СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧКИ ВО ВСАСЫВАЮЩЕМ ТРУБОПРОВОДЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
SYSTEM FOR DETECTING LEAKAGE IN INTAKE LINE OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретения относится к области двигателей внутреннего сгорания, оборудованных, по меньшей мере, одним каналом низкого давления системы рециркуляции выхлопных газов, и, более точно, к системе обнаружения утечки во всасывающем трубопроводе и/или системе рециркуляции выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания.
Уровень техники
Нормирование состава выбросов для двигателей внутреннего сгорания требуют все более строгих ограничений на выбросы и все более требовательных циклов испытаний на соответствие требованиям. Одним из загрязнителей, оказывающим наибольшее влияние, который в соответствии с нормами требуется держать под контролем, является оксид азота (NOx): система рециркуляции выхлопных газов (СРВГ) - это система, в большинстве приложений отвечающая за сокращение такого загрязнителя.
Возможные неисправности могут возникнуть при заборе свежего воздуха в канале низкого давления СРВГ.
Другими словами, вместо рециркулируемого выхлопного газа поступает свежий воздух. Таким образом, с одной стороны, производительность с точки зрения мощности/крутящего момента, выдаваемых двигателем внутреннего сгорания, повышается, но с другой стороны, становится невозможным в дальнейшем должным образом управлять/ограничивать выбросы NOx.
Неисправность такого типа может возникнуть, по сути, по двум причинам: случайная поломка канала низкого давления СРВГ или преднамеренное открытие, выполненное водителем, чтобы увеличить производительность двигателя внутреннего сгорания.
Другие аномальные условия, которые могут возникнуть, вызываются повреждением приточного канала, например, из-за растрескивания.
В US 20120143459 предложен способ определения возможных утечек в СРВГ низкого давления. Ниже в настоящем описании приведено непосредственное сравнение такого способа с настоящим изобретением.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему, способную отслеживать возможный приток свежего воздуха в/через канал низкого давления системы рециркуляции выхлопных газов (СРВГ) и/или во всасывающий трубопровод двигателя внутреннего сгорания, предпочтительно, работающего с наддувом.
Объектом настоящего изобретения является система обнаружения утечки во всасывающем трубопроводе двигателя внутреннего сгорания.
Под "всасывающим трубопроводом" следует понимать любой канал, соединенный с впускным патрубком двигателя внутреннего сгорания, включая участки ветвей рециркуляции СРВГ, расположенные по потоку после соответствующих клапанов - в соответствии с направлением рециркуляции выхлопных газов, - соответствующих клапанов СРВГ, и включая, возможно, присутствующие нагнетатели, если схема работает с наддувом.
Преимущественно, в соответствии с настоящим изобретением, в зависимости от типа реализованной схемы можно идентифицировать один или несколько участков, в которых произошла утечка.
Двигатель внутреннего сгорания, содержащий вышеупомянутую систему, транспортно средство или неподвижное устройство, содержащее вышеупомянутую систему, также являются объектом настоящего изобретения.
Другим объектом настоящего изобретения является способ обнаружения утечки во всасывающем трубопроводе двигателя внутреннего сгорания.
В формуле изобретения описаны предпочтительные альтернативные варианты осуществления изобретения, и она является неотъемлемой частью настоящего описания.
Краткое описание чертежей
Дополнительные задачи и преимущества настоящего изобретения станут понятны из последующего подробного описания предпочтительного варианта осуществления изобретения (и альтернативных вариантов осуществления изобретения) и прилагаемых к нему чертежей, которые являются только иллюстративными, а не ограничивающими.
На фиг. 1 показана общая схема двигателя внутреннего сгорания, содержащего канал низкого давления СРВГ, в котором реализована система, являющаяся объектом настоящего изобретения;
на фиг. 2 - иллюстративная схема, содержащая и канал низкого давления СРВГ, и канал высокого давления СРВГ, причем все участки различных каналов имеют обозначения.
На чертежах одинаковые цифровые и буквенные ссылочные позиции обозначают одни и те же элементы или компоненты.
Осуществление изобретения
Со ссылкой на фиг. 1 и 2, двигатель E внутреннего сгорания, предпочтительно дизельный, с любым числом цилиндров, например 4 или 6, оборудован впускным патрубком IP, соединенным с выходом нагнетателя или блока TC турбонаддува. Вход такого нагнетателя C соединен с всасывающим фильтром F посредством канала FC.
