Способ управления работой дизельного сажевого фильтра - RU2554135C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу управления работой дизельного сажевого фильтра (DPF, от английского - diesel particulate filter) дизельного двигателя автотранспортного средства.

Предпосылки создания изобретения

Для снижения уровня загрязняющих выбросов современные дизельные двигатели обычно оснащают DPF, который расположен в выхлопном патрубке и улавливает твердые частицы (сажу), содержащиеся в выхлопных газах.

Работу DPF характеризует его кпд, который можно определить как соотношение количества сажи, улавливаемой в DPF, и сажи, поступающей в DPF.

В современных положениях по борьбе с загрязнением окружающей среды отсутствуют какие-либо требования в отношении кпд DPF в реальных условиях движения автотранспортного средства, а лишь указано, что суммарное количество сажи, выбрасываемой автотранспортным средством на протяжении ездового испытательного цикла, должно находиться ниже заданного предела.

Тем не менее, целесообразно, чтобы бортовая диагностика (OBD) автотранспортного средства оценивала кпд DPF в реальных условиях движения и информировала водителя, если DPF имеет кпд ниже допустимого предела.

С этой целью уже был проведен ряд исследований, в которых предлагается оценивать кпд DPF с помощью сажевого датчика, расположенного на выходе DPF.

По существу, в этих исследованиях предлагается измерять концентрацию сажи на выходе DPF с помощью упомянутого сажевого датчика, определять концентрацию сажи на входе DPF путем расчета или с помощью другого сажевого датчика и вычислять кпд DPF в зависимости от этих концентраций сажи.

Тем не менее, в этих исследованиях не объясняется, способна ли в действительности упомянутая стратегия обеспечивать надежное определение кпд DPF, поскольку разрабатываемые в настоящее время сажевые датчики фактически способны осуществлять не непрерывные измерения концентрации сажи в выхлопных газах, а лишь определять среднее значение концентрации сажи в широком временном диапазоне.

Разрабатываемые в настоящее время сажевые датчики представляют собой кондуктометрические датчики, содержащие множество взаимно разнесенных электродов на изолирующей подложке для наполнения сажей.

По мере заполнения этой подложки сажей между электродами сажевого датчика начинает протекать электрический ток, который затем постепенно увеличивается.

Когда ток превышает заданный предел, сажевый датчик переходит в фазу регенерации, на протяжении которой накопившуюся сажу выжигают с помощью специализированного нагревателя, связанного с подложкой, чтобы сажевый датчик был готов к следующей фазе наполнения сажей.

По существу, работа сажевого датчика характеризуется непрерывным повторением фаз наполнения сажей, чередующихся с фазами регенерации.

Функциональным недостатком этого сажевого датчика является тот факт, что электрический ток, генерируемый на протяжении каждой фазы наполнения сажей, становится измеримым только с определенным запаздыванием после начала наполнения сажей, а затем быстро увеличивается согласно экспоненциальному закону.

Вследствие этого невозможно обеспечивать непрерывное измерение концентрации сажи в выхлопных газах.

В противоположность этому можно установить надежную зависимость между концентрацией сажи в выхлопных газах и длительностью фаз наполнения сажей, которую обычно называют временем срабатывания сажевого датчика.

Тем не менее, это неизбежно подразумевает, что сажевый датчик способен определять только среднее значение концентрации сажи в выхлопных газах в широком временном диапазоне.

Вследствие этого, упомянутая стратегия определения кпд DPF является преимущественно неосуществимой с использованием разрабатываемых в настоящее время сажевых датчиков.

В связи с вышеизложенным в основу настоящего изобретения положена задача создания надежной стратегии оценки кпд DPF в реальных условиях движения автотранспортного средства с использованием сажевого датчика, расположенного на выходе DPF, в которой преодолены упомянутые недостатки.

Другой задачей является создание простого, рационального и достаточно недорогого решения этой задачи.

Раскрытие изобретение

Решение этих и(или) других задач обеспечивается за счет признаков вариантов осуществления, содержащихся в независимых пунктах формулы изобретения. В зависимых пунктах охарактеризованы предпочтительно и(или) особо выгодные особенности изобретения.

В одном из вариантов осуществления изобретения предложен способ управления работой DPF дизельного двигателя, который оснащен сажевым датчиком, расположенным на выходе DPF и работающим согласно последовательности фаз наполнения сажей, разделенных фазами регенерации.

Способ согласно рассматриваемому варианту осуществления изобретения включает стадии, на которых:

устанавливают граничное значение кпд DPF,

на протяжении фазы регенерации сажевого датчика переустанавливают показание счетчика, которое отображает уровень наполнения сажевого датчика сажей,

итерационно увеличивают показание счетчика на протяжении следующей фазы наполнения сажевого датчика сажей, по меньшей мере, пока показание не достигнет заданного порогового показания счетчика, в результате чего фактическое показание счетчика отображает уровень наполнения сажей, которого достигал бы сажевый датчик в случае совпадения показателя кпд DPF с граничным значением кпд DPF, и

устанавливают, что кпд DPF является неприемлемым, если следующая фаза регенерации сажевого датчика начинается, когда показание счетчика находится ниже упомянутого заданного порогового показания счетчика.

Поскольку показание счетчика сопоставляют с граничным значением кпд DPF, могут возникать три состояния:

фаза регенерации сажевого датчика начинается точно в момент, когда показание счетчика достигает заданного предела, если фактический показатель кпд DPF совпадает с граничным значением,

фаза регенерации сажевого датчика начинается после того, как показание счетчика достигает заданного предела, если фактический показатель кпд DPF превышает граничное значение,

фаза регенерации сажевого датчика начинается до того, как показание счетчика достигает заданного предела, если фактический показатель кпд DPF ниже граничного значения.

Соответственно, в рассматриваемом варианте осуществления изобретения предложена надежная стратегия оценки, позволяющая определять, находится ли фактический показатель кпд DPF ниже граничного значения.

При обнаружении неприемлемого кпд DPF эта информация может сохраняться логической схемой, которая выполняет способ, например, ECU на соответствующем носителе данных. Персонал авторемонтной мастерской может использовать эту информацию позднее, что заменить DPF новым DPF. Кроме того, обнаружение неприемлемого кпд DPF также может использоваться для предупреждения водителя, например, посредством светового и(или) звукового сигнала, рекомендующего ему заменить DPF.

В одном из вариантов осуществления изобретения показание счетчика увеличивают на стадиях, на которых:

определяют величину концентрации сажи на входе DPF,

определяют приращение показания счетчика на основании упомянутой величины концентрации сажи на входе DPF и на основании граничного значения кпд DPF,

суммируют это приращение показания с последним зарегистрированным показанием счетчика.

Этот вариант осуществления обеспечивает надежный способ сопоставления показания счетчика с граничным значением кпд DPF.

Согласно одной из особенностей этого варианта осуществления может быть рассчитана величина концентрации сажи на входе DPF.

Стратегия определения концентрация сажи на входе DPF уже известна и может быть легко реализована в способе согласно рассматриваемому варианту осуществления изобретения, что позволяет избежать дополнительных расходов.

В качестве альтернативы, величина концентрации на входе DPF может измеряться, например, с помощью сажевого датчика, расположенного на входе DPF.

Согласно другой особенности рассматриваемого варианта осуществления изобретения приращение показания счетчика может определяться на стадиях, на которых:

определяют время срабатывания сажевого датчика на основании величины концентрации сажи на входе DPF и на основании граничного значения кпд DPF,

вычисляют приращение показания счетчика в зависимости от упомянутого времени срабатывания.

За счет сопоставления приращения показания со временем срабатывания сажевого датчика обеспечивается надежность счетчика и тем самым повышается надежность способа согласно рассматриваемому варианту осуществления изобретения.

Время срабатывания может определяться на стадии, на которой:

вычисляют величину концентрации сажи на выходе DPF в зависимости от величины концентрации сажи на входе DPF и в зависимости от граничного значения кпд DPF и

определяют время срабатывания на основании величины концентрации сажи на выходе DPF.

Как указано во вводной части, зависимость между временем срабатывания сажевого датчика и концентрацией сажи в выхлопных газах уже изучена и может легко определяться для существующих сажевых датчиков.

Например, эта зависимость может определяться эмпирически в ходе испытаний двигателя, которые обычно предусматривают отслеживание времени срабатывания сажевого датчика и измерение концентрации протекающей через него сажи с помощью соответствующего датчика.

Таким образом, эта зависимость может быть реализована в вычислительном модуле или может использоваться для формирования набора данных, позволяющего определять время срабатывания сажевого датчика на основании величины концентрации сажи на выходе DPF.

Соответственно, последняя упомянутая особенность изобретения позволяет упрощать определение времени срабатывания сажевого датчика.

Согласно другой особенности приращение показания счетчика вычисляют в качестве величины, обратной времени срабатывания, при этом пороговое показание счетчика является унитарной величиной.

Это решение обеспечивает надежный критерий, позволяющий определять, находится ли фактический показатель кпд DPF ниже граничного значения.

По существу, этот критерий с теоретической точки зрения аналогичен критерию, который обычно используется для оценки усталостной долговечности материала.

Согласно еще одной особенности изобретения граничное значение кпд DPF определяют в ходе эксперимента, включающего стадии, на которых:

устанавливают ездовой испытательный цикл автотранспортного средства, оснащенного дизельным двигателем, DPF и сажевым датчиком на выходе DPF,

устанавливают пороговую величину суммарного количества сажи, выходящей из DPF на протяжении всего ездового испытательного цикла,

эксплуатируют автотранспортное средство в режиме ездового испытательного цикла,

измеряют фактическую величину суммарного количества сажи, поступающей в DPF на протяжении всего ездового испытательного цикла,

вычисляют граничное значение кпд DPF в зависимости от пороговой величины суммарного количества сажи, выходящей из DPF, и в зависимости от фактической величины суммарного количества сажи, поступающей в DPF.

Это решение обеспечивает надежный критерий определения граничного значения кпд DPF.

В частности, ездовой испытательный цикл и пороговая величина суммарного количества сажи, выходящей из DPF, могут быть установлены положениями по борьбе с загрязнением окружающей среды.

Таким образом, способ согласно рассматриваемому варианту осуществления изобретения может использоваться, чтобы определять, отвечает ли автотранспортное средство требованиям этих положений по борьбе с загрязнением окружающей среды.

В одном из вариантов осуществления изобретения способ включает дополнительную стадию, на которой устанавливают, что кпд DPF является приемлемым, если показание счетчика достигает заданного предела при условии, что еще не началась следующая фаза регенерации сажевого датчика.

Тем самым можно выгодно получать информацию о том, что DPF действует надлежащим образом, не ожидая следующей фазы регенерации сажевого датчика, что обычно требует длительного времени при полном кпд DPF.

Предложенный в изобретении способ может осуществляться с помощью компьютерной программы, содержащей программный код для выполнения всех стадий описанного выше способа, и в форме компьютерного программного продукта, содержащего компьютерную программу.

Компьютерный программный продукт быть воплощен в форме дизельного двигателя, оснащенного DPF, сажевым датчиком, расположенным на выходе DPF, ECU, соединенным с сажевым датчиком, носителем данных, связанным с ECU, и компьютерной программы, хранящейся на носителе данных, и, таким образом, при выполнении ECU компьютерной программы, осуществляются все стадии описанного способа.

Способ также может быть воплощен в форме электромагнитного сигнала, который модулируют для передачи последовательности битов данных, которые представляют компьютерную программу для выполнения всех стадий способа.

Краткое описание чертежей

Далее в порядке примера будут описаны различные варианты осуществления способа со ссылкой на сопровождающие его чертежи, на которых:

на фиг.1 схематически представлена система двигателя внутреннего сгорания,

на фиг.2 показана блок-схема, иллюстрирующая способ согласно одному из вариантов осуществления изобретения,

на фиг.3 схематически представлено автотранспортное средство, оснащенное системой двигателя внутреннего сгорания, показанной на фиг.1.

Подробное описание

Далее раскрыт один из вариантов осуществления изобретения со ссылкой на систему 10 двигателя внутреннего сгорания, в которую входит дизельный двигатель 11, впускной патрубок 12 для подачи приточного воздуха в цилиндры двигателя, выхлопной патрубок 13 для выпуска выхлопных газов из цилиндров двигателя в окружающую среду и множество устройств доочистки, которые расположены в выхлопном патрубке 13, для разложения и(или) удаления загрязняющих веществ из выхлопных газов до их выпуска в окружающую среду.

Более подробно, в выхлопном патрубке 13 расположен окислительный нейтрализатор 14 дизельного двигателя (DOC, от английского - diesel oxidation catalyst) для окисления углеводородов (НС) и окисей углерода (СО), в результате чего образуется двуокись углерода (СО₂) и вода (Н₂О), дизельный сажевый фильтр (DPF) 15, расположенный после DOC 14 и служащий для удаления твердых частиц (сажи) из выхлопных газов, и обычный глушитель 16, расположенный после DPF 15.

DOC 14 и DPF 15 глухо соединены и помещаются в одном корпусе.

В систему 10 двигателя дополнительно входит блок 17 управления двигателем (ECU), который управляет работой дизельного двигателя 11 с помощью множества датчиков.

В частности, ECU 17 соединен с кондуктометрическим сажевым датчиком 18, который расположен в выхлопном патрубке 13 на выходе 19 DPF 15 для измерения концентрации сажи в выхлопных газах, выходящих из DPF 15.

Во время работы дизельного двигателя 11 сажевый датчик 18 действует согласно последовательности фаз наполнения сажей, разделенных фазами регенерации.

На протяжении каждой фазы наполнения сажей на подложке сажевого датчика 18 постепенно накапливаются твердые частицы (сажа), в результате чего между множеством электродов, находящихся на подложке, генерируется электрический ток.

Когда величина электрического тока превышает заданный предел, накопившиеся твердые частицы выжигают с помощью электронагревателя, связанного с подложкой, и тем самым осуществляют фазу регенерации сажевого датчика 18.

Когда фаза регенерации завершена, начинается новая фаза наполнения сажей и так далее.

Временной интервал между двумя последовательными фазами регенерации сажевого датчика 18, иными словами, длительность фазы наполнения сажей между ними обычно называют временем срабатывания сажевого датчика 18.

Время срабатывания сажевого датчика 18 соотносится с концентрацией сажи в выхлопных газах на выходе DPF 19 согласно задаваемой зависимости.

В одном из вариантов осуществления изобретения предложен способ получения информации о кпд DPF 15 во время нормальной работы дизельного двигателя 11.

Кпд DPP можно определить как соотношение количества сажи, улавливаемой в DPF 15, и сажи, поступающей в DPF 15.

Как показано на фиг.2, при осуществлении этого способа сначала устанавливают граничное значение E_bdl кпд DPF.

Это граничное значение E_bdl определяют в ходе эксперимента, который проводят на испытываемом автотранспортном средстве 100, оснащенном системой 10 двигателя внутреннего сгорания (см. фиг.3).

Эксперимент предусматривает установление ездового испытательного цикла автотранспортного средство 100 и установление пороговой величины Q_out,th суммарного количества сажи, выходящей из DPF 15 на протяжении всего ездового испытательного цикла.

Ездовой испытательный цикл и пороговая величина Q_out,th могут быть установлены конкретными положениями по борьбе с загрязнением окружающей среды, такими как, например, положениями о бортовой диагностике.

Кроме того, эксперимент предусматривает эксплуатацию автотранспортного средства 100 в режиме ездового испытательного цикла и измерение фактической величины Q_in суммарного количества сажи, поступающей в DPF 15 на протяжении всего ездового испытательного цикла.

В конце этого эксперимента может быть вычислено граничное значение E_bdl кпд DPF согласно следующему уравнению:

Как показано на фиг.2, в способе предусмотрена установка на нуль показание I счетчика.

После этого выполняют стандартную программу увеличения показания I упомянутого счетчика.

Эта стандартная программа настроена таким образом, что показание I счетчика отображает уровень наполнения сажей, которого достиг бы сажевый датчик 18 в случае совпадения фактический показателя кпд DPF и граничного значения E_bdl кпд DPF.

Более подробно, стандартной программой сначала предусмотрено определение величины SC_in концентрации сажи в выхлопных газах в выхлопном патрубке 13 на входе 20 DPF 15.

Величину SC_in рассчитывают согласно стратегии расчета, которая известна как таковая.

В качестве альтернативы, величина SC_in может измеряться с помощью дополнительного сажевого датчика, расположенного на входе DPF 20.

Затем стандартной программой предусмотрено вычисление величины SC_out концентрации сажи в выхлопных газах в выхлопном патрубке 13 на выходе DPF 19.

Величину SCout вычисляют согласно следующему уравнению:

SC_out=SC_in·E_bdl.

По существу, величина SC_out отображает ожидаемую величину концентрации сажи на выходе DPF 19 в случае совпадения фактического кпд DPF 15 и граничного значения E_bdl кпд DPF.

Затем величину SC_out используют, чтобы определить ожидаемое время срабатывания RT сажевого датчика 18 в случае совпадения концентрации сажи в выхлопных газах на выходе DPF 19 и величины SC_out в широком временном диапазоне.

Время срабатывания RT может определяться с помощью таблицы или вычислительного модуля, в котором реализована задаваемая зависимость между временем срабатывания RT сажевого датчика 18 и концентрацией сажи на выходе DPF 19.

После этого стандартной программой предусмотрено определение приращения показания I* счетчика.

Приращение показания I* вычисляют в зависимости от ранее определенного времени срабатывания RT согласно следующему уравнению:

Затем приращение показания I* суммируют с последним зарегистрированным показанием I счетчика, чтобы получить новое показание I.

На этом этапе проверяют, началась ли фаза регенерации сажевого датчика 18.

Если сажевый датчик 18 находится в фазе регенерации, проверяют, находится ли текущее показание I счетчика ниже заданного порогового показания I_th счетчика.

В рассматриваемом варианте осуществления пороговое показание I_th счетчика равно единице.

Поскольку текущее показание I счетчика вычисляют на основании граничного значения E_bdl кпд DPF, если фаза регенерации сажевого датчика 18 началась при текущем показание I ниже унитарного порогового показания I_th, это означает, что фактический кпд DPF 15 ниже граничного значения E_bdl, а противном случае это означает, что фактический кпд DPF 15 превышает или по меньшей мере равен граничному значению E_bdl.

Соответственно, если текущее показание I счетчика является более низким, чем унитарное пороговое показание I_th, устанавливают, что кпд DPF является неприемлемым.

Независимо от того, является ли текущее показание I более низким, чем унитарное пороговое показание I_th, в конечном итоге осуществляют обнуление показания I счетчика, и все ранее описанные стадии могут быть повторно осуществлены на протяжении последующей фазы наполнения сажевого датчика сажей 18.

Если сажевый датчик 18 не находится в фазе регенерации, а именно если он находится в фазе наполнения сажей, аналогичным образом проверяют, находится ли текущее показание I счетчика ниже порогового показания I_th.

В этом случае, если текущее показание I счетчика равно или превышает заданное пороговое показание I_th счетчика, это означает, что фактический кпд DPF 15, несомненно, превышает граничное значение E_bdl.

Соответственно, если текущее показание I счетчика не находится ниже порогового показания I_th, немедленно устанавливают, что кпд DPF является приемлемым.

Независимо от того, является ли текущее показание I более низким, чем унитарное пороговое показание I_th, затем повторно выполняют ранее описанную стандартную программу, чтобы постепенно увеличивать показание I счетчика, пока не начнется фаза регенерации сажевого датчика 18.

Чтобы получать точное показание I счетчика, на практике стандартная программа может повторно выполняться очень часто, например раз в секунду.

Этот способ оценки кпд DPF может осуществляться с помощью компьютерной программы, содержащей программный код для выполнения всех описанных стадий.

Компьютерная программа хранится на носителе данных 21, связанном с ECU 17.

Таким образом, при выполнении компьютерной программы ECU 17 осуществляются все стадии описанного способа.

Хотя в приведенном выше кратком изложении и подробном описании рассмотрен, по меньшей мере, один пример осуществления, следует учесть, что существует огромное число их разновидностей. Также следует учесть, что пример или примеры осуществления служат лишь примерами и не имеют целью каким-либо образом ограничить объем, применимость или конфигурацию изобретения. Точнее, вышеизложенное служит для специалиста в данной области техники удобным планом действий по реализации, по меньшей мере, одного примера осуществления, при этом подразумевается, что в функции и расположение элементов, описанных в примере осуществления, могут быть внесены различные изменения, не выходящие за пределы объема изобретения, ограниченного прилагаемой формулой изобретения и ее допустимыми законом эквивалентами.

Ссылочные позиции

Реферат

Изобретение относится к способу управления работой дизельного сажевого фильтра. Способ управления работой дизельного сажевого фильтра (15) дизельного двигателя (11), оснащенного сажевым датчиком (18), расположенным на выходе (19) дизельного сажевого фильтра (15), при этом сажевый датчик (18) действует согласно последовательности фаз наполнения сажей, разделенных фазами регенерации. Способ включает стадию, на которой устанавливают граничное значение (E) кпд дизельного сажевого фильтра (15). На протяжении фазы регенерации сажевого датчика (18) переустанавливают показание (I) счетчика, которое отображает уровень наполнения сажевого датчика (18) сажей. Итерационно увеличивают показание (I) счетчика на протяжении следующей фазы наполнения сажевого датчика (18) сажей, по меньшей мере, пока показание (I) не достигнет заданного порогового показания (I) счетчика. Устанавливают, что кпд DPF (15) является неприемлемым, если следующая фаза регенерации сажевого датчика (18) начинается, когда показание (I) счетчика находится ниже упомянутого заданного порогового показания (I) счетчика. Техническим результатом изобретения является обеспечение надежной стратегии оценки кпд дизельного сажевого фильтра в реальных условиях движения автотранспортного средства. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула