Способ подачи тепловой энергии в устройство для нейтрализации отработавших газов, размещенное в выпускном тракте двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к способу подачи тепловой энергии в устройство для нейтрализации отработавших газов. Способ подачи тепловой энергии в устройство для нейтрализации отработавших газов (2), размещенное в выпускном тракте двигателя внутреннего сгорания, в особенности дизельного двигателя, путем подогрева отработавших газов, набегающих на устройство для нейтрализации отработавших газов (2) до требуемой температуры. Отработавшие газы, выброшенные двигателем внутреннего сгорания, нагревают до требуемой температуры путем конверсии углеводородов, дозировано подаваемых в выпускной тракт, на двух окислительных нейтрализаторах (7, 10), размещенных по направлению потока отработавших газов один за другим. Ближайший по направлению потока отработавших газов двигателя внутреннего сгорания первый окислительный нейтрализатор (10) размещен во вспомогательном канале (4), а расположенный после него второй окислительный нейтрализатор (7) размещен в выпускном тракте за местом слияния основного и вспомогательного каналов выпуска отработавших газов (3 и 4). В зависимости от массы общего потока отработавших газов, выброшенного двигателем внутреннего сгорания, фактической температуры и требуемой температуры потока отработавших газов, набегающего на устройство для нейтрализации отработавших газов (2), с помощью управляющей величины, соответствующей текущим условиям или близкой к ним и полученной из параметрического поля управления, учитывающего характеристики потока отработавших газов и требуемое увеличение температуры, регулируют подачу углеводородов для впрыска их во вспомогательный канал (4) в поток отработавших газов перед первым окислительным нейтрализатором (10) и (или) в массовый поток отработавших газов, протекающий по вспомогательному каналу (4). Повторяющимся образом регистрируют фактическую температуру отработавших газов, набегающих на устройство для нейтрализации отработавших газов (2). При обнаружении разницы между фактической температурой и требуемой температурой изменяют параметры подачи углеводородов и (или) массового потока отработавших газов, протекающего сквозь вспомогательный канал (4), для достижения требуемой температуры, причем операции по мониторингу температуры повторяют до тех пор, пока требуемая температура не будет достигнута. Техническим результатом изобретения является обеспечение эффективной нейтрализации отработавших газов путем повышения температуры выхлопных газов, поступающих на устройство для нейтрализации. 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение касается способа подачи тепловой энергии в устройство для нейтрализации отработавших газов, размещенное в выпускном тракте двигателя внутреннего сгорания, в особенности дизельного двигателя, путем подогрева отработавших газов, поступающих на устройство для нейтрализации отработавших газов, до ТРЕБУЕМОЙ температуры, причем при этом способе отработавшие газы, выброшенные двигателем внутреннего сгорания, нагреваются до ТРЕБУЕМОЙ температуры путем конверсии углеводородов, дозировано подаваемых в выпускной тракт, на двух окислительных нейтрализаторах, размещенных по направлению истечения отработавших газов один за другим, причем ближайший по направлению истечения отработавших газов двигателя внутреннего сгорания первый окислительный нейтрализатор размещен во вспомогательном канале, а расположенный после него второй окислительный нейтрализатор размещен в выпускном тракте за местом слияния основного и вспомогательного каналов выпуска отработавших газов.

Двигатели внутреннего сгорания, в настоящее время в особенности дизельные двигатели располагают устройствами для снижения вредных или нежелательных выбросов, размещенными в выпускном тракте. В случае одного их подобных устройств речь, к примеру, может идти об окислительном нейтрализаторе, сажевом фильтре и (или) ступени нейтрализации системы SCR. Сажевый фильтр предназначен для улавливания частиц сажи, выбрасываемых двигателем внутреннего сгорания. На поверхности сажевого фильтра, обращенной к потоку отработавших газов, скапливаются частички сажи, переносимые отработавшими газами. Для того°°°° чтобы из-за последовательного накопления сажи противодавление в системе выпуска отработавших газов не увеличивалось слишком сильно и (или) не возникала опасность засорения фильтра, при достаточном накоплении сажи в сажевом фильтре запускается процесс регенерации фильтра. При таком процессе регенерации скопившаяся в фильтре сажа выжигается (окисляется). По завершении такого процесса окисления сажи сажевый фильтр регенерирован. Остаются только негорючие частички золы. Для того чтобы окисление сажи происходило, сажа должна иметь определенную температуру. Как правило, эта температура составляет приблизительно 600°C. Температура, при которой начинается такое окисление сажи, может быть ниже, например, если температура окисления снижена путем добавления присадки и (или) в результате образования NO₂. Когда сажа имеет температуру ниже температуры окисления, для запуска процесса регенерации необходимо подать тепловую энергию, чтобы таким образом можно было активным способом запустить регенерацию. Активная регенерация может быть запущена за счет мер, принимаемых внутри двигателя, путем изменения процесса сгорания топлива для того, чтобы отработавшие газы имели более высокую температуру. Во многих вариантах применения, в первую очередь в сфере, не связанной с дорожным движением, предпочитают, однако, использование мер, принимаемых после выхода отработавших газов из двигателя, для осуществления активной регенерации. Во многих случаях оказать влияние на процессы, протекающие внутри двигателя, в рамках нейтрализации отработавших газов невозможно.

Из патента DE 202009005251 U1 известна система нейтрализации отработавших газов, в которой для целей активного запуска регенерации сажевого фильтра, выпускной тракт разделен на основной и вспомогательный каналы выпуска отработавших газов. Во вспомогательный канал встроена каталитическая горелка, с помощью которой часть потока отработавших газов, протекающая по вспомогательному каналу, нагревается, а затем соединяется с частью потока отработавших газов, текущей по основному каналу, так что таким образом смешавшийся массовый поток отработавших газов имеет значительно более высокую температуру. Повышение температуры потока отработавших газов производится с целью нагрева сажи, скопившейся на стороне сажевого фильтра, обращенной к потоку отработавших газов, до температуры, достаточной для запуска процесса регенерации. В качестве каталитической горелки служит размещенный во вспомогательном канале окислительный нейтрализатор с установленным перед ним устройством для впрыска углеводородов. Для управления потоком отработавших газов, протекающим по вспомогательному каналу, в основном канале имеется заслонка для регулировки потока отработавших газов, с помощью которой может регулироваться свободное пропускное сечение основного канала. Для целей подогрева окислительного нейтрализатора, встроенного во вспомогательный канал, до его рабочей температуры, т.е. такой температуры, начиная с которой на каталитической поверхности осуществляется необходимая экзотермическая конверсия углеводородов, перед ним расположен термоэлектрический нагревательный элемент. Он включается, когда этот окислительный нейтрализатор необходимо подогреть до его рабочей температуры. В этом документе также описывается, что каталитическая горелка, расположенная во вспомогательном канале, может орошаться избыточным количеством углеводородов, чтобы таким способом подать их на второй окислительный нейтрализатор, расположенный по направлению потока отработавших газов непосредственно перед сажевым фильтром, для того, чтобы углеводороды могли вступать в такую же экзотермическую реакцию на каталитической поверхности этого второго окислительного нейтрализатора. Таким образом, в случае этой известной системы нейтрализации отработавших газов может осуществляться двухступенчатый подогрев отработавших газов. Вытекающие из второго окислительного нейтрализатора отработавшие газы в таком случае имеют необходимую температуру, чтобы нагреть сажу, накопившуюся на обращенной к потоку отработавших газов стороне сажевого фильтра, до такой степени, что сажа окисляется.

Равным образом может быть желательно повышать температуру другого устройства для нейтрализации отработавших газов, например, окислительного нейтрализатора или ступени SCR, чтобы быстрее доводить его до рабочей температуры.

Исходя из этого рассматриваемого уровня техники, в основу изобретения положена задача предложить способ, с помощью которого в первую очередь при динамическом режиме работы двигателя внутреннего сгорания, например дизельного двигателя транспортного средства, в течение короткого времени и в значительной степени независимо от постоянно меняющихся условий в выпускном тракте, например, таких как изменяющийся массовый поток отработавших газов, можно было бы целенаправленно запустить процесс регенерации сажевого фильтра.

Согласно изобретению эта задача решается способом с признаками согласно ограничительной части независимого пункта формулы изобретения 1, при котором:

- в зависимости от массы общего потока отработавших газов, выброшенных двигателем внутреннего сгорания, ФАКТИЧЕСКОЙ температуры и ТРЕБУЕМОЙ температуры отработавших газов, набегающих на устройство для нейтрализации отработавших газов, с помощью управляющей величины, соответствующей текущим условиям или близкой к ним и полученной из параметрического поля управления, учитывающего характеристики потока отработавших газов и требуемое увеличение температуры, регулируют подачу углеводородов во вспомогательный канал в поток отработавших газов перед первым окислительным нейтрализатором и/(или) в массовый поток отработавших газов, протекающий по вспомогательному каналу,

- повторно регистрируют ФАКТИЧЕСКУЮ температуру отработавших газов, набегающих на устройство для нейтрализации отработавших газов, и

- при обнаружении разницы между ФАКТИЧЕСКОЙ температурой и ТРЕБУЕМОЙ температурой изменяют параметры подачи углеводородов и (или) массового потока отработавших газов, протекающего сквозь вспомогательный канал, для достижения ТРЕБУЕМОЙ температуры, причем операции по мониторингу температуры повторяют до тех пор, пока ТРЕБУЕМАЯ температура не будет достигнута.

При этом способе учитывают текущие условия в пределах выпускного тракта отработавших газов с точки зрения протекающей через него массы отработавших газов, и состояние устройства для нейтрализации отработавших газов, например температуру отработавших газов, набегающих на сажевый фильтр. При этом исходят из того, что устройство для нейтрализации отработавших газов имеет приблизительно такую температуру, какую имеет поток отработавших газов, набегающих на устройство для нейтрализации отработавших газов. На первом этапе определяют массовый поток отработавших газов, который выбрасывает двигатель внутреннего сгорания. Кроме того, определяют упомянутую ранее ФАКТИЧЕСКУЮ температуру. Эти данные необходимы для того, чтобы с учетом ТРЕБУЕМОЙ температуры - той температуры, которую должны иметь отработавшие газы, набегающие на устройство для нейтрализации отработавших газов, - управлять подачей тепловой энергии. У сажевого фильтра ТРЕБУЕМОЙ температурой должна бы быть такая температура, которая требуется для целей запуска процесса регенерации фильтра. Для того чтобы поток отработавших газов, набегающий на устройство для нейтрализации отработавших газов, в максимально короткое время можно было довести до ТРЕБУЕМОЙ температуры на стороне набегания потока относительно устройства, выполняют первую регулировку параметров, влияющих на процесс нагревания потока отработавших газов - регулировку подачи углеводородов на первый окислительный нейтрализатор, а также регулировку массового потока отработавших газов, пропускаемого через него во вспомогательном канале - с помощью управляющей величины, взятой из сохраненного для этих целей параметрического поля управления. Из параметрического поля сохраненных управляющих величин выбирают такую управляющую величину, которая соответствует текущим значениям (общий массовый поток отработавших газов и требуемое увеличение температуры), или же, если такая управляющая величина не сохранена, ближайшую к ней величину. Если управляющая величина в параметрическом поле отсутствует, то ее значение определяют путем интерполяции значений имеющихся управляющих величин, окружающих эту управляющую величину. Если необходимая управляющая величина лежит за пределами параметрического поля, то может, либо применяться метод экстраполяции, либо использоваться последняя управляющая величина, сохраненная в параметрическом поле. В случае управляющей величины, полученной путем интерполяции или экстраполяции, с ее помощью настраивают режимные параметры для эксплуатации каталитической горелки. Применение такого параметрического поля управления позволяет выполнять целенаправленную регулировку параметров, оказывающих решающее влияние на увеличение температуры, благодаря чему не только сокращается время, необходимое для достижения ТРЕБУЕМОЙ температуры, но и это увеличение температуры может быть достигнуто ресурсосберегающим способом. Наконец, благодаря такой мере можно исключить излишний нагрев и тем самым лишний расход топлива (расход углеводородов).

ФАКТИЧЕСКУЮ температуру повторяющимся образом регистрируют на стороне выхода относительно второго окислительного нейтрализатора. Эта температура представляет собой ту температуру, которой обладает поток отработавших газов при набегании на устройство для нейтрализации отработавших газов. Таким способом можно контролировать достигнутое увеличение температуры. Когда в рамках этого мониторинга обнаруживают разницу между ФАКТИЧЕСКОЙ и ТРЕБУЕМОЙ температурами, то дозировку углеводородов и (или) массовый поток отработавших газов, протекающий по вспомогательному каналу, соответствующим образом изменяют. Если в результате регулирования с помощью управляющей величины параметрического поля необходимое увеличение температуры не наступило, и таким образом ТРЕБУЕМАЯ температура еще не достигнута, может быть, например, увеличена дозировка углеводородов, чтобы достичь большего нагрева. С другой стороны, дозировка углеводородов может быть уменьшена, если ФАКТИЧЕСКАЯ температура значительно выше, чем ТРЕБУЕМАЯ температура.

Путем повторяющейся регистрации ФАКТИЧЕСКОЙ температуры после предварительной регулировки можно контролировать не только управляющие величины, сохраненные в параметрическом поле управления. Помимо этого с помощью такого мероприятия немедленно учитываются изменения, в первую очередь касающиеся массового потока отработавших газов, протекающего по выпускному тракту, произошедшие с момента существования условий, положенных в основу определения управляющей величины, например, в результате динамического режима работы двигателя внутреннего сгорания. Прежде всего, это действительно в случае динамического режима работы холодного двигателя внутреннего сгорания, когда в результате изменения рабочего режима массовый поток отработавших газов увеличивается, и в этом отношении оказывает охлаждающее действие. В таком случае подачу углеводородов следовало бы соответствующим образом увеличить.

