Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, подавляющее выбросы белого дыма - RU2642710C1

Чертежи

Описание

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

1. ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Изобретение относится к устройству управления для двигателя внутреннего сгорания.

2. ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0002] В некоторых случаях серное соединение в выхлопном газе может накапливаться на устройстве управления выхлопными газами, таком как каталитический нейтрализатор. Публикация японской патентной заявки № 2010-229916 (JP 2010-229916 A) раскрывает управление восстановлением от серного отравления, которое отделяет серу, накопившуюся на каталитическом нейтрализаторе. Дополнительно, публикация японской патентной заявки № 7-247916 (JP 7-247916 A), публикация японской патентной заявки № 2004-245046 (JP 2004-245046 A) и публикация японской патентной заявки № 2011-132836 (JP 2011-132836 A) также раскрывают технологии для восстановления каталитического нейтрализатора.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Когда накопившееся серное соединение отделяется от устройства управления выхлопными газами, выхлопной газ может быть визуально распознан как белый дым. Когда такой белый дым визуально распознается, например, пользователь может ощущать тревогу.

[0004] Изобретение предоставляет устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, в котором белый дым легко и визуально не распознается.

[0005] Согласно аспекту изобретения предоставляется устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, двигатель внутреннего сгорания включает в себя устройство управления выхлопными газами, предусмотренное в выпускной системе двигателя внутреннего сгорания, и регулятор объема всасываемого воздуха, регулирующий объем всасываемого воздуха относительно двигателя внутреннего сгорания. Устройство управления включает в себя температурный датчик и электронный блок управления. Температурный датчик выполнен с возможностью определять температуру устройства управления выхлопными газами. Электронный блок управления выполнен с возможностью: (a) оценивать величину накопления серного соединения, величина накопления серного соединения является количеством серного соединения, накопившегося на устройстве управления выхлопом; и (b) когда конкретное условие, при котором величина накопления серного соединения равна или больше предварительно определенной величины накопления и температура устройства управления выхлопными газами равна или больше предварительно определенной температуры или более, удовлетворяется, управлять регулятором объема всасываемого воздуха так, что объем всасываемого воздуха, когда конкретное условие удовлетворяется, увеличивается по сравнению с объемом всасываемого воздуха, когда конкретное условие не удовлетворяется в том же рабочем состоянии.

[0006] Электронный блок управления может быть выполнен с возможностью, когда конкретное условие удовлетворяется и рабочее состояние двигателя внутреннего сгорания находится в предварительно определенной области, управлять регулятором объема всасываемого воздуха так, что объем всасываемого воздуха, когда конкретное условие удовлетворяется, увеличивается по сравнению с объемом всасываемого воздуха, когда конкретное условие не удовлетворяется в том же рабочем состоянии. Электронный блок управления может быть выполнен с возможностью, когда конкретное условие удовлетворяется и рабочее состояние двигателя внутреннего сгорания находится в области на стороне высокой нагрузки или области на стороне высокой скорости вращения по сравнению с предварительно определенной областью, управлять объемом впуска так, что объем всасываемого воздуха, когда конкретное условие удовлетворяется, не увеличивается по сравнению с объемом всасываемого воздуха, когда конкретное условие не удовлетворяется в том же рабочем состоянии.

[0007] Регулятор объема всасываемого воздуха может быть, по меньшей мере, одним из дроссельной заслонки, клапана рециркуляции выхлопных газов и лопатки регулируемого сопла работающей от выхлопного газа турбины турбонагнетателя, и управление увеличением объема всасываемого воздуха может использовать, по меньшей мере, одно из управления для регулирования дроссельной заслонки в сторону открытия, управления для регулирования клапана рециркуляции выхлопных газов в сторону закрытия и управления для регулирования лопатки регулируемого сопла в сторону закрытия.