Между всасывающим фильтром F и точкой соединения канала EL с каналом FC установлено устройство измерения массового расхода (HFM), обычно присутствующее в двигателях внутреннего сгорания.
Как будет понятно далее, наличие блока турбонаддува является необязательным.
Вход турбины T того же блока TC соединен с выхлопным патрубком EP, а выход соединен с системой ATS доочистки выхлопных газов.
Канал EL низкого давления СРВГ подсоединен между выходом турбины T или системы ATS обработки выхлопных газов и входом нагнетателя C. Клапан ELV установлен в любой точке такого канала EL, например, на выходной точке канала FC, чтобы регулировать количество выхлопных газов, которые подлежат рециркуляции.
Для целей настоящего изобретения канал низкого давления СРВГ также может представлять собой канал СРВГ двигателя без наддува, а именно, без нагнетателей.
Концепция низкого давления в этом контексте понятна из того факта, что выхлопной газ удаляют по потоку после турбины T.
Двигатель внутреннего сгорания, если является двигателем с наддувом, как вариант, может быть оборудован каналом EH Высокого давления СРВГ, соединенным между выхлопным патрубком EP и впускным патрубком IP, то есть по потоку перед турбиной T и после выхода нагнетателя С.Управляющий клапан EHV установлен в любой точке такого канала EH, например, на выходной точке такого канала во впускном патрубке IP, или в точке соединения такого канала EH и выхлопного патрубка EP, чтобы регулировать количество газов высокого давления СРВГ, которые подлежат рециркуляции.
На фиг. 1 показано, что рециркуляционный канал EL низкого давления оборудован блоком AF, обозначенным через , который теоретически представляет утечку в канале EL низкого давления СРВГ, из-за которой допускается втягивание свежего воздуха в двигатель E через клапан ELV низкого давления СРВГ. Такой свежий воздух не учитывают посредством устройства измерения массового расхода (HFM).
Как будет понятно далее, втягивание свежего воздуха может также иметь место вдоль канала FC, расположенного между устройством HFM измерения массового расходам входом нагнетателя C, если таковой имеется, или в любой точке дальше по потоку от устройства HFM измерения массового расхода в случае, если двигатель не оборудован каким-либо нагнетателем.
Двигатель E также оборудован системой IS впрыска топлива (не показана на фиг. 2), которая содержит средство измерения или оценки количества топлива, впрыскиваемого в цилиндры.
На фиг. 2 жирные линии обозначают участки всасывающего трубопровода, к которым применено настоящее изобретение. Сразу очевидно, что для канала низкого давления СРВГ можно обнаружить утечку также по потоку перед соответствующим клапаном ELV, если клапан открыт, и давление в соответствующем канале EL СРВГ ниже атмосферного давления.
Более того, выхлопной трубопровод двигателя оборудован, по меньшей мере, одним кислородным датчиком (λ) или датчиком NOx, посредством которых можно измерить соотношение между (свежим) воздухом и топливом, поступающим в двигатель E внутреннего сгорания.
На фиг. 1 изображено больше кислородных датчиков, так как в показанном варианте осуществления изобретения они расположены вдоль выхлопного трубопровода, а именно, вдоль системы ATS доочистки выхлопных газов двигателя. Для настоящего изобретения, по меньшей мере, одного кислородного и/или NOx датчика достаточно, чтобы реализовать изобретение.
Следует принять во внимание, что символ λ (лямбда) обозначает сам кислородный или NOx датчик.
err
measured
exp
В соответствии с настоящим изобретением, оценивают ошибку λ, составляющую разницу между лямбдой λ, измеренной вдоль выхлопного трубопровода посредством упомянутого λ или NOx датчика, и лямбдой λ, оцененной или измеренной с использованием средства измерения или оценки количества всасываемого свежего воздуха  и поступающего топлива :
err
measured
exp
λ=λ-λ
err
где STK представляет собой переменную, которая, в общем, равна 14,6 для дизеля, 13,5 для биодизеля, 10,1 для этанола и 17,4 для природного газа. В соответствии с настоящим изобретением небольшие значения λ, ниже 10%, следует рассматривать как допустимые. Тем не менее, следует полагать, что обработка распространяется на более общие случаи двигателей, которые требуют более строгих или более широких эксплуатационных допусков.
err
err
Если ошибка, а именно λ, превосходит первое положительное пороговое значение λ+, то это говорит о том, что реальная лямбда больше оцененной посредством средства оценки, а также датчика HFM, так как дополнительный свежий воздух - не подсчитанный - поступает в двигатель через всасывающий трубопровод/трубопровод СРВГ.
Таким образом, двигатель внутреннего сгорания работает с излишком воздуха по отношению к номинальному значению, устанавливаемому на этапе проектирования, и это приводит к более высоким выбросам NOx.
Как объяснялось выше, такая утечка может возникнуть между датчиком HFM и входом нагнетателя C, если таковой присутствует, или между датчиком HFM и впускным патрубком IP, если двигатель работает без наддува, или на участке рециркуляционного канала EL низкого давления, или между клапаном ELV и каналом FC (фиг. 2).
err
В соответствии с предпочтительным альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения, если, наоборот, ошибка превосходит второе отрицательное пороговое значение λ-, то это означает, что двигатель работает с меньшим количеством воздуха, чем было установлено на этапе проектирования, что приводит к большим выбросам частиц и/или окиси углерода и/или несгоревших углеводородов.
Такое условие может возникнуть, если двигатель работает с наддувом при утечке во входном канале между выходом нагнетателя C и впускным патрубком IP, или между впускным патрубком IP и клапаном EHV СРВГ или в трубопроводе EL низкого давления СРВГ, если клапан ELV не перекрыт, и, в то же время, давление в трубопроводе СРВГ выше атмосферного давления.
Таким образом, настоящее изобретение может быть реализовано для того, чтобы определять утечки, которые приводят к тому, что двигатель внутреннего сгорания работает в условиях избытка или недостатка воздуха относительно номинального значения, установленного на этапе проектирования.
Система в соответствии с настоящим изобретением может быть приспособлена для того, чтобы обнаруживать неисправности обоих типов, даже если они не являются сопутствующими.
В основе настоящего изобретения лежит вычисление вышеупомянутой ошибки между лямбдой, измеренной на выхлопном трубопроводе, и лямбдой, оцененной/измеренной на основании количества воздуха и топлива, поступающего в двигатель.
err
err
В соответствии с предпочтительным альтернативным вариантом осуществления изобретения, и первый положительный порог λ+,и второй отрицательный порог λ- имеют одно и то же абсолютное значение, предпочтительно, из интервала от 0,1 до 0,3, при этом оптимальным является значение 0,2. Такие значения не являются обязательными, а связаны с существующим уровнем техники и действующими нормативами на выбросы, и, таким образом, следует полагать, что обработка распространяется на более широкие или строгие значения допусков.
В соответствии с предпочтительным альтернативным вариантом осуществления изобретения, между выходом турбины и входом канала EL низкого давления СРВГ может быть расположено устройство для сокращения загрязняющих выбросов, такое как дизельный сажевый фильтр DPF и/или устройство SCR избирательной каталитической нейтрализации, или, в качестве альтернативы устройству SCR, катализатор NSC хранения NOx.
Чтобы настоящий способ был надежным, предпочтительно, чтобы активировалось ингибирующее средство, как только активируются стратегии нагревания системы ATS и/или стратегии регенерации фильтра DPF.
В любом случае, предпочтительно, чтобы кислородный или NOx датчик был расположен по потоку перед системой ATS, так чтобы на него не воздействовали возможные изменения содержания кислорода, который может поступать.
Теперь будет представлено сравнение настоящего изобретения с решением по US 20120143459.
measured
В US 20120143459 описан способ, в котором вычисляют параметр Leak_Air на основании соотношения между измеренным отношением воздух/топливо и значением лямбда λ, измеренным на выходе, и его сравнивают с произвольным пороговым значением Leak_Air_Det: ошибку определяют, если регулярно возникает условие Leak_Air > Leak_Air_Det, или, если в среднем на некотором промежутке времени выполняется Leak_Air > Leak_Air_Inter, причем последнее значение, в общем, отлично от Leak_Air_Det. Вследствие вышеупомянутой формулы, способ, предложенный в US 20120143459, может быть эффективным только в прогнозировании утечки, приводящей к утечке газа (воздуха или воздуха и рециркулируемого выхлопного газа) наружу, как, например, на участке всасывающего трубопровода для воздуха/СРВГ по потоку после нагнетателя, а именно, на участке высокого давления, или на участке трубопровода EL низкого давления СРВГ, если клапан низкого давления СРВГ не перекрыт, и на таком участке давление выше атмосферного давления. С другой стороны, он в целом не может прогнозировать утечки, приводящие к всасыванию воздуха снаружи, как например, на участке всасывающего трубопровода для воздуха/СРВГ, находящегося между датчиком HFM массового расхода и нагнетателем, или в трубопроводе EL низкого давления СРВГ (фиг. 2).
Отношение воздух/топливо определяют в соответствии с количеством воздуха, измеренным на входе, поделенным на количество впрыскиваемого топлива, и посредством "теоретического значения воздух/топливо" (абзац [0009]).
exp
Для более удобного сравнения для отношения воздух/топливо, вычисленного в соответствии с US 20120143459, используют тот же символ λ, какой использован в настоящем изобретении.
measured
exp
Таким образом, Leak_Air равно λ/λ.
err
measured
exp
err
err
В соответствии с настоящим изобретением, не сигнализируют о неисправности/утечке, если λ=λ-λ≅0, а именно, оно содержится между пороговыми значениями λ- и λ+, и наоборот, сигнализируют о неисправности/утечке, если упомянутая ошибка не содержится между вышеупомянутыми пороговыми значениями.
measured
exp
Если λ≅λ, то утечка отсутствует, a Leak_Air должно быть приблизительно равным 1.
err
err
Ошибка λ<0 в соответствии с настоящим изобретением подразумевает, что Leak_Air>1, и, аналогично, ошибка λ<0 в соответствии с настоящим изобретением подразумевает, что 0<Leak_air<1.
В US 20120143459 нет указаний насчет значения Leak_Air_Det, таким образом, можно выбрать любое значение -∞<Leak_Air_Det<1, например, Leak_air_Det=0,8, и, таким образом, способ обнаружит утечку также при отсутствии реальных утечек/неисправностей при Leak_air=1, а именно, в случае, когда в соответствии с настоящим изобретением ожидаемая лямбда точно совпадает с измеренной лямбдой.
Таким образом, идеи US 2012 143459, по меньшей мере, не полные.
В соответствии с другим альтернативным вариантом осуществления изобретения, канал между выходом нагнетателя и впускным патрубком IP может содержать промежуточный охладитель CO (фиг. 1). Аналогично, каждый из рециркуляционных каналов может содержать охладитель рециркулируемого газа.
Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением с помощью таких охладителей можно обнаружить возможные утечки.
Описанная выше система позволяет выполнять непрерывный контроль условий герметичности как канала низкого давления СРВГ, так и всасывающего трубопровода.
Такой мониторинг может быть выполнен посредством блока управления транспортного средства или блока ECU управления двигателем. Таким образом, настоящее изобретение может быть преимущественно реализовано посредством компьютерной программы, которая содержит программный код, выполняющий один или несколько этапов упомянутого способа, когда упомянутая программа запущена на компьютере. По этой причине, подразумевается, что объем настоящего патента охватывает также упомянутую компьютерную программу и машинно-читаемое средство, которое содержит записанное сообщение, как например, машинно-читаемое средство, содержащее программный код для выполнения одного или нескольких этапов такого способа, когда такая программа запущена на компьютере.
Также, специалистам в области техники очевидно, что можно предложить и реализовать на практике другие альтернативные и эквивалентные варианты осуществления изобретения, не отклоняясь от объема изобретения.
Например, обнаружение неисправности одного из возможных типов может обусловливать сигнализирование об отклонениях посредством лампочки на приборной доске транспортного средства и/или может обусловливать активацию процедуры восстановления, которая ограничивает максимальный крутящий момент и/или максимальную мощность, которую можно достичь в двигателе Ε внутреннего сгорания, или максимальную скорость транспортного средства, в котором реализовано настоящее изобретение.
На основании вышеизложенного описания специалист в области техники может реализовать изобретение, без необходимости описания дополнительных подробностей. Элементы и характеристики, описанные в различных предпочтительных вариантах осуществления, могут быть скомбинированы, не отклоняясь от объема настоящего изобретения. То, что описано в описании существующего уровня техники, если явно не исключено в подробном описании, следует рассматривать в сочетании с характеристиками настоящего изобретения как составляющее неотъемлемую часть настоящего изобретения.