Операции по контролю или регистрации ФАКТИЧЕСКОЙ температуры и сравнению ее с ТРЕБУЕМОЙ температурой, что в рамках этого воплощения изобретения именуется мониторингом температуры, повторяют или осуществляют непрерывно до тех пор, пока не будет достигнута ТРЕБУЕМАЯ температура. Предпочтительным, однако, является исполнение, при котором в течение определенного промежутка времени осуществляют контроль поддержания ТРЕБУЕМОЙ температуры. В случае сажевого фильтра, используемого в качестве устройства для нейтрализации отработавших газов, мониторинг температуры обычно проводят в течение всего процесса регенерации для того, чтобы он протекал надлежащим образом.

Преимуществом такого способа является двухступенчатый подогрев, поскольку он позволяет применять различные исполнения окислительных нейтрализаторов. Таким образом, окислительный нейтрализатор, размещенный во вспомогательном канале, может иметь существенно меньшие размеры, чем находящийся в основном канале. Следовательно, каталитическая горелка, размещенная во вспомогательном канале, служит для подогрева каталитической горелки, обычно большей по размеру, размещенной в основном канале, чтобы разогреть эту горелку до ее рабочей температуры. Также, что предусмотрено в предпочтительном исполнении, размещенный во вспомогательном канале окислительный нейтрализатор может иметь большее содержание драгоценных металлов-катализаторов, чем расположенный за ним второй окислительный нейтрализатор. Это создает преимущество в издержках производства.

Последующий контроль повышения температуры, достигнутого в результате регулирования управляющей величиной из параметрического поля управления, как правило, используют для того, чтобы в том случае, если в ходе этого процесса параметры регулирования корректировались, сохранить эти новые параметры регулирования в качестве новой управляющей величины или в качестве управляющей величины, заменяющей имевшуюся прежде управляющую величину, в параметрическом поле управления. Такой способ носит затем характер самообучающейся системы, благодаря чему обусловленные системой изменения, например, вследствие старения окислительного нейтрализатора или подобного ему устройства, автоматически компенсируются. Одновременно этим путем создается возможность в течение срока эксплуатации двигателя внутреннего сгорания применить в параметрическом поле управления, в котором изначально было только небольшое количество управляющих величин, большее количество управляющих величин, или, в качестве альтернативы, скорректировать управляющие величины, имеющиеся в параметрическом поле.

Общий массовый поток отработавших газов, который выбрасывается двигателем внутреннего сгорания, при наличии интерфейса для коммуникации с системой управления двигателя или возможности его создания, можно определить или предоставить через функции «нагрузка» и «частота вращения двигателя». К примеру, нагрузку можно определить по всасываемому количеству воздуха. В качестве альтернативы, или в дополнение к этому, общий массовый поток отработавших газов можно также определить, подогрев его с помощью определенного количества энергии, а затем определив увеличение температуры, достигнутое с помощью этого количества энергии. Количество энергии, поданной в массовый поток отработавших газов, пропорционально увеличению температуры, которое может быть достигнуто за счет этой энергии. Поэтому можно простым способом рассчитать массовый поток отработавших газов, если известны поданное количество энергии и вызванное этим количеством энергии увеличение температуры. Само собой разумеется, что при таком расчете при определении увеличения температуры учитывают поправочные коэффициенты, например, такие как охлаждение на определенном участке потока или подобные ему. Такое исполнение в особенности подходит в качестве решений по дооборудованию или для таких применений, в которых интерфейс к системе управления двигателя отсутствует или не может быть создан.

Чтобы иметь возможность использовать способ и тогда, когда размещенный во вспомогательном канале окислительный нейтрализатор еще не достиг своей рабочей температуры, согласно примеру исполнения предусмотрено разместить перед окислительным нейтрализатором термоэлектрический нагревательный элемент. Этот элемент предназначен для предварительного подогрева потока отработавших газов, текущего по вспомогательному каналу, в результате чего затем нагревается окислительный нейтрализатор, размещенный после нагревательного элемента. Предварительный подогрев окислительного нейтрализатора может осуществляться при постоянной тепловой мощности нагревательного элемента и переменном массовом потоке отработавших газов, или же при переменной тепловой мощности нагревательного элемента и постоянном массовом потоке отработавших газов.

Само собой разумеется, что описанное ранее определение общего массового потока отработавших газов путем анализа увеличения температуры при подаче определенного количества энергии может быть осуществлено как в случае применения окислительного нейтрализатора и соответствующей дозировки углеводородов, так и с таким электрическим нагревательным элементом. Предпочтительным для этих целей является применение термоэлектрического нагревательного элемента, поскольку определить общий массовый поток отработавших газов можно независимо от того, нагрелся ли уже окислительный нейтрализатор до своей рабочей температуры или выше нее, или нет. Кроме того, количество поданной энергии в случае такого нагревательного элемента можно определить точнее, что связано с тем, что на подогрев потока отработавших газов влияет меньше факторов, чем в случае, когда для этих целей использовалась бы каталитическая горелка, размещенная во вспомогательном канале.

С помощью подходящего устройства управления регулируют массовый поток отработавших газов, направляемый во вспомогательный канал. При этом, например, речь может идти о заслонке для регулировки потока отработавших газов, размещенной в основном канале. Само собой разумеется, что вместо заслонки для регулировки потока отработавших газов могут применяться регулируемые дроссели, клапаны или подобные им устройства. Такое же устройство может быть также размещено и во вспомогательном канале или в обоих каналах.

Этот способ обычно применяют тогда, когда поток отработавших газов еще не достиг температуры, необходимой для самостоятельной регенерации сажевого фильтра, следовательно, в первую очередь при низкой температуре отработавших газов, т.е. примерно при такой температуре, какую отработавшие газы имеют после пуска двигателя, на холостом ходу или при низкой нагрузке.

Согласно предпочтительному воплощению способа окислительный нейтрализатор, размещенный во вспомогательном канале, имеет более низкую рабочую температуру, чем второй окислительный нейтрализатор, размещенный в основном канале. Его преимущество заключается в том, что способ можно использовать при более низких температурах, а именно, без необходимости наличия во втором окислительном нейтрализаторе, который, с учетом его размеров, размещен перед устройством для нейтрализации отработавших газов, например, перед сажевым фильтром, особенно высокого содержания катализатора. Само собой разумеется, что в случае упомянутого выше второго окислительного нейтрализатора речь может идти об устройстве для нейтрализации отработавших газов, которое необходимо нагреть до ТРЕБУЕМОЙ температуры. Это создает существенное преимущество в издержках производства. Чтобы получить для окислительного нейтрализатора более низкую рабочую температуру, нейтрализатор должен содержать соответствующее большое количество драгоценного металла-катализатора. При этой реализации способа, его должен содержать только окислительный нейтрализатор, размещенный во вспомогательном канале, который, в свою очередь, с точки зрения его конструктивного размера относительно небольшой. Относительно компактное с точки зрения конструктивного размера исполнение первого окислительного нейтрализатора является к тому же предпосылкой того, что он может быть доведен до своей рабочей температуры быстрее, поскольку требуется нагреть меньшую массу.

Подача углеводородов на второй окислительный нейтрализатор предпочтительно осуществляется за счет подачи углеводородов на первый окислительный нейтрализатор. При этом используют то обстоятельство, что на первом окислительном нейтрализаторе может конвертироваться только определенное количество углеводородов. Это означает, что в случае передозировки - так называемого избыточного впрыска - углеводороды выходят из первого окислительного нейтрализатора в не конвертированном виде и в качестве топлива могут подаваться на второй окислительный нейтрализатор. Как правило, предусмотрено, что такой избыточный впрыск осуществляют только тогда, когда второй окислительный нейтрализатор достигает своей рабочей температуры. Контролировать это можно, к примеру, с помощью датчика температуры, который размещен перед вторым окислительным нейтрализатором на небольшом расстоянии от него. Предпочтительным образом подачу углеводородов и регулирование массового потока отработавших газов для подачи углеводородов на второй окислительный нейтрализатор осуществляют так, чтобы углеводороды поступали на него в газообразном виде и необходимая реакция на каталитической поверхности запускалась самопроизвольно. Кроме того, это способствует равномерному распределению углеводородов, подаваемых ко второму окислительному нейтрализатору, по его активной поверхности.

Нагревательный элемент, размещенный перед первым окислительным нейтрализатором, целесообразно используют также для того, чтобы испарить на нем углеводороды, впрыснутые во вспомогательный канал, чтобы таким способом и на первый окислительный нейтрализатор углеводороды подавались в газообразном виде. Благодаря этому не только увеличивается скорость протекания реакции, но и это способствует также равномерному распределению углеводородов по поверхности окислительного нейтрализатора. Кроме того, при таком переводе поданных углеводородов в удобную для реакции форму до их контакта с окислительным нейтрализатором предупреждаются потери тепловой энергии, с которыми пришлось бы считаться при попадании капель жидкости на каталитическую поверхность. Тем самым коэффициент полезного действия окислительного нейтрализатора существенно повышается. При таком исполнении дозированный впрыск углеводородов целесообразно осуществлять на нагревательный элемент фронтально. Когда первый окислительный нейтрализатор достаточно разогрет, нагревательный элемент может выключаться, поскольку тогда самопроизвольное испарение на окислительном нейтрализаторе осуществляется и без этого. При таком исполнении целесообразно управлять нагревательным элементом, изменяя его мощность, а также, в особенности, независимо от потока отработавших газов, текущего по вспомогательному каналу. Как следствие, впрыск углеводородов после выхода отработавших газов из двигателя имеет не только высокую эффективность, сравнимую с подачей углеводородов внутрь двигателя, но и дополнительно, в таком случае предупреждается разжижение масла углеводородами.

Для применения описанного способа, перед задействованием первого окислительного нейтрализатора целесообразно направить поток отработавших газов, выбрасываемый двигателем внутреннего сгорания, по меньшей мере, частично, через вспомогательный канал, с целью предварительного подогрева этого нейтрализатора. Целесообразно также, по окончании рабочей фазы окислительного нейтрализатора, установленного во вспомогательный канал, для целей продувки направлять отработавшие газы, выбрасываемые двигателем внутреннего сгорания, через вспомогательный канал. Во-первых, это делается с той целью, чтобы окислительный нейтрализатор с помощью протекающих сквозь него, и относительно холодных, по сравнению с его температурой, отработавших газов охлаждался и не перегревался. Кроме того, из вспомогательного канала удаляются углеводороды, которые при некоторых обстоятельствах могли в нем остаться. Описанная продувка предпочтительно проводится непосредственно после каталитической фазы работы первого окислительного нейтрализатора. Тогда окислительный нейтрализатор имеет еще достаточно высокую температуру для того, чтобы содержащиеся во вспомогательном канале углеводороды реагировали на нем и таким образом не вытекали из него в виде углеводородов. Таким образом, благодаря этому оказывается противодействие возможной утечке углеводородов в атмосферу.

Другие преимущества и воплощения изобретения вытекают из последующего описания примера исполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи. На чертежах показано:

Фиг.1. Схематическое изображение системы для нейтрализации отработавших газов.

Фиг.2. Диаграмма, отображающая характеристики температуры в различных точках в пределах системы для нейтрализации отработавших газов в ходе испытания по методике испытаний на переходных режимах для внедорожных самоходных машин (NRTC).

Фиг.3. Диаграмма, отображающая характеристики температуры в различных точках в пределах системы для нейтрализации отработавших газов в ходе испытания по циклу переменных режимов (WHTC) гармонизированной международной процедуры испытаний двигателей большегрузных автомобилей.

Фиг.4. Схематическое изображение, сводящее воедино результаты испытаний, показанных на фигурах 2 и 3.

Система для нейтрализации отработавших газов 1 установлена за дизельным двигателем транспортного средства. Сам дизельный двигатель на фиг.1 не показан.

В качестве устройства для нейтрализации отработавших газов система нейтрализации отработавших газов 1 располагает, помимо прочего, сажевым фильтром 2. Перед сажевым фильтром 2 тракт потока отработавших газов системы нейтрализации отработавших газов 1 разделен на основной канал 3 и вспомогательный канал 4. Основной канал 3 представляет собой часть самого тракта потока отработавших газов, тогда как вспомогательный канал 4 устроен по типу перепускного канала. На показанном примере исполнения свободное пропускное сечение в основном канале 3 и во вспомогательном канале 4 одинаковое. Равным образом возможны разновидности воплощения, при которых свободное пропускное сечение во вспомогательном канале 4 меньше или же больше, чем в основном канале 3. Тракт потока отработавших газов разветвляется в точке, обозначенной позицией 5, на основной канал 3 и вспомогательный канал 4. В позиции 6 вспомогательный канал 4 снова впадает в основной канал 3. За позицией 6 расположен сажевый фильтр 2. Непосредственно перед ним расположен окислительный нейтрализатор 7.

Для целей регулирования массового потока отработавших газов, который должен протекать через вспомогательный канал 4, служит заслонка для регулировки потока отработавших газов 8, размещенная в показанном примере исполнения в основном канале 3. Во вспомогательном канале 4 размещена каталитическая горелка 9. Каталитическая горелка 9 содержит окислительный нейтрализатор 10 и расположенное в направлении течения отработавших газов перед ним устройство для впрыска углеводородов 11 для дозированной подачи углеводородов во вспомогательный канал 4. В показанном примере исполнения перед окислительным нейтрализатором 10, в его корпусе, установлен нагревательный элемент 12. Для упрощения электрический разъем нагревательного элемента 12 не показан, так же как и подсоединение устройства для впрыска углеводородов 11 к системе питания дизельного двигателя.

Система нейтрализации отработавших газов 1 показанного примера исполнения располагает четырьмя датчиками температуры 13, 13.1, 13.2, 13.3. Датчик температуры 13 размещен перед разветвлением 5. Датчик температуры 13.1 служит для регистрации температуры отработавших газов на выходе из окислительного нейтрализатора 10. Датчик температуры 13.2 расположен на стороне входа относительно окислительного нейтрализатора 7, а датчик температуры 13.3 - на стороне выхода относительно этого нейтрализатора. Датчики температуры могут быть также частично заменены путем применения температурных моделей, например датчики температуры 13 и (или) 13.2.

В направлении потока отработавших газов, выбрасываемых дизельным двигателем, с помощью заслонки для регулировки потока отработавших газов 8, массовый поток отработавших газов, протекающий по вспомогательному каналу 4, который должен быть направлен через ближний к дизельному двигателю, первый окислительный нейтрализатор 10 может регулироваться. Отработавшие газы, нагреваемые во время работы каталитической горелки 9, смешиваются с отработавшими газами, текущими по основному каналу 3, после слияния обоих каналов 3, 4, перед окислительным нейтрализатором 7, так что поток отработавших газов, набегающий на окислительный нейтрализатор 7, имеет температуру смешения, определяемую соответствующими долями частей потока отработавших газов. Каталитическая горелка 9 предназначена для подогрева окислительного нейтрализатора 7 с целью доведения его до рабочей или более высокой температуры.

Расположенный после дизельного двигателя во вспомогательном потоке 4 окислительный нейтрализатор 10 по сравнению со вторым окислительным нейтрализатором 7 имеет значительно меньший конструктивный размер. Кроме того, содержание катализаторов у обоих окислительных нейтрализаторов 7, 10 разное. Окислительный нейтрализатор 10 имеет большее содержание драгоценных металлов-катализаторов, например платины, чем окислительный нейтрализатор 7. Таким образом, рабочая температура окислительного нейтрализатора 10 ниже, чем соответствующая температура размещенного за ним второго окислительного нейтрализатора 7. В случае показанного примера исполнения количество катализатора в окислительном нейтрализаторе 10 подобрано таким образом, чтобы его рабочая температура была примерно равна 200°С°°. Содержание катализатора в окислительном нейтрализаторе 7 ниже. Его рабочая температура в показанном примере исполнения составляет примерно 250°С. При желании она может быть и выше.

Окислительный нейтрализатор 7 получает углеводороды, необходимые для нагревания с его помощью потока отработавших газов, через устройство для впрыска углеводородов 11, а именно путем подачи такого количества углеводородов, которое превышает количество углеводородов, которое способен конвертировать окислительный нейтрализатор 10. Углеводороды, не конвертированные на окислительном нейтрализаторе 10, затем конвертируются на окислительном нейтрализаторе 7 с желаемым экзотермическим эффектом.

Датчики и исполнительные механизмы системы нейтрализации отработавших газов 1 подсоединены к не показанному более подробно блоку управления. С его помощью могут считываться значения, регистрируемые датчиками, в данном примере - прежде всего датчиками температуры 13, 13.1, 13.2, 13.3, и управляться исполнительные механизмы, в данном случае устройство для впрыска углеводородов 11, нагревательный элемент 12 и заслонка для регулировки потока отработавших газов 8. Блок управления имеет доступ к параметрическому полю, в котором хранятся настройки перечисленных исполнительных механизмов системы выпуска отработавших газов 1 в зависимости от массового потока отработавших газов, выбрасываемого дизельным двигателем, содержания в нем кислорода и его температуры, относительно ТРЕБУЕМОЙ температуры, при которой происходит регенерация сажевого фильтра 2.

С помощью описанной системы нейтрализации отработавших газов 1 создана двухступенчатая каталитическая горелка для подогрева сажевого фильтра 2 до температуры регенерации. С ее помощью даже холодные отработавшие газы в течение короткого времени, а также при динамическом режиме работы дизельного двигателя могут быть подогреты до температуры, необходимой для запуска процесса регенерации сажевого фильтра. При этом каталитическая горелка, установленная во вспомогательном канале 4, вместе с параллельным основным каналом 3 с установленной в нем заслонкой для регулировки потока отработавших газов 8, образует нагревательный модуль. Подогрев выбрасываемых отработавших газов с целью запуска регенерации сажевого фильтра осуществляют с помощью следующих операций в рамках способа.

Если регенерация сажевого фильтра 2 должна проводиться при низкой температуре отработавших газов, т.е. при такой температуре, когда окисление сажи самостоятельно не происходит, исполнительные механизмы 8, 11, 12 системы нейтрализации отработавших газов 1 для подачи дополнительной тепловой энергии в поток отработавших газов регулируют в зависимости от выбрасываемого массового потока отработавших газов и его температуры. Считывание такой управляющей величины позволяет в течение короткого времени довести температуру отработавших газов на стороне набегающего потока относительно сажевого фильтра 2 до ТРЕБУЕМОЙ температуры. В случае показанного варианта исполнения система нейтрализации отработавших газов 1 располагает также лямбда-зондом 14, с помощью которого можно определить количество кислорода, содержащееся в потоке отработавших газов. И это значение хранится в параметрическом поле управления в качестве условия для считываемой управляющей величины.

С помощью управляющей величины, считанной из параметрического поля управления, регулируют исполнительные механизмы 8, 11 и 12. В показанном примере исполнения нагревательный элемент 12, расположенный перед окислительным нейтрализатором 10, предназначен не только для подогрева потока отработавших газов, набегающих на окислительный нейтрализатор 10, чтобы довести его до рабочей или более высокой температуры, но и для того, чтобы испарить количество углеводородов, поданное через устройство для впрыска углеводородов 11. Таким образом, на стороне выхода относительно нагревательного элемента 12 поток отработавших газов обогащается углеводородами, содержащимися в нем в газообразном виде. Чтобы обеспечить особенно качественное равномерное распределение углеводородов в потоке отработавших газов при набегании на окислительный нейтрализатор 10, в варианте исполнения, не показанном на чертежах, предусмотрено поступление поданных углеводородов на нагревательный элемент 12 по центру. Кроме того, нагревательный элемент 12 обладает тем преимуществом, что устройство для впрыска углеводородов 11 можно расположить практически непосредственно перед самим нагревательным элементом 12. Благодаря этому система нейтрализации отработавших газов 1 может иметь очень компактную конструкцию. В зависимости от положения заслонки для регулировки потока отработавших газов 8 в соответствии с регулировкой через вспомогательный канал 4 течет весь поток отработавших газов или только его часть.

В случае показанного примера исполнения, выброшенный в данный момент дизельным двигателем массовый поток отработавших газов определяется с помощью данных, предоставляемых системой управления дизельного двигателя, в данном случае это нагрузка и частота вращения.

Вследствие нагревания потока отработавших газов, протекающего по вспомогательному каналу 4, второй окислительный нейтрализатор 7 нагревается и доводится до температуры, превышающей его рабочую температуру. Это контролируется датчиком температуры 13.2 или 13.3. Когда окислительный нейтрализатор 7 достигает своей рабочей температуры, количество впрыскиваемых углеводородов увеличивается, чтобы путем избыточного впрыска на окислительный нейтрализатор 10 подать на окислительный нейтрализатор 7 углеводороды, необходимые для требуемой экзотермической реакции. С помощью датчика температуры 13.3 контролируют температуру потока отработавших газов на стороне выхода относительно окислительного нейтрализатора 7 и, соответственно, на стороне набегания относительно сажевого фильтра 2. Путем сравнения ФАКТИЧЕСКОЙ и ТРЕБУЕМОЙ температур определяют, привели ли предпринятые настройки к необходимому подъему температуры. Если ФАКТИЧЕСКАЯ температура отличается от ТРЕБУЕМОЙ, параметры, касающиеся количества подаваемых углеводородов и (или) массового потока отработавших газов, протекающего сквозь вспомогательный канал, путем соответствующей регулировки заслонки для регулировки потока отработавших газов 8 изменяют. С помощью этого мониторинга температуры на стороне выхода относительно окислительного нейтрализатора 7 не только контролируется управляющая величина, сохраненная в параметрическом поле управления, но и в первую очередь, практически немедленно регистрируются изменения в работе дизельного двигателя. Эти изменения путем соответствующего изменения параметров подачи углеводородов или потока отработавших газов, направляемого через вспомогательный канал 4 для поддержания ТРЕБУЕМОЙ температуры, компенсируют, по меньшей мере, настолько, насколько это возможно. Кроме того, измененные параметры, при желании, можно сохранить в параметрическом поле управления как новую или, при необходимости, дополнительную управляющую величину, которая будет доступна для последующих процессов регенерации.

Когда поток отработавших газов, набегающий на сажевый фильтр 2, имеет температуру выше температуры окисления частичек сажи, т.е. примерно 600-610°С, начинается требуемый процесс регенерации. Описанный мониторинг температуры в показанном примере исполнения используют не только для того, чтобы запустить процесс регенерации, но и для того, чтобы в течение всего процесса регенерации обеспечить набегание на сажевый фильтр 2 отработавших газов, которые имеют, по меньшей мере, температуру необходимую для окисления сажи. При этом может быть предусмотрено, что путем предварительного определения количества сажи, скопившейся на поверхности фильтра, определяется или оценивается продолжительность регенерации. Затем в течение этого времени проводят описанный выше мониторинг температуры с соответствующей регулировкой, при необходимости, рассматриваемых исполнительных механизмов системы нейтрализации отработавших газов 1. По завершении процесса регенерации заслонку для регулировки потока отработавших газов 8 устанавливают в такое положение, при котором поток отработавших газов преимущественно течет по основному каналу 3.

Фиг.2 показывает протокол регенерации процесса испытания, при котором дизельный двигатель эксплуатируется на переходных режимах для внедорожных самоходных машин Non-Road-Transient-Cycle (NRTC). Речь при этом идет о динамических испытаниях. На верхней диаграмме Фиг.2 представлен общий массовый поток отработавших газов. Динамический режим работы дизельного двигателя отчетливо виден по характерным для него колебаниям. На самой верхней диаграмме, кроме того, представлено номинальное значение массового потока отработавших газов, который направляется через вспомогательный канал 4. Средняя диаграмма показывает количество углеводородов, подаваемое через устройство для впрыска углеводородов 11. На нижней диаграмме представлены кривые температур.

При этом испытании температура отработавших газов, выбрасываемых дизельным двигателем к началу испытания (кривая «Abgas» (отработавшие газы)) составляет примерно 100°С°°. При этой температуре отработавших газов необходимо вызвать регенерацию сажевого фильтра. На первом этапе окислительный нейтрализатор 10, который расположен во вспомогательном канале 4, доводят до его рабочей температуры или до более высокой температуры. Для этих целей через вспомогательный канал 4 направляют поток отработавших газов, а на нагревательный элемент 12 подают электропитание. Кривая температуры нагревательного элемента 12 показана на нижней диаграмме и обозначена НЕ. При этом испытании нагревательный элемент 12 был отключен в момент времени t₁, после того, как окислительный нейтрализатор 10 нагрелся значительно выше своей рабочей температуры, равной примерно 200°C. Тогда через устройство для подачи углеводородов 11 в поток отработавших газов, который протекает по вспомогательному каналу 4, дозировано подают углеводороды. Каталитическое преобразование добавленных углеводородов отчетливо демонстрируется значительным увеличением температуры в момент времени t₂ (примерно 120 секунд) на кривой температуры «nach DOC I» (после окислительного нейтрализатора I). Когда окислительный нейтрализатор 7 достигает своей рабочей температуры, в момент времени t₃ подачу углеводородов увеличивают, чтобы подать углеводороды для запуска необходимой конвертации и на этот окислительный нейтрализатор 7. Эти углеводороды, впрыснутые через устройство для впрыска углеводородов 11, не конвертируются на окислительном нейтрализаторе 10 и поступают на окислительный нейтрализатор 7 в газообразном виде. Поступление углеводородов на окислительный нейтрализатор 7 можно определить по резкому подъему кривой температуры «nach DOC II» (после окислительного нейтрализатора II) вскоре после момента времени t₃.

Если повышения температуры, достигнутого на стороне выхода относительно окислительного нейтрализатора 7 (кривая «nach DOC II») с помощью управляющей величины, считанной из параметрического поля для управления исполнительными механизмами системы нейтрализации отработавших газов 1, недостаточно достижения ТРЕБУЕМОЙ температуры примерно 600°С, то регулировки исполнительных механизмов системы нейтрализации отработавших газов изменяют, что демонстрирует дальнейший подъем кривой температуры «nach DOC II».

Сравнение кривых температур «nach DOC I» и «vor DOC П»(перед окислительным нейтрализатором II), показанных на Фиг.2 на нижней диаграмме, демонстрирует выравнивание температуры отработавших газов, набегающих на второй окислительный нейтрализатор 7. Оно произошло в результате смешивания части потока отработавших газов, направляемой через вспомогательный канал 4, с частью потока отработавших газов, текущей по основному каналу 3. Кроме того, заметен рост температуры, который вызван работой окислительного нейтрализатора 7 (DOC II), что наглядно демонстрирует кривая температуры «nach DOC II». Таким образом, с помощью этого способа, независимо от проведения или не проведения процесса регенерации, можно контролировать температуру второго окислительного нейтрализатора и сажевого фильтра 2, а именно, в том отношении, что предупреждается резкое изменение температуры. Тем самым срок службы окислительного нейтрализатора и сажевого фильтра, в особенности, если они изготовлены из керамического субстрата, значительно повышается.

Для большей наглядности, на этой диаграмме рабочая температура окислительного нейтрализатора 10 обозначена T₁, а соответствующая температура окислительного нейтрализатора 7 - T₂. Температура T₃, это та температура, начиная с которой происходит окисление сажи.

Фиг.3 показывает следующее испытание, которое принципиально соответствует испытанию, показанному на Фиг.2. Процедура испытания на Фиг.3 отличается от схемы на Фиг.2 тем, что использовался другой цикл. Цикл согласно Фиг.3 выполнен в соответствии с циклом переменных режимов (WHTC) гармонизированной международной процедуры испытаний двигателей большегрузных автомобилей.

Оба проведенных испытания наглядно демонстрируют, что, несмотря на большие колебания в динамическом режиме работы дизельного двигателя, можно констатировать, что температура отработавших газов на стороне выхода относительно второго окислительного нейтрализатора 7 (кривая «nach DOC II») подвержена лишь незначительным колебаниям. Это наглядно демонстрирует, что с помощью описанного способа можно не только быстро реагировать на динамические колебания, но и что даже в случае таких колебаний и при очень низкой температуре отработавших газов процесс регенерации сажевого фильтра 2 может протекать надлежащим образом.

