RU2583171C2 - Способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием и системой нейтрализации выхлопных газов и двигатель внутреннего сгорания - Google Patents

Способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием и системой нейтрализации выхлопных газов и двигатель внутреннего сгорания Download PDF

Info

Publication number
RU2583171C2
RU2583171C2 RU2012106141/06A RU2012106141A RU2583171C2 RU 2583171 C2 RU2583171 C2 RU 2583171C2 RU 2012106141/06 A RU2012106141/06 A RU 2012106141/06A RU 2012106141 A RU2012106141 A RU 2012106141A RU 2583171 C2 RU2583171 C2 RU 2583171C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
filter
internal combustion
combustion engine
exhaust gases
regeneration
Prior art date
Application number
RU2012106141/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012106141A (ru
Inventor
Брендан Патрик КЭРБЕРРИ
Хельмут Ханс РУЛАНД
Мориц Клаус ШПРИНГЕР
Original Assignee
Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК filed Critical Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК
Publication of RU2012106141A publication Critical patent/RU2012106141A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2583171C2 publication Critical patent/RU2583171C2/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • F01N9/002—Electrical control of exhaust gas treating apparatus of filter regeneration, e.g. detection of clogging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/101—Three-way catalysts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D37/00—Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for
    • F02D37/02—Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for one of the functions being ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/024—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to increase temperature of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/0245—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to increase temperature of the exhaust gas treating apparatus by increasing temperature of the exhaust gas leaving the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/027—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/029—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus the exhaust gas treating apparatus being a particulate filter
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1448—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an exhaust gas pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402—Multiple injections
    • F02D41/405—Multiple injections with post injections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2430/00—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics
    • F01N2430/06—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics by varying fuel-air ratio, e.g. by enriching fuel-air mixture
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08—Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0812—Particle filter loading
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F02D41/0055—Special engine operating conditions, e.g. for regeneration of exhaust gas treatment apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к способу работы двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Способ имеет один цилиндр и один выхлопной трубопровод для вывода выхлопных газов из одного цилиндра. Сажевый фильтр для сбора и сжигания частиц сажи в выхлопных газах, установленный в одном выхлопном трубопроводе, в котором для инициирования процесса регенерации сажевого фильтра увеличивают температуру фильтра до значения большего, чем предварительно заданная минимальная температура регенерации фильтра, путем увеличения температуры выхлопных газов за счет установки момента зажигания в режим позднего зажигания или за счет осуществления одного позднего впрыска топлива в один цилиндр и обеспечивают эксплуатацию двигателя внутреннего сгорания в режиме сверхстехиометрии при λ>1. Техническим результатом является разработка способа, с помощью которого двигатель с искровым зажиганием, оборудованный сажевым фильтром, сможет работать, обеспечивая условия частой регенерации фильтра. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу работы двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, который имеет по меньшей мере один цилиндр и один выхлопной трубопровод для вывода выхлопных газов из по меньшей мере одного цилиндра, причем в выхлопном трубопроводе предусмотрена по меньшей мере одна система обработки выхлопных газов.
Кроме того, изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с искровым зажиганием для осуществления указанного способа.
Уровень техники
Согласно уровню техники двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием или двигатели с циклом Отто оснащают различными системами нейтрализации выхлопных газов для того, чтобы уменьшить выброс загрязняющих веществ. Даже без применения дополнительных средств окисление несгоревших углеводородов (НС) и монооксида углерода (СО) обычно происходит в процессе расширения смеси и удаления газов из камеры цилиндра при достаточно высокой температуре и в присутствии достаточно большого количества кислорода. Однако протекание этих реакций быстро прекращается из-за того, что температура выхлопных газов стремительно снижается по направлению потока, что приводит к быстрому снижению скорости реакции.
По этой причине в уровне техники описано применение каталитических реакторов, которые обеспечивают окисление НС и СО даже при низкой температуре за счет использования каталитических материалов, увеличивающих скорость определенных реакций. Если дополнительно необходимо снизить концентрацию оксидов азота, этого можно достичь за счет использования трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, однако для этой цели необходимо стехиометрическое функционирование (коэффициент избытка воздуха λ≈1) двигателя с циклом Отто в узких пределах. В данном случае концентрация оксидов азота NOx снижается за счет присутствующих неокисленных компонентов выхлопного газа, особенно монооксидов углерода и несгоревших углеводородов, причем указанные компоненты выхлопных газов окисляются одновременно.
В случае двигателей внутреннего сгорания, которые работают при сильном избытке воздуха, например двигатели Отто, работающие в режиме обедненной горючей смеси, а также двигатели Отто с прямым впрыском, оксиды азота в выхлопных газах в принципе не могут быть восстановлены, в частности, из-за недостатка восстанавливающих агентов. Для эффективной обработки выхлопных газов приемы, описанные выше, потребовали бы использование систем нейтрализации выхлопных газов, которые применяют в дизельных двигателях, по сути, работающих при сильном избытке воздуха. Для окисления несгоревших углеводородов (НС) и монооксида углерода (СО) в выхлопной системе необходимо использовать окислительный каталитический нейтрализатор. Для восстановления оксидов азота можно применять избирательные каталитические нейтрализаторы, в которых восстановительный агент целенаправленно введен в отработавший газ для того, чтобы селективно восстановить оксиды азота. Также выбросы оксидов азота можно уменьшить, используя накапливающий оксиды азота каталитический нейтрализатор, в котором оксиды азота сначала абсорбируются, т.е. собираются и удерживаются, во время работы двигателя внутреннего сгорания в режиме обедненной горючей смеси, для того чтобы потом быть восстановленными, когда возникает дефицит кислорода во время фазы регенерации.
Проблема выброса сажи изначально относилась к дизельным двигателям. Однако внимание к таким выбросам сажи даже от двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием со временем возрастает.
Для того чтобы соответствовать будущим ограничением на выброс загрязняющих веществ, в особенности сажи, необходимыми стали дополнительные меры, требующие оборудования сажевым фильтром двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием.
Согласно уровню техники в дизельных двигателях уже используют так называемые регенерируемые сажевые фильтры, чтобы свести к минимуму выброс частиц сажи. В этом случае частицы сажи отфильтровываются из отработавшего газа, накапливаются и периодически сгорают во время регенерации фильтра. Для окисления сажи в фильтре требуется кислород или избыток воздуха в выхлопных газах. Этого можно достичь, например, сверхстехиометрическим функционированием (λ>1) двигателя внутреннего сгорания.
Дизельные двигатели и двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием значительно отличаются по принципу работы. В отличие от дизельных двигателей, которые, в основном, работают с большим избытком воздуха (λ>>1), двигатели Отто, как правило, оборудованы трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором, который, как говорилось ранее, требует стехиометрической работы в узких пределах. В случае с двигателем Отто использование сажевого фильтра требует выполнение принципа, в котором обеспечивается необходимое для регенерации фильтра количество кислорода, в то время как в случае с дизельным двигателем избыток воздуха присутствует в любом случае в выхлопных газах согласно принципу его работы.
В двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием даже при обычном режиме работы довольно часто достигаются высокие температуры, необходимые для регенерации сажевого фильтра, например Трег≈550ºС, в отсутствие каталитического обеспечения. Это обусловлено высокими температурами выхлопных газов по сравнению с дизельным двигателем.
Тем не менее, фильтр также должен иметь возможность целенаправленной регенерации, если его загруженность того требует. Это необходимо потому, что в зависимости от манеры вождения конкретного водителя, то есть режима, в котором работает двигатель внутреннего сгорания, больше невозможно быть уверенным, что необходимые для регенерации фильтра условия будут достигаться достаточно часто во время работы двигателя, то есть без вмешательства. Например, в случае транспортных средств, использующихся только для перемещения на короткие дистанции и требующих большого количества холодных запусков двигателя, фильтр может быть критически загружен, поскольку условия для его регенерации не возникают во время работы двигателя. Следовательно, необходимо прибегнуть к дополнительным мерам, чтобы обеспечить регенерацию фильтра.
На основе всего вышеизложенного целью настоящего изобретения является разработка способа, с помощью которого двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, оборудованный сажевым фильтром, сможет работать, обеспечивая условия достаточно частой регенерации сажевого фильтра.
Также дополнительной целью изобретения является обеспечение двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, осуществляющего этот метод.
Раскрытие изобретения
Первая цель достигается с помощью способа эксплуатации двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, который имеет по меньшей мере один цилиндр и по меньшей мере один выхлопной трубопровод для вывода выхлопных газов из по меньшей мере одного цилиндра, причем в по меньшей мере одном выхлопном трубопроводе предусмотрен сажевый фильтр для сбора и сжигания частиц сажи в выхлопных газах. Для того чтобы инициировать процесс регенерации сажевого фильтра, в данном способе увеличивают температуру фильтра Тфильтра до такого значения, что Тфильтра≥Трег, где Трег - предварительно заданная минимальная температура регенерации; и эксплуатируют двигатель внутреннего сгорания в режиме сверхстехиометрии (λ>1).
Согласно настоящему изобретению температуру фильтра Тфильтра целенаправленно увеличивают для того, чтобы очистить фильтр, тем самым обеспечивая достижение условий для регенерации фильтра. В дополнение к этому кислород, необходимый для окисления собранных в фильтре частиц, обеспечивается двигателем внутреннего сгорания, работающим в режиме сверхстехиометрии (λ>1), то есть двигатель переводят в этот режим, если он работал до этого в режимах стехиометрии (λ=1) или субстехиометрии (при λ<1).
Если двигатель внутреннего сгорания согласно предпочтительному варианту реализации изобретения имеет трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, размещенный в по меньшей мере одном выхлопном трубопроводе, предпочтительным является режим слабого обеднения, для того чтобы даже во время регенерации фильтра обеспечить необходимое количество воздуха для преобразования вредных веществ в трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе.
По причинам, отмеченным выше, эффективными являются те варианты реализации способа, в которых двигатель внутреннего сгорания работает при коэффициенте λ≤1,15 для возможности реализации регенерации сажевого фильтра.
В особенности эффективны варианты реализации способа, в которых двигатель внутреннего сгорания работает при коэффициенте λ≤1,1 и, предпочтительнее, λ≤1,05, для возможности реализации регенерации сажевого фильтра.
Процесс, использованный в данном изобретении, позволяет достичь первой цели, лежащей в основе изобретения, главным образом, определяя способ, при котором двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, оборудованный сажевым фильтром, может работать, обеспечивая достаточно частую регенерацию этого фильтра.
Далее приведены другие эффективные варианты способа согласно зависимым пунктам формулы изобретения.
Эффективными являются такие варианты реализации способа, в которых процесс регенерации фильтра инициируется, когда текущая его загруженность больше предварительно определенного значения.
Эффективными вариантами реализации являются такие, в которых регенерация фильтра инициируется только когда текущая загруженность фильтра больше, чем номинальное максимально допустимое значение, то есть когда фильтр перегружен.
Два вышеприведенных альтернативных способа гарантируют необходимую регенерацию. Собранные фильтром частицы окисляются только в том случае, когда это действительно необходимо. Таким образом, учитывается тот факт, что двигатель внутреннего сгорания, в общем, не может работать оптимально, т.е. не оптимизирован с точки зрения эффективности, во время регенерации, что в принципе должно рассматриваться как недостаток.
В связи с этим, в эффективных вариантах реализации способа загруженность фильтра оценивают с использованием математических моделей.
Эффективные варианты реализации способа включают в себя такие варианты, в которых текущую загруженность фильтра оценивают с использованием противодавления выхлопных газов выше по потоку фильтра.
Противодавление выхлопных газов, которое возникает вследствие возрастающего сопротивления фильтра потоку из-за накапливаемой массы частиц в фильтре, может быть обнаружено путем измерения с помощью датчика или может быть, в свою очередь, оценено с использованием математических моделей.
Определение противодавления выхлопных газов выше по потоку фильтра также может быть основано на давлении выхлопных газов, определенном в разных местах выхлопного тракта. Таким образом, при определенных обстоятельствах можно использовать уже существующие датчики давления, даже если эти датчики не расположены непосредственно выше по потоку фильтра.
Также в эффективных вариантах способа процесс регенерации фильтра инициируют при достижении заданного пробега.
Согласно этому альтернативному варианту фильтр всегда очищается именно после прохождения заданной дистанции независимо от фактической загруженности фильтра. Этот способ эффективен в случае, если законодательство регулирует частоту регенерации фильтра с тем, чтобы число допустимых операций очистки фильтра было заранее определено по отношению к определенной дистанции, например пять тысяч километров.
Также эффективны такие варианты реализации способа, в которых процесс регенерации фильтра инициируется по истечении заданного периода эксплуатации.
По сравнению с описанным выше альтернативным вариантом способа в данном случае вместо определения пройденного расстояния, то есть пробега, измеряют и аккумулируют период времени, в течение которого двигатель внутреннего сгорания работал с момента последней регенерации фильтра. В этом способе также не принимают во внимание фактическую загруженность фильтра, а также режим работы и в особенности количество холодных запусков двигателя, преимущественно при движении по городу или при других вариантах использования, например при поездках на большие расстояния.
Таким образом, являются эффективными такие варианты способа, в которых процесс регенерации фильтра инициируют, когда достигнуто определенное количество холодных запусков nхол.
В данном альтернативном варианте способа также не следуют строго принципу регенерации фильтра тогда, когда это требуется, то есть когда фактическую загруженность фильтра принимают во внимание и используют в качестве ключевого критерия для запуска процесса регенерации. Однако по сравнению с предыдущими альтернативами способа загруженность фильтра принимают во внимание косвенно, через режим работы двигателя внутреннего сгорания, а именно отслеживают количество холодных запусков nхол исходя из предположения, что фильтру может потребоваться или требуется очистка после определенного количества холодных запусков nхол.
Другим эффективным вариантом реализации способа является способ, в котором для того чтобы увеличить температуру фильтра Тфильтра, увеличивают температуру выхлопных газов Твыхлопа, что обеспечивается по меньшей мере одним внутренним средством двигателя.
Внутренние средства двигателя можно использовать для нагрева систем нейтрализации выхлопных газов, расположенных в выхлопной системе, а именно трехкомпонентного каталитического нейтрализатора и/или сажевого фильтра.
Эффективными также являются такие варианты реализации способа, в которых температуру выхлопных газов Твыхлопа увеличивают путем установки момента зажигания в режим позднего зажигания. Процесс сгорания смеси, протекающий в цилиндре, соответственно также сдвигается во времени в сторону задержки, то есть в направлении такта выпуска, в результате чего увеличивается вывод тепла в выпускную систему или в отработавший газ, что приводит к повышению температуры выхлопных газов.
Также эффективными являются варианты реализации способа, в которых температуру выхлопных газов Твыхлопа увеличивают посредством позднего впрыска рабочей смеси в по меньшей мере один цилиндр.
Сажевый фильтр можно нагреть посредством позднего впрыска дополнительного топлива в камеру сгорания, в котором топливо воспламеняется непосредственно в камере сгорания, которое может быть осуществлено в конце основного процесса сгорания или за счет высоких температур в камере сгорания в конце процесса сгорания. Следовательно, температура выхлопных газов, выходящих в выхлопной тракт, повышают с помощью внутренних средств двигателя.
Что касается позднего впрыска, следует иметь в виду, что использование дополнительного топлива для цели нагрева сажевого фильтра в принципе оказывает неблагоприятное влияние на эффективность двигателя внутреннего сгорания. В частности, частота и длительность процесса регенерации сажевого фильтра несомненно и прямо влияют на используемое для этих целей количество топлива, а следовательно, на общий расход топлива двигателя внутреннего сгорания.
В качестве альтернативы позднему впрыску топливо можно вводить непосредственно в выхлопной тракт перед фильтром. В этом случае топливо для нагрева фильтра сгорает вместе с остаточным кислородом, присутствующим в выхлопных газах, или с дополнительно введенным воздухом.
Эффективными альтернативными вариантами реализации метода также являются варианты, в которых увеличение температуры выхлопных газов осуществляют посредством рециркуляции выхлопных газов (РВГ), которая применительно к настоящему изобретению относится к внутренним средствам двигателя внутреннего сгорания. Горячие выхлопные газы, рециркулированные в камеру сгорания, повышают температуру свежего заряда рабочей смеси цилиндра. Кроме того, в результате образования рабочей смеси нового состава скорость сгорания снижается, вследствие чего процесс сгорания удлиняется и длится до выпуска рабочей смеси.
Эффективными также являются такие варианты реализации способа, в которых сажевый фильтр оборудован нагревателем, который активируют для повышения температуры фильтра Тфильтра.
Вторая цель, лежащая в основе настоящего изобретения, а именно обеспечение двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием для реализации изложенного выше способа, достигается посредством применения двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, имеющим по меньшей мере один цилиндр и по меньшей мере один выхлопной трубопровод для вывода выхлопных газов из по меньшей мере одного цилиндра, причем в по меньшей мере одном выхлопном трубопроводе двигателя внутреннего сгорания предусмотрен трехкомпонентный каталитический нейтрализатор для нейтрализации выхлопных газов, а также сажевый фильтр для сбора и сжигания частиц сажи в выхлопных газах.
Необходимо отметить, что способ по изобретению может быть применен по аналогии в двигателе внутреннего сгорания по изобретению и, следовательно, при описании данного двигателя сделана отсылка к признакам способа.
Комбинация трехкомпонентного каталитического нейтрализатора и сажевого фильтра позволяет осуществить полную обработку выхлопных газов, а именно несгоревших углеводородов (НС), монооксида углерода (СО), оксидов азота (NOx) и частиц сажи.
Два компонента системы нейтрализации выхлопных газов могут быть выполнены в виде отдельных элементов. Специальные носители катализатора могут быть предусмотрены как для трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, так и для сажевого фильтра. Эти носители либо расположены на расстоянии друг от друга либо объединены вместе, а трехкомпонентный каталитический нейтрализатор расположен выше по потоку сажевого фильтра. Такое расположение является предпочтительным, так как необходимо иметь в виду тот факт, что после холодного старта трехкомпонентный каталитический нейтрализатор должен быть нагрет как можно быстрее, а сажевый фильтр для выполнения его функций нуждается в высоких температурах только для регенерации, что осуществляется сравнительно редко.
В качестве альтернативы можно использовать комбинированную систему нейтрализации выхлопных газов, в которой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор и сажевый фильтр объединены в один компонент, т.е. выполнены в виде четырехкомпонентного каталитического нейтрализатора.
По указанным выше причинам эффективными являются варианты, в которых трехкомпонентный каталитический нейтрализатор расположен выше по потоку сажевого фильтра, либо в которых трехкомпонентный каталитический нейтрализатор и сажевый фильтр объединены в один компонент.
Краткое описание чертежей
Далее приведено более подробное описание изобретения со ссылкой на один из примеров воплощения двигателя внутреннего сгорания для реализации способа, показанного на Фиг. 1, где:
На Фиг. 1 схематически представлен первый вариант воплощения двигателя внутреннего сгорания.
Осуществление изобретения
На Фиг. 1 схематически представлен первый вариант воплощения двигателя 1 внутреннего сгорания с искровым зажиганием для осуществления способа по изобретению.
Показан трехцилиндровый однорядный двигатель 1, в котором три цилиндра 3 размещены в ряд вдоль продольной оси головки цилиндра, каждый из них имеют свечу 5 зажигания для инициирования искрового воспламенения. Свечи 5 зажигания активируют, то есть контролируют, по отдельности с помощью контроллера 8 двигателя через линию 10 управления. Коэффициент избытка воздуха λ устанавливают через количество впрыскиваемой горючей смеси (не показано).
Всасывающая линия 2 предусмотрена для подачи в цилиндры 3 свежего воздуха или свежей смеси. Выхлопной трубопровод 4 служит для вывода горячих газов сгорания. В выхлопном трубопроводе 4 предусмотрены трехкомпонентный каталитический нейтрализатор 7, предназначенный для нейтрализации выхлопных газов, и сажевый фильтр 6, предназначенный для сбора частиц сажи в выхлопных газах, причем трехкомпонентный каталитический нейтрализатор 7 расположен выше по потоку сажевого фильтра 6, а следовательно, в непосредственной близости к двигателю.
Для того чтобы запустить процесс регенерации сажевого фильтра 6, его температуру Тфильтра увеличивают до значения, необходимого для регенерации Трег, за счет установки момента зажигания в режим позднего зажигания с помощью контроллера 8 двигателя. Дополнительно, при необходимости, двигатель внутреннего сгорания переводят в режим сверхстехиометрии (λ>1).
Процесс регенерации фильтра запускают только в случае, если текущая загруженность фильтра 6 делает это необходимым, то есть загруженность фильтра больше заданного значения, что обеспечивает необходимую частоту регенерации. Текущую загруженность фильтра 6 можно оценить, используя противодавление выхлопных газов, которое возникает в результате возрастающего сопротивления потоку фильтра 6 из-за накапливаемой в нем массы частиц. В данном случае противодавление выхлопных газов определяют путем измерения с помощью датчика 9 давления.
Используемые обозначения:
1 Двигатель внутреннего сгорания
2 Всасывающая линия
3 Цилиндр
4 Выхлопной трубопровод
5 Свеча зажигания
6 Сажевый фильтр
7 Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор
8 Контроллер двигателя
9 Датчик давления
10 Линия управления
EGR Рециркуляция выхлопных газов
СО Монооксид углерода
НС Несгоревшие углеводороды
NOx Оксиды азота
nхол Количество холодных запусков
Тфильтра Температура фильтра
Трег Минимальная температура регенерации фильтра
λ Коэффициент избытка воздуха

Claims (10)

1. Способ эксплуатации двигателя (1) внутреннего сгорания с искровым зажиганием, имеющего по меньшей мере один цилиндр (3) и по меньшей мере один выхлопной трубопровод (4) для вывода выхлопных газов из по меньшей мере одного цилиндра (3), а также сажевый фильтр (6) для сбора и сжигания частиц сажи в выхлопных газах, установленный в по меньшей мере одном выхлопном трубопроводе (4), в котором для инициирования процесса регенерации сажевого фильтра (6) увеличивают температуру фильтра до значения большего, чем предварительно заданная минимальная температура регенерации фильтра, путем увеличения температуры выхлопных газов за счет установки момента зажигания в режим позднего зажигания или за счет осуществления по меньшей мере одного позднего впрыска топлива в по меньшей мере один цилиндр (3) и обеспечивают эксплуатацию двигателя (1) внутреннего сгорания в режиме сверхстехиометрии при λ>1.
2. Способ по п. 1, в котором двигатель (1) внутреннего сгорания эксплуатируют при λ≤1,15 для регенерации сажевого фильтра (6).
3. Способ по п. 1, в котором двигатель (1) внутреннего сгорания эксплуатируют при λ≤1,15, предпочтительно при λ≤1,05 для регенерации сажевого фильтра (6).
4. Способ по п. 1, в котором процесс регенерации фильтра инициируют, когда текущая загруженность сажевого фильтра (6) больше заранее заданного значения.
5. Способ по п. 4, в котором текущую загруженность фильтра (6) оценивают с помощью математических моделей.
6. Способ по п. 4, в котором текущую загруженность фильтра (6) оценивают с использованием противодавления выхлопных газов выше по потоку фильтра (6).
7. Способ по п. 1, в котором процесс регенерации фильтра инициируют при достижении заранее заданной величины пробега.
8. Способ по п. 1, в котором процесс регенерации фильтра инициируют при достижении заранее заданной величины периода эксплуатации.
9. Способ по п. 1, в котором процесс регенерации фильтра инициируют при достижении заранее заданного количества холодных запусков двигателя.
10. Двигатель (1) внутреннего сгорания с искровым зажиганием для осуществления способа по одному из предшествующих пунктов, имеющий по меньшей мере один цилиндр (3) и по меньшей мере один выхлопной трубопровод (4) для вывода выхлопных газов из одного цилиндра (3), отличающийся тем, что в по меньшей мере одном выхлопном трубопроводе (4) установлены трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (7) для обработки выхлопных газов и сажевый фильтр (6) для сбора и сжигания частиц сажи в выхлопных газах, объединенные в один компонент.
RU2012106141/06A 2011-02-22 2012-02-21 Способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием и системой нейтрализации выхлопных газов и двигатель внутреннего сгорания RU2583171C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011004522A DE102011004522A1 (de) 2011-02-22 2011-02-22 Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Abgasnachbehandlung und Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens
DE102011004522.8 2011-02-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012106141A RU2012106141A (ru) 2013-08-27
RU2583171C2 true RU2583171C2 (ru) 2016-05-10

Family

ID=46604787

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012106141/06A RU2583171C2 (ru) 2011-02-22 2012-02-21 Способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием и системой нейтрализации выхлопных газов и двигатель внутреннего сгорания

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8833060B2 (ru)
CN (1) CN102877922B (ru)
DE (1) DE102011004522A1 (ru)
RU (1) RU2583171C2 (ru)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9771888B2 (en) * 2013-10-18 2017-09-26 GM Global Technology Operations LLC System and method for controlling an engine based on an oxygen storage capability of a catalytic converter
US9909473B2 (en) * 2014-11-13 2018-03-06 Ford Global Technologies, Llc Method and system for gas particulate filter
JP6551426B2 (ja) * 2017-01-13 2019-07-31 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
DE102017209693A1 (de) * 2017-06-08 2018-12-13 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors sowie Verbrennungsmotor
US10378400B2 (en) 2017-07-18 2019-08-13 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for particulate filter regeneration
FR3069279B1 (fr) * 2017-07-19 2019-08-02 Psa Automobiles Sa Procede de lancement d’une regeneration d’un filtre a particules
JP2019077224A (ja) * 2017-10-20 2019-05-23 スズキ株式会社 車両の制御装置
JP6935751B2 (ja) * 2018-01-15 2021-09-15 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド車両
JP7163779B2 (ja) * 2019-01-10 2022-11-01 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド車両の制御装置
US10865676B1 (en) * 2019-07-08 2020-12-15 Denso International America, Inc. Emission control system
DE102019133498B4 (de) * 2019-12-09 2022-02-03 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zur Reaktivierung einer Abgasnachbehandlungskomponente und Antriebsvorrichtung
CN111749803B (zh) * 2020-05-20 2022-10-14 中国第一汽车股份有限公司 一种汽油机颗粒捕集器再生控制方法
JP7414022B2 (ja) * 2021-01-13 2024-01-16 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド車両の制御装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5100632A (en) * 1984-04-23 1992-03-31 Engelhard Corporation Catalyzed diesel exhaust particulate filter
RU2259227C2 (ru) * 2000-01-14 2005-08-27 Уде Гмбх Способ удаления nox и n2o из остаточного газа производства азотной кислоты
WO2010012557A1 (de) * 2008-08-01 2010-02-04 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Verfahren zum betrieb einer abgasanlage mit lambda-regelung

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4225153B2 (ja) * 2003-07-30 2009-02-18 日産自動車株式会社 排気フィルタの再生制御装置
JP4710846B2 (ja) 2007-02-21 2011-06-29 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP4430704B2 (ja) * 2007-10-01 2010-03-10 本田技研工業株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP5061861B2 (ja) * 2007-11-21 2012-10-31 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
US8474247B2 (en) 2009-03-18 2013-07-02 GM Global Technology Operations LLC Particulate filter regeneration post-injection fuel rate control
DE102009002198A1 (de) * 2009-04-06 2010-10-14 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5100632A (en) * 1984-04-23 1992-03-31 Engelhard Corporation Catalyzed diesel exhaust particulate filter
RU2259227C2 (ru) * 2000-01-14 2005-08-27 Уде Гмбх Способ удаления nox и n2o из остаточного газа производства азотной кислоты
WO2010012557A1 (de) * 2008-08-01 2010-02-04 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Verfahren zum betrieb einer abgasanlage mit lambda-regelung

Also Published As

Publication number Publication date
US8833060B2 (en) 2014-09-16
DE102011004522A1 (de) 2012-08-23
US20120210699A1 (en) 2012-08-23
CN102877922B (zh) 2016-09-07
RU2012106141A (ru) 2013-08-27
CN102877922A (zh) 2013-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2583171C2 (ru) Способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием и системой нейтрализации выхлопных газов и двигатель внутреннего сгорания
KR102150583B1 (ko) 내연기관의 배기가스 후처리 시스템 및 배기가스 후처리 방법
KR101684502B1 (ko) 배기 가스 정화 장치 및 배기 가스 정화 방법
JP5876714B2 (ja) 排気ガス浄化装置の制御方法
KR102602970B1 (ko) 내연기관의 배기가스 후처리 시스템 및 배기가스 후처리 방법
US7484503B2 (en) System and method for diesel particulate filter regeneration
US8528321B2 (en) Exhaust purification system for internal combustion engine and desulfurization method for the same
JP6305128B2 (ja) リーンノックストラップの脱硫装置および方法
EP1445438A1 (en) Exhaust gas purifying system
KR101326829B1 (ko) 매연 필터 재생 시스템 및 방법
US9551252B2 (en) System and method of purifying exhaust gas provided with lean NOx trap and selective catalytic reduction catalyst
JPWO2002066813A1 (ja) ディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法と排気ガス後処理装置の再生制御方法
US10287944B2 (en) Exhaust purification system and method of desulfurizing lean NOx trap of exhaust purification system provided with lean NOx trap and selective catalytic reduction catalyst
KR101886088B1 (ko) 배기 가스 정화 장치 및 배기 가스 정화 방법
JP5062539B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
KR20200102150A (ko) 자동차의 배기가스 정화장치 및 그 제어방법
KR102019867B1 (ko) Isg가 장착된 디젤차량의 매연여과장치 재생 전략 판단방법 및 매연여과장치의 재생 제어에 따른 매연물질 연소량 계산방법
KR20220003713A (ko) 배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어 방법
KR101272944B1 (ko) 가솔린 엔진의 수트 재생 시스템 및 방법
JP2018096314A (ja) 内燃機関システム
KR20120036008A (ko) 자동차 배출가스 저감장치
KR102394582B1 (ko) 배기 시스템, 및 이의 제어방법
KR20200139861A (ko) 자동차의 배기가스 정화장치 및 그 제어방법
JP2004339971A (ja) 排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム
JP2019157646A (ja) エンジンの排気浄化制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
HE9A Changing address for correspondence with an applicant
HE9A Changing address for correspondence with an applicant
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210222