СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО НЕЙТРАЛИЗАТОРА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ
METHOD AND SYSTEM FOR EXHAUST GAS CATALYTIC CONVERTER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее описание в целом относится к способам и системам для управления двигателем транспортного средства для повышения эффективности системы нейтрализации отработавших газов и сокращения выбросов двигателя.
Уровень техники
Устройства снижения токсичности, например каталитический нейтрализатор основания кузова, соединенные с выпускным каналом двигателя внутреннего сгорания, сокращают количество побочных продуктов сгорания, например оксидов азота, окиси углерода и углеводородов. Выбросы двигателя при холодном пуске, производимые перед активацией каталитического нейтрализатора основания кузова, могут составить значительный процент от общего количества выбросов отработавших газов. Эффективность каталитического нейтрализатора основания кузова может быть подвержена влиянию температуры отработавших газов и может быть недостаточно оптимальной вне определенного температурного диапазона. Также, функциональные возможности каталитического нейтрализатора могут быть подвержены отрицательному влиянию более высокой, чем пороговое значение, загрузки кислорода в каталитическом нейтрализаторе.
В связи с вышеизложенным был разработан ряд решений для выборочного направления отработавших газов через каталитический нейтрализатор отработавших газов в зависимости от температуры отработавших газов. Один пример решения, раскрытый Сервати и др. в документе US 5377486, предусматривает, в условиях холодного пуска, направление отработавших газов вначале через меньший каталитический нейтрализатор перед направлением отработавших газов через каталитический нейтрализатор основания кузова (основной) и, после достижения температуры активации основного каталитического нейтрализатора, обход меньшего каталитического нейтрализатора и направление отработавших газов непосредственно через основной каталитический нейтрализатор. Меньший каталитический нейтрализатор может достигать активации раньше основного каталитического нейтрализатора, и посредством протекания отработавших газов сначала через меньший каталитический нейтрализатор может быть увеличено качество выбросов. Посредством обхода меньшего каталитического нейтрализатора, после достижения температуры активации основного каталитического нейтрализатора, повреждения меньшего каталитического нейтрализатора, вызванные температурой отработавших газов, превышающей пороговое значение, могут быть уменьшены.
x
Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные недостатки такой системы. В качестве одного из примеров, ввиду конфигурации такой системы, независимо от температуры отработавших газов, обход основного каталитического нейтрализатора не реализован. В связи с этим, из-за осаждения слоя на поверхности каталитического нейтрализатора основания кузова, коэффициенты нейтрализации могут быть более высокими в определенном диапазоне температур отработавших газов. В результате, при температурах отработавших газов ниже или выше определенного диапазона, могут быть сокращены функциональные возможности каталитического нейтрализатора основания кузова. В дополнение, поток горячего отработавшего газа может вызвать повреждение компонентов каталитического нейтрализатора. В качестве другого примера, поскольку отработавшие газы протекают через каталитический нейтрализатор в условиях холодного пуска, вода из компонентов отработавшего газа выше по потоку от основного каталитического нейтрализатора может конденсироваться в каталитическом нейтрализаторе и извлекать энергию из каталитического нейтрализатора для испарения, что может дополнительно влиять на функциональные возможности каталитического нейтрализатора и замедлять достижение температуры активации. Дополнительно, в условиях работы двигателя, например, при отсечке топлива в режиме замедления (ОТРЗ), двигатель может работать без топлива с воздухом, который продолжает перекачиваться через цилиндры. В результате, более высокая концентрация кислорода может достигать каталитического нейтрализатора, что приводит к насыщению кислородом каталитического нейтрализатора основания кузова. Насыщение кислородом может привести к снижению способности каталитического нейтрализатора преобразовывать NO, адсорбируемый в каталитическом нейтрализаторе, тем самым оказывая влияние на качество выбросов.
Сущность изобретения
Авторы настоящего изобретения определили решение, позволяющее по меньшей мере частично преодолеть вышеуказанные недостатки. В одном из примеров вышеуказанные недостатки могут быть преодолены посредством способа для двигателя, содержащего шаги, на которых: в условиях отсутствия подачи топлива обеспечивают протекание отработавших газов через перепускной канал в обход каталитического нейтрализатора отработавших газов основания кузова, расположенного в основном выпускном канале, через клапан, расположенный ниже по потоку от каталитического нейтрализатора; и в условиях подачи топлива обеспечивают выборочное протекание отработавших газов через перепускной канал в зависимости от температуры и содержания воды в отработавших газах. Таким образом, посредством рационального обхода каталитического нейтрализатора основания кузова в условиях, которые могут отрицательно влиять на функциональные возможности каталитического нейтрализатора, может быть улучшено качество выбросов.
В одном из примеров выпускная система может содержать передний каталитический нейтрализатор и основной каталитический нейтрализатор основания кузова, соединенный с основным выпускным каналом ниже по потоку от выпускного коллектора. Перепускной канал может быть соединен с основным выпускным каналом параллельно каталитическому нейтрализатору основания кузова, причем обход содержит отводную перегородку. После протекания через передний каталитический нейтрализатор отработавшие газы могут либо протекать через каталитический нейтрализатор основания кузова, либо протекать через перепускной канал в обход каталитического нейтрализатора основания кузова. Направление отработавших газов через основной канал или перепускной канал может быть отрегулировано посредством корректировки положения отводного клапана. Например, в условиях холодного пуска отводной клапан может быть установлен таким образом, чтобы отработавшие газы могли вначале обходить каталитический нейтрализатор основания кузова пока вода, присутствующая в потоке отработавших газов, не испарится, а затем отводной клапан может быть установлен таким образом, чтобы отработавшие газы могли быть направлены через каталитический нейтрализатор основания кузова. Тепло из отработавших газов может быть использовано для нагрева каталитического нейтрализатора основания кузова и достижения температуры активации. Для сравнения, отработавшие газы могут быть направлены через каталитический нейтрализатор основания кузова в условиях повышенной массы воздуха, поступающего в цилиндр, а также в условиях повышенной температуры отработавших газов. В одном из примеров, в условиях пониженной температуры отработавших газов отработавшие газы могут быть направлены в обход каталитического нейтрализатора основания кузова для поддержания рабочей температуры каталитического нейтрализатора основания кузова выше требуемой рабочей температуры, а также для сокращения воды в отработавших газах из-за понижения температуры каталитического нейтрализатора. Аналогичным образом, в условиях повышенной температуры отработавших газов, отработавшие газы могут быть направлены в обход каталитического нейтрализатора основания кузова для сокращения перегрева каталитического нейтрализатора. Также, в условиях работы двигателя, например, при ОТРЗ, когда существует вероятность насыщения кислородом каталитического нейтрализатора основания кузова, отработавшие газы могут быть направлены в обход каталитического нейтрализатора основания кузова. Дополнительно, теплообменник может быть соединен с перепускным каналом для передачи тепла из отработавших газов, протекающих через перепускной канал, хладагенту, циркулирующему через теплообменник. Тепло, рекуперированное на теплообменнике, может быть использовано для обеспечения нагрева компонентов транспортного средства, например, головки цилиндра и пассажирского салона.
Таким образом, посредством выборочного обхода отработавшими газами каталитического нейтрализатора основания кузова непосредственно после холодного пуска двигателя, конденсация воды и последующее ее испарение в каталитическом нейтрализаторе основания кузова могут быть снижены, тем самым сокращая рассеивание энергии в каталитическом нейтрализаторе. В результате, сокращаются задержки активации каталитического нейтрализатора, вызванные конденсацией и испарением воды. В дополнение к этому, сокращено неблагоприятное падение температуры каталитического нейтрализатора из-за конденсата отработавших газов. Технический результат эффективного использования тепла отработавших газов для ускорения испарения воды из каталитического нейтрализатора основания кузова и увеличения температуры каталитического нейтрализатора заключается в ускорении активации каталитического нейтрализатора, сокращении использования запаздывания зажигания для нагрева каталитического нейтрализатора и увеличении экономии топлива. Технический результат обхода каталитического нейтрализатора основания кузова в условиях (например, более низких, чем пороговое значение, температур отработавших газов и событий ОТРЗ), при которых может быть снижена рабочая температура каталитического нейтрализатора, и/или при которых может произойти насыщение кислородом каталитического нейтрализатора, заключается в том, что эффективность каталитического нейтрализатора может быть поддержана выше порогового уровня. Посредством использования теплообменника в перепускном канале для рекуперации тепла из отработавших газов, тепло отработавших газов может быть эффективно использовано для ускорения прогрева двигателя и для обеспечения обогрева пассажирского салона, тем самым сокращая паразитные потери мощности двигателя. В целом, посредством регулирования потока отработавших газов через каталитический нейтрализатор отработавших газов и перепускной канал, в котором расположен теплообменник, могут быть улучшены качество выбросов и эффективность использования топлива в системе двигателя.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показан вариант осуществления системы двигателя, содержащей систему каталитического нейтрализатора отработавших газов.
На Фиг. 2А показан вариант осуществления системы каталитического нейтрализатора отработавших газов, представленной на Фиг. 1, работающей в первом режиме.
На Фиг. 2В показан вариант осуществления системы каталитического нейтрализатора отработавших газов, представленной на Фиг. 1, работающей во втором режиме.
На Фиг. 3 показана блок-схема, отображающая пример способа, который может быть реализован для регулировки потока отработавших газов через систему каталитического нейтрализатора отработавших газов, представленную на Фиг. 1.
На Фиг. 4 показана таблица, отображающая различные режимы работы системы каталитического нейтрализатора отработавших газов, представленной на Фиг. 1.
На Фиг. 5 показан пример работы системы каталитического нейтрализатора отработавших газов, представленной на Фиг. 1.
Осуществление изобретения
Следующее описание относится к системам и способам для повышения эффективности системы каталитического нейтрализатора отработавших газов и сокращения выбросов двигателя. Пример системы двигателя, содержащего систему каталитического нейтрализатора отработавших газов с перепускным каналом, в котором расположен теплообменник, показан на Фиг. 1. Различные режимы работы системы каталитического нейтрализатора отработавших газов, представленной на Фиг. 1, раскрыты со ссылкой на Фиг. 2А и Фиг. 2В. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнения алгоритма управления, например, алгоритма, который в качестве примера представлен на Фиг. 3, для изменения положения отводного клапана, соединенного с основным выпускным каналом, для регулировки потока отработавших газов через систему каталитического нейтрализатора отработавших газов, в системе, представленной на Фиг. 1. Различные режимы работы системы каталитического нейтрализатора отработавших газов были сведены в таблицу, представленную на Фиг. 4. Пример работы системы каталитического нейтрализатора отработавших газов, представленной на Фиг. 1, приведен со ссылкой на Фиг. 5.