Подогрев потока отработавших газов для запуска окисления сажи в сажевом фильтре 2 для его регенерации схематически показан на Фиг.4 как обобщение результатов, вытекающих из испытаний согласно Фиг.2 и 3. Данные температур T₁, Т₂, Т₃ соответствуют данным температур на Фиг.2 и 3. Фиг.4 наглядно демонстрирует, что благодаря применению нагревательного элемента 12, меньшему конструктивному размеру и более высокому содержанию драгоценных металлов-катализаторов у окислительного нейтрализатора 10 (DOC I), расположенного во вспомогательном канале 4, этот нейтрализатор нагревается быстрее, чем окислительный нейтрализатор 7 (DOC II), расположенный в главном канале 3.

На описанный способ управления и регулирования накладывается контроль или мониторинг температуры окислительного нейтрализатора 10, размещенного во вспомогательном канале 4, для того, чтобы он не нагревался выше допустимой для него максимальной температуры. При возникновении угрозы перегрева нейтрализатора уменьшают подачу углеводородов и/(или) увеличивают массовый поток отработавших газов, которые направляются во вспомогательный канал 4.

Установленный во вспомогательный канал 4 нагревательный элемент 12 может использоваться для проверки работоспособности заслонки для регулировки потока отработавших газов 8. Эту проверку проводят при наиболее равномерном режиме работы дизельного двигателя в течение всего процесса измерения. Зная массу отработавших газов, выброшенных дизельным двигателем, и учитывая подачу определенного количества энергии для нагрева нагревательного элемента 12, можно рассчитать ожидаемое определенное повышение температуры. Если зарегистрированное повышение температуры существенно отличается от ожидаемого, это является признаком того, что заслонка для регулировки потока отработавших газов 8 находится в неправильном положении, и поэтому требуемый поток отработавших газов не направляется через вспомогательный канал 4.

В случае описываемой системы нейтрализации отработавших газов на окислительном нейтрализаторе 7, который находится в основном канале, происходит также окисление CO и, следовательно, снижаются выбросы CO. Поэтому, само собой разумеется, что в качестве устройства для нейтрализации отработавших газов, температура которого должна контролироваться, может использоваться и только окислительный нейтрализатор, без размещенного за ним сажевого фильтра.

Для того чтобы довести окислительный нейтрализатор, который размещен во вспомогательном канале, до его рабочей температуры, при условии, что выбрасываемые двигателем внутреннего сгорания отработавшие газы имеют достаточную температуру, в течение определенного времени можно направлять поток отработавших газов через вспомогательный канал полностью или частично.

Это делается с той целью, чтобы предварительно, насколько это позволяет температура отработавших газов, подогреть окислительный нейтрализатор, который размещен во вспомогательном канале, чтобы довести его до рабочей температуры. При выполнении этого мероприятия весь поток отработавших газов может направляться через вспомогательный канал. Как правило, такое мероприятие проводят перед запланированной регенерацией сажевого фильтра. Разумеется, что для целей предварительного разогрева окислительного нейтрализатора может также дополнительно использоваться нагревательный элемент, который установлен во вспомогательном канале.

Описанный способ может, помимо прочего, содержать диагностические функции, которые могут применяться по отдельности или в сочетании друг с другом. В связи с этим, например, перед реализацией способа может проводиться предварительная проверка, а именно, на предмет того, может ли быть способ реализован в принципе. Эта проверка включает функциональную проверку компонентов, которые участвуют в реализации способа, на наличие возможных неисправностей. Как правило, она включает также регистрацию температуры окислительного нейтрализатора, который размещен во вспомогательном канале. Если, к примеру, определяется, что его температура пока лежит ниже рабочей температуры, то может генерироваться сообщение об ошибке и (или) впрыск углеводородов может задерживаться до тех пор, пока нейтрализатор не достигнет своей рабочей температуры. То же самое, соответственно, действительно для работы второго окислительного нейтрализатора, а именно, в том отношении, что избыточный впрыск углеводородов на первый окислительный нейтрализатор разрешается только тогда, когда второй нейтрализатор нагрелся до температуры, которая равна его рабочей температуре или превышает ее.

Другие диагностические возможности могут применяться для определения степени конвертации углеводородов на обоих окислительных нейтрализаторах. Функциональная проверка окислительных нейтрализаторов может, к примеру, осуществляться путем введения определенного количества углеводородов в массовый поток отработавших газов, набегающий на окислительный нейтрализатор, и сравнения получаемого при известном массовом потоке отработавших газов расчетного значения повышения температуры с фактическим повышением температуры. Таким способом могут распознаваться неожиданные признаки старения окислительных нейтрализаторов. Старение окислительных нейтрализаторов, обусловленное системой и материалами, напротив, при диагностике учитывается.

Еще одна диагностическая функция может использоваться для проверки исполнительного механизма, с помощью которого регулируется поток отработавших газов, который протекает по вспомогательному каналу. Помимо уже описанного ранее метода, эта проверка исполнительного механизма может быть проведена без необходимости добавления углеводородов в массовый поток отработавших газов. Это возможно благодаря тому обстоятельству, что потери тепла в основном и вспомогательном каналах различаются. Поскольку эти величины известны, то путем сравнения температур отработавших газов, измеренных датчиком температуры 13 и датчиком температуры 13.2, и рассчитанной из них потери тепловой энергии при заданном положении исполнительного механизма, например заслонки для регулировки потока отработавших газов 8, можно проверить работоспособность этого механизма. При закрытой заслонке для регулировки потока отработавших газов весь массовый поток отработавших газов течет через вспомогательный канал, так что затем на датчике температуры 13.2, при известном массовом потоке отработавших газов, можно было бы измерить температуру, которая соответствует температуре, измеренной датчиком температуры 13, за вычетом потерь тепловой энергии вспомогательного канала. То же самое действительно и для другого крайнего положения заслонки для регулировки потока отработавших газов, а именно, когда она открыта, и весь массовый поток отработавших газов течет через основной канал.

Способ подачи тепловой энергии целесообразным образом реализуют так, чтобы удержать эмиссию углеводородов на возможно низком уровне, если не исключить ее полностью. Описанные выше способы диагностики помогают достичь этой цели. Дополнительно, при необходимости увеличения подаваемого количества углеводородов, появляется возможность реализовать это увеличение плавно, а не увеличивать подачу углеводородов скачкообразно.

Изобретение описано с помощью примера исполнения, при котором рабочая температура окислительного нейтрализатора во вспомогательном канале, благодаря более высокому содержанию драгоценных металлов-катализаторов, ниже, чем соответствующая температура окислительного нейтрализатора, который размещен в основном канале и расположен за упомянутым окислительным нейтрализатором. Принципиально этого не требуется. Напротив, и окислительный нейтрализатор, расположенный во вспомогательном канале, может иметь рабочую температуру, соответствующую рабочей температуре нейтрализатора, размещенного в главном канале, или другую рабочую температуру, если этот расположенный во вспомогательном канале нейтрализатор с помощью другого средства, например нагревательного устройства, исполненного соответствующим образом, может доводиться до рабочей температуры быстрее, чем расположенный за ним окислительный нейтрализатор.

Описание изобретения показывает, что с помощью описанного способа не только устройство для нейтрализации отработавших газов, установленное в выпускном тракте двигателя внутреннего сгорания, например сажевый фильтр, может быть доведено до ТРЕБУЕМОЙ температуры, но и что с помощью этого способа можно достичь выравнивания температурного режима устройства для нейтрализации отработавших газов.

Описание изобретения поясняется с помощью примеров исполнения. Для специалиста очевидны другие не выходящие за рамки действительных пунктов формулы изобретения многочисленные разновидности воплощения изобретения, позволяющие реализовать изобретение, без обязательной необходимости их более подробного описания. Тем не менее, и эти разновидности воплощения также относятся к объему раскрытия изобретения этими примерами выполнения.

Список использованных обозначений

1 Система нейтрализации отработавших газов

2 Сажевый фильтр

3 Основной канал

4 Вспомогательный канал

5 Позиция

6 Позиция

7 Окислительный нейтрализатор

8 Заслонка для регулирования потока отработавших газов

9 Каталитическая горелка

10 Окислительный нейтрализатор

11 Устройство для впрыска углеводородов

12 Нагревательный элемент

13, 13.1, 13.2, 13.3 Датчики температуры

14 Лямбда-зонд

1. Способ подачи тепловой энергии в устройство для нейтрализации отработавших газов (2), размещенное в выпускном тракте двигателя внутреннего сгорания, в особенности дизельного двигателя, путем подогрева отработавших газов, набегающих на устройство для нейтрализации отработавших газов (2) до требуемой температуры,
при котором отработавшие газы, выброшенные двигателем внутреннего сгорания, нагревают до требуемой температуры путем конверсии углеводородов, дозировано подаваемых в выпускной тракт, на двух окислительных нейтрализаторах (7, 10), размещенных по направлению потока отработавших газов один за другим, причем ближайший по направлению потока отработавших газов двигателя внутреннего сгорания первый окислительный нейтрализатор (10) размещен во вспомогательном канале (4), а расположенный после него второй окислительный нейтрализатор (7) размещен в выпускном тракте за местом слияния основного и вспомогательного каналов выпуска отработавших газов (3 и 4), характеризующийся тем, что
- в зависимости от массы общего потока отработавших газов, выброшенного двигателем внутреннего сгорания, фактической температуры и требуемой температуры потока отработавших газов, набегающего на устройство для нейтрализации отработавших газов (2), с помощью управляющей величины, соответствующей текущим условиям или близкой к ним и полученной из параметрического поля управления, учитывающего характеристики потока отработавших газов и требуемое увеличение температуры, регулируют подачу углеводородов для впрыска их во вспомогательный канал (4) в поток отработавших газов перед первым окислительным нейтрализатором (10) и (или) в массовый поток отработавших газов, протекающий по вспомогательному каналу (4),
- повторяющимся образом регистрируют фактическую температуру отработавших газов, набегающих на устройство для нейтрализации отработавших газов (2), и
- при обнаружении разницы между фактической температурой и требуемой температурой изменяют параметры подачи углеводородов и (или) массового потока отработавших газов, протекающего сквозь вспомогательный канал (4), для достижения требуемой температуры, причем операции по мониторингу температуры повторяют до тех пор, пока требуемая температура не будет достигнута.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что повторные операции по мониторингу температуры повторяют непрерывно, до тех пор, пока определенный процесс в устройстве для нейтрализации отработавших газов (2) не будет завершен или пока его не потребуется завершить.

3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что поток отработавших газов, набегающий на первый окислительный нейтрализатор (10), до того, как он поступит на окислительный нейтрализатор (10), термоэлектрическим способом подогревают до температуры, которая равна рабочей температуре окислительного нейтрализатора (10) или превышает ее.

4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что перед задействованием и/или по завершении рабочей фазы первого окислительного нейтрализатора (10) поток отработавших газов, выброшенный двигателем внутреннего сгорания, по меньшей мере, частично направляют через вспомогательный канал (4).

5. Способ по п.1, характеризующийся тем, что весь массовый поток отработавших газов, выброшенный двигателем внутреннего сгорания, направляют через вспомогательный канал, причем этот поток во вспомогательном канале нагревают с помощью определенного количества энергии, затем измеряют повышение температуры, достигнутое за счет нагрева, и после этого по использованному количеству энергии и достигнутому повышению температуры определяют массовый поток отработавших газов, выброшенный двигателем внутреннего сгорания.

6. Способ по п.1, характеризующийся тем, что часть массового потока отработавших газов, выброшенного двигателем внутреннего сгорания, направляют через вспомогательный канал, причем эту часть потока во вспомогательном канале нагревают с помощью определенного количества энергии, а затем измеряют повышение температуры, достигнутое за счет нагрева, и после этого по использованному количеству энергии и достигнутому повышению температуры определяют часть массового потока, а таким образом и общий массовый поток отработавших газов, выброшенный двигателем внутреннего сгорания.

7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что массовый поток отработавших газов, направляемый через вспомогательный канал, нагревают термоэлектрическим способом.

8. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что параметры подачи углеводородов и при необходимости массу отработавших газов, протекающих через вспомогательный канал (4), изменяют при достижении вторым окислительным нейтрализатором (7) своей рабочей температуры, а именно повышают количество углеводородов для целей подачи углеводородов на второй окислительный нейтрализатор (7).

9. Способ по п.8, характеризующийся тем, что рабочая температура первого окислительного нейтрализатора (10) ниже, чем рабочая температура второго окислительного нейтрализатора (7).

10. Способ по п.8, характеризующийся тем, что параметры подачи углеводородов и массового потока отработавших газов, протекающих через вспомогательный канал (4), регулируют для того, чтобы углеводороды, подаваемые на второй окислительный нейтрализатор (7), поступали на него в газообразном виде.

11. Способ по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что фактическую температуру первого окислительного нейтрализатора (10) контролируют на предмет достижения заданной максимальной температуры, и тем, что по достижении максимальной температуры увеличивают массовый поток отработавших газов, протекающий по вспомогательному каналу (4), и/или уменьшают подачу углеводородов.

12. Способ по одному из пп. 1-6, характеризующийся тем, что при регулировке подачи углеводородов и массового потока отработавших газов, протекающих по вспомогательному каналу (4), учитывают содержание кислорода в отработавших газах.

13. Способ по одному из пп. 1-6, характеризующийся тем, что для управления массовым потоком отработавших газов, протекающим через вспомогательный канал (4), изменяют свободное пропускное сечение по меньшей мере в одном из двух каналов (3, 4), например, с помощью расположенной в нем заслонки для регулировки потока отработавших газов (8).

14. Способ по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что параметры, относящиеся к подаче углеводородов и массовому потоку отработавших газов, протекающему через вспомогательный канал (4), при которых достигается требуемая температура отработавших газов, набегающих на устройство для нейтрализации отработавших газов (2), сохраняют в параметрическом поле управления в качестве новой управляющей величины по отношению к исходной фактической температуре и исходному массовому потоку отработавших газов.

15. Способ по одному из пп. 1-6, характеризующийся тем, что способ реализуется для запуска процесса регенерации сажевого фильтра (2) и при необходимости проводится в течение всего процесса регенерации.