, а за ним каталитический нейтрализатор SCR. Еще в одном варианте вместо каталитического нейтрализатора 82 SCR, показанного на Фиг.1, может быть установлен стандартный уловитель обедненного NOx (LNT). Более того, порядок и расположение каталитических нейтрализаторов и фильтров системы доочистки выхлопных газов могут различаться. Количество датчиков температуры, входящих в систему доочистки выхлопных газов, может варьироваться в зависимости от применения и/или конфигурации. Хотя датчик 96 кислорода на Фиг.1 показан ниже по потоку от системы 70 доочистки выхлопных газов, он может располагаться выше по потоку от любого элемента системы 70 доочистки выхлопных газов. В этом случае с его помощью можно контролировать только каталитические нейтрализаторы, расположенные выше по потоку от него.
Контроллер 12 показан на Фиг.1 как микрокомпьютер, содержащий микропроцессорный блок 102 (CPU), порты ввода/вывода 104 (I/O), электронный носитель данных для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный как постоянное запоминающее устройство 106 (ROM), оперативное запоминающее устройство 108 (RAM), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (КАМ) и шину данных. В дополнение к сигналам, рассмотренным ранее, контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, подключенных к двигателю 10, включая: измерение массового расхода воздуха, поступающего в двигатель (MAF) от датчика 120, температуру охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) от датчика температуры 112, подключенного к рукаву охлаждения 114; профильный выходной сигнал зажигания (PIP) от датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), подключенного к коленчатому валу 40; измерение положения дроссельной заслонки (ТР) от датчика положения дросселя; давление наддува («наддув») от датчика 123 давления наддува; и сигнал об абсолютном давлении во впускном коллекторе двигателя (MAP) от датчика давления 122. Сигнал о скорости двигателя (RPM) может генерироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал абсолютного давления в коллекторе (MAP) от датчика 122 используется для определения избыточного или недостаточного давления во впускном коллекторе. Также контроллер 12 соединен с устройством 140 отображения, сообщающим водителю о неисправностях двигателя или системы доочистки выхлопных газов.
Более того, контроллер 12 может быть соединен с различными приводами, в том числе исполнительными механизмами двигателя, включающими в себя топливные форсунки, дроссельную заслонку впускного воздуха с электронным управлением, распределительные валы и т.д. Исполнительными механизмами двигателя можно управлять с помощью различных систем, в том числе, системы EGR. Например, при изменении EGR может понадобиться произвести коррекцию исполнительного механизма двигателя, например, дроссельной заслонки (с помощью изменения положения клапана 74 EGR). Более подробно пример управления системой EGR приведен ниже со ссылкой на Фиг.4-6. В некоторых примерах на схему 106 запоминающего устройства можно записать машиночитаемые данные, представляющие собой исполняемые команды для блока 102 микропроцессора, предназначенные для реализации приведенных ниже способов, а также иных возможных вариантов.
На Фиг.2 представлено схематическое изображение 200 варианта реализации топливной системы 2, предварительно рассмотренной на Фиг.1. Дизельное топливо может поступать в топливный бак 202, Из топливного бака 202 дизельное топливо поступает в сепаратор 204, где жидкость на водной основе отделяется от дизельного топлива. Отделенное топливо затем выходит из сепаратора и поступает к насосу 206. После этого топливо проходит через другой фильтр 208. Затем отфильтрованное топливо подается топливным насосом 210 к топливной рампе 224. Топливная рампа 224 распределяет топливо в блоке топливных форсунок 212. На Фиг.2 показаны четыре топливных форсунки, однако их количество может быть любым - в зависимости от количества цилиндров транспортного средства. Топливная форсунка 66 подает топливо в камеру 30 сгорания, как показано на Фиг.1.
Возвращаясь к рассмотрению сепаратора 204 (водоотделителя), можно отметить, что отделенная жидкость на водной основе (здесь и далее - вода) отводится в резервуар 226 для сбора воды, расположенный в нижней части сепаратора. Сепаратор 204 также содержит датчик 216 содержания воды в топливе (WIF) для определения количества воды в резервуаре 226 для сбора воды. В качестве датчика 216 WIF может быть использован любой подходящий датчик (т.е. оптический, тепловой или датчик электропроводимости и т.д.), который может быть, например, соединен с внутренней поверхностью резервуара 226 для сбора воды. В некоторых вариантах реализации изобретения датчик 216 WIF может быть расположен на определенном уровне, зависящем от заранее определенного объема воды, поступающей из топливной системы. Пороговый уровень может быть таким, что при его превышении вероятность попадания воды в двигатель (вместе с топливом) значительно возрастает. Фактически попадание воды в двигатель вместе с топливом может привести к ухудшению характеристик двигателя. Таким образом, датчик 216 WIF выдает сигнал о том, что в резервуаре достигнут пороговый уровень воды, чтобы с помощью контроллера двигателя можно было минимизировать ухудшение характеристик топливной системы и/или двигателя. Например, когда датчик показывает, что пороговый уровень воды превышен, он подает необработанный сигнал напряжения, обозначающий количество воды в резервуаре. Сигнал поступает на контроллер 12, который открывает клапан 220, и вода сливается из резервуара 226 для сбора воды.
В некоторых вариантах реализации изобретения с сепаратором 204 может быть соединен водный резервуар 214. Водный резервуар 214 способен принимать дополнительные объемы воды, поэтому он может быть больше резервуара 226 для сбора воды. Таким образом, с помощью второго резервуара можно увеличить пороговое значение объема воды в резервуарах для подачи воды в систему EGR. Подачу воды из резервуара 226 для сбора воды в водный резервуар 214 можно регулировать с помощью контроллера 12 посредством клапана 220. В иных вариантах реализации топливной системы 2 вода может отводиться из резервуара 226 для сбора воды непосредственно в систему 72 EGR через клапан 220. Водный резервуар 214 также может включать в себя датчик 218 для определения уровня воды. Аналогично датчику 216 WIF, описанному выше, в качестве датчика 218 водного резервуара может применяться любой соответствующий датчик, который также может быть соединен с внутренней поверхностью водного резервуара 214. Датчик 218 подает на контроллер 12 сигнал об уровне и/или объеме воды. При достижении уровня или порогового объема воды V1, на контроллер 12 подается сигнал, говорящий о том, что можно удалить воду из резервуара в систему 72 EGR. С помощью контроллера 12 открывается клапан 222 водного резервуара для подачи воды во впускное отверстие EGR при условии соблюдения дополнительных условий эксплуатации двигателя. Способы управления клапаном 222 водного резервуара и подачи воды в систему EGR будут приведены далее со ссылкой на Фиг.3-5.
При прохождении воды из водного резервуара 214 в систему 72 EGR поток EGR может быть уменьшен, с учетом контроля выбросов NOx. Как и в EGR, попавшая вода также поглощает тепло и снижает температуру горения. Как говорилось выше, EGR может обеспечить уменьшение выбросов NOx, но при этом происходит ухудшение характеристик двигателя и попадание загрязняющих веществ во впускной воздух. К тому же, подача воды в EGR может привести к большему, чем требуется, разбавлению EGR, что также ухудшает характеристики двигателя. Таким образом, предпочтительнее подводить воду из топливной системы в систему EGR избирательно, при условии, что можно параллельно уменьшить количество EGR. Например, если расход EGR превышает минимальное пороговое значение расхода F1, и количество воды в водном резервуаре 214 превышает пороговый уровень V1, подача воды разрешена. Эти пороговые значения можно определить исходя из условий эксплуатации двигателя и требований EGR. Например, минимальный пороговый расход EGR (F1) определяется таким образом, что добавление определенного количества воды при расходе EGR, превышающем минимальный пороговый расход EGR F1, снижает расход EGR на минимальный процент Х%. В некоторых вариантах реализации изобретения этот минимальный процент может составлять 50%. В других вариантах он может быть меньше или больше 50%. Данное пороговое значение определяют для снижения расхода EGR на Х% при подаче воды в систему EGR. Таким образом, пороговый уровень V1 зависит от объема водного резервуара/количества воды, позволяющего снизить EGR на определенный процент (Х%) при подаче воды в систему EGR.
Контроллер 12 задает подачу воды в систему EGR с помощью управления системой приводов двигателя, включая клапан 74 EGR и клапан 222 водного резервуара. Требования к EGR, записанные в контроллере 12, а также условия эксплуатации двигателя (т.е. нагрузка на двигатель) влияют на работу этих клапанов. Например, как говорилось выше, клапан EGR закрывается в условиях высокой или очень низкой (т.е. равной нулю) нагрузки на двигатель. В данном примере клапан 222 водного резервуара остается закрытым, даже если объем воды в резервуаре превышает пороговый объем V1. В другом примере открывается клапан 74 EGR и расход EGR превышает пороговое значение расхода F1. Если из топливной системы в систему EGR подается вода, то клапан EGR может быть отрегулирован так, что расход EGR уменьшается. При этом открывание клапана EGR регулируется, исходя из условий эксплуатации двигателя, и в дальнейшем изменяется при отведении воды из топливной системы. Более подробно управление системой EGR и изменения во время подачи воды показаны на Фиг.4-5, описания которых даны ниже. Положение клапана 222 водного резервуара также можно регулировать с помощью контроллера 12 при достижении порогового уровня воды V1 и минимального порогового расхода EGR F1. Таким образом, клапан 222 водного резервуара открывается только при условии превышения обоих пороговых значений, V1 и F1.
Также с помощью контроллера 12 можно регулировать открывание клапана 74 EGR и клапана 222 водного резервуара для контроля расхода EGR и воды соответственно. Таким образом, регулируя положение клапана EGR, можно достичь требуемого расхода EGR, определенного контроллером 12. В некоторых случаях требуемый расход EGR может отличаться от фактического расхода EGR. Например, при подаче воды из водного резервуара в систему EGR расход EGR понижается. Увеличение расхода воды при подаче в систему EGR во время дренажа из водного резервуара можно компенсировать снижением расхода EGR. Таким образом, комбинируя значения расхода воды и EGR, можно добиться их соответствия требуемому расходу EGR для снижения NOx. Например, при подаче воды расход EGR можно снизить на Х%, чтобы фактический расход EGR и расход подаваемой воды в совокупности составляли требуемый расход EGR при подаче во впускной коллектор 46. Таким образом, при дренаже воды из водного резервуара фактический расход EGR может быть меньше требуемого расхода EGR. Более подробно этот принцип представлен на Фиг.6, описание которой следует ниже.
На Фиг.3 представлен пример способа 300 управления подачей воды из топливной системы 2 во впускное отверстие системы 72 EGR. Способ 300 начинается с этапа 302, где определяют условия эксплуатации двигателя, а именно: нагрузку на двигатель, скорость вращения двигателя, ВР, MAP, MAF, расход EGR, температуру каталитического нейтрализатора, положение дросселя, температуру двигателя и т.д. Этап 304 предусматривает определение, превышает ли расход EGR минимальное пороговое значение F1. Если расход EGR не превышает порогового значения F1, то на этапе 306 положение клапана EGR оставляют неизменным, а клапан 222 водного резервуара оставляют закрытым. Однако если расход EGR превышает пороговое значение F1, на этапе 304 измеряют количества воды в водном резервуаре 214. Этап 310 предполагает определение, превышает ли объем воды в водном резервуаре пороговое значение V1. Если объем воды не превышает V1, на этапе 312 клапан водного резервуара оставляют закрытым, положение клапана EGR не меняют. Однако если объем воды превышает V1, то программа производит необходимые действия по отведению воды из водного резервуара в систему EGR. Эти действия представлены на этапе 314. Более подробно действия на этапе 314 показаны на Фиг.5, описание которой дано ниже.
На Фиг.4 представлен способ 400 управления системой EGR. Способ 402 начинается с этапа 402, где оценивают и/или измеряют условия эксплуатации двигателя, а именно: нагрузку на двигатель, расход EGR, состав EGR, температуру двигателя и положение дросселя. Этап 404 предполагает определение наличия условий, необходимых для EGR, т.е. не превышают ли нагрузка на двигатель и скорость вращения двигателя своих пороговых значений. Например, EGR может проводиться только при условии, если значение нагрузки на двигатель находится в пределах между минимальным значением L1 и максимальным значением L2. В некоторых вариантах L1 - это нулевая нагрузка. В других вариантах L1 может быть несколько больше нуля. Если условия, необходимые для EGR, не выполняются, то на этапе 406 клапан EGR закрывают, тем самым перекрывая подачу EGR во впускной коллектор 46. Если же нагрузка на двигатель находится в пределах между L1 и L2, а также имеют место все прочие условия, необходимые для EGR, выполняется переход к этапу 408 для определения необходимых настроек EGR. Их определяют, исходя из условий эксплуатации двигателя (т.е. нагрузки на двигатель) и обязательных требований EGR. Настройки EGR включают в себя расход EGR, количество EGR, положение клапана EGR, состав EGR и температуру EGR. Этап 410 предполагает определение соответствующих настроек исполнительных механизмов двигателя для обеспечения требуемого значения EGR. Сюда входит регулирование положения клапана EGR. В данном примере размер отверстия дросселя уменьшают для уменьшения количества впускного воздуха, попадающего во впускной коллектор при увеличении расхода EGR на подачу во впускной коллектор. В другом примере при увеличенном расходе EGR можно задержать впрыск топлива.
Далее способ 400 переходит к этапу 412 для определения, произошло ли добавление воды к EGR (способ 300). Если вода попадает в EGR, способ предполагает изменение начальных настроек EGR с учетом поступления воды в систему EGR. Более подробно пример процесса добавления воды в EGR и изменение принципа управления EGR описан со ссылкой на Фиг.5. Если в EGR вода не была добавлена, контроллер приводит клапан EGR в требуемое положение (определенное на этапе 408) и регулирует исполнительные механизмы двигателя таким образом, чтобы обеспечить требуемый расход EGR.
Как говорилось в описании способа 400, во время введения воды из топливной системы управление системой EGR изменяется. На Фиг.5 представлен способ 500 добавления воды из водного резервуара топливной системы в систему EGR при одновременном изменении управления EGR. Способ начинается с этапа 502, который предполагает определение количества воды, которое будет добавлено в систему EGR. Определение проводят на основании количества воды в водном резервуаре, требуемого расхода EGR и условий эксплуатации двигателя. Например, на этапе 502 можно определить количество воды в водном резервуаре или величину превышения порогового объема V1. Также на этапе 502 можно определить объем воды, необходимый для поддержания требуемого расхода воды. После определения этого объема или расхода воды, способ предполагает определение величины уменьшения расхода EGR (в процентах, Х%) при введении определенного количества воды. В некоторых случаях эта величина может составлять 50%. В других она может быть больше или меньше 50%. Фактически при увеличении количества воды расход EGR уменьшается еще сильнее.
Этап 506 предполагает изменение начальных настроек EGR (определенных способом 400), исходя из процентного понижения EGR. Положение клапана EGR также изменяют для подачи воды с новой порцией EGR. Например, для подачи воды в EGR клапан водного резервуара открывается до определенного положения. В другом примере степень открывания клапана водного резервуара зависит от требуемого расхода воды (определенного на этапе 502). При этом клапан водного резервуара открыт для подачи определенного объема воды при большем расходе за меньший промежуток времени, или при меньшем расходе за больший промежуток времени. Этап 508 предполагает изменение настроек исполнительного механизма двигателя на основании новых настроек EGR и расхода воды, подаваемой в EGR. Контроллер осуществляет одновременное управление клапаном EGR, клапаном водного резервуара и исполнительными механизмами двигателя. Управление исполнительными механизмами двигателя подразумевает изменение синхронизации впрыска топлива и/или изменение степени открывания дросселя. Например, впрыск топлива может быть ускорен при подаче воды в EGR.
Этап 510 включает в себя определение, превышает ли уровень воды в водном резервуаре второе пороговое значение V2. Это пороговое значение меньше первого порогового значения V1. В данном примере второе пороговое значение V2 может быть равно нулю (резервуар пуст). В других примерах второе пороговое значение V2 может быть несколько больше нуля. Если объем воды превышает значение V2, способ переходит к этапу 512, где клапаны EGR и водного резервуара остаются в прежних положениях для продолжения отведения воды. После этого способ снова переходит к этапу 510 для проверки уровня воды в водном резервуаре. Если уровень воды в водном резервуаре меньше V2, способ переходит к этапу 514, где клапан водного резервуара закрывается и изменяется положение клапана EGR. Клапан EGR может быть возвращен в свое предыдущее положение или переведен в новое положение, на основании текущих условий эксплуатации двигателя, определенных в ходе выполнения способа 400.
На Фиг.6 на диаграмме 600 представлен пример регулирования расхода EGR и исполнительных механизмов двигателя (т.е. синхронизации впрыска топлива и положения дроссельной заслонки) на основании нагрузки на двигатель и при отведении воды из топливной системы в систему EGR. На графике 602 диаграммы 600 представлен требуемый расход EGR, на графике 604 - фактический расход EGR, на графике 606 - расход воды (из водного резервуара), на графике 608 - объем водного резервуара, на графике 610 - нагрузка на двигатель, на графике 612 - моменты впрыска топлива, на графике 614 - степень открывания дросселя.
До достижения момента времени t1 нагрузка на двигатель невелика. Поскольку до достижения момента времени t1 нагрузка на двигатель ниже порогового значения L1, клапан EGR закрыт, расход EGR отсутствует (графики 602 и 604). В момент времени t1 нагрузка на двигатель (график 601) возрастает до значения L1, в связи с чем контроллер открывает клапан EGR для обеспечения рециркуляции определенного количества выхлопных газов. Нагрузка на двигатель (график 610) и расход EGR (графики 602 и 604) продолжают возрастать после момента времени t1. Степень открывания дросселя уменьшается между t1 и t2, вследствие чего расход EGR увеличивается. Объем воды в водном резервуаре (график 608) продолжает увеличиваться и в момент времени t2 достигает порогового значения VI. Однако значение расхода EGR (график 604) не превышает порогового значения F1, поэтому клапан водного резервуара остается закрытым. Наконец, в момент времени t3 расход EGR достигает значения F1 (график 604). Таким образом, отведение воды из водного резервуара в систему EGR начинается при условии превышения значения F1 расхода EGR и значения V1 объема воды в водном резервуаре. В момент времени t3 открывается клапан водного резервуара, начинается подача воды (график 606). В связи с этим фактический расход EGR (график 604) снижается до требуемого значения расхода EGR (график 602). Увеличение подачи воды в систему EGR (график 606) обусловливает разницу между фактическим и требуемым расходом EGR, AF2. Во время подачи воды в систему EGR можно произвести опережение зажигания (612) от t3 к t4. Например, можно произвести опережение или задержку зажигания посредством регулирования синхронизации впрыска топлива (соответственно, опережения или замедления) или синхронизации зажигания в случае системы электрического зажигания. В период времени между t3 и t4 объем воды в водном резервуаре (график 608) снижается при продолжающемся добавлении воды в систему EGR. В момент времени t4 объем воды в водном резервуаре снижается до порогового значения V2, что вызывает закрывание клапана водного резервуара, следовательно, подача воды прекращается (график 606). В это время фактический расход EGR (график 604) снова начинает увеличиваться до требуемого значения (график 602). Нагрузка на двигатель в момент времени t5 превышает уровень L2, поэтому клапан EGR закрывается и прекращается подача EGR (графики 602 и 604).
Таким образом, отделенная от дизельного топлива вода автоматически отводится из топливной системы и подается в систему EGR ниже по потоку от клапана EGR. Вода смешивается с EGR и поступает во впускной коллектор ниже по потоку от дросселя. Вода подается в систему EGR только при условии превышения пороговых значений объема воды в водном резервуаре и расхода EGR. На время отведения воды можно менять стандартный режим управления EGR, основанный на условиях эксплуатации двигателя, например, нагрузке на двигатель. Подача воды в некоторой степени уменьшает расход EGR при поддерживаемом уровне снижения выбросов NOx. В ответ на изменения расходов EGR и воды производится регулировка исполнительных механизмов двигателя, в том числе открывание дросселя и изменение момента впрыска топлива. Удаление воды из топливной системы уменьшает степень износа двигательной системы, вызываемого наличием воды в топливе, при этом происходит контроль разбавления EGR в двигателе.
Специалистам в данной области понятно, что описанные в выше способы разработаны для одного или нескольких режимов контроля управления двигателем и EGR. Это значит, что описанные этапы и операции могут быть реализованы последовательно, параллельно, а некоторые этапы могут быть пропущены. Так, для достижения целей, характеристик и преимуществ изобретения, не обязательно соблюдение приведенного порядка действий при управлении, т.к. этот порядок описан с целью упрощения описания и иллюстрирования. Несмотря на то, что представленные примеры и конкретные варианты не являются исчерпывающими, специалисты должны понимать, что те или иные этапы способа, приведенной на иллюстрации, можно выполнять повторно в зависимости от применяемого в данный момент режима.