Способ очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (варианты) и система транспортного средства с очисткой отработавших газов

Изобретение относится к области очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Предложены способы и системы для пассивного восстановления фильтра твердых частиц, присоединенного к бензиновому двигателю. Во время условий замедления транспортного средства двигатель приводится в действие на более бедной смеси, чем стехиометрия, в течение двух следующих друг за другом обедненных фаз, в том числе начальной более длительной и более бедной фазы, сопровождаемой более короткой и менее бедной фазой. Посредством пассивного восстановления фильтра с использованием периодической обедненной работы двигателя могут быть улучшены рабочие характеристики двигателя. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее описание в целом относится к системе очистки отработавших газов для двигателя внутреннего сгорания, а, в частности, к фильтру твердых частиц для бензиновых двигателей.

Уровень техники

Двигатели могут быть снабжены топливными форсунками непосредственного впрыска, которые впрыскивают топливо непосредственно в цилиндр сгорания (непосредственным впрыском), и/или топливными форсунками оконного впрыска, которые впрыскивают топливо в окно цилиндра (оконным впрыском топлива). Непосредственный впрыск обеспечивает достижение более высокой эффективности использования топлива и более высокой выходной мощности в дополнение к лучшему задействованию эффекта охлаждения заряда впрыскиваемого топлива. Двигатели с непосредственным впрыском, однако, также вырабатывают большее количество выбросов твердых частиц (или сажи) вследствие диффузного распространения пламени, при этом топливо может не смешиваться в достаточной мере с воздухом перед сгоранием. Поскольку непосредственный впрыск по природе является относительно поздним впрыском топлива, может быть недостаточно времени для смешивания впрыснутого топлива с воздухом в цилиндре. Подобным образом, впрыснутое топливо может сталкиваться с меньшей турбулентностью при протекании через клапаны. Следовательно, могут быть карманы обогащенного сгорания, которые могут вырабатывать сажу локально, ухудшая выделение продуктов сгорания с отработавшими газами. В дополнение, твердые частицы, вырабатываемые в бензиновых двигателях с непосредственным впрыском, могут быть более мелкими, чем их аналоги в дизельном двигателе.

В некоторых системах двигателя перегородочный потоковый фильтр (или закрытый фильтр) может использоваться, чтобы отфильтровывать твердые частицы из отработавших газов. Однако такие перегородочные потоковые фильтры могут требовать периодического активного восстановления, которое может оказывать неблагоприятное влияние на работу двигателя. В дополнение, такие перегородочные потоковые фильтры страдают от очень высоких обратных давлений, особенно, когда покрыты каталитическим нейтрализатором. Высокое обратное давление фильтра может ухудшать рабочие характеристики турбонагнетателя, уменьшая падение давления на турбонагнетателе. По существу, это может неблагоприятно влиять на малогабаритные двигатели с непосредственным впрыском, которые снабжены турбонагнетателем, чтобы выдавать мощность, которая сопоставима с традиционными двигателями большего рабочего объема.

Еще один пример фильтра твердых частиц (PM), используемого для улавливания сажи, вырабатываемой бензиновым двигателем, показан Веем и другими в патенте на заявку США 2009/0193796. В нем открытый фильтр PM включен в систему очистки выбросов, непокрытый или покрытый пригодным каталитическим нейтрализатором (например, каталитическим нейтрализатором TWC), который содействует пассивному восстановлению фильтра.

Раскрытие изобретения

Однако авторы в материалах настоящей заявки осознали потенциальную проблему у таких систем. В качестве одного из примеров, количество каталитического нейтрализатора, загруженного в фильтр, может быть ограничено вследствие ограничений обратного давления. Ограниченная загрузка каталитического нейтрализатора может не давать возможности достаточного восстановления фильтра. По существу, неполное восстановление фильтра может снижать рабочие характеристики фильтра и ухудшать выделение продуктов сгорания с отработавшими газами. В дополнение, ограниченная загрузка каталитического нейтрализатора может давать в результате повышенные вторичные выбросы из фильтра, такие как CO от неполного сгорания сажи и просачивания углеводородов. Если бы каталитический нейтрализатор был в фильтре для содействия другим реакциям, таким как восстановление NOx, могло бы быть снижение активности, если каталитический нейтрализатор блокируется сажей, или активность могла бы ограничиваться меньшим количеством допустимой загрузки каталитического нейтрализатора вследствие проблем обратного давления.

Таким образом, некоторые из вышеприведенных проблем могут быть решенным способом, способом для транспортного средства и системой транспортного средства.

Согласно одному аспекту предложен способ, включающий, во время стехиометрической работы двигателя, протекание отработавших газов через фильтр с каталитическим покрытием и, во время выбранных условий, смещение работы двигателя на более бедную смесь, чем стехиометрия, заключающееся в первой, более короткой и более бедной фазе, сопровождаемой второй, более длительной и менее бедной фазой, при этом обедненная работа регулируется на основании содержания кислорода в каталитическом нейтрализаторе и загрузки твердыми частицами фильтра. Таким образом, выбросы твердых частиц из двигателя с непосредственным впрыском могут снижаться.

Покрытие каталитического нейтрализатора предпочтительно является первым покрытием каталитического нейтрализатора, нанесенным на основу фильтра, при этом первое покрытие каталитического нейтрализатора включает в себя каталитический нейтрализатор накопления кислорода.

Фильтр предпочтительно дополнительно включает в себя второе каталитическое покрытие, нанесенное поверх первого каталитического покрытия, при этом второе покрытие включает в себя трехкомпонентный каталитический нейтрализатор.

Регулирование обедненной работы предпочтительно включает регулирование первой длительности первой обедненной фазы на основании содержания кислорода каталитического нейтрализатора накопления кислорода и регулирование второй длительности второй обедненной фазы на основании загрузки твердыми частицами фильтра.

Регулирование предпочтительно включает увеличение первой длительности при снижении содержания кислорода первого каталитического нейтрализатора накопления кислорода и увеличение второй длительности при возрастании загрузки твердыми частицами фильтра.

Вторая длительность предпочтительно является длительностью, требуемой для приведения загрузки твердыми частицами фильтра ниже пороговой загрузки.

Двигатель предпочтительно включен в транспортное средство, при этом выбранные условия включают в себя условия замедления транспортного средства.

Фильтр предпочтительно не является перегородочным потоковым фильтром.

Фильтр предпочтительно является открытым потоковым фильтром, включающим в себя одно или более из металлической фольги или металлического пеноматериала.

Способ предпочтительно дополнительно включает, после обедненной работы двигателя, приведение в действие двигателя на более богатой смеси, чем стехиометрия, при этом длительность и степень обогащения обогащенной работы основаны на обедненной работе и загрузке фильтра для увеличения содержания кислорода каталитического нейтрализатора выше порогового содержания.

Обедненная работа предпочтительно дополнительно регулируется на основании процентного содержания спиртов топлива, впрыскиваемого в двигатель.

Каталитическое покрытие предпочтительно включает в себя однородный однослойный трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, имеющий содержание каталитического нейтрализатора накопления кислорода между 13 и 32 мг/дюйм3.

Согласно другому аспекту предложен способ для транспортного средства, включающий протекание отработавших газов через фильтр для накопления твердых частиц и, во время условий замедления, избирательное приведение в действие двигателя на более бедной смеси, чем стехиометрия, для каждой из первой и второй обедненной фазы, при этом первая обедненная фаза является более короткой и более бедной, чем вторая обедненная фаза, и основана на содержании кислорода каталитического покрытия фильтра, а вторая обедненная фаза основана на загрузке фильтра.

Первая обедненная фаза предпочтительно предшествует второй обедненной фазе, при этом первая и вторая фазы являются последовательными.

Каталитическое покрытие фильтра предпочтительно включает в себя первое каталитическое покрытие накопления кислорода, нанесенное на фильтр, и второе трехкомпонентное каталитическое покрытие, нанесенное на первое каталитическое покрытие.

Первая длительность первой обедненной фазы предпочтительно регулируется для увеличения содержания кислорода первого каталитического покрытия выше порогового содержания кислорода.

Вторая длительность второй обедненной фазы предпочтительно регулируется для уменьшения загрузки фильтра ниже пороговой загрузки, при этом вторая длительность дополнительно основана на первой длительности первой обедненной фазы.

Способ предпочтительно дополнительно включает, после обедненной работы, приведение в действие двигателя на более богатой смеси, чем стехиометрия, при этом длительность и степень обогащения обогащенной работы основаны на обедненной работе и загрузке фильтра.

Согласно еще одному аспекту предложена система транспортного средства, содержащая двигатель, топливную форсунку непосредственного впрыска топлива, выполненную с возможностью впрыска топлива непосредственно в цилиндр, открытый фильтр твердых частиц, присоединенный ниже по потоку от двигателя и включающий в себя первое и второе каталитические покрытия, и контроллер с машинно-читаемыми командами для, во время стехиометрической работы двигателя, осуществления протекания отработавших газов двигателя через фильтр, во время условий замедления, в то время как загрузка фильтра находится ниже порогового значения, приведения в действие двигателя на более бедной смеси, чем стехиометрия, для каждой из первой и второй обедненной фазы для снижения загрузки фильтра, при этом первая и вторая фазы основаны на одном или более из содержания кислорода фильтра и загрузки фильтра.

Первая обедненная фаза предпочтительно имеет первую, более короткую длительность, чем вторая, более длинная длительность второй обедненной фазы, при этом первая обедненная фаза имеет первое, более бедное топливно-воздушное соотношение, чем второе, менее бедное топливно-воздушное соотношение второй обедненной фазы, причем первая длительность увеличивается при снижении содержания кислорода первого каталитического покрытия, а вторая длительность увеличивается при возрастании загрузки фильтра.

Система предпочтительно дополнительно содержит, в ответ на загрузку фильтра, находящуюся выше порогового значения, активное восстановление фильтра.

Таким образом, может достигаться общее снижение токсичности отработавших газов.

По существу, периодическая обедненная работа может выполняться для пассивного восстановления фильтра, в то время как загрузка фильтра является более низкой, чем пороговое значение, и может снижать вероятность нагрузки фильтра, превышающей пороговое значение. Однако, если нагрузка фильтра превышает пороговое значение, фильтр может активно восстанавливаться, при этом накопленные PM сжигаются для снижения обратного давления, вызванного сажей, удерживаемой в фильтре. Например, активное восстановление фильтра может происходить посредством химических средств, когда избыточное топливо пропускается через находящийся выше по потоку каталитический нейтрализатор, содержащий в себе благородные металлы, вызывая экзотермию, которая активно разогревает находящийся ниже по потоку фильтр. Топливо могло бы добавляться в качестве позднего впрыска внутри цилиндра двигателя или посредством вспомогательной форсунки непосредственно в выхлопную трубу. В качестве еще одного другого варианта выбора, фильтр может нагреваться с помощью внешнего средства, такого как электронагреватель. В одном из примеров, в отсутствие какого бы то ни было каталитического нейтрализатора, в воздухе, восстановление фильтра может требовать температуры около 550°C, чтобы сжигать накопленную сажу.

Таким образом, периодическое обеднение работы двигателя может использоваться для достаточного пассивного восстановления фильтра PM. Посредством использования первой обедненной фазы для окисления компонента накопления кислорода, нанесенного в фильтре, каталитическое покрытие может активироваться, в то время как сжигается по меньшей мере некоторое количество PM. Посредством сопровождения первой обедненной фазы второй обедненной фазой, которая использует активированное каталитическое покрытие для окисления оставшихся PM, фильтр может восстанавливаться по существу полностью. Посредством снижения необходимости в активном восстановлении фильтра, в котором дополнительное количество топлива используется для повышения температуры фильтра и выжигания накопленной сажи, связанное с избыточной температурой ухудшение характеристик компонентов может снижаться, к тому же, наряду с улучшением экономии топлива транспортного средства.

Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, предоставлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании изобретения. Она не идентифицирует 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 решают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой схематичный вид системы двигателя и соответствующего фильтра твердых частиц.

Фиг.2 представляет собой схематичный вид двигателя внутреннего сгорания.

Фиг.3 представляет собой высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа для периодического приведения в действия двигателя на более бедной смеси, чем стехиометрия, с тем, чтобы пассивно восстанавливать фильтр твердых частиц по фиг.1.

Фиг.4 иллюстрирует примерную обедненную работу двигателя смеси согласно настоящему раскрытию.

Подробное описание изобретения

Последующее описание относится к системам и способам для приведения в действие двигателя транспортного средства, присоединенного к многослойному фильтру твердых частиц (PM), такого как система двигателя по фиг.1 и 2. Отработавшие газы из двигателя могут протекать через находящийся ниже по потоку фильтр для накопления PM отработавших газов в нем. Во время выбранных условий, таких как во время условий замедления транспортного средства, контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью обеспечения обедненной работы двигателя, с тем чтобы пассивно восстанавливать фильтр. В частности, контроллер может выполнять процедуру, такую как примерная процедура по фиг.3, для приведения в действие двигателя на более бедной смеси, чем стехиометрия, две следующие друг за другом обедненные фазы, в том числе, первую, более короткую и более бедную фазу, непосредственно сопровождаемую второй, более длинной и менее бедной фазой. Короткое периодическое обеднение может давать возможность окисления каталитического нейтрализатора, нанесенного на фильтре, так чтобы окисленный каталитический нейтрализатор затем мог окислять накопленные PM. Примерная обедненная работа двигателя изображена на фиг.4. Периодическое пассивное восстановление может снижать обратные давления фильтра, к тому же, наряду со снижением необходимости в активном восстановлении фильтра. Таким образом, рабочие характеристики фильтра могут улучшаться, к тому же, наряду с улучшением коэффициента полезного действия и уровня выбросов двигателя.

На фиг.1 показан схематичный вид системы 6 транспортного средства. Система 6 транспортного средства включает в себя систему 8 двигателя, присоединенную к системе фильтра 22 твердых частиц (PM). Система 8 двигателя может включать в себя двигатель 10, имеющий множество цилиндров 30. В одном из вариантов осуществления двигатель 10 является двигателем с искровым зажиганием. Двигатель 10 включает в себя впуск 23 двигателя и выпуск 25 двигателя. Впуск 23 двигателя включает в себя дроссель 62, связанный по текучей среде с впускным коллектором 44 двигателя через впускной канал 42. Выпускное устройство 25 двигателя включает в себя выпускной коллектор 48, в конечном счете ведущий в выпускной канал 35, который направляет отработавшие газы в атмосферу. В некоторых вариантах осуществления впускной канал 42 может включать в себя устройство наддува, такое как турбонагнетатель или нагнетатель (не показан), включающий в себя компрессор, присоединенный ниже по потоку от дросселя 62, компрессор приводится в движение турбиной в выпускном канале, присоединенной выше по потоку от фильтра 22 PM (см. фиг.2).

Выпуск 25 двигателя может включать в себя фильтр 22 PM и одно или более устройств 70 снижения токсичности отработавших газов, которые могут быть установлены в близко связанном положении на выпуске. Одно или более устройств 70 снижения токсичности отработавших газов могут включать в себя трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, фильтр обедненных NOx, каталитический нейтрализатор SCR, и т.д. Фильтр 22 PM может временно отфильтровывать PM из отработавших газов, протекающих через него. В частности, фильтр PM может быть сконфигурирован скорее в качестве открытого потокового фильтра, накапливающего PM из отработавших газов, протекающих через него, нежели в качестве перегородочного потокового фильтра, накапливающего PM из отработавших газов, протекающих через него. По существу, открытые потоковые фильтры удерживают PM и частицы сажи в силу выпячиваний поверхности, таких как выпуклые ступеньки, и особым образом сконструированных чашеобразных профилей с сетчатыми удерживающими зонами. Поскольку фильтр не требует сквозного потока, обратные давления, сформированные в фильтре, могут быть существенно более низкими. Более конкретно, поскольку отработавшие газы проходят через и вокруг выпячиваний поверхности, открытые потоковые фильтры не имеют действительно высоких обратных давлений, которые обнаруживаются в керамических или пористых металлических перегородочных потоковых фильтрах (или закрытых фильтрах). Отработавшие газы, которые были отфильтрованы по каналу через фильтр 22 PM, могут дополнительно обрабатываться находящимися ниже по потоку каталитическими нейтрализаторами и устройством 70 снижения токсичности отработавших газов для выбрасывания в атмосферу. Несмотря на то, что изображенный вариант осуществления показывает устройство 70 снижения токсичности отработавших газов ниже по потоку от фильтра 22 PM, в альтернативном варианте осуществления устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может располагаться выше по потоку от фильтра 22 PM.

В одном из вариантов осуществления фильтр 22 PM может быть многослойным фильтром, включающим в себя основу 100 фильтра, на которую нанесены одно или более каталитических покрытий. В изображенном варианте осуществления первое каталитическое покрытие 101 нанесено на основу 100 фильтра наряду с тем, что второе каталитическое покрытие 102 нанесено поверх первого каталитического покрытия. Основа 100 фильтра, например, может включать в себя одно или более из металлической фольги, металлических пеноматериалов и металлических ребер. Кроме того, в еще других вариантах осуществления основа фильтра может включать в себя керамику или другие материалы и структуры (или микроструктуры), которые запрещают прохождение твердых частиц, но не полностью закрывают отработавшие газы и проталкивают их через пористый такт. Могут использоваться различные микроструктуры, которые являются упорядоченными или случайными по природе. Кроме того, еще структуры могут быть скомпонованы в пластах или слоях.

Первое каталитическое покрытие 101, нанесенное на основу фильтра, например, может включать в себя каталитический нейтрализатор накопления кислорода (OSC). Каталитический нейтрализатор накопления кислорода может быть основан на церии. В качестве альтернативы, каталитический нейтрализатор может быть основан на марганце, железе или любом другом пригодном материале, который был оптимизирован для сжигания PM. Второе каталитическое покрытие 102, нанесенное на первом каталитическом покрытии, например, может включать в себя трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (TWC). Кроме того, в еще других вариантах осуществления второе каталитическое покрытие может включать в себя комбинацию трехкомпонентного каталитического нейтрализатора и каталитического нейтрализатора накопления кислорода, чтобы дополнительно помогать в сжигании сажи. Кроме того, в дополнительном варианте осуществления основа фильтра может включать в себя одиночное каталитическое покрытие, содержащее одиночный слой трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, имеющего очень высокое содержание каталитического нейтрализатора накопления кислорода. Например, каталитическое покрытие может включать в себя однородный однослойный трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, имеющий содержание каталитического нейтрализатора накопления кислорода между 800 и 2000 микромолей кислорода (O) на кубический дюйм каталитического нейтрализатора, или между 13 и 32 мг/дюйм3 O.

В некоторых вариантах осуществления датчик давления (не показан) может быть присоединен к фильтру 22 PM, чтобы выдавать оценку обратного давления, формируемого в нем, а также оценку загрузки фильтра. Кроме того, в еще других вариантах осуществления датчики давления могут быть присоединены выше по потоку и ниже по потоку от фильтра, а загрузка фильтра может быть основана на оцененном перепаде давлений на фильтре.

Двигатель 10 может принимать топливо из топливного бака 20 по топливной магистрали 60. Топливный бак может удерживать множество видов топлива или топливных смесей, таких как бензин, топливо с диапазоном концентраций спиртов, различные бензиново-этаноловые смеси топлива (например, E10, E85), и их комбинации. Кроме того, другие топлива могут включать в себя газообразные топлива, такие как сжатый природный газ (CNG), сжиженный нефтяной газ (LPG), бутан, пропан, и насыщенные кислородом газообразные или жидкие виды топлива, такие как диметилэфир (DME), метиловый спирт и этиловый спирт. Кроме того, жидкое топливо может включать в себя оксигенаты и также может включать в себя газообразное топливо, такое как бутан, пропан (LPG), CNG, DME и их смеси.

Топливный бак 20 может включать в себя топливный насос 21 для повышения давления топлива, подаваемого на форсунки двигателя 10, такие как примерная форсунка 66. Несмотря на то, что показана только одна форсунка 66, дополнительные форсунки предусмотрены для каждого цилиндра 30. В одном из примеров, где система 8 двигателя предназначена для непосредственного впрыска, форсунка 66 может быть топливной форсункой непосредственного впрыска. В альтернативном примере, где система 8 двигателя предназначена для оконного впрыска, форсунка 66 может быть топливной форсункой оконного впрыска. Кроме того, в еще других вариантах осуществления каждый цилиндр может включать в себя одну или более форсунок, в том числе, форсунку непосредственного впрыска и форсунку оконного впрыска. Один или более клапанов (не показаны) могут быть присоединены к системе 8 двигателя для регулирования подачи топлива из топливного бака 20 на форсунки. В некоторых вариантах осуществления, где имеются в распоряжении оба непосредственный впрыск топлива и оконный впрыск топлива, преимущественно могут использоваться два разных вида топлива. Например, двигатель может запускаться с первым топливом (например, бензиновым или дизельным) через форсунки, а затем второе топливо (например, CNG или альтернативное топливо, с которым трудно запускать двигатель) может подвергаться оконному впрыску или распылению в двигатель.

По существу, непосредственный впрыск топлива дает многочисленные преимущества во время условий высокой нагрузки. Например, введение насыщенных кислородом жидких видов топлива с непосредственным впрыском и высоким теплом испарения на высокой нагрузке предусматривает охлаждение топлива для увеличенного заряда воздуха, разбавление для регулирования температуры сгорания и противодействия детонации. Кроме того, еще непосредственный впрыск обеспечивает некоторое сдерживание раннего зажигания (детонации), а потому дает более высоким степеням сжатия возможность использоваться с термодинамическими преимуществами по экономии топлива. Однако диффузное распространение пламени систем непосредственного впрыска также может формировать большее количество выбросов твердых частиц (или сажи) вследствие топлива, не смешивающегося в достаточной мере с воздухом перед сгоранием. В дополнение, относительно поздний непосредственный впрыск топлива может осуществлять вклад в формирование сажи, обусловленное недостаточным временем для смешивания впрыснутого топлива с воздухом в цилиндре. Подобным образом, впрыснутое топливо может сталкиваться с меньшей турбулентностью при протекании через клапаны. Следовательно, могут быть карманы обогащенного сгорания, которые могут локально вырабатывать сажу. Таким образом, посредством осуществления потока отработавших газов двигателя через находящийся ниже по потоку фильтр твердых частиц до выпускания отработавших газов в атмосферу, сажа, выработанная в двигателе с непосредственным впрыском, может улавливаться в фильтре, и может улучшаться качество выделения продуктов сгорания с отработавшими газами.

Как конкретизировано со ссылкой на фиг.3, во время выбранных условий двигатель может временно приводиться в действие на более бедной смеси, чем стехиометрия, чтобы пассивно восстанавливать фильтр 22 PM. Более конкретно, работа двигателя может калиброваться, чтобы давать надлежащую периодическую обедненную работу в течение первого, более короткого периода сильно обедненных режимов, сопровождаемого вторым, более длительным периодом слегка обедненных режимов, для окисления каталитического нейтрализатора накопления кислорода (OSC) первого каталитического покрытия (в течение первой фазы), а затем сжигания накопленной сажи с использованием OSC (в течение второй фазы). Этот подход предоставляет фильтру возможность восстанавливаться наряду со снижением отрицательного воздействия на характеристики крутящего момента двигателя и возможностей вождения транспортного средства.

Система 6 транспортного средства дополнительно может включать в себя систему 14 управления. Система 14 управления показана принимающей информацию с множества датчиков 16 (различные примеры которых описаны в материалах настоящей заявки) и отправляющей сигналы управления на множество исполнительных механизмов 81 (различные примеры которых описаны в материалах настоящей заявки). В качестве одного из примеров, датчики 16 могут включать в себя датчик 126 отработавших газов (расположенный в выпускном коллекторе 48), датчики 128 температуры, присоединенные к фильтру 22 PM (не показаны), и датчик 129 давления (расположенный ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов). Другие датчики, такие как датчики давления, температуры, топливно-воздушного соотношения и состава, могут быть присоединены к различным местоположениям в системе 6 транспортного средства, как подробнее обсуждено в материалах настоящей заявки. В качестве еще одного примера, исполнительные механизмы могут включать в себя топливную форсунку 66, дроссель 62 и топливный насос 21. Система 14 управления может включать в себя контроллер 12. Контроллер может принимать входные данные с различных датчиков, обрабатывать входные данные и приводить в действие исполнительные механизмы в ответ на обработанные входные данные, на основании команды или управляющей программы, запрограммированных в нем, соответствующих одной или более процедурам. Пример процедуры управления описан в материалах настоящей заявки со ссылкой на фиг.3.

На фиг.2 показан примерный вариант осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может управляться по меньшей мере частично системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В этом примере устройство 132 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Цилиндр 30 (в материалах настоящей заявки также «камера сгорания») двигателя 10 может включать в себя стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным в них. Поршень 138 может быть присоединен к коленчатому валу 140, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, электродвигатель стартера может быть присоединен к коленчатому валу 140 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10. Следует понимать, что, несмотря на то, что двигатель 10 показан в качестве осуществляющего возвратно-поступательное движение двигателя с поршнями, в альтернативных вариантах осуществления двигатель 10 может быть сконфигурирован роторными конструкциями.

Цилиндр 30 может принимать всасываемый воздух через последовательность впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может сообщаться с другими цилиндрами двигателями 10 в дополнение к цилиндру 30. В некоторых вариантах осуществления один или более впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, такое как турбонагнетатель или нагнетатель. Например, на фиг.2 показан двигатель 10, снабженный турбонагнетателем, включающим в себя компрессор 174, скомпонованный между впускными каналами 142 и 144 и турбиной 176 с приводом от системы выпуска, скомпонованной вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводиться в действие выпускной турбиной 176 через вал 180, где устройство наддува сконфигурировано в качестве турбонагнетателя. Однако в других примерах, таких, где двигатель 10 снабжен турбонагнетателем, турбина 176 с приводом от системы выпуска, при необходимости, может быть не включена в состав, где компрессор может приводиться в действие механической подводимой мощностью от электродвигателя или двигателя. Дроссель 162, включающий в себя дроссельную заслонку 164, может быть установлен вдоль впускного канала двигателя для изменения расхода и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 162 может быть размещен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на фиг.2, или, в качестве альтернативы, может быть предусмотрен выше по потоку от компрессора 174.

Выпускной канал 148 может принимать отработавшие газы из других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 30. Датчик 126 отработавших газов показан присоединенным к выпускному каналу 148 выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 126 может быть выбран из числа различных пригодных датчиков для выдачи показания топливно-воздушного соотношения в отработавших газах, например, таких как линейный кислородный датчик или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик количества кислорода в отработавших газах), двухрежимный кислородный датчик или датчик EGO (который изображен), HEGO (подогреваемый EGO), NOx, HC, или CO. Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности отработавших газов или их комбинациями. Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может быть расположено ниже по потоку от фильтра 22 твердых частиц, как конкретизировано ранее на фиг.1. Однако, в альтернативном варианте осуществления, устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может быть расположено выше по потоку от фильтра 22 твердых частиц. По существу, наличие трехкомпонентного каталитического нейтрализатора ниже по потоку от фильтра PM может улучшать снижение токсичности выбросов газообразных загрязнителей, поскольку топливно-воздушное соотношение поддерживается ближе к стехиометрии вследствие высокого содержания каталитического нейтрализатора накопления кислорода в фильтре.

Температура отработавших газов может оцениваться одним или более датчиками температуры (не показаны), расположенными в выпускном канале 148. В качестве альтернативы, температура отработавших газов может выводиться на основании условий работы двигателя, таких как число оборотов, нагрузка, отношение количества воздуха к количеству топлива (AFR), задержка искры, и т.д. Кроме того, температура отработавших газов может вычисляться одним или более датчиками 126 отработавших газов. Может быть принято во внимание, что температура отработавших газов, в качестве альтернативы, может оцениваться любой комбинацией способов оценки температуры, перечисленных в материалах настоящей заявки.

Каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 30 показан включающим в себя по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней области цилиндра 30. В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10, в том числе цилиндр 30, может включать в себя по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней области цилиндра.

Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 посредством исполнительного механизма 152. Подобным образом, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 посредством исполнительного механизма 154. Во время некоторых условий контроллер 12 может изменять сигналы, выдаваемые на исполнительные механизмы 152 и 154, для управления открыванием и закрыванием соответственных впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться соответственными датчиками положения клапана (не показаны). Исполнительные механизмы клапанов могут иметь тип электрического клапанного привода или тип кулачкового привода, либо их комбинацию. Установка фаз распределения впускных и выпускных клапанов может управляться одновременно, или может использоваться любая из возможности регулируемой установки фаз кулачкового распределения впускных клапанов, регулируемой установки фаз кулачкового распределения выпускных клапанов, сдвоенной независимой установки фаз кулачкового распределения или постоянной установки фаз кулачкового распределения. Каждая система кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемой установки фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапанов (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Например, цилиндр 30, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством приведения в действие электрического клапанного привода, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, в том числе, CPS и/или VCT. В других вариантах осуществления впускной и выпускной клапаны могут управляться системой золотникового клапанного исполнительного механизма или привода, либо системой исполнительного механизма или привода с переменной установкой фаз клапанного распределения.

Цилиндр 30 может иметь степень сжатия, которая является отношением объемов, когда поршень 138 находится в нижней мертвой точке, к тому, когда он находится в верхней мертвой точке. Традиционно, степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако, в некоторых примерах, где используется другое топливо, степень сжатия может быть увеличена.

В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу 192 зажигания для инициирования сгорания. Система 190 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 192 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, при выбранных рабочих режимах. Однако, в некоторых вариантах осуществления, свеча 192 зажигания может быть не включена в состав, например, где двигатель 10 может инициировать сгорание самовоспламенением или впрыском топлива, как может иметь место у некоторых дизельных двигателей.

В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть снабжен одной или более топливными форсунками для подачи топлива в него. В качестве неограничивающего примера показан цилиндр 30, включающий в себя одну топливную форсунку 166. Топливная форсунка 166 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 30 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально ширине импульса сигнала FPW-1, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает то, что известно в качестве непосредственного впрыска (в дальнейшем также указываемого ссылкой как «DI») топлива в камеру 30 сгорания. Несмотря на то, что фиг.2 показывает форсунку 166 в качестве боковой форсунки, она также может быть расположена выше поршня, к примеру, возле положения свечи 192 зажигания. В качестве альтернативы, форсунка может быть расположена выше и возле впускного клапана для улучшения смешивания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 из топливной системы 172 высокого давления, включающей в себя топливные баки, топливные насосы и направляющую-распределитель для топлива. В качестве альтернативы, топливо может подаваться однокаскадным топливным насосом на низком давлении, в каком случае временные характеристики непосредственного впрыска топлива могут ограничиваться в большей степени во время такта сжатия, чем если используется топливная система высокого давления. Кроме того, несмотря на то, что не показано, топливные баки могут иметь преобразователь давления, выдающий сигнал в контроллер 12.

Следует понимать, что в альтернативном варианте осуществления форсунка 166 может быть канальной форсункой, выдающей топливо во впускной канал выше по потоку от цилиндра 30. Следует понимать, что цилиндр 30 может принимать топливо из множества форсунок, таких как множество форсунок оконного впрыска, множество форсунок непосредственного впрыска или их комбинацию.

Контроллер 12 показан на фиг.2 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 106, порты 108 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 110 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимую память 114 и шину данных. Постоянное запоминающее устройство 110 запоминающего носителя может быть запрограммировано машинно-читаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 12 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 122 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 116 температуры, присоединенного к патрубку 118 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 120 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 140; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (MAP) с датчика 124. Сигнал числа оборотов двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе.

Как описано выше, фиг.2 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, однако, каждый цилиндр может подобным образом включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания и т.д.

Таким образом, система по фиг.1-2 обеспечивает способ, включающий, во время стехиометрической работы двигателя, протекание отработавших газов через фильтр, имеющий каталитическое покрытие, чтобы улавливать PM отработавших газов до выбрасывания отработавших газов в атмосферу. В таком случае, во время выбранных условий, способ дополнительно включает смещение работы двигателя к более бедной смеси, чем стехиометрия, включающее в себя первую, более короткую и более бедную фазу, сопровождаемую второй, более длинной и менее бедной фазой, обедненная работа основана на содержании кислорода каталитического нейтрализатора и загрузке твердыми частицами фильтра. То есть обедненные отработавшие газы могут периодически протекать через фильтр PM, чтобы пассивно восстанавливать фильтр.

Далее, обращаясь к фиг.3, показана примерная процедура 300 для регулирования работы двигателя, чтобы обеспечивать возможность накопления PM отработавших газов в фильтре PM и периодического пассивного восстановления фильтра.

На 302, способ включает в себя оценку и/или измерение условий работы двигателя транспортного средства. Таковые, например, могут включать в себя число оборотов двигателя, требование крутящего момента, уровень наддува, температуру двигателя, температуру отработавших газов, барометрическое давление, октановое содержание топлива, состав топлива (например, содержание спиртов в топливе), загрузку сажевого фильтра и т.д. На 304, способ включает в себя осуществление потока отработавших газов через фильтр твердых частиц во время работы двигателя (например, во время стехиометрической работы), чтобы накапливать твердые частицы в фильтре.

На 306, могут подтверждаться условия замедления транспортного средства, иначе, процедура может заканчиваться. Например, может подтверждаться, что была применена тормозная педаль, была отпущена педаль акселератора, было уменьшено требование крутящего момента и/или является увеличивающимся число оборотов двигателя. Если подтверждены условия заземления транспортного средства, то на 308-314 способ включает в себя смещение работы двигателя на более бедные смеси, чем стехиометрия. В частности, во время условий замедления двигатель может избирательно приводиться в действие на более бедных смесях, чем стехиометрия, для каждой из первой обедненной фазы (на 308-310) и второй обедненной фазы (на 312-314), при этом первая обедненная фаза непосредственно предшествует второй обедненной фазе, и фазы являются непрерывными. По существу, чтобы происходила обедненная работа с восстановлением, температуре отработавших газов и фильтра PM (во время условий замедления) может требоваться находиться выше пороговой температуры. По существу, в отсутствие какого бы то ни было каталитического нейтрализатора, в воздухе, восстановление фильтра может требовать температуры около 550°C, чтобы сжигать накопленную сажу. В материалах настоящей заявки, посредством использования каталитического нейтрализатора, температура сгорания PM в контакте с каталитическим нейтрализатором может быть снижена.

Обедненная работа двигателя может включать в себя, на 308, приведение в действие двигателя на более бедной смеси, чем стехиометрия, в течение первой, более короткой или более бедной фазы, более конкретно, в течение первой длительности с первым более бедным (чем стехиометрия) топливно-воздушным соотношением. Таймер может запускаться, когда инициирована первая обедненная фаза. На 310, может подтверждаться, что истекла первая длительность более бедной работы. Если да, то процедура может переходить на 312, при этом обедненная работа включает в себя приведение в действие двигателя на более бедной смеси, чем стехиометрия, в течение второй, более длительной и менее бедной фазы, более конкретно, в течение второй длительности, которая короче, чем первая длительность, и со вторым, менее бедным (чем стехиометрия) топливно-воздушным соотношением. Таймер может запускаться, когда инициируется вторая первая обедненная фаза, а на 314 может подтверждаться, что вторая длительность менее бедной работы истекла до того, как процедура переходит на 316.

По существу, обедненная работа двигателя может регулироваться на основании содержания кислорода каталитического нейтрализатора фильтра твердых частиц и загрузки твердыми частицами фильтра. В частности, первая длительность первой обедненной фазы может регулироваться на основании содержания кислорода каталитического нейтрализатора накопления кислорода, включенного в первое каталитическое покрытие фильтра PM. В качестве альтернативы, первая длительность может быть основана на общем содержании кислорода каталитического нейтрализатора накопления кислорода в фильтре PM (к примеру, когда каталитический нейтрализатор накопления кислорода присутствует в каждом покрытии каталитического нейтрализатора). В качестве примера, первая длительность может увеличиваться по мере того, как снижается содержание кислорода первого каталитического нейтрализатора накопления кислорода.

По существу, первая длительность может регулироваться для увеличения или поддержания содержания кислорода первого каталитического нейтрализатора выше порогового содержания кислорода. Вторая длительность второй обедненной фазы, в таком случае, может регулироваться на основании загрузки PM фильтра, а, кроме того, на основании первой длительности. В качестве примера, вторая длительность может увеличиваться по мере того, как возрастает загрузка твердыми частицами фильтра. По существу, вторая длительность может быть длительностью, требуемой для приведения загрузки твердыми частицами фильтра ниже пороговой загрузки.

В некоторых вариантах осуществления обедненная работа дополнительно может регулироваться на основании процентного содержания спиртов топлива, впрыскиваемого в двигатель. Например, по мере того как возрастает процентное содержание спиртов впрыскиваемого топлива, степень обеднения обедненной фазы может увеличиваться (например, у первой или второй обедненной фазы).

Следует понимать, что, несмотря на то, что процедура по фиг.3 изображает обедненную работу двигателя в ответ на условия замедления транспортного средства, в альтернативных вариантах осуществления обедненная работа двигателя может происходить в ответ на другие выбранные условия. Например, вынужденная обедненная работа двигателя может выполняться во время выбранных условий езды по автомагистрали в установившемся состоянии, где потеря мощности была бы незаметна водителю. Таковые, например, могли бы включать в себя условия езды по автомагистрали в установившемся состоянии, иные чем холодный запуск или ускорение. В качестве еще одного другого примера обедненная работа с восстановлением может происходить периодически, когда температура отработавших газов и фильтра PM находится выше пороговой температуры.

На 316, после обедненной работы двигателя, процедура включает в себя работу двигателя на более богатой смеси, чем стехиометрия. По существу, обогащенная работа дает уровню накопления кислорода покрытия каталитического нейтрализатора фильтра PM возможность восстанавливаться. Длительность и степень обогащения обогащенной работы могут регулироваться на основании предыдущей обедненной работы и загрузки фильтра. Вслед за обогащенной работой двигателя, на 318, возобновляется стехиометрическая работа двигателя.

Следует понимать, что обедненная работа двигателя, описанная выше, может выполняться, в то время как загрузка фильтра находится ниже порогового значения, с тем, чтобы пассивно восстанавливать фильтр твердых частиц. По существу, это может снижать необходимость активного восстановления. Однако, в ответ на загрузку фильтра, находящуюся выше, чем пороговое значение, фильтр может восстанавливаться активно. Например, фильтр может активно восстанавливаться с помощью химического средства, использующего топливо, впрыскиваемое через предварительный катализатор с благородными металлами, или с помощью внешнего средства, такого как электрический нагрев. В качестве еще одного примера, запаздывание зажигания, поздний впрыск топлива в двигатель и в отработавшие газы также могут использоваться в обедненных (или необогащенных) условиях, чтобы повышать температуру отработавших газов для достижения восстановления фильтра.

Следует понимать, что во время пассивного восстановления фильтра система снижения токсичности отработавших газов должна калиброваться, чтобы поддерживать контроль законодательно учитываемых газообразных выбросов. Например, углеводороды и окись углерода могут удаляться катализированным фильтром PM. В дополнение, функционирование трехкомпонентного каталитического нейтрализатора (TWC) может быть необходимым для снижения токсичности NOx. В одном из вариантов осуществления наличие TWC (например, в устройстве 70 снижения токсичности отработавших газов) ниже по потоку от фильтра PM может быть полезным, так как колебания топливно-воздушного соотношения могут минимизироваться, чтобы давать TWC возможность обеспечивать снижение токсичности NOx. В одном из примеров это может достигаться неполным окислением OSC в фильтре PM. Например, OSC может не насыщаться кислородом по всей своей длине. Это может достигаться сокращением проникновения вглубь кислорода из каталитического нейтрализатора/OSC в фильтре, например, посредством расположения датчика кислорода после фильтра или посредством расчета (или предсказания) времени подвергания обеднению на основании нескольких рабочих параметров двигателя.

Таким образом, периодическое обеднение работы двигателя может использоваться для достаточного пассивного восстановления фильтра PM. Посредством своевременного использования обедненной работы двигателя во время выбранных режимов двигателя, чтобы пассивно восстанавливать фильтр, загрузка фильтра может снижаться, не оказывая неблагоприятного влияния на возможности вождения двигателя.

Далее, с обращением к фиг.4, многомерная регулировочная характеристика 400 изображает примерную обедненную работу двигателя, которая может использоваться для пассивного восстановления фильтра PM по фиг.1. Многомерная регулировочная характеристика 400 изображает загрузку фильтра твердых частиц на 402, изменения рабочего топливно-воздушного соотношения двигателя (AFR) на 404 и изменения содержания кислорода каталитического нейтрализатора, нанесенного на фильтр, на 406.

До t1 двигатель может быть работающим с AFR, которое находится по существу на стехиометрии 405. Во время стехиометрической работы двигателя отработавшие газы двигателя могут протекать через фильтр PM, так что PM могут улавливаться и накапливаться в фильтре PM и не выпускаться в атмосферу. Соответственно, загрузка фильтра (на 402) может постепенно увеличиваться между t0 и t1. На t1 могут присутствовать выбранные условия двигателя, которые служат основанием для относительно бедной работы двигателя. Например, может быть замедляющимся транспортное средство, в котором заключен двигатель. Соответственно, в t1 обедненная работа двигателя может регулироваться, так чтобы двигатель избирательно приводился в действие на более бедной смеси, чем стехиометрия (на 404) в течение каждой из первой обедненной фазы между t1 и t2 и второй обедненной фазы между t2 и t3.

Первая обедненная фаза может быть основана на содержании кислорода (на 406) первого каталитического покрытия фильтра, нанесенного на основе фильтра. В частности, первая длительность d1 первой обедненной фазы может регулироваться, так чтобы содержание кислорода каталитического нейтрализатора накопления кислорода первого каталитического покрытия повышалось до или выше порогового содержания 407 кислорода. В дополнение, во время первой обедненной фазы некоторое количество PM, накопленных в фильтре, может сжигаться, так чтобы немного уменьшалась загрузка фильтра. Вторая длительность d2 второй обедненной фазы, в таком случае, может быть основана на первой длительности d1 и загрузке 402 фильтра. Например, вторая обедненная фаза может регулироваться для снижения (или поддержания) загрузки фильтра ниже порогового значения 403. В частности, во время второй обедненной фазы окисленный каталитический нейтрализатор фильтра может более экстенсивно сжигать оставшуюся накопленную сажу в фильтре, таким образом, существенно снижать загрузку фильтра. По существу, первая длительность d1 первой обедненной фазы является более короткой, чем длительность d2 второй обедненной фазы. Однако первая обедненная фаза является более бедной, чем вторая фаза, как указано более бедным, чем стехиометрия, AFR первой обедненной фазы по сравнению с AFR второй фазы. В дополнение, следует понимать, что во время всей обедненной работы (между t1 и t3) загрузка фильтра может быть более низкой, чем пороговый уровень 403, который требуется для инициирования процедуры активного восстановления. То есть обедненная работа двигателя по фиг.4 дает фильтру возможность пассивно восстанавливаться. Однако, в альтернативных вариантах осуществления, в ответ на загрузку фильтра, превышающую пороговый уровень 403, активное восстановление фильтра может выполняться с добавлением топлива и воздуха, чтобы поднимать температуры отработавших газов до уровней, которые дают накопленной саже возможность сжигаться.

На t3, после того как была завершена обедненная работа, работа двигателя может временно смещаться на более богатые смеси, чем стехиометрия (на 404) в течение длительности d3. В материалах настоящей заявки обогащение и длительность d3 обогащенной работы основаны на длительности (d1 и d2) и степени обеднения (бедном AFR между t1 и t2, а также t2 и t3) предыдущей обедненной работы. По существу, временная обогащенная работа двигателя дает содержанию кислорода каталитического нейтрализатора фильтра возможность восстанавливаться до уровней, которые присутствовали до временной обедненной работы двигателя.

Таким образом, условия обедненной работы двигателя могут преимущественно использоваться для пассивного восстановления фильтра твердых частиц. Посредством пассивного восстановления фильтра в течение периодов обеднения топливной смеси двигателя может снижаться необходимость активного восстановления фильтра, тем самым улучшая экономию топлива и рабочие характеристики двигателя. В дополнение, связанное с чрезмерной температурой ухудшение характеристик компонентов может снижаться наряду с отсутствием ухудшения эффективности восстановления фильтра.

Следует отметить, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящей заявки, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Конкретные процедуры, описанные в материалах настоящей заявки, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная и т.п. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки необязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять код, который должен быть запрограммирован на машинно-читаемом запоминающем носителе в системе управления двигателем.

Следует понимать, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе и что эти конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому двигателю и другим типам двигателя. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.

Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет настоящего изобретения.

1. Способ очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, включающий:

во время стехиометрической работы двигателя, протекание отработавших газов через фильтр с каталитическим покрытием; и

во время выбранных условий, смещение работы двигателя на более бедную смесь, чем стехиометрия, заключающееся в первой, более короткой и более бедной фазе, сопровождаемой второй, более длительной и менее бедной фазой, при этом обедненная работа регулируется на основании содержания кислорода в каталитическом нейтрализаторе и загрузки твердыми частицами фильтра.

2. Способ по п. 1, в котором покрытие каталитического нейтрализатора является первым покрытием каталитического нейтрализатора, нанесенным на основу фильтра, при этом первое покрытие каталитического нейтрализатора включает в себя каталитический нейтрализатор накопления кислорода.

3. Способ по п. 2, в котором фильтр дополнительно включает в себя второе каталитическое покрытие, нанесенное поверх первого каталитического покрытия, при этом второе покрытие включает в себя трехкомпонентный каталитический нейтрализатор.

4. Способ по п. 3, в котором регулирование обедненной работы включает регулирование первой длительности первой обедненной фазы на основании содержания кислорода каталитического нейтрализатора накопления кислорода и регулирование второй длительности второй обедненной фазы на основании загрузки твердыми частицами фильтра.

