УПРАВЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРОЙ ТОПЛИВНОГО ФИЛЬТРА ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ
GASOLINE PARTICLE FILTER TEMPERATURE CONTROL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в общем к способам и системам для снижения притока воздуха к бензиновому фильтру твердых частиц, дающим возможность увеличить продолжительности работы с отсечкой топлива в режиме замедления двигателя.
Уровень техники/ краткое описание изобретения
Характеристики потребления топлива автомобильными двигателями могут быть улучшены, если при замедлении движения транспортного средства отключать подачу топлива в двигатель. Этот способ известен под названием отсечки топлива в режиме замедления (ОТРЗ). Однако при использовании ОТРЗ увеличивается поступление кислорода в устройство снижения токсичности отработавших газов транспортного средства. В транспортных средствах, использующих фильтр твердых частиц, повышенное поступление кислорода может привести к деградации этого фильтра вследствие его перегрева.
Патент США №8,407,988 предлагает способ снижения поступления кислорода в фильтр твердых частиц в режимах без сжигания топлива путем закрывания впускного дроссельного клапана. Однако авторы настоящего изобретения обнаружили в этом способе недостаток. Когда двигатель продолжает вращение при закрытом впускном дроссельном клапане, давление воздуха во впускном коллекторе (ДВК) начинает падать. При слишком сильном снижении ДВК может происходить деградация двигателя, к примеру, смазочные материалы могут всасываться в камеру сгорания.
С учетом изложенного, авторы настоящего изобретения в настоящем документе предлагают способ, по меньшей мере частично устраняющий указанные недостатки. В одном примере указанный способ содержит, в ответ на установление факта достижения фильтром твердых частиц температуры, превышающей пороговую температуру при работе двигателя с отсечкой топлива в режиме замедления (ОТРЗ), полное закрытие дроссельного клапана, выполненного с возможностью регулирования потока впускного воздуха в двигатель, и, в ответ на снижение давления во впускном коллекторе ниже порогового давления при полностью закрытом дроссельном клапане, регулирование положения дроссельного клапана на основании температуры фильтра твердых частиц.
Указанным образом температура фильтра твердых частиц во время ОТРЗ может поддерживаться ниже пороговой температуры, чем предотвращается деградация фильтра и увеличивается продолжительность работы с ОТРЗ. В случае падения ДВК ниже порогового давления при закрытом дроссельном клапане может выполняться регулирование положения дроссельного клапана с учетом температуры фильтра. Например, если температура фильтра выше пороговой температуры, но все же ниже верхнего предельного порогового значения, то дроссельный клапан может приоткрываться на небольшую заранее заданную величину. Однако когда температура фильтра твердых частиц превосходит указанное верхнее предельное пороговое значение, то дроссельный клапан может оставаться полностью закрытым, а ДВК может регулироваться изменением фазы впускного и/или выпускного клапана так, чтобы перекрытие фаз между впускными и выпускными клапанами цилиндров двигателя увеличивалось и давление в коллекторе повышалось. Это дает возможность увеличить ДВК при ограниченном притоке воздуха к фильтру твердых частиц и тем способствовать снижению температуры фильтра твердых частиц и продолжению работы двигателя с ОТРЗ.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в упрощенной форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты в подробном раскрытии. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого определяется исключительно формулой изобретения, следующей за указанным подробным раскрытием. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые лишь устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет схему камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания.
Фиг. 2 представляет блок-схему, иллюстрирующую способ управления параметрами двигателя при отсечке топлива в режиме замедления.
Фиг. 3 представляет блок-схему, иллюстрирующую способ предотвращения перегрева бензинового фильтра твердых частиц при работе двигателя с отсечкой топлива в режиме замедления.
Фиг. 4 представляет пример временных зависимостей, относящихся к управлению температурой бензинового топливного фильтра твердых частиц в соответствии со способами, представленными на фиг. 2 и 3.
Раскрытие изобретения
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам, обеспечивающим возможность продолжительной работы двигателя с отсечкой топлива в режиме замедления (ОТРЗ) без перегрева бензинового фильтра твердых частиц. В выпускной системе некоторых двигателей внутреннего сгорания для улавливания микрочастиц вещества, проходящих через выпускную систему, используется фильтр твердых частиц, чем обеспечивается соответствие требованиям к токсичности отработавших газов. Например, двигатель непосредственного впрыска с искровым зажиганием может содержать фильтр твердых частиц для улавливания сажи. По мере накопления микрочастиц вещества в фильтре твердых частиц увеличивается противодавление на выпуске отработавших газов, что может негативно влиять на экономию топлива. Соответственно, фильтр твердых частиц может периодически подвергаться восстановлению путем окисления накопленных частиц вещества. В операцию восстановления, как правило, входит повышение концентрации кислорода около фильтра и создание соответствующих температурных условий. Из-за поступления к фильтру большего количества кислорода теплота, порождаемая сгоранием частиц сажи, уловленных фильтром, может привести к повышению температуры фильтра. В результате фильтр может перегреться.
Когда температура фильтра твердых частиц достигает значения, при котором фильтр может оказаться под угрозой деградации, фильтр можно охладить, подавив реакцию сгорания. Эту реакцию можно подавить прерыванием подачи кислорода в фильтр твердых частиц. Обычно двигатель при сжигании топлива в цилиндрах двигателя расходует много кислорода. Однако подача топлива в двигатель, работающий с ОТРЗ, приостанавливается, в результате чего кислород в цилиндрах не потребляется и в итоге попадает в фильтр твердых частиц. В этих условиях управлять температурой фильтра значительно труднее. В некоторых примерах может прекращаться ОТРЗ и возобновляться подача топлива в двигатель, что приводит к снижению притока кислорода в фильтр твердых частиц и, как следствие, к снижению температуры фильтра. Однако преждевременное прекращение ОТРЗ может снижать эффективность использования топлива.
Раскрываемый способ дает возможность увеличить время работы двигателя с ОТРЗ, не допуская перегрева фильтра твердых частиц. В одном варианте осуществления, когда контроллер двигателя устанавливает, что бензиновый фильтр твердых частиц мог достигнуть пороговой температуры, может выполняться перемещение впускного дросселя в положение наименьшего открытия, которым в одном примере может быть полностью закрытое положение. Дроссель закрывают для прекращения притока дополнительного кислорода в фильтр твердых частиц с целью подавления реакции сгорания сажи, результатом чего может стать снижение температуры фильтра. Если при нахождении дросселя в положении наименьшего открытия давление воздуха во впускном коллекторе опустится ниже порогового значения, то может выполняться изменение фаз впускного и выпускного клапанов цилиндров двигателя, чтобы увеличить перекрытие фаз клапанов. Так можно поднять давление в коллекторе, не выводя двигатель из ОТРЗ.
Фиг. 1 представляет схему, на которой изображен один цилиндр многоцилиндрового двигателя, оснащенного устройством снижения токсичности отработавших газов, содержащим бензиновый фильтр твердых частиц. Блок-схема, представленная на фиг. 2, иллюстрирует способ управления функционированием двигателя с отсечкой топлива в режиме замедления (ОТРЗ). Представленная на фиг. 3 блок-схема способа управления температурой бензинового фильтра твердых частиц описывает регулирование дроссельного клапана и степени перекрытия фаз впускного и выпускного клапанов при работе двигателя с отсечкой топлива в режиме замедления. Фиг. 4 представляет пример временных зависимостей нескольких параметров работы двигателя в различных состояниях двигателя, в том числе в периоды времени в обычных состояниях и в периоды времени в состояниях с ОТРЗ. В ответ на перегрев фильтра твердых частиц при нахождении двигателя в состояниях с ОТРЗ для управления температурой фильтра твердых частиц в одном примере регулируется дроссельный клапан двигателя, а во втором примере регулируется и дроссельный клапан, и перекрытие фаз кулачков клапанов.
Схема на фиг. 1 иллюстрирует один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, который может входить в состав двигательно-движительной системы автомобиля. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, содержащей контроллер 12, и входными данными, поступающими от оператора 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования сигнала ПП, пропорционального положению педали. Камера сгорания (т.е., цилиндр) 30 двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с размещенным внутри них поршнем 36. В некоторых вариантах осуществления изобретения поверхность поршня 36, обращенная внутрь цилиндра 30, может иметь форму чаши. Поршень 36 может быть связан с коленчатым валом 40 таким образом, что возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, с коленчатым валом 40 через маховик может быть соединен пусковой двигатель (стартер), выполненный с возможностью запуска двигателя 10.
Камера 30 сгорания может принимать впускной воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выбрасывать отработавшие газы через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут избирательно соединяться с камерой 30 сгорания через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления изобретения камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.
В данном примере впускной клапан 52 и выпускные клапаны 54 могут управляться кулачковым приводом через соответствующие системы 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может содержать один или более кулачков, а с целью регулирования работы клапанов контроллером 12 может использоваться одна или более из следующих систем: переключение профиля кулачков (ППК), изменение фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменение фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменение высоты подъема клапанов (ИВПК). Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может определяться датчиками 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления изобретения впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут управляться электрическим приводом клапана. Например, цилиндр 30 может, как вариант, содержать впускной клапан, управляемый электрическим приводом клапана, и выпускной клапан, управляемый кулачковым приводом, содержащим систему ППК и/или ИФКР.
Топливный инжектор 66 показан непосредственно соединенным с камерой 30 сгорания с целью впрыска топлива непосредственно в указанную камеру сгорания в количестве, пропорциональном ширине топливного импульса сигнала ШТИ, принятого из контроллера 12. Указанным образом топливный инжектор 66 реализует так называемый непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Этот топливный инжектор может быть установлен, например, сбоку камеры сгорания или сверху камеры сгорания. Топливо может подаваться в топливный инжектор 66 топливной системой (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливопровод.
Система 88 зажигания выполнена с возможностью подачи искры зажигания в камеру 30 сгорания посредством свечи 92 зажигания в ответ на сигнал 03 опережения зажигания из контроллера 12 (в некоторых режимах работы). Несмотря на то, что показаны компоненты системы искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления изобретения камера 30 сгорания или одна или более других камер сгорания двигателя 10 может работать в режиме компрессионного зажигания, с искровым зажиганием или без него.
Впускной канал 42 или впускной коллектор 44 может содержать дроссель 62 с дроссельной пластиной 64. В этом конкретном примере положение дроссельной пластины 64, или величина открытия дросселя, может изменяться контроллером 12 посредством сигнала, передаваемого в электрический двигатель или исполнительное устройство, входящие в состав дросселя 62; данная конфигурация обычно называется электронным управлением дросселем (ЭУД). Указанным образом дроссель 62 может использоваться для регулирования потока воздуха, поступающего из впуска в камеру 30 сгорания и в другие цилиндры двигателя. Положение дроссельной пластины 64 может сообщаться в контроллер 12 посредством сигнала ПД положения дросселя. Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе с целью передачи соответствующих сигналов МРВ и ДВК в контроллер 12.
Далее, в раскрытых вариантах осуществления изобретения система рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять требуемую часть выпускных газов из выпускного канала 48 во впускной коллектор 44. В данном примере показан канал 140 РОГ высокого давления (ВД). Количество отработавших газов, подаваемых во впускной коллектор 44, может меняться контроллером 12 посредством клапана 142 системы РОГ ВД. Далее, внутри канала 140 системы РОГ ВД может быть размещен датчик 144 РОГ, который может предоставлять одно или более из следующих показаний: давление, температура, концентрация отработавшего газа. Как вариант, управление потоком в системе РОГ может осуществляться с использованием величины, рассчитываемой на основании сигналов из датчика МРВ (выше по потоку), ДВК (впускной коллектор), ТВК (температура газа в коллекторе) и датчика скорости вращения коленчатого вала. Кроме того, управление потоком в системе РОГ может осуществляться с использованием датчика 02 в отработавших газах и/или датчика кислорода на впуске (впускной коллектор). При некоторых условиях система РОГ может использоваться для регулирования температуры смеси воздуха с топливом в камере сгорания и/или температуры вблизи фильтра 72 твердых частиц (ФТЧ). Хотя на фиг. 1 представлена система РОГ высокого давления, дополнительно или как вариант может использоваться система РОГ низкого давления. В системе РОГ низкого давления отработавшие газы могут направляться из зоны ниже по потоку от турбины турбонаддувного агрегата в зону выше по потоку от компрессора указанного турбонаддувного агрегата.
Как таковой, двигатель 10 может дополнительно содержать устройство сжатия, например, турбонаддувный агрегат или нагнетатель воздуха, содержащее, по меньшей мере, компрессор 162, расположенный по ходу впускного коллектора 44. В случае турбонаддувного агрегата компрессор 162 может, по меньшей мере частично, приводиться в действие (к примеру, через вал) турбиной 164, расположенной по ходу выпускного канала 48. В случае нагнетателя воздуха компрессор 162 может, по меньшей мере частично, приводиться в действие двигателем 10 и/или электрической машиной, и может не содержать турбину. Таким образом, величина сжатия воздуха, подаваемого в один или более цилиндров двигателя посредством турбонаддувного агрегата или нагнетателя воздуха, может регулироваться контроллером 12.
Датчик 126 отработавшего газа показан присоединенным к выпускному каналу 48 выше по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов (УСТО) 70. Датчиком 126 отработавшего газа может быть любой датчик, пригодный для получения данных о соотношении воздух/ топливо в отработавших газах, например, линейный датчик кислорода или датчик типа UEGO (универсальный, или широкодиапазонный, датчик кислорода в отработавших газах), датчик кислорода с двумя состояниями или датчик типа EGO, датчик типа HEGO (подогреваемый датчик EGO) или датчик NOx, НС или СО. Несмотря на то, что на фиг. 1 в дополнение к датчику 126 отработавшего газа показаны датчик 14 кислорода и датчик 16 температуры, один или более из этих датчиков может быть исключен и/или перемещен.
УСТО 70 показано расположенным по ходу выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавшего газа. В данном примере УСТО 70 содержит трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН) 71 и фильтр твердых частиц (ФТЧ) 72. В некоторых вариантах осуществления изобретения ФТЧ 72 может быть расположен ниже по потоку от ТКН 71 (как показано на фиг. 1), а в других вариантах осуществления изобретения ФТЧ 72 может быть расположен выше по потоку от каталитического нейтрализатора (не показано на фиг. 1). Далее, ФТЧ 72 может быть расположен между двумя или более трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами или другими устройствами снижения токсичности отработавших газов (к примеру, системой каталитического восстановления, ловушкой NOx) или их комбинацией. В других вариантах осуществления изобретения ТКН 71 и ФТЧ 72 могут быть объединены в общем корпусе. Далее, хотя ФТЧ 72 показан на фиг. 1 расположенным ниже по потоку от турбины 164 и входа канала РОГ ВД, в некоторых примерах ФТЧ 72 может быть расположен выше по потоку от одного или обоих элементов: турбины РОГ и входа канала. В других примерах двигатель может не содержать турбонаддувный агрегат или систему РОГ.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 как микрокомпьютер, содержащий микропроцессор 102, порты 104 ввода/ вывода, электронный носитель информации (к примеру, машиночитаемый) для исполняемых программ и значений калибровочных параметров, показанный в этом конкретном примере как постоянное запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 110 и шину данных. Контроллер 12, в дополнение к ранее рассмотренным сигналам, может принимать различные сигналы из датчиков, соединенных с двигателем 10, в том числе сигнал массового расхода впущенного воздуха (МРВ) из датчика 120 массового расхода воздуха; сигнал температуры хладагента двигателя (ТХД) из датчика 112 температуры, соединенного с трубопроводом 114 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) из датчика 118 на эффекте Холла (или из датчика другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; сигнал положения дросселя (ПД), или величины открытия дросселя, из датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (ДВК) из датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может формироваться контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал ДВК давления в коллекторе из датчика давления в коллекторе может использоваться в качестве показателя разрежения или давления во впускном коллекторе. Следует учесть, что могут использоваться разнообразные комбинации вышеуказанных датчиков, например, датчик МРВ без датчика ДВК или наоборот. При работе в стехиометрическом режиме сигнал датчика ДВК может служить показателем крутящего момента двигателя. Далее, сигнал этого датчика совместно с измеренной частотой вращения двигателя дают возможность оценить заряд (в том числе воздушный), впущенный в цилиндр. В одном примере датчик 118, который также используется как датчик частоты вращения двигателя, может формировать заранее заданное число равноотстоящих импульсов на каждый оборот коленчатого вала.
Носитель информации (постоянное запоминающее устройство 106) может быть запрограммирован машиночитаемыми данными, содержащими команды, которые могут быть исполнены микропроцессором 102, предназначенными для выполнения описанных здесь способов, а также другими вариантами, предполагаемыми, но конкретно не перечисленными. Контроллер 12 принимает сигналы из различных датчиков (к примеру, из датчика 122 давления воздуха в коллекторе, датчиков 55 и 57 положения клапанов, датчика 16 температуры), показанных на фиг. 1 и управляет различными исполнительными устройствами (к примеру, дроссельной пластиной 64, системами 51 и 53 кулачкового привода), показанными на фиг. 1, с целью регулирования работы двигателя на основании принятых сигналов и команд, сохраненных в памяти контроллера.
Двигатель может переводиться к работе с отсечкой топлива в режиме замедления (ОТРЗ) в различных ситуациях, например, когда оператор снижает скорость транспортного средства или когда транспортное средство двигается по инерции. Раскрываемый здесь способ содержит известные способы, посредством которых определяется целесообразность перевода двигателя к работе с ОТРЗ. При работе с ОТРЗ подача топлива в двигатель выключается, что дает повышение экономии топлива, при этом двигатель продолжает вращение, передавая крутящий момент на колеса. Впускные и выпускные клапаны цилиндров могут продолжать приводиться в действие с обычной фазой (к примеру, с той же фазой, которая использовалась перед началом работы с ОТРЗ). В раскрываемом способе температура бензинового топливного фильтра твердых частиц может регулироваться, а при достижении температурой фильтра первого порогового значения может выполняться перевод дросселя в положение наименьшего открытия. В еще одном примере, если давление воздуха в коллекторе (ДВК) падает ниже порогового значения, а температура фильтра превышает второе пороговое значение, то в данном способе для увеличения перекрытия фаз впускного и выпускного клапанов и результирующего увеличения ДВК могут регулироваться фазы впускного и выпускного клапана (к примеру, может подстраиваться механизм фаз кулачков).
Фиг. 2 иллюстрирует способ 200 управления функционированием двигателя, например, двигателя 10 на фиг. 1, при ОТРЗ. Команды для выполнения способа 200 и остальных содержащихся в настоящем документе способов могут исполняться контроллером (к примеру, контроллером 12) в соответствии с командами, сохраненными в памяти контроллера, и сигналами, принятыми из датчиков системы двигателя, например, датчиков (к примеру, датчика 122), описанных выше со ссылкой на фиг. 1. Для управления работой двигателя контроллер может использовать исполнительные устройства двигателя (к примеру, дроссель 62) системы двигателя в соответствии с далее описываемыми способами.
Способ 200 содержит, в шаге 202, определение параметров работы двигателя, в том числе частоты вращения двигателя и нагрузки на двигатель, ДВК и МРВ, температуры двигателя и/или коллектора, затребованного водителем крутящего момента, температуры и/или заполнения фильтра твердых частиц и т.д. В шаге 206 в способе 200 проверяется, выполняются ли условия для перевода двигателя на работу с ОТРЗ. Указанная проверка может содержать проверку таких условий, как, например, поступление от оператора запроса на замедление, к примеру, снижение скорости, или прекращение оператором нажатия на педаль акселератора с целью предоставления транспортному средству возможности движения по инерции с набранной скоростью. Если в шаге 206 способа 200 установлено, что условия ОТРЗ не выполняются, то может выполняться переход к шагу 210. В шаге 210 текущие параметры работы двигателя сохраняются неизменными, например, впрыск топлива, положение дросселя, передача крутящего момента двигателя на колеса и фаза клапана могут сохраняться при текущих значениях, определенных контроллером двигателя и/или требованием оператора. Затем может выполняться возврат из способа 200.
Если в шаге 206 способа 200 установлено, что требуется перевод на работу с ОТРЗ, то в шаге 214 может инициироваться акт ОТРЗ. В шаге 216 могут выключаться топливные инжекторы (например, топливный инжектор 66), а в шаге 218 дроссель (к примеру, дроссель 62) может переводиться в заранее заданное положение. Этим заранее заданным положением может быть допустимое положение дросселя, в которое он переводится при включении ОТРЗ; в одном примере в число таких положений может входить положение с по меньшей мере частичным открытием. В других примерах этим заранее заданным положением дросселя может быть полностью закрытое положение. В шаге 220 двигатель может продолжать передачу крутящего момента на колеса, а в шаге 222 перекрытие фаз впускного клапана (к примеру, впускного клапана 52) и соответствующего выпускного клапана (к примеру, выпускного клапана 54) может сохраняться равным первому значению перекрытия фаз, которым может быть значение перекрытия фаз, имевшее место до того, как двигатель был переведен на работу с ОТРЗ. Работая с ОТРЗ, двигатель может продолжать вращение и выброс воздуха из цилиндров (например, цилиндра 30) через выпускной коллектор (например, выпускной коллектор 48). Этот воздух может поступать в фильтр твердых частиц (например, в фильтр 72 твердых частиц).
В шаге 224 способа 200 выполняется поддержание температуры фильтра твердых частиц и давления воздуха во впускном коллекторе (к примеру, во впускном коллекторе 44) на соответствующих заданных уровнях, что поясняется более подробно далее со ссылкой на фиг. 3. Кратко, фильтр твердых частиц может поддерживаться при температуре ниже пороговой температуры путем закрытия дроссельного клапана во время работы с ОТРЗ, а если закрытие дроссельного клапана вызывает падение ДВК ниже порогового давления, то может быть изменено положение дроссельного клапана и/или фаза клапана.
В шаге 228 в способе 200 проверяется, не выполнены ли условия выхода из ОТРЗ. В число условий выхода из ОТРЗ могут входить нажатие педали акселератора и/или другие условия. Если условия выхода из ОТРЗ не выполнены, то способ 200 может переходить обратно к шагу 224, и в этом случае в способе 200 может продолжаться работа с ОТРЗ и поддержание температуры фильтра твердых частиц и ДВК на заданных уровнях до выполнения условий выхода из ОТРЗ, например, до возобновления ускорения оператором транспортного средства. Если в шаге 228 способа 200 установлено, что требуется выход из ОТРЗ, то способ 200 переходит к шагу 232. В шаге 232 может быть инициирован акт выхода из ОТРЗ, и соответствующие параметры могут быть возвращены к обычным рабочим состояниям, что содержит включение впрыска топлива в шаге 234 и регулирование дроссельного клапана на основании затребованного крутящего момента в шаге 236. В одном примере в затребованный крутящий момент может входить крутящий момент, затребованный оператором. Дополнительно или как вариант, в затребованный крутящий момент может входить крутящий момент, затребованный самим транспортным средством, например, крутящий момент, затребованный приложенной к двигателю нагрузкой от генератора. В шаге 238 двигатель может продолжать передачу на колеса крутящего момента, который может регулироваться в соответствии с требованием оператора транспортного средства. В шаге 240 при вращающемся двигателе может поддерживаться или возобновляться работа при первом значении перекрытия фаз впускных и выпускных клапанов, например, при перекрытии фаз, которое клапаны имели до перехода к работе с ОТРЗ. Затем может выполняться возврат из способа 200.
1
1
1
1
Фиг. 3 иллюстрирует способ 300 поддержания температуры фильтра твердых частиц (например, фильтра 72 твердых частиц) и давления воздуха во впускном коллекторе (к примеру, во впускном коллекторе 44) при работе двигателя с ОТРЗ. Способ 300 может выполняться как часть способа 200, например, в ответ на работу с ОТРЗ. В шаге 302 способа 300 определяются параметры работы двигателя, в число которых могут входить частота вращения и нагрузка двигателя, ДВК, температура фильтра твердых частиц, положение дроссельного клапана и т.д. В шаге 306 способа 300 на основании выходных данных датчика температуры фильтра твердых частиц, например, датчика 16 на фиг. 1, или на основании оцененной температуры фильтра твердых частиц проверяется, не превосходит ли температура фильтра твердых частиц первую пороговую температуру Т. Пороговой температурой Т может быть температура, соответствующая высокой вероятности деградации фильтра в случае поступления в фильтр твердых частиц относительно больших количеств кислорода. В одном примере пороговой температурой T может быть температура, при которой обычно воспламеняется сажа, например, 500°С. В некоторых примерах первая пороговая температура T может меняться на основании заполнения фильтра твердых частиц сажей, например, пороговая температура может задаваться более высокой при меньшем заполнении сажей.
Если установлено, что указанная температура ниже то способ 300 может переходить к шагу 310. В шаге 310 положение дроссельного клапана (например, дросселя 62) положение и величина перекрытия фаз впускного клапана (например, впускного клапана 52) и соответствующего выпускного клапана (к примеру, выпускного клапана 54) могут поддерживаться на своих текущих уровнях, соответствующих ОТРЗ, к примеру, на уровнях, соответствующих шагу 214 способа 200 на фиг. 2. В этом случае двигатель может возвращаться к шагу 228 на фиг. 2 для продолжения работы с ОТРЗ, как описано выше для способа 200.
Если в шаге 306 способа 300 установлено, что температура фильтра твердых частиц выше температуры Т^ то может выполняться переход к шагу 314. В шаге 314 способа 300 дроссель может переводиться в положение наименьшего открытия, в одном примере в полностью закрытое положение. Путем полного закрывания дросселя может быть прервана подача кислорода в фильтр твердых частиц, что, в свою очередь, может привести к снижению температуры или предотвращению повышения температуры.
В шаге 318 способа 300 на основании выходных данных датчика ДВК, например, датчика 122 на фиг. 1, проверяется, не является ли давление во впускном коллекторе более низким, чем пороговое давление. Указанным пороговым давлением может быть, например, давление, ниже которого возможна деградация двигателя вследствие всасывания смазочного флюида в камеры сгорания. В одном примере указанное пороговое ДВК может быть равно 30 кПа абсолютного давления, но возможны и другие значения порогового давления.
Если ДВК не ниже порогового давления, то способ 300 возвращается к шагу 228 на фиг. 2 с целью продолжения работы с ОТРЗ и ожидания реализации условий выхода из ОТРЗ.
2
Если ДВК меньше порогового давления, то способ 300 переходит к шагу 322 для проверки того, не является ли температура фильтра твердых частиц меньшей, чем вторая пороговая температура Т. Указанная вторая пороговая температура может быть больше первой пороговой температуры и может представлять собой верхнюю предельную температуру, при которой может начинаться деградация фильтра твердых частиц. В одном примере вторая пороговая температура может быть равна 600°С. Если температура фильтра твердых частиц не ниже второй пороговой температуры, то способ 300 переходит к шагу 326 для изменения фазы впускного и выпускного клапана с целью увеличения величины перекрытия фаз клапанов. Путем увеличения перекрытия фаз клапанов ДВК может быть увеличено. С целью увеличения перекрытия фаз клапанов может регулироваться фаза закрывания выпускных клапанов, может регулироваться фаза открывания впускных клапанов, или может регулироваться как фаза выпускных клапанов, так и фаза впускных клапанов. Фаза клапана может регулироваться путем регулирования системы кулачкового распределения с изменяемой фазой распределительного вала, системы переменного подъема клапана или другого пригодного для этой цели механизма. Способ 300 затем возвращается к шагу 318 с целью дальнейшего получения данных о ДВК и температуре фильтра твердых частиц.
Если в шаге 322 установлено, что температура фильтра твердых частиц ниже второй пороговой температуры, то способ 300 переходит к шагу 330 с целью открывания дроссельного клапана на заранее заданную величину. В одном примере значением указанной заранее заданной величины может быть один градус, хотя возможны и другие значения. Путем открывания дросселя на относительно небольшую величину ДВК может быть увеличено без поступления слишком большого количества кислорода в фильтр твердых частиц. Затем способ 300 возвращается к шагу 318 с целью продолжения контроля ДВК и температуры фильтра твердых частиц.
Таким образом, в способе 300 контролируется температура фильтра твердых частиц при ОТРЗ или других режимах без сжигания топлива. Если температура фильтра твердых частиц при ОТРЗ относительно высока, то дроссельный клапан закрывается с целью избежать поступления кислорода в фильтр твердых частиц и этим предотвратить возгорание сажи в фильтре твердых частиц. Однако закрытие дроссельного клапана при ОТРЗ может вызвать падение давления во впускном коллекторе ниже порогового давления, что может привести к деградации двигателя. При выборе мер, направленных на недопущение слишком сильного снижения давления во впускном коллекторе, может приниматься во внимание температура фильтра твердых частиц. Если температура фильтра твердых частиц ниже верхней предельной температуры, при которой может происходить деградация фильтра, то с целью увеличения ДВК без чрезмерной подачи кислорода в фильтр твердых частиц дроссельный клапан может быть немного приоткрыт (к примеру, на один градус). Однако если фильтр твердых частиц находится при температуре, равной или превосходящей верхнюю предельную температуру, то даже небольшое количество кислорода может привести к деградации фильтра. В этом случае с целью увеличения ДВК может выполняться регулирование впускных и/или выпускных клапанов с увеличением перекрытия фаз клапанов, а дроссельный клапан при этом остается полностью закрытым. При выполнении условий выхода из ОТРЗ дроссельный клапан может быть возвращен в положение, определяемое на основании крутящего момента, затребованного оператором, а фаза клапана может быть возвращена к значению, имевшему место перед ОТРЗ.
На фиг. 4 показана схема 400, представляющая рабочие графики параметров, представляющих интерес, при выполнении описанных выше способа 200 и/или способа 300. Схема 400 представляет состояние впрыска топлива (показанное кривой 404), положение дросселя (показанное кривой 410), температуру фильтра твердых частиц (показанную кривой 416), перекрытие фаз впускного и выпускного клапанов (показанное кривой 422), давление во впускном коллекторе (показанное кривой 428), положение педали акселератора (показанное кривой 434) и скорость транспортного средства (показанную кривой 440). В графике каждого рабочего параметра по горизонтальной оси отложено время, а по вертикальной оси отложено значение соответствующего параметра.
1
1
1
1
До момента t времени транспортное средство работает в обычном состоянии без ОТРЗ. Соответственно, впрыск топлива включен, дроссель управляется на основании крутящего момента, затребованного оператором, и поддерживается частично открытым, температура фильтра твердых частиц относительно невысока (ниже первой пороговой температуры Т), величина перекрытия фаз клапанов определяется на основании параметров работы (как показано, перекрытие фаз клапанов относительно невелико), ДВК выше порогового давления Р, педаль акселератора частично нажата, а скорость транспортного средства поддерживается при требуемом значении скорости. В момент t времени оператор отпускает педаль акселератора, как показано кривой 434, например, из-за прохождения наклонного участка дорожного покрытия, и скорость транспортного средства начинает умеренно снижаться. Из-за этого снижения скорости для поддержания нужной скорости транспортного средства сжигание топлива не требуется, из-за чего впрыск топлива выключается, как показано кривой 404.
1
1
При выключении впрыска топлива дроссель может изначально предполагаться находящимся в заранее определенном положении, например, в частично открытом положении. Однако поскольку в момент t времени фильтр твердых частиц достиг первой пороговой температуры, дроссель полностью закрывается, чтобы не допустить деградации фильтра твердых частиц. Поскольку ДВК остается выше порогового давления Р, дроссель удерживается полностью закрытым и в течение данного акта ОТРЗ перекрытие фаз клапанов не регулируется.
2
2
В момент t времени оператор нажимает на педаль акселератора, в результате чего возобновлением впрыска топлива транспортное средство выходит из ОТРЗ. Дроссель управляется на основании крутящего момента, затребованного оператором, и поэтому выходит из полностью закрытого положения. Из-за отсутствия горячих отработавших газов и кислорода, поступавшего в фильтр твердых частиц при ОТРЗ, температура фильтра твердых частиц падает ниже первой пороговой температуры, но после момента t времени снова начинает расти.
3
4
5
4
5
5
В момент t времени начинается другой акт ОТРЗ, в котором впрыск топлива выключается вследствие замедления транспортного средства/ отпускания педали акселератора. Дроссель переводится в полностью закрытое положение, поскольку температура фильтра твердых частиц находится на уровне первой пороговой температуры. В отличие от первого акта ОТРЗ, в момент t времени ДВК падает ниже порогового давления. Так как температура фильтра твердых частиц ниже второй пороговой температуры, для увеличения ДВК дроссель немного приоткрывается. Однако в момент t времени из-за приоткрывания дросселя температура фильтра твердых частиц повышается до второй пороговой температуры. Кроме того, хотя выполненное в момент t времени приоткрывание дроссельного клапана первоначально вызывает рост ДВК, в момент t времени ДВК снова падает ниже порогового давления. Тогда, чтобы увеличить ДВК, в момент t времени с целью увеличения величины перекрытия фаз клапанов изменяется фаза клапана.
6
В момент t времени оператор опять нажимает на педаль акселератора, и в результате транспортное средство выводится из ОТРЗ путем включения впрыска топлива, открывания дросселя и управления положением дросселя на основании затребованного крутящего момента и снижения величины перекрытия фаз клапанов до значения, имевшего место перед ОТРЗ.
Таким образом, путем плотного закрытия дросселя при ОТРЗ достигается гораздо более медленный рост температуры фильтра твердых частиц, что дает возможность увеличения продолжительности актов ОТРЗ, и, в результате, повышения экономии топлива. ДВК может управляться на основании температуры фильтра твердых частиц таким образом, что когда температура фильтра твердых частиц не слишком высока, ДВК увеличивают путем приоткрывания дросселя, а когда температура фильтра твердых частиц слишком высока, ДВК увеличивают путем увеличения перекрытия фаз клапанов. Хотя закрывание дросселя во время ОТРЗ может предотвратить акты перегрева фильтра твердых частиц, при некоторых условиях фильтр твердых частиц все же может достичь пороговой температуры. В таких обстоятельствах транспортное средство может выводиться из ОТРЗ, чтобы избежать деградации фильтра.
Закрывание дросселя во время ОТРЗ также может улучшить согласованность для потока отработавших газов при отсутствии подачи топлива. Поток через дроссель может быть не подвержен влиянию других элементов алгоритма управления, которые могут вводиться в действие с целью увеличения притока воздуха в ожидании восстановления подачи топлива, например, влиянию нагрузки от кондиционера воздуха и генератора. Например, когда прогнозируется выход транспортного средства из ОТРЗ, к двигателю могут подключаться вспомогательные нагрузки, что потребует увеличения мощности двигателя. Если при подключении этих нагрузок дроссель закрыт, то, чтобы дать возможность увеличения притока воздуха с целью генерирования двигателем дополнительной мощности, может выполняться открывание дросселя.
Технический результат закрывания дросселя при работе с ОТРЗ и управления давлением воздуха в коллекторе на основании температуры фильтра твердых частиц состоит в возможности избежать деградации фильтра твердых частиц при работе с ОТРЗ и увеличить продолжительность работы с ОТРЗ, что способствует экономии топлива и сохраняет ДВК выше порогового давления.
В качестве одного варианта осуществления способ для двигателя содержит, в ответ на превышение температурой фильтра твердых частиц пороговой температуры при работе двигателя с отсечкой топлива в режиме замедления (ОТРЗ), полное закрытие дроссельного клапана, выполненного с возможностью регулирования потока впускного воздуха в двигатель; и, в ответ на снижение давления во впускном коллекторе ниже порогового давления при полностью закрытом дроссельном клапане, регулирование положения дроссельного клапана на основании температуры фильтра твердых частиц. В первом примере данного способа регулирование положения дроссельного клапана на основании температуры фильтра твердых частиц содержит, при температуре фильтра твердых частиц выше пороговой температуры и ниже второй, более высокой, пороговой температуры, открывание дроссельного клапана на заранее определенную величину с целью увеличения давления во впускном коллекторе. Второй пример данного способа в качестве одной из возможностей содержит указанный первый пример и дополнительно содержит в нем регулирование положения дроссельного клапана на основании температуры фильтра твердых частиц, содержащее, при превышении температурой фильтра твердых частиц второй пороговой температуры, поддержание дроссельного клапана полностью закрытым и регулирование фаз впускного и выпускного клапанов с целью увеличения давления во впускном коллекторе. Третий пример способа в качестве одной из возможностей содержит один или оба примера из числа указанных первого и второго примеров, и дополнительно содержит в них регулирование фаз впускного и выпускного клапанов, содержащее увеличение перекрытия фаз впускного и выпускного клапанов. Четвертый пример данного способа в качестве одной из возможностей содержит один, несколько или все примеры из числа примеров с первого по третий и дополнительно содержит в них работу двигателя с ОТРЗ, содержащую передачу выходного момента двигателя на колеса транспортного средства посредством трансмиссии и выключение впрыска топлива в двигатель на время пребывания транспортного средства, в котором этот двигатель установлен, в состоянии замедления. Пятый пример данного способа в качестве одной из возможностей содержит один, несколько или все примеры из числа примеров с первого по четвертый и дополнительно содержит, в ответ на то, что температура фильтра твердых частиц ниже пороговой температуры во время работы двигателя в режиме ОТРЗ, поддержание дроссельного клапана в полностью открытом или в частично открытом положении. Шестой пример данного способа в качестве одной из возможностей содержит один, несколько или все примеры из числа примеров с первого по пятый и дополнительно содержит, в ответ на запрос выхода из ОТРЗ, включение впрыска топлива в двигатель и регулирование положения дроссельного клапана на основании затребованного крутящего момента. Седьмой пример данного способа в качестве одной из возможностей содержит один, несколько или все примеры из числа примеров с первого по шестой и дополнительно содержит в них регулирование положения дроссельного клапана на основании затребованного крутящего момента, содержащее регулирование положения дроссельного клапана на основании крутящего момента, затребованного оператором. Восьмой пример данного способа в качестве одной из возможностей содержит один, несколько или все примеры из числа примеров с первого по седьмой и дополнительно содержит регулирование положения дроссельного клапана на основании затребованного крутящего момента, содержащее регулирование положения дроссельного клапана на основании крутящего момента, затребованного транспортным средством, в том числе для одной или более вспомогательных нагрузок, подключенных к двигателю. Девятый пример данного способа в качестве одной из возможностей содержит один, несколько или все примеры из числа примеров с первого по восьмой и дополнительно содержит, перед выходом из режима работы с ОТРЗ, увеличение одной или более вспомогательных нагрузок, подключенных к двигателю, и открывание дроссельного клапана в ответ на прогнозируемый предстоящий выход из режима работы с ОТРЗ.
Вариант осуществления системы содержит двигатель, содержащий множество цилиндров, в котором каждый цилиндр содержит по меньшей мере один впускной клапан и по меньшей мере один выпускной клапан; дроссельный клапан, выполненный с возможностью управления потоком впускного воздуха, поступающего в указанный двигатель; фильтр твердых частиц, соединенный с двигателем через выпускной канал; и контроллер, содержащий машиночитаемые команды, сохраненные в долговременной памяти, предназначенные для: инициирования акта отсечки топлива в режиме замедления (ОТРЗ) при замедлении транспортного средства путем выключения подачи топлива в указанное множество цилиндров двигателя; закрывание указанного дроссельного клапана в ответ на инициирование акта ОТРЗ; и, если давление во впускном коллекторе двигателя падает ниже порогового давления, регулирование фаз впускного и/или выпускного клапана на основании температуры фильтра твердых частиц. В первом примере указанной системы регулирование фаз впускного и/или выпускного клапана на основании температуры фильтра твердых частиц содержит регулирование фаз впускного и/или выпускного клапана с целью увеличения перекрытия фаз клапанов при превышении температурой фильтра твердых частиц пороговой температуры. Второй пример указанной системы в качестве одной из возможностей содержит первый пример и дополнительно содержит в нем увеличение перекрытия фаз клапанов относительно значения перекрытия фаз клапанов, имевшего место перед инициированием акта ОТРЗ. Третий пример системы в качестве одной из возможностей содержит один или оба примера из числа первого и второго примеров и дополнительно содержит контроллер, содержащий дополнительные команды для открывания дроссельного клапана на заранее определенную величину, когда давление во впускном коллекторе ниже порогового давления и температура фильтра твердых частиц ниже пороговой температуры. Четвертый пример системы в качестве одной из возможностей содержит один, несколько или все примеры из числа примеров с первого по третий и дополнительно содержит контроллер, содержащий дополнительные команды для открывания дроссельного клапана и возобновления подачи топлива в ответ на запрос выхода из ОТРЗ. Пятый пример указанной системы в качестве одной из возможностей содержит один, несколько или все примеры из числа примеров с первого по третий и дополнительно содержит в них то, что указанная подача топлива во множество цилиндров двигателя содержит подачу бензинового топлива путем непосредственного впрыска топлива.
Вариант осуществления способа для двигателя содержит: инициирование акта отсечки топлива в режиме замедления (ОТРЗ) путем выключения впрыска топлива в двигатель и перемещения дроссельного клапана, установленного выше по потоку от двигателя, в заранее заданное, по меньшей мере частично открытое положение; полное закрывание дроссельного клапана в ответ на превышение температурой фильтра твердых частиц пороговой температуры; и поддержание во впускном коллекторе давления, превышающего пороговое давление, путем регулирования фаз впускного и/или выпускного клапана. В первом примере данного способа этот способ дополнительно содержит, перед инициированием акта ОТРЗ, работу при первой величине перекрытия фаз впускного и выпускного клапанов, и при этом указанное регулирование фаз впускного и/или выпускного клапана содержит регулирование фаз впускного и/или выпускного клапана с целью работы при второй величине перекрытия фаз впускного и выпускного клапанов. Второй пример данного способа в качестве одной из возможностей содержит первый пример и дополнительно содержит полное закрывание дроссельного клапана, содержащее полное закрывание дроссельного клапана с продолжением работы при первой величине перекрытия фаз впускного и выпускного клапанов. Третий пример данного способа в качестве одной из возможностей содержит один или все примеры из числа первого и второго примеров и дополнительно содержит, в ответ на запрос выхода из акта ОТРЗ, включение впрыска топлива, регулирование дроссельного клапана на основании крутящего момента, затребованного оператором, и регулирование фаз впускного и/или выпускного клапана с целью работы при первой величине перекрытия фаз впускного и выпускного клапанов.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и определения параметров 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 выполняться системой управления, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными устройствами и другим оборудованием двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, например, с управлением от событий, управлением от прерываний, многозадачных, многопотоковых и т.д. Таким образом, проиллюстрированные здесь разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях могут опускаться. Аналогично, указанный порядок обработки не обязательно требуется для реализации отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, а служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из описанных действий, операций и/или функций в зависимости от конкретной применяемой стратегии могут выполняться с повторением. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, подлежащий программированию в долговременную память машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, в которой указанные действия выполняются путем исполнения команд в системе, содержащей разнообразные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
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, поскольку возможны разнообразные их модификации. Например, вышеописанная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, двигателям с четырьмя оппозитными цилиндрами и к двигателям 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.
Нижеследующие пункты формулы изобретения, в частности, указывают определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы может быть упомянут некоторый элемент или «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать такие пункты как указывающие на содержание одного или более таких элементов, не требующие и не исключающие содержания 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 идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.