СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ УСТРОЙСТВА НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ И СООТВЕТСТВУЮЩАЯ СИСТЕМА ПРИВОДА
OPERATING METHOD OF EXHAUST GAS NEUTRALIZATION DEVICE AND CORRESPONDING DRIVE SYSTEM

Изобретение относится к способу эксплуатации устройства нейтрализации отработавших газов (ОГ) с катализатором нейтрализации ОГ (например, катализатором тройного действия) для очистки ОГ двигателя внутреннего сгорания, в частности, в автомобиле. Далее, изобретение относится к системе привода, в частности, для автомобиля с двигателем внутреннего сгорания и катализатором нейтрализации ОГ.
O
S
C
Из уровня техники для очистки ОГ двигателя внутреннего сгорания известны устройства нейтрализации ОГ, которые используют катализаторы тройного действия. Однако такие катализаторы тройного действия подвержены старению, как естественному, так и вследствие влияния окружающей среды, из-за чего повышается так называемая "Light-off" температура (температура инициирования каталитической реакции), начиная с которой катализатор нейтрализации ОГ становится активным и обеспечивает достаточную эффективность очистки. Поэтому в двигателях внутреннего сгорания с относительно малыми температурами отработавших газов существует опасность, что в части поля характеристик двигателя не происходит достаточной конверсии вредных веществ на катализаторе тройного действия, так как "Light-off" температура катализатора нейтрализации ОГ при эксплуатации не достигается. Чтобы противодействовать этому, температуру ОГ повышают в зависимости от состояния катализатора, что можно осуществить, например, регулировкой угла опережения зажигания. В качестве меры состояния катализатора обычно используют способность катализатора нейтрализации ОГ накапливать кислород (OSC, от xygen torage apacity). Величина OSC и так уже регулярно измеряют в рамках бортовой диагностики, поэтому он имеется в распоряжении как измеряемый параметр в приборе управления двигателем. Таким образом, из уровня техники известно об определении параметра (величина OSC) катализатора нейтрализации ОГ, который отражает эффективность очистки ОГ катализатором нейтрализации. Кроме того, как известно из уровня техники, в зависимости от измеренного параметра катализатора нейтрализации ОГ осуществляют меры воздействия на двигатель (например, регулировка угла опережения зажигания), чтобы улучшить эффективность очистки ОГ катализатором нейтрализации, когда определенный параметр катализатора (величина OSC) указывает на недостаточную эффективность очистки ОГ катализатором нейтрализации.
2
2
Недостатком этого известного способа является то, что меры воздействия на двигатель (например, регулировка момента зажигания в сторону позднего) для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации, имеют следствием повышенный расход топлива и соответствующие повышенные выбросы CO. Таким образом, в этом известном способе имеется конфликт целей между оптимизацией эффективности очистки катализатором нейтрализации ОГ, с одной стороны, и минимизацией расхода топлива и выбросов CO, с другой стороны.
Поэтому в основе изобретения стоит задача устранить эту проблему.
Согласно изобретению, эта задача решена благодаря способу эксплуатации устройства нейтрализации ОГ или благодаря соответствующей системе привода, описанным в независимых пунктах формулы изобретения.
Изобретение основано на физико-технических знаниях, что связанное со старением катализатора нейтрализации ОГ повышение "Light-off" температуры вызывает проблемы только в части поля характеристик двигателя, если фактическая температура ОГ не превышает повышенную в результате старения "Light-off" температуру.
2
Например, если температура ОГ в режиме полной нагрузки (например, при быстрой езде на автостраде) является, как правило, достаточно высокой, так что превышает повышенную в результате старения "Light-off" температуру, то в этой рабочей точке не требуется оказывать никаких воздействий на двигатель, чтобы улучшить эффективность очистки ОГ катализатором нейтрализации. Более того, такие повышающие расход топлива меры воздействия на двигатель в такой рабочей точке осуществлять не следует, так как они не требуются для улучшения эффективности очистки, но повысили бы расход топлива и тем самым выбросы CO.
2
В другой рабочей точке (например, в режиме частичной нагрузки при езде в городе) температура ОГ, напротив, является относительно низкой и поэтому не достигает повышенной в результате старения "Light-off" температуры катализатора нейтрализации ОГ. Поэтому в такой рабочей точке необходимо прибегать к мерам воздействия на двигатель (например, регулировка угла опережения зажигания), чтобы улучшить эффективность очистки ОГ катализатором нейтрализации, причем и в этом случае придется смириться с повышенным расходом топлива и соответствующими повышенными выбросами CO.
Поэтому изобретением предусматривается, что меры воздействия на двигатель (например, регулировка угла опережения зажигания) для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации осуществляются не только в зависимости от определенных параметров катализатора (например, от величины OSC), как в уровне техники, но также в зависимости от рабочей точки двигателя внутреннего сгорания. Предпочтительно, меры воздействия на двигатель для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации в рамках изобретения осуществляют только тогда, когда выполнены два условия. Во-первых, определенный параметр катализатора (например, величина OSC) должен указывать, что эффективность очистки ОГ катализатором нейтрализации снижена. Во-вторых, рабочая точка двигателя внутреннего сгорания должна лежать в пределах поля характеристик двигателя в области, в которой в текущий момент требуется улучшение эффективности очистки, так что тогда в соответствии с этим должны вводиться соответствующие меры воздействия на двигатель для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации. Например, если в режиме полной нагрузки при высоких температурах ОГ, как правило, не требуется никаких воздействий на двигатель для повышения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации, то в режиме частичной нагрузки (например, при езде в городе) с соответствующими низкими температурами ОГ, напротив, может потребоваться улучшение эффективности очистки.
В одном предпочтительном примере осуществления изобретения осуществление мер воздействия на двигатель (например, регулировка угла опережения зажигания) для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации зависит от текущей рабочей точки двигателя внутреннего сгорания не только качественно, в том смысле, вводятся или нет меры воздействия на двигатель. Более того, в предпочтительном примере осуществления изобретения предусмотрено также, что интенсивность мер воздействия на двигатель для улучшения эффективности очистки количественно гибко устанавливается в зависимости от рабочей точки двигателя внутреннего сгорания и в зависимости от определенного параметра катализатора.
При регулировке угла опережения зажигания можно, например, гибко устанавливать угол отклонения как функцию определенного параметра катализатора и/или как функцию текущей рабочей точки двигателя внутреннего сгорания, т.е. разные углы отклонения в зависимости от рабочей точки.
Далее, существует возможность вводить меры воздействия на двигатель для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации только в определенной подобласти поля характеристик двигателя, причем эту подобласть можно гибко устанавливать в зависимости от определенного параметра катализатора. В случае катализатора нейтрализации ОГ с высокой способностью накапливать кислород меры воздействия на двигатель для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации допускаются только в малой подобласти поля характеристик двигателя, напротив, меры воздействия на двигатель для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации в случае катализатора нейтрализации ОГ с обусловленной старением малой способностью накапливать кислород допускаются в соответствующей большей подобласти поля характеристик двигателя.
2
Выше уже указывалось, что меры воздействия на двигатель (например, регулировка угла опережения зажигания) для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации ведут, как правило, к повышенному расходу топлива и к соответствующему повышенному выбросу CO. Повышение расхода топлива из-за воздействия на двигатель (например, из-за регулировки угла опережения зажигания) зависит также от текущей рабочей точки двигателя внутреннего сгорания в пределах поля характеристик двигателя. Так, в некоторых рабочих точках меры воздействия на двигатель (например, регулировка угла опережения зажигания) для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации приводят лишь к относительно малому повышению расхода топлива, а в других рабочих точках они приводят к относительно высокому повышению расхода топлива. Поэтому изобретением предпочтительно предусматривается, что подобласть поля характеристик двигателя для осуществления мер воздействия на двигатель для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации все больше расширяется с усиливающимся ухудшением измеренного параметра катализатора (например, величины OSC), начиная с области с относительно малым повышением расхода топлива и переходя к области с относительно высоким повышением расхода топлива. При незначительном ухудшении эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации меры воздействия на двигатель для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации осуществляются лишь в подобласти поля характеристик двигателя, в которой эти меры вызывают лишь малое повышение расхода топлива. Напротив, при большем ухудшении эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации меры воздействия на двигатель (например, регулировка угла опережения зажигания) для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации допускаются также в подобластях поля характеристик двигателя, в которых эти меры ведут к большему повышению расхода топлива.
Выше уже упоминалось, что под определенным параметром катализатора имеется в виду способность катализатора нейтрализации ОГ накапливать кислород. Это выгодно, поскольку так называемая величина OSC и так уже регулярно измеряется в рамках бортовой диагностики и поэтому доступна в приборе управления двигателем как измеряемый параметр. Однако изобретение не ограничено в отношении параметров катализатора определением величины OSC катализатора нейтрализации ОГ. Более того, изобретение в принципе может быть также реализовано, когда определяется другой параметр катализатора, который характеризует эффективность очистки ОГ катализатором нейтрализации.
Далее, относительно параметра катализатора следует отметить, что он предпочтительно определяется только один раз в течение цикла движения, причем цикл движения распространяется от включения зажигания и последующего пуска двигателя до последующей остановки двигателя и выключения зажигания. Напротив, измерение текущей рабочей точки двигателя внутреннего сгорания происходит предпочтительно непрерывно во время работы, т.е. через короткие промежутки времени многократно в течение одного цикла движения.
Вышеупомянутая рабочая точка двигателя внутреннего сгорания предпочтительно характеризует по меньшей мере два из следующих параметров:
- число оборотов коленчатого вала,
- число оборотов распределительного вала,
- нагрузочный момент,
- массовый расход воздуха,
- давление во впускной трубе.
Однако в предпочтительном примере осуществления изобретения поле характеристик двигателя является двухмерным, при этом рабочая точка указывает число оборотов коленчатого вала или распределительного вала и нагрузочный момент.
Далее, выше уже упоминалось, что под мерами воздействия на двигатель для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации речь может идти о регулировке угла опережения зажигания, причем угол опережения зажигания предпочтительно регулируют в направлении более позднего момента зажигания. Такая регулировка угла опережения зажигания для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации из уровня техники сама по себе известна и поэтому подробнее описываться не будет. Однако во избежание недоразумений следует отметить, что регулировка угла опережения зажигания в уровне техники проводится лишь в зависимости от величины OSC, но не в зависимости от текущей рабочей точки двигателя внутреннего сгорания.
Кроме того, в рамках изобретения существует возможность в качестве мер воздействия на двигатель для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации изменять величину лямбда λ, т.е. соотношение между воздухом и топливом, по сравнению со стехиометрической смесью с λ=1. Для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации величину лямбда предпочтительно регулируют в сторону более богатой топливно-воздушной смеси.
Обе названные выше меры воздействия на двигатель (регулировка угла опережения зажигания, регулировка лямбда) могут в рамках изобретения использоваться по отдельности или в комбинации. Кроме того, в рамках изобретения можно применять и другие меры воздействия на двигатель, чтобы улучшить эффективность очистки ОГ катализатором нейтрализации.
Наряду с вышеописанным способом эксплуатации объектом изобретения является также соответствующая система привода, которая может применяться, например, в автомобиле (например, грузовом автомобиле, автобусе), чтобы привести автомобиль в движение.
Предлагаемая изобретением система привода содержит, прежде всего, двигатель внутреннего сгорания, причем речь может идти, например, о двигателе внутреннего сгорания с принудительным (искровым) зажиганием, в частности, о газовом двигателе с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием. Однако в рамках изобретения двигатель внутреннего сгорания может быть также дизельным двигателем.
Далее, система привода согласно изобретению включает катализатор нейтрализации ОГ (например, катализатор тройного действия), который находится в выхлопном тракте двигателя внутреннего сгорания.
Кроме того, система привода согласно изобретению включает блок управления, который определяет параметр (например, величину OSC) катализатора нейтрализации ОГ, отражающий эффективность очистки ОГ катализатором нейтрализации. Предпочтительно, этот параметр катализатора (например, величина OSC) определяется всего один раз в течение одного цикла движения между пуском и остановкой двигателя.
Далее, блок управления определяет рабочую точку двигателя внутреннего сгорания в пределах поля характеристик двигателя, причем рабочая точка может характеризовать, например, число оборотов и нагрузочный момент.
Кроме того, блок управления осуществляет меры воздействия на двигатель для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации, когда измеренный параметр катализатора (например, величина OSC) указывает, что эффективность очистки ОГ катализатором нейтрализации недостаточна.
Кроме того, система привода согласно изобретению отличается от уровня техники тем, что блок управления осуществляет меры воздействия на двигатель для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации также и в зависимости от рабочей точки двигателя внутреннего сгорания, как это уже было подробно описано в связи со способом по изобретению.
Наконец, следует еще упомянуть, что объектом изобретения является также автомобиль (например, автомобиль промышленного назначения, как, например, грузовик или автобус), который выполнен с такой системой привода по изобретению.
Другие предпочтительные усовершенствования изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах или подробнее поясняются ниже в сочетании с описанием предпочтительных примеров осуществления изобретения посредством фигур. Показано:
фигура 1A:
блок-схема для определения величины OSC и интенсивности мер воздействия на двигатель для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации
фигура 1B:
блок-схема для пояснения регулировки угла опережения зажигания в зависимости от текущей рабочей точки двигателя внутреннего сгорания,
фигура 1C:
блок-схема для пояснения регулировки лямбда в зависимости от текущей рабочей точки двигателя внутреннего сгорания,
фигура 2:
типичное поле характеристик двигателя с различными подобластями для установления в зависимости от рабочей точки мер воздействия на двигатель (например, регулировка угла опережения зажигания, регулировка лямбда) для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации, а также
фигура 3:
предлагаемая изобретением система привода для автомобиля.
Фигура 1A показывает блок-схему для пояснения части предлагаемого изобретением способа эксплуатации, причем эта часть осуществляется всего однократно во время цикла движения, т.е. между включением зажигания и пуском двигателя, с одной стороны, и выключением зажигания и остановкой двигателя, с другой стороны.
O
S
C
На первом этапе S1 сначала определяют постепенно уменьшающиеся предельные значения OSC1, OSC2, ..., OSCn способности катализатора нейтрализации ОГ накапливать кислород (OSC, от xygen torage apacity). Справедливо неравенство OSC1>OSC2>...>OSCn.
Затем на следующем этапе S2 устанавливают постепенно увеличивающейся подобласти A1, A2, ..., An в пределах поля характеристик двигателя, причем поле характеристик двигателя схематически показано на фигуре 2. Таким образом, для подобластей A1, A2, ..., An справедливо неравенство A1<A2<...<An.
Нижеследующее описание и фигуры показывают как пример систему с тремя подобластями и тремя предельными значениями OSC.
Затем на этапе S3 определяют текущее значение OSC способности катализатора нейтрализации ОГ накапливать кислород. Это можно совершить, например, простым считыванием из соответствующего запоминающего устройства для хранения результатов измерений в приборе управления двигателем, так как величина OSC и так уже определяется в рамках бортовой диагностики.
Затем на следующем этапе S4 проверяют, является ли текущее значение OSC меньше, чем наибольшая величина OSC, т.е. OSC1.
Если это не так, то на этапах S5 и S6 устанавливают, что никаких мер воздействия на двигатель для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации вводить не нужно, т.е. ни регулировки угла опережения зажигания (этап S5), ни регулировки лямбда (этап S6). Это справедливо независимо от текущей рабочей точки P двигателя внутреннего сгорания.
Однако если текущая величина OSC становится ниже наибольшего предельного значения OSC1, то на этапе S7 вводят регулировку угла опережения зажигания ΔZWi для различных подобластей A1, A2, A3. При этом сначала регулировка угла опережения зажигания ограничена самой малой подобластью A1 поля характеристик двигателя, тогда как для других подобластей A2, A3 регулировку угла опережения зажигания не вводят. Вначале это имеет смысл, так как при величине OSC в интервале OSC2<OSC<OSC1 требуются лишь относительно незначительные меры воздействия на двигатель, чтобы улучшить эффективность очистки. Поэтому не имеет смысла осуществлять регулировку угла опережения зажигания также в подобластях A2 и A3, так как там это привело бы лишь к нежелательному повышению расхода топлива.
Кроме того, затем на этапе S8 осуществляют регулировку лямбда для подобластей A1, A2, A3, причем регулировка лямбда также ограничена подобластью A1.
Затем на этапе S9 проверяют, не стала ли текущая величина OSC ниже следующего самого низкого предельного значения OSC2, что указывает на продолжающееся ухудшение способности катализатора нейтрализации ОГ накапливать кислород.
Если это так, то на этапах S10 и S11 устанавливают другую регулировку момента опережения зажигания в сторону позднего и осуществляют регулировку лямбда для отдельных подобластей A1, A2, A3 поля характеристик двигателя. Затем при продолжающемся ухудшении способности накапливать кислород меры воздействия на двигатель для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации предусматриваются также для подобласти A2.
Наконец, на этапе S12 проверяется, не стала текущая величина OSC меньше наименьшего предельного значения OSC3.
Если это так, то на этапах S13 и S14 проводится регулировка угла опережения зажигания и регулировка лямбда для отдельных подобластей A1, A2, A3 поля характеристик двигателя. Это означает, что тогда меры воздействия на двигатель для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации можно предпринимать во всех подобластях A1, A2, A3.
Таким образом, блок-схема с фигуры 1 поясняет установление интенсивности мер воздействия на двигатель в зависимости от величины OSC, которую лишь однократно измеряют в течение одного цикла движения. Кроме того, блок-схема с фигуры 1A определяет подобласти поля характеристик двигателя, в которых вообще принимаются меры воздействия на двигатель для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации.
Блок-схема с фигуры 1B показывает непрерывный режим работы двигателя внутреннего сгорания, причем этапы S15-S22 постоянно повторяются во время эксплуатации автомобиля. Таким образом, в отличие от блок-схемы с фигуры 1A, блок-схема с фигуры 1B проходится многократно во время работы автомобиля через короткие промежутки времени.
Сначала на первом этапе S15 определяют текущую рабочую точку P двигателя внутреннего сгорания в пределах поля характеристик двигателя с фигуры 2, причем рабочая точка P в этом примере осуществления характеризует нагрузочный момент M и число оборотов n.
Затем на этапе S16 проверяют, лежит ли текущая рабочая точка P в пределах широкой подобласти A3 поля характеристик двигателя. Если это не так, то есть рабочая точка P не лежит ни в одной из подобластей A1, A2, A3, то затем на этапе S17 устанавливают, что никакой регулировки момента зажигания в сторону позднего не проводится.
Наоборот, в противном случае на этапе S18 регулировку ΔZW момента зажигания в сторону позднего устанавливают на значение ΔZW3, которое было установлено ранее на блок-схеме с фигуры 1A.
Затем на следующем этапе S19 проверяют, лежит ли рабочая точка P в пределах более узкой подобласти A2.
Если это так, то на этапе S20 регулировку ΔZW момента зажигания в сторону позднего устанавливают на значение ΔZW2, которое в блок-схеме с фигуры 1A было предусмотрено для подобласти A2.
Затем на этапе S21 проверяют, лежит ли текущая рабочая точка P в пределах более узкой подобласти A1.
Если это так, то на этапе S22 регулировку ΔZW момента зажигания в сторону позднего устанавливают на значение ΔZW1, которое ранее в блок-схеме с фигуры 1A было предусмотрено для подобласти A1.
Блок-схема с фигуры 1C показывает регулировку лямбда, которую при непрерывной работе двигателя внутреннего сгорания также повторяют через короткие промежутки времени.
Здесь также на этапе S23 сначала определяют текущую рабочую точку двигателя внутреннего сгорания.
Затем на этапе S24 проверяют, лежит ли текущая рабочая точка P в пределах самой широкой подобласти A3.
Если это не так, то на этапе S25 устанавливают, что не проводится никакой регулировки лямбда.
В противном случае на этапе S26 регулировку лямбда Δλ устанавливают на значение Δλ3, которое ранее в блок-схеме с фигуры 1A было установлено для подобласти A3.
Затем на этапе S27 проверяют, находится ли текущая рабочая точка P двигателя внутреннего сгорания в более узкой подобласти A2.
Если это так, что на этапе S28 регулировку лямбда Δλ устанавливают на значение Δλ2, которое ранее в блок-схеме с фигуры 1A было установлено для подобласти A2.
Затем на этапе S29 проверяют, лежит ли текущая рабочая точка P в пределах самой узкой подобласти A1.
Если это так, что на этапе S30 регулировку лямбда Δλ устанавливают на значение Δλ1, которое ранее в блок-схеме с фигуры 1A было предусмотрено для подобласти A1.
Фигура 3 показывает упрощенное схематическое изображение системы привода согласно изобретению с двигателем внутреннего сгорания 1 с устройством 2 впрыска, устройством 3 зажигания и катализатором 4 нейтрализации ОГ, который установлен в выхлопном тракте 5 двигателя 1 внутреннего сгорания.
Кроме того, система привода содержит также прибор 6 управления, который настраивают множеством показаний датчиков и который настраивает устройство 2 впрыска с величиной лямбда, причем прибор 6 управления позволяет осуществлять соответствующую регулировку лямбда, чтобы улучшить эффективность очистки ОГ катализатором 4 нейтрализации.
Кроме того, прибор 6 управления настраивает также устройство 3 зажигания и позволяет соответственно изменять момент зажигания в сторону позднего, как уже было подробно описано выше.
Изобретение не ограничено описанным выше предпочтительным примером осуществления. Напротив, возможно множество вариантов и модификаций, которые также используют идеи изобретения и поэтому подпадают в область защиты. В частности, изобретение испрашивает также защиту на предмет зависимых пунктов, независимо от отсылаемых пунктов и, в частности, без отличительных признаков главных пунктов формулы.
Список позиций для ссылок
1
двигатель внутреннего сгорания
2
устройство впрыска
3
устройство зажигания
4
катализатор нейтрализации ОГ
5
выхлопной тракт
ZW<sub>SOLL</sub>
заданное значение угла опережения зажигания
ΔZW
угол опережения зажигания для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации
ΔZW1
угол опережения зажигания в подобласти A1
ΔZW2
угол опережения зажигания в подобласти A2
ΔZW3
угол опережения зажигания в подобласти A3
λ<sub>SOLL</sub>
заданное значение величины лямбда
Δλ
величина регулировки лямбда для улучшения эффективности очистки ОГ катализатором нейтрализации
Δλ1
величина регулировки лямбда в подобласти A1
Δλ2
величина регулировки лямбда в подобласти A2
Δλ3
величина регулировки лямбда в подобласти A3
P
рабочая точка двигателя внутреннего сгорания
M
нагрузочный момент двигателя внутреннего сгорания
n
число оборотов двигателя внутреннего сгорания
A1,A2,A3
подобласти поля характеристик двигателя
OSC
способность катализатора нейтрализации ОГ накапливать кислород