Способ восстановления устройства последующей очистки выхлопных газов (варианты) и система двигателя - RU2586417C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к способам и системам для восстановления устройства последующей очистки. В частности, для уменьшения вероятности внедрения топлива в масло во время восстановления устройства последующей очистки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Дизельные двигатели имеют относительно высокий коэффициент полезного действия по сравнению с другими двигателями внутреннего сгорания. С более высоким коэффициентом полезного действия двигателя становятся более низкими температуры выхлопных газов двигателя. Более низкие температуры выхлопных газов могут делать восстановление устройств последующей очистки более трудным, так как устройства последующей очистки часто начинают осуществлять восстановление на более высоких температурах. Один из способов создания более высоких температур в системе выпуска может включать в себя этап, на котором впрыскивают топливо поздно в цикле цилиндра (например, во время такта выпуска), так что топливо может окисляться в системе выпуска, тем самым, повышая температуру системы выпуска. Однако когда жидкое топливо впрыскивается в такте выпуска, некоторая часть впрыснутого топлива может ударяться о стенки цилиндра в жидкой форме. Топливо, которое сталкивается со стенками цилиндра в жидкой форме, может ухудшать масляную пленку на стенке цилиндра и увеличивать износ стенки цилиндра. Кроме того, жидкое топливо может проникать в картер двигателя и разжижать моторное масло. Следовательно, может требоваться уменьшать количество впрыснутого жидкого топлива, которое достигает стенок цилиндра во время впрыска.

В заявке EP 1,798,404 A1 на выдачу европейского патента описан способ восстановления устройства последующей очистки посредством регулирования послевпрыска. По способу оценивают длину распада факела распыла топлива на основании дифференциального давления между внутренним и наружным отверстием форсунки. По способу регулируют время впрыска топлива, так что длина распада факела распыла топлива меньше, чем расстояние S до стенки цилиндра. Однако, длина распада факела распыла топлива, в качестве определяемой посредством небольшого изменения давления, может не быть настолько точной, насколько требуется. Следовательно, факел распыла топлива по-прежнему может сталкиваться со стенками цилиндра во время некоторых условий.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретатели в материалах настоящего описания выявили вышеупомянутые недостатки и предложили способ восстановления устройства последующей очистки выхлопных газов, включающий в себя этапы, на которых:

осуществляют сгорание в цилиндре двигателя в течение цикла цилиндра;

впрыскивают некоторое количество топлива в импульсе впрыска топлива после события сгорания в цилиндре и до закрывания выпускного клапана в течение цикла цилиндра, причем количество топлива в импульсе впрыска топлива регулируют по плотности газовой смеси в цилиндре; и

восстанавливают устройство последующей очистки посредством количества топлива.

В одном из вариантов предложен способ, в котором плотность регулируют по количеству выхлопных газов в цилиндре перед осуществлением сгорания в цилиндре двигателя в течение цикла цилиндра.

В одном из вариантов предложен способ, в котором плотность регулируют по количеству топлива, впрыснутого в цилиндр, которое участвует в сгорании в течение цикла цилиндра.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых выдают дополнительные впрыски топлива в цилиндр в течение цикла цилиндра после события сгорания и до закрывания выпускного клапана в течение цикла цилиндра, и регулируют количество топлива в импульсе впрыска топлива в ответ на температуру газовой смеси в цилиндре.

В одном из вариантов предложен способ, в котором импульс впрыска топлива является одним из множества импульсов топлива, которые суммируются в требуемое количество топлива послевпрыска для восстановления устройства последующей очистки, и дополнительно включающий в себя этап, на котором регулируют количество топлива в импульсе впрыска топлива в ответ на количество воздуха в цилиндре, введенного в цилиндр.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором регулируют количество топлива в импульсе впрыска топлива в ответ по коэффициенту наполнения цилиндров двигателя.

В одном из вариантов предложен способ, в котором количество впрыснутого топлива меньше, чем количество впрыснутого топлива, которое приводит к столкновению жидкого топлива со стенкой цилиндра.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором количество топлива в импульсе впрыска топлива регулируют в ответ на оцененную температуру в цилиндре в момент времени, когда впрыскивается количество топлива при впрыске топлива.

В одном из вариантов предложен способ восстановления устройства последующей очистки выхлопных газов, включающий в себя этапы, на которых:

осуществляют сгорание в цилиндре двигателя в течение цикла цилиндра;

впрыскивают некоторое количество топлива в импульсе впрыска топлива после сгорания в цилиндре и до закрывания выпускного клапана в течение цикла цилиндра, причем количество топлива в импульсе впрыска топлива регулируют по коэффициенту наполнения цилиндра; и

восстанавливают устройство последующей очистки посредством количества топлива.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий этапы, на которых дополнительно впрыскивают топливо в цилиндр в течение цикла цилиндра после сгорания и до закрывания выпускного клапана в течение цикла цилиндра, и регулируют количество топлива, впрыснутого в импульсе впрыска топлива, в ответ на температуру газовой смеси в цилиндре.

В одном из вариантов предложен способ, в котором импульс впрыска топлива является одним из множества импульсов топлива, которые суммируются в требуемое количество топлива послевпрыска для восстановления устройства последующей очистки.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором регулируют последующий импульс впрыска топлива, который впрыскивают в цилиндр после сгорания и до закрывания выпускного клапана в цилиндре в течение следующего цикла цилиндра, причем следующий импульс впрыска топлива основан на количестве топлива, оставшегося для впрыска, которое, когда добавлено к количеству топлива, уже впрыснутого, равняется требуемому количеству послевпрыска.

В одном из вариантов предложен способ, в котором коэффициент наполнения цилиндра оценивают на основании скорости вращения и нагрузки двигателя.

В одном из вариантов предложен способ, в котором коэффициент наполнения дополнительно основан на установке фаз кулачкового распределения.

В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых уменьшают требуемое количество топлива послевпрыска на основании количества топлива в импульсе впрыска топлива и повторно дополнительно уменьшают требуемое количество топлива послевпрыска на основании топлива, впрыснутого в цилиндр, после впрыскивания количества топлива в импульсе впрыска топлива.

В одном из вариантов предложена система двигателя, содержащая:

двигатель, содержащий цилиндр и систему выпуска;

устройство последующей очистки в системе выпуска;

топливную форсунку, подающую топливо в цилиндр; и

контроллер, включающий в себя команды, хранимые в постоянной памяти, для восстановления устройства последующей очистки, причем контроллер включает в себя дополнительные команды для регулирования количества топлива, подаваемого в цилиндр через топливную форсунку, в ответ на коэффициент наполнения цилиндра и температуру газов в цилиндре после события сгорания в цилиндре в течение данного цикла цилиндра, количества топлива, впрыснутого после события сгорания и до закрывания выпускного клапана цилиндра в течение цикла цилиндра.

В одном из вариантов предложена система, в которой количество впрыснутого топлива меньше, чем количество впрыснутого топлива, которое приводит к столкновению жидкого топлива со стенкой цилиндра.

В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая дополнительные команды контроллера для выдачи множества впрысков топлива после события сгорания и до закрывания выпускного клапана.

В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая дополнительные команды контроллера для впрыска топлива во второй цилиндр после события сгорания во втором цилиндре в течение данного цикла цилиндра второго цилиндра и в ответ на коэффициент наполнения второго цилиндра.

В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая равномерное распределение остатка количества топлива послевпрыска для цикла цилиндра между наибольшим числом впрысков топлива, которые происходят после сгорания в цилиндре и до закрывания выпускного клапана в цилиндре.

Посредством регулирования количества топлива послевпрыска в ответ на плотность смеси в цилиндре, может быть возможным лучше оценивать количество впрыснутого топлива, которое ударяется о стенку цилиндра в жидкой форме, так что топливо, впрыснутое для восстановления устройства последующей очистки, меньше, чем количество, которое ударяется о стенку цилиндра в жидкой форме, когда впрыскивается. В частности, оценка проникновения факела распыла топлива может улучшаться посредством принятия во внимание плотности и температуры в цилиндре. Плотность и температура смеси в цилиндре дают более точную оценку проникновения факела распыла топлива, чем давление в цилиндре или небольшое изменение давления форсунки, поскольку плотность и температура смеси в цилиндре учитывают как испарение топлива, так и перенос импульса.

Дополнительно, изобретатели также определили, что коэффициент наполнения цилиндра является еще одним параметром, который может учитываться для улучшения оценок проникновения факела распыла топлива. Коэффициент наполнения цилиндра может оказывать влияние на температуру газов в цилиндре, а также относительные количества воздуха и остаточных выхлопных газов, которые составляют смесь в цилиндре. Таким образом, коэффициент наполнения цилиндра может оказывать влияние на плотности и температуру внутри цилиндра во время впрыска. Следовательно, посредством принятия во внимание плотности смеси в цилиндре, коэффициента наполнения цилиндра и температуры, временные характеристики количества топлива послевпрыска могут улучшаться, так чтобы факел распыла топлива мог вплотную приближаться к стенке цилиндра, все еще не сталкиваясь со стенкой цилиндра в жидкой форме. Как результат, большие количества топлива могут впрыскиваться в цилиндр, не вынуждая топливо ударяться о стенки цилиндра в жидкой форме.

Настоящее описание может давать несколько преимуществ. В частности, подход может ослаблять ухудшение работы двигателя. Кроме того, настоящий подход может уменьшать выбросы двигателя посредством ослабления разбавления моторного масла. Кроме того еще, подход может применяться без дорогостоящих внутрицилиндровых датчиков. Дополнительно, подход может увеличивать интервал замены моторного масла и/или предоставлять возможность для меньшего поддона картера, содержащего в себе меньшее количество масла.

Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего подробного описания, когда воспринимаются по отдельности или в связи с прилагаемыми чертежами.

Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, представлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 показывает схематичное изображение двигателя;

Фиг. 2 показывает примерную длину проникновения факела распыла топлива;

Фиг. 3A-3B показывают примерные графики, каким образом плотность и температура смеси в цилиндре могут оказывать влияние на длину проникновения факела распыла топлива; и

Фиг. 4 показывает примерный способ восстановления устройства последующей очистки.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее описание имеет отношение к восстановлению устройства последующей очистки выхлопных газов. Фиг. 1 показывает один из примеров дизельного двигателя с наддувом, где способ по фиг. 4 инициирует восстановление устройства последующей очистки посредством регулирования впрыска топлива после сгорания. Фиг. 2 показывает примерную длину проникновения факела распыла топлива, которая дает основу для количества топлива, которое может впрыскиваться для инициации восстановления устройства последующей очистки. Фиг. 3A-3B иллюстрируют, каким образом плотность и давление смеси в цилиндре оказывают влияние на проникновение факела распыла топлива. В заключение, фиг. 4 - примерный способ восстановления сажевого фильтра.

Со ссылкой на фиг. 1, двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий множество цилиндров, один цилиндр которого показан на фиг. 1, управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 включает в себя камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным в них и присоединенным к коленчатому валу 40. Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной клапан и выпускной клапан может приводиться в действие кулачком 51 впускного клапана и кулачком 53 выпускного клапана. Положение кулачка 51 впускного клапана может определяться датчиком 55 кулачка впускного клапана. Положение кулачка 53 выпускного клапана может определяться датчиком 57 кулачка выпускного клапана.

Топливная форсунка 66 показана расположенной, чтобы впрыскивать топливо непосредственно в камеру 30 сгорания, что известно специалистам в данной области техники как непосредственный впрыск. Топливная форсунка 66 подает топливо пропорционально длительности импульса сигнала из контроллера 12. Топливо подается на топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос, направляющую-распределитель для топлива (не показана). Давление топлива, выдаваемое топливной системой, может регулироваться посредством изменения положения клапана, регулирующего поток в топливный насос (не показан). В дополнение, дозирующий клапан может быть расположен в или около направляющей-распределителя для топлива для управления подачей топлива с замкнутым контуром. Дозирующий клапан насоса также может регулировать поток топлива в топливный насос, тем самым, сокращая топливо, накачиваемое в топливный насос высокого давления.

Впускной коллектор 44 показан сообщающимся с необязательным электронным дросселем 62, который регулирует положение дроссельной заслонки 64 для регулирования расхода воздуха из впускной камеры 46 наддува. Компрессор 162 втягивает воздух из воздухозаборника 42 для питания камеры 46 наддува. Отработавшие газы вращают турбину 164, которая присоединена к компрессору 162 через вал 161. В некоторых примерах может быть предусмотрен охладитель наддувочного воздуха. Скорость вращения компрессора может регулироваться посредством регулирования положения элемента 72 управления регулируемыми лопастями или перепускного клапана 158 компрессора. В альтернативных примерах, регулятор 74 давления наддува может заменять или использоваться в дополнение к элементу 72 управления регулируемыми лопастями. Элемент 72 управления регулируемыми лопастями регулирует положение лопастей турбины с изменяемой геометрией. Отработавшие газы могут проходить через турбину 164, подводя незначительную энергию для вращения турбины 164, когда лопасти находятся в открытом положении. Отработавшие газы могут проходить через турбину 164 и передавать повышенную силу на турбину 164, когда лопасти находятся в закрытом положении. В качестве альтернативы, регулятор 74 давления наддува предоставляет выхлопным газам возможность обтекать турбину 164, чтобы уменьшать количество энергии, подаваемой на турбину. Перепускной клапан 158 компрессора предоставляет сжатому воздуху на выпуске компрессора 162 возможность возвращаться на вход компрессора 162. Таким образом, отдача компрессора 162 может уменьшаться, чтобы оказывать влияние на поток компрессора 162 и снижать давление во впускном коллекторе.

Сгорание инициируется в камере 30 сгорания, когда топливо воспламеняется без выдаваемой извне искры, в то время как поршень 36 достигает верхней мертвой точки такта сжатия. В некоторых примерах, универсальный датчик 126 кислорода в выхлопных газах (UEGO) может быть присоединенным к выпускному коллектору 48 выше по потоку от устройства 70 очистки выбросов. В других примерах, датчик UEGO может быть расположен ниже по потоку от одного или более устройств последующей очистки выхлопных газов. Кроме того, в некоторых примерах, датчик UEGO может быть заменен датчиком NO_x, который имеет элементы считывания как NO_x, так и кислорода.

При более низких температурах, свеча 68 накаливания может преобразовывать электрическую энергию в тепловую энергию, чтобы поднимать температуру в камере 30 сгорания. Посредством подъема температуры камеры 30 сгорания, может быть легче воспламенять топливно-воздушную смесь в цилиндре посредством сжатия.

Устройство 70 очистки выбросов, в одном из примеров, может включать в себя сажевый фильтр и блоки каталитического нейтрализатора. В еще одном примере, могут использоваться многочисленные устройства снижения токсичности выхлопных газов, каждое с многочисленными брикетами. Устройство 70 очистки выбросов, в одном из примеров, может включать в себя окислительный каталитический нейтрализатор. В других примерах, устройство очистки выбросов может включать в себя уловитель обедненных NO_x или устройство избирательного каталитического восстановления (SCR) и/или дизельный сажевый фильтр (DPF).

Подвергнутые рециркуляции выхлопные газы (EGR) могут подаваться в двигатель через клапан 80 EGR. Клапан 80 EGR является трехходовым клапаном, который закрывается или предоставляет выхлопным газам возможность протекать из ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выхлопных газов в местоположение в системе впуска воздуха двигателя выше по потоку от компрессора 162. В альтернативных примерах EGR может течь из выше по потоку от турбины 164 во впускной коллектор 44. EGR может обходить охладитель 85 EGR или, в качестве альтернативы, EGR может охлаждаться посредством прохождения через охладитель 85 EGR. В других примерах может быть предусмотрена система EGR высокого давления и низкого давления.

Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве традиционного микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110 и традиционную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе: температуру хладагента двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; датчика 134 положения, присоединенного к педали 130 акселератора для считывания положения, заданного ступней 132; измерение давления во впускном коллекторе двигателя (MAP) с датчика 121 давления, присоединенного к впускному коллектору 44; давление наддува с датчика 122 давления; концентрацию кислорода в выхлопных газах с кислородного датчика 126; датчика положения двигателя с датчика 118 на эффекте Холла, считывающего положение коленчатого вала 40; измерение массы воздуха, поступающего в двигатель, с датчика 120 (например, измерителя расхода воздуха с термоэлементом); и измерение положения дросселя с датчика 58. Барометрическое давление и давление выхлопных газов также могут считываться (датчик не показан) или логически выводиться для обработки контроллером 12. В предпочтительном аспекте настоящего описания, датчик 118 положения двигателя вырабатывает заданное количество равномерно разнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала, по которому может определяться скорость вращения двигателя (RPM, в оборотах в минуту).

Во время работы каждый цилиндр в двигателе 10 типично подвергается четырехтактному циклу: цикл включает в себя такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. В течение такта впуска, обычно, выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух вовлекается в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, поршень 36 перемещается к дну цилиндра, чтобы увеличивать объем внутри камеры 30 сгорания. Положение, в котором поршень 36 находится около дна цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера 30 сгорания находится при своем наибольшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники ссылкой как нижняя мертвая точка (НМТ, BDC). Во время такта сжатия, впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке блока цилиндров, чтобы сжимать воздух внутри камеры 30 сгорания. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и самой близкой к головке блока цилиндров (например, когда камера 30 сгорания находится при своем наименьшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники в качестве верхней мертвой точки (ВМТ, TDC). В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как впрыск, топливо вводится в камеру сгорания. В некоторых примерах топливо может впрыскиваться в цилиндр множество раз в течение одиночного цикла цилиндра. В последовательности операций, в дальнейшем указываемой ссылкой как зажигание, впрыснутое топливо подвергается зажиганию посредством воспламенения от сжатия, имеющего следствием сгорание. Во время такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно в НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует перемещение поршня в крутящий момент вращающегося вала. В заключение, во время такта выпуска, выпускной клапан 54 открывается, чтобы выпускать подвергнутую сгоранию топливно-воздушную смесь в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в ВМТ. Отметим, что вышеприведенное описано просто в качестве примера, и что установки момента открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов могут меняться так, чтобы давать положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана или различные другие примеры. Кроме того, в некоторых примерах может использоваться скорее двухтактный цикл, нежели четырехтактный цикл.

Таким образом, система по фиг. 1 предусматривает двигатель, содержащий: цилиндр и систему выпуска; устройство последующей очистки в системе выпуска; топливную форсунку, подающую топливо в цилиндр; и контроллер, включающий в себя команды, хранимые в постоянной памяти, для восстановления устройства последующей очистки, контроллер включает в себя дополнительные команды для регулирования количества топлива, подаваемого в цилиндр через топливную форсунку, в ответ на коэффициент наполнения цилиндра и температуру газа в цилиндре после события сгорания в цилиндре в течение данного цикла цилиндра, количество топлива впрыскивается после события сгорания и до закрывания выпускного клапана цилиндра в течение цикла цилиндра.

Система по фиг. 1 включает в себя те случаи, когда количество впрыснутого топлива меньше, чем количество впрыснутого топлива, которое приводит к столкновению жидкого топлива со стенкой цилиндра. Система двигателя дополнительно содержит дополнительные команды контроллера для выдачи множества впрысков топлива после события сгорания и до закрывания выпускного клапана. Система двигателя дополнительно содержит дополнительные команды контроллера для впрыска топлива во второй цилиндр после события сгорания во втором цилиндре в течение данного цикла цилиндра второго цилиндра и в ответ на коэффициент наполнения второго цилиндра. Система двигателя дополнительно содержит равномерное распределение остатка количества топлива послевпрыска для цикла цилиндра между наибольшим числом впрысков топлива, которые происходят после сгорания в цилиндре и до закрывания выпускного клапана в цилиндре.

Далее, со ссылкой на фиг. 2, показана примерная длина проникновения факела распыла топлива. Сопло 216 топливной форсунки выдает топливо в камеру 30 сгорания в виде факела распыла, который имеет верхнюю границу 210 конуса факела распыла, среднюю линию 211 конуса факела распыла и нижнюю границу 214 конуса факела распыла. Расстояние между соплом 216 и стенкой 230 цилиндра по средней линии 211 конуса факела распыла указано посредством L1. Расстояние L1 является длиной наибольшего проникновения факела распыла топлива в цилиндр. Таким образом, расстояние L1 является расстоянием, которое определяет, насколько далеко проникновению факела распыла топлива предоставлена возможность проходить до того, как топливо ударяется о стенку цилиндра. Следовательно, длина проникновения топлива регулируется на расстояние, меньшее, чем L1, посредством управления топливной форсункой по времени.

Далее, со ссылкой на фиг. 3A, она показывает график зависимости между жидким проникновением топлива и температурой цилиндра для среды впрыска постоянной плотности. Ось X представляет температуру смеси в цилиндре, а ось Y представляет длину или расстояние жидкого проникновения топлива. Может быть обнаружено, что жидкое проникновение топлива уменьшается с повышением температуры среды впрыска (например, повышением температуры в цилиндре).

Фиг. 3B показывает график жидкого проникновения факела распыла топлива в зависимости от плотности топлива при постоянной температуре. Ось X представляет плотность смеси в цилиндре, а ось Y представляет жидкое проникновение факела распыла топлива. График показывает, что жидкое проникновение факела распыла топлива возрастает с увеличением плотности в цилиндре. Поэтому, если плотность смеси в цилиндре находится на более высоком уровне, жидкость факела распыла топлива не может проникать в цилиндр также далеко, как когда плотность в цилиндре является более низкой, во время условий постоянной температуры. Следовательно, впрыск топлива может увеличиваться по времени при более высоких плотностях в цилиндрах, так что большее количество топлива может впрыскиваться, не сталкиваясь со стенками цилиндра. Таким образом, фиг. 3A-3B показывают, что плотность и температура смеси в цилиндре полезны для определения расстояния проникновения факела распыла топлива.

Далее, со ссылкой на фиг. 4, она показывает примерный способ восстановления устройства последующей очистки наряду с уменьшением вероятности топлива в масле. Способ по фиг. 4 описан в показателях одиночного цилиндра, но он может быть применен ко всем цилиндрам двигателя. Способ по фиг. 4 может храниться в качестве выполняемых команд в постоянной памяти контроллера 12, показанного на фиг. 1. Кроме того, способ по фиг. 4 может предусматривать рабочую последовательность, показанную на фиг. 3.

На этапе 401 способа 400 оценивают, требуется или нет восстановление устройства последующей очистки. В одном из примеров, устройство последующей очистки является дизельным сажевым фильтром (DPF). В еще одном примере, устройством последующей очистки является LNT. В примере, где устройством последующей очистки является DPF, по способу 400 делают вывод, что требуется восстановление DPF, когда падение давления на DPF больше, чем пороговое значение. Если по способу 400 делают вывод, что желательно восстановить DPF, ответом является «да», то способ 400 переходит на этап 402. Иначе, ответом является «нет», и способ 400 переходит на выход.

На этапе 402 способа 400 впрыскивают и осуществляют сжигание основного импульса впрыска топлива. Основной импульс впрыска топлива может впрыскиваться в цилиндр в течение такта сжатия цилиндра или в течение обоих тактов, сжатия и расширения. Кроме того, в некоторых примерах, контрольные впрыски предшествуют основному впрыску. Основной впрыск может происходить в течение такта сжатия, такта расширения или в течение обоих тактов, сжатия и расширения. Кроме того еще, в некоторых примерах, один или более впрысков, которые участвуют в сгорании в цилиндре в течение цикла цилиндра, могут впрыскиваться после основной величины впрыска топлива. Эти впрыски могут описываться в качестве впрысков после сгорания.

На этапе 404 способа 400 определяют количество топлива послевпрыска. Количество топлива послевпрыска является количеством топлива, определенным в мг/такт или подобных единицах. Количество топлива послевпрыска является количеством топлива, впрыснутым в одиночный цилиндр, и топливо, подаваемое в устройство последующей очистки, может впрыскиваться в один или более цилиндров. Топливо может впрыскиваться в каждый цилиндр группы цилиндров в течение некоторого периода времени после сгорания в цилиндре и до того, как закрывается выпускной клапан цилиндра.

В одном из примеров количество топлива послевпрыска является количеством топлива, впрыснутым в цилиндр после события сгорания в цилиндре и до того, как открываются впускные клапаны цилиндра. Величина или количество послевпрыска топлива определяется посредством таблицы определенных опытным путем значений, которые индексируются на основании скорости вращения и нагрузки двигателя. Дополнительно, топливо, впрыснутое после сгорания, может впрыскиваться в ответ на температуру устройства последующей очистки, чтобы величина впрыска топлива регулировалась для повышения или снижения температуры устройства последующей очистки. Способ 400 переходит на этап 406 после того, как определено требуемое количество топлива послевпрыска.

На этапе 406 способа 400 определяют массу в цилиндре, принимающем количество топлива послевпрыска в момент времени, когда топливо впрыскивается в цилиндр. В одном из примеров, масса в цилиндре определяется в зависимости от массового расхода воздуха в цилиндр, величины EGR в цилиндре, скорости вращения двигателя, давления на выпуске, коэффициента наполнения и количества топлива, впрыснутого в цилиндр перед сгоранием в цилиндре в течение цикла цилиндра (например, топлива, впрыснутого до послевпрыска). В частности, масса воздуха в цилиндре определяется по датчику массового расхода воздуха, масса EGR в цилиндре определяется по концентрации кислорода в воздухозаборнике, концентрации кислорода на выпуске, давлению во впускном коллекторе, температуре впускного коллектора, скорости вращения двигателя и массовому расходу воздуха в двигатель. В одном из примеров масса EGR определяется согласно следующему уравнению:

где O_2,int- концентрация кислорода на впуске, O_2,exh- концентрация кислорода на выпуске, и 20,95 - приближенное значение процентного содержания кислорода в воздухе. В еще одном примере величина EGR может определяться согласно следующему уравнению:

где m_air - масса воздуха, поступающего в двигатель, R - газовая постоянная, T_man - температура впускного коллектора, P_man- давление во впускном коллекторе, N - скорость вращения двигателя, V_{displ -} рабочий объем двигателя, и η_vol - коэффициент наполнения цилиндров.

Часть массы в цилиндре, приписываемая впрыснутому топливу, основана на массе топлива, которая впрыскивается до топлива послевпрыска. Количество топлива, впрыснутого до подвергнутого послевпрыску топлива, может определяться по требуемому количеству впрыска топлива для сгорания.

Масса в цилиндре дополнительно регулируется в ответ на коэффициент наполнения цилиндров двигателя. В одном из примеров коэффициент наполнения цилиндров двигателя оценивается на основании эмпирических данных, хранимых в таблицах или функциях в памяти контроллера. Данные коэффициента наполнения могут индексироваться на основании скорости вращения двигателя, нагрузки двигателя и установки фаз клапанного распределения двигателя. В качестве альтернативы, коэффициент наполнения может регулироваться на основании подвергнутого выборке или логически выведенного давления на выпуске. Плотность в цилиндре регулируется на основании определенного коэффициента наполнения цилиндров двигателя. Например, если коэффициент наполнения цилиндров двигателя определен уменьшенным, может определяться, что дополнительные остаточные газы находятся в цилиндрах, тем самым, повышая температуру в цилиндре и/или снижая плотность смеси в цилиндре. Коэффициент наполнения регулирует массу остаточных газов (например, внутренней EGR) в цилиндре, и в таком случае, масса топлива, масса воздуха и масса внешней EGR суммируются друг с другом, чтобы определять массу смеси в цилиндре. Способ 400 переходит на этап 408 после определения массы в цилиндре.

Вышеприведенный процесс определения массы в цилиндре применяется, если впрыск топлива происходит до EVO. Однако, если впрыск топлива происходит после EVO, вышеприведенная оценка массы смеси в цилиндре может уменьшаться в ответ на время после EVO, скорость вращения двигателя и изменение угла поворота коленчатого вала после EVO. В одном из примеров, изменение массы смеси в цилиндре регулируется на основании определенного опытным путем множителя, который хранится в памяти и индексируется согласно скорости вращения двигателя, времени после EVO и изменению угла поворота коленчатого вала после EVO. В альтернативном примере, плотность смеси в цилиндре может оцениваться посредством давления и температуры на выпуске согласно закону идеального газа, если впрыск топлива происходит после EVO. В частности, давление в цилиндре и давление на выпуске могут предполагаться в качестве равнозначных при определении плотности смеси в цилиндре.

На этапе 408 способа 400 оценивают температуру в цилиндре в момент времени, когда топливо впрыскивается для послевпрыска топлива в течение цикла цилиндра. В одном из примеров, температура в цилиндре определяется согласно следующим уравнениям:

где P - давление в цилиндре, V - объем цилиндра при специфичном угле поворота коленчатого вала, n - постоянная между 1,3 и 1,4, и C - постоянная. Постоянная C может приравниваться к давлению в цилиндре при некотором объеме цилиндра, чтобы могло формироваться следующее уравнение:

Решаем относительно отношения давлений:

Согласно закону идеального газа:

где m - количество молей газа, R - газовая постоянная, а T₁ и T₂ - температуры газа при P₁ V₁ и P₂ V₂. В частности, T₁ - температура при открывании выпускного клапана, V₁ - объем цилиндра при открывании выпускного клапана, V₂ - объем цилиндра на момент времени в такте выпуска, и T₂ - температура в цилиндре в течение такта выпуска. Вычитание дает:

и

которое при заданном T₁ может быть решено относительно T₂. T₁ может оцениваться посредством справочных таблиц, которые индексируются на основании скорости вращения и нагрузки двигателя. Способ 400 переходит на этап 410 после того, как оценена температура в цилиндре.

В оценке температуры в цилиндре по 408, температура T₁ имеет значение при или до EVO, и T₁ убывает в зависимости от времени после EVO, угла поворота коленчатого вала после EVO и ECT, когда впрыск топлива происходит после EVO. Величина, на которую уменьшается T₁ после EVO, может определяться опытным путем и сохраняться в памяти для более позднего использования. Настройка температуры T₁может индексироваться посредством времени после EVO, угла поворота коленчатого вала после EVO и ECT.

На этапе 410 способа 400 определяют установку момента начала впрыска топлива для количества топлива послевпрыска. В одном из примеров, установка момента начала впрыска топлива определяется опытным путем и сохраняется в таблице или функциях в памяти контроллера. Таблицы или функции могут индексироваться посредством скорости вращения двигателя, нагрузки двигателя, установки момента впрыска во время тактов впуска и сжатия, температуры двигателя и температуры всасываемого воздуха. Например, установка момента начала впрыска для впрыска топлива после сгорания может быть основана на количестве времени или градусов угла поворота коленчатого вала после окончания сгорания. Момент времени окончания сгорания может оцениваться на основании определенных опытным путем температур и давлений в цилиндрах. Когда многочисленные послевпрыски в цилиндр выдаются в течение одиночного цикла цилиндра, синхронизация начала впрыска для каждого послевпрыска топлива после первого послевпрыска топлива, происходит в момент времени начала впрыска, который является моментом времени окончания последнего события впрыска цилиндра плюс время, которое занимает, чтобы повторно открыть топливную форсунку. Установка момента начала впрыска топлива для каждого послевпрыска топлива определяется, и способ 400 переходит на этап 412. Вновь отметим, что послевпрыски топлива происходят после сгорания в цилиндре и до закрывания выпускного клапана.

На этапе 412 способа 400 определяют количество топлива послевпрыска, которое может впрыскиваться за одиночный впрыск без столкновения жидкого топлива в факеле распыла топлива со стенкой цилиндра. Как отмечено выше, требуемое количество топлива послевпрыска, определенное на этапе 404, может впрыскиваться в один или более цилиндров двигателя посредством множества впрысков топлива. Например, каждый цилиндр из ряда цилиндров может предусматривать два послевпрыска в течение четырех циклов цилиндра до тех пор, пока суммарное требуемое количество топлива послевпрыска не впрыснуто для восстановления DPF.

В одном из примеров, предельное значение количества для одного впрыска топлива, выдаваемого в цилиндр, определяется посредством отыскивания рассчитанных или определенных опытным путем величин впрыска топлива, которые хранятся в функциях или таблицах, которые индексируются посредством температуры смеси в цилиндре, плотности в цилиндре и содержания биотоплива во впрыснутом топливе. В одном из примеров, количество топлива послевпрыска выражается в виде:

где Q_post,max - максимальное количество топлива послевпрыска для одиночного события впрыска после сгорания и до закрывания выпускного клапана, ρ - плотность смеси в цилиндре в зависимости от угла поворота коленчатого вала, T - температура газовой смеси в цилиндре в зависимости от угла поворота коленчатого вала. Плотность в цилиндре основана на массе в цилиндре и объеме цилиндра. В некоторых вариантах осуществления, заключительный угол поворота коленчатого вала количества топлива послевпрыска может оцениваться и повторно регулироваться, так чтобы количество послевпрыска могло определяться на основании плотности и температуры в цилиндре в конце установки момента впрыска. Таким образом, в одном из примеров, величина послевпрыска топлива основана в конце установки момента послевпрыска топлива.

На этапе 414 способа 400 впрыскивают как можно больше максимальных величин послевпрыска, как определено на этапе 410, в течение цикла цилиндра, ограниченных количеством топлива послевпрыска на этапе 404. Если количество топлива послевпрыска не может впрыскиваться в течение стольких впрысков топлива, сколько может быть предусмотрено в цикле цилиндра, оставшееся топливо разделяется между всеми послевпрысками в течение данного цикла цилиндра. Таким образом, для данного цилиндра в течение данного цикла есть целевое или требуемое количество послевпрыска топлива, заданное в мг. Целевое или требуемое количество послевпрыска топлива разбивается на многочисленные импульсы после сгорания в цилиндре и до EVC. Какое-либо количество оставшегося топлива определяется посредством уравнений, которые вычитают максимально количество послевпрыска топлива для данного импульса из целевого или требуемого суммарного количества послевпрыска топлива для одного цилиндра и одного цикла. Эта операция выполняется повторно до тех пор, пока больше нет топлива или больше нет импульсов, имеющихся в распоряжении. Поскольку должно достигаться требуемое количество послевпрыска топлива, оставшееся топливо разделяется между импульсами. Например, любое оставшееся топливо, которое не соответствует количеству времени между окончанием сгорания в цилиндре и EVC, добавляется к количеству впрыска каждого впрыска топлива после сгорания в цилиндре и до EVC. Такая операция может минимизировать вероятность смачивания стенки. Например, в одном из примеров, требуемое количество топлива послевпрыска может адаптироваться посредством следующих уравнений:

где Q_post - требуемое количество топлива послевпрыска, как определено на этапе 404, где Q_inj - количество топлива, впрыснутого во время самого последнего отдельного послевпрыска топлива, и где Q_rem - остаток, являющийся результатом вычитания количества самого последнего впрыска топлива из требуемого количества топлива послевпрыска. Способ 400 переходит на выход после того, как послевпрыски топлива для цикла цилиндра запланированы и/или впрыснуты.

Таким образом, способ по фиг. 4 предусматривает способ восстановления устройства последующей очистки выхлопных газов, включающий в себя этапы, на которых: осуществляют сгорание в цилиндре двигателя в течение цикла цилиндра; впрыскивают некоторое количество топлива в импульсе впрыска топлива после события сгорания в цилиндре и до закрывания выпускного клапана в течение цикла цилиндра, количество топлива в импульсе впрыска топлива регулируют по плотности газовой смеси в цилиндре; и восстанавливают устройство последующей очистки посредством количества топлива. Способ включает в себя этапы, на которых плотность регулируют по количеству выхлопных газов в цилиндре перед выполнением сгорания в цилиндре двигателя в течение цикла цилиндра. Способ также включает в себя этапы, на которых плотность регулируют по количеству топлива, впрыснутого в цилиндр, которое участвует в сгорании в течение цикла цилиндра.