[0008] Представляется возможным предоставлять устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, в котором белый дым легко и визуально не распознается.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] Признаки, преимущества и техническое и промышленное значение примерных вариантов осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых аналогичные номера обозначают аналогичные элементы, и на которых:

Фиг. 1 – это схема, иллюстрирующая систему двигателя варианта осуществления;

Фиг. 2A – это график, иллюстрирующий концентрацию серного соединения, содержащегося в выхлопном газе, когда белый дым формируется;

Фиг. 2B – это график, иллюстрирующий скорость вращения двигателя, когда белый дым формируется;

Фиг. 2C – это график, иллюстрирующий объем всасываемого воздуха, когда белый дым формируется;

Фиг. 2D – это график, иллюстрирующий температуру слоя катализатора, когда белый дым формируется;

Фиг. 3 – это график, иллюстрирующий область, в которой белый дым визуально распознается, и область, в которой белый дым визуально не распознается; и

Фиг. 4 – это блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая пример управления, выполняемого посредством ECU.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0010] Фиг. 1 является схемой, иллюстрирующей систему 10 двигателя согласно варианту осуществления. Дизельный двигатель (далее в данном документе называемый двигателем) 11 включает в себя впускной коллектор 12 и выпускной коллектор 13. Впускной коллектор 12 соединяется с выпускным отверстием компрессора 16 турбонагнетателя 15 через впускной канал 14. Впускной канал 14 оснащается промежуточным охладителем IC, который охлаждает всасываемый воздух, и дроссельной заслонкой V, которая регулирует объем всасываемого воздуха относительно двигателя 11. Выпускной коллектор 13 соединяется с впускным отверстием работающей от выхлопных газов турбины 18 турбонагнетателя 15 через выпускной канал 17. Лопатка 18a регулируемого сопла предусматривается во впускном отверстии работающей от выхлопных газов турбины 18. Скорость потока выхлопного газа, который проходит через работающую от выхлопных газов турбину 18, может регулироваться в ответ на степень открытия лопатки 18a регулируемого сопла. Выпускное отверстие работающей от выхлопных газов турбины 18 соединяется с выпускным каналом 19. Выхлопной газ, который формируется из двигателя 11, выпускается в выпускной канал 19 через работающую от выхлопных газов турбину 18. Двигатель 11 включает в себя четыре цилиндра C и четыре клапана F для впрыска топлива, которые непосредственно и соответствующим образом впрыскивают топливо в четыре цилиндра C, но изобретение не ограничивается этим. EGR-канал (рециркуляция выхлопного газа) 14a соединяет между собой впускной канал 14 и выпускной канал 17. EGR-канал 14a оснащается EGR-клапаном Va. Двигатель 11 оснащается датчиком CS угла поворота коленчатого вала, который определяет скорость вращения двигателя.

[0011] Выпускной канал 19 оснащается устройством E управления выхлопными газами, которое очищает выхлопной газ. DOC (дизельный окислительный нейтрализатор) 20 и DPF (дизельный сажевый фильтр) 21 предусматриваются внутри устройства E управления выхлопными газами в порядке со стороны выше по потоку к стороне ниже по потоку. DOC 20 является окислительным нейтрализатором, который окисляет HC и NO, содержащиеся в выхлопном газе, с тем, чтобы преобразовывать их в H₂O и CO₂. DPF 21 улавливает твердые частицы, содержащиеся в выхлопном газе. Устройство E управления выхлопными газами является примером устройства управления выхлопными газами.

[0012] Клапан 24 добавления топлива, SOx-датчик 25 и температурный датчик 26 предусматриваются в выпускном канале 19 между работающей от выхлопных газов турбиной 18 и DOC 20. SOx-датчик 25 определяет концентрацию серы в выхлопном газе, протекающем через DOC 20. Кроме того, датчик свойств топлива может быть предусмотрен в топливном баке вместо SOx-датчика 25 с тем, чтобы непосредственно определять концентрацию серы в топливе. Клапан 24 для добавления топлива добавляет топливо, используемое, чтобы сжигать PM (твердые частицы), накопившиеся на DPF 21, в выхлопной газ. Температурный датчик 26 определяет температуру выхлопного газа, протекающего в DOC 20.

[0013] Температурный датчик 27 предусматривается в выпускном канале 19 между DOC 20 и DPF 21. Температурный датчик 27 определяет температуру выхлопного газа, который проходит через DOC 20 и протекает в DPF 21. Температурный датчик 28 и датчик 29 отношения воздух-топливо предусматриваются в выпускном канале 19 на нижней по потоку стороне DPF 21. Температурный датчик 28 определяет температуру выхлопного газа, проходящего через DPF 21. Датчик 29 отношения воздух-топливо определяет отношение воздух-топливо выхлопного газа, который проходит через DPF 21.

[0014] ECU (электронный блок управления) 30 управляет всей системой 10 двигателя. ECU 30 является компьютером, включающим в себя ROM (постоянное запоминающее устройство), RAM (оперативное запоминающее устройство), CPU (центральный процессор) и т.п., которые не показаны на чертежах. ECU 30 электрически соединяется с дроссельной заслонкой V и EGR-клапаном Va или вышеописанными датчиками.

[0015] ECU 30 оценивает количество серного соединения, накопившегося на DOC 20 и DPF 21. В частности, поскольку величина накопления серного соединения связана с количеством топлива, потребляемого двигателем 11, ECU 30 оценивает величину накопления серного соединения на основе величины расхода топлива, потребляемого двигателем 11. Однако величина накопления серного соединения может оцениваться другим способом. Дополнительно, ECU 30 может сохранять заранее концентрацию серы в топливе, используемом в месте, где система 10 двигателя используется, и оценивать величину накопления серного соединения, учитывая концентрацию серы. Дополнительно, величина накопления серного соединения может быть оценена, учитывая концентрацию серы в топливе, оцененную на основе выходных значений, полученных от SOx-датчика 25 и т.п. ECU 30 является примером блока оценки, который оценивает величину накопления серного соединения устройства управления выхлопными газами.

[0016] ECU 30 определяет температуру, т.е. температуру слоя катализатора устройства E управления выхлопными газами на основе значений измерений температурных датчиков 26, 27 и 28. Кроме того, температура может быть определена путем непосредственной установки температурных датчиков в DOC 20 и DPF 21. Каждый из температурных датчиков 26, 27 и 28 является примером блока обнаружения, который определяет температуру устройства управления выхлопными газами. Кроме того, температура слоя катализатора может быть оценена из рабочего состояния двигателя 11.

[0017] Далее, будет описан случай, в котором выхлопной газ визуально распознается как белый дым. Фиг. 2A-2D – это графики, иллюстрирующие различные значения, когда белый дым формируется. Вертикальная ось на фиг. 2A указывает концентрацию серного соединения, содержащегося в выхлопном газе. На фиг. 2A, допустимое предельное значение, при котором выхлопной газ визуально не распознается как белый дым, указывается пунктирной линией. Вертикальная ось на фиг. 2B указывает скорость вращения двигателя. Вертикальная ось на фиг. 2C указывает объем всасываемого воздуха. Вертикальная ось на фиг. 2D указывает температуру слоя катализатора. Горизонтальные оси на фиг. 2A-2D указывают прошедшее время.

[0018] Предположим случай, в котором некоторая степень серного соединения накапливается на DOC 20 и DPF 21 и скорость вращения двигателя 11 постепенно увеличивается, так что температура слоя катализатора постепенно увеличивается. Когда скорость вращения двигателя 11 увеличивается, объем всасываемого воздуха увеличивается, рабочее состояние двигателя 11 принадлежит области R1, которая будет описана позже, и температура слоя катализатора увеличивается, как показано на фиг. 2B-2D, концентрация серного соединения в выхлопном газе становится близкой к допустимому предельному значению, как показано на фиг. 2A. Когда температура слоя катализатора дополнительно увеличивается, как показано на фиг. 2D, концентрация серного соединения превышает допустимое предельное значение, так что выхлопной газ визуально распознается как белый дым, как показано на фиг. 2A. Предполагаемая причина заключается в том, что количество серного соединения (SOx), отделенного от DOC 20 и DPF 21, увеличивается, когда температура слоя катализатора достигает предварительно определенного значения или более и SO₃ в выхлопном газе объединяется с H₂O так, чтобы становиться туманом H₂SO₄, и выпускается как белый дым. Например, такой белый дым может быть сформирован, когда температура выхлопного газа увеличивается в случае, когда транспортное средство поднимается по возвышенности или когда температура DOC 20 и DPF 21 становится высокой температурой во время выполнения управления регенерацией PM.

[0019] Фиг. 3 – это график, иллюстрирующий область R1, в которой белый дым визуально распознается, и область R2, в которой белый дым визуально не распознается. На этом графике вертикальная ось указывает нагрузку двигателя 11, а горизонтальная ось указывает скорость вращения двигателя 11. Этот график подготавливается заранее посредством эксперимента или т.п. и сохраняется в ROM в ECU 30. Возможен случай, когда выхлопной газ визуально не распознается как белый дым, даже когда DOC 20 и DPF 21 становятся горячими, в то время как предварительно определенное значение или более серного соединения накапливается на DOC 20 и DPF 21 в соответствии с рабочим состоянием двигателя 11.

[0020] Например, когда рабочее состояние принадлежит области R2, скорость вращения двигателя в которой выше скорости вращения двигателя области R1, скорость потока выхлопного газа является быстрой. Соответственно, концентрация серного соединения в выхлопном газе также уменьшается, и, следовательно, белый дым легко и визуально не распознается. Дополнительно, в этом случае скорость транспортного средства также является быстрой во многих случаях и, следовательно, белый дым легко и визуально не распознается. Кроме того, когда рабочее состояние принадлежит области R2, нагрузка которой выше нагрузки области R1, величина впрыска топлива увеличивается и температура выхлопного газа становится высокой. По этой причине считается, что влага как один фактор белого дыма испаряется, прежде чем выхлопной газ выпускается из выпускного канала 17 наружу. Кроме того, когда рабочее состояние принадлежит области R2, нагрузка двигателя которой или скорость вращения ниже нагрузки двигателя или скорости вращения области R1, количество серного соединения, отделенного от DOC 20, является небольшим вследствие низкой температуры DOC 20. По этой причине белый дым легко и визуально не распознается.

[0021] В варианте осуществления объем всасываемого воздуха увеличивается, когда условие визуального распознавания белого дыма удовлетворяется, так что белый дым растворяется. В результате белый дым легко и визуально не распознается вследствие растворения белого дыма. На фиг. 2A и 2C концентрация серного соединения и объем всасываемого воздуха, полученные, когда объем всасываемого воздуха увеличивается, указываются пунктирной линией.

[0022] Фиг. 4 – это блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая пример управления, выполняемого посредством ECU 30. ECU 30 определяет, равна или больше величина накопления серного соединения для DOC 20 и DPF 21 предварительно определенного значения (этап S1). Предварительно определенное значение является значением величины накопления серного соединения для DOC 20 и DPF 21, когда выхлопной газ визуально распознается как белый дым вследствие отделения серного соединения, накопившегося на DOC 20 и DPF 21, в случае, когда рабочее состояние двигателя 11 принадлежит области R1 и температура DOC 20 и DPF 21 попадает в предварительно определенный диапазон.

[0023] Когда положительное определение выполняется на этапе S1, ECU 30 определяет, равна или больше температура слоя катализатора предварительно определенного значения (этап S2). Предварительно определенное значение указывает значение температуры слоя катализатора, при котором выхлопной газ начинает визуально распознаваться как белый дым вследствие отделения серного соединения в случае, когда рабочее состояние двигателя 11 принадлежит области R1 и величина накопления серного соединения для DOC 20 и DPF 21 равна или больше предварительно определенного значения.

[0024] ECU 30 определяет, принадлежит ли рабочее состояние двигателя 11 области R1 (этап S3). В частности, ECU 30 распознает рабочее состояние двигателя на основе величины впрыска топлива и скорости вращения двигателя 11 и определяет, принадлежит ли рабочее состояние двигателя 1 области R1, показанной в графике на фиг. 3. Кроме того, процессы этапов S1-S3 соответствуют процессам, используемым, чтобы определять, удовлетворяется ли условие формирования белого дыма.

[0025] Когда отрицательное определение выполняется на любом из этапов S1-S3, ECU 30 выполняет обычное управление объемом всасываемого воздуха (далее в данном документе называемое обычным управлением) (этап S4). Обычное управление указывает управление для регулирования степеней открытия EGR-клапана Va или дроссельной заслонки V так, что объем всасываемого воздуха достигает целевого объема всасываемого воздуха, соответствующего требуемому рабочему состоянию двигателя 11. Белый дым не формируется, когда отрицательное определение выполняется на каком-либо одном из этапа S1 и этапа S2, или белый дым легко и визуально не распознается, когда отрицательное определение выполняется на этапе S3. По этой причине в этом случае проблемы не возникает, даже когда объем всасываемого воздуха управляется обычным способом. Обычное управление является управлением, выполняемым, когда условие формирования белого дыма не удовлетворяется. Последовательность управления заканчивается, после того как обычное управление выполнено.

[0026] Случай, когда положительное определение выполняется на всех этапах S1-S3, соответствует случаю, когда сформированный белый дым может быть визуально распознан. В этом случае ECU 30 выполняет управление увеличением объема всасываемого воздуха (далее в данном документе называемое управлением увеличением объема) (этап S5). В управлении увеличением объема объем всасываемого воздуха задается так, чтобы становиться больше объема всасываемого воздуха, заданного, когда обычное управление выполняется в том же рабочем условии, что и рабочее состояние в управлении увеличением объема. В частности, степень открытия дроссельной заслонки V задается так, что дроссельная заслонка V полностью открывается, и степень открытия EGR-клапана Va задается так, что EGR-клапан Va полностью закрывается. Таким образом, свежий воздух, поступающий в двигатель 11, увеличивается в объеме, и объем выхлопного газа, протекающего назад к впускному отверстию двигателя 11, практически становится нулевым. Соответственно, объем всасываемого воздуха увеличивается, как указано пунктирной линией на фиг. 2A и 2C, и объем выхлопного газа также увеличивается, так что белый дым растворяется. В результате белый газ легко и визуально не распознается вследствие растворения белого газа. Дроссельная заслонка V и EGR-клапан Va являются примерами регулятора объема всасываемого воздуха, который регулирует объем всасываемого воздуха.

[0027] Далее, ECU 30 определяет, проходит ли период выполнения управления увеличением объема на предварительно определенный период (этап S6). Здесь, предварительно определенный период – это период, который задается достаточным так, что серное соединение, накопленное на DOC 20 и DPF 21, полностью отделяется. Когда на этапе S6 выполняется положительное определение, управление завершается. Когда управление завершается, величина накопления серного соединения для DOC 20 и DPF 21 сбрасывается в ноль. В процессе этапа S1, когда управление выполняется снова, величина накопления серного соединения оценивается на основе величины расхода топлива, после того как величина накопления сброшена.

[0028] Когда на этапе S6 выполняется отрицательное определение, ECU 30 выполняет процесс после этапа S1. Кроме того, в этом случае в процессе этапа S1, в котором управление выполняется снова, ECU 30 оценивает текущую величину накопления серного соединения, учитывая серное соединение, отделенное от DOC 20 и DPF 21 во время фактического периода управления увеличением объема.

[0029] Как описано выше, возможно пресекать проблему, в которой пользователь, который визуально распознает белый дым, ощущает дискомфорт, выполняя управление увеличением объема, когда условие формирования белого дыма удовлетворяется. Дополнительно, возможно пресекать влияние на дорожные качества транспортного средства, выполняя обычное управление, когда условие не удовлетворяется.

[0030] Кроме того, управление увеличением объема не ограничивается управлением, в котором дроссельная заслонка V регулируется так, чтобы быть полностью открытой, а EGR-клапан Va регулируется так, чтобы быть полностью закрытым. Например, степень открытия дроссельной заслонки V в управлении увеличением объема может регулироваться в сторону открытия по сравнению со степенью открытия дроссельной заслонки V, заданной в обычном управлении в том же рабочем состоянии, что и в управлении увеличением объема. Аналогично, степень открытия EGR-клапана Va в управлении увеличением объема может регулироваться в сторону закрытия по сравнению со степенью открытия EGR-клапана Va, заданной в обычном управлении в том же рабочем состоянии, что и в управлении увеличением объема. Даже в этом случае объем всасываемого воздуха может быть увеличен по сравнению с обычным управлением.

[0031] В управлении увеличением объема только степень открытия дроссельной заслонки V может регулироваться в сторону открытия по сравнению с обычным управлением, а степень открытия EGR-клапана Va может постоянно подвергаться обычному управлению. Дополнительно, только степень открытия EGR-клапана Va может регулироваться в сторону закрытия по сравнению с обычным управлением, а степень открытия дроссельной заслонки V может постоянно подвергаться обычному управлению в двигателе 11.

[0032] Степень открытия лопатки 18a регулируемого сопла в управлении увеличением объема может регулироваться в сторону закрытия по сравнению со степенью открытия лопатки 18a регулируемого сопла, заданной в обычном управлении в том же рабочем состоянии, что и в управлении увеличением объема. Таким образом, давление наддува уменьшается, и, следовательно, объем всасываемого воздуха относительно двигателя 11 может быть увеличен. Соответственно, управление увеличением объема может быть, по меньшей мере, одним из управления для регулирования дроссельной заслонки V в сторону открытия, управления для регулирования EGR-клапана Va в сторону закрытия и управления для регулирования лопатки 18a регулируемого сопла в сторону закрытия.

[0033] Управление увеличением объема может выполняться синхронно с увеличением в температуре DPF 21 во время выполнения управления PM-регенерацией для сжигания PM, накопленных на DPF 21, зажигая топливо, добавляемое из клапана 24 добавления топлива в выхлопной газ.

[0034] Корректировка может быть выполнена так, что период выполнения управления увеличением объема увеличивается, когда концентрация серы топлива увеличивается. Дополнительно, корректировка может быть выполнена так, что объем всасываемого воздуха увеличивается, когда концентрация серы топлива увеличивается. В целом, когда концентрация серы топлива увеличивается, период выпуска белого дыма увеличивается и концентрация серы в выхлопном газе увеличивается, так что белый дым легко и визуально распознается. Дополнительно, область R1 может быть расширена, когда концентрация серы топлива увеличивается.

[0035] Кроме того, температура DOC 20 и DPF 21 может быть слегка уменьшена посредством увеличения объема всасываемого воздуха. Даже в этой конфигурации возможно предотвращать проблему, при которой пользователь может легко и визуально распознавать белый дым, пресекая отделение серного соединения от DOC 20 и DPF 21 и формирование белого дыма.

[0036] Вышеописанный вариант осуществления является просто примером реализации изобретения, и изобретение не ограничивается им. Что касается описания выше, очевидно, что различные модификации варианта осуществления включены в рамки изобретения и различные варианты осуществления могут быть применены в рамках изобретения.

Реферат

Изобретение может быть использовано в устройствах управления двигателей внутреннего сгорания. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания включает в себя устройство управления выхлопными газами в выпускной системе двигателя внутреннего сгорания. Устройство управления выхлопными газами содержит регулятор объема всасываемого воздуха, температурный датчик и электронный блок управления. Температурный датчик имеет возможность измерять температуру устройства управления выхлопными газами. Электронный блок управления имеет возможность оценивать величину накопления серного соединения. Величина накопления серного соединения является количеством серного соединения, накопленного на устройстве управления выхлопными газами. Когда конкретное условие, при котором величина накопления серного соединения равна или больше предварительно определенной величины накопления (S1) и температура устройства управления выхлопными газами равна или больше предварительно определенной температуры (S2), удовлетворяется в рабочем состоянии, электронный блок управления управляет регулятором объема всасываемого воздуха так, что регулятор объема всасываемого воздуха увеличивает объем всасываемого воздуха (S5) по сравнению с ситуацией, когда конкретное условие не удовлетворяется в том же рабочем состоянии (S4). Технический результат заключается в более точном определении величины накопления серного соединения. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула