Фазы работы: фильтрация несгоревших частиц топлива (SIEMENS SID 201) (DT17TED4 2720 6 цил. диз. турбо DIR) Citroen C5 II

Основные пути оптимизации принудительной регенерации сажевого фильтра

- вычисление массы сажи, находящейся внутри сажевого фильтра (в зависимости от типа дорожных условий)

Моделирование

• Учет дорожных условий, в которых эксплуатируется автомобиль (история использования автомобиля)
• Распознавание типов дорожных условий с целью оптимизации доли успешных регенераций
• Использовать все возможности для эксплуатации автомобиля в благоприятных условиях

Основные пути оптимизации результатов использования принудительной регенерации

• Закрытие блока дроссельной заслонки EGR: система клапанов (стратегия, позволяющая увеличить теплообмен между воздухом и охлаждающей жидкостью двигателя – нагрев нагнетаемого воздуха)
• Оптимизация расхода топлива (экономия в среднем до 1 %)
• 1 или 2 послевпрыскивания, в зависимости от частоты вращения / нагрузки

Общие принципы

Целью фильтрации является уничтожение частиц, удерживающихся на стенках фильтра

Регенерация заключается в периодическом сжигании аккумулированых в фильтре частиц

Регенерация может происходить естественным путем, если температура отработавших газов достаточна для этого

Регенерация может вызываться компьютером системы впрыска, если температура отработавших газов недостаточна и сажевый фильтр засорился

Компьютер системы впрыска искусственно повышает температуру отработавших газов за счет последующего впрыска: этот процесс называется «принудительная регенерация»

Компьютер системы впрыска постоянно управляет следующими функциями

• Состояние фильтра наблюдение за уровнем загрязненности сажевого фильтра
• Принудительная регенерация выполнение принудительной регенерации

Функция: наблюдение за уровнем загрязненности сажевого фильтра

Назначение

• Определение состояния сажевого фильтра (уровень загрязненности)
• При необходимости – подача команды на включение функции принудительной регенерации
• Обеспечение эффективного выполнения принудительной регенерации

Основные данные, используемые для контроля за состоянием сажевого фильтра

• Вычисление массы сажи, находящейся внутри сажевого фильтра
• Дифференциальное давление (измерение)
• Температура отработавших газов (на выходе из каталитического нейтрализатора)
• Объем нагнетаемого воздуха

Вычисление массы сажи, находящейся внутри сажевого фильтра

Более подробно: вычисление массы сажи

В компьютере системы впрыска содержатся алгоритмы изменения массы сажи, присутствующей в сажевом фильтре, в зависимости от характера движения автомобиля

Различают пять различных типов дорожных условий

• Затрудненное уличное движение " a "
• Нормальное уличное движение " b "
• Свободное уличное движение " c "
• Движение по дорогам " d "
• Движение по автомагистралям " e "

Тип дорожных условий определяется на основании следующих параметров

• Крутящий момент двигателя
• Скорость автомобиля

В течение каждого часа движения компьютер системы впрыска определяет тип условий движения автомобиля

Это значение складывается со значением, полученным ранее. Таким образом, суммарное значение показывает общую массу сажи, накопившейся с момента последней регенерации

Суммированием этих масс можно определить теоретический момент времени для проведения регенерации

История использования автомобиля компьютер системы впрыска регистрирует условия движения по 5 последним регенерациям

• Записи о дорожных условиях обновляются каждый час
• Компьютер системы впрыска определяет профиль управления автомобилем и предвидит наиболее благоприятный момент для активации регенерации сажевого фильтра, в зависимости от данной предистории эксплуатации автомобиля

Безопасность функционирования: дифференциальное давление

Наличие частиц сажи в фильтре приводит к возникновению перепада давления (дифференциального давления между входом и выходом)

Это значение непрерывно измеряется и показывает уровень загрязненности сажевого фильтра

Алгоритмы компьютера системы впрыска дизельного двигателя имеют 4 уровня, определяемых кривыми на базе расчета объемного расхода отработавших газов

Пропускная способность фильтра по объему отработавших газов вычисляется в основном на основании следующих параметров

• Дифференциальное давление
• Объем нагнетаемого воздуха
• Атмосферное давление
• Температура отработавших газов (на выходе из каталитического нейтрализатора)

Безопасность функционирования: дифференциальное давление: уровень загрязненности сажевого фильтра

F - пропускная способность фильтра по объему отработавших газов (л/ч)

G - дифференциальное давление давление воздуха во впускном трубопроводе

" g ": утечка из фильтра

" h ": промежуточная зона

" j ": фильтр чрезмерно забит

" k ": засорен фильтр

Зоны " g " - " k " характеризуют уровень засоренности сажевого фильтра. цель компьютера системы впрыска постоянно находиться в состоянии "h" (независимо от пробега автомобиля)

Компьютеру системы впрыска требуется регенерация фильтра, чтобы перейти в зону "h" (в зависимости от дорожных условий)

Компьютер системы впрыска требует включение функции помощи регенерации в следующих случаях: уровень засоренности фильтра находится в зоне " j " или " k "

Безопасность функционирования: дифференциальное давление: фильтр чрезмерно забит зона "j"

Так называемое состояние предупреждения

Безопасность функционирования: дифференциальное давление: засорен фильтр зона "K"

Дифференциальное давление постоянно превышает 800 мбар (максимально допустимое противодавление двигателя) или другое пороговое значение, определяемое пропускной способностью фильтра

Возможные причины неисправности

• Принудительная регенерация неэффективна
• Фильтр закупорен церином
• Ошибка в показаниях датчика дифференциального давления
• Отсутствие добавки к топливу

Компьютер системы впрыска прерывает требование помощи регенерации и сигнализирует о неисправности

Безопасность функционирования: дифференциальное давление: утечка из фильтра зона "G"

Дифференциальное давление меньше порогового значения, определяемого пропускной способностью фильтра

Возможные причины неисправности

• Ошибка в показаниях датчика дифференциального давления
• Нарушение герметичности выпускного канала, см. информацию о трубах выше/ниже
• Действительно имеют место утечки из фильтра

Компьютер системы впрыска прерывает требование помощи регенерации и сигнализирует о неисправности

Коррекция уровня засоренности, в случаеналичия церина

Церин входит в состав топлива

• Не сгорает вместе с сажей
• Накапливается в стенках сажевого фильтра

Компьютер системы впрыска постоянно адаптирует свои алгоритмы в зависимости от количества сажи, скопившейся в сажевом фильтре

Влияние дорожных условий на дифференциальное давление

Изменение дифференциального давления одинаково зависит от следующих параметров

• Расход топлива (присадки к топливу) (количество добавки, накопленное в фильтре)
• Условия эксплуатации автомобиля (начало послевпрыскивания)
• Температура отработавших газов
• Скорость прохождения отработавших газов через сажевый фильтр

F - пропускная способность фильтра по объему отработавших газов (л/ч)

G - дифференциальное давление давление воздуха во впускном трубопроводе

H - езда по дорогам и автомагистралям (перед регенерацией)

J - езда по городу (перед регенерацией)

" l ": фильтры отработавших газов

" m ": отходы (церин, сажа, несгоревшие углеводороды, отходы масла…)

Пример H

• Отходы накапливаются в глубине сажевого фильтра
• Газ проходит через каналы, дифференциальное давление в норме

Пример J

• Отходы накапливаются в виде слоев пленки на каналах
• Проход газа через каналы затруднен, дифференциальное давление повышается

Функция: выполнение принудительной регенерации

Назначение

• Управление функциями контроля состояния фильтра
• При необходимости, запуск регенерации фильтра в зависимости от его состояния по результатам контроля
• Определение необходимого уровня интенсивности регенерации
• Контроль влияния послевпрыскивания на работу двигателя

Регенерация заключается в периодическом сжигании частиц, накапливающихся в фильтре, и позволяет поддерживать параметры фильтра в зоне " h "

Регенерация фильтра зависит от температуры отработавших газов, которая может быть ниже температуры горения сажи

Существует два метода регенерации

• Естественная регенерация
• Искусственная регенерация (принудительная регенерация)