5. Способ по п. 4, в котором регулирование включает увеличение первой длительности при снижении содержания кислорода первого каталитического нейтрализатора накопления кислорода и увеличение второй длительности при возрастании загрузки твердыми частицами фильтра.

6. Способ по п. 5, в котором вторая длительность является длительностью, требуемой для приведения загрузки твердыми частицами фильтра ниже пороговой загрузки.

7. Способ по п. 1, в котором двигатель включен в транспортное средство, при этом выбранные условия включают в себя условия замедления транспортного средства.

8. Способ по п. 1, в котором фильтр не является перегородочным потоковым фильтром.

9. Способ по п. 1, в котором фильтр является открытым потоковым фильтром, включающим в себя одно или более из металлической фольги или металлического пеноматериала.

10. Способ по п. 1, дополнительно включающий, после обедненной работы двигателя, приведение в действие двигателя на более богатой смеси, чем стехиометрия, при этом длительность и степень обогащения обогащенной работы основаны на обедненной работе и загрузке фильтра для увеличения содержания кислорода каталитического нейтрализатора выше порогового содержания.

11. Способ по п. 1, в котором обедненная работа дополнительно регулируется на основании процентного содержания спиртов топлива, впрыскиваемого в двигатель.

12. Способ по п. 1, в котором каталитическое покрытие включает в себя однородный однослойный трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, имеющий содержание каталитического нейтрализатора накопления кислорода между 13 и 32 мг/дюйм3 О.

13. Способ очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, включающий:

протекание отработавших газов через фильтр для накопления твердых частиц; и

во время условий замедления, избирательное приведение в действие двигателя на более бедной смеси, чем стехиометрия, для каждой из первой и второй обедненной фазы, при этом первая обедненная фаза является более короткой и более бедной, чем вторая обедненная фаза, и основана на содержании кислорода каталитического покрытия фильтра, а вторая обедненная фаза основана на загрузке фильтра.

14. Способ по п. 13, в котором первая обедненная фаза предшествует второй обедненной фазе, при этом первая и вторая фазы являются последовательными.

15. Способ по п. 13, в котором каталитическое покрытие фильтра включает в себя первое каталитическое покрытие накопления кислорода, нанесенное на фильтр, и второе трехкомпонентное каталитическое покрытие, нанесенное на первое каталитическое покрытие.

16. Способ по п. 15, в котором первая длительность первой обедненной фазы регулируется для увеличения содержания кислорода первого каталитического покрытия выше порогового содержания кислорода.

17. Способ по п. 16, в котором вторая длительность второй обедненной фазы регулируется для уменьшения загрузки фильтра ниже пороговой загрузки, при этом вторая длительность дополнительно основана на первой длительности первой обедненной фазы.

18. Способ по п. 17, дополнительно включающий, после обедненной работы, приведение в действие двигателя на более богатой смеси, чем стехиометрия, при этом длительность и степень обогащения обогащенной работы основаны на обедненной работе и загрузке фильтра.

19. Система транспортного средства с очисткой отработавших газов, содержащая:

двигатель;

топливную форсунку непосредственного впрыска топлива, выполненную с возможностью впрыска топлива непосредственно в цилиндр;

открытый фильтр твердых частиц, присоединенный ниже по потоку от двигателя и включающий в себя первое и второе каталитические покрытия; и

контроллер с машинно-читаемыми командами для:

во время стехиометрической работы двигателя, осуществления протекания отработавших газов двигателя через фильтр;

во время условий замедления, в то время как загрузка фильтра находится ниже порогового значения, приведения в действие двигателя на более бедной смеси, чем стехиометрия, для каждой из первой и второй обедненной фазы для снижения загрузки фильтра, при этом первая и вторая фазы основаны на одном или более из содержания кислорода фильтра и загрузки фильтра.

20. Система по п. 19, в которой первая обедненная фаза имеет первую, более короткую длительность, чем вторая, более длинная длительность второй обедненной фазы, при этом первая обедненная фаза имеет первое, более бедное топливно-воздушное соотношение, чем второе, менее бедное топливно-воздушное соотношение второй обедненной фазы, причем первая длительность увеличивается при снижении содержания кислорода первого каталитического покрытия, а вторая длительность увеличивается при возрастании загрузки фильтра.

21. Система по п. 20, дополнительно содержащая, в ответ на загрузку фильтра, находящуюся выше порогового значения, активное восстановление фильтра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Устройство диагностики неисправности включает в себя устройство очистки выхлопного газа, расположенное в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания и включающее в себя катализатор SCR; устройство подачи, подающее добавку, такую как аммиак, устройству очистки выхлопного газа; устройство EGR, обеспечивающее рециркуляцию части выхлопного газа из выхлопного канала на нижней по потоку стороне положения подачи добавки во впускной канал; средство получения для получения количества притока NOx в устройство очистки выхлопного газа; средство диагностики для вычисления физической величины, коррелированной со способностью к очистке NOx устройства очистки выхлопного газа, с использованием полученного количества притока NOx и диагностики того, что неисправность возникла в устройстве очистки выхлопного газа, когда физическая величина меньше порогового значения; и средство корректировки для корректировки порогового значения до меньшего значения, когда добавка рециркулирует вместе с частью выхлопного газа, чем когда происходит иное.

Изобретение относится к катализатору окисления для двигателя внутреннего сгорания, работающего на бедной смеси. Устройство включает в себя двигатель внутреннего сгорания, работающий на бедной смеси, средство управления работой двигателя и систему выхлопа для очистки выхлопного газа двигателя.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ эксплуатации двигателя (10) заключается в том, что при определенной температуре выбранного компонента - каталитического нейтрализатора (70) или двигателя (10), закрывают клапан (150) противодавления для регулирования прохождения отработавших газов.

Изобретение относится к конструкции и способу управления количеством восстановителя, которое подается в линию выхлопа двигателя внутреннего сгорания. Конструкция для управления введением восстановителя в линию (3) выхлопа двигателя (1) внутреннего сгорания в зависимости от количества оксида одновалентного азота, находящегося в линии (3) выхлопа, содержит систему (8-12) введения, выполненную с возможностью введения восстановителя в линию (3) выхлопа, первый катализатор (13), который выполнен с возможностью уменьшения количества оксидов азота в выхлопных газах в линии (3) выхлопа посредством подаваемого восстановителя, также второй катализатор (14), который расположен после первого катализатора (13) в линии (3) выхлопа и преобразует аммиак в выхлопных газах в газообразный азот и оксид одновалентного азота.

Изобретение относится к капельной подаче жидкого восстановителя в выпускной трубопровод двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Способ капельной подачи жидкого восстановителя (1), представляющего собой водный раствор мочевины, в выпускной трубопровод (2) двигателя (3) внутреннего сгорания (ДВС) заключается в определении по меньшей мере одного параметра (4) отработавших газов (ОГ) при работе ДВС.

Изобретение относится к способу эксплуатации системы выпуска отработавших газов (ОГ), образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС), с расположенными в ней по меньшей мере одним улавливателем твердых частиц и по меньшей мере одним каталитическим нейтрализатором, заключающемуся в выполнении по меньшей мере следующих стадий: а) управляют процессами, протекающими в ДВС, с помощью системы лямбда-регулирования регулируемой величины (5), б) устанавливают необходимость в проведении процесса регенерации улавливателя твердых частиц, в) определяют потребное количество кислорода для проведения процесса регенерации улавливателя твердых частиц, г) с помощью системы лямбда-регулирования регулируемую величину настраивают на значение, согласованное с определенным на предыдущей стадии потребным количеством кислорода и поддерживаемое в течение периода регенерации улавливателя твердых частиц.

Изобретение относится к способу, относящемуся к системам SCR, для очистки выхлопных газов. Сущность изобретения: способ, относящийся к системам SCR, для очистки выхлопных газов, с помощью которого жидкость подается в устройство подачи, через которое она затем подается в дозатор в точке потребления системы SCR.

Изобретение относится к способу управления работой системы нейтрализации отработавших газов и к системе нейтрализации отработавших газов. Сущность изобретения: способ управления работой системы (100) нейтрализации отработавших газов, содержащей по меньшей мере сажевый фильтр (42) для улавливания сажи из отработавших газов двигателя (10) и deNOx-каталитический нейтрализатор (44) для уменьшения содержания оксида азота в отработавших газах двигателя (10).

Изобретение относится к способу распределения газового потока в газопаропроизводящих установках повышенного давления при выбросе их в атмосферу в компрессорах, печах и т.п., в частности глушителях двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение относится к системе доочистки выхлопа для двигателя внутреннего сгорания. Система доочистки выхлопа для двигателя внутреннего сгорания,содержит по меньшей мере один окислительный нейтрализатор дизельных выхлопных газов (DOC) и/или по меньшей мере один фильтр твердых частиц дизельных выхлопных газов (DPF), по меньшей мере один катализатор избирательного восстановления (SCR-катализатор), устройство подачи восстанавливающего агента, первый ΝΟx-датчик (12), расположенный выше по потоку от упомянутого DOC и/или DPF, второй ΝΟx-датчик (14), расположенный ниже по потоку от упомянутого SCR-катализатора, и по меньшей мер, один температурный датчик (16), выполненный с возможностью измерения температуры потока выхлопных газов и формирования на ее основе по меньшей мере первого температурного сигнала (Τ1).

Изобретение относится к области очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Способ очистки, при котором восстановление оксида азота происходит вследствие того, что в поток отработанного газа до катализатора, который заполнен материалом катализатора для селективного каталитического восстановления оксида азота, добавляют выделяющий аммиак восстановитель, отличающийся тем, что отношение количества NH3 к NOx (коэффициент загрузки α) периодически варьируется с помощью изменения выхода необработанных оксидов азота из двигателя внутреннего сгорания таким образом, что коэффициент загрузки α периодически колеблется около заданного значения.

Изобретение относится к области очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Способ эксплуатации установки нейтрализации отработанных газов, в котором удаление частиц сажи из отработанных газов проводят посредством пылевого фильтра.

Изобретение относится к переработке отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. При эксплуатации двигателя осуществляют подачу зажигания для сжигания воздушно-топливной смеси в двигателе, накапливают в сажевом фильтре твердые частицы, образуемые при сжигании воздушно-топливной смеси, и нагревают сажевый фильтр для улучшения его регенерации при нагрузке двигателя ниже порогового значения и отпускании акселератора посредством прекращения подачи зажигания в один или более цилиндров и подачи топлива в эти цилиндры.

Изобретение относится к системе последующей обработки отработавших газов. Способ контроля компонентов системы последующей обработки отработавших газов (EATS) для дизельного двигателя содержит по направлению потока отработавших газов форсунку системы усовершенствованного впрыска углеводородов (AHI), блок дизельного катализатора окисления (DOC), дизельный сажевый фильтр (DPF) и систему селективного каталитического восстановления (SCR), включает: измерение количества тепла (QDOC), выделившегося на блоке DOC в течение цикла впрыска углеводородов системой AHI; измерение количества тепла (QEATS) от впрыснутого системой AHI топлива, выделившегося на блоке DOC и фильтре DPF в течение цикла впрыска углеводородов системой AHI; измерение коэффициента преобразования (ηSCR) оксидов NOx в N2 системой SCR, когда впрыск углеводородов системой AHI не осуществляется; вычисление количества поданного тепла (QAHI) от топлива, впрыснутого системой AHI, в течение цикла впрыска углеводородов в случае полноценной работы форсунки; вычисление величины коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC, равного: 1 - (QDOC/QEATS); вычисление величины коэффициента выноса углеводородов в системе AHI, равного: 1 - (QEATS/QAHI); и идентификацию неисправности форсунки системы AHI, блока DOC, фильтра DPF или системы SCR путем сравнения каждого из вычисленного коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC, вычисленного коэффициента выноса углеводородов в системе AHI и измеренного коэффициента преобразования оксидов NOx с заданными величинами.

Настоящее изобретение относится к фильтру (2) частиц для фильтрации выхлопного газа в двигателе внутреннего сгорания, в частности автотранспортного средства. Фильтр содержит корпус и фильтрующий элемент (5).

Изобретение относится к устройствам для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Устройство включает в себя катализатор (7) окислов азота (NOx), расположенный в выпускном трубопроводе (3) двигателя (1) внутреннего сгорания для восстановления окислов азота с помощью восстанавливающего агента, подаваемого к нему, устройство (6) подачи, которое подает мочевину к катализатору (7) окислов азота выше по потоку относительно катализатора (7) окислов азота, фильтр (5), расположенный в выпускном трубопроводе выше по потоку относительно устройства (6) подачи, чтобы улавливать твердые частицы (ТЧ) в отработавших газах.

Группа изобретений относится к способу очистки сажевого фильтра транспортного средства и к системе с глушителем транспортного средства и сажевым фильтром. Транспортное средство снабжено двигателем внутреннего сгорания и сажевым фильтром, установленным в рабочее положение внутри глушителя системы выпуска отработавших газов при нормальной работе двигателя.

Изобретение относится к устройству для обработки выхлопных газов. Устройство (1) для обработки выхлопных газов, содержит впускную трубу (2) для ввода образованного в результате сгорания отработанного газа; выпускную трубу (3) для выпуска образованного в результате сгорания отработанного газа; газонепроницаемый внутренний корпус (7), который соединен по текучей среде с впускной трубой (2) на одной стороне и с выпускной трубой (3) на другой стороне, для размещения в нем фильтра (4) частиц; соединительный элемент (9), который расположен в области (8) соединения внутреннего корпуса (7), обращенной к выпускной трубе (3) относительно направления потока, для механического соединения фильтра (4) частиц с внутренним корпусом (7); окислительный нейтрализатор (5), расположенный выше по потоку по отношению к фильтру (4) частиц во внутреннем корпусе (7), для катализа реакции восстановления образованного в результате сгорания отработанного газа; по меньшей мере одно место (11, 12, 13, 14) измерения, расположенное на максимальной длине (L) фильтра (4) частиц относительно направления потока, для измерения противодавления, созданного фильтром (4) частиц, при работе устройства (1) для обработки выхлопных газов.

Изобретение относится к очистке отработавших газов дизельного двигателя. Система содержит нейтрализатор 1 отработавших газов, катализатор 2, устройство 3 хранения и подачи мочевины, трубку 4 подачи мочевины через форсунку 5 в трубопровод 6 выпуска отработавших газов.

Изобретение относится к области очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Система управления выбросами выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания включает в себя фильтр, устройство повышения температуры, устройство определения дифференциального давления и электронный модуль управления. Фильтр включает в себя первую область в качестве части фильтра и вторую область в качестве другой части фильтра. Электронный модуль управления выполнен с возможностью вычислять первое осажденное количество таким образом, что вычисленное осажденное количество становится больше по мере того, как становится больше соотношение абсолютной величины первой величины уменьшения дифференциального давления к продолжительности первого периода окисления. Электронный модуль управления выполнен с возможностью вычислять количество вещества в виде твердых частиц, осажденного во второй области, на основе продолжительности второго периода окисления и второй величины уменьшения дифференциального давления. 8 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к области очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Предложены способы и системы для пассивного восстановления фильтра твердых частиц, присоединенного к бензиновому двигателю. Во время условий замедления транспортного средства двигатель приводится в действие на более бедной смеси, чем стехиометрия, в течение двух следующих друг за другом обедненных фаз, в том числе начальной более длительной и более бедной фазы, сопровождаемой более короткой и менее бедной фазой. Посредством пассивного восстановления фильтра с использованием периодической обедненной работы двигателя могут быть улучшены рабочие характеристики двигателя. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх