Способ (варианты) и система для обеспечения отсечки топлива при замедлении движения автомобиля
METHOD (EMBODIMENTS) AND SYSTEM FOR PROVIDING FUEL CUT-OFF DURING VEHICLE MOTION DECELERATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к способам и системам для управления двигателем транспортного средства в целях регенерации сажевого фильтра при отсечке топлива в режиме замедления движения автомобиля.
Уровень техники
Для обработки отработавшего газа двигателей внутреннего сгорания могут использоваться устройства снижения токсичности выбросов. В частности, устройства снижения токсичности выбросов могут включать в себя фильтры твердых частиц (сажевые фильтры), окислительные каталитические нейтрализаторы и каталитические нейтрализаторы оксида азота (NOx). Твердые частицы, которые главным образом представлены частицами углерода от неполного сгорания можно собирать в сажевых фильтрах, при этом частицы постепенно могут создавать ограничение потоку отработавшего газа по мере того, как они накапливаются в сажевых фильтрах. Чтобы периодически осуществлять регенерацию или прочистку сажевого фильтра, должны быть предприняты меры, которые приводят к увеличению температуры отработавшего газа выше установленного уровня (например, выше 450°C), чтобы сжечь частицы углерода, которые накопились в фильтре.
В некоторых случаях сажевый фильтр достигает достаточно высоких температур (отработавшего газа) при нормальной работе автомобиля, чтобы осуществлялась пассивная регенерация сажевого фильтра. Однако, некоторые автомобили могут не достигать условий пассивной регенерации (например, скорость автомобиля должна превышать 64 км/ч), и сажевый фильтр может загрязняться. Регенерацию сажевого фильтра можно дополнительно или как вариант осуществлять при отсечке топлива во время замедления движения автомобиля, т.е. в режиме ОТЗ (DFSO, Deceleration Fuel Shut-Off). ОТЗ (DFSO) - это режим, применяемый в целях экономии топлива и уменьшения износа тормозов в автомобилях с трансмиссией, которые обычно работают при стехиометрическом воздушно-топливном отношении ВТО (AFR, Air-Fuel Ratio). При таком способе, при определенных условиях работы отключают подачу топлива в один или более цилиндров.
В некоторых случаях, в автомобиле может осуществляться регенерация сажевого фильтра при ОТЗ (DFSO) на основе измеренной сажевой нагрузки (soot load) и скорости реакции твердых частиц. Измерение сажевой нагрузки может быть основано на противодавлении отработавших газов, измеренном перед сажевым фильтром. Скорость реакции твердых частиц может быть рассчитана исходя из измеренной сажевой нагрузки. Однако, обнаружены проблемы, связанные с вышеописанной работой. Например, может быть трудно оценивать сажевую нагрузку сажевого фильтра из-за скопления зольных отложений. Зольные отложения могут искусственно увеличивать измеренное значение сажевой нагрузки в силу увеличения противодавления отработавших газов. При этом такое увеличение ошибочно принимают за увеличение количества сажи, что приводит к завышению оценки скорости реакции твердых частиц, и неоправданному сокращению продолжительности ОТЗ (DFSO). Таким образом, регенерация сажевого фильтра при ОТЗ (DFSO) может быть неоправданно ограниченной, чтобы защитить сажевый фильтр от горения сажи, которой и нет на сажевом фильтре. Высокие температуры на сажевом фильтре могут приводить к ухудшению характеристик сажевого фильтра, что, помимо прочего, может заключаться в развитии утечек в сажевом фильтре или полном его прогорании (т.е. в потере сажевого фильтра).
Раскрытие изобретения
Однако, были найдены различные способы, чтобы обойти вышеуказанные проблемы. Согласно одному примеру, для борьбы с вышеуказанными проблемами может быть пригоден способ для регулирования продолжительности процедуры ОТЗ (DFSO) и общего числа включенных и отключенных цилиндров при ОТЗ (DFSO), исходя из изменения температуры сажевого фильтра во время его регенерации. Дополнительно, указанную продолжительность можно регулировать, исходя из предполагаемой максимальной сажевой нагрузки в сажевом фильтре. Если принять некоторую максимальную сажевую нагрузку в сажевом фильтре, то скорость реакции твердых частиц (например, скорость, с которой сажа выгорает из сажевого фильтра) будет зависеть от располагаемого количества кислорода. Согласно одному примеру, если продолжительность реакции твердых частиц больше продолжительности ОТЗ (DFSO), тогда один или более цилиндров двигателя могут быть включены при ОТЗ (DFSO), чтобы уменьшить поток кислорода и увеличить продолжительность ОТЗ (DFSO) для согласования со скоростью реакции сажи. При таком способе величина потока кислорода уменьшается, но при этом все равно осуществляется регенерация сажевого фильтра при ОТЗ (DFSO). При этом температура сажевого фильтра не сможет превышать максимально допустимой температуры, и, следовательно, уменьшается вероятность прогорания сажевого фильтра, и одновременно осуществляется регенерация сажевого фильтра.
Вышеприведенные рассуждения содержат выводы, сделанные авторами настоящего изобретения, при этом допускается, что указанные выводы не являются общеизвестными. Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. 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 ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 схематически изображает двигатель с сажевым фильтром.
Фиг. 2 изображает блок-схему алгоритма, иллюстрирующую пример способа проведения процедуры ОТЗ (DFSO).
Фиг. 3 изображает блок-схему алгоритма, иллюстрирующую пример способа для определения параметров ОТЗ (DFSO) и инициирования ОТЗ (DFSO).
Фиг. 4 изображает блок-схему алгоритма, иллюстрирующую пример способа для диагностирования двигателя.
Фиг. 5 изображает диаграммы, иллюстрирующие продолжительность ОТЗ (DFSO) в зависимости от вычисленной концентрации кислорода.
Фиг. 6 изображает диаграммы, иллюстрирующие итеративные процедуры регенерации и контроль давления отработавшего газа в целях диагностики двигателя.
Осуществление изобретения
Приведенное ниже описание относится к системам и способам для управления продолжительностью регенерации сажевого фильтра при ОТЗ (DFSO). Сажевый фильтр может быть расположен в тракте выпуска отработавших газов двигателя, при этом сажевый фильтр может улавливать сажу (т.е. твердые частицы) из отработавшего газа.
У тех водителей, которые не создают для своего автомобиля условий для пассивной регенерации сажевого фильтра (например, пробег автомобиля меньше порогового пробега), может быть засорен сажевый фильтр, что может увеличивать противодавление отработавших газов и мешать надлежащему выходу отработавших газов из двигателя. Условия, способствующие регенерации сажевого фильтра, помогают увеличить температуру отработавших газов, проходящих через сажевый фильтр, чтобы облегчить регенерацию (например, помогают увеличить количество кислорода и топлива, запаздывание искры и т.п.). Засоренный сажевый фильтр может ограничивать проходящий через него поток отработавших газов и создавать увеличенное противодавления отработавших газов. Режим, способствующий увеличению потока кислорода даже при низких нагрузках, может позволить происходить процессу регенерации сажевого фильтра. В режиме ОТЗ (DFSO) отключается впрыск топлива в один или более цилиндров двигателя, но поток воздуха по-прежнему имеет возможность проходить, что тем самым увеличивает концентрацию кислорода в отработавшем газе, проходящем через сажевый фильтр. Увеличенная концентрация кислорода в отработавших газах может способствовать регенерации сажевого фильтра при подходящей температуре регенерации (например, 450°C или более). Кроме того, при ОТЗ (DFSO) топливо можно впрыскивать в один или более цилиндров, чтобы уменьшать концентрацию кислорода в отработавшем газе, проходящем через сажевый фильтр (например, сжигая в одном или более цилиндрах смесь стехиометрического состава). Более того, во включаемых цилиндрах можно создавать переменное ВТО (AFR) (например, λ>1, λ<1 или λ=1). При горении воздушно-топливной смеси происходит потребление кислорода, и относительный процент кислорода в отработавших газах существенно снижается, в конечном счете снижая скорость роста температуры в сажевом фильтре.
Однако, если общая концентрация кислорода превышает его пороговую концентрацию, тогда температура сажевого фильтра может превысить верхний порог температуры сажевого фильтра, и фильтр может прогореть. Фиг. 2 иллюстрирует способ определения условий для осуществления ОТЗ (DFSO). Фиг. 3 иллюстрирует способ определения пороговой концентрации кислорода наряду с определением продолжительности ОТЗ (DFSO). Способ по фиг. 3 может быть основан на определении продолжительности ОТЗ (DFSO), исходя из оцениваемой максимальной сажевой нагрузки, но независимо от текущей измеренной сажевой нагрузки. Способ диагностики для определения надлежащей регенерации сажевого фильтра будет описан согласно фиг. 4. Фиг. 5 и 6, соответственно, иллюстрируют влияние концентрации кислорода на продолжительность ОТЗ (DFSO) и определение надлежащего противодавления отработавших газов после процедур регенерации сажевого фильтра.
На фиг. 1 схематически изображен один цилиндр двигателя 10, содержащего несколько цилиндров, который может быть включен в систему привода автомобиля. Управление двигателем 10 может осуществляться по меньшей мере частично посредством управляющей системы, содержащей контроллер 12, и командой от оператора (водителя) 132 автомобиля посредством устройства 130 ввода. В данном примере, устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования сигнала Положение Педали (ПП) пропорционального положению педали. Цилиндр 30 (или «камера сгорания») двигателя 10 может содержать стенки 32 и расположенный внутри поршень 36. В некоторых конструкциях торец поршня 36 может иметь форму чаши. Поршень 36 может быть связан с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть связан по меньшей мере с одним ведущим колесом пассажирского автомобиля через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, для обеспечения запуска двигателя 10, с коленчатым валом 40 через маховик может быть связан мотор стартера. Камера 30 сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42, и может высвобождать отработавшие газы через выпускной канал 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 конструкциях камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
Управление впускным клапаном 52 может осуществляться от контроллера 12 посредством электрического привода клапана ЭПК (EVA, Electric Valve Actuator) 51. Аналогично, управление выпускным клапаном 54 может осуществляться от контроллера 12 посредством ЭПК (EVA) 53. С другой стороны, устройство варьируемого управления клапаном может представлять собой электрогидравлический или иной возможный механизм, который дает возможность приводить клапан в действие. При некоторых условиях контроллер 12 может изменять сигналы, подаваемые на приводы 51 и 53 для управления открытием и закрытием соответствующего впускного и выпускного клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 можно определять посредством соответствующих датчиков 55 и 57 положения. В иных конструкциях приведение в действие одного или более впускных клапанов и одного или более выпускных клапанов может осуществляться посредством одного или более кулачков, которые в целях изменения программы работы клапанов могут реализовывать одну или более из следующих систем газораспределения: систему переключения профилей кулачков ППК (CPS, Cam Profile Switching), систему изменения фаз кулачкового газораспределения ИФКГ (VCT, Variable Cam Timing), систему изменения фаз газораспределения ИФГ (VVT, Variable Valve Timing) и/или систему переменного газораспределения с регулированием высоты подъема клапанов ИВПК (VVL, Variable Valve Lift). Например, как вариант, цилиндр 30 может содержать впускной клапан, управляемый электрически, и выпускной клапан, управляемый кулачками с использованием систем ППК (CPS) и ИФКГ (VCT).
Показано, что топливная форсунка 66 связана непосредственно с цилиндром 30 для впрыска топлива напрямую в цилиндр пропорционально длительности импульса впрыска топлива ИВТ (FPW, Fuel Pulse Width), принимаемого от контроллера 12 через электронный усилитель (драйвер) 68. При таком способе топливная форсунка 66 реализует так называемый непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка может быть установлена на боковой стороне камеры сгорания или, например, в верхней части камеры сгорания. Топливо в топливную форсунку 66 может доставляться посредством топливной системы (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу.
В определенных режимах работы система 88 зажигания может создавать искру зажигания в камере 30 сгорания посредством искровой свечи 92 в ответ на сигнал опережения зажигания O3 (SA, Spark Advance) от контроллера 12. Хотя на фиг. 1 показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых конструкциях камера 30 сгорания или одна или более других камер сгорания двигателя 10 могут работать в режиме компрессионного воспламенения с искрой зажигания или без искры зажигания.
Впускной канал 42 может содержать дроссели 62 и 63, в состав которых входят дроссельные заслонки 64 и соответственно 65. В данном конкретном примере положения дроссельных заслонок 64 и 65 может изменять контроллер 12 посредством сигналов, подаваемых на электрический мотор или привод, который входит в состав дросселей 62 и 63; при этом такая система называется системой электрического управления дросселем ЭУД (ETC, Electronic Throttle Control). Таким образом, дроссели 62 и 63 можно приводить в действие, чтобы изменять поток всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания наряду с другими цилиндрами двигателя. Информация о положении дроссельных заслонок 64 и 65 может передаваться в контроллер 12 посредством сигналов положения дросселя ПД (TP, Throttle Position). Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для передачи в контроллер 12 соответствующих сигналов абсолютного давления в коллекторе ДВК (MAP, Manifold Absolute Pressure) и массового расхода всасываемого воздуха MPB (MAF, Mass Air Flow).
Кроме того, в раскрываемых вариантах осуществления изобретения система рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR, Exhaust Gas Recirculation) может передавать требуемую часть отработавшего газа из выпускного канала 48 во впускной канал 44 через канал 140 системы РОГ (EGR) высокого давления ВД (HP-EGR, High-Pressure EGR) и/или канал 150 системы РОГ (EGR) низкого давления НД (LP-EGR, Low-Pressure EGR). Количество отработавшего газа, передаваемого по контуру РОГ (EGR) во впускной канал 44, может изменять контроллер 12 посредством клапана 142 РОГ-ВД (HP-EGR) или клапана 152 РОГ-НД (LP-EGR). Согласно некоторым вариантам осуществления, в выпускной тракт может быть включен дроссель, чтобы способствовать передаче отработавшего газа по РОГ (EGR). Кроме того, в канале РОГ (EGR) может быть установлен датчик 144, чтобы обеспечивать индикацию одного из следующих параметров: давления, температуры и концентрации отработавшего газа. В ином варианте, управление РОГ (EGR) можно осуществлять посредством расчетной величины на основе сигналов от датчиков МРВ (MAF) (перед впускным коллектором), ДВК (MAP) (во впускном коллекторе), датчика температуры воздуха в коллекторе ТВК (MAT, Manifold Air Temperature) и датчика оборотов коленчатого вала. Кроме того, управление РОГ (EGR) можно осуществлять на основе сигнала датчика содержания кислорода в отработавшем газе и сигнала датчика содержания кислорода во всасываемом воздухе (во впускном коллекторе). При некоторых условиях система РОГ (EGR) может быть использована для регулирования температуры воздуха и топливной смеси в камере сгорания. На фиг. 1 показана система РОГ-ВД (HP-EGR), в которой отработавший газ передается из точки перед турбиной турбонагнетателя в точку после компрессора турбонагнетателя, и система РОГ-НД (LP-EGR), в которой отработавший газ передается из точки после турбины турбонагнетателя в точку перед компрессором турбонагнетателя. Кроме того, как показано на фиг. 1, система РОГ-ВД (HP-EGR) может содержать охладитель 146, а система РОГ-НД (LP-EGR) может содержать охладитель 158, чтобы отбирать тепло от отработавших газов и передавать его, например, хладагенту двигателя. Перепускной канал 154 охладителя РОГ-НД (LP-EGR) и перепускной клапан 156 охладителя РОГ-НД (LP-EGR) могут управлять потоком отработавшего газа через охладитель 158 РОГ-НД (LP-EGR). Поток отработавшего газа через охладитель РОГ (EGR) можно уменьшать в ответ на ситуацию, при которой уровень конденсата в охладителе РОГ-НД (LP-EGR) превышает пороговый уровень. Согласно другим вариантам осуществления изобретения, двигатель 10 может содержать только систему РОГ-ВД (HP-EGR) или только систему РОГ-НД (LP-EGR).
Как таковой, двигатель 10 может дополнительно содержать устройство сжатия воздуха в виде воздушного нагнетателя или турбонагнетателя, содержащее по меньшей мере компрессор 162, расположенный по ходу течения воздуха во впускной коллектор 44. В случае турбонагнетателя, компрессор 162 может по меньшей мере частично приводиться в движение турбиной 164 (например, через вал), расположенной по ходу выпускного канала 48. В случае воздушного нагнетателя, компрессор 162 может по меньшей мере частично приводиться в движение посредством ДВС и/или электрической машины, и может не содержать турбины. Таким образом, величину сжатия, обеспечиваемую в одном или более цилиндрах двигателя посредством турбонагнетателя или воздушного нагнетателя, можно изменять посредством контроллера 12.
Показано, что с выпускным каналом 48 в точке перед турбиной 164 связан датчик 126 выхлопных газов. Датчиком 126 может служить любой подходящий датчик для измерения воздушно-топливного отношения отработавшего газа, к примеру, универсальный линейный датчик содержания кислорода в отработавших газах УДКОГ (UEGO, Universal Exhaust Gas Oxygen), кислородный датчик с двумя состояниями ДКОГ (EGO, Exhaust Gas Oxygen), нагреваемый датчик содержания кислорода в отработавших газах НДКОГ (HEGO, Heated Exhaust Gas Oxygen), датчик NOx, HC или CO.
Показано, что по ходу выпускного канала 48, после датчика 126 выхлопных газов установлены устройства 71 и 72 снижения токсичности выбросов. Устройства 71 и 72 снижения токсичности выбросов могут представлять собой систему селективной каталитической нейтрализации СКН (SCR, Selective Catalytic Reduction), трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ТКН (TWC, Three-Way Catalyst), уловитель NOx, различные другие устройства снижения токсичности выбросов или комбинацию указанных устройств. Например, устройство 71 может представлять собой ТКН (TWC), а устройство 72 может представлять собой сажевый фильтр СФ (PF, Particulate Filter). Перед СФ (PF) 72 может быть расположен датчик 73 давления. Данный датчик давления может быть использован для измерения противодавления отработавших газов в целях определения снижения показателей СФ (PF). Согласно некоторым вариантам осуществления, СФ (PF) 72 может быть расположен после ТКН (TWC) 71 (как показано на фиг. 1), в то время как в других вариантах СФ (PF) 72 может быть расположен перед ТКН (TWC) 71 (этот вариант не показан). Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления, при работе двигателя 10 может периодически осуществляться регенерация устройств 71 и 72 снижения токсичности выбросов путем включения в работу по меньшей мере одного цилиндра двигателя с определенным ВТО (AFR). Дополнительно, или в качестве варианта, может быть использован четырехкомпонентный ТКН (TWC), а ТКН (TWC) 71 и СФ (PF) 72 могут быть исключены из конструкции.
На фиг. 1 контроллер 12 показан в виде микрокомпьютера, содержащего центральное процессорное устройство ЦПУ (CPU, Central Processing Unit) 102, порты ввода/вывода ВВОД/ВЫВОД (I/O, Input-Output) 104, электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, изображенную в данном примере в виде постоянного запоминающего устройства ПЗУ (ROM, Read-Only Memory) 106, оперативное запоминающее устройство ОЗУ (RAM, Random Access Memory) 108, энергонезависимое запоминающее устройство ЭЗУ (КАМ, Keep-Alive Memory) 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10, дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, включая: сигнал массового расхода всасываемого воздуха МРВ (MAF, Mass Air Flow) от датчика 120; сигнал температуры хладагента двигателя ТХД (ECT, Engine Coolant Temperature) от датчика 112, связанного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал профиля зажигания ПЗ (PIP, Profile Ignition Pickup) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 40; сигнал положения дросселя ПД (TP, Throttle Position) от соответствующего датчика; сигнал абсолютного давления в коллекторе ДВК (MAP, Manifold Absolute Pressure) от датчика 122. Сигнал частоты вращения вала двигателя ЧВД (RPM, Revolutions per Minute) может быть сформирован контроллером 12 из сигнала ПЗ (PIP). Сигнал ДВК (MAP) от датчика давления в коллекторе может быть использован для индикации разрежения или давления во впускном коллекторе. Следует отметить, что могут быть использованы различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, датчик МРВ (MAF) без датчика ДВК (MAP) и наоборот. При работе со стехиометрическим ВТО (AFR) датчик ДВК (MAP) может давать индикацию крутящего момента двигателя. Кроме того, сигнал данного датчика, наряду с сигналом измеренных оборотов двигателя, может обеспечивать оценку заряда (включая воздух), подаваемого в цилиндр. Согласно одному примеру, датчик 118, который также используется в качестве датчика оборотов двигателя, может выдавать установленное число равноотстоящих импульсов на каждый оборот коленчатого вала.
В постоянное запоминающее устройство 106 могут быть записаны данные, считываемые компьютером, и представляющие собой инструкции, исполняемые процессором 102 для реализации способов, которые будут рассмотрены ниже, а также иных вариантов, возможность существования которых предполагается, но которые конкретно не рассматриваются.
Как говорилось выше, на фиг. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, при этом каждый цилиндр может аналогичным образом содержать свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, искровую свечу и т.п. Ниже будет описан способ для определения начала процедуры ОТЗ (DFSO) в автомобиле вместе с процессом регенерации сажевого фильтра при ОТЗ (DFSO), и завершения режима ОТЗ (DFSO) в ответ на факт невыполнения условий по общей концентрации кислорода и/или ОТЗ (DFSO).
На фиг. 2 представлен пример алгоритма 200 для определения условий осуществления ОТЗ (DFSO) в автомобиле, согласно одному варианту осуществления изобретения. Режим ОТЗ (DFSO) может быть использован для снижения расхода топлива путем отсечки подачи топлива в один или более цилиндров двигателя. Условия осуществления ОТЗ (DFSO) будут подробно описаны ниже.
Алгоритм 200 может начаться на шаге 202, на котором производится определение, оценивание и/или измерение текущих параметров работы двигателя. В число текущих параметров работы двигателя могут входить: скорость автомобиля, положение педали ПП (РР), положение дросселя и/или ВТО (AFR). На шаге 204 алгоритм 204 производит определение условий для осуществления режима ОТЗ (DFSO). Условия для осуществления ОТЗ (DFSO) могут помимо других возможных включать в себя: отсутствие нажатия педали акселератора (шаг 206), замедление движения автомобиля (шаг 208) и/или нажатие педали тормоза (шаг 210). Для определения положения педали акселератора (т.е. параметра положения педали) может быть использован датчик положения дросселя. Положение дросселя может быть менее открытым, когда педаль занимает наклонное положение (т.е. становится менее нажатой). Дополнительно, или в качестве варианта, для определения положения педали может быть использован датчик положения педали (например, датчик 134), который может передавать сигнал положения педали ПП (РР) в контроллер (например, в контроллер 12). Замедление автомобиля может быть констатировано, когда второй отсчет скорости автомобиля оказывается меньше первого отсчета скорости. Снятие первого отсчета скорости автомобиля производится перед снятием второго отсчета скорости (например, на 5 с раньше второго отсчета), при этом между первым отсчетом скорости и вторым отсчетом скорости никакие другие отсчеты скорости с датчика не снимаются. Нажатие педали тормоза может быть определено посредством датчика педали тормоза. Согласно другим вариантам осуществления изобретения, могут существовать и другие подходящие условия определения режима ОТЗ (DFSO).
На шаге 212 производится проверка выполнения одного или более вышеперечисленных условий для режима ОТЗ (DFSO). Если условие(-я) выполняется(-ются), то алгоритм 200 может перейти к шагу 302 алгоритма 300, который будет подробно описан ниже согласно фиг. 3. Если ни одно из условий не выполняется, то алгоритм 200 переходит к шагу 214, чтобы сохранить текущие параметры работы двигателя, и не инициировать ОТЗ (DFSO). Затем алгоритм может завершить работу.
Согласно некоторым вариантам осуществления, для прогнозирования выполнения условий для ОТЗ (DFSO) может быть использована GPS/навигационная система. Информация, которую использует GPS для прогнозирования выполнения условий для ОТЗ (DFSO) может включать, помимо другой возможной, направление маршрута, информацию о трафике и/или информацию о погоде. В качестве примера, GPS может обнаруживать трафик далее по текущему пути следования автомобиля, и предсказывать выполнение одного или более условий для ОТЗ (DFSO). Благодаря прогнозированию выполнения одного или более условий для ОТЗ (DFSO), контроллер может планировать, когда инициировать режим ОТЗ (DFSO).
Алгоритм 200 - это пример способа для контроллера (например, контроллера 12), чтобы определять, может ли автомобиль войти в режим ОТЗ (DFSO). После выполнения одного или более условий для ОТЗ (DFSO), контроллер (например, контроллер в комбинации с одним или более аппаратными устройствами, такими как датчики, клапаны и т.п.) может перейти к осуществлению алгоритма 300 фиг. 3.
Алгоритм 300 может быть исполнен как часть алгоритма 200, например, в ответ на выполнение одного или более условий для ОТЗ (DFSO); алгоритм 300 может начать определять параметры ОТЗ (DFSO) и инициировать режим ОТЗ (DFSO). Алгоритм 300 может определить параметры ОТЗ (DFSO), чтобы определить продолжительность режима ОТЗ (DFSO) на основе текущей температуры сажевого фильтра (СФ). Таким образом, алгоритм 300 может сформировать правила для проведения ОТЗ (DFSO) в целях регенерации СФ, не достигая температуры, которая может вывести сажевый фильтр из строя (например, верхней пороговой температуры СФ).
Фиг. 3 иллюстрирует алгоритм 300 для определения продолжительности ОТЗ (DFSO), основываясь на ограничении концентрации кислорода, как функции температуры сажевого фильтра. Продолжительность ОТЗ (DFSO) может быть определена, как время, отведенное для ОТЗ (DFSO), в зависимости от текущей температуры сажевого фильтра. Массовый расход кислорода может быть рассчитан на основе разности между верхней пороговой температурой СФ и текущей температурой СФ, при этом указанная разность представляет собой температурный интервал, на который может «подняться» сажевый фильтр. Если бы температура СФ превзошла пороговую температуру СФ, то СФ мог бы перегреться и его качество ухудшиться. Ухудшение качества может заключаться в развитии утечки в СФ или в полном прогорании фильтра, что будет более подробно описано ниже. Когда поток кислорода увеличивается, текущая температура СФ возрастает, а продолжительность ОТЗ (DFSO) уменьшается.
Во время ОТЗ (DFSO) система может осуществлять регенерацию сажевого фильтра. Выполнение регенерации СФ при ОТЗ (DFSO) может зависеть от того, достигла ли температура отработавшего газа пороговой температуры отработавшего газа (например, 450°C) и/или от выполнения условий для ОТЗ (DFSO). Режим ОТЗ (DFSO) может иметь место, когда температура отработавшего газа не достигает пороговой температуры отработавшего газа, и регенерация не происходит (например, при нажатии на педаль акселератора перед тем, как температура отработавшего газа достигает пороговой температуры). Измеренная температура отработавшего газа вблизи сажевого фильтра может быть использована для оценивания температуры СФ, при этом температура СФ по существу равна температуре отработавшего газа вблизи СФ или внутри СФ. Кроме того, если условия для ОТЗ (DFSO) не выполняются, то режим ОТЗ (DFSO) может быть прекращен до того, как будут происходить регенерация СФ. Более того, режим ОТЗ (DFSO) может быть прекращен в то время, когда происходит регенерация СФ, при этом, когда двигатель возвращается к стандартным рабочим процедурам (например, воспламенение происходит во всех цилиндрах), температура отработавшего газа может упасть ниже пороговой температуры отработавшего газа, и регенерация СФ может закончиться.
Процессы регенерации сажевого фильтра при ОТЗ (DFSO) могут происходить независимо от процессов пассивной регенерации СФ, при этом в случае регенерации сажевого фильтра при ОТЗ (DFSO) сажевая нагрузка на СФ не учитывается. Поэтому, алгоритм может принять максимальную сажевую нагрузку СФ и выполнять регенерацию сажевого фильтра при ОТЗ (DFSO). Максимальная сажевая нагрузка представляет вместимость СФ по саже, причем сажевая нагрузка СФ может ограничивать поток отработавшего газа через СФ, так что противодавление отработавшего газа может превысить пороговое противодавление. Пороговое противодавление может быть основано на противодавлении отработавшего газа, измеренном перед СФ, которое может препятствовать течению отработавших газов, выходящих из камеры сгорания, к сажевому фильтру. Как говорилось выше, при предположении максимальной сажевой нагрузки на СФ скорость реакции твердых частиц зависит от концентрации кислорода, которой располагает СФ. Алгоритм 300 может существовать в качестве защиты СФ, чтобы избежать снижения качества сажевого фильтра при его регенерации при ОТЗ (DFSO).
Алгоритм 300 можно исполнять, как часть алгоритма 200. Например, алгоритм 300 можно исполнять в ответ на введение в действие режима ОТЗ (DFSO). Поэтому, данное описание алгоритма 300 рассматривает работу автомобиля, в котором выполняется ОТЗ (DFSO). На шаге 302 алгоритм 300 производит оценивание и/или измерение текущих параметров работы двигателя. В число текущих параметров работы двигателя, которые оцениваются и/или измеряются, помимо других возможных, входят: скорость автомобиля, передача, включенная в автомобиле, нагрузка двигателя и/или ВТО (AFR). На шаге 304 алгоритм 300 принимает и/или оценивает максимальную сажевую нагрузку на сажевом фильтре. Максимальная сажевая нагрузка может представлять собой вместимость СФ, при которой СФ уже больше не может улавливать сажу.
Максимальная сажевая нагрузка может быть принята, чтобы дать возможность алгоритму 300 работать при допущении, что скорость реакции твердых частиц (т.е. скорость удаления сажи) может зависеть только от массового расхода кислорода, поступающего к сажевому фильтру. Таким образом, продолжительность ОТЗ (DFSO) может быть основана на результате оценки максимальной сажевой нагрузки, но быть независимой от текущей оцениваемой сажевой нагрузки. Кроме того, благодаря предположению максимальной сажевой нагрузки, изменение температуры СФ можно определять на основе массы сожженной сажи (например, температура СФ увеличивается на 100°C, чтобы сжечь 1 г сажи). Более того, скопление золы влияет на результат оценки сажевой нагрузки, при этом результат оценки сажевой нагрузки может быть выше, чем в случае, если бы зольное скопление отсутствовало. Принимая максимальную сажевую нагрузку на СФ, данную дилемму можно обойти.
На шаге 306 алгоритм 300 производит измерение текущей температуры СФ. Это может быть выполнено датчиком температуры, связанным с СФ. Далее, сажевый фильтр можно рассматривать как реактор с непрерывным перемешиванием, при этом можно сделать допущение, что СФ работает в условиях теплового равновесия (т.е. отсутствует теплопередача между СФ и другими системами), и объем отработавшего газа в СФ равен объему самого СФ. При таких допущениях температура СФ может быть равной температуре отработавшего газа внутри СФ или после СФ (например, температуре газа, выходящего из СФ). В результате, после СФ может быть расположен датчик температуры для определения текущей температуры СФ. Если текущая температура СФ больше или равна температуре регенерации СФ (например, 450°C), то регенерацию СФ можно инициировать за счет потока кислорода. Это может зависеть от сажевой нагрузки в активируемом сажевом фильтре, и/или от того, насколько высока температура, чтобы сажа сгорала в присутствии кислорода.
2
На шаге 308 алгоритм 300 вычисляет максимальное количество сажи, которое может быть сожжено, на основе разности (шаг 310) между верхней пороговой температурой СФ и текущей температурой СФ. Это максимально возможное количество сажи может зависеть от разности между оцененной или измеренной температурой перед СФ и смоделированной температурой экзотермической реакции в СФ, при этом оценка экзотермической реакции производится исходя из потока O. Верхняя пороговая температура СФ может основываться на температуре, при которой сажевый фильтр может терять свое качество. Разность между верхней пороговой температурой СФ и текущей температурой СФ может быть использована для расчета максимального количества сажи, которое может быть сожжено, во время регенерации СФ при ОТЗ (DFSO).
В качестве примера, если текущая температура СФ равна 450°C, а верхняя пороговая температура СФ составляет 1050°C, то разность между этими двумя температурами составляет 600°C. Как говорилось выше, температура СФ может возрастать на 100°C на грамм сжигаемой сажи (т.е. сажи, которая сгорает в СФ во время регенерации). Поэтому, для разности 600°C, во время регенерации сажевого фильтра при ОТЗ (DFSO) можно сжечь 6 г сажи, прежде чем режим ОТЗ (DFSO) будет прекращен. Кроме того, при регенерации может сгореть меньше 6 г сажи, если процесс регенерации сажевого фильтра прерывается из-за прекращения режима ОТЗ (DFSO) (например, если условия для ОТЗ (DFSO) больше не выполняются).
Следует понимать, что, если текущая температура СФ ниже пороговой температуры регенерации, то это может приводить к тому, что сажа вообще не будет сгорать в силу зависимости горения сажи от температуры (например, конструкция сажевого фильтра такова, что сажа сгорает при температурах выше пороговой температуры регенерации (например, 450°C)). Поэтому, ОТЗ (DFSO) может происходить без регенерации СФ (например, когда температура СФ равна 350°C или имеет любое другое значение ниже пороговой температуры регенерации).
На шаге 312 алгоритм 300 рассчитывает концентрацию воздуха. Расчетная концентрация воздуха может быть основана на максимальной массе сажи, которая может быть сожжена, при этом для сжигания 1 г сажи используется известное количество воздуха (например, 10 г воздуха на 1 г сажи). Концентрация кислорода может быть получена экстраполяцией из расчетной концентрации воздуха, при этом содержание кислорода в воздухе по существу равно 20%. Соответственно, приблизительно две молекулы кислорода могут «сжечь» одну молекулу сажи. Поэтому, если отслеживать количество воздуха, добавляемого при ОТЗ (DFSO), и не превышать расчетной концентрации воздуха, то алгоритм 300 может поддерживать температуру СФ ниже верхней пороговой температуры СФ.
В качестве примера, если максимальная масса сажи, которая может быть сожжена, составляет 6 г, тогда расчетная концентрация воздуха равна 60 г; то есть в сажевый фильтр могут поступить суммарно 60 г воздуха. Для определения продолжительности ОТЗ (DFSO) (шаг 314) может быть использована определенная величина воздушного потока (например, 3 г/с). В данном примере, можно определить, что продолжительность ОТЗ (DFSO) составит 20 с. Таким образом, найденная продолжительность ОТЗ (DFSO) может быть сохранена в памяти, чтобы дать возможность системе сформировать команду на прекращение ОТЗ (DFSO) в ответ на то, что автомобиль находился в режиме ОТЗ (DFSO) в течение времени, равного найденной продолжительности режима (т.е. в течение 20 с в данном примере).
Согласно некоторым вариантам осуществления, дополнительно или как вариант, в расчет концентрации воздуха может быть включена способность устройства снижения токсичности выбросов (например, ТКН (TWC)) накапливать в себе кислород. Определенные виды катализаторов в устройстве снижения токсичности выбросов (например, оксид церия) могут запасать кислород в процессе работы двигателя с обедненной смесью, и высвобождать кислород в последующих процессах. В результате, эта способность накапливать кислород может быть включена в расчет концентрации воздуха. Когда способность накапливать кислород увеличивается, концентрация воздуха увеличивается.
2
На шаге 316 алгоритм 300 начинает ОТЗ (DFSO) и осуществляет регенерацию сажевого фильтра при ОТЗ (DFSO) (например, основываясь на достижении температурой СФ пороговой температуры регенерации при ОТЗ (DFSO)), что может включать в себя отсечку подачи топлива в один или более цилиндров двигателя. Таким образом, концентрация кислорода в отработавшем газе, поступающем в СФ, увеличивается, и тем самым увеличивается температура СФ. Далее, алгоритм 300 может подавать топливо в один или более цилиндров двигателя, чтобы уменьшить концентрацию O в отработавшем газе, поступающем в СФ. Подача топлива во время ОТЗ (DFSO) может происходить в ответ на то, что температура СФ становится равной или превышает верхнюю пороговую температуру СФ, или в ответ на требование уменьшить концентрацию кислорода.
В качестве примера для четырехцилиндрового двигателя, если исходя из температуры сажевого фильтра и максимальной величины потока кислорода (например, когда все 4 цилиндра отключены) рассчитано, что продолжительность ОТЗ (DFSO) должна быть равна 20 с, а, исходя из параметров работы двигателя, расчетная скорость реакции твердых частиц составляет 30 с, тогда два цилиндра двигателя можно включить, чтобы увеличить продолжительность ОТЗ (DFSO) до 30 с, и дать возможность осуществить полную регенерацию сажевого фильтра.
На шаге 318 алгоритм 300 прекращает ОТЗ (DFSO), как только будут выполнены условия по пороговой концентрации кислорода и/или, как только прекратится выполнение условий для ОТЗ (DFSO). Прекращение ОТЗ (DFSO) может включать в себя подачу топлива в каждый цилиндр двигателя (например, осуществление воспламенения во всех цилиндрах двигателя). Режим ОТЗ (DFSO) может быть прекращен до того, как выполнятся условия по пороговой концентрации кислорода, если нарушается условие для ОТЗ (DFSO) (например, акселератор более не находится в отпущенном состоянии и/или тормоз более не находится в нажатом состоянии). Дополнительно, или как вариант, после работы в режиме ОТЗ (DFSO) в течение времени, которое было определено на шаге 314 на основе расчетной концентрации воздуха, режим ОТЗ (DFSO) может быть прекращен. Прекращение ОТЗ (DFSO) может заключаться в подаче топлива во все цилиндры двигателя. Далее алгоритм может завершить работу.
Как говорилось выше, согласно некоторым вариантам осуществления, условие пороговой концентрации кислорода может быть невыполненным во время ОТЗ (DFSO) в силу использования различных приемов, которые были описаны выше для регулирования потока кислорода (например, зажигание в одном или более цилиндрах и регулирование ВТО (AFR) во время ОТЗ (DFSO) в цилиндрах, в которых выполнено зажигание). Таким образом, поток кислорода можно регулировать, так чтобы концентрация кислорода не превосходила пороговой концентрации кислорода, и тем самым температура СФ не превосходила верхней пороговой температуры СФ.
Осуществление регенерации сажевого фильтра при ОТЗ (DFSO) обеспечивает для автомобиля способ регенерации СФ без использования активного увеличения температуры отработавших газов и запуска процесса регенерации. Алгоритм, описанный выше согласно фиг. 3, осуществляет регенерацию сажевого фильтра при ОТЗ (DFSO) в предположении, что СФ имеет максимальную сажевую нагрузку. Поэтому давление отработавшего газа непосредственно перед фильтром нельзя измерять для того, чтобы определить, является ли сажевая нагрузка фильтра слишком высокой (например, сажевая нагрузка больше пороговой сажевой нагрузки) по алгоритму 300. Фиг. 4 иллюстрирует диагностический алгоритм 400 для определения числа случаев, когда регенерация СФ произошла надлежащим образом. Кроме того, данный алгоритм может определять наличие утечки в СФ. Дополнительно или как вариант, алгоритм может диагностировать зольные отложения до уровня, превышающего пороговую зольную нагрузку.
Алгоритм 400 работает путем измерения давления отработавшего газа после регенерации сажевого фильтра с использованием процедуры ОТЗ (DFSO). Независимо от завершения регенерации сажевого фильтра при ОТЗ (DFSO) давление отработавшего газа может быть измерено. Событие замера давления отработавшего газа может быть записано в счетчик, если измеренное давление отработавшего газа превышает пороговое противодавление. Таким образом, если заранее заданное число событий замера давления отработавшего газа превышает пороговый результат счета, тогда зольная нагрузка (ash load) может превышать пороговую зольную нагрузку. Алгоритм 400 можно выполнять как часть алгоритма 300; например, исполнение алгоритма 400 может начинаться в ответ на прекращение ОТЗ (DFSO) (т.е. завершение и/или прерывание регенерации СФ).
На шаге 402 алгоритм 400 производит оценивание и/или измерение текущих параметров работы двигателя. В число текущих параметров работы двигателя, которые оцениваются и/или измеряются, помимо других возможных, входят: обороты двигателя, нагрузка двигателя и ВТО (AFR). Указанные параметры могут использоваться для определения, имело ли место недавнее прекращение ОТЗ (DFSO). На шаге 404 производится измерение давления отработавшего газа перед СФ после регенерации сажевого фильтра при ОТЗ (DFSO). Давление отработавшего газа может быть измерено после процедуры регенерации сажевого фильтра при ОТЗ (DFSO), чтобы определить, происходит ли регенерация СФ, что будет более подробно рассмотрено ниже. Дополнительно или как вариант, результат измерения давления отработавшего газа после регенерации сажевого фильтра при ОТЗ (DFSO), может быть использован для определения зольной нагрузки или потери качества сажевым фильтром. Зольные отложения могут накапливаться, когда происходит выжигание сажи из СФ.
На шаге 406 производится сравнение измеренного давления отработавшего газа с пороговым противодавлением. Пороговое противодавление может основываться на величине и/или значении противодавления отработавшего газа, которое может препятствовать требуемой скорости течения отработавшего газа через СФ. Если измеренное давление отработавшего газа меньше порогового противодавления, то алгоритм 400 производит сброс счетчика (шаг 407). Тот факт, что измеренное давление отработавшего газа меньше порогового противодавления, указывает как на то, что зольная нагрузка меньше пороговой зольной нагрузки, так и на то, что сажевая нагрузка меньше пороговой сажевой нагрузки.
В качестве примера, если три замера давления отработавшего газа взяты последовательно друг за другом, и их результаты превышают определенное пороговое давление, тогда алгоритм может увеличить содержимое счетчика на 3. Если результат четвертого замера давления отработавшего газа меньше порогового давления, то такой результат указывает на уменьшение сажевой нагрузки на СФ, и на то, что поток отработавшего газа через СФ достигает требуемой величины (т.е. имеет место снижение противодавления). Однако, если, например, 20 последовательных замеров давления отработавшего газа дают результат, превышающий пороговую величину (что будет более подробно рассмотрено ниже), тогда зольная нагрузка может превышать пороговую зольную нагрузку или сажевая нагрузка может превышать пороговую сажевую нагрузку, что приводит к увеличению противодавления. Сажевая нагрузка может превышать пороговую сажевую нагрузку, если процедуры регенерации сажевого фильтра происходят ненадлежащим образом.
В качестве примера, регенерация сажевого фильтра может происходить ненадлежащим образом, если температура отработавшего газа слишком низкая, вышел из строя датчик температуры или вспомогательные механизмы регенерации не создают достаточного увеличения температуры (например, недостаточен поток кислорода, чтобы инициировать регенерацию). Например, если вышел из строя датчик температуры, то указанный датчик может с погрешностью измерять температуру СФ, завышая ее величину по сравнению с фактической температурой СФ; затем расчетная продолжительность ОТЗ (DFSO) может оказаться заниженной, что приведет к тому, что меньше кислорода будет направлено к СФ, и будет сгорать меньшее количество твердых частиц (сажи). Дополнительно или как вариант, результат замера температуры, превышающий фактическую температуру СФ, может уменьшить величину фактора, способствующего регенерации, и в результате температура СФ может не достигнуть пороговой температуры СФ. Зольная нагрузка может превысить пороговую зольную нагрузку после ряда последовательных актов регенерации (например, после 200 актов регенерации СФ). В результате, алгоритм позволяет определять правильность хода регенерации при ОТЗ (DFSO) и/или производить обнаружение превышения зольной нагрузкой пороговой зольной нагрузки. Таким образом, приращения содержимого счетчика могут быть использованы для отслеживания тенденции изменения результатов измерения давления отработавшего газа. Дополнительно или как вариант, приращения содержимого счетчика могут быть использованы для отслеживания превышения результатами последовательных замеров давления отработавшего газа порогового давления после регенерации СФ при ОТЗ (DFSO).
На шаге 408 алгоритм 400 производит сравнение измеренного давления отработавшего газа с нижним порогом давления отработавшего газа. Нижний порог давления отработавшего газа может основываться на давлении отработавшего газа, которое соотносится с потерей сажевым фильтром своего качества (например, утечкой или потерей всего фильтра). В сажевом фильтре может развиться утечка или произойти потеря фильтра как такового, если процесс регенерации чересчур разогревает фильтр и начинает сжигать фильтр вместе с сажей. Потерю фильтра можно определить, как полное сгорание СФ, после чего сажевого фильтра уже не существует. Следовательно, утечку в сажевом фильтре можно определить, как частичное прогорание СФ, при котором часть СФ выгорела и отсутствует, но остальные части СФ еще находятся на месте. Нижний порог давления отработавшего газа может представлять собой более низкое давление, чем пороговое противодавление. Если измеренное давление отработавшего газа превышает нижний порог давления отработавшего газа, то алгоритм 400 переходит к шагу 410, чтобы сохранить текущие параметры работы двигателя. Если давление отработавшего газа находится в требуемом диапазоне (например, больше нижнего порога давления отработавшего газа, но ниже порога противодавления), тогда сажевая нагрузка СФ может быть ниже порога сажевой нагрузки, зольная нагрузка сажевого фильтра может быть ниже порога зольной нагрузки, и СФ видимо сохраняет свое качество.
Если на шаге 408 выясняется, что измеренное давление отработавшего газа меньше нижнего порога давления отработавшего газа, то алгоритм 400 переходит к шагу 412 и определяет, что СФ видимо потерял свое качество. Потеря сажевым фильтром качества может заключаться в том, что СФ достигает слишком высокой температуры (например, 1100°C) и прогорает (например, в фильтре развивается отверстие/утечка или сгорает весь фильтр (потеря фильтра)). На шаге 414 алгоритм 400 включает индикаторную лампу, чтобы уведомить оператора (водителя) автомобиля о неисправности / дефекте системы. Далее алгоритм 400 может завершить работу.
Если на шаге 406 выясняется, что измеренное давление отработавшего газа больше порогового давления, тогда противодавление отработавшего газа выше требуемого давления, и алгоритм на шаге 416 увеличивает содержимое счетчика. Содержимое счетчика приращений может быть увеличено только для последовательных замеров давления отработавшего газа, результат которых больше порогового давления. Таким образом, увеличение зольной нагрузки можно контролировать вместе с определением надлежащего выполнения регенерации сажевого фильтра при ОТЗ (DFSO). На шаге 418 алгоритм 400 производит сравнение содержимого счетчика приращений с пороговым результатом счета. Пороговый результат счета может основываться на заранее заданном числе последовательных замеров давления отработавшего газа, чтобы указывать факт превышения зольной нагрузкой пороговой зольной нагрузки или превышения сажевой нагрузкой пороговой сажевой нагрузки (например, 20 последовательных замеров давления отработавшего газа дают результат, превышающий пороговое давление). Если содержимое счетчика меньше порогового результата счета, тогда алгоритм может перейти к шагу 420, чтобы сохранить текущие параметры работы двигателя, при этом включения индикаторной лампы не происходит. Далее алгоритм 400 может завершить работу.
Если содержимое счетчика приращений больше порогового результата счета, тогда зольная нагрузка может превышать пороговую зольную нагрузку или сажевая нагрузка может превышать пороговую сажевую нагрузку, индикация чего осуществляется на шаге 422. алгоритм 400 может включить индикаторную лампу, чтобы уведомить водителя автомобиля о неисправности в системе. Затем алгоритм 400 может завершить работу.
Согласно некоторым вариантам осуществления, в ответ на то, что содержимое счетчика превышает пороговый результат счета, алгоритм 400 может попытаться уменьшить зольную нагрузку. Способы снижения зольной нагрузки, помимо других возможных, могут включать в себя организацию течения газа в области после выпускного коллектора и перед сажевым фильтром, и впрыск воды в цилиндр двигателя и/или в область после выпускного коллектора и перед сажевым фильтром. Дополнительно или как вариант, другие способы снижения зольной нагрузки могут заключаться в повторяющихся холодных запусках двигателя с целью создания конденсата, при этом полученный конденсат может быть направлен к сажевому фильтру, и может растворить часть зольных отложений. Растворенные зольные отложения могут пройти через СФ и выйти через выхлопную трубу.
Алгоритм 400 обеспечивает диагностическую программу, дополняющую алгоритм 300. То есть, алгоритм 400 может быть исполнен после завершения алгоритма 300. Алгоритм 400 дает возможность системе точно диагностировать снижение качества сажевого фильтра при его регенерации в режиме ОТЗ (DFSO); определить тот факт, что зольная нагрузка превышает пороговую зольную нагрузку и характеристики СФ ухудшились.
Фиг. 5 и 6 иллюстрируют влияние текущей температуры СФ на продолжительность ОТЗ (DFSO), а также аккумулирование зольных отложений за ряд актов регенерации СФ. Далее будет рассмотрена фиг. 5.
На фиг. 5 представлены диаграммы 500 различных состояний двигателя при ОТЗ (DFSO). Следует понимать, что примеры, представленные на фиг. 5, по своей природе носят лишь иллюстративный характер, и что возможны другие результаты. Например, дополнительно или как вариант, текущая температура СФ может быть больше пороговой температуры отработавшего газа во время начала ОТЗ (DFSO).
Графики на фиг. 5 представляют различные параметры работы и результирующие действия по управлению двигателем для осуществления регенерации СФ при ОТЗ (DFSO). Ось x представляет время, а ось y представляет соответствующее состояние, которое демонстрирует двигатель. На диаграммах 500 график 502 представляет текущую температуру СФ, линия 504 представляет пороговую температуру СФ, линия 505 представляет верхнюю пороговую температуру СФ; график 506 представляет продолжительность ОТЗ (DFSO); график 508 представляет концентрацию кислорода непосредственно перед СФ; график 510 представляет концентрацию кислорода непосредственно после СФ.
Диаграммы 500 будут описаны ниже со ссылками на компоненты и систему, изображенную на фиг. 1, в частности, сажевый фильтр 72 и цилиндры двигателя (например, цилиндр 30 двигателя 10). Диаграммы 500 могут быть получены по результатам измерений, проводимых контроллером (например, контроллером 12) в соответствии с данными, записанным в среду, считываемую компьютером.
Перед моментом T1 температура СФ выше пороговой температуры сажевого фильтра (например, 450°C), что показывает график 502 и линия 504. Пороговая температура СФ может основываться на температуре достаточно высокой для регенерации СФ, чтобы она происходила в присутствии кислорода. Режим ОТЗ (DFSO) отключен, что показывает график 506, и в результате этого концентрация кислорода находится вблизи нуля, как непосредственно перед СФ, так и после СФ, что показывают графики 508 и 510 соответственно. Регенерация СФ может быть отключена в результате того, что концентрация кислорода перед СФ близка к нулю, несмотря на то, что температура СФ способна инициировать регенерацию. Другими словами, регенерация может не происходить, пока не будут действовать оба фактора - температура СФ будет выше пороговой температуры СФ и будет обеспечен поток кислорода к СФ. В случае СФ, расположенного после ТКН (TWC), концентрация кислорода после ТКН (TWC) и непосредственно перед СФ может быть близка к нулю для двигателя, работающего с ВТО (AFR) близким к стехиометрическому. Концентрация кислорода может быть нулевой после ТКН (TWC) и непосредственно перед СФ, поскольку весь лишний кислород из отработавшего газа может поглощаться в ТКН (TWC) для окисления побочных продуктов сгорания.
В момент T1 выполняются условия для ОТЗ (DFSO), которые могут включать в себя, помимо других возможных, нажатие педали тормоза и/или отпускание педали акселератора, о чем шла речь выше. Режим ОТЗ (DFSO) может быть инициирован посредством сигналов контроллера (например, контроллера 12), что может включать в себя прекращение впрыска топлива в один или более цилиндров двигателя. При ОТЗ (DFSO) всасываемому воздуху дают возможность проходить через цилиндры двигателя, и в результате может происходить регенерация СФ, поскольку и достаточный массовый поток кислорода достигает СФ, и температура СФ выше пороговой температуры СФ. Другими словами, после начала ОТЗ (DFSO) может увеличиться концентрация кислорода, что может увеличить вероятность того, что регенерация СФ будет иметь место. Концентрация кислорода до СФ и после СФ в момент T1 близка к нулевой из-за фазового запаздывания (т.е. времени, которое требуется кислороду, чтобы пройти от цилиндров к СФ).
Во время ОТЗ (DFSO) контроллер может регулировать концентрацию кислорода путем управления впрыском топлива в один или более цилиндров двигателя. В качестве примера, топливо можно подавать в один или более цилиндров двигателя, так чтобы часть кислорода расходовалась на горение, прежде чем будет выведена в выпускной коллектор, и тем самым концентрация кислорода перед СФ будет уменьшена. И наоборот, если во время ОТЗ (DFSO) в одном или более цилиндрах осуществляется воспламенение, то подача топлива в один или более цилиндров, где происходит воспламенение, может быть прекращена, чтобы увеличить концентрацию воздуха, поступающего к СФ. Таким образом, температурой СФ можно управлять посредством регулирования подачи топлива в один или более цилиндров.
В качестве примера, при инициировании режима ОТЗ (DFSO) в автомобиле может быть прекращена подача топлива во все цилиндры двигателя (например, в четырехцилиндровом двигателе может быть отключена подача топлива во все четыре цилиндра), и в результате концентрация кислорода может быть равна максимальной концентрации (например, 21%). В ответ на тот факт, что температура СФ приближается к верхней пороговой температуре, контроллер может дать сигнал на прекращение ОТЗ (DFSO) или на начало подачи топлива в один или более цилиндров двигателя (например, воспламенение смеси в двух цилиндрах из четырех цилиндров двигателя может уменьшить концентрацию кислорода от 21% до 10,5%), чтобы уменьшить температуру СФ. Таким образом, режим ОТЗ (DFSO) может действовать более продолжительное время, пока выполняются условия для ОТЗ (DFSO).
После момента T1 и перед моментом Т2 режим ОТЗ (DFSO) продолжает действовать, увеличивая концентрацию кислорода перед СФ. Концентрация кислорода после СФ остается близкой к нулю, поскольку СФ потребляет кислород для регенерации. В качестве примера, если температура СФ выше пороговой температуры, то СФ может быть достаточно горячим, чтобы поглощать направленный на него поток кислорода, и тем самым температура СФ будет увеличиваться. Температура СФ приближается к верхней пороговой температуре (например, 1100°C). Верхняя пороговая температура может основываться на температуре СФ, которая может вывести СФ из строя, о чем шла речь выше. Как говорилось ранее, продолжительность ОТЗ (DFSO) может быть пропорциональна текущей температуре СФ, причем, когда текущая температура СФ увеличивается, продолжительность ОТЗ (DFSO) уменьшается. Контроллер может дать сигнал, чтобы осуществлять воспламенение в одном или более цилиндрах двигателя в целях уменьшения концентрации кислорода / массового расхода кислорода и увеличения продолжительности режима ОТЗ (DFSO). Однако, в изображенном примере концентрация кислорода перед СФ остается близкой 20% (например, все цилиндры отключены). В момент T2 температура СФ достигает верхней пороговой температуры СФ и режим ОТЗ (DFSO) выключается. В результате, контроллер может дать сигнал, чтобы воспламенение осуществлялось во всех цилиндрах двигателя. Концентрация кислорода перед СФ остается близкой к 20% из-за задержки между сигналом на воспламенение во всех цилиндрах и поступлением отработавшего газа из цилиндров.
Согласно некоторым примерам, режим ОТЗ (DFSO) может быть прекращен до того, как температура СФ достигает верхней пороговой температуры в силу невыполнения условий для ОТЗ (DFSO), что приводит к тому, что регенерировано (т.е. сожжено) будет меньшее количество твердых частиц в СФ.
После момента T2 и перед моментом ТЗ температура СФ и концентрация кислорода перед СФ начинают снижаться. Температура СФ уменьшается до уровня ниже пороговой температуры СФ, в результате чего регенерация СФ не может происходить независимо от массового расхода кислорода в потоке, направленном на СФ. Дополнительно или как вариант, противодавление отработавших газов может увеличиваться, в то время как температура СФ остается ниже пороговой температуры, в то время как сажевый фильтр улавливает сажу (т.е. твердые частицы), и при этом он не способен к регенерации из-за недостаточного потока кислорода к СФ. Концентрация кислорода после СФ остается близкой к 0%. В случае работы двигателя со смесью, состав которой близок к стехиометрическому, почти весь кислород, подаваемый в цилиндр, расходуется на горение, что приводит к тому, что из цилиндра выпускается минимальное количество кислорода. В момент ТЗ выполняются условия для ОТЗ (DFSO), и может быть инициирован режим ОТЗ (DFSO). В результате, концентрация кислорода перед СФ увеличивается через промежуток времени, который требуется, чтобы кислород дошел из цилиндров до СФ. Однако, из-за того, что температура СФ находится ниже пороговой температуры (например, 450°C), регенерация сажевого фильтра не происходит. В этом случае ОТЗ (DFSO) может иметь место без осуществления регенерации СФ. Дополнительно или как вариант, в результате того, что температура СФ держится ниже пороговой температуры СФ, масса кислорода может проходить через сажевый фильтр, и не расходоваться на окисление, в результате чего, концентрация кислорода после СФ может быть по существу равной концентрации кислорода перед СФ.
После момента T3 и до момента T4 режим ОТЗ (DFSO) продолжает действовать, при этом и концентрация кислорода перед СФ и концентрация кислорода после СФ начинают увеличиваться и достигают 20%. Температура СФ остается ниже пороговой температуры. В момент T4 условия для ОТЗ (DFSO) могут более не выполняться (например, была нажата педаль акселератора и/или отпущена педаль тормоза), и режим ОТЗ (DFSO) был прекращен. В результате в одном или более цилиндрах двигателя может начаться горение. После момента T4 режим ОТЗ (DFSO) остается выключенным, а температура СФ остается ниже пороговой температуры. Концентрация кислорода перед СФ и концентрация кислорода после СФ начинает уменьшаться до нуля из-за того, что двигатель работает со смесью стехиометрического состава или состава близкого к стехиометрическому.
НА фиг 5 представлены примеры действия двух различных вариантов ОТЗ (DFSO). Один вариант ОТЗ (DFSO) был инициирован параллельно с тем, что температура СФ была выше пороговой температуры СФ, и в результате регенерация СФ происходила на всем протяжении режима ОТЗ (DFSO). Режим ОТЗ (DFSO) был выключен, когда температура СФ достигла верхней пороговой температуры СФ, чтобы воспрепятствовать выходу сажевого фильтра из строя. Второй вариант ОТЗ (DFSO) был инициирован, в то время как температура СФ была ниже пороговой температуры, и в результате, регенерации СФ во время ОТЗ (DFSO) не происходило. В результате, режим ОТЗ (DFSO) был прекращен, поскольку больше не выполнялись условия для ОТЗ (DFSO). На фиг. 6 представлен графический пример автомобиля, в котором накапливается зола после выполнения множества процедур регенерации СФ.
На фиг. 6 приведены диаграммы различных состояний двигателя. Следует понимать, что примеры, представленные на фиг. 6, по своей природе являются лишь иллюстративными, и что возможны и другие результаты. Например, дополнительно или как вариант, регенерация СФ может не происходить в каждом случае, когда температура отработавшего газа больше или равна пороговой температуре отработавших газов.
Графики на фиг. 6 представляют различные рабочие параметры и результирующие действия по управлению двигателем для диагностики надлежащего хода процессов регенерации СФ. Ось x представляет время, а ось y представляет соответствующее состояние, которое демонстрирует двигатель. На диаграммах 600 график 602 представляет сажевую нагрузку; график 604 представляет температуру отработавшего газа, а линия 605 представляет пороговую температуру отработавшего газа; график 606 изображает противодавление отработавшего газа, а линия 608 представляет пороговое противодавление отработавшего газа; график 610 представляет зольную нагрузку, а линия 612 представляет пороговую зольную нагрузку; и график 614 показывает, происходит ли регенерация.
Противодавление отработавшего газа может зависеть от ограничения потока, создаваемого одним или более факторами - зольной нагрузкой, превышающей пороговую зольную нагрузку и сажевой нагрузкой, превышающей пороговую сажевую нагрузку. Усиление ограничения потоку отработавшего газа может приводить к увеличению противодавления отработавшего газа.
Диаграммы 600 будут описаны ниже со ссылками на компоненты и систему, изображенную на фиг. 1, в частности, сажевый фильтр 72, датчик 73 давления и цилиндры двигателя (например, цилиндры 30 двигателя 10). Диаграммы 600 могут быть получены по результатам измерений, проводимых контроллером (например, контроллером 12) в соответствии с данными, записанным в среду, считываемую компьютером.
Перед моментом Т1 сажевая нагрузка и противодавление отработавшего газа имеют сравнительно высокий уровень, что показано соответственно графиками 602 и 606. Поскольку определено, что противодавление отработавшего газа больше порогового противодавления, которое показано линией 608, контроллер может выдать сигнал, чтобы задействовать фактор, способствующий регенерации, чтобы увеличить температуру отработавшего газа, как показывает линия 604. К числу факторов, способствующих регенерации, помимо других возможных может относиться один или более из следующих: задержка момента подачи искры зажигания и увеличение объема подаваемого топлива. Тот факт, что противодавление отработавшего газа превышает пороговое противодавление, может препятствовать течению потока отработавшего газа через сажевый фильтр. Как говорилось выше, температура отработавшего газа может быть по существу равной температуре сажевого фильтра, поэтому пороговая температура отработавшего газа (линия 605) может быть по существу равной пороговой температуре сажевого фильтра. Пороговая температура сажевого фильтра может основываться на температуре сажевого фильтра, способной запускать регенерацию в присутствии избыточного кислорода. Зольная нагрузка остается сравнительно низкой и весьма постоянной из-за того, что не происходит образования новой золы (например, сажа не сгорает, превращаясь в золу), что показывает график 610. Регенерация не происходит, что показывает график 614. В момент T1 начинается регенерация СФ. Это может быть вследствие выполнения условий для ОТЗ (DFSO) и последующего инициирования режима ОТЗ (DFSO), наряду с тем, что температура СФ больше или равна пороговой температуре СФ. Как говорилось выше, условиями для ОТЗ (DFSO) являются одно или более из следующих условий: замедление движения автомобиля, нажатие педали тормоза и отпускание педали акселератора. Температура отработавших газов достигает пороговой температуры отработавших газов, в результате чего температура сажевого фильтра достигает пороговой температуры СФ. Сажевая нагрузка и противодавление отработавших газов начинают немного снижаться. Зольная нагрузка остается сравнительно низкой.
Зола может откладываться после регенерации СФ. В процессе регенерации сажа может сгорать и по меньшей мере часть сажи может превращаться в золу. Зола может откладываться на СФ таким же образом, как и сажа. Таким образом, высокая зольная нагрузка (например, зольная нагрузка, превышающая пороговую зольную нагрузку) может ограничивать течение отработавшего газа из двигателя через СФ. Однако, продолжительность отложения золы необходимая, чтобы зольная нагрузка фильтра стала больше пороговой зольной нагрузки, может быть больше продолжительности отложения сажи необходимой, чтобы сажевая нагрузка стала больше пороговой сажевой нагрузки (например, 48000 км пробега автомобиля и соответственно 64 км пробега).
После момента T1 и до момента T2 регенерация продолжается, в результате чего сажевая нагрузка начинает снижаться. По мере снижения сажевой нагрузки зольная нагрузка начинает увеличиваться сравнительно медленно. Как было сказано выше, зольная нагрузка может увеличиться выше пороговой зольной нагрузки после пробега автомобилем приблизительно 48000 км. Поэтому, после одного акта регенерации зольная нагрузка может увеличиться на незначительную величину. По мере регенерации СФ и выжигания сажи из СФ, противодавление отработавшего газа начинает снижаться (например, ограничение движению отработавшего газа, создаваемое сажевой нагрузкой, уменьшается, и таким образом, отработавший газ, высвобождаемый из цилиндров двигателя, имеет возможность проходить через СФ). По мере продолжения регенерации, как сажевая нагрузка, так и противодавление отработавшего газа снижаются до сравнительно низкого уровня. Температура отработавшего газа продолжает увеличиваться во время регенерации, когда поток кислорода в сажевый фильтр увеличивается благодаря ОТЗ (DFSO). Как говорилось выше, температура сажевого фильтра увеличивается на 100°C на каждые 10 г воздуха (2 г кислорода), подаваемого в СФ.
Согласно некоторым вариантам осуществления, дополнительно или как вариант, массовым расходом кислорода при ОТЗ (DFSO) можно управлять путем осуществления зажигания в одном или более цилиндрах во время указанного режима. Массовым расходом кислорода можно дополнительно управлять путем регулирования ВТО (AFR) в одном или более цилиндрах, в которых осуществляется зажигание (например, в цилиндрах может гореть бедная (λ>1) или богатая (λ<1) смесь). Таким образом, температура СФ не может достигать верхней пороговой температуры во время регенерации сажевого фильтра из-за избыточной подачи кислорода, что приводит к прекращению ОТЗ (DFSO) только потому, что не выполняются условия для ОТЗ (DFSO).
В момент T2 режим ОТЗ (DFSO) прекращается (например, более не выполняются условия для ОТЗ (DFSO) или температура СФ достигает верхней пороговой температуры), и тем самым прекращается регенерация. Температура отработавшего газа начинает снижаться, однако, все еще остается выше пороговой температуры отработавшего газа. Зольная нагрузка остается фактически постоянной. И противодавление отработавшего газа, и сажевая нагрузка остаются на сравнительно низком уровне.
В интервале от момента T2 до момента T3 температура отработавшего газа падает ниже пороговой температуры отработавших газов. Противодавление отработавшего газа начинает нарастать, по мере того как растет сажевая нагрузка в результате падения температуры отработавшего газа ниже пороговой температуры. Зольная нагрузка остается постоянной, в то время как регенерация СФ остается выключенной/неактивной. В момент T3 температура отработавшего газа остается ниже пороговой температуры отработавших газов. Сажевая нагрузка и противодавление отработавшего газа продолжают увеличиваться. Зольная нагрузка остается постоянной.
Между моментами T3 и T4 автомобиль пробегает 48000 км. За это время может произойти множество актов регенерации СФ. Регенерация может быть пассивной (например, не применяются никакие вспомогательные механизмы для регенерации с целью увеличения температуры отработавшего газа) или активной (например, используются вспомогательные средства для регенерации наряду с ОТЗ (DFSO)). За время пробега 48000 км зольная нагрузка может увеличиться, и в конце концов превысить пороговую зольную нагрузку. Рост зольной нагрузки выше пороговой зольной нагрузки может вызвать увеличение противодавления отработавшего газа до уровня выше порогового противодавления отработавших газов. В момент T4 и сажевая нагрузка и противодавление отработавшего газа имеют сравнительно высокий уровень. Противодавление отработавшего газа больше порогового противодавления отработавших газов (т.е. течение отработавшего газа через СФ ограничено). Зольная нагрузка превышает пороговую зольную нагрузку. Поэтому, противодавление отработавшего газа может превышать пороговое противодавление по причине либо высокой сажевой нагрузки, либо высокой зольной нагрузки. Температура отработавшего газа находится ниже пороговой температуры отработавшего газа, и в результате регенерация невозможна.
Между моментами T4 и T5 температура отработавшего газа начинает увеличиваться, поскольку в ответ на то, что измеренное противодавление отработавшего газа больше порогового противодавления, включились средства, способствующие регенерации. Сажевая нагрузка остается сравнительно высокой. Зольная нагрузка остается больше пороговой зольной нагрузки. Процесс регенерации остается заблокированным, поскольку температура отработавшего газа еще не достигла пороговой температуры отработавших газов. В момент Т5 регенерация начинается, поскольку температура отработавшего газа достигла пороговой температуры, и включился режим ОТЗ (DFSO). Как было показано выше на фиг. 5, температура СФ (т.е. температура отработавшего газа) может быть больше или равна пороговой температуре СФ (т.е. пороговой температуре отработавшего газа), и при этом процесс регенерации СФ может не запускаться из-за недостатка кислорода (например, почти 0% кислорода поступает в СФ, если двигатель работает со смесью стехиометрического состава или состава близкого к стехиометрическому). Однако, в данном примере отработавший газ нагревает сажевый фильтр до пороговой температуры СФ и начинается ОТЗ (DFSO), чтобы инициировать регенерацию. Зольная нагрузка начинает увеличиваться, поскольку по меньшей мере часть сажи при регенерации превращается в золу. Противодавление отработавшего газа остается больше порогового противодавления отработавших газов несмотря на уменьшение сажевой нагрузки. Это может быть по причине того, что зольная нагрузка превышает пороговую зольную нагрузку.
Между моментами T5 и T6 регенерация продолжается, и температура отработавшего газа продолжает увеличиваться. Сажевая нагрузка продолжает снижаться, в результате чего зольная нагрузка начинает увеличиваться. Вследствие этого, противодавление отработавшего газа увеличивается и остается выше порогового противодавления. Кроме того, несмотря на то, что регенерация снижает сажевую нагрузку, она может быть неспособна снизить противодавление отработавшего газа, из-за того, что зольная нагрузка превышает пороговую зольную нагрузку. Контроллер может включить индикаторную лампу в ответ на то, что противодавление отработавшего газа превышает пороговое противодавление после процедуры регенерации. В момент Тб температура отработавшего газа начинает снижаться. Противодавление отработавшего газа остается выше порогового противодавления из-за того, что зольная нагрузка остается выше пороговой зольной нагрузки. Сажевая нагрузка продолжает уменьшаться и остается сравнительно низкой. Регенерация прекращается в силу прекращения режима ОТЗ (DFSO), несмотря на то, что температура отработавшего газа остается выше пороговой температуры отработавших газов. После момента T6 сажевая нагрузка остается практически постоянной и сравнительно низкой. Температура отработавшего газа падает ниже пороговой температуры отработавших газов. Регенерация остается остановленной. Зольная нагрузка остается выше пороговой зольной нагрузки, однако, она не увеличивается, поскольку регенерация СФ остановлена. Противодавление отработавшего газа остается выше порогового противодавления.
Таким образом, регенерация СФ при ОТЗ (DFSO) дает возможность осуществить восстановление сажевого фильтра автомобиля, когда не выполняются условия пассивной регенерации. Управляя продолжительностью ОТЗ (DFSO), и основываясь на подаче кислорода и изменении температуры СФ, можно избежать перегрева сажевого фильтра автомобиля. Кроме того, концентрацией кислорода можно управлять посредством включения/отключения одного или более цилиндров двигателя. За счет подачи топлива в один или более цилиндров двигателя можно уменьшать концентрацию кислорода. Кроме того, сажевая нагрузка не требует расчета - можно принять ее равной максимальной сажевой нагрузке. Если допустить наличие максимальной сажевой нагрузки, то скорость реакции твердых частиц может быть независимой от текущей расчетной сажевой нагрузки, и может зависеть только от количества кислорода (массового расхода), подаваемого в сажевый фильтр.
Технический эффект управления продолжительностью ОТЗ (DFSO) заключается в том, чтобы защитить сажевый фильтр от получения слишком большого количества кислорода, и от перегрева. Таким образом в автомобиле можно безопасно осуществлять регенерацию СФ при ОТЗ (DFSO). Дополнительно или как вариант, продолжительность ОТЗ (DFSO) может быть увеличена за счет зажигания в одном или более цилиндрах двигателя во время регенерации сажевого фильтра при ОТЗ (DFSO), чтобы дать возможность провести полную регенерацию СФ. Как говорилось выше, если скорость реакции твердых частиц медленная по сравнению с продолжительностью ОТЗ (DFSO) (например, время необходимое для полной регенерации больше расчетной продолжительности ОТЗ (DFSO)), то процедура ОТЗ (DFSO) может быть растянута во времени, чтобы дать возможность провести полную регенерацию сажевого фильтра.
В некоторых конструкциях двигателей, таких как двигатели с искровым зажиганием и непосредственным впрыском топлива, образование сажи может происходить главным образом во время запуска двигателя из холодного состояния. Такой характер образования сажи, наряду с характером движения автомобиля, при котором двигатель редко работает или вообще не работает в режиме установившейся повышенной нагрузки, достаточной для регенерации сажевого фильтра, может представлять проблему. В этом случае, температура отработавших газов автомобиля может не возрастать до пороговой температуры отработавших газов (например, 450°C), чтобы существенно разогреть сажевый фильтр до пороговой температуры сажевого фильтра (например, 450°C или выше). Пороговая температура сажевого фильтра может основываться на температуре фильтра, которая способна осуществлять регенерацию в присутствии кислорода; при этом количество лишнего кислорода может быть ограниченно в двигателях с искровым зажиганием, которые большую часть времени работают по существу при стехиометрическом ВТО (AFR). Кроме того, сажевая нагрузка может превышать пороговую сажевую нагрузку, если число следующих друг за другом холодных запусков двигателя, сопровождающихся короткими пробегами автомобиля (например, меньшими порогового пробега) превышает определенное пороговое число без проводимой между ними регенерации СФ (например, 10 холодных запусков двигателя с минимальным пробегом автомобиля без процедуры регенерации, выполняемой на этом промежутке). Пороговая сажевая нагрузка может основываться на сажевой нагрузке, которая способна ограничить поток отработавшего газа из двигателя. В этом случае может увеличиваться противодавление отработавших газов.
Если противодавление отработавшего газа больше порогового противодавления, тогда контроллер может активировать средства, способствующие регенерации. К числу средств, способствующих регенерации, может относиться задержка момента подачи искры зажигания и/или увеличение количества подаваемого топлива в качестве продолжения операции разогрева трехкомпонентного каталитического нейтрализатора во время запуска двигателя из холодного состояния. Например, первая величина задержки искры может быть использована от момента холодного запуска, чтобы поднять температуру ТКН (TWC) до температуры его активации, а затем указанная величина задержки может быть прекращена, когда сажевая нагрузка (или падение давления на фильтре) станет меньше пороговой сажевой нагрузки. Однако, в другом режиме, первая величина задержки искры может быть продолжена (или может быть сделан переход на вторую величину задержки, которая больше/меньше первой величины задержки) в качестве реакции на достижение ТКН (TWC) температуры активации (т.е. незамедлительно после и в виде реакции), чтобы способствовать регенерации сажевого фильтра. Одновременно с продлением задержки искры / переходом на другую задержку может быть введено обеднение воздушно-топливной смеси (например, переход от первой бедной смеси ко второй, более бедной и/или переход от стехиометрической смеси к бедной смеси), чтобы обеспечить кислород для регенерации сажевого фильтра. При этом температура отработавшего газа может быть увеличена или ее можно поддерживать выше пороговой температуры отработавших газов, тем самым увеличивая температуру сажевого фильтра до пороговой температуры. Дополнительно, или как вариант, нагретый сажевый фильтр может подвергаться регенерации после того, как контроллер инициирует ОТЗ (DFSO), основываясь на выполнении условий для ОТЗ (DFSO), как было описано выше (например, согласно фиг. 1-6). Температура сажевого фильтра большая или равная пороговой температуре сажевого фильтра может основываться на температуре, при которой сажи недостаточно для горения в присутствии кислорода. В число условий для ОТЗ (DFSO) может входить одно или более из следующих условий: нажатие педали тормоза, замедление движения автомобиля и отпущенное состояние педали акселератора. Если режим ОТЗ (DFSO) инициирован, то один или более цилиндров двигателя могут быть отключены (например, топливо может больше не подаваться в отключенные цилиндры). В этом случае кислород может проходить через отключенные цилиндры и не расходоваться на горение в цилиндрах. Затем кислород может поступать в сажевый фильтр, температура которого выше пороговой температуры сажевого фильтра, где кислород может расходоваться в процессе регенерации сажевого фильтра.
Температура сажевого фильтра может увеличиваться во время регенерации СФ в зависимости от массы кислорода, подаваемого на сажевый фильтр. Изменение температуры сажевого фильтра во время регенерации можно рассчитать, предполагая, что на сажевом фильтре присутствует максимальная сажевая нагрузка, и измеряя массовый расход кислорода, подаваемого в сажевый фильтр. Если предположить максимальную сажевую нагрузку, то изменение температуры будет зависеть от массового расхода кислорода, даже если предполагаемая сажевая нагрузка взята с большой погрешностью.
Если температура сажевого фильтра растет и выходит за пределы верхней пороговой температуры СФ, то сажевый фильтр может потерять свое качество (например, может развиться утечка или фильтр может вообще прогореть). Чтобы уменьшить вероятность выхода сажевого фильтра из строя, массовый расход кислорода можно контролировать во время ОТЗ (DFSO) путем регулирования работы одного или более цилиндров. Например, если температура сажевого фильтра приближается к верхней пороговой температуре СФ, контроллер может дать сигнал в один или более цилиндров двигателя, чтобы осуществить зажигание во время ОТЗ (DFSO). В таком случае массовый расход кислорода, подаваемого к сажевому фильтру, уменьшается в соответствии с числом цилиндров, в которых выполнено зажигание. Дополнительно или как вариант, цилиндры, в которых осуществлено зажигание во время ОТЗ (DFSO), в целях дополнительного управления массовым расходом кислорода могут работать с бедной смесью (λ>1) или богатой смесью (λ<1). Таким образом, концентрация кислорода, подаваемого к сажевому фильтру, может быть в диапазоне от 21% (т.е. наружный воздух, без зажигания в цилиндрах) до 0% (т.е. все цилиндры работают на стехиометрической смеси, и режим ОТЗ (DFSO) отключен). В этом случае, температура сажевого фильтра может и не достигать верхней пороговой температуры СФ по причине избыточной подачи кислорода.
В таких случаях, соотношение общего числа цилиндров и числа цилиндров, в которых осуществляется зажигание, а также массового расхода кислорода и потока отработавшего газа, может быть отрегулировано в зависимости от продолжительности акта ОТЗ (DFSO) при допущении, что регенерация фильтра начинается, когда последний максимально загружен сажей до его установленной вместимости.
Способ для двигателя содержит регулирование продолжительности акта отсечки топлива при замедлении движения автомобиля - акта ОТЗ (DFSO) и общего числа включенных и отключенных цилиндров во время ОТЗ (DFSO), исходя из оценки изменения температуры сажевого фильтра во время регенерации сажевого фильтра. Регенерация сажевого фильтра при ОТЗ (DFSO) дополнительно или как вариант также содержит отключение одного или более цилиндров двигателя, и осуществление зажигания в остальных цилиндрах двигателя в целях управления концентрацией кислорода и расходом, при этом регенерация сажевого фильтра происходит во время ОТЗ (DFSO), причем изменение температуры представляет собой расчетное увеличение температуры, которое происходит во время ОТЗ (DFSO) и регенерации во время ОТЗ (DFSO). Отключение состоит в отсечке подачи топлива в цилиндры двигателя, а зажигание включает в себя подачу топлива в остальные цилиндры двигателя.
Способ, дополнительно или как вариант, также содержит регулирование продолжительности ОТЗ (DFSO), исходя из оценки изменения температуры сажевого фильтра во время регенерации сажевого фильтра, которая происходит во время ОТЗ (DFSO). Изменение температуры сажевого фильтра основано на разности между пороговой температурой сажевого фильтра и текущей температурой сажевого фильтра. Способ, дополнительно или как вариант, также содержит оценочное вычисление массы сгорающей сажи, исходя из разности между пороговой температурой сажевого фильтра и текущей температурой сажевого фильтра. Способ дополнительно содержит вычисление концентрации кислорода, исходя из данных измерения кислорода датчиком УДКОГ (UEGO) на выходе двигателя, и модели поглощения кислорода катализатором, расположенным перед сажевым фильтром. Способ, дополнительно или как вариант, при регулировании продолжительности ОТЗ (DFSO), также содержит уменьшение продолжительности ОТЗ (DFSO), когда концентрация кислорода увеличивается.
Система содержит двигатель с множеством цилиндров, выпускной канал, связывающий двигатель с сажевым фильтром, и контроллер, содержащий считываемые компьютером инструкции, хранящиеся в постоянном запоминающем устройстве, для инициирования режима ОТЗ (DFSO) во время замедления движения автомобиля путем отсечки подачи топлива в цилиндры двигателя, и осуществления зажигания в одном или более цилиндрах двигателя во время ОТЗ (DFSO) в целях управления концентрацией кислорода. Режим ОТЗ (DFSO) прекращается при нажатии на педаль акселератора. Дополнительно или как вариант, концентрация кислорода уменьшается, когда увеличивается число цилиндров, в которых осуществляется зажигание.
Система, дополнительно или как вариант, также содержит включение средств, способствующих регенерации, при запуске двигателя из холодного состояния, в виде реакции на тот факт, что противодавление отработавшего газа превышает пороговое противодавление отработавшего газа.
Способ содержит, в ответ на замедление движения автомобиля - запуск режима ОТЗ (DFSO), выполнение регенерации сажевого фильтра и прекращение ОТЗ (DFSO), чтобы закончить регенерацию сажевого фильтра. Процедура ОТЗ (DFSO) содержит отсечку подачи топлива по меньшей мере в один цилиндр двигателя. Прекращение процедуры ОТЗ (DFSO), дополнительно или как вариант, также содержит подачу топлива во все цилиндры двигателя. Прекращение процедуры ОТЗ (DFSO), дополнительно или как вариант, также происходит в ответ на одно или более следующих событий: нажатие педали акселератора и тот факт, что концентрация кислорода в потоке отработавшего газа, поступающего к сажевому фильтру, больше расчетной концентрации кислорода.
Способ, дополнительно или как вариант, также содержит снижение концентрации кислорода в потоке отработавшего газа, поступающего к сажевому фильтру, посредством осуществления зажигания в одном или более цилиндрах двигателя во время ОТЗ (DFSO). Дополнительно или как вариант, способ также содержит устройство GPS, причем устройство GPS выполнено с возможностью прогнозирования момента разрешения выполнения процедуры ОТЗ (DFSO), по меньшей мере на основе информации о трафике. Процедуру ОТЗ (DFSO), дополнительно или как вариант, выполняют в течение определенного времени, которое зависит от текущей температуры сажевого фильтра, причем указанная продолжительность увеличивается, когда текущая температура сажевого фильтра уменьшается.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти, и могут быть реализованы посредством управляющей системы, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными органами и прочими аппаратными устройствами двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемых событиями, управляемых прерываниями, многозадачных, многопотоковых и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты 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 или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема от идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.