Способ регенерации фильтра-улавливателя частиц для автотранспортного средства

Способ регенерации фильтра-улавливателя частиц для автотранспортного средства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Приоритет настоящего изобретения испрашивается по дате подачи французской заявки 1154967, поданной 7 июня 2011 года, содержание которой (текст, чертежи и формула изобретения) приведено здесь в качестве ссылки.

Изобретение касается способа регенерации фильтра-улавливателя частиц для автотранспортного средства, содержащего двигатель внутреннего сгорания.

Как известно, для регенерации фильтра-улавливателя частиц, который по мере эксплуатации транспортного средства забивается сажей, транспортное средство содержит электронную систему, позволяющую регенерировать фильтр за счет управления сжиганием сажи. Это сжигание сажи происходит при высокой температуре, создаваемой за счет повышения температуры на выходе двигателя, в случае необходимости дополняемого последующим сжиганием топлива, происходящим в каталитическом устройстве окисления.

Чтобы избежать повреждения элементов выхлопной трубы, находящихся на выходе места последующего сжигания, электронная система контролирует регенерацию, используя целевую температуру регенерации, при этом регулирование температуры осуществляют посредством регулирования количества топлива для последующего сжигания.

Компромисс между эффективностью регенерации, дополнительным расходом топлива для последующего сжигания и степенью разбавления топлива в масле (в случае когда впрыск топлива происходит в цилиндры двигателя, а также в этом случае рисками запуска на масле) не является оптимальным. Кроме того, учитывая большую продолжительность способа регенерации, существуют достаточно большие риски его сбоя при остановке двигателя.

Задачей изобретения является устранение одного или нескольких из этих недостатков.

В связи с этим объектом изобретения является способ регенерации фильтра-улавливателя частиц для автотранспортного средства, содержащего двигатель внутреннего сгорания, при этом способ содержит фазу регенерации, которой управляют, используя целевую температуру регенерации, отличающийся тем, что содержит предварительную фазу дополнительного нагрева, которой управляют, используя целевую температуру дополнительного нагрева более высокую, чем целевая температура регенерации.

В рамках изобретения под целевой температурой следует понимать температуру, которую измеряют на входе фильтра-улавливателя частиц и которая характеризует температуру внутри фильтра-улавливателя частиц.

Таким образом, при применении повышенной целевой температуры в начале способа (фаза дополнительного нагрева) повышение температуры фильтра-улавливателя частиц происходит намного быстрее, а при понижении целевой температуры на второй стадии (фаза регенерации) температура остается достаточно низкой, чтобы не повредить каталитическое устройство окисления, что обеспечивает эффективную регенерацию короткой продолжительности и одновременно позволяет оптимизировать разбавление в масле.

Согласно частному варианту выполнения целевую температуру дополнительного нагрева определяют при помощи картографии, входные параметры которой зависят от условий движения транспортного средства перед инициацией способа регенерации.

Согласно другому частному варианту выполнения целевую температуру дополнительного нагрева определяют при помощи картографии, входные параметры которой зависят от массы сажи в фильтре-улавливателе частиц.

Согласно еще одному частному варианту выполнения целевую температуру дополнительного нагрева определяют при помощи картографии, входные параметры которой зависят от динамики повышения температуры каталитического устройства окисления, расположенного на входе фильтра-улавливателя частиц.

Согласно еще одному частному варианту выполнения переход от фазы дополнительного нагрева к фазе регенерации задают по завершении определенной продолжительности фазы дополнительного нагрева. Согласно версии этого частного варианта продолжительность фазы дополнительного нагрева является постоянным значением. Согласно другой версии продолжительность фазы дополнительного нагрева является значением, зависящим от условий движения транспортного средства перед инициацией способа регенерации, и/или от массы сажи внутри фильтра-улавливателя частиц, и/или от динамики повышения температуры каталитического устройства окисления, расположенного на входе фильтра-улавливателя частиц.

Согласно еще одному частному варианту выполнения, переход от фазы дополнительного нагрева к фазе регенерации задают при достижении температуры изменения фазы. Согласно версии этого частного варианта, температура изменения фазы является постоянным значением. Согласно другой версии, температура изменения фазы является значением, зависящим от условий движения транспортного средства перед инициацией способа регенерации, и/или от массы сажи внутри фильтра-улавливателя частиц, и/или от динамики повышения температуры каталитического устройства окисления, расположенного на входе фильтра-улавливателя частиц.

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве неограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 иллюстрирует эффективность регенерации при различных испытаниях в зависимости от температуры на входе фильтра-улавливателя частиц в конце регенерации.

Фиг.2 иллюстрирует для тех же испытаний, что и на фиг.1, эффективность регенерации в зависимости от совокупного количества топлива, впрыскиваемого для последующего сжигания.

Автотранспортное средство содержит двигатель внутреннего сгорания, в который поступает воздух через впускной трубопровод и топливо через топливный трубопровод. Он содержит также выхлопную систему, отходящую от двигателя и позволяющую удалять газы, производимые при сгорании топлива в двигателе.

Настоящее изобретение касается транспортного средства, содержащего в выхлопной системе фильтр-улавливатель частиц, выполненный с возможностью фильтрации частиц, находящихся в выхлопных газах, и на выходе этого фильтра - каталитическое устройство окисления, выполненное с возможностью обеспечения каталитического окисления несгоревших остатков топлива, находящихся в выхлопных газах. В настоящем варианте выполнения выхлопная система содержит также на выходе каталитического устройства окисления каталитическое устройство восстановления, выполненное с возможностью каталитического восстановления оксидов азота, находящихся в выхлопных газах.

Как известно, для регенерации фильтра-улавливателя частиц, который по мере эксплуатации транспортного средства заполняется сажей, транспортное средство содержит электронную систему, позволяющую регенерировать фильтр за счет управления сжиганием сажи. Это сжигание сажи происходит при высокой температуре, создаваемой при последующем сжигании топлива (на выходе двигателя), происходящем в каталитическом устройстве окисления. Чтобы избежать повреждения элементов выхлопной системы, находящихся на выходе места последующего сжигания, электронная система контролирует регенерацию (как правило, расход топлива для последующего сжигания), используя целевую температуру регенерации достаточно низкую, чтобы не повредить ни каталитическое устройство окисления, ни фильтр-улавливатель частиц, ни каталитическое устройство восстановления, если таковое имеется.

Согласно изобретению способ регенерации фильтра-улавливателя частиц включает в себя две фазы: фазу регенерации с целевой температурой регенерации и перед этой фазой регенерации фазу дополнительного нагрева с целевой температурой дополнительного нагрева, превышающей целевую температуру регенерации.

Поскольку целевая температура дополнительного нагрева является более высокой, чем целевая температура регенерации, повышение температуры фильтра-улавливателя частиц происходит быстрее, чем в классическом способе. Последующее понижение целевой температуры для фазы регенерации позволяет, с одной стороны, избежать слишком высокой температуры, которая может повредить элементы, находящиеся в выхлопной системе, и, с другой стороны, снизить расход топлива, а также моментальный коэффициент разбавления топлива в масле (в случае впрыска в цилиндры двигателя). Несмотря на то, что повышенную целевую температуру ограничивают в первой фазе способа, настоящее изобретение позволяет получать выигрыш, выражающийся одновременно в понижении расхода топлива для последующего сжигания, в значительной эффективности регенерации (более 90%) и в сокращении общей продолжительности способа регенерации (и, следовательно, в ограничении рисков остановки двигателя во время такого способа).

Согласно частному варианту выполнения целевую температуру дополнительного нагрева, продолжительность фазы дополнительного нагрева, целевую температуру регенерации и продолжительность фазы регенерации устанавливает электронная система.

Были проведены различные испытания, результаты которых представлены на фиг.1 и 2.

1. Испытания, относящиеся к классическим способам регенерации только с одной фазой, показаны точками, обозначенными латинскими буквами (А: 5 минут с целевой температурой 450°С; В и С: 10 минут с целевой температурой 500°С; D и Е: 10 минут с целевой температурой 500°С и с оптимизированным ПИД-регулятором; F и G: 2 минуты с целевой температурой 550°С; Н и I: 3 минуты с целевой температурой 550°С; J и К: f: 5 минут с целевой температурой 550°С; L и М: 10 минут с целевой температурой 550°С; N и О: 1 минута с целевой температурой 600°С; Р и Q: 1 минута с целевой температурой 600°С; 1 минута и 30 секунд с целевой температурой 600°С; и R и S: 2 минуты с целевой температурой 600°С).

2. Испытания, относящиеся к способам регенерации в соответствии с изобретением, с двумя фазами, представлены точками, обозначенными греческими буквами οπρστυϕχϕω (α и β: 3 минуты с целевой температурой 500°С, затем 5 минут с целевой температурой 450°С; γ и δ: 2 минуты с целевой температурой 550°С, затем 5 минут с целевой температурой 450°С; ε и ζ: 1 минута с целевой температурой 550°С, затем 10 минут с целевой температурой 500°С; η: 2 минуты и 20 секунд с целевой температурой 550°С, затем 5 минут с целевой температурой 500°С; Θ и λ: 1 минута с целевой температурой 570°С, затем 5 минут с целевой температурой 500°С; µ: 1 минута с целевой температурой 600°С, затем 5 минут с целевой температурой 500°С; ν и ξ: 1 минута и 20 секунд с целевой температурой 600°С, затем 10 минут с целевой температурой 500°С).

Даже при низких целевых температурах регенерации (450°С) эффективность намного выше, если есть фаза дополнительного нагрева даже при невысокой целевой температуре дополнительного нагрева. При более высоких целевых температурах регенерации (500°С) эффективность всегда выше 85% даже при слабом дополнительном нагреве.

В каждом из испытаний с первоначальной фазой дополнительного нагрева конечная температура на выходе фильтра-улавливателя частиц лишь ненамного превышает 500°С, причем при исключительно высокой эффективности (если сравнить с конечными температурами на выходе фильтра-улавливателя частиц, часто превышающими 550°С, в классических способах).

В рамках изобретения под конечной температурой следует понимать температуру во время и в конце регенерации. Таким образом, схематично термический цикл содержит фазу дополнительного нагрева, затем плато с более низкой температурой, при этом предпочтительно в качестве целевой можно рассматривать эту более низкую температуру, чем обычно рассматриваемую температуру регенерации.

Согласно другим вариантам выполнения по меньшей мере одно из значений среди целевой температуры дополнительного нагрева, продолжительности фазы дополнительного нагрева, целевой температуры регенерации и продолжительности фазы регенерации определяют в зависимости от рабочих данных транспортного средства, в частности от момента инициализации способа.

Так, целевую температуру дополнительного нагрева можно определить при помощи картографии, входные параметры которой зависят от условий движения транспортного средства до инициации способа регенерации (этими условиями движения могут быть скорость транспортного средства и/или крутящий момент двигателя), и/или от массы сажи в фильтре-улавливателе частиц, и/или от динамики повышения температуры каталитического устройства окисления (эта динамика может зависеть от расхода воздуха во впускном коллекторе двигателя).

Целевая температура дополнительного нагрева может быть выше по меньшей мере на 40°С, даже по меньшей мере на 80°С и даже на 100°С относительно целевой температуры регенерации.

Переход от фазы дополнительного нагрева к фазе регенерации можно задавать по завершении определенной продолжительности фазы дополнительного нагрева и/или по достижении температуры изменения фазы.

Определенная продолжительность фазы дополнительного нагрева может быть постоянным значением (например, 1, 2 или 3 минуты) или значением, определяемым при помощи картографии, входные параметры которой зависят от условий движения транспортного средства до инициации способа регенерации (этими условиями движения могут быть скорость транспортного средства и/или крутящий момент двигателя), и/или от массы сажи в фильтре-улавливателе частиц, и/или от динамики повышения температуры каталитического устройства окисления (эта динамика может зависеть от расхода воздуха во впускном коллекторе двигателя).

Температурой, измеряемой и сравниваемой с температурой изменения фазы, может быть температура, измеряемая в выхлопной системе, и, в частности, температура, измеряемая между каталитическим устройством окисления и фильтром-улавливателем частиц. Так, измеряемой температурой может быть температура на входе фильтра-улавливателя частиц, температура на выходе каталитического устройства окисления или температура на входе каталитического устройства восстановления (независимо от того, находится это каталитическое устройство восстановления на входе или на выходе фильтра-улавливателя частиц).

Температурой изменения фазы может быть целевая температура дополнительного нагрева или предпочтительно значение целевой температуры дополнительного нагрева, скорректированное защитным значением (чтобы избежать превышения целевой температуры дополнительного нагрева по причине термической инерции системы). Как правило, коррекцию осуществляют путем вычитания защитного значения из целевой температуры дополнительного нагрева. Защитное значение может быть постоянным значением или значением, определяемым при помощи картографии, входные параметры которой зависят от условий движения транспортного средства до инициации способа регенерации (этими условиями движения могут быть скорость транспортного средства и/или крутящий момент двигателя), и/или от массы сажи в фильтре-улавливателе частиц, и/или от динамики повышения температуры каталитического устройства окисления (эта динамика может зависеть от расхода воздуха во впускном коллекторе двигателя).

Адаптируя способ регенерации (например, целевые температуры дополнительного нагрева и регенерации, продолжительность фаз дополнительного нагрева и регенерации или температуру изменения фазы) в зависимости от рабочих данных транспортного средства, можно оптимизировать способ и максимально защитить каталитическое устройство окисления, для которого выдерживаемая им максимальная температура тоже зависит от условий движения.

Настоящее изобретение можно применять для любого типа фильтра-улавливателя частиц (как такового, содержащего присадки или содержащего катализатор) и для любых элементов выхлопной системы и их относительных положений (при отсутствии или при наличии каталитического устройства восстановления, которое может находиться на входе или на выходе фильтра-улавливателя частиц).

1. Способ регенерации фильтра-улавливателя частиц для автотранспортного средства, содержащего двигатель внутреннего сгорания, при этом в способе используют фазу регенерации, которой управляют, используя целевую температуру регенерации, содержащий предварительную фазу дополнительного нагрева, которой управляют, используя целевую температуру дополнительного нагрева, более высокую, чем целевая температура регенерации, за которой следует фаза с более низкой температурой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что целевую температуру дополнительного нагрева определяют при помощи картографии, входные параметры которой зависят от условий движения транспортного средства перед инициацией способа регенерации.

3. Способ по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что целевую температуру дополнительного нагрева определяют при помощи картографии, входные параметры которой зависят от массы сажи в фильтре-улавливателе частиц.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что целевую температуру дополнительного нагрева определяют при помощи картографии, входные параметры которой зависят от динамики повышения температуры каталитического устройства окисления, расположенного на входе фильтра-улавливателя частиц.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что переход от фазы дополнительного нагрева к фазе регенерации задают по завершении определенной продолжительности фазы дополнительного нагрева.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что продолжительность фазы дополнительного нагрева является постоянным значением.

7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что продолжительность фазы дополнительного нагрева является значением, зависящим от условий движения транспортного средства перед инициацией способа регенерации, и/или от массы сажи внутри фильтра-улавливателя частиц, и/или от динамики повышения температуры каталитического устройства окисления, расположенного на входе фильтра-улавливателя частиц.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что переход от фазы дополнительного нагрева к фазе регенерации задают при достижении температуры изменения фазы.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что температура изменения фазы является постоянным значением.

10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что температура изменения фазы является значением, зависящим от условий движения транспортного средства перед инициацией способа регенерации, и/или от массы сажи внутри фильтра-улавливателя частиц, и/или от динамики повышения температуры каталитического устройства окисления, расположенного на входе фильтра-улавливателя частиц.