Естественная регенерация

Когда температура отработавших газов достигает порогового значения регенерации (увеличение нагрузки на двигатель) частицы в сажевом фильтре сгорают естественным путем. никаких внешних действий для осуществления регенерации не требуется

Искусственная регенерация (принудительная регенерация)

Помощь регенерации прдставляет собой комплекс действий, управляемых компьютером системы впрыска с целью повышения температуры отработавших газов до порогового значения регенерации

Необходимо определить уровень принудительной регенерации

Предусматривается три типа принудительной регенерации в зависимости от теплового состояния выпускной системы

• Принудительная регенерация уровня 1 значения базовой матрицы, соответствующие невысокой температуре отработавших газов (на непрогретом двигателе (предварительный нагрев каталитического нейтрализатора)
• Принудительная регенерация уровня 2 (значения базовой матрицы для горячей выпускной системы. Температура находится в диапазоне от 250°C до 480°C)
• Принудительная регенерация уровня 3 (значения базовой матрицы для горячей выпускной системы. Температура превышает 480°C)

Необходимо определить уровень принудительной регенерации: принудительная регенерация уровня 1

Когда в результате контроля обнаруживается изменение рабочей зоны, подается команда на запуск принудительной регенерации уровня 1 (пример: переход из зоны " j " в зону " k ")

При каждом требовании активации компьютер системы впрыска выполняет следующие операции

• Запрещает работу системы рециркуляции отработавших газов (EGR)
• Подает команду на запуск устройств-потребителей энергии (обогреватель заднего стекла, электровентилятор, свечи предварительного нагрева)
• Включает последующий впрыск (подогрев отработавших газов)

Необходимо определить уровень принудительной регенерации: принудительная регенерация уровня 2

Выполняется по тому же принципу, что и принудительная регенерация уровня 1, однако используются более строгие значения базовой матрицы, позволяющие повысить температуру до большего уровня

Переход от принудительной регенерации уровня 1 к принудительной регенерации 2 происходит при следующих условиях

• Температура отработавших газов поднимается и опускается
• Таким образом, что не переходит пороговое значение

Необходимо определить уровень принудительной регенерации: принудительная регенерация уровня 3

Сохраняет оптимальную температуру и регенерирует сажевый фильтр

Компьютер системы впрыска включает два последующих впрыска

Условия включения принудительной регенерации (по результатам контроля)

Параметры, в результате оценки которых может быть включена принудительная регенерация

• Масса сажи, накопившейся в сажевом фильтре
• Дифференциальное давление

(*) в зависимости от дорожных условий

Условия включения принудительной регенерации (по результатам контроля): дифференциальное давление

Включение принудительной регенерации по параметру измерения дифференциального давления может осуществляться независимо от включения по результатам вычисления массы сажи

В случае наступления условия включения принудительной регенерации, необходимо прекратить регенерацию, отсчет времени последующего впрыска для осуществления которой имеет место или уже окончился (это позволяет полностью сжечь сажу, в ходе нормальной работы)

Установление временных рамок для послевпрыскивания позволяет

• Избежать слишком продолжительного послевпрыскивания (износ, ухудшение смазки двигателя)
• Ограничить расход топлива

Условия включения принудительной регенерации (по результатам контроля): другие условия

Другие условия включения принудительной регенерации:: температура двигателя не должна быть ниже 60 °C

Последствия включения принудительной регенерации

Запрещение работы системы рециркуляции отработавших газов (EGR)

При каждом включении помощи регенерации компьютер системы впрыска запрещает рециркуляцию отработавших газов (EGR): клапан системы рециркуляции отработавших газов закрывается (нагнетание прекращается)

Включение устройств-потребителей энергии: Назначение

Включение устройств-потребителей энергии

• Позволяет увеличить момента сопротивления генератора, что приводит к повышению нагрузки на двигатель
• Способствует повышению температуры отработавших газов
• Позволяет быстро переместить рабочую точку двигателя в положение, в котором включается послевпрыскивание

Включение устройств-потребителей энергии: работа

Компьютер системы впрыска требует от блока BSI1 активировать дополнительные устройства-потребители энергии для потребления повышенной мощности (команда насыщения генератора)

Порядок подключения потребителей электроэнергии блоком BSI (*)

• Включение функции обогрева заднего стекла
• Запуск электровентилятора с малой частотой вращения
• Управление работой вентилятора на средней скорости
• Запрос на принудительное включение свечей предпускового и последующего обогрева

(*) определяется уровнем загруженности автомобиля (так что напряжение аккумуляторной батареи превышает 12,8 В)

Закрытие блока дроссельной заслонки EGR - система клапанов

Закрытие блока дроссельной заслонки (EGR) позволяет выполнять следующие действия

• Ограничение количества свежего воздуха, поступающего в двигатель
• Обогащение горючей смеси
• Увеличение нагрузки на двигатель
• Способствует повышению температуры отработавших газов
• Позволяет быстро переместить рабочую точку двигателя в положение, в котором включается послевпрыскивание

Условия, при которых возможно закрытие блока дроссельной заслонки (EGR)

• Частота вращения двигателя меньше 2000 об/мин
• И низкая нагрузка на двигатель (крутящий момент ниже 10 Нм)

K: частота вращения двигателя (об/мин)

L: крутящий момент (дН.м)

" n ": блок дроссельной заслонки (EGR) (закрыта)

" p ": положение блока дроссельной заслонки (EGR): в зависимости от температуры внешнего воздуха

Последующий впрыск

Катализатор, установленный в верхней части сажевого фильтра, является катализатором окисления

В присутствие несгоревших углеводородов (HC) тепловой кпд катализатора повышается

Температура отработавших газов растет

При послевпрыскивании

• Топливо впрыскивается после прохождения верхней мертвой точки (положение коленчатого вала 20 - 120 °)
• Температура канала выпуска отработавших газов постепенно повышается до порогового значения регенерации

После достижении этой температуры послевпрыскивание продолжается до полного уничтожения несгоревших частиц топлива

Объем подачи топлива и продолжительность послевпрыскивания определяются по базовой матрице, по которой определяются условия работы двигателя

Полный расход впрыскиваемого топлива с учетом последующего впрыска должен остаться неизменным

Влияние на работу двигателя: снижение объема топлива при основном впрыскивании

При постоянных частоте вращения и нагрузке послевпрыскивание приводит к увеличению крутящего момента двигателя

Для сохранения тех же комфортных условий движения и чтобы избежать рывков двигателя при последующем впрыске программное обеспечение компьютера системы впрыска включает следующие стратегии

• Снижение объема топлива при основном впрыскивании
• Регулировка давления наддува

N: время (с)

M: давление в цилиндре (бар)

" q ": предварительное впрыскивание

" r ": основной впрыск

" s ": сокращение времени основного впрыскивания

" t ": последующий впрыск

" u ": снижение давления в цилиндре

Снижение объема топлива основного впрыскивания позволяет компенсировать прирост крутящего момента, возникающий из-за послевпрыскивания

Влияние на работу двигателя: регулировка давления наддува

Для поддержания постоянного крутящего момента во время принудительной регенерации соответствующим образом регулируется давление наддува

Добавление присадки к топливу

Работа

Для понижения порога регенерации используется присадка к топливу Eolys, представляющая собой смесь на основе церина, которая понижает температуру сгорания частиц с 550°C до 450°C

Церин применяется в виде органического раствора и хранится в дополнительном баке, расположенном неподалеку от топливного

Для впрыскивания присадки в количестве, пропорциональном имеющемуся топливу, была разработана система добавления присадок

Эта система состоит из следующих элементов

• Устройства забора с определителем минимального уровня в баке с присадкой
• Системы впрыскивания присадки в бак с топливом

(*) цикл управления крышкой топливного бака

• Открытие крышки топливного бака
• Закрытие крышки топливного бака

Контроль уровня присадки к топливу: компьютер системы впрыска постоянно рассчитывает теоретический уровень добавки в бачке добавки (подсчет количества присадки эффективен в диапазоне от 0 до 168 г)

Когда в результате расчета достигнут минимальный уровень, компьютер системы впрыска подтверждает подачу добавки, соответствующее 5 дозам на 80 литров топлива, после чего добавление добавки запрещается

Полное количество впрыснутой присадки

При каждой подаче добавки компьютер системы впрыска запоминает впрыснутое количество добавки

Это значение складывается с количеством присадки впрыснутой ранее, в результате чего получается общее количество присадки, впрыснутой с момента начала использования сажевого фильтра

Данная величина передается в компьютер системы впрыска и используется, как основа для управления уровнем забивания сажевого фильтра сажей

Вывод на дисплей ошибок - режимы аварийной работы

Вывод на дисплей ошибок

Появление в системе фильтрации несгоревших частиц топлива определенных неисправностей отображается диагностическим индикатором двигателя

Сигнализатор диагностики двигателя загорается в случае присутствия следующих ошибок или видов информации

• Датчик дифференциального давления
• Датчики температуры отработавших газов (на выходе из каталитического нейтрализатора)
• Сажевый фильтр засорен
• Противопылевой фильтр пробит

Режимы аварийной работы: объем подачи топлива ограничен

Система впрыскивания может работать в следующих аварийных режимах: режим работы с ограниченным объемом подачи топлива

В этом аварийном режиме работы ограничен объем подачи топлива и частота вращения двигателя не может быть выше 2750 об/мин

Система впрыскивания переходит в режим ограничения подачи топлива при неисправности одного из следующих элементов

• Сажевый фильтр засорен
• Датчик дифференциального давления (*)

Режимы аварийной работы: добавление присадки к топливу - работа в аварийных режимах

При наличии неисправностей в системе добавления присадки к топливу используется 3 основных стратегии

Крышка топливного бака неисправна

Компьютер системы впрыска использует информацию о скорости автомобиля при корреляции с информацией от датчика уровня топлива для впрыска добавки

Неисправность датчика уровня топлива

Компьютер системы впрыска выполняет введение добавки, эквивалентное полному уровню топлива во время открытия/закрытия крышки топливного бака

Неисправность связи по мультиплексной сети CAN

Компьютер системы впрыска выполняет введение добавки, эквивалентное полному уровню топлива в случае потери связи более чем на 10 секунд

Функция информирования водителя

Диагностический индикатор (V1300)

Нормальная работа индикатора

• Индикатор загорается при включении зажигания
• После включения зажигания индикатор горит в течение 4 секунд, после чего гаснет

Работа индикатора при наличии неисправностей

• Индикатор загорается при включении зажигания
• Индикатор остается гореть

Риск забивания фильтра твердых частиц

В случае длительной работы при малой частоте вращения принудительная регенерация может оказаться неэффективной (недостаточная температура отработавших газов)

Фильтр закупоривается сажей

Компьютер системы впрыска информирует блок BSI1

BSI1 подает команду на вывод предупреждающего сообщения на многофункциональном дисплее (риск забивания сажевого фильтра) в следующих случаях: неисправность противосажевого фильтра (фильтр перегружен)

Сообщение имеет целью оповестить водителя о необходимости выбрать стиль вождения, который позволил бы произвести регенерацию сажевого фильтра

В течение 100 километров после появления сообщения водителю следует не менее 3 минут подряд ехать со скоростью, превышающей 50 км/ч. После этого сообщение погаснет

В случае если эта рекомендация не будет выполнена, сажевый фильтр закупорится: сажевый фильтр засорен

Компьютер системы впрыска информирует бок BSI1, который требует выполнить следующее

• Подать команду на включение диагностического индикатора
• Подать команду на вывод предупреждающего сообщения на многофункциональный дисплей (отклонение системы защиты от загрязнения окружающей среды)

Достигнут максимальный уровень присадки

Компьютер системы впрыска информирует бок BSI1, который требует выполнить следующее

• Команда на включение индикатора технического обслуживания на панели приборов в режиме мигания (в течение 20 секунд после включения зажигания)
• Подать команду на вывод предупреждающего сообщения на многофункциональный дисплей (минимальный уровень присадки к топливу) (после включения зажигания) (*)

(*) в зависимости от комплектации автомобиля

Индикатор технического обслуживания гаснет, если

После заполнения резервуара для добавки к топливу индикатор технического обслуживания остается гореть до тех пор, пока не будет сброшен на ноль счетчик объема добавки к топливу