СИСТЕМА (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ
SYSTEM (EMBODIMENTS) AND METHOD OF DETECTING SOLID PARTICLES

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
По настоящей заявке испрашивается приоритет предварительной патентной заявки США №62/077140 с названием «Датчик твердых частиц», поданной заявки 7 ноября 2014 года, полное содержание которой приведено в настоящем документе в качестве ссылки для всех целей.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящая заявка относится к обнаружению твердых частиц в выпускной системе.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Системы снижения токсичности отработавших газов могут использовать различные датчики отработавших газов. Одним из таких датчиков может быть датчик твердых частиц, показывающий массу и/или концентрацию твердых частиц в отработавших газах. В одном примере датчик твердых частиц может работать путем накопления твердых частиц в течение какого-либо периода времени и обеспечения показаний степени накопления, как измеренных уровней твердых частиц в отработавших газах.
Датчики твердых частиц могут сталкиваться с такими проблемами, как неоднородное осаждение частиц сажи на датчике из-за отклонения в распределении потока по поверхности датчика. Кроме того, датчики твердых частиц могут быть склонны к загрязнению от соударения с каплями воды и/или с крупными твердыми частицами в отработавших газах. Это загрязнение может привести к ошибкам выходного сигнала датчика. Кроме того, восстановление датчика может быть неадекватным при существенном количестве потока отработавших газов через датчик твердых частиц.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретатели признали вышеуказанные проблемы и определили подход, позволяющий по меньшей мере частично справиться с вышеуказанными проблемами. В одном примере система обнаружения твердых частиц в выпускном канале содержит трубу с множеством впускных газовых отверстий на расположенной выше по потоку поверхности, имеющую подковообразную форму с закругленным углублением на расположенной ниже по потоку поверхности и множество выходных газовых отверстий, расположенных вдоль закругленного углубления, и датчик твердых частиц, расположенный внутри трубы.
Система также может содержать теплозащитный экран, соединенный с датчиком твердых частиц первой стороной теплозащитного экрана, при этом вторая сторона теплозащитного экрана противоположна первой стороне и обращена к расположенной выше по потоку поверхности трубы. Таким образом, теплозащитный экран может быть расположен между датчиком твердых частиц и множеством впускных газовых отверстий для заграждения датчика твердых частиц от отработавших газов, входящих в трубу. Нижняя поверхность трубы может содержать по меньшей мере одно дренажное отверстие, расположенное около расположенной ниже по потоку поверхности трубы для дренажа капель воды и твердых частиц, которые крупнее предельного размера, из трубы. В некоторых примерах датчик твердых частиц может содержать электрический контур, расположенный на первой поверхности датчика твердых частиц для измерения количества сажи, размещенной на электрическом контуре, при этом первая поверхность обращена к расположенной ниже по потоку поверхности трубы. Множество выходных газовых отверстий может быть расположено вдоль углубления неравномерно, так что большее количество отверстий расположено около низа трубы, чем около верха трубы.
В этом случае датчик твердых частиц может подвергаться более равномерному распределению потока по его поверхности, и капли воды и/или более крупные частицы могут не достигать чувствительного элемента. В результате может быть улучшено функционирование датчика твердых частиц, и оно может быть более надежным.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Раскрытие изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На фиг. 1 показано схематичное изображение системы транспортного средства, содержащей датчик сажи, расположенный ниже по потоку от фильтра твердых частиц.
На фиг. 2 показан вид датчика сажи в перспективе.
На фиг. 3 показан поперечный разрез датчика сажи по фиг. 2.
На фиг. 4 показана блок-схема способа сбора сажи на датчике сажи, показанном на фиг. 2.
На фиг. 5 показан вид альтернативного варианта осуществления датчика сажи по фиг. 2 в перспективе.
На фиг. 6 показан поперечный разрез датчика сажи по фиг. 5.
На фиг. 7 показана блок-схема способа сбора сажи на датчике сажи, показанном на фиг. 5.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Нижеследующие раскрытие относится к системам и способам для проведения отработавших газов через датчик отработавших газов и измерения массы и/или концентрации твердых частиц в отработавших газах. Система транспортного средства, показанная на фиг. 1, может содержать двигатель с впускными и выпускными каналами. В выпускном канале дизельный фильтр твердых частиц может отфильтровывать твердые частицы от отработавших газов. Датчик твердых частиц может быть расположен ниже по потоку от дизельного фильтра твердых частиц для оценки потока твердых частиц и контроля эффективности дизельного фильтра твердых частиц. Измерения датчика могут быть искажены из-за накопления крупных твердых частиц или воды на поверхности датчика. Дополнительно, неравномерное распределение отработавших газов на поверхности датчика может увеличить ошибку измерений. Поэтому датчик твердых частиц может быть объединен с узлом твердых частиц, который может ограждать датчик от крупных твердых частиц и молекул воды. На фиг. 2 и 5 показаны два примера узла твердых частиц, который может использовать защитные трубы для ограждения датчика твердых частиц от приближающихся отработавших газов. Отработавшие газы могут течь в узел твердых частиц таким образом, что крупные твердые частицы накапливаются на расположенной ниже по потоку стороне узла, как показано в поперечных разрезах узла на фиг. 3 и 6. Таким образом, форма, ориентация и расположение узла твердых частиц может быть таким, что отработавшие газы текут через узел, равномерно ударяются о поверхность датчика и покидают узел, как показано на фиг. 4 и 7. Твердые частицы, размещенные на поверхности датчика, затем могут быть использованы для оценки количества твердых частиц в отработавших газах.
На фиг. 1 схематично показана система 6 транспортного средства. Система 6 транспортного средства содержит систему 8 двигателя. Система 8 двигателя может содержать двигатель 10, имеющий множество цилиндров 30. В некоторых примерах двигатель 10 может быть дизельным двигателем и может быть выполнен с возможностью сжигания дизельного топлива. Однако, в других примерах двигатель 10 может быть выполнен с возможностью сжигания бензинового топлива. В других примерах двигатель 10 может быть выполнен с возможностью сжигания этанола или другого топлива спиртового типа. В некоторых примерах двигатель 10 может быть выполнен с возможностью сжигания любой комбинации вышеуказанных типов топлива. Двигатель 10 содержит впуск 23 и выпуск 25. впуск 23 двигателя содержит дроссель 62, связанный по текучей среде с впускным коллектором 44 двигателя через впускной канал 42. Выпуск 25 двигателя содержит выпускной коллектор 48, ведущий в конце в выпускной канал 35, выводящий отработавшие газы в атмосферу. Дроссель 62 может быть расположен во впускном канале 42 ниже по потоку от устройства наддува, такого как турбокомпрессор (не показан), и выше по потоку от доохладителя (не показан). Доохладитель, если таковой имеется, может быть выполнен с возможностью уменьшения температуры впускного воздуха, сжатого устройством наддува.
Система 6 транспортного средства также может содержать управляющую систему 14. Управляющая система 14 показана получающей информацию от множества датчиков 16 (различные примеры которых показаны в настоящем документе) и отправляющей управляющие сигналы на множество приводов 81 (различные примеры которых показаны в настоящем документе). В качестве одного примера 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, например, датчики дополнительного давления, температуры, воздушно-топливного отношения и датчики состава могут быть подсоединены в различных местах в системе 6 транспортного средства. В качестве другого примера, приводы могут содержать топливные инжекторы 66, дроссель 62, клапаны дизельного фильтра твердых частиц (ДФТЧ), управляющие регенерацией фильтра (не показаны) и др. Управляющая система 14 может содержать контроллер 12. Контроллер может получать входные данные от различных датчиков, обрабатывать входные данные и запускать приводы в ответ на обработанные входные данные на основании инструкций или кода, запрограммированного в нем, в соответствии с одной или несколькими программами. Например, инструкции для осуществления различных управляющих программ могут быть сохранены в памяти контроллера 12.
Выпуск 25 двигателя может содержать одно или несколько устройств 70 снижения токсичности отработавших газов, которые могут быть компактно установлены в выпуске. Одно или несколько устройств снижения токсичности отработавших газов могут содержать трехкомпонентный катализатор, фильтр обедненных оксидов азота (NOx), катализатор выборочного каталитического восстановления (ВКВ) и др. Выпуск 25 двигателя также может содержать дизельный фильтр 102 твердых частиц (ДФТЧ), который временно отфильтровывает твердые частицы (ТЧ) от входящих газов, расположенный выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. В одном примере, как показано, ДФТЧ 102 является дизельной системой удерживания твердых частиц. Отработавшие газы выхлопной трубы, отфильтрованные от ТЧ, идущие за каналом через ДФТЧ 102, могут быть также обработаны в датчике 106 твердых частиц и устройстве 70 снижения токсичности отработавших газов и удалены в атмосферу через выпускной канал 35. Как подробнее раскрыто со ссылкой на фиг. 2, датчик 106 может быть датчиком твердых частиц, измеряющим массу или концентрацию твердых частиц ниже по потоку от ДФТЧ 102. Например, датчик 106 может быть датчиком сажи. Датчик 106 может быть функционально соединен с контроллером 12 и может сообщаться с контроллером 12 для индикации концентрации твердых частиц в отработавших газах, покидающих ДФТЧ 102 и текущих через выпускной канал 35. Таким образом, датчик 106 может определять просачивания через ДФТЧ 102. ДФТЧ 102 может иметь монолитную структуру, выполненную, например, из кордиерита или карбида кремния, с множеством каналов внутри для фильтрации твердых частиц от дизельных отработавших газов.
Некоторые датчики твердых частиц могут использовать электрический контур для измерения массы или концентрации твердых частиц в потоке отработавших газов. Твердые частицы могут ударяться о контур и создавать мост/короткий путь в контуре, тем самым, изменяя ток и/или напряжение на выходе из датчика. В некоторых традиционных датчиках твердых частиц с электрическим контуром отработавшие газы направляются из одного конца электрического контура в другой, что может приводить к неравномерному распределению сажи. В частности, большая часть сажи может быть расположена на входном конце контура, где отработавшие газы контактирует с датчиком в первую очередь, в то время как большая часть электрического контура испытывает только ограниченное распределение частиц сажи. Дополнительно, датчик может подвергаться загрязнению крупными частицами или каплями воды, ударяющимися о поверхность датчика. Как подробнее будет раскрыто ниже со ссылкой на фиг. 2-7, узел датчика твердых частиц может быть сконфигурирован таким образом, чтобы обеспечить более равномерное распределение сажи на датчике твердых частиц, и чтобы уменьшить ударение крупных твердых частиц о поверхность датчика.
На фиг. 2-7 показана и/или раскрыта работа узла датчика твердых частиц, содержащего датчик твердых частиц, смонтированный внутри одного или более защитных труб. Чувствительная поверхность датчика твердых частиц может быть отвернута от входящего потока отработавших газов. Множество отверстий может быть распределено на узле датчика для обеспечения равномерного ударения отработавших газов о поверхность датчика твердых частиц. Узел датчика также может быть также выполнен таким образом, что крупные твердые частицы (например, твердые частицы крупнее порогового размера) и водяной пар ударяются о поверхности защитной трубы, а не о датчик (например, не о чувствительную поверхность элемента датчика твердых частиц). На фиг. 2-4 показан первый вариант осуществления датчика твердых частиц, содержащего единственную защитную трубу. На фиг. 5-7 показан второй вариант осуществления датчика твердых частиц, где узел датчика содержит более одной защитной трубы.
На фиг. 2-3 показаны схемы узла 200 датчика твердых частиц (ТЧ). На фиг. 2-3 показаны относительные размеры и положения компонентов внутри узла 200 датчика ТЧ. Элементы на фиг. 2-3 могут быть изображены приближенно к масштабу. Таким образом, в некоторых примерах относительные размеры и расположение компонентов, показанных на фиг. 2-3, могут представлять действительные размеры и расположение компонентов узла 200 твердых частиц. Однако в других примерах относительные размеры и расположение компонентов может отличаться от изображенного на фиг. 2-3.
На фиг. 2 показан схематичный вид приведенного в качестве примера варианта осуществления узла 200 датчика твердых частиц ТЧ. Узел 200 датчика ТЧ может быть датчиком 106 твердых частиц по фиг. 1 и, тем самым, может обладать общими признаками и/или конфигурациями, раскрытыми для датчика 106 ТЧ. Узел 200 датчика ТЧ может быть выполнен с возможностью измерения массы и/или концентрации ТЧ в отработавших газах, и по существу может быть соединен с выпускным каналом 235, который может быть таким же, как канал 35, показанный ранее со ссылкой на фиг. 1. Понятно, что узел 200 датчика ТЧ показан в упрощенной форме посредством примера, и что возможны другие конфигурации.
Узел 200 датчика ТЧ показан со стороны ниже по потоку, изнутри выпускного канала 235, так что выпускные газы текут справа налево на фиг. 2, что показано стрелками 272. Узел 200 датчика ТЧ может содержать единственную подковообразную цилиндрическую защитную трубу 202. В другом случае цилиндрическая защитная труба 202 может иметь подковообразное поперечное сечение. Таким образом, защитная труба может быть полукольцевым цилиндром с выпуклой расположенной выше по потоку поверхностью 204, обращенной к потоку отработавших газов в выпускном канале 35, с вогнутой расположенной ниже по потоку поверхностью 206, определяющей углубление 246, обращенное в обратном направлении от входящих отработавших газов. Таким образом, защитная труба 202 может быть цилиндрической в том смысле, что она может иметь два плоских, относительно ровных конца, верхний конец 208 и нижний конец 210. Поверхность верхнего конца 208 и поверхность нижнего конца 210 перпендикулярны центральной оси Х-Х защитной трубы 202 (также называемой в настоящем документе труба 202). Дополнительно, верхний конец 208 и нижний конец 210 располагаются на противоположных концах защитной трубы 202. Верхний и нижний концы 208 и 210 (которые также могут быть названы верхней и нижней поверхностями 208 и 210) могут соединяться относительно ровными вертикальными поверхностями, расположенной выше по потоку поверхностью 204 и расположенной ниже по потоку поверхностью 206, параллельными центральной оси Х-Х', так что защитная труба 202 определяет закрытый объем. По существу, расположенная выше по потоку поверхность 204, расположенная ниже по потоку поверхность 206, верхний конец 208 и нижний конец 210 могут находиться в уплотнительном контакте друг с другом вдоль их граней, так что они определяют закрытый внутренний объем, уплотненный от выпускного канала. В этом случае отработавшие газы могут только входить и/или выходить из защитной трубы 202 через впускные отверстия 236, дренажные отверстия 212 и выходные отверстия 240.
Расположенная выше по потоку поверхность 204 и расположенная ниже по потоку поверхность 206 могут быть стенками трубы 202, каждая из которых содержит внутреннюю и наружную поверхность. Таким образом, расположенная выше по потоку поверхность 204 и расположенная ниже по потоку поверхность 206 также могут относиться к расположенной выше по потоку стенке 204 и расположенной ниже по потоку стенке 206. Таким образом, наружная поверхность расположенной выше по потоку поверхности 204 может быть обращена к приближающемуся потоку отработавших газов в выпускном канале 235, в то время как внутренняя поверхность расположенной выше по потоку поверхности 204 может быть отвернута от приближающегося потока отработавших газов. Любое поперечное сечение защитной трубы 202, взятое обычно в соответствии с центральной осью Х-Х', может иметь относительно ту же форму и площадь поверхности, что и верхняя поверхность 208 и нижняя поверхность 210. Концы выпуклой расположенной выше по потоку поверхности 204 и вогнутой расположенной ниже по потоку поверхности 206 могут быть соединены закругленными концами 242, так что защитная труба 202 образует цилиндр в форме полукольца с закругленными углами. Закругленные концы 242 могут выступать из поверхности 246 углубления относительно центральной оси Х-Х'. В другом случае защитная труба может быть в форме буквы «С», написанной блоковым текстом.
Защитная труба 202 может быть прикреплена к выпускному каналу 235 его верхней поверхностью 208. Таким образом, верхняя поверхность 208 и выпускной канал 235 могут быть физически соединены один с другим. А именно, верхняя поверхность 208 может быть уплотнена в выпускном канале 235 так, что отработавшие газы могут не входить и/или выходить из защитной трубы 202 через верхнюю поверхность 208. Нижняя поверхность 210 может содержать одно или несколько дренажных отверстий 212, расположенных около нижней по потоку поверхности 206, что позволяет крупным частицам и каплям воды покидать защитную трубу 202. Как показано на фиг. 2, дренажные отверстия 212 расположены на закругленных концах 242 нижней поверхности 210, где сходятся выпуклая расположенная выше по потоку поверхность 204 и вогнутая расположенная ниже по потоку поверхность 206. Размер, количество и точное положение дренажных отверстий 212 может быть выбрано на основании конструктивных параметров узла датчика ТЧ. В примере узла 200 датчика ТЧ изображены два дренажных отверстия 212. В альтернативных вариантах осуществления количество дренажных отверстий 212 может быть больше или меньше двух. Кроме того, размер и расположение дренажных отверстий 212 может отличаться от изображенного примера. Таким образом, в некоторых примерах дренажные отверстия 212 могут быть в форме прямоугольников, квадратов, треугольников или других геометрических фигур или неправильных форм. Кроме того, распределение дренажных отверстий 212 в некоторых примерах может быть равномерным. Однако в других примерах распределение дренажных отверстий 212 может быть случайным. В других примерах распределение дренажных отверстий 212 может быть установлено на основании математической функции или распределения, например, Гаусса.
Узел 200 датчика ТЧ также может содержать теплозащитный экран 214 и датчик 216 твердых частиц (ТЧ), расположенные в пределах (например, внутри) защитной трубы 202. Например, датчик 216 ТЧ и теплозащитный экран 214 могут быть полностью в пределах защитной трубы 202. Датчик 216 твердых частиц может быть выполнен в форме длинной, тонкой, прямоугольной пластины, определяющей две поверхности, первую поверхность 220 и вторую поверхность 222 (не показана), соединенный между двух концевых поверхностей. Датчик 216 ТЧ может содержать две длинные грани 230 и две короткие грани 232. Таким образом, ширина датчика 216 ТЧ может быть определена длиной более коротких граней 232, а длина может быть определена длиной более длинных граней 230. Аналогично, две концевые поверхности датчика 216 ТЧ могут определять толщину датчика 216 ТЧ. Датчик 216 ТЧ может быть расположен внутри защитной трубы 202, так что более длинные грани 230 параллельны центральной оси Х-Х'. Ширина датчика ТЧ может быть достаточно маленькой, чтобы, при отцентровке вокруг центральной оси Х-Х', между более длинными гранями 230 и поверхностями 204, 206, расположенными, соответственно, выше и ниже по потоку, защитной трубы 202 существовало пространство. Датчик 216 ТЧ может содержать электрический контур 218, расположенный на первой поверхности 220. Твердые частицы отработавших газов, ударяющиеся об электрический контур 218, могут создавать мост или короткий путь в пределах электрического контура 218 и изменять выходной сигнал, например, ток или напряжение, датчика 216 ТЧ.
Выходной сигнал датчика 216 ТЧ поэтому может указывать на накопление твердых частиц в образцах отработавших газов, измеряемых датчиком 216 ТЧ. В другом примере, что показано на фиг. 2, электрический контур 218 может быть расположен только на части первой поверхности 220. В других примерах электрический контур 218 может быть расположен вдоль всей длины первой поверхности 220.
Теплозащитный экран 214 может быть цилиндром в форме полукольца с плоской первой поверхностью 224 и искривленной, выпуклой второй поверхностью 226. Кроме того, теплозащитный экран 214 может содержать две плоские полукольцевые концевые поверхности 228. Теплозащитный экран 214 может быть расположен таким образом, что первая поверхность 224 обращена к расположенной ниже по потоку поверхности 206 защитной трубы 202, выпуклая поверхность (также называемая расположенной выше по потоку поверхностью) 226 обращена к расположенной выше по потоку поверхности 204 защитной трубы 202, и концевые поверхности 228 лежат в плоскостях, перпендикулярных центральной оси Х-Х', так что они параллельны и обращены к верхней и нижней поверхностям 208 и 210, соответственно, защитной трубы 202. Дополнительно, теплозащитный экран 214 может иметь такой размер, что его концевые поверхности 228 меньше в отношении площади поверхности, чем верхняя и донная поверхности 208 и 210, соответственно, защитной трубы 202. Таким образом, теплозащитный экран 214 может соответствовать изнутри защитной трубе 202 и может быть пространственно отделен от поверхностей 204 и 206, расположенных выше и ниже по потоку, соответственно, защитной трубы 202. Поэтому между выпуклой поверхностью 226 теплозащитного экрана 214 и расположенной выше по потоку стенкой 204 защитной трубы 202 существует окруженное полое кольцевое пространство 238. Одна из концевых поверхностей 228 теплозащитного экрана 214 может быть прикреплена к защитной трубе 202 на верхней поверхности 208 защитной трубы. Датчик 216 ТЧ может быть прикреплен к теплозащитному экрану 214, так что вторая поверхность 222 (показанная на фиг. 3) датчика 216 ТЧ имеет контакт с первой плоской поверхностью 224 теплозащитного экрана 214. Таким образом, первая поверхность 220 датчика 216 ТЧ, содержащая электрический контур 218 может быть обращена к расположенной ниже по потоку поверхности 206 защитной трубы 202.
Датчик 216 ТЧ и теплозащитный экран 214 могут быть расположены внутри защитной трубы 202 таким образом, что они по существу симметричны относительно центральной оси Х-Х', и что теплозащитный экран 214 обращен к внутренней поверхности расположенной выше по потоку стенки 204 защитной трубы 202, а датчик 216 ТЧ обращен к внутренней поверхности расположенной ниже по потоку стенки 206 защитной трубы 202. Таким образом, теплозащитный экран 214 может быть расположен между датчиком 216 ТЧ и расположенной выше по потоку стенкой 204 защитной трубы 202, а датчик 216 ТЧ может быть расположен между теплозащитным экраном 214 и расположенной ниже по потоку стенкой 206 защитной трубы 202. Кроме того, датчик 216 ТЧ и теплозащитный экран 214 могут иметь такие размеры, что они проходят от верхней поверхности 208 до нижней поверхности 210 защитной трубы 202. Таким образом, окруженное полое кольцевое пространство 238 может быть определено между физически соединенным теплозащитным экраном 214 и датчиком 216 ТЧ и защитной трубой 202.
Расположенная выше по потоку поверхность 204 защитной трубы 202 может содержать множество впускных отверстий 236, которые могут служить впускными отверстиями для взятия образцов отработавших газов для обнаружения твердых частиц. Расположенная выше по потоку поверхность 204 по существу перпендикулярна и обращена к потоку приближающихся отработавших газов (как показано стрелками 272) в выпускном канале 235 фиг. 1. Таким образом, расположенная выше по потоку поверхность 204 может быть в непосредственном контакте с потоком отработавших газов и отработавшими газами, выходящими из дизельного фильтра твердых частиц, такого как ДФТЧ 102, показанного выше со ссылкой на фиг. 1. В этом случае отработавшие газы могут свободно течь по направлению к расположенной выше по потоку поверхности 204 защитной трубы 202 узла 200 датчика ТЧ. Впускные отверстия 236 могут быть по существу круглыми отверстиями, позволяющими отработавшим газам проходить в защитную трубу 202. В альтернативных вариантах осуществления впускные отверстия 236 могут иметь другую форму, например, вытянутую или квадратную. В альтернативных вариантах осуществления количество впускных отверстий 236 может быть больше или меньше двух. Кроме того, размер и расположение впускных отверстий 236 может отличаться от изображенного в приведенном примере. Таким образом, в некоторых примерах впускные отверстия 236 могут быть в форме прямоугольников, квадратов, треугольников или других геометрических фигур или неправильных форм. Кроме того, распределение впускных отверстий 236 в некоторых примерах может быть равномерным. Однако в других примерах распределение впускных отверстий 236 на расположенной выше по потоку поверхности 204 может быть случайным. В других примерах распределение впускных отверстий 236 на расположенной выше по потоку поверхности 204 задано на основании математической функции или распределения, например, Гаусса.
Отработавшие газы поэтому могут входить в полое кольцевое пространство 238 между защитной трубой 202 и теплозащитным экраном 214 через впускные отверстия 236 в расположенной выше по потоку поверхности 204. Теплозащитный экран 214 поэтому может действовать как буфер между входящими отработавшими газами, поступающими через впускные отверстия 236 защитной трубы 202, и датчиком 216 ТЧ. Отработавшие газы вынуждены проходить вокруг теплозащитного экрана 214 до того, как ударится о первую поверхность 220 датчика 216 ТЧ.
Защитная труба 202 также может содержать множество выходных отверстий 240 для отработавших газов, указанные выходные отверстия расположены на расположенной ниже по потоку поверхности 206 защитной трубы. В частности, выходные отверстия 240 могут быть расположены на части вогнутой расположенной ниже по потоку поверхности 206, проходящей дальше внутрь к центральной оси Х-Х' защитной трубы 202 и, таким образом, наиболее близкой к первой поверхности 220 датчика 216 ТЧ (например, углубление 246). Таким образом, выходные отверстия могут быть расположены вдоль углубления 246. По существу, выходные отверстия 240 могут быть обращены к первой поверхности 220 датчика 216 ТЧ, о которую ударяются отработавшие газы после прохождения вокруг теплозащитного экрана 214. Выходные отверстия 240 могут быть распределены вдоль длины защитной трубы 202, при этом длина может быть определена как расстояние между верхней поверхностью 204 и нижней поверхностью 206. Дополнительно, распределение выходных отверстий 240 может отклоняться к нижней поверхности 206 защитной трубы 202 таким образом, что большее количество выходных отверстий 240 может быть расположено вблизи нижней поверхности 206, чем у верхней поверхности 204. Выходные отверстия 240 могут быть нормальны по отношению к потоку отработавших газов в выпускном канале 235, и, таким образом, могут быть параллельны по отношению к датчику 216 ТЧ и впускным отверстиям 236 защитной трубы 202. Выходные отверстия 240 по существу могут быть круглыми отверстиями, позволяющими выходить отработавшим газам из защитной трубы 202. В альтернативных вариантах осуществления выходные отверстия 240 могут иметь другую форму, например, удлиненную или квадратную. Кроме того, размер и расположение выходных отверстий 240 могут отличаться от изображенных в данном примере. Таким образом, в некоторых примерах выходные отверстия 240 могут иметь форму прямоугольников, квадратов, треугольников или другие геометрические или неправильные формы. Кроме того, распределение выходных отверстий 240 в некоторых примерах может быть равномерным. Однако в других примерах распределение выходных отверстий 240 на углублении 246 расположенной ниже по потоку поверхности 206 может быть случайным. В других примерах распределение выходных отверстий 240 на расположенной ниже по потоку поверхности 206 может быть задано на основании математической функции распределения, например, Гаусса.
В одном варианте осуществления датчик 216 ТЧ может быть соединен с нагревателем (не показан) для сжигания накопленных частиц, например, сажи, и, тем самым, может быть регенерирован. В этом случае датчик ТЧ может быть возвращен в состояние, более подходящее для передачи точной информации, относящейся к отработавшим газам.
Узел 200 датчика ТЧ может быть расположен в выпускном канале 235 и выполнен с возможностью отбора образцов отработавших газов, текущих в нем. Часть отработавших газов может течь в узел 200 датчика ТЧ и защитную трубу 202 через впускные отверстия 236 на расположенной выше по потоку поверхности 204 защитной трубы 202. Часть отработавших газов может ударяться о внешнюю сторону расположенной выше по потоку поверхности 226 теплозащитного экрана 214 до циркуляции через полое кольцевое пространство 238, образованное между теплозащитным экраном 214 и защитной трубой 202. Отработавшие газы затем могут ударяться о первую поверхность 220 датчика 216 ТЧ. Наконец, часть отработавших газов может выходить из защитной трубы 202 (и узла 200 датчика ТЧ) через выходные отверстия 240 и сливаться с остальным потоком отработавших газов в выпускном канале 235.
На фиг. 3 показан поперечный разрез варианта осуществления узла 200 датчика ТЧ, раскрытого на фиг. 2. Узел 200 датчика ТЧ показан из расположенной ниже по потоку перспективы внутри выпускного канала 235 по фиг. 1, так что отработавшие газы текут с правой стороны фиг. 3 в левую сторону по фиг. 3, что показано стрелками 272. Таким образом, узел 200 датчика ТЧ может содержать цилиндрическую подковообразную защитную трубу 202, что подробно раскрыто со ссылкой на фиг. 2.
Как раскрыто выше со ссылкой на фиг. 2, между защитной трубой 202 и теплозащитным экраном 214 существует полое кольцевое пространство 238. Часть отработавших газов в выпускном канале 235 может течь через впускные отверстия 236 защитной трубы 202 в кольцевое пространство 238 и вокруг теплозащитного экрана 214, что показано стрелками 274 потока отработавших газов.
Вторая выпуклая поверхность теплозащитного экрана 214 может быть обращена к входящим отработавшим газам, поступающим в защитную трубу 202 через впускные отверстия 236. Таким образом, как раскрыто выше в отношении фиг. 2, теплозащитный экран 214 может действовать как буфер между входящими отработавшими газами и датчиком 216 ТЧ. Датчик ТЧ показан соединенным с теплозащитным экраном 214 через первую плоскую поверхность 224 теплозащитного экрана 214. Электрический контур 218 может быть расположен на первой поверхности 220 датчика ТЧ, обращенной к выходным отверстиям 240 для отработавших газов. Таким образом, после прохождения вокруг теплозащитного экрана 214, отработавшие газы могут менять направление и ударяться о первую поверхность 220 датчика 216 ТЧ, обращенную к нижней по потоку стороне. В частности, отработавшие газы могут ударяться об электрический контур 218. При ударении отработавших газов об электрический контур 218 могут изменяться напряжение и/или ток электрического контура 218, а изменение тока и/или напряжения в электрическом контуре 218 может быть использовано для расчета количества сажи, накопленной на датчике 216. После ударения о датчик 216 отработавшие газы могут выходить из защитной трубы 202 через выходные отверстия 240.
Выходные отверстия 240 могут быть расположены на части углубления 246, проходящей далее внутрь к датчику 216 ТЧ. Таким образом, выходные отверстия 240 расположены на части защитной трубы 202 в пределах ближайшего расстояния к датчику 216 ТЧ.
На фиг. 4 представлена блок-схема способа обнаружения твердых частиц и проведения отработавших газов через узел датчика ТЧ с единственной трубой, такое как узел 200 датчика ТЧ, показанное выше со ссылкой на фиг. 2-3. Вариант осуществления узла 200 датчика ТЧ, раскрытый выше со ссылкой на фиг. 2 и 3, может быть использован для обнаружения твердых частиц в отработавших газах, выходящих из дизельного фильтра твердых частиц, такого как ДФТЧ 102, показанный выше со ссылкой на фиг. 1. Например, просачивание через ДФТЧ может быть обнаружено узлом датчика ТЧ на основании обнаруженной концентрации твердых частиц в отработавших газах.
Способ 400 начинается на этапе 402 путем проведения (например, течения) отработавших газов через выпускной канал (например, выпускной канал 35, показанный на фиг. 1). Затем на этапе 404 часть отработавших газов поступает в защитную трубу (например, защитную трубу 202, показанную на фиг. 2-3) через впускные отверстия (например, впускные отверстия 236, показанные на фиг. 2-3), расположенные на расположенной выше по потоку поверхности (например, расположенной выше по потоку поверхности 204, показанной на фиг. 2-3) защитной трубы. На этапе 406 отработавшие газы сначала ударяются о расположенную выше по потоку поверхность теплозащитного экрана (например, теплозащитного экрана 214, показанного на фиг. 2-3). В некоторых примерах только часть отработавших газов может ударяться о теплозащитный экран. В частности, крупные частицы и молекулы воды могут быть отклонены для ударения о теплозащитный экран. Способ 400 затем переходит на этап 408 путем направления отработавших газов вокруг теплозащитного экрана через полое кольцевое пространство (например, полое кольцевое пространство 238, показанное на фиг. 2-3) между теплозащитным экраном и защитной трубой к расположенной ниже по потоку поверхности (например, расположенной ниже по потоку поверхности 206, показанной на фиг. 2-3) защитной трубы, проходя датчик ТЧ (например, датчик 216 ТЧ, показанный на фиг. 2-3). Крупные частицы (например, частицы крупнее предельного размера, предельный размер представляет собой размер, при котором частицы могут быть отделены от массы потока отработавших газов) могут ударяться о расположенную ниже по потоку внутреннюю поверхность защитной трубы и выходить через дренажные отверстия (например, дренажные отверстия 212, показанные на фиг. 2-3) в нижнее части защитной трубы. Затем на этапе 412 отработавшие газы могут быть перенаправлены таким образом, что они могут течь в противоположном потоку отработавших газов направлении в выпускном канале. Таким образом, на этапе 412 после прохождения датчика ТЧ направление потока отработавших газов может быть обратным или повернутым приблизительно на 180 градусов, так что отработавшие газы текут назад в датчик 216 ТЧ, от расположенной ниже по потоку поверхности защитной трубы. Потом на этапе 414 отработавшие газы могут ударяться о первую поверхность 220 датчика ТЧ. На этапе 414 распределение частиц из отработавших газов может создать мост или короткий путь в электрическом контуре (электрическом контуре 218, показанном на фиг. 2-3) датчика ТЧ и изменить выходной сигнал, например, ток или напряжение датчика ТЧ. Выходной сигнал датчика ТЧ поэтому может быть указанием на накопленные твердые частицы в образцах отработавших газов, которые измеряет датчик. На этапе 416 отработавшие газы могут выходить из узла датчика ТЧ через выходные отверстия (например, выходные отверстия 240, показанные на фиг. 2-3) на защитной трубе. Выходящие отработавшие газы могут присоединяться к потоку отработавших газов в выпускном канале.
На фиг. 5-6 показаны схемы альтернативного варианта осуществления узла 200 датчика ТЧ, показанного на фиг. 2-4. Вместо единственной защитной трубы 202, настоящий вариант осуществления может иметь более одной защитной трубы, окружающей чувствительный элемент. Узел 500 датчика твердых частиц ТЧ, показанный на фиг. 5-6, может быть изображен близко к масштабу. На фиг. 5-6 показаны относительные размеры и положения компонентов в узле 500 датчика ТЧ. Таким образом, в некоторых примерах относительные размеры и положение компонентов, показанное на фиг. 5-6, могут представлять собой действительные размеры и положения компонентов узла 500 датчика твердых частиц. Однако в других примерах относительные размеры и положение компонентов может отличаться от показанного на фиг. 5-6.
Показанный на фиг. 5 узел 500 датчика ТЧ может содержать первую наружную трубу 510 и вторую внутреннюю трубу 520. Наружная труба 510 может содержать множество отверстий 544 (также называемых перфорациями 544), распределенных на расположенной выше по потоку поверхности 554 первой наружной трубы 510. Отверстия 544 (или впускные отверстия 544) могут служить впускными отверстиями для отбора образца отработавших газов для определения в них твердых частиц. Расположенная выше по потоку поверхность 554 первой наружной трубы 510 является по существу нормальной и обращенной к потоку приближающихся отработавших газов (стрелки 272) в выпускном канале, таком как выпускной канал 35 по фиг. 1. Таким образом, расположенная выше по потоку поверхность 554 может находиться в непосредственном контакте с потоком отработавших газов. По существу, отработавшие газы, выходящие из дизельного фильтра твердых частиц (например, ДФТЧ 102, показанного на фиг. 1), могут свободно течь в направлении расположенной выше по потоку поверхности 554 первой наружной трубы 510 узла 500 датчика ТЧ. Кроме того, никакие компоненты не могут блокировать или отклонять поток отработавших газов от ДФТЧ 102 к узлу 200 датчика ТЧ. Таким образом, часть отработавших газов для отбора образца может проводиться через отверстия 544 в узел 500 датчика ТЧ. Первая наружная труба 510 может не содержать каких-либо отверстий на расположенной ниже по потоку поверхности 558.
Отверстия 544 могут быть расположены на расположенной выше по потоку поверхности 554 первой наружной трубы 510 и позволять отработавшим газам течь в наружную трубу 510 узла 500 датчика ТЧ. В некоторых примерах отверстия 544 могут быть круглыми, как изображено в примере фиг. 5. Однако в альтернативных вариантах осуществления отверстия 544 могут иметь другую форму, например, удлиненную или квадратную. В альтернативных вариантах осуществления размер и расположение отверстий 544 могут отличаться от изображенных в данном примере. Таким образом, в некоторых примерах отверстия 544 могут иметь форму прямоугольников, квадратов, треугольников или другие геометрические или неправильные формы. Кроме того, распределение отверстий 544 в некоторых примерах может быть равномерным. Однако в других примерах распределение отверстий 544 на расположенной выше по потоку поверхности 554 может быть случайным. В других примерах распределение отверстий 544 на расположенной выше по потоку поверхности 554 наружной трубы 510 может быть задано на основании математической функции распределения, например, Гаусса.
Узел 500 датчика ТЧ также содержит вторую внутреннюю трубу 520, полностью окруженную первой наружной трубой 510. Вторая внутренняя труба 520 может быть расположена таким образом, что центральная ось второй внутренней трубы параллельна центральной оси первой наружной трубы 510. В примере, показанном на фиг. 5, центральная ось Х-Х' второй внутренней трубы 520 совпадает и может быть такой же, что и соответствующая центральная ось Х-Х' первой наружной трубы 510, образуя концентрическую структуру второй внутренней трубы 520 в пределах первой наружной трубы 510. Поэтому между первой наружной трубой 510 и второй внутренней трубой 520 может быть образовано кольцевое пространство (не показано на фиг. 5). В частности, кольцевое пространство может быть образовано между внешней поверхностью второй внутренней трубы 520 и внутренней поверхностью первой наружной трубы 510. В альтернативных вариантах осуществления центральная ось первой наружной трубы 510 может не совпадать с центральной осью второй внутренней трубы 520, но может быть параллельна ей. Однако кольцевое пространство между первой наружной трубой и второй внутренней трубой может поддерживаться.
Вторая внутренняя труба 520 также характеризуется множеством отверстий 546 (или впускных отверстий 546) на расположенной ниже по потоку поверхности 552 второй внутренней трубы 520. Отверстия 546 могут функционировать как впускные отверстия для части отработавших газов, привлекаемых в первую наружную трубу 510 для отбора образцов ТЧ. Кроме того, вторая внутренняя труба 520 может не содержать впускных отверстий на расположенной выше по потоку поверхности 560.
Отверстия 546 могут быть по существу круглыми отверстиями, пропускающими отработавшие газы во внутреннюю трубу 520. В альтернативных вариантах осуществления размер и расположение отверстий 546 могут отличаться от изображенных в данном примере. Таким образом, в некоторых примерах отверстия 546 могут быть выполнены в форме прямоугольников, квадратов, треугольников или других геометрических или неправильных форм. Кроме того, распределение отверстий 546 в некоторых примерах может быть равномерным. В других примерах большее количество отверстий 546 может быть расположено рядом с нижней поверхностью 564. В другом случае плотность отверстий 546 может увеличиваться с увеличением смещения от верхней поверхности 550 к нижней поверхности 564. Однако в других примерах распределение отверстий 546 на внутренней трубе 520 может быть случайным. В других примерах распределение отверстий 546 на внутренней трубе 520 может определяться на основании математической функции или распределения, например, Гаусса.
Расположенная ниже по потоку поверхность 552 второй внутренней трубы 520 содержит поверхность по существу нормальную потоку отработавших газов и отвернутую от потока отработавших газов в выпускном канале. Кроме того, расположенную ниже по потоку поверхность 552 второй внутренней трубы 520 располагают в первой наружной трубе 510, и поэтому она не находится в непосредственном контакте с потоком отработавших газов в выпускном канале. Однако расположенная ниже по потоку поверхность 552 может находиться в непосредственном контакте с частью отработавших газов, проводимых через отверстия 544 первой наружной трубы 510. Поэтому часть отработавших газов, проводимых в узел 500 датчика ТЧ через отверстия 544 первой наружной трубы 510, может направляться во внутреннее пространство (не показано) во второй внутренней трубе 520 через отверстия 546 второй внутренней трубы 520. Таким образом, вторая внутренняя труба 520 может охватывать внутри полое пространство.
Узел 500 датчика ТЧ также может содержать датчик 216 ТЧ по фиг. 2. Датчик 216 ТЧ может быть расположен во внутреннем пространстве в пределах второй внутренней трубы 520. Поэтому датчик 216 ТЧ может быть полностью окружен второй внутренней трубой 520, которая, в свою очередь, может быть окружена первой наружной трубой 510. Первая наружная труба 510 и вторая внутренняя труба 520, таким образом, могут служить экранами или защитой для датчика 216 ТЧ.
Датчик 216 ТЧ может содержать электрический контур 218, расположенный на первой поверхности 220. Кроме того, датчик 216 ТЧ может быть расположен в пределах второй внутренней трубы 520, так что первая поверхность 220 обращена к множеству отверстий 546 на расположенной ниже по потоку поверхности 552 второй внутренней трубы 520. Поэтому часть отработавших газов, направляемая во внутреннее полое пространство в пределах второй внутренней трубы 520, может ударяться о первую поверхность 220 датчика 216 ТЧ. Осаждение твердых частиц части отработавших газов на первой поверхности 220 может создавать мост или короткий путь в электрическом контуре 218 и изменять выходной сигнал, например, ток или напряжение, датчика 216 ТЧ. Выходной сигнал датчика 216 ТЧ поэтому может указывать на накопление твердых частиц в образцах отработавших газов.
Вторая внутренняя труба 520 может содержать выходной проход или отверстие 542, расположенное на нижней поверхности 564 внутренней трубы 520. Проход 542 может быть по существу тангенциальным направлению потока отработавших газов в выпускном канале. Кроме того, проход 542 может соединять по текучей среде только внутреннего пространства в пределах второй внутренней трубы 520 с выпускным каналом, позволяя выходить части отработавших газов в пределах второй внутренней трубы 520 из узла 500 датчика ТЧ. Таким образом, нижняя поверхность 564 внутренней трубы 520 и нижняя поверхность 562 наружной трубы 510 могут находиться в уплотнительном контакте одна с другой, так что отверстие 542 соединяет по текучей среде внутреннюю трубу 520 с выпускным каналом 535 и не соединяет по текучей среде наружную трубу 510 с выпускным каналом 535. Проход 542 может быть образован окруженными стенками каналами внутренней трубы 520 таким образом, что стенки блокируют доступ к кольцевому пространству между первой наружной трубой 510 и второй наружной трубой 520. Поэтому проход 542 может быть уплотнен от первой наружной трубы 510. Соответственно, часть отработавших газов, увлеченная в первую наружную трубу 510, может течь во вторую внутреннюю трубу 520 и может не выходить из узла 500 датчика ТЧ напрямую из первой наружной трубы 510. Таким образом, часть отработавших газов в пределах полого внутреннего пространства второй внутренней трубы 520 может выходить через проход 542, расположенный на нижней поверхности 564 узла 500 датчика ТЧ.
В примере на фиг. 5 как первая наружная труба 510, так и вторая внутренняя труба 520 могут иметь круглое поперечное сечение. В альтернативных вариантах осуществления может быть использовано другое поперечное сечение. В одном примере первая наружная труба 510 и вторая внутренняя труба 520 могут быть полыми трубами, выполненными из металла, устойчивого к более высоким температурам в выпускном канале. В другом примере могут быть использованы альтернативные материалы. Кроме того, как первая наружная труба 510, так и вторая внутренняя труба 520 могут быть выполнены из разных материалов. Вдобавок, материл, выбранный для производства первой наружной трубы и второй внутренней трубы, может быть таким, что может противостоять воздействию капель воды, выпущенных из дизельного фильтра твердых частиц.
Узел 500 датчика ТЧ может быть соединен с выпускным каналом 535 подходящим образом так, что верхнюю поверхность 550 узла датчика ТЧ уплотняют к стенкам (не показано) выпускного канала 535. Выпускной канал 535 может быть таким же, как выпускной канал 35, показанный выше со ссылкой на фиг. 1.
Первая наружная труба 510 может содержать одно или несколько дренажных прорезей 548, рассредоточенных на нижней поверхности 562, чтобы позволить дренаж капель воды и крупных частиц из узла 500 датчика ТЧ. Размер, количество и расположение дренажных прорезей 548 могут быть выбраны на основании конструктивных параметров узла 500 датчика ТЧ. В примере узла 500 датчика ТЧ изображены две дренажные прорези 548. В альтернативных вариантах осуществления количество дренажных прорезей может быть больше или меньше. Кроме того, их размер и расположение могут отличаться от изображенных в данном примере.
Вторая внутренняя труба 520 может быть полностью уплотнена и закрыта на части нижней поверхности 564, не содержащей проход 542, где отработавшие газы может выходить из узла 500 датчика ТЧ. Таким образом, как показано на примере по фиг. 5, проход 542 может содержать полукруглое полое отверстие в нижней поверхности 564 внутренней трубы 520. Уплотнение второй внутренней трубы 520 с первой наружной трубой 510 на нижней поверхности 564 может быть выполнено во время производства узла 500 датчика ТЧ. Кроме того, герметизация части нижней поверхности 564, не содержащей проход 542, может гарантировать, что часть отработавших газов во второй внутренней трубе 520 выходит исключительно через проход 542.
Узел 500 датчика ТЧ может быть расположен в выпускном канале 535 и выполнен с возможностью отбора образцов отработавших газов, текущих в нем. Часть отработавших газов может течь в узел 500 датчика ТЧ и в первую наружную трубу 510 через отверстия 544 на расположенной выше по потоку поверхности 554 первой наружной трубы 510. Часть отработавших газов может ударяться о внешнюю расположенную выше по потоку поверхность 560 второй внутренней трубы 520 до циркуляции через кольцевое пространство, образованное между первой наружной трубой 510 и второй внутренней трубой 520. Часть отработавших газов затем может входить во вторую внутреннюю трубу 520 через отверстия 546 на расположенной ниже по потоку поверхности 552 второй внутренней трубы 520 и может ударяться о первую поверхность 536 датчика 216 ТЧ. Наконец, часть отработавших газов может выходить из второй внутренней трубы 520 (и узла датчика ТЧ) через проход 542 и сливаться с остальным потоком отработавших газов в выпускном канале 535.
Датчик 216 ТЧ может быть соединен с нагревателем (не показан) для сжигания накопленных твердых частиц, например, сажи, и, тем самым, может быть регенерирован. В этом случае датчик 216 ТЧ может быть возвращен в более подходящее состояние для получения надежной и точной информации об отработавших газах. Такая информация может содержать данные диагностики относительно состояния дизельного фильтра твердых частиц, и, таким образом по меньшей мере частично может определять наличие просачивания твердых частиц через ДФТЧ.
На фиг. 6 показан поперечный разрез 600 варианта осуществления узла 500 датчика ТЧ, раскрытого на фиг. 5. Кроме того, в изображенном на фиг. 5 примере отработавшие газы текут справа налево, что показано стрелками 272. Компоненты, предварительно показанные на фиг. 5, аналогично обозначены на фиг. 6 и повторно не описываются.
Отработавшие газы могут входить в полое кольцевое пространство 602 между наружной трубой 510 и внутренней трубой 520 после прохождения через отверстия 544 на наружной первой защитной трубе 510, что показано направляющими стрелками 604. Таким образом, внутренняя труба 520 и наружная труба 510 могут быть в форме концентрических цилиндров, что может определять полое кольцевое пространство 602, через которое могут течь отработавшие газы от расположенной выше по потоку поверхности 554 к расположенной ниже по потоку поверхности 558 наружной трубы 510. После вхождения в наружную трубу 510 отработавшие газы могут течь через полое кольцевое пространство 602, вокруг внутренней трубы 520, во внутрь расположенной ниже по потоку поверхности 558 наружной трубы 510. Отверстия 546 могут быть расположены на расположенной ниже по потоку поверхности 552 внутренней трубы 520 для обеспечения вхождения отработавших газов в полую область 560 второй внутренней трубы 520 и ударения о датчик 216 ТЧ. Отработавшие газы затем могут течь ниже по потоку по направлению к проходу 542 (не показан), что раскрыто ранее на фиг. 5.
На фиг. 7 показана блок-схема способа 700 для обнаружения твердых частиц и проведения отработавших газов через узел датчика ТЧ с двойной трубой, такой как узел 500 датчика ТЧ, показанный на фиг. 5 и 6. Узел датчика ТЧ может быть использован для обнаружения твердых частиц в отработавших газах, выходящих из дизельного фильтра твердых частиц (например, ДФТЧ 102, показанного на фиг. 1). Например, просачивание твердых частиц через ДФТЧ может быть обнаружено узлом датчика ТЧ на основании измеренной концентрации твердых частиц в отработавших газах.
Способ 700 начинается на этапе 702 путем проведения отработавших газов через выпускной канал (например, выпускной канал 35, показанный на фиг. 1). На этапе 704 часть отработавших газов впускают в наружную трубу (например, наружную трубу 510, показанную на фиг. 5-6) узла датчика ТЧ через впускные отверстия (например, отверстия 544, показанные на фиг. 5-6), расположенные на расположенной выше по потоку поверхности (например, расположенной выше по потоку поверхности 554, показанной на фиг. 5-6) наружной трубы. Затем на этапе 706 отработавшие газы, вошедшие в наружную трубу 510, могут ударяться о расположенную выше потоку поверхность (например, расположенную выше по потоку поверхность 560, показанную на фиг. 5) внутренней трубы (например, внутренней трубы 520, показанной на фиг. 5-6), расположенной в пределах наружной трубы. В частности, крупные твердые частицы (например, частицы крупнее предельного размера, предельный размер является размером, при котором частицы могут быть отделены от массы потока отработавших газов) и вода предпочтительно могут ударяться о расположенную выше по потоку поверхность внутренней трубы. Затем на этапе 708 отработавшие газы направляют вокруг внутренней трубы через полое кольцевое пространство (например, полое кольцевое пространство 602, показанное на фиг. 6), отделяющее внутреннюю трубу от наружной трубы, к расположенным ниже по потоку поверхностям труб. Когда отработавшие газы достигают расположенной ниже по потоку поверхности (например, расположенной ниже по потоку поверхности 558, показанной на фиг. 5-6) трубы на этапе 710, крупные частицы могут ударяться о расположенную ниже по потоку внутреннюю поверхность наружной трубы. Способ 700 может переходить на этап 712, и отработавшие газы могут входить во внутреннюю трубу через отверстия (например, отверстия 546, показанные на фиг. 5-6) на расположенной ниже по потоку поверхности (например, расположенной ниже по потоку поверхности 552, показанной на фиг. 5-6) внутренней трубы. Попав во внутренний объем трубы 510, отработавшие газы могут ударяться об электрический контур (например, электрический контур 218, показанный на фиг. 2-3 и 5-6) датчика ТЧ (например, датчика 216 ТЧ, показанного на фиг. 2-3 и 5-6) на этапе 714. На этапе 714 осаждение частиц из части отработавших газов на датчике ТЧ может создавать мост или короткий путь в электрическом контуре и изменять выходной сигнал, например, ток или напряжение, датчика ТЧ. Выходной сигнал датчика ТЧ поэтому может указывать на накопление твердых частиц в образцах отработавших газов. Отработавшие газы затем могут выходить через выходной проход (например, проход 542, показанный на фиг. 5) в нижней части внутренней трубы и может повторно соединяться с потоком отработавших газов в выпускном канале.
В этом случае обеспечивают систему для измерения твердых частиц в отработавших газах ниже по потоку от дизельного фильтра твердых частиц. Система может содержать трубу, через которую могут течь отработавшие газы через множество отверстий на расположенной выше по потоку стороне трубы. Отработавшие газы затем могут направляться вокруг расположенной ниже по потоку стороны трубы, где могут осаждаться крупные частицы и молекулы воды.
В частности, система может содержать единственную подковообразную защитную трубу с теплозащитным экраном, концентрически расположенным внутри нее. Теплозащитный экран и внутренняя стенка защитной трубы могут определять полое пространство, через которое могут течь отработавшие газы со расположенной выше по потоку стороны в расположенную ниже по потоку сторону системы. Таким образом, структура теплозащитного экрана и защитной трубы позволяет крупным частицам и воде осаждаться как на расположенной выше по потоку поверхности теплозащитного экрана, так и на расположенной ниже по потоку поверхности защитной трубы до датчика ТЧ. Крупные частицы и вода, осаждающиеся на датчике ТЧ, могут искажать измерения датчика. Таким образом, достигают технический эффект уменьшения искажений показаний датчика ТЧ путем уменьшения количества крупных частиц и молекул воды, ударяющихся о поверхность датчика ТЧ.
Кроме того, впускные отверстия могут быть равномерно распределены на расположенной выше по потоку поверхности защитной трубы, тем самым, обеспечивая относительно равномерный поток отработавших газов в системе. Выходные отверстия для отработавших газов также равномерно распределены на расположенной ниже по потоку поверхности трубы, обращенной к датчику ТЧ.
Газодинамика градиента давления, создаваемого расположением отверстий в такой конфигурации, позволяет отработавшим газам равномерно распределяться в датчике ТЧ. Таким образом, достигают другой технический эффект повышения точности показаний датчика ТЧ путем обеспечения равномерного распределения твердых частиц на датчике ТЧ.
Таким образом, в одном представлении система может содержать трубу с множеством впускных газовых отверстий на расположенной выше по потоку поверхности, при этом труба имеет подковообразную форму с закругленным углублением на расположенной ниже по потоку поверхности и множество выходных газовых отверстий, расположенных вдоль закругленного углубления, и датчик твердых частиц, расположенный внутри трубы. В первом примере системы расположенная выше по потоку поверхность может быть противоположна расположенной ниже по потоку поверхности относительно центральной оси трубы, и при этом расположенная выше по потоку поверхность и расположенная ниже по потоку поверхность могут быть по существу нормальны к направлению потока отработавших газов, расположенная выше по потоку поверхность обращена к входящему потоку отработавших газов, и расположенная ниже по потоку поверхность отвернута от потока отработавших газов. Во втором примере система может также содержать теплозащитный экран, соединенный с датчиком твердых частиц на первой стороне теплозащитного экрана, при этом вторая сторона теплозащитного экрана, противоположная первой стороне, обращена к расположенной выше по потоку поверхности трубы. В третьем примере системы теплозащитный экран может быть расположен между датчиком твердых частиц и множеством впускных газовых отверстий. В четвертом примере системы теплозащитный экран и датчик твердых частиц могут быть отцентрированы в трубе вокруг центральной оси трубы. В пятом примере системы датчик твердых частиц может быть соединен между верхней поверхностью и нижней поверхностью трубы. В шестом примере системы нижняя поверхность трубы может содержать по меньшей мере одно дренажное отверстие, расположенное около расположенной ниже по потоку поверхности трубы. В седьмом примере системы закругленное углубление может иметь вогнутую поверхность, а расположенная выше по потоку поверхность трубы может содержать выпуклую поверхность. Закругленные концы трубы могут быть образованы в месте схождения выпуклой и вогнутой поверхностей трубы, при этом закругленные концы могут выступать наружу от углубления относительно центральной оси трубы. В восьмом примере системы датчик твердых частиц может содержать электрический контур, расположенный на первой поверхности датчика твердых частиц для измерения количества сажи, отложившейся на электрическом контуре, при этом первая поверхность обращена к расположенной ниже по потоку поверхности трубы. В девятом примере системы датчик твердых частиц пространственно отделен от трубы таким образом, что между датчиком твердых частиц и трубой существует полое кольцевое пространство. В десятом примере системы множество выходных газовых отверстий может быть расположено вдоль углубления в неравномерном порядке, так что больше отверстий находится около нижней поверхности трубы, чем у верхней поверхности трубы.
В другом представлении способ обнаружения твердых частиц в газовом потоке может содержать: направление отработавших газов в трубу через множество впускных отверстий на расположенной выше по потоку поверхности трубы, течение отработавших газов на теплозащитный экран, расположенный в трубе и обращенный к расположенной выше по потоку поверхности трубы, обтекание отработавшими газами теплозащитного экрана через полое кольцевое пространство, образованное подковообразной трубой, и течение отработавших газов на датчик твердых частиц, соединенный с теплозащитным экраном и обращенный к расположенной ниже по потоку поверхности трубы, и вытекание отработавших газов из трубы через множество выпускных отверстий, расположенных вдоль закругленного углубления на расположенной ниже по потоку поверхности трубы. В первом примере способа обтекание отработавшими газами теплозащитного экрана и его течение на датчик твердых частиц может содержать обращение направления потока отработавших газов. Во втором примере способа способ также может содержать направление одного или нескольких компонентов из воды и твердых частиц, крупнее предельного размера, во внутрь расположенной ниже по потоку поверхности трубы и из трубы через одно или несколько дренажных прорезей, расположенных в нижней поверхности трубы, и не направление одного или нескольких компонентов из воды и твердых частиц, крупнее предельного размера, в датчик твердых частиц.
В другом представлении система обнаружения твердых частиц в выпускном канале может содержать первую наружную трубу с множеством впускных газовых отверстий на расположенной выше по потку поверхности, вторую внутреннюю трубу, расположенную в первой наружной трубе, при этом внутренняя труба содержит множество впускных газовых отверстий на расположенной ниже по потоку поверхности и отверстие на нижней поверхности для выпуска отработавших газов в выпускной канал, и датчик твердых частиц, расположенный во второй внутренней трубе для измерения количества твердых частиц в отработавших газах выпускного канала. В первом примере системы датчик твердых частиц может содержать электрический контур на первой поверхности для обнаружения твердых частиц, при этом первая поверхность может быть обращена к расположенной ниже по потоку поверхности второй внутренней трубы. Во втором примере системы отверстие на нижней поверхности второй внутренней трубы может соединять по текучей среде вторую внутреннюю трубу с выпускным каналом, но может не соединять по текучей среде первую наружную трубу с выпускным каналом. В третьем примере системы вторая внутренняя труба может быть пространственно отделена от первой наружной трубы таким образом, что между первой наружной трубой и второй внутренней трубой существует полое кольцевое пространство, и при этом центральная ось первой наружной трубы может быть параллельна центральной оси второй внутренней трубы. В четвертом примере системы первая наружная труба и вторая внутренняя труба могут быть уплотнены и соединены с выпускным каналом на верхней поверхности.
В другом представлении система может содержать трубу, имеющую с-образное поперечное сечение, образованное выпуклой поверхностью и вогнутой поверхностью трубы, при этом выпуклая поверхность расположена на расположенном выше по потоку конце трубы и содержит множество впускных отверстий, вогнутая поверхность расположена на расположенном ниже по потоку конце трубы и содержащая закругленное углубление с множеством выходных отверстий, расположенных вдоль части закругленного углубления, датчик твердых частиц, расположенный внутри трубы, и теплозащитный экран, соединенный с расположенной выше по потоку стороной датчика твердых частиц. В первом примере системы труба может быть помещена внутри выпускного канала ниже по потоку от дизельного фильтра твердых частиц, при этом труба может быть физически соединена с выпускным каналом на верхней поверхности трубы. Во втором примере системы расположенный выше по потоку конец может быть противоположным расположенному ниже по потоку концу относительно центральной оси трубы, и при этом расположенная выше по потоку поверхность и расположенная ниже по потоку поверхность могут быть по существу нормальны к направлению потока отработавших газов, расположенная выше по потоку поверхность обращена к входящему потоку отработавших газов, и расположенная ниже по потоку поверхность отвернута от потока отработавших газов. В третьем примере системы теплозащитный экран может содержать выпуклую поверхность, обращенную к множеству впускных отверстий, и вторую поверхность, соединенную с датчиком твердых частиц. В четвертом примере системы теплозащитный экран и датчик твердых частиц могут проходить от верхней поверхности к нижней поверхности трубы и могут быть расположены вдали от внутренней поверхности трубы. В пятом примере системы нижняя поверхность трубы может содержать одно или несколько дренажных прорезей, расположенных около расположенного ниже по потоку конца трубы, при этом выпуклая поверхность и вогнутая поверхность трубы сходятся.
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 инструкций в постоянной памяти. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а 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 несколько 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 графически изображать код, программируемый в постоянной памяти машиночитаемой среды хранения в системе управления двигателем.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения содержит все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут содержать один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов 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 они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.