В некоторых примерах, способ дополнительно содержит выдачу дополнительных впрысков топлива в цилиндр в течение цикла цилиндра после события сгорания и до закрывания выпускного клапана в течение цикла цилиндра, и регулирование количества топлива в импульсе впрыска топлива в ответ на температуру газовой смеси в цилиндре. Способ включает в себя этап, на котором импульс впрыска топлива является одним из множества импульсов топлива, которые суммируются в требуемое количество топлива послевпрыска для восстановления устройства последующей очистки, и дополнительно включает в себя этап, на котором регулируют количество топлива в импульсе впрыска топлива в ответ на количество воздуха в цилиндре, введенного в цилиндр. Способ дополнительно включает в себя этап, на котором регулируют количество топлива в импульсе впрыска топлива в ответ на коэффициент наполнения цилиндров двигателя. Способ включает в себя этап, на котором количество впрыснутого топлива является меньшим, чем количество впрыснутого топлива, которое приводит к столкновению жидкого топлива со стенкой цилиндра. Способ дополнительно включает в себя этап, на котором количество топлива в импульсе впрыска топлива регулируют в ответ на оцененную температуру в цилиндре в момент времени, когда впрыскивают количество топлива при впрыске топлива.

Способ по фиг. 4 также предусматривает восстановление устройства последующей очистки выхлопных газов, включающее в себя этапы, на которых: осуществляют сгорание в цилиндре двигателя в течение цикла цилиндра; впрыскивают некоторое количество топлива в импульсе впрыска топлива после сгорания в цилиндре и до закрывания выпускного клапана в течение цикла цилиндра, количество топлива в импульсе впрыска топлива регулируют по коэффициенту наполнения цилиндра; и восстанавливают устройство последующей очистки посредством количества топлива. Таким образом, количество подвергаемого послевпрыску топлива учитывает изменение коэффициента наполнения цилиндров двигателя, которое может изменять проникновение жидкого топлива в цилиндр.

Способ дополнительно включает в себя дополнительные этапы, на которых впрыскивают топливо в цилиндр в течение цикла цилиндра после сгорания и до закрывания выпускного клапана в течение цикла цилиндра, и регулируют количество топлива, впрыснутого в импульсе впрыска топлива, в ответ на температуру газовой смеси в цилиндре. Способ включает в себя этапы, на которых импульс впрыска топлива является одним из множества импульсов топлива, которые суммируются в требуемое количество топлива послевпрыска для восстановления устройства последующей очистки. Способ дополнительно включает в себя этап, на котором регулируют последующий импульс впрыска топлива, который впрыскивают в цилиндр после сгорания и до закрывания выпускного клапана в цилиндре в течение следующего цикла цилиндра, следующий импульс впрыска топлива основан на количестве топлива, оставшегося для впрыска, которое, когда добавлено к количеству топлива, уже впрыснутого, равняется требуемому количеству послевпрыска. Способ включает в себя этапы, на которых коэффициент наполнения цилиндра оценивают на основании скорости вращения и нагрузки двигателя. Способ включает в себя этапы, на которых коэффициент наполнения дополнительно основан на установке фаз кулачкового распределения. Способ дополнительно включает в себя этапы, на которых уменьшают требуемое количество топлива послевпрыска на основании количества топлива в импульсе впрыска топлива и повторное дополнительно уменьшают требуемое количество топлива послевпрыска на основании топлива, впрыснутого в цилиндр, после впрыскивания количества топлива в импульсе впрыска топлива.

Как следует принимать во внимание рядовым специалистам в данной области техники, способ, описанный на фиг. 4, может представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, различные проиллюстрированные этапы или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения целей, признаков и преимуществ, описанных в материалах настоящего описания, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Хотя не проиллюстрировано явным образом, рядовым специалистам в данной области техники следует понимать, что одни или более из проиллюстрированных этапов, способов или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии.

Это завершает описание. Прочтение его специалистами в данной области техники напомнило бы многие изменения и модификации, не выходящие из сущности и объема описания. Например, одноцилиндровый двигатель, рядные двигатели I2, I3, I4, I5 и V-образные двигатели V6, V8, V10, V12 и V16, работающие на природном газе, бензине, дизельном топливе или альтернативных топливных конфигурациях, могли бы использовать настоящее описание для получения преимущества.

Реферат

Изобретение относится к способам и системам для восстановления устройства последующей очистки. Способ восстановления включает в себя этапы, на которых осуществляют сгорание в цилиндре двигателя в течение цикла цилиндра, впрыскивают некоторое количество топлива в импульсе впрыска топлива после события сгорания в цилиндре и до закрывания выпускного клапана в течение цикла цилиндра посредством контроллера, причем количество топлива в импульсе впрыска топлива регулируют по плотности газовой смеси в цилиндре, а проникновение в цилиндр импульса впрыска топлива регулируют по коэффициенту наполнения цилиндра и восстанавливают устройство последующей очистки посредством количества топлива. Техническим результатом является уменьшение внедрения топлива в масло. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула