СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ СИСТЕМЫ ДВИГАТЕЛЯ
CONTROL METHOD AND DEVICE TO CONTROL ENGINE SYSTEM OPERATION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к управлению дизельным двигателем, в частности к управлению для уменьшения выброса образующейся при работе двигателя сажи.
Уровень техники
Хорошо известно, что если дизельный двигатель получает команду на резкое увеличение крутящего момента, то в двигателе образуется большое количество сажи вследствие отклонения воздушно-топливного отношения от оптимального. То есть, чтобы получить нужный крутящий момент, требуется определенное количество топлива, но количество всасываемого воздуха в начальный момент меньше, чем требуется для эффективного сгорания данного объема топлива из-за низких оборотов двигателя в начальный момент времени. Результатом нарушения воздушно-топливного отношения является образование сажи, вызванное тем, что имеет место неэффективное и неполное сгорание топлива.
Такое отклонение воздушно-топливного отношения от оптимального неблагоприятно в нескольких аспектах:
во-первых, топливо расходуется неэффективно, и, следовательно, снижается топливная экономичность двигателя;
во-вторых, образуются и выбрасываются в атмосферу ненужные продукты, включая упомянутую сажу;
в-третьих, переобогащение топливной смеси приводит к тому, что в двигателе остается несгоревшее топливо, которое сорбируется моторным маслом; и
в-четвертых, образующаяся сажа быстро вызывает заполнение фильтра твердых частиц (сажевого фильтра), предусмотренного для удаления сажи из отработавших газов двигателя.
Известно, что ограничить количество сажи, образующейся при переходных процессах, можно путем изменения задаваемого крутящего момента, который требуется получить от двигателя. Однако все равно образуется сравнительно много сажи, поскольку основная задача состоит в минимизации потерь потенциального крутящего момента, получаемого от двигателя.
Важным является количество топлива или сажи, присутствующее в моторном масле двигателя, так как высокое содержание топлива или сажи в масле ухудшает смазывающую способность масла. Кроме того, если содержание топлива в масле становится очень высоким, это может ввести двигатель в неуправляемый режим работы, если будет происходить обратное всасывание легко воспламеняющейся топливно-масляной смеси в двигатель через его систему суфлирования.
Степень заполнения дизельного сажевого фильтра сажей играет важную роль для эффективной работы дизельного двигателя, поскольку, по мере того как фильтр заполняется сажей, противодавление в двигателе увеличивается, а крутящий момент, который можно получить от двигателя, имеет тенденцию снижаться. Поэтому хорошо известно, что следует регулярно выполнять регенерацию сажевого фильтра путем сжигания накопленной в фильтре сажи. Чтобы это сделать, обычно впрыск топлива в двигатель в цикле сгорания производят с запаздыванием, так что несгоревшее топливо, двигаясь в направлении сажевого фильтра, прежде чем попасть в фильтр, самовозгорается в установленном перед сажевым фильтром каталитическом нейтрализаторе. Отработавшие газы, имеющие увеличенную температуру, входят в дизельный сажевый фильтр и выжигают сажу.
Однако у этого процесса есть два основных недостатка:
во-первых, при регенерации фильтра происходит бесполезная трата топлива; и,
во-вторых, впрыск топлива с запаздыванием часто приводит к тому, что несгоревшее топливо попадает на стенки цилиндров двигателя, где оно легко поглощается маслом, и, тем самым, увеличивается содержание топлива в масле.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является адаптивное снижение интенсивности образования сажи в дизельном двигателе в целях увеличения интервала времени между процедурами регенерации дизельного сажевого фильтра и, тем самым, сокращения количества топлива, которое используется для выполнения таких процедур в течение срока эксплуатации дизельного двигателя.
В соответствии с настоящим изобретением в его первом аспекте предлагается способ управления работой системы двигателя, содержащей дизельный двигатель, в котором адаптивно изменяют, на основе по меньшей мере одного параметра системы двигателя, на который оказывает влияние сажа, режим работы двигателя для контроля интенсивности образования сажи в двигателе.
Система двигателя может содержать по меньшей мере одно устройство снижения токсичности выбросов и масло для смазки двигателя, а параметр, на который оказывает влияние сажа, представляет собой по меньшей мере один из следующих параметров: текущее состояние устройства снижения токсичности выбросов и текущее состояние масла двигателя.
Управление работой двигателя для снижения интенсивности образования сажи предпочтительно осуществляют, когда текущее состояние устройства снижения токсичности выбросов выходит за установленную границу.
Управление работой двигателя с целью снижения интенсивности образования сажи можно осуществлять на основе заданного соотношения между текущим состоянием устройства снижения токсичности выбросов и интенсивностью образования сажи в двигателе.
Устройством, снижающим токсичность выбросов, может являться дизельный сажевый фильтр, а текущее состояние устройства, снижающего токсичность выбросов, может выражаться уровнем заполнения сажей дизельного сажевого фильтра, при этом управляют режимом работы двигателя для снижения интенсивности образования сажи на основе заданного соотношения между заполнением сажей дизельного сажевого фильтра и интенсивностью образования сажи в двигателе.
Устройством, снижающим токсичность выбросов, может являться система дизельного сажевого фильтра, в которой предусмотрена подача присадки, хранящейся в резервуаре для присадки, а текущее состояние устройства, снижающего токсичность выбросов, может выражаться количеством присадки, находящейся в резервуаре, при этом управляют режимом работы двигателя для снижения интенсивности образования сажи в двигателе на основе заданного соотношения между количеством присадки, содержащейся в резервуаре, и интенсивностью образования сажи в двигателе.
Работой двигателя можно управлять в интервале между верхним и нижним граничными уровнями интенсивности образования сажи.
Текущее состояние масла может выражаться содержанием примеси в масле.
Управление работой двигателя для снижения интенсивности образования сажи можно осуществлять на основе заданного соотношения между содержанием примеси в масле и интенсивностью образования сажи в двигателе.
Содержание примеси в масле может выражаться отношением количества примеси к количеству масла.
Примесью может являться топливо в масле или сажа в масле.
Режимом работы двигателя можно управлять в зависимости от текущего состояния устройства снижения токсичности выбросов и текущего состояния масла.
В целях снижения интенсивности образования сажи способ может содержать управление двигателем в переходном режиме его работы.
В ином варианте, в целях снижения интенсивности образования сажи, способ может содержать управление двигателем в установившемся режиме его работы.
В еще одном варианте, в целях снижения интенсивности образования сажи, способ может содержать управление двигателем и в переходном, и в установившемся режимах его работы.
В соответствии с настоящим изобретением в его втором аспекте предлагается устройство для управления работой системы двигателя, содержащей дизельный двигатель, которое выполнено с возможностью адаптивного изменения на основе по меньшей мере одного параметра системы двигателя, на который оказывает влияние сажа, режима работы двигателя для снижения интенсивности образования сажи в двигателе.
Устройство может содержать блок контроля образования сажи и блок управления двигателем.
Система двигателя может также включать в себя моторное масло для смазки двигателя и по меньшей мере одно устройство снижения токсичности выбросов, при этом параметром системы двигателя, на который оказывает влияние сажа, является по меньшей мере один из следующих параметров: текущее функциональное состояние по меньшей мере одного устройства снижения токсичности выбросов и текущее состояние моторного масла двигателя.
Устройство может быть выполнено с возможностью управления режимом работы двигателя для снижения интенсивности образования сажи в двигателе на основе заданного соотношения между текущим состоянием устройства снижения токсичности выбросов и интенсивностью образования сажи в двигателе.
Устройство может быть выполнено с возможностью снижения интенсивности образования сажи в двигателе, когда текущее состояние устройства снижения токсичности выбросов выходит за установленную границу.
Указанное по меньшей мере одно устройство снижения токсичности выбросов предпочтительно представляет собой дизельный сажевый фильтр, а текущее состояние устройства снижения токсичности выбросов представляет собой уровень заполнения сажей дизельного сажевого фильтра, при этом устройство для управления работой системы двигателя предпочтительно выполнено с возможностью управления двигателем для снижения интенсивности образования сажи в двигателе на основе заданного соотношения между уровнем заполнения сажей дизельного сажевого фильтра и интенсивностью образования сажи в двигателе.
В другом варианте устройство снижения токсичности выбросов представляет собой систему дизельного сажевого фильтра, в которой предусмотрена подача присадки, содержащейся в резервуаре для присадки, при этом устройство для управления работой системы двигателя выполнено с возможностью снижения интенсивности образования сажи в двигателе на основе заданного соотношения между количеством присадки, содержащейся в резервуаре, и интенсивностью образования сажи в двигателе.
Текущее состояние масла может выражаться содержанием примеси в масле.
Устройство может быть выполнено с возможностью снижения интенсивности образования сажи в двигателе на основе заданного соотношения между содержанием примеси в моторном масле двигателя и интенсивностью образования сажи в двигателе.
Содержание примеси в масле может выражаться отношением количества примеси к количеству масла.
Примесью может являться топливо, присутствующее в масле, или сажа, присутствующая в масле.
Устройство может быть выполнено с возможностью управления двигателем в зависимости от текущего состояния устройства снижения токсичности выбросов и текущего состояния моторного масла двигателя.
В целях снижения интенсивности образования сажи устройство может быть выполнено с возможностью управления двигателем в переходном режиме его работы.
В ином варианте, в целях снижения интенсивности образования сажи, устройство может быть выполнено с возможностью управления двигателем в установившемся режиме его работы.
В еще одном варианте, в целях снижения интенсивности образования сажи, устройство может быть выполнено с возможностью управления двигателем и в переходном, и в установившемся режимах его работы.
Краткое описание чертежей
Варианты выполнения настоящего изобретения будут подробнее описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает схему устройства для управления дизельным двигателем, согласно одному аспекту настоящего изобретения;
фиг.2 представляет собой график, изображающий зависимость крутящего момента от времени для переходного режима;
фиг.3 представляет собой график, изображающий для одного рабочего состояния дизельного двигателя соотношение между допустимым крутящим моментом и уровнем заполнения сажей дизельного сажевого фильтра;
фиг.4 представляет собой блок-схему алгоритма способа управления дизельным двигателем при переходном режиме, согласно еще одному аспекту изобретения;
фиг.5 изображает схему устройства для управления интенсивностью образования сажи дизельным двигателем при установившемся режиме его работы; и
фиг.6 представляет собой блок-схему алгоритма способа управления дизельным двигателем при установившемся режиме его работы.
Осуществление изобретения
На фиг.1 изображено устройство 1 для управления дизельным двигателем 6, образующим часть системы 5 дизельного двигателя, которая также включает в себя дизельный сажевый фильтр 7, выполненный с возможностью приема потока отработавших газов от двигателя 6, и выделения из проходящего потока отработавших газов сажи, образующейся в двигателе 6.
Устройство 1 содержит средства 10 задания крутящего момента водителем, блок 11 контроля образования сажи и блок 12 управления двигателем. В данном случае средства 10 задания крутящего момента выполнены в виде педали акселератора и датчика педали, который вырабатывает выходной сигнал, представляющий положение педали акселератора. Выходной сигнал датчика подается на блок 11 контроля образования сажи, вырабатывающий выходной сигнал, который представляет допустимый крутящий момент, и поступает на блок 12 управления двигателем. Следует понимать, что блок 11 контроля образования сажи и блок 12 управления двигателем необязательно должны быть отдельными устройствами, а могут быть выполнены как часть основного электронного управляющего устройства - контроллера.
Блок 11 контроля образования сажи принимает от системы 5 дизельного двигателя информацию (как указано стрелкой 14), касающуюся рабочего состояния системы, например данные текущей частоты вращения вала двигателя 6 (оборотов двигателя). Информация 14 может включать в себя данные по одной или более из следующих величин: содержанию топлива в масле (FIO, Fuel in Oil), заполнению сажей дизельного сажевого фильтра 7 (DPF, Diesel Particulate Filter), массовому расходу воздуха (MAF, Mass Air Flow) в двигателе 6 и текущему воздушно-топливному отношению. С другой стороны, некоторые из указанных данных могут формироваться в блоке 11 контроля образования сажи.
Блок 12 управления двигателем принимает (как указано стрелкой 13) от системы 5 дизельного двигателя информацию, касающуюся рабочего состояния системы 5, например данные текущих оборотов двигателя 6, положения двигателя 6 (в его вращательном движении) относительно верхней мертвой точки (TDC, Top Dead Center) или нижней мертвой точки (BDC, Bottom Dead Center), массового расхода воздуха MAF в двигателе 6, а также текущего воздушно-топливное отношения.
Полученная информация 13 используется блоком 12 управления двигателем для управления работой двигателя 6 путем управления подачей топлива в двигателе 6, а именно объемом топлива, подлежащего впрыску, моментом времени (фазой) впрыска топлива и, в некоторых случаях, числом актов впрыска, которые должны быть совершены, а также другими параметрами управления двигателем, например количеством отработавших газов, направляемых на рециркуляцию, массовым расходом воздуха и давлением воздуха наддува в случае, если в двигателе применяется наддув. Блок 12 управления двигателем обеспечивает управление подачей топлива в двигатель 6 и указанными другими параметрами работы двигателя, чтобы надлежащим образом отработать команды допустимого крутящего момента и предельно допустимого уровня выброса сажи, поступающие из блока 11 контроля образования сажи.
Блок 11 контроля образования сажи запрограммирован на осуществление способа, алгоритм которого представлен на фиг.4 и цель которого заключается в снижении уровня допустимого крутящего момента, когда либо заполнение сажей фильтра 7 превышает установленный уровень, либо содержание топлива в моторном масле превышает установленный уровень. В любом случае блок 11 контроля образования сажи действует так, чтобы адаптивно изменять работу двигателя 6 в переходном режиме с целью ограничения образования сажи в двигателе 6 на основе по меньшей мере одного из факторов: заполнении сажей фильтра 7 или содержании топлива в моторном масле двигателя 6.
Способ, используемый для ограничения образования сажи, будет более подробно рассмотрен согласно фиг.2-4.
Осуществление способа начинается с шага 100, который в случае транспортного средства, оснащенного дизельным двигателем, заключается во включении двигателя. Затем алгоритм переходит к шагу 110, на котором производят определение текущего уровня заполнения сажевого фильтра двигателя (DPF) и текущего содержания топлива в моторном масле.
Содержание топлива в масле может быть выражено в виде отношения количеств топлива и масла (FIO) или может быть выражено в виде объема или массы топлива. Аналогично, уровень заполнения DPF может быть выражен в виде массы сажи, объема сажи, величины давления отработавших газов или в виде отношения количества задержанной сажи к общей вместимости сажевого фильтра.
Определение текущего уровня заполнения DPF и текущего содержания топлива в моторном масле может быть выполнено непосредственно по данным измерений, полученным от датчиков (не показаны), связанных с системой 5 дизельного двигателя, например датчиком вязкости масла, датчиком температуры масла, датчиком давления отработавших газов, расположенным перед DPF 7, что составляет часть информации 14. С другой стороны, определение текущего уровня заполнения DPF и текущего содержания топлива в моторном масле может быть выполнено методами оценки, основанными на известном коэффициенте использования и фактической продолжительности эксплуатации двигателя 6. Такие оценки могут быть представлены в виде данных, занесенных в определенную форму одной или более просмотровых таблиц, в которых заполнение DPF сажей и содержание топлива в моторном масле ставятся в соответствие функциям работы двигателя, например суммарной продолжительности эксплуатации двигателя. Например, количество сажи в DPF 7 можно оценить путем использования данных текущего показателя выброса сажи из просмотровой таблицы и последующего суммирования полученных результатов за определенное время.
Затем алгоритм переходит к шагу 120, на котором производится сравнение измеренного содержания топлива в масле с заданным предельным значением. В примере, изображенном на фиг.4, производится сравнение текущего показателя FIO с заданным показателем (например, с показателем равным 0,1), и если текущий показатель FIO превышает 0,1, то алгоритм по ветке переходит к шагу 200, а в ином случае алгоритм следует дальше к шагу 130. Показатель FIO должен быть в интервале 0,06-0,15.
На шаге 130 производится сравнение текущего уровня заполнения DPF с заданным предельным уровнем заполнения DPF. Независимо от значений измеряемой величины, которые используются для целей сравнения, если текущая величина заполнения DPF превышает указанную предельную величину, то алгоритм переходит к шагу 200, в ином случае алгоритм следует дальше к шагу 140.
На шаге 140 производится выбор нормального, предельно допустимого уровня интенсивности образования сажи. Нормальный уровень интенсивности образования сажи - это максимально допустимый уровень интенсивности образования сажи, который будет также обеспечивать максимально допустимый уровень крутящего момента двигателю 6. То есть - это уровень, который оптимизирует выходной крутящий момент, не создавая при этом неприемлемо высокой интенсивности образования сажи.
На фиг.2 линия DT изображает запрос (команду) на резкое увеличение крутящего момента двигателя 6, а линия РТ изображает нормальный максимально допустимый уровень крутящего момента.
Затем алгоритм переходит к шагу 300, на котором определяют, присутствует ли команда на выключение двигателя. Если команда на выключение присутствует, то алгоритм завершает свою работу на шаге 500, в противном же случае алгоритм возвращается к шагу 110 и его работа повторяется.
Если вернуться к шагу 200, то на данном шаге производится выбор измененного, предельно допустимого уровня интенсивности образования сажи. Этот измененный предельный уровень интенсивности образования сажи будет ниже нормального уровня, так как цель состоит в том, чтобы уменьшить интенсивность образования сажи, так чтобы снизилась скорость заполнения DPF 7 сажей и тем самым увеличился интервал времени между процедурами регенерации, а также уменьшилась скорость, с которой топливо попадает в моторное масло.
В видоизмененном варианте способа, который не показан на фиг.4, может быть предусмотрена индикация для оператора двигателя 6, когда величина FIO превышает предельно допустимый уровень FIO. Это может быть выполнено в виде простого светового индикатора или в виде буквенно-цифрового дисплея, показывающего, что требуется сменить масло.
На шаге 200 указанный измененный предельно-допустимый уровень интенсивности образования сажи (допустимый крутящий момент на выходе) может представлять собой одну единственную величину или может представлять собой переменную величину, зависящую от текущего заполнения сажей фильтра 7, DPF. В любом случае существует нижний предел, ниже которого никакое дальнейшее уменьшение невозможно. Этот нижний предел, показанный на фиг.2 линией PTmin, выбран так, чтобы не занижать крутящий момент двигателя 6 настолько сильно, что двигатель 6 не сможет выполнять ожидаемые задачи. Например, в случае, если двигателем 6 оснащен автомобиль, то автомобиль должен быть способен трогаться из неподвижного состояния на уклоне, должен обладать достаточным моментом для совершения обгона и двигатель 6 не должен легко глохнуть при нормальном наборе скорости из неподвижного состояния.
На фиг.3 показано, как допустимый выходной крутящий момент двигателя 6 мог бы меняться для одного режима работы двигателя 6 в зависимости от заполнения фильтра 7 DPF. Допустимый крутящий момент может оставаться на своем максимуме PTmax, когда заполнение фильтра DPF слабое. Уровень PTmax соответствует линии РТ на фиг.2.
Затем, когда заполнение фильтра 7 DPF превышает предельно допустимый уровень для DPF, допустимый уровень крутящего момента постепенно снижают, пока при определенном уровне заполнения указанный допустимый уровень крутящего момента не достигнет минимально допустимого уровня, изображенного на фиг.2 и 3 линией PTmin. Согласно одному примеру (не ограничивающему идею изобретения), для двигателя, обладающего максимальным крутящим моментом на выходе 400 Нм, уровень PTmax составляет 300 Нм, а PTmin - 200 Нм для режима работы, показанного на фиг.3.
Хотя между верхним и нижним уровнями предельно допустимого крутящего момента (PTmax и PTmin) на фиг.3 график линейный, следует понимать, что можно было бы использовать и иную, нелинейную зависимость.
Следует понимать, что аналогичный подход, в котором используется идея изменяемого предельно допустимого уровня, может быть применен и в отношении содержания топлива в масле. В этом случае ось «количества сажи в DPF» фиг.3 была бы заменена на ось «содержания топлива в масле». В ином варианте предельный уровень FIO можно было бы установить высоким, так чтобы сразу после его превышения все время использовать нижний предельно допустимый уровень крутящего момента PTmin.
После завершения шага 200 алгоритм переходит на шаг 300. На шаге 300 производится определение присутствия команды на выключение, и если такая команда присутствует, то алгоритм прекращает работу на шаге 500, а в противном случае алгоритм возвращается на шаг 110 и его работа повторяется.
Хотя в вышеописанном способе в качестве одного из критериев определения момента, когда необходимо снижать интенсивность образования сажи, используется содержание топлива в масле, следует понимать, что о текущем состоянии масла можно судить и по другим параметрам, связанным с примесями в масле, и использовать такие параметры в качестве альтернативы уровню FIO или в сочетании с уровнем FIO.
Например, если другой примесью является сажа, тогда содержание сажи в масле (SIO, Soot in Oil) можно оценивать или измерять и использовать вместо FIO или использовать оба указанных параметра. Измерение количества сажи в масле хорошо известно, например, из патента США 7830509 и европейского патента 1500924. Вместо таких методов прямого измерения количество сажи можно оценивать исходя из знания режима работы двигателя за какой-то период времени. Высокие уровни содержания сажи в масле имеют неблагоприятный эффект, потому что снижают смазочную способность масла, а в некоторых случаях могут закупоривать небольшие каналы подачи масла или питающие трубопроводы.
Следовательно, на шаге 120 фиг.4 можно было бы выполнить проверку условия «Текущий уровень SIO > Предельно допустимого уровня SIO?», и если это так, то совершить переход на шаг 200, а если нет, то на шаг 130.
В другом варианте на шаге 120 можно было бы выполнить проверку обоих условий «Текущий уровень FIO > Предельно допустимого уровня FIO?» ИЛИ «Текущий уровень SIO > Предельно допустимого уровня SIO?», и если проверка какого-либо из условий даст положительный результат, то совершить переход на шаг 200, а если ни одно из указанных условий при проверке не даст положительного результата, то совершить переход на шаг 130.
Помимо этого, проверка состояния устройства, снижающего токсичность отработавших газов, сформулированная на шаге 130, была выше описана, как проверка состояния фильтра DPF на предмет уровня заполнения указанного фильтра сажей, однако указанная проверка может относиться и к некоторым другим видам устройств, снижающих токсичность выхлопных газов, например к системе присадок для DPF, в которой имеется резервуар, содержащий присадку, которая используется для улучшения процесса регенерации DPF.
Присадку из резервуара можно вводить в топливо, как описано в патенте США 5195466, в поток отработавших газов перед фильтром DPF или непосредственно в фильтр DPF со стороны его входа. Следует понимать, что чем чаще возникает необходимость в регенерации DPF, тем больше будет расход присадки, и поэтому интенсивность образования сажи желательно снижать, когда расход присадки превышает установленную величину, чтобы увеличить период времени до момента, когда возникнет необходимость заправки резервуара. Кроме того, если интервалы времени между процедурами регенерации увеличиваются, то количество присадки, которое необходимо держать в автомобиле, потенциально может быть уменьшено, что тем самым позволит использовать резервуар меньшего объема.
В таком случае при использовании присадок состояние устройства, снижающего токсичность отработавших газов, может характеризоваться количеством присадки, которое было использовано из резервуара, или количеством присадки, которое остается в резервуаре. Поэтому, если количество использованной присадки превышает установленный предел, необходимо снизить интенсивность образования сажи в двигателе, чтобы уменьшить частоту процедур регенерации и, следовательно, осуществить сбережение присадки. Поэтому шаг 130 алгоритма мог бы содержать проверку, превышает ли расход присадки из резервуара предельное значение, и если превышение имеет место, то совершать переход к шагу 200, а если нет, то переходить к шагу 140.
Кроме того, операция проверки на шаге 130 могла бы заключаться во проверке нескольких условий, касающихся состояния системы снижения токсичности отработавших газов. Так, для двигателя, оснащенного фильтром DPF с системой присадок, на шаге 130 могла бы производиться проверка следующих условий:
«уровень заполнения DPF сажей > предельно допустимого уровня заполнения DPF?» ИЛИ
«количество использованной присадки > предельно допустимого количества использованной присадки?», и
если имеет место превышение какого-либо из указанных предельных значений, то алгоритм переходит к шагу 200, а в противном случае переходит к шагу 140.
Таким образом в итоге, в соответствии с вышеописанным, предпочтительным вариантом осуществления изобретения предлагается способ сокращения частоты процедур регенерации DPF и уменьшения скорости поглощения топлива/сажи моторным маслом двигателя путем адаптивного изменения интенсивности образования сажи в двигателе во время переходных режимов.
Уменьшение интенсивности образования сажи во время таких переходных режимов особенно актуально, поскольку высокоинтенсивное образование сажи наиболее вероятно именно в таких режимах в силу трудности точного согласования управления двигателем и процесса сгорания смеси, который фактически имеет место.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, по мере того как увеличивается уровень заполнения сажей фильтра DPF или увеличивается количество использованной присадки, производят постепенное снижение интенсивности образования сажи в двигателе, так чтобы уменьшалось количество сажи, поступающей в фильтр DPF. Согласно другому варианту осуществления изобретения, как только уровень заполнения сажей фильтра DPF или расход присадки превысит установленное предельно допустимое значение, производят немедленное снижение интенсивности образования сажи в двигателе до уровня, при котором поступление сажи в фильтр DPF существенно сокращается, но двигатель при этом по-прежнему обеспечивает крутящий момент, достаточный для выполнения основных задач.
Предпочтительно, чтобы регулирование интенсивности образования сажи не основывалось единственно на уровне заполнения фильтра DPF, но также зависело от содержания топлива/сажи в масле двигателя. Это связано с тем, что если произошла регенерация фильтра DPF, то заполнение фильтра сажей упадет до низкого уровня, однако количество топлива в масле из-за этой регенерации увеличится. Следовательно, если управление двигателя основывается исключительно на уровне заполнения фильтра DPF, содержание топлива в масле будет нарастать, и никакие действия не будут предприниматься для снижения интенсивности образования сажи в целях снижения скорости поступления топлива в масло.
На фиг.5 и 6 представлено дальнейшее распространение изобретения на случай, когда двигатель 6 работает в установившемся режиме.
Фиг.5 изображает основные компоненты устройства для регулирования/снижения интенсивности образования сажи в двигателе 6. Устройство содержит ранее описанный блок 611 контроля образования сажи и блок 612 управления двигателем. В варианте осуществления, в котором реализуется снижение интенсивности образования сажи и в переходном, и в установившемся режимах, блок 611 контроля образования сажи и блок 11 контроля образования сажи вероятно могли бы быть выполнены в виде единого блока, и, аналогично, блок 612 управления двигателем и блок 12 управления двигателем вероятно могли бы быть выполнены в виде единого блока.
Согласно фиг.5 блок 611 контроля образования сажи принимает ряд входных сигналов 610, разделяющихся на две категории: те сигналы, которые относятся к функциональному состоянию масла, используемого для смазки двигателя 6 (моторного масла), и те, которые относятся к функциональному состоянию устройства, снижающего токсичность выбросов (ECD, Emission Control Device), которое в данном случае представляет собой фильтр DPF с системой присадок, содержащей резервуар с присадкой (608 на фиг.1), но в иных вариантах это может быть просто фильтр DPF.
Блок 611 контроля образования сажи выполнен с возможностью приема различных входных сигналов 610, которые в данном случае включают в себя: сигнал содержания топлива в масле, содержания сажи в масле, сигнал заполнения DPF сажей и сигнал количества использованной присадки от резервуара, входящего в состав системы присадок, обработки указанных сигналов и формирования командного сигнала для блока 612 управления двигателем, который предписывает, когда требуется произвести регулирование двигателя 6 с целью снижения интенсивности образования сажи.
Следует понимать, что различные входные сигналы 610 могут быть получены путем проведения измерений при помощи датчиков или посредством оценки на основе знания режима работы двигателя 6. Работа устройства далее будет описана более подробно согласно фиг.6, которая изображает блок-схему (алгоритм) логических операций, выполняемых устройством и в частности блоком 611 контроля образования сажи.
Осуществление способа начинается с шага 1000, который в случае транспортного средства, оснащенного дизельным двигателем, заключается во включении двигателя. Затем способ переходит к шагу 1110, на котором производится определение текущего состояния устройства, снижающего токсичность выбросов, в виде данных текущего уровня заполнения сажей фильтра DPF, количества присадки для DPF, израсходованной из резервуара 608, и текущего состояния загрязнения масла в виде данных содержания топлива и сажи в моторном масле.
Содержание топлива/сажи в масле может быть выражено в виде отношения количества топлива/сажи к количеству масла или в виде объема или массы топлива/сажи в масле. Аналогично, предельно допустимый уровень заполнения DPF может быть выражен в виде массы сажи, объема сажи, величины давления отработавших газов или отношения количества сажи к полной вместимости фильтра по саже, а количество израсходованной присадки может быть выражено в виде объема, доли от общей вместимости резервуара 608 или иными удобными средствами.
Как говорилось выше, определение текущего уровня заполнения фильтра DPF, текущего количества присадки, израсходованного из резервуара 608, и текущего содержания топлива/сажи в моторном масле может быть выполнено напрямую путем измерений при помощи датчиков (не показаны), связанных с системой 5 дизельного двигателя, или может быть осуществлено методами оценки, основанными на известном коэффициенте использования и фактической продолжительности эксплуатации двигателя 6. Такие оценки могут быть представлены в виде данных, занесенных в определенную форму одной или более просмотровых таблиц, в которых заполнение DPF, расход присадки, содержание сажи в масле и содержание топлива в моторном масле ставятся в соответствие функциям работы двигателя, например суммарной продолжительности эксплуатации двигателя. Например, количество сажи в DPF 7 можно оценить путем использования данных текущего показателя выброса сажи из просмотровой таблицы и последующего суммирования полученных результатов за определенное время.
Затем алгоритм переходит к шагу 1120, на котором производится определение, требует ли уровень загрязнения масла снижения интенсивности образования сажи в двигателе 6.
В таблице 1 далее приведены различные соотношения, которые могли бы быть использованы на шаге 1120, в зависимости от того, содержание каких факторов в масле известно: содержание и сажи, и топлива или только содержание одного из указанных факторов, а также приведен результат операции шага 1120.
Таблица 1
Загрязнение масла, оцениваемое или измеряемое
Условие, поверяемое на шаге 1120
Сажей и топливом
Уровень SIO > Предельно допустимого SIO? ИЛИ Уровень FIO > Предельно допустимого FIO? Если в каком-либо из вариантов «ДА», то переход к шагу 1200, в ином случае - к шагу ИЗО.
Только сажей
Уровень SIO > Предельно допустимого SIO? Если «ДА», то переход к шагу 1200, в ином случае - к шагу 1130
Только топливом
Уровень FIO > Предельно допустимого FIO? Если «ДА», то переход к шагу 1200, в ином случае - к шагу 1130
Если результатом проверки является переход к шагу 1200, то производится регулирование установившегося режима работы двигателя в целях оптимального снижения интенсивности образования сажи в двигателе 6. Снижение интенсивности образования сажи может отрицательно сказаться на других рабочих параметрах двигателя 6, например максимальном возможном крутящем моменте или показателях токсичности отработавших газов.
Как показано на фиг.5, указанное регулирование установившегося режима работы двигателя может быть произведено посредством регулирования одного или более параметров двигателя 6, например, путем уменьшения количества топлива, подаваемого в двигатель, путем регулирования фазы подачи топлива, регулирования/увеличения давления впрыска, регулирования/уменьшения потока рециркуляции отработавших газов, регулирования/увеличения массового расхода воздуха и, в случае двигателя с наддувом, регулирования/увеличения давления воздуха наддува. В зависимости от текущих условий работы двигателя 6 и алгоритмов управления, реализуемых блоком 612 управления двигателем, блок 612 управления двигателем может использовать при регулировании только один из указанных параметров или несколько.
Если проверка на шаге 1120 дает отрицательный результат, то алгоритм переходит к шагу 1130, на котором производится проверка текущего состояния устройства, снижающего токсичность выбросов (ECD).
В таблице 2 далее приведены различные соотношения, которые могли бы быть использованы на шаге 1130, в зависимости от того, являются известными оба фактора - уровень заполнения сажей фильтра DPF и уровень расхода присадки, или только один из указанных факторов, а также приведен результат операции шага 1130.
Таблица 2
Состояние ECD, оцениваемое или измеряемое
Условие, поверяемое на шаге 1130
Заполнение DPF сажей
Уровень заполнения DPF > Предельно допустимого уровня заполнения? ИЛИ Израсходованное количество присадки > Предельно допустимого расхода присадки? Если в каком-либо из вариантов «ДА», то переход к шагу 1200, в ином случае - к шагу 1140.
Уровень расхода присадки
Только заполнение DPF сажей
Уровень заполнения DPF > Предельно допустимого уровня заполнения? Если «ДА», то переход к шагу 1200, в ином случае - к шагу 1140
Только уровень расхода присадки
Израсходованное количество присадки > Предельно допустимого расхода присадки? Если «ДА», то переход к шагу 1200, в ином случае - к шагу 1140
Если результатом проверки является переход к шагу 1200, то, как и предыдущем случае, производится регулирование установившегося режима работы двигателя в целях оптимального снижения интенсивности образования сажи в двигателе 6 путем использования вышеупомянутых процедур.
Однако если результатом проверки на шаге 1130 является переход к шагу 1140, то производится выбор нормальной предельно допустимой интенсивности образования сажи. Нормальный предельно допустимый уровень интенсивности образования сажи - это максимально допустимый уровень интенсивности образования сажи, который будет также обеспечивать максимально допустимый уровень крутящего момента двигателя 6 и наилучшие показатели токсичности выбросов и топливной экономичности.
После завершения шагов 1140 или 1200 алгоритм переходит к шагу 1300. На шаге 1300 производится проверка факта подачи команды на выключение, и если такая команда подана, тогда алгоритм завершает работу на шаге 1500, в противном случае алгоритм возвращается к шагу 1110 и повторяет свою работу.
Следует понимать, что конкретные вышеописанные шаги (операции) и порядок обработки не определяют границ идеи изобретения и что порядок выполнения шагов 1120-1130 может быть изменен, а что касается шагов, содержащих несколько проверок, то указанные проверки могут быть выполнены в виде отдельных шагов.
Следовательно, системой 5 двигателя можно управлять так, чтобы интенсивность образования сажи снижалась, когда выполняются определенные установленные граничные условия, касающиеся загрязнения масла и/или состояния устройства, снижающего токсичность выбросов, при установившемся режиме работы двигателя, при переходном режиме работы двигателя 6 или при обоих режимах - установившемся и переходном. Например, на первом этапе можно ввести ограничение на интенсивность образования сажи только при переходном режиме работы двигателя, но затем, когда один из нескольких проверяемых параметров достигает критического состояния, также произвести снижение интенсивности образования сажи и в установившемся режиме работы двигателя.
Следует понимать, что при использовании контроля образования сажи только в переходных режимах, в силу своей кратковременности, такое регулирование не оказывает большого негативного влияния на показатели по токсичным выбросам двигателя, однако дает значительное сокращение количества образующейся сажи из-за более сильного потенциального рассогласования между требуемым количеством топлива и подаваемым количеством топлива.
Хотя настоящее изобретение было описано на примерах предпочтительных вариантов, для специалистов в данной области будет понятно, что в форму и детали осуществления изобретения могут быть внесены изменения, не выходящие за границы идеи и объема изобретения.