СИСТЕМА И СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) КОНТРОЛЯ СОДЕРЖАНИЯ САЖИ В ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ
SYSTEM AND METHOD (VERSIONS) FOR MONITORING CONTENT OF SOOTH IN SPENT GASES

Уровень техники и сущность изобретения
При сгорании топлива в двигателе допускается образование сажи, которая может выбрасываться в атмосферу. Для сокращения выбросов сажи может использоваться сажевый фильтр. Для обнаружения образовавшейся и/или выпущенной сажи может использоваться сажевый датчик.
Сажевые датчики могут быть разных типов. Например, как раскрыто в патенте US 8310249, сажевые датчики собирают частицы на заряженных электродах. В одном из примеров узел обнаружения сажи содержит пару расположенных на расстоянии друг от друга электродов с изолятором, установленным между ними, причем первый электрод, второй электрод и изолятор проходят через поток отработавших газов. По мере того как поток отработавших газов сталкивается с первым электродом, вторым электродом и изолятором, на них также может попадать сажа или твердые частицы. Источник напряжения, функционально связанный с первым и вторым электродом, обеспечивает заранее определенное напряжение между первым и вторым электродом, а датчик тока, функционально связанный с первым и вторым электродом, считывает ток между первым и вторым электродом. Сажевый датчик затем может быть регенерирован.
Автор изобретения признал недостатки вышеуказанного подхода. Например, неравномерное отложение сажи на поверхности может происходить в связи со смещенным распределением потока по поверхности датчика, что приводит к неточным показаниям напряжения и тока в зазоре. Дополнительно, или в качестве варианта, достижение температуры регенерации датчика может быть затруднено в связи с большим воздействием потока на поверхность в некоторых конструкциях датчика. Более того, может возникнуть проблема загрязнения в связи со столкновением крупных частиц или капель воды с поверхностью датчика.
Как минимум часть вышеуказанных вопросов может быть решена способом, включающим в себя: сбор частиц сажи на поверхности датчика ниже по потоку от сажевого фильтра для увеличения давления внутри датчика, и повторную регенерацию поверхности датчика для обозначения уровня сажи в ответ на перемещение поршня под действием давления. В некоторых примерах отработавшие газы выходят из датчика через выпускное отверстие, перпендикулярное впускному отверстию. Таким образом, можно сократить воздействие смещенного распределения потока в датчике, также уменьшив эффект охлаждения отработавших газов и столкновения крупных твердых частиц или капель воды. Например, поверхность датчика может быть установлена перпендикулярно впуску, таким образом, сокращая возможность столкновения и неравномерного потока отработавших газов. Аналогично, посредством согласования увеличения давления с количеством сажи вместо согласования тока и/или напряжения с проводимостью в зазоре или другой аналогичной конструкции, датчик может быть менее чувствительным к отклонениям уровней распределения сажи по поверхности. Тем не менее, такое согласование давления может также использоваться дополнительно к проводимости в зазорах между электродами, если требуется.
Следует понимать, что вышеуказанное краткое описание приведено лишь для упрощенного представления концепций, которые далее раскрываются более подробно. Оно не предназначено для определения ключевых или основных отличительных признаков предмета настоящего изобретения, объем которого определяется исключительно пунктами формулы изобретения, приведенными после подробного описания. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На ФИГ. 1 показана схема двигателя и связанного с ним сажевого датчика перепада давления ниже по потоку от дизельного сажевого фильтра.
На ФИГ. 2 показан вариант осуществления изобретения для сажевого датчика перепада давления согласно настоящему раскрытию.
На ФИГ. 3 показан вариант осуществления изобретения для сажевого датчика перепада давления с увеличивающимся количеством сажи.
На ФИГ. 4-5 представлены примеры схем алгоритмов, которые могут быть применены для контроля и диагностики регенерации и функционирования фильтра с использованием сажевого датчика перепада давления.
На ФИГ. 6 представлено графическое изображение регенерации сажевого датчика и работы дизельного сажевого фильтра.
Раскрытие изобретения
Следующее раскрытие относится к системам и способам для контроля системы удерживания твердых частиц (ТЧ), таким как дизельный сажевый фильтр на ФИГ. 1. Как показано, система удерживания ТЧ может содержать дизельный сажевый фильтр (ДСФ) и сажевый датчик перепада давления ниже по потоку от фильтра. Как показано на ФИГ. 2, сажевый датчик перепада давления впускает часть отработавших газов, причем сажа (твердые частицы) оседает на его фильтре по мере того, как отработавшие газы выходят из узла датчика через выпускное отверстие. В частности, поток отработавших газов направляется от выпускного отверстия сажевого фильтра к впускному отверстию узла сажевого датчика, направленному вверх по потоку. Узел сажевого датчика перепада давления может иметь такую конструкцию, что выпускное отверстие направлено радиально на центральную ось выпускного канала. Сбор сажи в фильтре сажевого датчика снижает проходимость фильтра, увеличивая давление внутри камеры датчика. С увеличением давления поршень внутри внутренней трубки поднимается (ФИГ. 3), действуя как потенциометр в цепи обнаружения, соединенной с датчиком напряжения. Другая отдельная цепь обеспечивает электронагрев сажевого фильтра для регенерации фильтра, когда сопротивление падает до предварительно определенного порогового значения. Процессор (который может быть частью контроллера), соединенный с сажевым датчиком, выполнен с возможностью отправления выходного сигнала на цепь регенерации для начала регенерации датчика. Таким образом, сажевый датчик перепада давления может быть успешно использован для точного контроля функционирования фильтра и эффективности регенерации. Процессор также выполнен с возможностью отслеживания времени между последовательными регенерациями сажевого фильтра, отслеживая таким образом фактическую работу ДСФ (ФИГ. 4-6). Посредством сокращения необходимости в сборе сажи в электрической цепи, где распределение сажи может быть недостаточным, данная система может повысить чувствительность и точность датчика при обнаружении ухудшения состояния ДСФ.
На ФИГ. 1 схематически изображена система 6 транспортного средства. Система 6 транспортного средства содержит систему 8 двигателя. Система 8 двигателя может содержать двигатель 10 с несколькими цилиндрами 30. Двигатель 10 содержит впуск 23 двигателя и выпуск 25 двигателя. Впуск 23 двигателя содержит дроссель 62, выполненный с возможностью гидравлического соединения с впускным коллектором 44 двигателя посредством впускного канала 42. Выпуск 25 двигателя содержит выпускной коллектор 48, ведущий к выпускному каналу 35, выводящему отработавшие газы в атмосферу. Дроссель 62 может быть размещен во впускном канале 42 ниже по потоку от устройства наддува, такого как турбонагнетатель (не показан), и выше по потоку перед охладителем наддувочного воздуха (не показан). Если охладитель наддувочного воздуха входит в состав, он может быть выполнен с возможностью уменьшения температуры воздуха на впуске, сжатого устройством наддува.
Выпуск 25 двигателя может содержать одно или несколько устройств 70 снижения токсичности отработавших газов, которые могут быть установлены с глухим соединением на выпуске. Одно или несколько устройств снижения токсичности отработавших газов могут содержать трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, фильтр окислов азота (OA), селективный каталитический нейтрализатор (СКН) и т.д. Выпуск 25 двигателя может также содержать дизельный сажевый фильтр 102, временно отделяющий ТЧ из входящих газов и расположенный перед устройством 70 снижения токсичности отработавших газов. В одном из примеров, как изображено, ДСФ 102 - это система удержания твердых частиц. Отработавшие газы в выхлопной трубе, очищенные от ТЧ и проходящие через канал в ДСФ 102, могут быть измерены в сажевом фильтре 106 (или сажевом датчике) и далее обработаны в устройстве 70 снижения токсичности отработавших газов, а затем выброшены в атмосферу через выпускной канал 35.
ДСФ 102 может иметь цельную конструкцию, изготовленную, например, из кордиерита или карбида кремния, с несколькими каналами внутри для отфильтровывания твердых частиц из дизельных отработавших газов.
Система 6 транспортного средства может также содержать систему 14 управления. Система 14 управления показана с возможностью получения информации от нескольких датчиков 16 (различные примеры которых раскрыты в настоящем документе) и передачи управляющих команд на несколько приводов 81 (различные примеры которых раскрыты в настоящем документе). В одном из примеров датчики 16 могут содержать датчик 126 отработавших газов (расположенный в выпускном коллекторе 48), датчик 128 температуры и датчик 129 давления (расположенный ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов). Другие датчики, такие как дополнительные датчики давления, температуры, воздушно-топливного отношения и состава могут быть подсоединены в различных местах в системе 6 транспортного средства. В другом примере приводы могут содержать топливные инжекторы 66, дроссель 62, клапаны ДСФ, управляющие регенерацией фильтра (не показаны) и т.д. Система 14 управления может содержать контроллер 12. Контроллер может получать входные данные от различных датчиков, обрабатывать входные данные и задействовать приводы в ответ на обработанные входные данные на основе инструкций или кода, запрограммированного в нем, в соответствии с одним или более алгоритмами.
На ФИГ. 2 (не в масштабе) показан схематичный вариант осуществления изобретения для узла 200 сажевого датчика перепада давления. Узел 200 сажевого датчика перепада давления может быть сажевым датчиком 106 перепада давления на ФИГ. 1 и поэтому может иметь такие же функции и/или конфигурацию, которые уже раскрыты для сажевого датчика 106. Следует понимать, что узел 200 сажевого датчика перепада давления показан в упрощенной форме в качестве примера, и что возможны другие конфигурации.
Узел 200 сажевого датчика перепада давления связан с выпускным каналом 35 двигателя ниже по потоку от ДСФ 102 таким образом, что поток отработавших газов движется слева направо на ФИГ. 2, что обозначено стрелкой 262. Узел 200 сажевого датчика перепада давления может содержать внешнюю трубку 202 с впускным отверстием 204 для отработавших газов на поверхности 250 выше по потоку. Впускное отверстие 204 для отработавших газов может служить впускным отверстием для отбора проб отработавших газов на наличие твердых частиц. Поверхность 250 выше по потоку внешней трубки 202 находится под прямым углом и направлена на входящие отработавшие газы (стрелка 262) в выпускном канале 35 на ФИГ. 1. Таким образом, поверхность 250 выше по потоку может непосредственно контактировать с потоком отработавших газов, и отработавшие газы, вышедшие из ДСФ 102, могут беспрепятственно перемещаться к поверхности 250 выше по потоку внешней трубки 202 узла 200 сажевого датчика перепада давления. Таким образом, часть отработавших газов для отбора проб может направляться впускным отверстием 204 отработавших газов в узел 200 сажевого датчика перепада давления. Внешняя трубка 202 может не иметь отверстий на поверхности 248 ниже по потоку, но иметь выпускное отверстие для отработавших газов на нижней поверхности внешней трубки 202, радиально направленной на центральную ось выпускного канала 35.
Узел 200 сажевого датчика перепада давления также содержит внутреннюю трубку 212, полностью заключенную во внешнюю трубку 202. Внутренняя трубка 212 может быть установлена таким образом, что центральная ось внутренней трубки будет параллельна центральной оси внешней трубки 202. В примере, показанном на ФИГ. 2, центральная ось Х-Х' внутренней трубки совпадает с соответствующей центральной осью Х-Х' внешней трубки 202 и может быть ею, и в результате внутренняя и внешняя трубки расположены концентрически. Поэтому между внешней трубкой 202 и внутренней трубкой 212 может быть сформирован кольцевой зазор 288. В частности, кольцевой зазор может быть сформирован между внешней поверхностью 274 внутренней трубки 212 и внутренней поверхностью 286 внешней трубки 202. В других вариантах осуществления изобретения центральная ось внешней трубки 202 не может совпадать с центральной осью внутренней трубки 212, но может быть параллельной ей. Однако, кольцевой зазор между внешней и внутренней трубкой можно сохранить.
Кольцевой зазор 288, образованный между внешней трубкой 202 и внутренней трубкой 212, может быть закрыт кольцевой поверхностью 272. Эта поверхность может проходить от внутренней поверхности 286 внешней трубки 202 к внешней поверхности 274 внутренней трубки 212, закрывая кольцевой зазор в месте, которое может соответствовать концу внутренней трубки 212. Кольцевая поверхность 272 может быть круглой, чтобы закрывать кольцевой зазор от внешней окружности внутренней трубки 212 до внутренней окружности внешней трубки 202. Кроме того, кольцевая поверхность 272 может быть той же или другой толщины, что и внутренняя или внешняя трубка. Дополнительно поверхность может быть изготовлена из того же металла, что и внутренняя или внешняя трубка, или из другого материала. Полый кольцевой зазор может быть закрыт сверху верхней поверхностью 278 внешней трубки 202.
Кольцевой зазор 288 может содержать части электрической цепи 254 и электрической цепи 256, а также резистивных элементов 258. Электрическая цепь 254 идет от положительной клеммы источника напряжения 264 и образует контур на отрицательной клемме. В частности, верхняя поверхность 278 внешней трубки 202 может обеспечивать вход для электрической цепи 254 над кольцевым зазором на стороне 280 выше по потоку. Электрический провод соединен с проводящей поверхностью 270 на внешней поверхности 274 внутренней трубки 212, которая в свою очередь соединена с проводящей поверхностью 218. Таким образом, электрический ток проходит к нескольким проводящих поверхностям 268а, 268b, 268с или 268d на внешней поверхности внутренней трубки 212. В частности, ток может проходить через одну из проводящих поверхностей в зависимости от положения проводящей поверхности 218. Проводящие поверхности 268а, 268b, 268с и 268d соединены с несколькими резистивными элементами 258. Проводящие поверхности могут быть равноудалены друг от друга с равномерными или неравномерными промежутками, если требуется. Электрическая цепь далее проходит через несколько резистивных элементов в кольцевом пространстве на стороне 290 ниже по потоку. Провод проходит через выход верхней поверхности 278 внешней трубки 202 над кольцевым пространством. Датчик 242 напряжения передает напряжение перед токовыми петлями обратно на отрицательную клемму источника напряжения 264, соединенного с верхней поверхностью 278 внешней трубки 202. Датчиком напряжения может быть, например, электрометр.
Аналогичным образом, верхняя поверхность 278 внешней трубки 202 обеспечивает вход для электрически раздельной и отдельной электрической цепи 256. Цепи могут делить несколько общих мест, но не связаны электрически друг с другом, а скорее изолированы друг от друга. Провод электрической цепи 256 проходит от положительной клеммы источника 266 напряжения через кольцевое пространство на стороне 280 выше по потоку. Электрический провод выходит из кольцевого пространства через выход на диаметре 246а сечения кольцевой поверхности 272. Диаметр 246а сечения кольцевой поверхности 272 представляет собой диаметр от поверхности 250 выше по потоку внешней трубки 202 до внешней поверхности 274 внутренней трубки 212. Электрический провод соединен с фильтром 220 сажевого датчика на одном конце и продолжается с другого конца. Электрический провод проходит через вход на диаметре 246b сечения кольцевой поверхности 272. Диаметр 246b сечения представляет собой диаметр от поверхности 248 ниже по потоку внешней трубки 202 к внешней поверхности 274 внутренней трубки 212. Электрический провод затем проходит через выход на верхней поверхности 278 внешней трубки 202 над кольцевым пространством к отрицательной клемме источника напряжения.
Входы и выходы для электрических проводов могут проходить через кольцевую поверхность и верхнюю поверхность внешней трубки, например. Отверстия, через которые проходят провода, могут быть заполнены уплотняющим материалом для обеспечения герметичной заделки между проводами и отверстиями. Уплотняющий материал может также предотвратить поднятие газов из нижней камеры 208 в кольцевое пространство. На верхней поверхности 278 внешней трубки 202 может быть два отдельных отверстия для электрической цепи 254 и электрической цепи 256, служащих для входа в узел датчика над кольцевым пространством в направлении стороны выше по потоку. Также на верхней поверхности 278 над кольцевым пространством на стороне 290 ниже по потоку может быть два отдельных отверстия, служащих в качестве выходов для электрических цепей. Кроме того, на диаметре 246а сечения может быть выходное отверстие для электрической цепи 256 для входа в нижнюю камеру 208. Входное отверстие на диаметре 246b сечения может служить в качестве выхода из нижней камеры для электрической цепи 256. Кроме того, источники напряжения для цепей и датчик напряжения соединены с верхней поверхностью 278 внешней трубки 202 и поэтому могут быть над выпускным каналом 35.
На примере ФИГ. 2 каждая внешняя трубка 202 и внутренняя трубка 212 может иметь кольцевое сечение. В одном из примеров внешняя трубка 202 и внутренняя трубка 212 может быть полой цилиндрической трубкой из металла, способного выдерживать высокие температуры в выпускном канале. В другом примере могут использоваться другие материалы. Кроме того, внешняя трубка и внутренняя трубка могут быть изготовлены из разных материалов.
Узел 200 сажевого датчика перепада давления выходит радиально в выхлопную трубу 282. Датчик может быть соединен с выпускным каналом 35 (ФИГ. 1) соответствующим образом, чтобы поверхность 248 ниже по потоку и поверхность 250 выше по потоку внешней трубки 202 были соединены с верхней стенкой выхлопной трубы 282. Поверхности могут быть объединены посредством сварки в одном из примеров или объединены другими способами, такими как высокотемпературная пайка, сцепление и т.д. Узел датчика и стенка выпускного канала соединены таким образом, что верхняя поверхность 278 внешней трубки 202 может быть над стенкой выпускного канала.
В других примерах узел 200 сажевого датчика перепада давления может находиться в других положениях в выхлопной трубе 282. Кроме того, узел 200 сажевого датчика перепада давления может быть соединен с соединительным узлом (не показан), который может быть оперативно связан с контроллером.
Внутренняя трубка 212 имеет нижний конец 206 с отверстием, находящийся под прямым углом и направленный на внутреннюю нижнюю камеру 208 внешней трубки 202. Нижний конец 206 с отверстием может быть аналогичным концу цилиндра без крышки. Внутренняя трубка 212 находится внутри внешней трубки 202 и поэтому не находится в непосредственном контакте с потоком отработавших газов в выпускном канале 35 на ФИГ. 1. Однако нижний конец 206 с отверстием внутренней трубки 212 может находиться в непосредственном контакте с частью отработавших газов, направляемых впускным отверстием 204 для отработавших газов внешней трубки 202. Поэтому часть отработавших газов, направляемая в узел 200 сажевого датчика перепада давления впускным отверстием 204 отработавших газов внешней трубки 202, непосредственно контактирует с нижним концом 206 с отверстием внутренней трубки 212, закрытого поршнем 214.
Узел 200 сажевого датчика перепада давления также содержит поршень 214, находящийся во внутренней трубке 212 и закрывающий низ внутренней трубки 212. Поршень 214 круглый и может быть отлит из металлического сплава (алюминиевого сплава, например). Центральная ось Х-Х' поршня 214 совпадает с соответствующей центральной осью Х-Х' внешней трубки 202 и внутренней трубки 212 и может быть ею, и в результате поршень расположен концентрически с внутренней и внешней трубкой. Отверстие 210 - это диаметр поршня 214, который может соответствовать внутреннему диаметру внутренней трубки 212. Поршень 214 соединен с проводящей поверхностью 218, соединенной с верхней частью поршня и внутренней верхней камерой 232 и параллельной выпускному отверстию отработавших газов 224. Кроме того, поршень 214 может иметь канавку (или несколько канавок, например) по внешней окружности (не показано на ФИГ. 1). Канавка (или канавки) может вмещать сальник 226 поршня, кольцеобразно соединяющий поршень 214. Сальник 226 поршня может быть спроектирован согласно определенным параметрам, включая, но не ограничиваясь рабочей температурой и давлением уплотнения, например. Кроме того, сальник может быть изготовлен из фторуглерода Viton или другого материала, способного выдерживать высокие температуры. Сальник 226 поршня выполнен с возможностью обеспечения скользящего уплотнения между внешней поверхностью 228 поршня 214 и внутренней поверхностью 276 внутренней трубки 212 и гидравлического разделения верхней камеры 232 внутренней трубки 212 и компонентов в ней.
Через впускное отверстие 204 для отработавших газов часть отработавших газов входит в нижнюю камеру 208 узла датчика. Нижняя камера 208 ограничена по бокам поверхностью 248 ниже по потоку и поверхностью 250 выше по потоку внешней трубки 202. По вертикали нижняя камера 208 ограничена кольцевой поверхностью 272, нижняя поверхность 216 поршня находится по центру сверху, а направляющие 222а и 222b фильтра с выпускным отверстием 224 для отфильтрованных отработавших газов между ними снизу. Таким образом, когда отработавший газ проходит через впускное отверстие 204 отработавших газов внизу внешней трубки 202 внутрь нижней камеры 208, газ может направляться только к выпускному отверстию 224 для отработавших газов внешней трубки 202. Таким образом, выпускное отверстие 204 отработавших газов направлено на выпускное отверстие сажевого фильтра, причем часть отработавших газов входит через входное отверстие в нижнюю камеру узла датчика и выходит через выпускное отверстие, направленное радиально на центральную ось выпускного канала 35. В этом варианте осуществления изобретения выпускное отверстие отработавших газов перпендикулярно впускному отверстию отработавших газов и параллельно проводящей поверхности поршня.
Узел сажевого фильтра перепада давления может быть закрыт на верхней поверхности (по вертикали) верхним сальником 240. В частности, таким образом герметизируется верхняя камера 232 внутренней трубки 212 и компоненты датчика, находящиеся в ней, для сокращения утечки отработавших газов из выпускного канала в атмосферу. Кроме того, узел сажевого датчика перепада давления выполнен таким образом, что отдельные негерметичные отверстия на внешней трубке 202 - это впускное отверстие 204 для отработавших газов и выпускное отверстие 224 для отработавших газов.
Твердые частицы из отработавших газов, входящих в нижнюю камеру 208, скапливаются в фильтре 220 сажевого датчика, установленного на выпускном отверстии 224 между направляющими фильтра 222а и 222b. Поверхность сажевого фильтра может быть плоской и дискообразной и изготовлена, например, из металлических волокон без сквозных отверстий. В частности, в одном из примеров фильтр может быть изготовлен из пористого спеченного металла, физически удерживающего твердые частицы. Элементы фильтра из пористого металла могут быть изготовлены из разнообразных материалов в зависимости от требований (например, класс фильтра в отношении пористости и проницаемости, распределение пор по размерам и т.д.). Фильтр может быть изготовлен, например, из сплавов нержавеющей стали, а также никеля и/или титана. В качестве другого варианта осуществления изобретения фильтр 220 сажевого датчика может содержать проволочную сетку или свернутые в рулоны слои металлической фольги. Сердцевина из металлического волокна может иметь преимущество в том, что фильтр сажевого датчика может быть регенерирован проходящим через него электрическим током, что может применяться при высокой температуре отработавших газов и/или снижать необходимость в высоких температурах отработавших газов и/или высокой скорости расхода отработавших газов для регенерации фильтра. Таким образом, фильтр сажевого датчика эффективно удерживает твердые частицы (или сажу) в порах по мере того, как отработавшие газы проходят от выпуска ДСФ 102 во впускное отверстие 204 для отработавших газов и из выпускного отверстия 224 для отработавших газов. Направляющие фильтра 222а и 222b могут быть изготовлены из изоляционного материала (например, полимерных композитов) для минимизации переноса тепла от фильтра к внешней трубке. Направляющие фильтра установлены слева и справа от фильтра 220 сажевого датчика и закрыты поверхностями 230а и 230b нижней камеры и поверхностями 234а и 234b внешней трубки. Сбор сажи в фильтре снижает его проницаемость для потока, увеличивая таким образом противодавление внутри нижней камеры 208 из-за повышенного сопротивления потока на выпуске, вызванного сбором сажи в фильтре 220. С увеличением давления поршень 214, соединенный с пружиной 236 проводящей поверхностью 218, будет иметь большую силу, направленную вверх, в связи с увеличением давления отработавших газов внутри датчика. Сила, направленная вверх и противодействующая силе пружины, приведет к вертикальному движению поршня.
Следует учитывать, что в настоящем раскрытии направление силы вверх относится к ориентации на ФИГ. 2 и вдоль оси Х-Х'. Однако, как уже объяснялось, возможна другая ориентация.
Кроме того, узел 200 сажевого датчика может содержать пружину 236, отделенную по текучей среде от камеры отработавших газов сальником 226 поршня. Нижний конец 238а пружины соединен с проводящей поверхностью 218, а верхний конец 238b пружины соединен с верхним сальником 240, изолирующим атмосферное давление. Концы пружины могут быть закреплены, например, крюками (не показаны) на каждой поверхности или наворачиванием цилиндрической винтовой пружины с закрытыми концами на резьбовой вал (не показан). Пружина 236 может быть цилиндрической винтовой пружиной сжатия из пружинной стали, например. Концы пружины сжатия могут быть закрытыми и цилиндрическими. Концы пружины сжатия могут быть с закрытой навивкой для определенного количества витков, позволяя пружине оставаться в вертикальном положении. Пружина 236 может оказывать сопротивление силе сжатия, применяемой в осевом направлении. Центральная ось Х-Х' пружины 236 совпадает с соответствующей центральной осью Х-Х' поршня 214, внешней трубки 202 и внутренней трубки 212 и может быть ею, и в результате пружина расположена концентрически с поршнем, внутренней и внешней трубкой. Параметры пружины сжатия, такие как диаметр пружинной проволоки, внутренний и внешний диаметр, полная длина пружины, высота в сжатом состоянии и коэффициент упругости (или жесткость), но не ограничиваясь ими, можно рассчитать по формуле коэффициента упругости пружины сжатия, например, с учетом предельной силы давления в нижней камере 208. Когда сила давления внутри камеры больше силы пружины, поршень 214 сжимает пружину 236 пропорционально размеру давления в нижней камере 208. По мере давления на поршень 214 в направлении вверх электрическое сопротивление на проводящей поверхности 218 снижается согласно показаниям датчика 242 напряжения, соединенного с электрической цепью 254.
По мере давления на поршень 214 в направлении вверх электрическое сопротивление на проводящей поверхности 218 снижается. Это может быть связано с ее положением относительно резистивных элементов 258, соединенных с электрической цепью 254, сразу после прохождения тока через проводящую поверхность 218 поршня 214. Перемещение поршня 214 пружиной 236 служит в качестве потенциометра, изменяющего сопротивление в цепи в зависимости от положения поршня. Когда поршень 214 находится в самом низком положении, которое может соответствовать полной длине пружины 236, проводящая поверхность 218 электрически соединяется с проводящей поверхностью 268а внутренней трубки. Проводящая поверхность 268а может быть присоединена на конце резистивных элементов 258. Таким образом, ток проходит через сопротивления 258а, 258b и 258с, обеспечивая наибольшие показания электрического сопротивления на датчике 242 напряжения (следует понимать, что сопротивление можно рассчитать из показаний напряжения датчика 242 напряжения). Ток течет дальше по проводам электрической цепи 254 до отрицательной клеммы источника напряжения 264, расположенного на верхней поверхности 278 внешней трубки 202.
По мере того, как поршень перемещается вверх посредством сжатия пружины 236 под давлением, его проводящая поверхность вступает в электрическое соединение с проводящей поверхностью 268b (ток которой затем проходит через сопротивления 258а и 258b). Верхняя часть поршня сталкивается с проводящей поверхностью 268 с на следующем верхнем уровне (соединен с сопротивлением 258а), а затем - с проводящей поверхностью 268d на самом высоком уровне (не соединен с сопротивлением). Резистивные элементы 258 могут содержать три сопротивления (или несколько резистивных элементов), соединенных последовательно. Таким образом, электрическая цепь 254 используется в качестве цепи обнаружения ухудшения состояния, где при измерении низкого сопротивления в электрической цепи 254 (значение меньше порогового значения R_regen) будет подан сигнал начала регенерации сажевого датчика (контроллером, соединенным с сажевым датчиком). Кроме того, частота регенерации датчика может быть признаком ухудшения состояния дизельного сажевого фильтра. Таким образом, давление в нижней камере 208 увеличивается с накоплением сажи, так как снижается проницаемость фильтра для потока, и на поршень 214 оказывается давление в верхнем направлении посредством сжатия пружины 236.
Электрическая цепь 256 - это цепь регенерации, отдельная от электрической цепи 254, выполненная с возможностью электронагрева фильтра 220 сажевого датчика для регенерации датчика путем сжигания частиц, накопленных в фильтре сажевого датчика. Источник 266 напряжения подает напряжение на электрическую цепь 256. Контроллер, соединенный с узлом 200 сажевого датчика, выполнен с возможностью подачи команд на цепь регенерации в ответ на данные об уровне сажи. Например, когда сопротивление, измеренное датчиком 242 напряжения, достигнет заранее определенного порогового значения R_regen, контроллер может обеспечить ток в электрической цепи 256 для активации нагревательного элемента. Ток может обеспечить нагрев при достаточно высокой температуре для сжигания (или озоления) накопленных твердых частиц. Таким образом, электрическая цепь 256 может сократить количество сажевых частиц в сажевом фильтре 220.
На ФИГ. 3 показан вариант осуществления изобретения для узла 300 сажевого датчика перепада давления с увеличивающимся количеством сажи на фильтре датчика. В частности, вариант осуществления изобретения показывает, как узел 200 сажевого датчика отвечает на увеличение уровня сажевой нагрузки относительно электрического сопротивления и положения поршня, проводящая поверхность которого находится в электрической цепи 254.
В варианте осуществления изобретения А сажевый датчик показан в относительно чистом состоянии 220а фильтра 220 сажевого датчика (ФИГ. 2) согласно измеренному пороговому сопротивлению чистого фильтра R_clean. При меньших отложениях сажи в фильтре проницаемость фильтра для потока относительно выше, и давление в нижней камере 208 на ФИГ. 2 слишком низкое для перемещения поршня 214 вверх. Поэтому поршень 214 на ФИГ. 2 находится в самом низком (нерабочем) положении, 314а. В этом положении проводящая поверхность 218 поршня 214 имеет электрическое соединение с проводящей поверхностью 268а. Проводящая поверхность 268а соединена электрическим проводом с резистивными элементами 258. В положении 314а ток проходит через сопротивления 258а, 258b и 258с. Ток проходит через сопротивления и считывается датчиком напряжения перед закольцовыванием на отрицательную клемму источника напряжения 264. Датчик 242 напряжения измеряет сопротивление тока (через напряжение). Таким образом, когда поршень 214 находится в положении 314а, самом низком положении, электрическое сопротивление будет иметь наибольшее значение, так как ток прошел через все три сопротивления.
В варианте осуществления изобретения В сажевый датчик показан в состоянии 220b малого (в сравнении с вариантами осуществления изобретения С и D) количества отложений сажи. По мере скопления сажи на сажевом фильтре 220 проницаемость фильтра для потока снижается. В результате давление внутри нижней камеры 208 увеличивается. Это в свою очередь оказывает давление на поршень 214 в направлении вверх. Поршень 214 теперь находится в положении 314b. В этом положении проводящая поверхность 218 поршня соединена с проводящей поверхностью 268b. Проводящая поверхность 268b соединена электрическим проводом с резистивными элементами 258. В положении 314b ток проходит через сопротивления 258а и 258b. Как уже было указано, ток будет измерен датчиком 242 напряжения. Таким образом, когда фильтр находится в состоянии низких отложений сажи, электрическое сопротивление немного ниже, так как ток проходит через два сопротивления, когда поршень 214 находится в положении 314b.
В варианте осуществления изобретения С сажевый датчик показан в состоянии 220 с промежуточных отложений сажи относительно других вариантов раскрытия изобретения. Проницаемость фильтра для потока также снижается, а давление увеличивается. Такое повышенное давление перемещает поршень 214 в положение 314с. В этом положении проводящая поверхность 218 поршня соединена с проводящей поверхностью 268с. Проводящая поверхность 268с соединена электрическим проводом с резистивными элементами 258. В положении 314с ток проходит через сопротивление 258а. Когда фильтр находится в состоянии промежуточных отложений сажи, электрическое сопротивление будет ниже, так как ток прошел только через одно сопротивление.
В варианте осуществления изобретения D сажевый датчик показан в состоянии 220d наибольших отложений сажи. Поршень 214 перемещается вверх до наивысшего положения 314d. В этом положении проводящая поверхность 218 поршня соединена с проводящей поверхностью 268d. Проводящая поверхность 268d соединена электрическим проводом с резистивными элементами 258. В положении 314d ток может не проходить через сопротивление. Таким образом, когда в фильтре сажевого датчика скопится предварительно определенное пороговое количество сажи, электрическое сопротивление будет находиться на самом низком уровне. Контроллер, соединенный с сажевым датчиком, может подать сигнал начала регенерации сажевого датчика посредством электронагрева электрической цепью 256, когда датчик 242 напряжения покажет электрическое сопротивление ниже порогового значения R_regen.
Таким образом, здесь представлен один вариант осуществления узла сажевого датчика перепада давления с корпусом датчика, который может быть цилиндрическим, содержащим впускное отверстие отработавших газов, выпускное отверстие отработавших газов и сажевый фильтр на выпускном отверстии отработавших газов. Выпускное отверстие отработавших газов может быть параллельно проводящей поверхности поршня и перпендикулярно выпускному отверстию отработавших газов.
Кроме того, система может содержать поршень внутри корпуса, соединенный с пружиной проводящей поверхностью, при этом пружина отделена по текучей среде от камеры отработавших газов сальником поршня.
Система может также содержать сажевый фильтр, присоединенный выше по потоку от датчика в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания.
Кроме того, система может содержать цепь обнаружения с проводящей поверхностью поршня и несколько резистивных элементов, а также отдельную цепь регенерации, выполненную с возможностью обеспечения электрона сажевого фильтра для регенерации датчика. Кроме того, система может содержать процессор с командами, хранящимися в долговременной памяти. В команды могут входить команды для получения данных по уровню сажи от цепи обнаружения и направления сигнала регенерации в цепь регенерации в ответ на данные об уровне сажи. Процессор может также содержать команды для измерения времени между регенерациями сажевого фильтра датчика.
Таким образом, система, раскрытая выше, может быть соединена с процессором для работы в качестве сажевого датчика ниже по потоку от сажевого фильтра. В одном из примеров отработавшие газы входят с узел сажевого датчика через впускное отверстие, направленное вверх по потоку, для увеличения давления внутри сажевого датчика, действующего на перемещенный поршень. Отработавшие газы выходят из датчика через выпускное отверстие для отработавших газов, перпендикулярное впускному отверстию для отработавших газов, сокращая таким образом, например, вероятность столкновения крупных твердых частиц или капель воды и неравномерного потока отработавших газов. В свою очередь сокращение вероятности столкновения может, например, облегчить для сажевого датчика достижение температуры регенерации в связи с вышеуказанными столкновениями. Система может дальше накапливать частицы сажи из входящих отработавших газов на поверхности датчика для увеличения давления внутри датчика. Это давление действует на перемещаемый поршень, проводящая поверхность которого соединена с несколькими резистивными элементами, составляющими цепь обнаружения узла сажевого датчика. По достижении предела сопротивления, измеренного датчиком напряжения в цепи обнаружения, процессор может направить в отдельную цепь регенерации в узле датчика сигнал обеспечения электронагрева для сжигания или озеленения частиц сажи на поверхности датчика. Кроме того, регенерация сажевого датчика может проводиться каждый раз при увеличении давления внутри сажевого датчика до предельного уровня из-за скопления сажи. Процессор выполнен с возможностью содержания команд для измерения времени между регенерациями сажевого датчика. Таким образом, регенерация сажевого датчика ниже по потоку от сажевого фильтра проводится в соответствии с обозначенным уровнем сажи в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания. Поэтому неравномерные отложения сажи на поверхности датчика не могут существенно повлиять на повторяемость и функционирование регенерации сажевого датчика. Например, путем корреляции увеличения давления с количеством сажи вместо корреляции тока и/или напряжения датчик может быть менее чувствительным к отклонениям уровней распределения накопленного на поверхности.
На ФИГ. 4 показан пример алгоритма 400 для регулирования работы фильтра на основе обратной связи от узла 200 датчика перепада давления, установленного после сажевого фильтра на выпуске двигателя. В частности, алгоритм использует процесс регенерации датчика перепада давления узла датчика для обновления и регенерации ДСФ посредством присоединенного процессора.
В блоке 402 алгоритм содержит подтверждение того, что двигатель работает. Это может быть подтверждено тем, что, например, в двигателе происходит сгорание, двигатель вращается с большей скоростью, чем предельное ненулевое значение и т.д. Если двигатель не работает, алгоритм может закончиться. Узел 200 сажевого датчика перепада давления (ФИГ. 2) находится ниже по потоку от сажевого фильтра ДСФ 102 (ФИГ. 1) в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, во время работы двигателя отработавшие газы выходят из сажевого фильтра, входят в узел датчика через отверстие и выходят только за счет прохождения через поверхность датчика, дисковый фильтр, например, из металлических волокон, установленный в выпускном отверстии для отработавших газов. Поэтому твердые частицы из отработавших газов скапливаются на поверхности датчика ниже по потоку от сажевого фильтра для увеличения давления внутри датчика, отличающегося тем, что отверстие направлено вверх по потоку (на поверхность выпускного отверстия сажевого фильтра) и выпускное отверстие направлено радиально по центральной оси выпускного канала. Кроме того, выпускное отверстие отработавших газов узла датчика может быть перпендикулярно впускному отверстию отработавших газов и параллельно проводящей поверхности поршня.
В блоке 404 изменение электрического сопротивления сажевого датчика может отслеживаться системой управления. Это может осуществляться, например, контроллером, регистрирующим показания датчика напряжения на сажевом датчике и определяющим, увеличивается, уменьшается или остается стабильным уровень. Контроллер может преобразовывать показания напряжения в величину сопротивления или тока. Как вариант, контроллер может отслеживать изменение напряжения, которое может происходить по тем же шагам в данном способе и определять соответствующие результаты и операции. Однако напряжение, в зависимости от времени, может выражать обратное соотношение для сопротивления в зависимости от времени. Сопротивление изменяется в зависимости от скопления сажи в датчике. Электрическое сопротивление может отслеживаться процессором, соединенным с датчиком, с командами, хранящимися в долговременной памяти для получения данных об уровне сажи от цепи обнаружения (электрическая цепь 254 ФИГ. 2), соединенной с датчиком напряжения.
В блоке 406 количество сажи, отложившейся на фильтре сажевого датчика, может быть определено по изменению электрического сопротивления (или как вариант, по изменению напряжения), а также на основе дополнительных рабочих параметров, таких как температура отработавших газов, частота вращения/ нагрузка двигателя и т.д. Например, высокое электрическое сопротивление может обозначать низкое количество отложений сажи, среднее электрическое сопротивление может обозначать среднее количество отложений сажи, и низкое электрическое сопротивление может обозначать большое количество отложений сажи. Однако, эти оценки могут быть в дальнейшем изменены на основе температуры отработавших газов и частоты вращения/ нагрузки двигателя для учета изменений давления отработавших газов, вызванных другими параметрами, кроме количества сажи на фильтре сажевого датчика, если требуется. Как здесь указано, увеличение скопления сажи в сажевом фильтре увеличивает давление в узле сажевого датчика, воздействуя таким образом на перемещаемый поршень, положение измеряется электрическими контактами с переменным сопротивлением (ФИГ. 3). Поршень перемещается за счет сжатия пружины, соединенной с проводящей поверхностью поршня и отделенной по текучей среде от камеры отработавших газов сальником поршня. Кроме того, проводящая поверхность поршня работает как часть цепи обнаружения в корпусе цилиндрического датчика. Кроме того, процессор, соединенный с датчиком, может регистрировать значения электрического сопротивления в цепи обнаружения, обозначающие скопление сажи в датчике в определенное время. Процессор может также регистрировать время между регенерациями датчика.
В блоке 408 можно определить, не имеет ли электрическое сопротивление сажевого датчика значение меньше порогового R_regen. Если ответ - «да», то в блоке 410 система регулирует параметры для регенерации сажевого датчика. Это может быть выполнено посредством электронагрева сажевого фильтра 220 цепью регенерации (например, электрической цепью 256 на ФИГ. 2). Процессор может иметь сохраненные команды для направления сигнала регенерации на цепь регенерации в ответ на данные об уровне сажи. После регенерации сажевого датчика в блоке 414 можно определить, не имеет ли электрическое сопротивление значение больше порогового R_clean. Если ответ - «нет», в блоке 416 может быть запрошена дальнейшая регенерация сажевого датчика. Таким образом, в блоках с 410 по 416 процессор может иметь команды для повторной регенерации поверхности датчика для обозначения уровня сажи в ответ на перемещение поршня под действием давления. Например, процессор может направлять сигналы на цепь регенерации для регенерации датчика, когда значение сопротивления меньше порогового R_regen, что вызвано повышенным давлением из-за скопления сажи, оказывающим воздействие на поршень, имеющий электрическое соединение с резистивными элементами. Поэтому повторная регенерация сажевого датчика может обозначать общее состояние уровня сажи, при котором более короткий промежуток времени между регенерациями может обозначать состояние высокого уровня сажи, например. Таким образом, в блоке 418 количество сажи в отработавших газах может быть определено продолжительностью периода между регенерациями сажевого датчика.
В сравнении, если значение электрического сопротивления не меньше предельного R_regen, то можно сделать заключение, что проницаемость сажевого фильтра 220 для потока достаточна (ФИГ. 2). Таким образом, фильтр не достиг полной емкости отложений сажи, и регенерация не требуется. Следует продолжить определение количества сажи в сажевом датчике на основе изменения электрического сопротивления.
В блоке 420 процессор может содержать команды для определения состояния сажевого датчика. Если обозначенный уровень сажи в блоке 418 меньше минимального порогового значения после предельного количества регенераций, то обозначают ухудшение состояния сажевого датчика. Например, контроллер может установить флажок или световой индикатор неисправности диагностического кода. Регенерацию датчика следует окончить в блоке 422.
После регенерации сажевого датчика оценка общего количества сажи в ДСФ 102 (ФИГ. 1) может быть обновлена на основе общего количества сажи в сажевом датчике в блоке 424, что обозначается ухудшением состояния поршня. В одном из примеров каждый цикл скопления и регенерации сажевого датчика обозначает постепенное увеличение количества сажи в ДСФ до регенерации ДСФ. Таким образом, регенерация поверхности датчика производится чаще, чем сажевого фильтра. В блоке 426 можно определить, не больше ли количество сажи в ДСФ, чем пороговое значение. Если ответ - «да», то в блоке 428 следует произвести регенерацию ДСФ. Например, регенерация ДСФ может содержать нагрев фильтра потоком горячих отработавших газов или производство большого количества OA для окисления сажи. В блоке 432 диагностика ДСФ может производиться далее на основе изменения электрического сопротивления сажевого датчика (ФИГ. 5). Если количество сажи в ДСФ меньше порогового, то ДСФ может не требовать регенерации (430). Таким образом, способ содержит регенерацию сажевого фильтра в ответ на обозначенный уровень сажи. Следует продолжать обновление количества сажи в ДСФ на основе количества сажи в датчике.
На ФИГ. 5 показан пример алгоритма 500 для диагностики функционирования ДСФ на основе времени регенерации сажевого датчика.
В блоке 502 процессор может рассчитать посредством калибровки время регенерации сажевого датчика t(i)_regen, т.е. время, измеренное с конца предыдущей регенерации до начала текущей регенерации сажевого датчика. В блоке 504 сравнивают t(i)_regen с t(i-1)_regen, которое является ранее калиброванным временем регенерации сажевого датчика. На основе этого можно определить, что для диагностики ДСФ необходимо провести регенерацию сажевого датчика несколько раз. Если t(i)_regen составляет менее половины значения t(i-1) regen, то в блоке 508 обозначается утечка в ДСФ, и направляется сигнал ухудшения состояния ДСФ. В другом варианте или в дополнение к вышеуказанному процессу диагностика ДСФ может быть проведена с использованием других параметров, таких как температура отработавших газов, частота вращения/нагрузка двигателя и т.д. Сигнал ухудшения состояния может быть направлен, например, индикатором неисправности диагностического кода.
Если время текущей регенерации меньше половины времени предыдущей регенерации, это может обозначать, что время достижения порогового значения R_regen электрической цепью 254 меньше, и поэтому частота регенерации выше. Более высокая частота регенерации сажевого датчика может обозначать, что выходящие отработавшие газы содержат большее количество твердых частиц, чем при нормальном функционировании ДСФ. Таким образом, если изменение времени регенерации сажевого датчика достигает предельного значения t_regen, при котором время текущей регенерации сажевого датчика составляет менее половины времени предыдущей регенерации, обозначается ухудшение состояния или утечка в ДСФ, например, на дисплее оператора и/или посредством установки флажка, хранящегося в долговременной памяти, соединенной с процессором, что может быть отправлено на инструмент диагностики, соединенный с процессором. Если изменение времени регенерации сажевого датчика не достигает предельного значения t_regen, то утечка в ДСФ в блоке 506 не обозначается.
На ФИГ. 6 представлено графическое изображение соотношения между регенерацией сажевого датчика и количеством сажи в ДСФ, в частности, как регенерация сажевого датчика может обозначать ухудшение состояния ДСФ. Вертикальные метки t0, t1, t2, t1' и t2' обозначают значительные моменты времени в работе и системе узла сажевого датчика и сажевого фильтра.
На первой схеме сверху на ФИГ. 6 показано электрическое сопротивление сажевого датчика. Как было раскрыто ранее, электрическое сопротивление сажевого датчика может снизиться с увеличением количества сажи в сажевом датчике и увеличиться с уменьшением количества сажи. Электрическое сопротивление имеет наименьшее значение внизу схемы и увеличивается к верху схемы в направлении стрелки оси Y. На оси X отложено время, увеличивающееся в направлении слева направо на схеме. Горизонтальная метка 602 представляет собой предельное сопротивление чистого фильтра сажевого датчика R_clean на второй схеме. Горизонтальная метка 604 представляет собой предельное сопротивление регенерации сажевого датчика R_clean на второй схеме.
На второй схеме сверху на ФИГ. 6 показано количество сажи в ДСФ. Отсчет времени начинается в левой части схемы и увеличивается вправо. Количество сажи в ДСФ наименьшее внизу схемы и увеличивается к верху схемы в направлении стрелки оси Y. Горизонтальная метка 606 представляет собой пороговое количество сажи в ДСФ на второй или третьей схеме. В одном из примеров регенерация ДСФ будет производиться путем нагрева отработавшими газами, когда количество сажи больше порогового значения 606.
На третьей схеме сверху на ФИГ. 6 показано количество сажи в ДСФ при тех же параметрах, что и на второй схеме. Эта схема является альтернативным примером скопления сажи и регенерации, которые могут увеличиваться постепенно.
В момент времени t0 сажевый датчик находится в состоянии относительно чистого сажевого фильтра, что измеряется верхним пороговым значением сопротивления R_clean. Когда контроллер, соединенный с сажевым датчиком, обрабатывает это пороговое значение, он может направлять команды в цепь 256 регенерации для окончания подачи тепла так, чтобы цепь 254 обнаружения могла начать обнаружение скопления сажи. По мере увеличения количества сажи в фильтре датчика внутри датчика увеличивается давление, перемещая поршень, проводящая поверхность которого соединена с цепью обнаружения с несколькими резистивными элементами. Чем больше количество сажи, тем больше давление внутри узла датчика, тем дальше вверх перемещается поршень, тем меньше сопротивление проводящей поверхности, соединенной с цепью обнаружения. Поэтому датчик 242 напряжения электрической цепи 254 считывает меньшее сопротивление. Таким образом, с увеличением количества сажи в фильтре датчика сопротивление может снижаться. Со временем сажа продолжает скапливаться, а сопротивление соответственно снижаться. Таким образом, процессор может рассчитать массу сажи, скопившейся в сажевом датчике, по изменению сопротивления с течением времени в любой момент времени.
В момент времени t1 электрическое сопротивление достигает порогового значения 604 (R_regen), и обозначается регенерация сажевого датчика. Процессор, соединенный с датчиком, может иметь команды для направления сигнала регенерации на цепь регенерации в ответ на данные об уровне сажи. Например, сигнал может быть обозначен, когда измеренное сопротивление в электрической цепи 254 меньше порогового значения R_regen. Соответственно, в момент времени t1 ДСФ обновляется, обозначая скопление сажи в фильтре, как показано на второй схеме. Аналогично, на третьей схеме показано постепенное увеличение количества ДСФ. Скопление сажи в ДСФ соответствует разнице во времени между регенерациями сажевого датчика на первой схеме. Количество сажи в ДСФ продолжает увеличиваться в течение нескольких циклов скопления и регенерации сажевого датчика. Таким образом, регенерация датчика производится чаще, чем регенерация сажевого фильтра.
В момент времени t2 электрическое сопротивление снова имеет значение меньше порогового 604, и обозначается регенерация сажевого датчика. Количество сажи в ДСФ достигло порогового значения 606 R_DPF. Таким образом может быть подан сигнал на ДСФ о регенерации фильтра, например, путем сжигания для сокращения количества накопленных твердых частиц. В одном из примеров контроллер двигателя может начать регенерацию ДСФ на основе входных данных, полученных от сажевого датчика и/или рабочих параметров, таких как температура отработавших газов, частота вращения двигателя/ нагрузка и т.д. Как было указано, контроллер может иметь команды для регенерации ДСФ на основе порогового количества регенераций сажевого датчика, причем контроллер может регистрировать время между последовательными регенерациями сажевого датчика для диагностики состояния ДСФ. Разница во времени d1 показывает количество времени, прошедшего между t1 и 12. Это обозначает количество времени, потребовавшееся ДСФ для регенерации, на основе порогового количества регенераций сажевого датчика, причем ДСФ достиг порогового количества сажи.
Следует понимать, что на схемах после данной точки прошло неопределенное количество времени до продолжения работы сажевого датчика и ДСФ. Моменты времени t1' и t2' также обозначают те же условия, что и моменты времени t1 и t2. Однако разница во времени d2 значительно меньше разницы во времени d1. Наклон 628 циклов 614 регенерации значительно круче наклона 626 циклов 610 регенерации. Резкое увеличение крутизны обозначает, что регенерация сажевого датчика происходит с большей частотой, что обозначает, что концентрация сажи выше концентрации сажи в циклах 610 регенерации. Время для достижения электрическим сопротивлением порогового значения R_regen меньше. Таким образом, проводится то же количество циклов регенерации, что и при 606, но за меньшее время. Соответственно, наклон 612 круче, чем наклон 608, что обозначает, что большее количество сажи скопилось в сажевом фильтре за то же время. Отсюда можно сделать вывод о ненормальном функционировании ДСФ. Процессор может содержать команды для измерения времени между регенерациями фильтра сажевого датчика. В одном из примеров, если время текущей регенерации меньше половины времени предыдущей регенерации, то направляется сигнал ухудшения состояния ДСФ. Циклы 610 регенерации показывают функционирование ДСФ и сажевого датчика при нормальных условиях, а циклы 614 регенерации показывают функционирование ДСФ и сажевого датчика в условиях утечки в ДСФ.
Таким образом, можно произвести регенерацию сажевого датчика, установленного ниже по потоку от сажевого фильтра, посредством узла сажевого датчика, соединенного с процессором. Процессор может содержать команды для активации цепи регенерации внутри узла в ответ на пороговый уровень сопротивления (а также на основе дополнительных рабочих параметров, таких как температура отработавших газов, частота вращения/ нагрузка двигателя и т.д.), причем повтор регенерации сажевого датчика может обозначать уровень сажи в ответ на перемещение поршня под действием давления. В частности, периоды времени между регенерациями сажевого датчика могут использоваться для обозначения уровня сажи в выпускном канале, и, следовательно, для регенерации сажевого фильтра в ответ на обозначенный уровень сажи. Таким образом, так как сажевый датчик может согласовывать увеличение давления с количеством сажи вместо согласования тока и/или напряжения с проводимостью в зазоре или другой аналогичной конструкции, датчик может быть менее чувствительным к отклонениям уровней распределения сажи. Таким образом, посредством сокращения необходимости в скапливании сажи в электрической цепи, как было раскрыто, где распределение сажи может быть недостаточным, что повлияет на функционирование датчика, данная система сажевого датчика перепада давления может повысить чувствительность и точность датчика при обнаружении ухудшения состояния ДСФ.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых команд в долговременной памяти и могут выполняться посредством системы управления, включающей в себя контроллер в комбинации с различными датчиками, исполнительными механизмами и другими аппаратными средствами двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрываемые в настоящем документе, могут представлять собой любое количество стратегий обработки, таких как событийные, с управлением по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять код в графическом виде, который должен быть запрограммирован в долговременную память машиночитаемого носителя в системе управления двигателем, где описанные действия выполняются посредством исполнения инструкций в системе, включая различные компоненты аппаратного обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что данные конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны разнообразные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с расположением цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с оппозитными 4-цилиндровыми двигателями и двигателями других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В пунктах указанной формулы изобретения может быть сделана ссылка на «какой-либо» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.