На Фиг. 1 схематически показаны аспекты примера системы 100 двигателя, содержащей двигатель 10. В представленном варианте осуществления двигатель 10 представляет собой двигатель с наддувом, соединенный с турбокомпрессором 13, содержащим компрессор 114с приводом посредством турбины 116. В частности, свежий воздух вводят по впускному каналу 42 в двигатель 10 через воздухоочиститель 112 и направляют к компрессору 114. Компрессор может представлять собой любой подходящий компрессор всасываемого воздуха, например компрессор механического нагнетателя, приводимый в движение посредством двигателя или приводного вала. В системе 10 двигателя компрессор представляет собой компрессор турбонагнетателя, механически соединенный с турбиной 116 посредством вала 19, причем турбину 116 приводят в действие расширяющиеся отработавшие газы двигателя.
Как показано на Фиг. 1, компрессор 114 соединен через охладитель 21 наддувочного воздуха (ОНВ) с дроссельной заслонкой 20. Дроссельная заслонка 20 соединена с впускным коллектором 22 двигателя. Из компрессора заряд сжатого воздуха протекает через охладитель 21 наддувочного воздуха и дроссельную заслонку к впускному коллектору. В варианте осуществления, показанном на Фиг. 1, давление заряда воздуха внутри впускного коллектора определяют датчиком 124 давления воздуха в коллекторе (ДВК). Массовый расход воздуха внутри впускного коллектора определяют датчиком 125 расхода воздуха в коллекторе (РВК). Масса воздуха, поступающего в цилиндр, может быть оценена на основании входных сигналов от датчика 124 ДВК, либо датчика 125 РВК.
Один или более датчиков могут быть соединены со входом компрессора 114. Например, датчик 55 температуры может быть соединен с указанным входом для оценки температуры на входе компрессора, а датчик 56 давления может быть соединен с указанным входом для оценки давления на входе компрессора. В качестве другого примера, датчик 57 влажности может быть соединен с указанным входом для оценки влажности заряда воздуха, поступающего в компрессор. В число прочих датчиков могут входить, например, датчики воздушно-топливного отношения и т.д. В других примерах один или более параметров на входе компрессора (например, влажность, температура, давление и т.д.) могут быть выведены на основании параметров работы двигателя. Кроме того, когда включена рециркуляция отработавших газов (РОГ), указанные датчики могут оценивать температуру, давление, влажность и воздушно-топливное отношение смеси заряда воздуха, содержащей свежий воздух, рециркулируемый сжатый воздух и остатки отработавших газов, поступившие на вход компрессора.
Привод 92 перепускной заслонки может быть приведен в действие для сброса, по меньшей мере, некоторого давления отработавших газов выше по потоку от турбины к области ниже по потоку от турбины через перепускную заслонку 90. Уменьшая давление отработавших газов выше по потоку от турбины, можно сократить обороты турбины, что в свою очередь помогает снизить помпаж компрессора.
Впускной коллектор 22 соединен с рядом камер 30 сгорания посредством ряда впускных клапанов (не показаны). Камеры сгорания также соединены с выпускным коллектором 36 посредством ряда выпускных клапанов (не показаны). В представленном варианте осуществления показан один выпускной коллектор 36. Однако, в других вариантах осуществления, выпускной коллектор может содержать множество секций выпускного коллектора. Конфигурации, имеющие множество секций выпускного коллектора, могут способствовать направлению выходящего потока из различных камер сгорания непосредственно к различным местам системы двигателя.
В одном из вариантов осуществления, и выпускные, и впускные клапаны выполнены с возможностью электронного приведения в действие или управления. В другом варианте осуществления, и выпускные, и впускные клапаны выполнены с возможностью кулачкового приведения в действие или управления. Независимо от того, является ли управление электронным или кулачковым, моменты открытия и закрытия выпускных и впускных клапанов могут быть отрегулированы необходимым образом для обеспечения требуемых характеристик сгорания и регулирования выбросов.
В камеры 30 сгорания могут быть подведены один или более видов топлива, например, бензин, спиртосодержащие смеси, дизельное топливо, биодизельное топливо, сжатый природный газ и т.д., через форсунку 66. Топливо может быть подано в камеры сгорания непосредственным впрыском, впрыском во впускной канал, впрыском в корпус дроссельной заслонки, или используя любую из их комбинаций. В камерах сгорания горение может быть инициировано посредством искрового воспламенения и/или воспламенения от сжатия.
Как показано на Фиг. 1, отработавшие газы от одной или более секций выпускного коллектора направляют к турбине 116 для приведения ее в действие. Смешанный поток от турбины и перепускной заслонки может затем протекать через передний каталитический нейтрализатор 170, расположенный в основном выпускном канале 102. В основном, передний каталитический нейтрализатор 170 может содержать один или более каталитических нейтрализаторов дополнительной обработки отработавших газов, выполненных с возможностью каталитической обработки потока отработавших газов, и тем самым сокращения содержания одного или более веществ в потоке отработавших газов.
x
x
x
x
Весь поток отработавших газов или часть отработавших газов, выходящих из переднего каталитического нейтрализатора 170, затем может протекать через каталитический нейтрализатор 176 основания кузова, соединенный с основным выпускным каналом ниже по потоку от переднего каталитического нейтрализатора 170. Каталитический нейтрализатор 176 основания кузова может быть выполнен с возможностью улавливания NO из потока отработавших газов, когда поток отработавших газов обеднен, и сокращения уловленного NO, когда поток отработавших газов обогащен. В других примерах, каталитический нейтрализатор 176 основания кузова может быть выполнен с возможностью диспропорционирования NO или выборочного сокращения NO посредством восстановителя. В других примерах, каталитический нейтрализатор 176 основания кузова может быть выполнен с возможностью окисления остаточных углеводородов и/или окиси углерода в потоке отработавших газов. Различные каталитические нейтрализаторы дополнительной обработки отработавших газов, имеющие любую подобную функциональность, могут быть расположены в тонких покрытиях или других местах каталитического нейтрализатора 176 основания кузова.
На эффективность каталитического нейтрализатора 176 основания кузова может влиять температура отработавших газов, так что вне определенного диапазона температур эффективность может быть неоптимальной. Например, в условиях холодного пуска, когда отработавшие газы, протекающие через каталитический нейтрализатор, недостаточно нагреты, каталитический нейтрализатор 176 основания кузова не может быть активирован достаточно быстро. В результате, каталитический нейтрализатор не может оптимально работать, пока температура каталитического нейтрализатора не будет увеличена до температуры активации. Поскольку отработавшие газы протекают через каталитический нейтрализатор 176 основания кузова в условиях холодного пуска, вода из компонентов отработавшего газа выше по потоку от каталитического нейтрализатора 176 основания кузова может конденсироваться в каталитическом нейтрализаторе и извлекать энергию из каталитического нейтрализатора для испарения, что дополнительно влияет на функциональные возможности каталитического нейтрализатора и дополнительно замедляет достижение температуры активации. В связи с этим, на содержание воды в отработавших газах могут влиять различные условия работы двигателя, например, температура отработавших газов, уровень РОГ, условия окружающей среды и т.д. Например, из-за одного или более условий: температуры, ниже пороговой температуры отработавших газов, влажности, выше пороговой влажности окружающей среды, отношения температуры блока каталитического нейтрализатора основания кузова и температуры отработавших газов, а также потока РОГ и состава, может существовать повышенный риск конденсации воды в каталитическом нейтрализаторе основания кузова, что может отрицательно влиять на эффективность каталитического нейтрализатора. Температура отработавших газов, превышающая верхнее пороговое значение, также может привести к сокращению функциональных возможностей каталитического нейтрализатора. В дополнение к этому, на функциональные возможности каталитического нейтрализатора может оказывать отрицательное влияние более высокая, чем пороговое значение, кислородная нагрузка каталитического нейтрализатора, например, во время отсечки топлива в режиме замедления (ОТРЗ), когда топливо не подают в двигатель, в то время как клапаны продолжают работать для прокачивания воздуха через каталитический нейтрализатор. Как раскрыто в данном документе, в условиях работы двигателя, когда функциональные возможности каталитического нейтрализатора 176 основания кузова могут быть подвергнуты отрицательному влиянию ввиду одного или более условий: риску конденсации воды в каталитическом нейтрализаторе основания кузова, температуре отработавших газов и/или содержанию кислорода, поток отработавших газов через каталитический нейтрализатор основания кузова может быть пущен в обход.
В частности, система 160 каталитического нейтрализатора отработавших газов может содержать перепускной канал 173, соединенный с основным выпускным каналом 102. Перепускной канал 173 может проходить от области выше по потоку от каталитического нейтрализатора 176 основания кузова к области выше по потоку от глушителя 172. После протекания через передний каталитический нейтрализатор 170 отработавшие газы могут либо протекать через каталитический нейтрализатор 176 основания кузова, либо протекать через перепускной канал 173 в обход каталитического нейтрализатора 176 основания кузова. Направление отработавших газов через основной выпускной канал 102 или перепускной канал 173 может управляться посредством установки положения отводного клапана 182, соединенного с основным выпускным каналом 102 в месте соединения основного выпускного канала 102 и перепускного канала 173 ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 176 основания кузова. Например, система 160 каталитического нейтрализатора отработавших газов может работать в первом режиме, в котором отводной клапан 182 смещен в первое положение для протекания отработавших газов через каталитический нейтрализатор 176 основания кузова. В качестве другого примера, система 160 каталитического нейтрализатора отработавших газов может работать во втором режиме, когда отводной клапан 182 смещен во второе положение для протекания отработавших газов через перепускной канал 173, в обход каталитического нейтрализатора 176 основания кузова. В одном из примеров, система 160 каталитического нейтрализатора отработавших газов может работать в первом режиме в условиях, содержащих: риск конденсации воды в каталитическом нейтрализаторе основания кузова, ниже порогового значения, массу воздуха, поступающего в цилиндр, выше порогового значения, температуру отработавших газов, ниже верхнего порогового значения, и температуру отработавших газов, выше нижнего порогового значения. В другом примере, система 160 каталитического нейтрализатора отработавших газов может работать во втором режиме в условиях, содержащих отсечку топлива в режиме замедления. Условия подачи топлива двигателю, при которых может быть использован второй режим работы, могут содержать условия, когда риск конденсации воды в каталитическом нейтрализаторе основания кузова выше порогового значения, температура отработавших газов выше верхнего порогового значения (например, во время горячего пуска, при котором отработавшие газы слишком горячие) и температура отработавших газов ниже нижнего порогового значения (например, во время холодного пуска, когда отработавшие газы слишком холодные).
Один или более датчиков температуры и содержания кислорода могут быть соединены с системой 160 каталитического нейтрализатора отработавших газов для определения температуры и содержания кислорода в отработавших газах, входящих и выходящих из каталитического нейтрализатора 176 основания кузова. В одном из примеров, первый датчик 177 температуры и первый датчик 175 содержания кислорода могут быть соединены с основным выпускным каналом 102 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 174 основания кузова, а второй датчик 179 содержания кислорода может быть соединен ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 176 основания кузова. Второй датчик 178 температуры может быть соединен с каталитическим нейтрализатором 176 основания кузова для оценки температуры блока каталитического нейтрализатора. И первый, и второй датчики 175 и 179 содержания кислорода могут представлять собой либо линейный датчик содержания кислорода, либо УДКОГ (универсальный датчик содержания кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик содержания кислорода или ДКОГ, или НДКОГ (нагреваемый ДКОГ). Из области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 176 основания кузова и ниже по потоку от перепускного канала 173, отработавшие газы могут протекать к глушителю 172 и выходить из выпускной системы через выхлопную трубу 35.
Теплообменник 174 может быть соединен с перепускным каналом 173 для охлаждения отработавших газов, проходящих через перепускной канал 173. Когда отработавшие газы проходят через теплообменник 174, тепло от горячих отработавших газов может быть передано хладагенту, циркулирующему через теплообменник 174. В одном из примеров, теплообменник 174 может быть пароводяным теплообменником. В результате передачи тепла от отработавших газов к хладагенту, нагретый хладагент может циркулировать обратно к двигателю (например, когда требуется нагрев двигателя) и/или через радиатор отопителя для обогрева пассажирского салона транспортного средства (например, когда требуется обогрев салона). В качестве альтернативы, когда нет запроса на обогрев, нагретый хладагент может протекать через радиатор для рассеивания тепла в атмосферу. Подробное раскрытие работы и структуры системы 160 каталитического нейтрализатора отработавших газов будет рассмотрено при обсуждении Фиг. 2А-2В, Фиг. 3, Фиг. 4 и Фиг. 5.
В некоторых вариантах осуществления регенерируемый сажевый фильтр может быть размещен в основном выпускном канале 102 ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 176 основания кузова для улавливания и окисления сажевых частиц в потоке отработавших газов.
Нагнетательный канал 180 рециркуляции отработавших газов (РОГ) может быть соединен с основным выпускным каналом 102 выше по потоку от переднего каталитического нейтрализатора 170 для подачи внешнего потока РОГ низкого давления (НД) посредством отвода отработавших газов из области ниже по потоку от турбины 116. Нагнетательный канал может содержать РОГ-охладитель для охлаждения отработавших газов перед подачей во впускной коллектор выше по потоку от компрессора 114. Клапан 52 РОГ можно открывать для пропускания регулируемого количества отработавших газов на вход компрессора для требуемых характеристик сгорания и регулирования выбросов. Клапан 52 РОГ может быть выполнен в виде клапана с бесступенчатым регулированием. Однако в альтернативном примере клапан 52 РОГ может быть выполнен в виде двухпозиционного клапана. В других вариантах осуществления система двигателя может содержать поток РОГ высокого давления, в котором отработавшие газы вводят выше по потоку от турбины 116 и повторно пропускают к впускному коллектору двигателя ниже по потоку от компрессора 114.
С каналом 180 РОГ могут быть соединены один или более датчиков для обеспечения подробной информации относительно состава и параметров потока РОГ. Например, датчик температуры может быть установлен для определения температуры потока РОГ, датчик давления - для определения давления потока РОГ, датчик влажности - для определения влажности или содержания воды в потоке РОГ и датчик воздушно-топливного отношения - для оценки воздушно-топливного отношения потока РОГ. В качестве альтернативы, параметры РОГ могут быть определены одним или более датчиками 55-57 температуры, давления, влажности и воздушно-топливного отношения, соединенными с входом компрессора. В одном из примеров, датчик 57 воздушно-топливного отношения представляет собой датчик содержания кислорода.
Система 100 двигателя может также содержать систему 14 управления. Система 14 управления показана получающей информацию от множества датчиков 16 (различные примеры которых раскрыты в настоящем документе) и посылающей управляющие сигналы к множеству исполнительных устройств 18 (различные примеры которых раскрыты в настоящем документе). В качестве одного из примеров, датчики 16 могут содержать: первый датчик 177 температуры отработавших газов, расположенный выше по потоку от каталитического нейтрализатора 176 основания кузова, второй датчик 178 температуры отработавших газов, расположенный в каталитическом нейтрализаторе 176 основания кузова, первый датчик 175 содержания кислорода в отработавших газах, расположенный выше по потоку от каталитического нейтрализатора 176 основания кузова, второй датчик 179 содержания кислорода в отработавших газах, расположенный ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 176 основания кузова, датчик 128 давления отработавших газов, датчик 124 ДВК, датчик 125 РВК, датчик 55 температуры на входе компрессора, датчик 56 давления на входе компрессора, датчик 57 влажности на входе компрессора и датчик РОГ. Другие датчики, например дополнительные датчики давления, температуры, воздушно-топливного отношения и состава могут быть установлены в различных местах в системе 100 двигателя. Исполнительные устройства 81 могут содержать, например, отводной клапан 182, дроссельную заслонку 20, клапан 52 РОГ, перепускную заслонку 92 и топливную форсунку 66. Система 14 управления может содержать контроллер 12.
Контроллер 12 выполнен с возможностью приема входных данных от различных датчиков, обработки этих входных данных и приведения в действия различных исполнительных устройств в зависимости от результатов обработки входные данных на основании инструкций или программного кода, заданных контроллеру, соответствующих одному или более алгоритмам. Например, контроллер 12 может прогнозировать риск образования конденсата в каталитическом нейтрализаторе 176 основания кузова на основании входных сигналов от одного или более датчиков: датчика 178 температуры каталитического нейтрализатора основания кузова, датчика 177 температуры отработавших газов, датчиков 55-57 температуры, давления, влажности и воздушно-топливного отношения на входе, датчиков РОГ, и в ответ на превышающий пороговое значение риск конденсации воды в каталитическом нейтрализаторе основания кузова, контроллером 12 может быть отрегулировано положение отводного клапана 182 для направления отработавших газов через перепускной канал 173 в обход каталитического нейтрализатора 176 основания кузова. В качестве другого примера, контроллером 12 может быть оценено содержание кислорода в отработавших газах на основании входных сигналов от одного или более датчиков 175 и 179 содержания кислорода в отработавших газах, и на основании превышающего пороговое значение содержания кислорода в отработавших газах контроллером 12 может быть отрегулировано положение отводного клапана 182 для направления отработавших газов через перепускной канал 173 в обход каталитического нейтрализатора 176 основания кузова.
На Фиг. 2А подробнее раскрыта система каталитического нейтрализатора основания кузова, представленная на Фиг. 1, и показан пример 200 осуществления работы системы каталитического нейтрализатора основания кузова, представленной на Фиг. 1, в первом рабочем режиме, в котором поток отработавших газов направлен через каталитический нейтрализатор основания кузова. В одном из примеров, узел 200 представляет собой один из вариантов осуществления системы 160 каталитического нейтрализатора отработавших газов, представленной на Фиг. 1, и, вследствие этого, может содержать общие признаки и/или конфигурации, которые уже раскрыты для системы 160 каталитического нейтрализатора отработавших газов.
Отработавшие газы, выходящие из двигателя, проходят через передний каталитический нейтрализатор 170 и достигают системы 200 каталитического нейтрализатора основания кузова. Большая часть побочных продуктов сгорания может быть адсорбирована и обработана на переднем каталитическом нейтрализаторе. Передний каталитический нейтрализатор может содержать повышенное заполнение драгоценными металлами по сравнению с каталитическим нейтрализатором основания кузова для обеспечения оптимальной обработки побочных продуктов. Каталитический нейтрализатор основания кузова может быть более эффективным в сравнении с передним каталитический нейтрализатором в условиях повышенной массы воздуха, поступающего в цилиндр, и повышенной объемной скорости потока отработавших газов через каждый из каталитических нейтрализаторов: передний каталитический нейтрализатор и каталитический нейтрализатор основания кузова. Когда требуется РОГ, часть отработавших газов может быть получена из области выше по потоку от переднего каталитического нейтрализатора для повторного подведения к впускному коллектору двигателя. Нагнетательный канал 228 рециркуляции отработавших газов (РОГ) может быть соединен с основным выпускным каналом 202 ниже по потоку от переднего каталитического нейтрализатора 170 для обеспечения потока РОГ низкого давления (НД). Клапан 52 РОГ может быть открыт для пропуска контролируемого количества отработавших газов к впускному коллектору для обеспечения требуемых параметров сгорания и регулирования выбросов. Клапан 52 РОГ может быть выполнен в виде клапана с бесступенчатым регулированием или в качестве двухпозиционного клапана.
x
x
x
Каталитический нейтрализатор 176 основания кузова может быть соединен с основным выпускным каналом 202 выше по потоку от переднего каталитического нейтрализатора 170. В одном из примеров, каталитический нейтрализатор 176 основания кузова может быть выполнен с возможностью улавливания NO из потока отработавших газов, когда поток отработавших газов обеднен, и сокращения уловленного N0X, когда поток отработавших газов обогащен. Каталитический нейтрализатор 176 основания кузова может также быть выполнен с возможностью диспропорционирования NO или выборочного сокращения NO при помощи восстановителя. В другом примере каталитический нейтрализатор 176 основания кузова может быть выполнен с возможностью окисления остаточных углеводородов и/или окиси углерода в потоке отработавших газов. Множество датчиков может быть соединено с системой 200 каталитического нейтрализатора отработавших газов для определения температуры и содержания кислорода в отработавших газах, поступающих на вход и выход каталитического нейтрализатора 176 основания кузова и температуры каталитического блока основания кузова. В одном из примеров, первый датчик 177 температуры и первый датчик 175 содержания кислорода могут быть соединены с основным выпускным каналом 202 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 176 основания кузова, а второй датчик 179 содержания кислорода может быть соединен с основным выпускным каналом 202 ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 176 основания кузова. Второй датчик 178 температуры может быть соединен с каталитическим нейтрализатором 176 основания кузова для оценки температуры блока каталитического нейтрализатора. Содержание воды в отработавших газах и риск образования конденсата в каталитическом нейтрализаторе 176 основания кузова могут быть оценены на основании температуры блока каталитического нейтрализатора, оценку которой производят посредством второго датчика 178 температуры, и дополнительно на основании факторов, включающих в себя влажность окружающей среды, уровень РОГ, температуру отработавших газов и т.д.
Впускная труба 210 перепускного узла 205 каталитического нейтрализатора основания кузова может быть соединена с выпускным каналом 202 в месте 206 соединения ниже по потоку от переднего каталитического нейтрализатора 170 и выше по потоку от каталитического нейтрализатора 176 основания кузова. Впускная труба может вести к перепускному каналу 212, в котором расположен теплообменник 174. Теплообменник может быть соединен с системой охлаждения двигателя. Хладагент может циркулировать через теплообменник 174 для рекуперации тепла из отработавших газов. Выше по потоку от теплообменника 174 перепускной канал 212 может оканчиваться выходной трубой 216, ведущей обратно к выпускному каналу 202. Впускная труба 210 и выходная труба 216 могут быть перпендикулярны каналу 212 и основному выпускному каналу 202. Выходная труба 216 может быть соединена с выпускным каналом 202 в месте 218 соединения, расположенном ниже по потоку от места 206 соединения и каталитического нейтрализатора 176 отработавших газов. Отводной клапан может быть соединен с основным выпускным каналом 302 в месте 218 соединения для регулировки потока отработавших газов через один из каналов: либо через основной выпускной канал 202, либо через перепускной канал 212. В одном из примеров, отводной клапан может быть установлен в первое положение для направления отработавших газов через основной выпускной канал 202 и каталитический нейтрализатор основания кузова. В другом примере, отводной клапан может быть установлен во второе положение для направления отработавших газов через перепускной канал 212 и теплообменник 174. В дополнение к этому, ниже по потоку от места 218 соединения, глушитель 272 может быть соединен с основным выпускным каналом 202. После протекания через глушитель 272, отработавшие газы могут быть выпущены в атмосферу через выхлопную трубу 235.
Таким образом, первый режим работы представляет собой первое установленное положение отводного клапана 182, который позволяет управлять потоком отработавших газов. В первом режиме работы, ввиду первого положения отводного клапана 182, отработавшие газы могут протекать к глушителю без входа в перепускной узел 205 каталитического нейтрализатора основания кузова. Вследствие этого, все отработавшие газы, выходящие из переднего каталитического нейтрализатора 170, могут протекать через каталитический нейтрализатор 176 основания кузова. После прохождения через каталитический нейтрализатор 176 основания кузова, отработавшие газы могут протекать через глушитель 272 и выходить в атмосферу через выхлопную трубу 235. Таким образом, во время работы в первом режиме работы, поскольку отработавшие газы не могут протекать через теплообменник 174, размещенный в перепускном канале 212, тепло отработавших газов не может быть рекуперировано на теплообменнике 174.
Первый режим работы может быть выбран в условиях, когда требуется протекание отработавших газов через каталитический нейтрализатор 176 основания кузова. В одном из примеров, первый режим может быть выбран в условиях холодного пуска, после того, как риск конденсации воды в каталитическом нейтрализаторе 176 основания кузова сократился ниже порогового значения. В условиях, когда риск конденсации выше порогового значения, вода может конденсироваться в каталитическом нейтрализаторе 176 основания кузова и извлекать энергию из каталитического нейтрализатора для испарения, что может повлиять на функциональные возможности каталитического нейтрализатора посредством снижения температуры каталитического нейтрализатора. Содержание воды в отработавших газах может быть оценено на основании каждого из следующих параметров: влажности окружающей среды, воздушно-топливного отношения отработавших газов, температуры отработавших газов и уровня РОГ двигателя. Содержание воды в отработавших газах может увеличиваться при повышенной влажности и увеличенном уровне/потоке РОГ. Риск конденсации в каталитическом нейтрализаторе основания кузова может быть спрогнозирован на основании оценки содержании воды в отработавших газах и температуры блока каталитического нейтрализатора основания кузова, причем риск может увеличиваться при повышении оценки содержания воды или при снижении температуры блока. Прогнозирование риска конденсации может быть также основано на значении воздушно-топливного отношения отработавших газов относительно стехиометрического состава, причем прогнозируемый риск возрастает с увеличением длительности работы двигателя при составе, беднее стехиометрического состава. В условиях холодного пуска, когда риск конденсации ниже порогового значения, при протекании горячего отработавшего газа через каталитический нейтрализатор 176 основания кузова, температура каталитического нейтрализатора может быть увеличена, тем самым ускоряя достижение температуры активации.
В другом примере, первый режим работы может быть выбран, когда масса воздуха, поступающего в цилиндр выше порогового значения. В случае массы воздуха, поступающего в цилиндр, выше порогового значения, отработавшие газы могут быть направлены через каталитический нейтрализатор 176 основания кузова для улучшения качества выбросов и сокращения обратного давления, вызванного выпускной системой. Масса воздуха, поступающего в цилиндр, может быть выведена на основании входного сигнала от датчика расхода воздуха в коллекторе (РВК), либо датчика давления воздуха в коллекторе (ДВК).
Также в другом примере, первый режим может быть выбран в условиях, когда, либо температура отработавших газов выше, чем нижнее пороговое значение, либо температура отработавших газов ниже, чем верхнее пороговое значение. Вследствие осаждения слоя на поверхности каталитического нейтрализатора основания кузова, каталитический нейтрализатор основания кузова может иметь более высокие коэффициенты нейтрализации в определенном диапазоне температур отработавших газов, вследствие этого, при выходе за пределы температуры отработавших газов (выше или ниже данного диапазона), функциональные возможности каталитического нейтрализатора могут быть ухудшены.
На Фиг. 2В показано схематическое представление 250 примера осуществления системы 200 каталитического нейтрализатора основания кузова во втором режиме работы, в котором отработавшие газы протекают в обход каталитического нейтрализатора основания кузова. Компоненты, ранее представленные на Фиг. 2А, пронумерованы аналогичным образом и повторно не раскрываются.
Таким образом, второй режим работы представляет собой второе установленное положение отводного клапана 182, который позволяет управлять потоком отработавших газов. Во втором режиме работы, ввиду второго положения отводного клапана 182, отработавшие газы могут протекать в перепускной узел 205 каталитического нейтрализатора основания кузова через впускную трубу 210 (как показано стрелками) в обход каталитического нейтрализатора 176 основания кузова. Во втором режиме работы, отработавшие газы протекают через теплообменник 174 от первого конца теплообменника со стороны впускной трубы 210 ко второму концу теплообменника 174 со стороны выходной трубы 216. На теплообменнике 174, тепло из отработавших газов может быть передано хладагенту, циркулирующему через теплообменник 174. Затем нагретый хладагент может циркулировать обратно через двигатель (например, через головку цилиндра для обеспечения нагрева двигателя в условиях холодного пуска) и/или циркулировать через радиатор отопителя транспортного средства, и затем рекуперированное тепло может быть использовано для таких функций, как, например, обогрев пассажирского салона, тем самым повышая эффективность двигателя. В условиях, когда тепло, рекуперированное на теплообменнике 174, не требуется для нагрева компонентов транспортного средства, тепло может быть передано на радиатор для рассеивания в атмосферу. После прохождения через теплообменник 174, охлажденные отработавшие газы протекают через выходную трубу 216 и выходят из перепускного узла 205 каталитического нейтрализатора основания кузова. Отработавшие газы повторно попадают в основной выпускной канал 202 в месте 218 соединения и протекают ниже по потоку в направлении глушителя 272. После прохождения через глушитель 272 отработавшие газы выходят в атмосферу через выхлопную трубу 235.
Второй режим работы может быть выбран в условиях, когда поток отработавших газов через каталитический нейтрализатор 176 основания кузова не требуется. В одном из примеров, второй режим может быть выбран в условиях превышающего пороговое значение риска образования конденсата в каталитическом нейтрализаторе 176 основания кузова. В условиях холодного пуска риск конденсации воды в каталитическом нейтрализаторе основания кузова может быть повышен в связи с пониженной температурой отработавших газов и каталитического нейтрализатора 176 основания кузова. Вследствие этого, в условиях холодного пуска, отработавшие газы могут быть направлены в обход каталитического нейтрализатора 176 основания кузова на период времени, пока риск образования конденсата не уменьшится ниже порогового значения. В другом примере, второй режим может быть выбран в условиях, когда температура отработавших газов ниже, чем нижнее пороговое значение, или выше, чем верхнее пороговое значение.
x
Еще в одном примере, второй режим может быть выбран в условиях отсутствия подачи топлива двигателю, например, при условии отсечки топлива в режиме замедления (ОТРЗ). В данных условиях содержание кислорода в отработавших газах может быть увеличено выше порогового значения, что может привести к насыщению кислородом каталитического нейтрализатора 176 основания кузова. Насыщение кислородом может привести к сокращению способности каталитического нейтрализатора к преобразованию NO, адсорбируемому в каталитическом нейтрализаторе, что тем самым влияет на качество выбросов.
Переход от работы в первом режиме к работе во втором режиме может быть осуществлен в ответ на: риск конденсации в каталитическом нейтрализаторе 176 основания кузова, выше порогового значения; событие отсечки топлива в режиме замедления (ОТРЗ); температуру отработавших газов, ниже нижнего порогового значения; и температуру отработавших газов, выше верхнего порогового значения. Переход от работы во втором режиме к работе в первом режиме может быть осуществлен в ответ на: риск конденсации в каталитическом нейтрализаторе 176 основания кузова, ниже порогового значения, температуру отработавших газов, выше нижнего порогового значения, и температуру отработавших газов, ниже верхнего порогового значения, и массу воздуха, поступающего в цилиндр, выше порогового значения. Также, в ответ на падение температуры каталитического нейтрализатора ниже порогового значения, если риск конденсации в каталитическом нейтрализаторе основания кузова понижен, отводной клапан может быть переведен в первое положение раньше, а в ответ на падение температуры каталитического нейтрализатора ниже порогового значения температуры, если риск конденсации в каталитическом нейтрализаторе основания кузова повышен, отводной клапан может быть переведен в первое положение позднее.
В одном из примеров, во время события ОТРЗ, переход из второго режима работы в первый режим работы может быть выполнен, если температура каталитического нейтрализатора основания кузова уменьшается ниже порогового значения. Протекающие отработавшие газы через каталитический нейтрализатор основания кузова во время события ОТРЗ могут увеличить концентрацию кислорода в каталитическом нейтрализаторе основания кузова, что может привести к увеличению потребления топлива при регенерации каталитического нейтрализатора. Однако, если температура каталитического нейтрализатора основания кузова уменьшается ниже порогового значения, то, может иметь место задержка момента зажигания (что также вызывает увеличение потребления топлива) для увеличения температуры отработавших газов и температуры каталитического нейтрализатора основания кузова. Вследствие этого контроллер может учитывать потенциальные потери на увеличение расхода топлива, обусловленное насыщением кислородом, и уменьшением температуры каталитического нейтрализатора основания кузова, и может определить, необходимо ли направить отработавшие газы через каталитический нейтрализатор основания кузова или необходимо обойти каталитический нейтрализатор основания кузова, что приводит к снижению потерь. Например, если топливные потери, связанные с задержкой зажигания для увеличения температуры каталитического нейтрализатора, малы, то каталитический нейтрализатор основания кузова не может быть обойден. Если же топливные потери, связанные с регенерацией каталитического нейтрализатора, малы, то каталитический нейтрализатор основания кузова может быть обойден. В условиях холодного пуска отводной клапан может удерживаться во втором положении (работа системы во втором режиме) в течение периода времени, на основании содержания воды в отработавших газах; и после истечения этого периода времени отводной клапан может быть установлен в первое положение (переход системы к работе в первом режиме) для протекания отработавших газов через передний каталитический нейтрализатор, а затем через каталитический нейтрализатор основания кузова в основном выпускном канале. Указанный период времени может быть увеличен по мере увеличения содержания воды в отработавших газах.
Таким образом, системы, представленные на Фиг. 1 и Фиг. 2А-2В, обеспечивают систему двигателя, содержащую: впускной коллектор двигателя, содержащий датчик массового расхода воздуха (МРВ) и датчик давления воздуха в коллекторе (ДВК), выпускной коллектор двигателя, содержащий основной выпускной канал, в котором расположен передний каталитический нейтрализатор выше по потоку от каталитического нейтрализатора основания кузова, и перепускной канал, соединенный с основным выпускным каналом из области ниже по потоку от переднего каталитического нейтрализатора к области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора основания кузова, причем перепускной канал содержит теплообменник; систему охлаждения, соединяющую по текучей среде теплообменник с радиатором отопителя; отводной клапан, присоединенный ниже по потоку от каталитического нейтрализатора основания кузова в месте соединения основного выпускного канала и перепускного канала, датчик температуры отработавших газов; датчик содержания кислорода в отработавших газах; и контроллер с сохраненными в долговременной памяти машиночитаемыми инструкциями для: в ответ на работу двигателя при воздушно-топливном отношении, беднее порогового значения, переключения отводного клапана из первого положения, позволяющего протекать отработавшим газам через каталитический нейтрализатор основания кузова, во второе положение, позволяющее протекать отработавшим газам через перепускной канал и теплообменник, в обход каталитического нейтрализатора основания кузова; осуществления оценки температуры каталитического нейтрализатора на основании длительности работы при пороговом значении воздушно-топливного отношения; в ответ на падение температуры каталитического нейтрализатора ниже порогового значения температуры, если содеражние воды в отработавших газах повышено, переключения отводного клапана в первое положение раньше; и в ответ на падение температуры каталитического нейтрализатора ниже порогового значения температуры, если содержание воды в отработавших газах понижено, переключения отводного клапана в первое положение позже.
На Фиг. 3 представлен пример способа 300 работы системы каталитического нейтрализатора отработавших газов основания кузова (например, системы 160 каталитического нейтрализатора отработавших газов, представленной на Фиг. 1 и Фиг. 2А-2В) для сокращения выбросов двигателя. Инструкции для осуществления способа 300 и остальных раскрытых в настоящем описании способов могут быть выполнены контроллером на основании инструкций, сохраненных в памяти контроллера, и во взаимосвязи с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например датчиков, раскрытых выше на примере Фиг. 1 и Фиг. 2А-2В. Контроллер может задействовать исполнительные устройства двигателя системы двигателя для регулировки работы двигателя, в соответствии со способами, раскрытыми ниже.
На шаге 302 контроллер на основании входных сигналов от множества датчиков может оценить параметры двигателя. В число оцениваемых параметров работы двигателя могут входить: температура двигателя, нагрузка двигателя, частота вращения двигателя, воздушно-топливное отношение, температура отработавших газов, масса воздуха, поступающего в цилиндр, температура блока каталитического нейтрализатора основания кузова и т.д. Также могут быть оценены условия окружающей среды, включающие в себя температуру окружающей среды, влажность, барометрическое давление и т.д.
На шаге 304, алгоритм содержит определение того, работает ли двигатель транспортного средства в условиях холодного пуска. Условие холодного пуска двигателя может быть установлено в случае, когда двигатель запущен после длительного периода бездействия, когда температура двигателя ниже порогового значения (например, ниже температуры активации каталитического нейтрализатора отработавших газов основания кузова), и при этом температура окружающей среды ниже порогового значения.
При таком условии, ввиду пониженной температуры отработавших газов, повышенного содержания воды в отработавших газах и пониженной температуры блока каталитического нейтрализатора основания кузова, риск конденсации воды в каталитическом нейтрализаторе основания кузова может быть выше, чем пороговое значение. Риск образования конденсата может быть определен на основании входных сигналов от множества датчиков, включающих в себя следующие датчики: датчики температуры отработавших газов (например, датчик 177 на Фиг. 2А-2В), датчик температуры каталитического нейтрализатора основания кузова (например, датчик температуры 178 на Фиг. 2А-2В), датчики содержания кислорода в отработавших газах (например, датчики 175 и 179 содержания кислорода на Фиг. 2А-2В) и датчик влажности окружающей среды. Контроллером может быть оценен риск образования конденсата посредством прямого учета оцененного содержания воды в отработавших газах и измеренной температуры блока каталитического нейтрализатора основания кузова, например, увеличение риска образования конденсата при увеличении содержания воды в отработавших газах и сокращении температуры блока каталитического нейтрализатора основания кузова. В качестве альтернативы, контроллером может быть определен риск образования конденсата на основании расчетов с использованием справочной таблицы с входными данными о содержании воды в отработавших газах и температуре блока каталитического нейтрализатора основания кузова, и выходными данными о риске образования конденсата. Риск образования конденсата может быть дополнительно определен на основании значения воздушно-топливного отношения отработавших газов относительно стехиометрического состава, причем прогнозируемый риск возрастает с увеличением длительности работы двигателя при составе, беднее стехиометрического состава.
В условиях риска конденсации воды в каталитическом нейтрализаторе основания кузова, превышающего пороговое значение, в каталитическом нейтрализаторе основания кузова могут иметь место конденсация воды и последующее испарение, тем самым повышая рассеивание энергии в каталитическом нейтрализаторе. В результате этого могут быть задержки активации каталитического нейтрализатора, вызванные циклами конденсации-испарения воды.
Если условия холодного пуска двигателя подтверждены, то алгоритм переходит на шаг 306 для обеспечения работы системы каталитического нейтрализатора основания кузова во втором режиме работы, предполагая повышенный риск конденсации. Работа во втором режиме, как было раскрыто при рассмотрении Фиг. 2В, предусматривает на шаге 307 смещение отводного клапана (например, отводного клапана 182 на Фиг. 2А-2В) во второе положение. При втором положении клапана поток отработавших газов из перепускного канала в основной канал не может быть перекрыт, вследствие чего отработавшие газы могут протекать через перепускной канал (например, перепускной канал 212 на Фиг. 2А-2В) в обход каталитического нейтрализатора основания кузова (например, каталитического нейтрализатора 176 на Фиг. 2А-2В), размещенного в основном выпускном канале. Поскольку отработавшие газы направлены через перепускной канал, отработавшие газы могут протекать через теплообменник (например, теплообменник 174 на Фиг. 2А-2В). После протекания через теплообменник отработавшие газы могут затем протекать ниже по потоку через перепускной канал и затем снова поступать в основной выпускной канал ниже по потоку от каталитического нейтрализатора основания кузова и, наконец, выходить в атмосферу через выхлопную трубу. Посредством протекания отработавших газов в обход, конденсация и испарение воды в каталитическом нейтрализаторе основания кузова могут быть сокращены, а вода в отработавших газах может быть конденсирована вдоль основного выпускного канала далее ниже по потоку от каталитического нейтрализатора основания кузова.
Во время протекания отработавших газов через теплообменник, соединенный с перепускным каналом, на шаге 308, тепло из отработавших газов может быть передано хладагенту, циркулирующему через теплообменник. Хладагент, нагреваемый посредством передачи тепла в теплообменнике, может циркулировать к радиатору отопителя таким образом, что он может быть использован для нагрева других компонентов транспортного средства во время холодного пуска двигателя, например головки цилиндра, блока двигателя и пространства салона транспортного средства. В случае холодного пуска температура салона транспортного средства может быть низкой, и может быть необходим обогрев салона. Соответственно, исходя из потребности обогрева салона, на основании запроса оператора транспортного средства (например, на основании установленной температуры салона), тепло может быть передано от радиатора отопителя в салон. Например, воздух может втягиваться в салон через радиатор отопителя, тем самым способствуя обогреву салона. После удовлетворения потребности обогрева салона, нагретый хладагент может также циркулировать к блоку двигателя и головке цилиндра для увеличения температуры двигателя, тем самым улучшая характеристики двигателя в холодном состоянии.
На шаге 310 алгоритм предусматривает определение того, понизился ли риск конденсации в каталитическом нейтрализаторе основания кузова ниже порогового значения. Риск конденсации может быть уменьшен по мере того, как происходит сгорание в двигателе, ввиду повышенной температуры отработавших газов, приводящей к увеличению доли конденсации воды в отработавших газах, имеющей место в основном выпускном канале ниже по потоку от каталитического нейтрализатора основания кузова и/или увеличению доли воды в отработавших газах, испаренной во время протекания отработавших газов через каталитический нейтрализатор основания кузова. Также, содержание воды в отработавших газах может быть сокращено на основании изменения условий окружающей среды, например, влажности окружающей среды. Если определено, что риск конденсации продолжает быть выше, чем пороговое значение, то на шаге 312 отводной клапан может быть удержан во втором положении, а система каталитического нейтрализатора может работать во втором режиме (в обход каталитического нейтрализатора основания кузова).
Если определено, что риск конденсации уменьшен до уровня ниже, чем пороговое значение, то алгоритм переходит на шаг 314 для осуществления работы системы каталитического нейтрализатора основания кузова в первом режиме работы. Работа в первом режиме, как это раскрыто при рассмотрении Фиг. 2А, предусматривает на шаге 315 смещение отводного клапана в первое положение. При первом положении клапана поток отработавших газов из перепускного канала в основной канал может быть перекрыт, вследствие чего отработавшие газы могут протекать через основной выпускной канал и каталитический нейтрализатор основания кузова и не протекать через перепускной канал отработавших газов. При протекании горячих отработавших газов через каталитический нейтрализатор основания кузова может быть увеличена температура каталитического нейтрализатора, что может ускорить достижение температуры активации каталитического нейтрализатора основания кузова.
На шаге 316 алгоритм предусматривает определение того, превышает ли температура каталитического нейтрализатора основания кузова пороговое значение температуры. Пороговое значение температуры может соответствовать температуре активации каталитического нейтрализатора основания кузова. После того, как каталитический нейтрализатор основания кузова достигнет температуры активации, он может работать при оптимальных функциональных характеристиках. Температура каталитического нейтрализатора основания кузова может быть выведена на основании входных сигналов датчиков температуры отработавших газов, соединенных с основным выпускным каналом и каталитическим нейтрализатором основания кузова. Также, температура каталитического нейтрализатора основания кузова может быть оценена на основании длительности работы двигателя при стехиометрическом или беднее стехиометрического воздушно-топливном отношении.
Также, если на шаге 304 установлено, что двигатель не работает в условиях холодного пуска, алгоритм может непосредственно перейти на шаг 316. Если определено, что температура каталитического нейтрализатора ниже, чем пороговое значение, а для оптимальной работы необходимо дальнейшее увеличение температуры, то система каталитического нейтрализатора может продолжить работать в первом режиме, а отработавшие газы могут быть направлены через каталитический нейтрализатор основания кузова.
Если определено, что температура отработавших газов выше, чем пороговое значение температуры, можно сделать вывод о том, что каталитический нейтрализатор основания кузова достиг температуры активации и в большей степени способен сократить количество побочных продуктов сгорания, например, оксидов азота, окиси углерода и углеводородов, что улучшает качество выбросов.
На шаге 318 алгоритм предусматривает определение того, превышает ли масса воздуха, поступающего в цилиндр, пороговое значение массы воздуха. Масса воздуха, поступающего в цилиндр, может зависеть от расхода всасываемого воздуха и частоты вращения двигателя и может быть определена на основании входных данных одного или более датчиков расхода воздуха в коллекторе и датчика давления в коллекторе. Пороговое значение массы воздуха может соответствовать массе воздуха, поступающего в цилиндр, что приводит к увеличению обратного давления отработавших газов выше необходимого уровня, и может привести к увеличению выбросов из выхлопной трубы.
Если определено, что двигатель работает с массой воздуха, поступающего в цилиндр, ниже порогового значения, алгоритм может перейти на шаг 322, на котором может быть определено, работает ли двигатель без подачи топлива (условие отсутствия подачи топлива в двигатель). Условия отсутствия подачи топлива в двигатель могут содержать условие отсечки топлива в режиме замедления (ОТРЗ), когда воздушно-топливное отношение беднее стехиометрии. В условиях отсутствия подачи топлива в двигатель может быть увеличено содержание кислорода в отработавших газах, что может привести к насыщению кислородом каталитического нейтрализатора основания кузова. Насыщение кислородом каталитического нейтрализатора основания кузова может привести к сокращению функциональных возможностей каталитического нейтрализатора. Вследствие этого, если будет определено, что двигатель работает без подачи топлива, для сокращения осаждения кислорода в каталитическом нейтрализаторе основания кузова на шаге 324 система каталитического нейтрализатора может работать во втором режиме.
Для осуществления работы системы каталитического нейтрализатора во втором режиме, на шаге 325 отводной клапан может быть смещен во второе положение. При втором положении клапана отработавшие газы могут протекать через перепускной канал в обход каталитического нейтрализатора основания кузова. Поскольку отработавшие газы направлены через перепускной канал, отработавшие газы могут протекать через теплообменник. На шаге 326 тепло из отработавших газов может быть передано хладагенту, протекающему через теплообменник. Тепло, рекуперированное хладагентом в теплообменнике, может быть использовано для обеспечения нагрева одного или более компонентов транспортного средства, например, головки цилиндра и/или пассажирского салона. Скорость потока хладагента через теплообменник, пассажирский салон и блок двигателя может быть отрегулирована на основании требований к нагреву двигателя и обогреву салона. В условиях, когда тепло, рекуперированное на теплообменнике 174, не требуется для нагрева компонентов транспортного средства, тепло может быть передано радиатору для рассеивания в атмосферу.
Если определено, что двигатель не работает без подачи топлива, то на шаге 328 алгоритм предусматривает определение того, ниже ли температура отработавших газов, чем первое пороговое значение температуры. Также, может быть определено, превышает ли температура отработавших газов второе пороговое значение температуры, причем второе пороговое значение температуры выше первого порогового значения температуры. Если отработавшие газы, имеющие температуру, ниже нижнего порогового значения (первого), протекают через каталитический нейтрализатор основания кузова, то рабочая температура каталитического нейтрализатора может уменьшиться, что может отрицательно повлиять на производительность каталитического нейтрализатора. Также, если отработавшие газы, имеющие температуру, выше верхнего порогового значения (второго), протекают через каталитический нейтрализатор основания кузова, то в связи с осаждением слоя на поверхности каталитического нейтрализатора могут быть уменьшены функциональные возможности каталитического нейтрализатора. Первое пороговое значение температуры может быть ниже второго порогового значения температуры, и для оптимальной работы каталитического нейтрализатора основания кузова температура каталитического нейтрализатора может поддерживаться между первым пороговым значением температуры и вторым пороговым значением температуры.
Если определено, что температура отработавших газов ниже первого порогового значения температуры или выше второго порогового значения температуры, то алгоритм может перейти на шаг 334 для осуществления работы выпускной системы во втором режиме. Во втором режиме, поскольку отработавшие газы направлены для протекания через перепускной канал в обход каталитического нейтрализатора основания кузова, температура отработавших газов не может влиять на температуру каталитического нейтрализатора.
Если на шаге 328 определено, что температура отработавших газов выше первого порогового значения или ниже второго порогового значения, то выпускная система может продолжить работу в первом режиме, а отработавшие газы могут быть направлены через каталитический нейтрализатор основания кузова. Однако, если в любой момент времени будет определено, что содержание воды в отработавших газах возросло в результате таких факторов, как, например, повышенная рециркуляция отработавших газов, воздушно-топливное отношение, беднее стехиометрии, и повышенная влажность окружающей среды, и существует риск образования конденсата в каталитическом нейтрализаторе основания кузова, выше порогового, то отводной клапан может быть смещен во второе положение для осуществления работы системы каталитического нейтрализатора во втором режиме, в котором каталитический нейтрализатор основания кузова будет обойден для сокращения образования конденсата в каталитическом нейтрализаторе.
Таким образом, работа каталитического нейтрализатора отработавших газов основания кузова может быть улучшена за счет выбора второго режима в ответ на один из следующих парамектров: риск образования конденсата в каталитическом нейтрализаторе основания кузова, выше порогового значения риска, температура отработавших газов, ниже нижнего порогового значения, температура отработавших газов, выше верхнего порогового значения, и концентрация кислорода в отработавших газах, выше порогового значения концентрации; и выбора первого режима в ответ на один из следующих параметров: температура отработавших газов, ниже нижнего порогового значения или выше верхнего порогового значения, и концентрация кислорода в отработавших газах ниже порогового значения концентрации.
На Фиг. 4 представлена таблица 400, на которой показан пример режимов работы системы каталитического нейтрализатора отработавших газов, представленной на Фиг. 1. Контроллер двигателя может выбрать один из режимов работы на основании параметров двигателя и потребности в нагреве. Каталитический нейтрализатор отработавших газов представляет собой каталитический нейтрализатор основания кузова, соединенный ниже по потоку от переднего каталитического нейтрализатора в основном выпускном канале, причем каталитический нейтрализатор основания кузова имеет более высокую температуру активации, чем передний каталитический нейтрализатор. На основании выбранного режима работы, положение отводного клапана, соединенного с основным выпускным каналом ниже по потоку от каталитического нейтрализатора основания кузова в месте соединения основного выпускного канала, может быть изменено для обеспечения протекания отработавших газов, либо через каталитический нейтрализатор, либо через перепускной канал.
В одном из примеров контроллер может управлять системой каталитического нейтрализатора в первом режиме. В первом режиме отводной клапан может быть смещен в первое положение, в котором перекрыт поток отработавших газов от основного канала к перепускному каналу. При указанном положении клапана отработавшие газы могут протекать через каталитический нейтрализатор основания кузова в основном выпускном канале. Отработавшие газы, протекающие через каталитический нейтрализатор в основном канале, содержат отработавшие газы, протекающие из области ниже по потоку от переднего каталитического нейтрализатора к выхлопной трубе посредством каталитического нейтрализатора основания кузова через основной канал. Работа перепускной системы каталитического нейтрализатора может осуществляться в первом режиме при одном или более условиях, например: при риске конденсации воды в каталитическом нейтрализаторе основания кузова, ниже порогового значения, при массе воздуха, поступающего в цилиндр, выше порогового значения, при температуре отработавших газов, ниже верхнего порогового значения, и при температуре отработавших газов, выше нижнего порогового значения. Риск конденсации воды в каталитическом нейтрализаторе основания кузова может быть спрогнозирован на основании содержания воды в отработавших газах и температуры блока каталитического нейтрализатора. Содержание воды в отработавших газах может быть оценено на основании каждого из следующих значений: уровня РОГ двигателя, воздушно-топливного отношения, температуры двигателя и влажности окружающей среды. Прогнозирование риска конденсации воды может предусматривать увеличение прогнозируемого риска в ответ на одно или более следующих условий: уменьшение температуры блока каталитического нейтрализатора, увеличение уровня РОГ двигателя, уменьшение температуры двигателя и увеличение влажности окружающей среды, и уменьшение прогнозируемого риска в ответ на одно или более следующих условий: увеличение температуры каталитического нейтрализатора, уменьшение уровня РОГ двигателя, увеличение температуры двигателя и уменьшение влажности окружающей среды.
В другом примере, контроллер может осуществлять работу системы каталитического нейтрализатора во втором режиме. Во втором режиме отводной клапан может быть смещен во второе положение, в котором поток отработавших газов из основного канала в перепускной канал не перекрыт. При указанном положении клапана отработавшие газы могут протекать через перепускной канал в обход каталитического нейтрализатора основания кузова. Отработавшие газы, протекающие через перепускной канал, содержат отработавшие газы, протекающие из области ниже по потоку от переднего каталитического нейтрализатора к выхлопной трубе через перепускной канал, без протекания через каталитический нейтрализатор основания кузова. Перепускная система каталитического нейтрализатора может работать во втором режиме в условиях отсутствия подачи топлива двигателю и в определенных условиях подачи топлива двигателю. Условия отсутствия подачи топлива двигателю могут содержать условие отсечки топлива в режиме замедления, а условия подачи топлива двигателю, во время которых используют второй режим работы, могут содержать риск конденсации воды в каталитическом нейтрализаторе основания кузова, выше порогового значения, температуру отработавших газов, выше верхнего порогового значения (например, при горячем пуске), и температуру отработавших газов, ниже нижнего порогового значения. Во время работы во втором режиме, отработавшие газы могут протекать через теплообменник, соединенный с перепускным каналом, а во время протекания отработавших газов через теплообменник в перепускном канале, тепло из отработавших газов может быть передано к хладагенту, циркулирующему через теплообменник. В ответ на запрос о нагреве двигателя, нагретый хладагент может циркулировать через блок двигателя; а в ответ на запрос об обогреве салона, нагретый хладагент может циркулировать через радиатор отопителя.
Таким образом, на основании прогнозируемого риска образования конденсата в каталитическом нейтрализаторе основания кузова, температуры отработавших газов и содержания кислорода в отработавших газах, отработавшие газы могут быть направлены через каталитический нейтрализатор основания кузова или в перепускной канал, в обход указанного каталитического нейтрализатора основания кузова.
На Фиг. 5 показан пример последовательности 500 работы системы каталитического нейтрализатора отработавших газов основания кузова. Протекание отработавших газов через каталитический нейтрализатор основания кузова или через перепускной канал определяют на основании условий работы двигателя. Горизонтальной осью (осью х) обозначено время, а вертикальными отметками t1-t5 обозначены основные моменты в работе перепускной системы отработавших газов.
Кривой 502 на первом графике показано изменение во времени частоты вращения двигателя в минуту (ЧВД). Пунктирной линией 503 показано пороговое значение ЧВД двигателя, ниже которого двигатель может работать в отсутствие подачи топлива. Кривой 504 на втором графике показана температура блока каталитического нейтрализатора основания кузова. Пунктирной линией 505 показано пороговое значение температуры каталитического нейтрализатора, ниже которой функциональные возможности каталитического нейтрализатора основания кузова не могут быть достигнуты полностью. Кривой 506 на третьем графике показано изменение во времени температуры отработавших газов. Пунктирной линией 507 показано пороговое значение температуры отработавших газов, ниже которой отработавшие газы не могут быть направлены через каталитический нейтрализатор основания кузова. Температура блока каталитического нейтрализатора и температура отработавших газов могут быть оценены посредством датчика (датчиков) температуры отработавших газов. Кривой 508 на четвертом графике показано изменение массы воздуха, поступающего в цилиндр, оцененное посредством датчика расхода воздуха в коллекторе и/или датчика давления воздуха в коллекторе. Пунктирной линией 509 показано пороговое значение массы воздуха, поступающего в цилиндр, выше которого отработавшие газы могут быть направлены через каталитический нейтрализатор основания кузова. Кривой 510 на пятом графике показан прогнозируемый риск конденсации воды в каталитическом нейтрализаторе основания кузова, оцененный на основании содержания воды в отработавших газах и температуры блока каталитического нейтрализатора. Пунктирной линией 511 показано пороговое значение риска конденсации, выше которого в каталитическом нейтрализаторе основания кузова может образоваться значительное количество конденсата, тем самым отрицательно влияя на функциональные возможности каталитического нейтрализатора. Кривой 512 на шестом графике показана масса топлива (количество топлива), впрыснутая в цилиндр двигателя для сгорания. Кривой 514 на седьмом графике показано положение отводного клапана, соединенного с основным выпускным каналом ниже по потоку от каталитического нейтрализатора основания кузова в месте соединения основного выпускного канала и перепускного канала.
Непосредственно после момента времени t0 запрашивают пуск двигателя. Ввиду того, что двигатель запущен из состояния покоя после периода бездействия, в течение которого транспортное средство не двигалось, и, дополнительно, ввиду более холодных условий окружающей среды, пуск двигателя может быть холодным пуском двигателя. Двигатель может быть запущен в условиях холодного пуска с температурой отработавших газов и температурой блока каталитического нейтрализатора основания кузова, ниже пороговых значений. В условиях холодного пуска и при температуре отработавших газов ниже порогового значения, риск образования конденсата в каталитическом нейтрализаторе основания кузова может быть выше порогового уровня. Вследствие этого, в течение данного интервала времени, отработавшие газы не могут быть направлены через каталитический нейтрализатор основания кузова, для сокращения рассеивания энергии от каталитического нейтрализатора, вызванного испарением конденсата. В ответ на риск образования конденсата в каталитическом нейтрализаторе основания кузова, выше порогового значения, контроллер может послать сигнал исполнительному устройству, соединенному с отводным клапаном, для смещения клапана во второе положение для направления отработавших газов через перепускной канал, в обход каталитического нейтрализатора основания кузова.
Между моментами времени t0 и t1 температура отработавших газов может постепенно увеличиваться, а вода из отработавших газов может конденсироваться на основном выпускном канале выше по потоку и/или ниже по потоку от каталитического нейтрализатора основания кузова. Соответственно, риск образования конденсата в каталитическом нейтрализаторе основания кузова может быть уменьшен. В момент времени t1 риск образования конденсата может быть уменьшен до уровня, ниже порогового значения. В ответ на уменьшение риска образования конденсата, контроллер может послать сигнал исполнительному устройству, соединенному с отводным клапаном, для смещения клапана в первое положение для направления отработавших газов через основной выпускной канал и каталитический нейтрализатор основания кузова. Между моментами времени t1 и t2, поскольку горячие отработавшие газы проходят через каталитический нейтрализатор основания кузова, температура каталитического нейтрализатора основания кузова может непрерывно увеличиваться.
В момент времени t2 может быть сделан вывод о том, что каталитический нейтрализатор основания кузова достиг температуры активации и полностью функционирует. Также, в данный момент времени, масса воздуха, поступающего в цилиндр, может увеличиваться до значения, выше порогового, а для поддержания пониженным обратного давления отработавших газов при повышении качества выбросов, в интервале между моментами времени t2 и t3 может быть продолжено направление отработавших газов через каталитический нейтрализатор основания кузова.
В момент времени t3, ЧВД двигателя может быть уменьшена до значения ЧВД, ниже порогового, ввиду резкого отпускания педали акселератора оператором и запроса на сброс крутящего момента, и для повышения топливной эффективности двигателя, двигатель может работать без подачи топлива. В ответ на ЧВД двигателя, ниже порогового значения, масса топлива, впрыснутая в цилиндры, может быть уменьшена до нуля. В условиях отсутствия подачи топлива в двигатель, при которых подача топлива деактивирована, но впускные и/или выпускные клапаны продолжают прокачивать воздух через цилиндры двигателя, содержание кислорода в отработавших газах может быть увеличено. Также, в указанный момент времени температура отработавших газов может быть сокращена до значения, ниже порогового. Для сокращения вероятности насыщения кислородом в каталитическом нейтрализаторе основания кузова и для поддержания температуры каталитического нейтрализатора на оптимальном уровне, отводной клапан может быть смещен во второе положение для обеспечения протекания охлажденных и насыщенных кислородом отработавших газов через перепускной канал, в обход каталитического нейтрализатора основания кузова. Между моментами времени t3 и t4, при поддержании условий отсутствия подачи топлива в двигатель, отработавшие газы могут быть все еще направлены в обход каталитического нейтрализатора основания кузова.
В момент времени t4, ЧВД двигателя может быть увеличена до значения ЧВД, выше порогового, ввиду нажатия педали акселератора оператором и запроса на увеличение крутящего момента, и, соответственно, может быть возобновлена подача топлива, и может быть сокращено содержание кислорода в отработавших газах. Однако в указанный момент времени температура каталитического нейтрализатора основания кузова может быть уменьшена до значения, ниже порогового, и может быть увеличен риск образования конденсата в каталитическом нейтрализаторе основания кузова. Также, в указанный момент времени температура отработавших газов может продолжать оставаться ниже порогового значения. Вследствие этого, для сокращения вероятности конденсации воды в каталитическом нейтрализаторе основания кузова, и для того, чтобы избежать дальнейшего уменьшения температуры каталитического нейтрализатора, между моментами времени t4 и t5, отводной клапан может быть удержан во втором положении, так что отработавшие газы могут продолжать протекать в обход каталитического нейтрализатора основания кузова.
В момент времени t5 температура каталитического нейтрализатора основания кузова может быть увеличена выше порогового значения температуры, температура отработавших газов может быть понижена ниже порогового значения температуры, а риск конденсации может быть уменьшен ниже порогового значения. Также, масса воздуха, поступающего в цилиндр, может быть увеличена выше порогового значения массы воздуха. Вследствие этого, для направления отработавших газов через каталитический нейтрализатор основания кузова, отводной клапан может быть смещен в первое положение. После момента времени t5 отработавшие газы могут продолжать протекать через каталитический нейтрализатор основания кузова, а количество побочных продуктов сгорания, например, оксидов азота, окиси углерода и углеводородов может быть эффективно сокращено на каталитическом нейтрализаторе.
В одном из примеров, способ для двигателя, содержит шаги: в условиях отсутствия подачи топлива в двигатель, обеспечивают протекание отработавших газов через перепускной канал, в обход каталитического нейтрализатора отработавших газов основания кузова, расположенного в основном выпускном канале, через клапан, расположенный ниже по потоку от каталитического нейтрализатора; и в условиях подачи топлива в двигатель, обеспечивают выборочное протекание отработавших газов через перепускной канал на основании каждого из следующих значений: температуры и содержания воды в отработавших газах. В примере выше, способ может дополнительно или необязательно содержать проведение оценки содержания воды в отработавших газах на основании каждого из следующих значений: влажности окружающей среды, воздушно-топливного отношения отработавших газов и уровня РОГ двигателя. Любой или все предыдущие примеры также содержат, дополнительно или необязательно, прогнозирование риска конденсации в каталитическом нейтрализаторе основания кузова на основании каждой из следующих оценок: содержания воды в отработавших газах и температуры блока каталитического нейтрализатора основания кузова, причем риск увеличивается при увеличении оценки содержания воды или при уменьшении температуры блока. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или необязательно, обеспечение выборочного протекания содержит: в ответ на температуру отработавших газов, ниже нижнего порогового значение или выше верхнего порогового значения, обеспечение протекания отработавших газов через перепускной канал на период времени, пока содержание воды в отработавших газах не будет уменьшено ниже порогового значения или температура блока каталитического нейтрализатора не будет увеличена выше порогового значения температуры. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или необязательно, обеспечение выборочного протекания содержит: в ответ на температуру отработавших газов, ниже нижнего порогового значения или выше верхнего порогового значения, обеспечение протекания отработавших газов через перепускной канал на период времени, пока прогнозируемый риск конденсации в каталитическом нейтрализаторе основания кузова не будет снижен, и в ответ на температуру отработавших газов, выше верхнего порогового значения, обеспечивают протекание отработавших газов через перепускной канал на период времени, пока температура отработавших газов не будет уменьшена ниже верхнего порогового значения. В любом или во всех приведенных выше примерах, дополнительно или необязательно, выборочное протекание дополнительно содержит: в ответ на один из следующих параметров: температуру отработавших газов, выше нижнего порогового значения, температуру отработавших газов, ниже верхнего порогового значения, и уменьшенный прогнозируемый риск конденсации, обеспечение перехода к протеканию отработавших газов через каталитический нейтрализатор в основном выпускном канале посредством клапана. В любом или во всех приведенных выше примеров, дополнительно или необязательно, выборочное протекание также обеспечивают на основании значения массы воздуха, поступающего в цилиндр, причем обеспечение выборочного протекания содержит обеспечение протекания отработавших газов через каталитический нейтрализатор основания кузова, когда масса воздуха, поступающего в цилиндр выше порогового значения массы. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или необязательно, условия отсутствия подачи топлива в двигатель содержат условие отсечки топлива в режиме замедления, причем условия подачи топлива в двигатель, когда температура отработавших газов ниже порогового значения, содержат холодный пуск двигателя, а условия подачи топлива в двигатель, когда температура отработавших газов выше порогового значения, содержат горячий пуск двигателя. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или необязательно, каталитический нейтрализатор отработавших газов основания кузова размещен в основном выпускном канале ниже по потоку от переднего каталитического нейтрализатора отработавших газов, и причем клапан представляет собой отводной клапан, присоединенный ниже по потоку от каталитического нейтрализатора основания кузова в месте соединения основного выпускного канала и перепускного канала. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или необязательно, обеспечение протекания отработавших газов через основной канал содержит переключение отводного клапана в первое положение, в котором поток отработавших газов из перепускного канала в основной канал перекрыт, а обеспечение протекания отработавших газов через перепускной канал содержит переключение отводного клапана во второе положение, в котором поток отработавших газов из перепускного канала в основной канал не перекрыт.В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или необязательно, перепускной канал содержит теплообменник, причем обеспечение протекания отработавших газов через перепускной канал содержит обеспечение протекания отработавших газов через теплообменник, передачу тепла из отработавших газов хладагенту, циркулирующему через теплообменник, а также циркулирование нагретого хладагента через блок двигателя в зависимости от температуры двигателя, и через радиатор отопителя в зависимости от обогрева салона.
Другой пример способа содержит прогнозирование риска конденсации в каталитическом нейтрализаторе отработавших газов на основании и температуры каталитического нейтрализатора, и содержания воды в отработавших газах; и выбор между работой в первом режиме с протеканием отработавших газов через каталитический нейтрализатор в основном выпускном канале, и работой во втором режиме с протеканием отработавших газов через перепускной канал, в обход каталитического нейтрализатора, на основании прогнозируемого риска. В предыдущем примере способа, дополнительно или необязательно, риск также прогнозируют на основании воздушно-топливного отношения отработавших газов относительно стехиометрического состава, причем прогнозируемый риск увеличивается с увеличением длительности работы двигателя при составе, беднее стехиометрического состава. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или необязательно, каталитический нейтрализатор отработавших газов представляет собой каталитический нейтрализатор основания кузова, присоединенный ниже по потоку от переднего каталитического нейтрализатора в основном выпускном канале, причем каталитический нейтрализатор основания кузова имеет более высокую температуру активации, чем передний каталитический нейтрализатор, при этом обеспечение протекания отработавших газов через каталитический нейтрализатор в основном выпускном канале содержит обеспечение протекания отработавших газов из области ниже по потоку от переднего каталитического нейтрализатора к выхлопной трубе через каталитический нейтрализатор основания кузова, через основной канал, причем обеспечение протекания отработавших газов через перепускной канал содержит обеспечение протекания отработавших газов из области ниже по потоку от переднего каталитического нейтрализатора к выхлопной трубе через перепускной канал, без протекания через каталитический нейтрализатор основания кузова. Любой или все предыдущие примеры, дополнительно или необязательно, также содержат проведение оценки содержания воды в отработавших газах на основании каждого из следующих значений: уровня РОГ двигателя, температуры двигателя и влажности окружающей среды, причем прогнозирование содержит: увеличение прогнозируемого риска в ответ на одно или более следующих изменений: уменьшение температуры каталитического нейтрализатора, увеличение уровня РОГ двигателя, увеличение влажности окружающей среды, и уменьшение прогнозируемого риска в ответ на одно или более следующих изменений: увеличение температуры каталитического нейтрализатора, уменьшение уровня РОГ двигателя, увеличения температуры двигателя и уменьшение влажности окружающей среды. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или необязательно, выбор содержит: осуществление работы во втором режиме в ответ на прогнозируемый риск, выше порогового значения, и переход в первый режим в ответ на прогнозируемый риск, ниже порогового значения. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или необязательно, выбор содержит: выбор второго режима в ответ на одно из следующих условий: температуру отработавших газов, ниже нижнего порогового значения, температуру отработавших газов, выше верхнего порогового значения, и концентрацию кислорода в отработавших газах, выше порогового значения концентрации; и выбор первого режима в ответ на одно из следующих условий: температуру отработавших газов, ниже нижнего порогового значения или выше верхнего порогового значения, и концентрацию кислорода в отработавших газах, ниже порогового значения концентрации. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или необязательно, переход от работы в первом режиме к работе во втором режиме осуществляют в ответ на событие отсечки топлива в режиме замедления, и переход от работы во втором режиме к работе в первом режиме осуществляют в ответ на температуру отработавших газов, превышающую верхнее пороговое значение, и массу воздуха, поступающего в цилиндр, превышающую пороговое значение массы воздуха.
В еще одном примере, система двигателя содержит впускной коллектор двигателя, содержащий каждый из следующих датчиков: датчик массового расхода воздуха (МРВ) и датчик давления коллектора (ДВК); выпускной коллектор двигателя, содержащий основной выпускной канал, в котором расположен передний каталитический нейтрализатор выше по потоку от каталитического нейтрализатора основания кузова, и перепускной канал, соединенный с основным выпускным каналом из области ниже по потоку от переднего каталитического нейтрализатора к области ниже по потоку от каталитического нейтрализатор основания кузова, причем перепускной канал, содержит теплообменник; систему охлаждения, соединяющую по текучей среде теплообменник с радиатором отопителя; отводной клапан, присоединенный ниже по потоку от каталитического нейтрализатора основания кузова, в месте соединения основного выпускного канала и перепускного канала; датчик температуры отработавших газов; датчик содержания кислорода в отработавших газах; и контроллер с сохраненными в долговременной памяти машиночитаемыми инструкциями для: в ответ на осуществление работы двигателя при воздушно-топливном отношении, обедненным по сравнению с пороговым значением, переключения отводного клапана из первого положения, позволяющего протекать отработавшим газам через каталитический нейтрализатор основания кузова, во второе положение, позволяющее протекать отработавшим газам через перепускной канал и теплообменник, в обход каталитического нейтрализатора основания кузова; осуществления оценки температуры каталитического нейтрализатора на основании длительности работы при пороговом значении воздушно-топливного отношения; в ответ на падение температуры каталитического нейтрализатора ниже порогового значение температуры, при повышенном содержании воды в отработавших газах, переключения отводного клапана в первое положение раньше; и в ответ на падение температуры каталитического нейтрализатора ниже, чем пороговое значение температуры, при пониженном содержании воды в отработавших газах, переключения отводного клапана в первое положение позднее. В предыдущем примере способа, дополнительно или необязательно, контроллер содержит дополнительные инструкции для: переключения отводного клапана в первое положение на основании входного сигнала от датчика температуры отработавших газов, указывающего на температуру отработавших газов, выше нижнего порогового значения и ниже верхнего пороговое значение; переключения отводного клапана из первого положения во второе положение на основании входного сигнала от датчика температуры отработавших газов, указывающего на температуру отработавших газов, ниже нижнего порогового значения или выше верхнего порогового значения, для осуществления протекания отработавших газов через передний каталитический нейтрализатор, затем через перепускной канал, и далее через теплообменник; удержания отводного клапана во втором положении на период времени на основании содержания воды в отработавших газах; а по истечении указанного периода времени, переключения отводного клапана в первое положение для осуществления протекания отработавших газов через передний каталитический нейтрализатор и затем через каталитический нейтрализатор основания кузова в основном выпускном канале. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или необязательно, контроллер содержит дополнительные инструкции для: выведения массы потока воздуха, поступающего в цилиндр, на основании входных данных от датчика МРВ или датчика ДВК; и в ответ на массовый расход через цилиндр, выше порогового значения, при пониженном содержании воды, переключения отводного клапана в первое положение для осуществления протекания отработавших газов через каталитический нейтрализатор основания кузова в основном выпускном канале. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или необязательно, контроллер содержит дополнительные инструкции для: передачи тепла из отработавших газов хладагенту, циркулирующему через теплообменник, во время протекания отработавших газов через теплообменник в перепускном канале; в ответ на запрос о нагреве двигателя, циркулирования нагретого хладагента через блок двигателя; и в ответ на запрос об обогреве салона, циркулирование нагретого хладагента через радиатор отопителя. Таким образом, посредством направления потока отработавших газов в обход каталитического нейтрализатора отработавших газов основания кузова в условиях, когда существует риск образования конденсата на каталитическом нейтрализаторе отработавших газов основания кузова, выше порогового, уменьшают неблагоприятное охлаждение каталитического нейтрализатора. Также, посредством протекания отработавших газов через перепускной канал в условиях отсутствия подачи топлива в двигатель, может быть уменьшено насыщение кислородом и последующее снижение функциональных возможностей каталитического нейтрализатора. Технический результат обхода каталитического нейтрализатор основания кузова в условиях, когда температура отработавших газов (выше верхнего порогового значения или ниже нижнего порогового значения) находится вне желательного диапазона температур, заключается в том, что температура каталитического нейтрализатора основания кузова может быть поддержана в оптимальном диапазоне. За счет использования теплообменника в перепускном канале для рекуперации тепла из отработавших газов тепло отработавших газов может быть эффективно использовано для ускорения нагрева двигателя и для обеспечения теплом пассажирского салона, тем самым сокращая паразитные потери мощности двигателя. В целом, посредством регулировки потока отработавших газов через каталитический нейтрализатор основания кузова и перепускной канал, в котором расположен теплообменник, может быть улучшено качество выбросов и может быть увеличена эффективность двигателя.
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 реализовываться системой управления, содержащей контроллер во взаимодействии с различными датчиками, исполнительными устройствами и другими техническими средствами системы двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые 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, при этом раскрытые действия реализуют путем выполнения инструкций, содержащихся в системе, содержащей вышеупомянутые технические средства в составе двигателя, взаимодействующие с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что эти 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 наличия 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 идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.