СИСТЕМА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ В СИСТЕМЕ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ (ВАРИАНТЫ) И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ СПОСОБ
SYSTEM FOR DETECTION OF SOLID PARTICLES IN EXHAUST SYSTEM (VERSIONS) AND CORRESPONDING METHOD

Область техники
Настоящее изобретение в целом относится к способам и системам для обнаружения твердых частиц в системе отработавших газов.
Уровень техники/ Сущность изобретения
В системах контроля токсичности двигателя могут быть использованы различные датчики отработавших газов. Одним из примерных датчиков может быть датчик содержания твердых частиц, указывающий массу твердых частиц и/или концентрацию твердых частиц в отработавших газах. В одном из примеров датчик содержания твердых частиц может действовать посредством накопления твердых частиц в течение некоторого времени и указывать степень накопления в качестве меры уровней твердых частиц в отработавших газах.
С датчиками отработавших газов могут возникнуть проблемы, связанные с неравномерным отложением сажи на датчике из-за отклонений распределения потока по поверхности датчика. Далее, датчики содержания твердых частиц могут быть подвержены загрязнению из-за попадания капель воды и/или более крупных твердых частиц в отработавших газах. Это загрязнение может привести к погрешностям выходных данных датчика. Далее, регенерация датчика может быть недостаточной, когда поток отработавших газов значительного объема проходит через датчик содержания твердых частиц.
Авторы настоящего изобретения идентифицировали указанные выше проблемы и предлагают способ, по крайней мере, частичного их решения. В одном из примерных подходов предложена система для обнаружения твердых частиц в выпускном канале двигателя. Система содержит трубку, расположенную в выпускном канале двигателя, датчик содержания твердых частиц, расположенный в трубке, и направляющую поток пластину, расположенную в трубке по существу параллельно вертикальной оси трубки. Направляющая пластина содержит множество выступов, причем поверхности выступов определяют внутренний канал рядом с датчиком содержания твердых частиц, и поверхности выступов направляют поток на датчик содержания твердых частиц.
В одном из примеров датчик содержания твердых частиц (ТЧ) может быть расположен в трубке и прикреплен к стенке выпускного канала. Трубка может дополнительно содержать направляющую поток пластину, расположенную ниже по потоку от датчика содержания ТЧ. Датчик содержания ТЧ может содержать электрическую цепь на верховой поверхности (расположенной выше по потоку), направленную в сторону от направляющей пластины. Датчик содержания ТЧ может дополнительно содержать два отдельных электрода, расположенных на низовой поверхности (расположенной ниже по потоку). Внутренний канал (например, центральная камера) может быть расположен между датчиком содержания ТЧ и направляющей пластиной. Проба отработавших газов может поступать в трубку через впуск, расположенный на нижней части трубки. Более крупные твердые частицы и/или капли воды могут проходить через дренажное отверстие непосредственно ниже по потоку от впуска на нижней части трубки. Проба отработавших газов может проходить вверх вдоль внешней стороны направляющей пластины перед тем как пройти вниз в центральную камеру. Проба отработавших газов проходит через направляющие направляющей пластины и может быть равномерно распределена по низовой поверхности датчика содержания ТЧ. Наконец, проба отработавших газов может выходить из трубки и поступать в выпускной канал через выпуски, расположенные у соприкосновения между направляющей пластиной и трубкой.
Таким образом, на датчик содержания ТЧ может воздействовать более равномерное распределение потока по его поверхности. Посредством подачи пробы отработавших газов из нижней части трубки в верхнюю часть трубки может быть осуществлен контроль расхода и/или объема отработавших газов, поступающих в центральную камеру. Далее, распределение твердых частиц из пробы отработавших газов на датчике содержания ТЧ может быть более равномерным из-за направляющей пластины, которая может смешивать и направлять поток отработавших газов на всю площадь низовой поверхности датчика содержания ТЧ. Посредством предложения более равномерного и контролируемого потока пробы отработавших газов, подаваемого на низовая поверхность, регенерация сажевого фильтра и/или определение ухудшения состояния СФ в выпускном канале может быть осуществлено с большей точностью. Далее, датчик содержания ТЧ может быть защищен от более крупных твердых частиц и капель воды, поскольку они могут выходить через дренажное отверстие из-за их большего момента инерции. Функционирование датчика содержания ТЧ в целом может быть улучшено и может быть более надежным.
Следует понимать, что вышеуказанное краткое описание приведено лишь для упрощенного представления концепций, которые дополнительно раскрыты в разделе «Осуществление изобретения». Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивают вариантами осуществления, устраняющими какие-либо вышеуказанные недостатки или недостатки в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
ФИГ. 1 представляет собой схематичное изображение двигателя.
ФИГ. 2 представляет собой схематичную иллюстрацию блока датчика содержания твердых частиц (ТЧ).
ФИГ. 3 представляет собой вид сверху блока датчика содержания ТЧ.
ФИГ. 4 представляет собой увеличенный вид отдельной проекции блока датчика содержания ТЧ.
ФИГ. 2 и 4 показаны с приблизительным соблюдением масштаба.
ФИГ. 5А представляет собой примерный поток отработавших газов, проходящих через блок датчика содержания ТЧ.
ФИГ. 5В представляет собой подробный вид отработавших газов, проходящих через проекцию блока датчика содержания ТЧ.
ФИГ. 6 представляет собой способ для определения, требует ли сажевый фильтр регенерации или ухудшено ли состояние сажевого фильтра.
Осуществление изобретения
Следующее раскрытие относится к системам и способам для обнаружения твердых частиц (ТЧ) в потоке отработавших газов в системе двигателя, такой как система двигателя, показанная на ФИГ. 1. Блок датчик содержания ТЧ может содержать трубку с впуском на расширении трубки для получения пробы отработавших газов и дренажное отверстие противоположно впуску на расширении, как показано на ФИГ. 2. Внешняя камера может направлять пробу потока отработавших газов вверх по трубке в направлении к центральной камере, расположенной между датчиком содержания ТЧ и направляющей пластиной, как показано на ФИГ. 3. Трубка может дополнительно содержать датчик содержания ТЧ, расположенный выше по потоку от направляющей пластины. Направляющая пластина может содержать множество вогнутых выступов, выступающих в сторону от датчика содержания ТЧ, как показано на ФИГ. 4. Направляющая пластина может контролировать поток отработавших газов аналогично доске Гальтона и равномерно распределять поток отработавших газов по поверхности датчика содержания ТЧ, как показано на ФИГ. 5А и 5В. Способ для определения, превышает ли нагрузка твердых частиц сажевого фильтра пороговое значение нагрузки твердых частиц, и произошло ли ухудшение состояния сажевого фильтра, как показано на ФИГ. 6.
На ФИГ. 1 и 5В представлены примеры конфигураций с относительным позиционированием различных компонентов. Если элементы показаны как непосредственно контактирующие или непосредственно связанные друг с другом, то они могут называться непосредственно контактирующими или непосредственно связанными соответственно, как минимум в одном примере. Аналогично, элементы, показанные как смежные или прилежащие друг к другу, могут быть смежными или прилежащими друг к другу соответственно, как минимум в одном примере. В качестве примера, компоненты, контактирующие друг с другом торцами, могут называться компонентами с торцевым контактом. В качестве другого примера, элементы, размещенные отдельно друг от друга, только с пространством между ними и без других компонентов, могут так называться, как минимум в одном примере.
Что касается ФИГ. 1, то она иллюстрирует схему двигателя 10 внутреннего сгорания с одним или несколькими цилиндрами, который может быть использован как часть движительной системы автомобиля. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере, частично посредством системы управления, содержащей контроллер 12, и посредством входных данных от водителя 132 транспортного средства через вводное устройство 130. В этом примере вводное устройство 130 включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для создания пропорционального сигнала положения педали ПП. Камера 30 сгорания (или цилиндр 30) двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с поршнем 36, расположенным внутри них. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 с возможностью преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала 40. Коленчатый вал 40 может быть соединен по меньшей мере с одним приводным колесом (не показано) автомобиля через промежуточную трансмиссионную систему (не показана). Дополнительно, стартер (не показан) может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик (не показан) для обеспечения операции запуска двигателя 10.
Камера 30 сгорания может получать впускной воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать отработавшие газы сгорания через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 соответственно. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
В примере, показанном на ФИГ. 1, впускным клапаном 52 и выпускным клапаном 54 можно управлять с помощью кулачкового привода посредством соответствующих систем 51 и 53 кулачкового привода. Системы 51 и 53 кулачкового привода могут содержать один или более кулачков и могут применять одну или более систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которыми можно управлять посредством контроллера 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 можно определять соответственно с помощью датчиков 55 и 57 положения. В альтернативных вариантах осуществления изобретения впускным клапаном 52 и/или выпускным клапаном 54 можно управлять посредством электропривода клапанов. Например, цилиндр 30 в качестве альтернативы может содержать впускной клапан, управляемый посредством электропривода клапанов, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, предусматривающего систему ППК и/или систему ИФКР.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или более топливными форсунками для впрыска топлива в цилиндры. В качестве не имеющего ограничительного характера примера цилиндр 30 изображен с одной топливной форсункой 66. Топливная форсунка 66 изображена в соединении с цилиндром 30 для непосредственного впрыска топлива пропорционально продолжительности импульса сигнала ПИВТ, полученного от контроллера 12 через электронный драйвер 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает так называемый непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Следует понимать, что цилиндр 30 может получать топливо от множества впрысков во время цикла сгорания. В других примерах топливная форсунка может быть установлена, например, в боковой части камеры сгорания или в верхней части камеры сгорания. Топливо может подаваться на топливную форсунку 66 с помощью топливной системы (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу.
В примере, показанном на ФИГ. 1, двигатель 10 - это дизельный двигатель, сжигающий воздух и дизельное топливо посредством воспламенения от сжатия. В других вариантах осуществления изобретения двигатель 10 может сжигать другое топливо, включая бензин, биодизельное топливо или спирт, содержащий смешанное топливо, посредством воспламенения от сжатия и/или искрового зажигания. Таким образом, варианты осуществления изобретения, раскрытые в настоящем документе, могут быть использованы в любом подходящем двигателе, включая (без ограничения) дизельные и бензиновые двигатели, двигатели с самовоспламенением от сжатия, двигатели с воспламенением от свечи зажигания, двигатели с непосредственным впрыском, двигатели с распределенным впрыском и т.д.
Впускной канал 42 может содержать дроссель 62 с дроссельной заслонкой 64. В этом конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 можно изменять с помощью контроллера 12 посредством сигнала, подаваемого на электромотор или привод, относящийся к дросселю 62, что составляет конфигурацию, обычно называемую электронным управлением дросселем (ЭУД). Таким образом, дроссель 62 может быть приведен в действие для изменения подачи впускного воздуха в камеру 30 сгорания среди других цилиндров двигателя. Данные о положении дроссельной заслонки 64 могут быть переданы в контроллер 12 посредством сигнала положения дросселя (ПД). Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для подачи соответствующих сигналов МРВ и ДВК в контроллер 12.
Дополнительно, в соответствии с раскрываемыми вариантами осуществления изобретения система рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять требуемую часть отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной коллектор 44 через канал 140 РОГ. Объем обеспечиваемой РОГ может быть изменен контроллером 12 посредством клапана 142 РОГ. При подаче отработавших газов в двигатель 10 количество кислорода, доступного для сгорания, снижено, что, например, снижает температуры горения и снижает образование оксидов азота. Как показано, система РОГ дополнительно содержит датчик 144 РОГ, который может быть установлен в канале 140 РОГ и показывать один или несколько из следующих параметров: давление, температура и концентрация отработавших газов. В некоторых условиях система РОГ может быть использована для регулирования температуры воздуха и топливной смеси в камере 30 сгорания, что представляет собой способ регулирования момента зажигания для некоторых режимов сгорания. Далее, при некоторых условиях часть газов сгорания может быть сохранена или удержана в камере сгорания путем управления фазами газораспределения выпускного клапана, например, путем управления механизмом изменения фаз газораспределения.
Выхлопная система 128 содержит датчик 126 отработавших газов, соединенный с выпускным каналом 48 выше по потоку от системы 70 контроля токсичности и канала 140 РОГ. Датчиком 126 отработавших газов может быть любой подходящий датчик для обеспечения показания воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, линейный датчик содержания кислорода или УДКОГ (универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик содержания кислорода или ДКОГ, НДКОГ (нагреваемый ДКОГ), датчик содержания оксидов азота, датчик содержания углеводородов или датчик содержания монооксида углерода.
Система 70 контроля токсичности показано установленным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Системой 70 может быть система выборочной каталитической редукции (СВКР (SCR)), трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН (TWC)), уловитель NOx, различные устройства контроля выбросов или их сочетания. Например, система 70 контроля токсичности может содержать каталитический нейтрализатор 71 СВКР и сажевый фильтр (СФ) 72. В некоторых вариантах осуществления, СФ 72 может быть расположен ниже по потоку от каталитического нейтрализатора СВКР 71 (как изображено на ФИГ. 1), при этом в других вариантах осуществления СФ 72 может быть размещен выше по потоку от каталитического нейтрализатора СВКР 71 (не показано на ФИГ. 1). Система 70 контроля токсичности может дополнительно содержать датчик 162 отработавших газов. Датчик 162 отработавших газов может быть любым подходящим датчиком для индикации концентрации составных компонентов отработавших газов, таким как датчик оксидов азота, датчик NH3, ДКОГ или датчик содержания твердых частиц (ТЧ), например. В некоторых вариантах осуществления, датчик 162 может быть расположен ниже по потоку от СФ 72 (как изображено на ФИГ. 1), при этом в других вариантах осуществления датчик 162 может быть размещен выше по потоку от СФ 72 (не показано на ФИГ. 1). Далее, следует понимать, что более, чем один датчик 162 может быть установлен в любом подходящем положении.
Как указано более подробно со ссылкой на ФИГ. 2, датчик 162 может быть блоком датчика содержания ТЧ, содержащим датчик содержания ТЧ, и может измерять массу или концентрацию твердых частиц ниже по потоку от СФ 72. Например, датчик 162 может быть датчиком содержания сажи. Датчик 162 может быть оперативно соединен с контроллером 12 и может быть выполнен с возможностью сообщения с контроллером 12, чтобы указывать концентрацию твердых частиц в отработавших газах, выходящих из СФ 72, и проходящих по выпускному каналу 48. Таким образом, датчик 162 может обнаруживать утечки из СФ 72.
Дополнительно, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления, во время работы двигателя 10 система 70 контроля токсичности может периодически быть подвергнута сбросу, например, путем приведения в действие, по меньшей мере, одного цилиндра двигателя при конкретном воздушно-топливном отношении.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 1, представляет собой микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство (МПУ) 102, порты 104 ввода-вывода, электронный носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, представляющий собой постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 106, в данном варианте осуществления, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 108, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 110 и шину данных. Контроллер 12 способен сообщаться и поэтому принимать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к вышеуказанным сигналам, включая: данные массового расхода всосанного воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; данные температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, соединенного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118, использующего эффект Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; данные положения дроссельной заслонки (ПД) от датчика положения дроссельной заслонки; сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 122; и данные о концентрации составных компонентов отработавших газов от датчика 126 отработавших газов. На основании сигнала ПЗ контроллер 12 может генерировать сигнал частоты вращения двигателя, ЧВД.
Контроллер 12 принимает сигналы от разных датчиков на ФИГ. 1 (например, от датчика 162 отработавших газов) и использует различные приводы на ФИГ. 1, для регулирования работы двигателя на основе принимаемых сигналов и команд, заложенных в память контроллера.
В соответствии с вышеуказанным описанием, ФИГ. 1 иллюстрирует один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и каждый цилиндр может схожим образом содержать собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливные форсунки, свечи зажигания и т.д.
Что касается ФИГ. 2, показан схематичный вид примерного варианта осуществления блока 200 датчика содержания ТЧ. Блок 200 датчика содержания ТЧ может быть использован в качестве датчика 162 отработавших газов на ФИГ. 1 и, следовательно, может иметь общие отличительные признаки и/или конфигурации, уже раскрытые для датчика 162 отработавших газов. Блок 200 датчика содержания ТЧ может быть выполнен с возможностью измерения массы и/или концентрации ТЧ в отработавших газах и, таким образом, может быть соединен со стенкой 201 выпускного канала (например, выпускного канала 48). Стенка 201 может быть геодезически самой высокой стенкой выпускного канала.
Блок 200 датчика содержания ТЧ показан из перспективы ниже по потоку внутри выпускного канала (например, выпускного канала 48 на ФИГ. 1), таким образом, что отработавшие газы поступают с правой стороны ФИГ. 2 в левую сторону ФИГ. 2, как указано стрелками. Блок 200 датчика ТЧ может содержать цилиндрическую трубку 202 со впуском 204 на верховой поверхности расширения 208 трубки 202. Трубка 202 соединена с возможностью гидравлического сообщения с выпускным каналом только через впуск 204, дренажное отверстие 206 и выпуски 224 направляющей пластины 216. Таким образом, отработавшие газы могут поступать или выходить из блока 200 датчика содержания ТЧ только через впуск 204, дренажное отверстие 206 и выпуски 224.
Впуск 204 по существу перпендикулярен и направлен к потоку поступающих отработавших газов в выпускном канале. Таким образом, впуск 204 может быть в непосредственном соприкосновении с потоком отработавших газов, и отработавшие газы, выходящие из СФ 72, могут беспрепятственно проходить к впуску 204 блока 200 датчика содержания ТЧ. Далее, никакие компоненты не блокируют или не отклоняют поток отработавших газов от СФ 72 к блоку 200 датчика содержания ТЧ. Таким образом, часть отработавших газов для отбора проб может быть направлена через впуск 204 в блок 200 датчика содержания ТЧ. Оставшаяся часть отработавших газов в выпускном канале может обтекать внешний корпус блока 200 датчика содержания ТЧ. Таким образом, остальная часть отработавших газов не поступает в блок датчика содержания ТЧ. Остальная часть отработавших газов может быть количественно больше части отработавших газов, поступающих в блок 200 датчика содержания ТЧ. Таким образом, количество отработавших газов, поступающих в блок 200 датчика содержания ТЧ, меньше, чем количество отработавших газов, обтекающих и не поступающих в блок 200 датчика содержания ТЧ.
Впуск 204 имеет прямоугольную форму и выровнен с вертикальной осью блока 200 датчика содержания ТЧ. Впуск 204 может быть расположен на расширении 208 трубки 202 и, таким образом, геодезически ниже перфорированной пластины 216 и датчика 214 содержания ТЧ. Таким образом, отработавшие газы поступают вверх по трубке 202 блока 200 датчика содержания ТЧ для отбора в качестве пробы.
Расширение 208 может быть расположено внизу (например, у основания) трубки 202 и может быть похожим на полуцилиндрическую форму. Расширение 208 может быть расположено на половине трубки 202, расположенной ниже по потоку. Специалисты в данной области техники понимают, что расширение 208 может иметь любую другую подходящую форму.
Дренажное отверстие 206 расположено на расширении 208 ниже по потоку прямо напротив впуска 204. Капли воды и крупные твердые частицы могут быть образованы в результате сгорания, и они могут помешать датчику 214 содержания ТЧ в выполнении точных измерений содержания сажи. Дренажное отверстие 206 соединено с возможностью гидравлического сообщения с выпускным каналом позволяет каплям воды и крупным твердым частицам проходить через круглое отверстие, чтобы уменьшить количество водяных капель и крупных твердых частиц, которые могут попасть на датчик 214 содержания ТЧ блока датчика содержания ТЧ. Капли воды и крупные твердые частицы с меньшей вероятностью будут перемещены вверх во внешнюю камеру 210 из-за их момента инерции, превышающего момент меньших твердых частиц в отработавших газах.
В соответствии с вышеуказанным раскрытием часть отработавших газов, проходящая через выпускной канал, поступает в блок 200 датчика содержания ТЧ через впуск 204. Первая часть отработавших газов, поступающих в блок 200 датчика содержания ТЧ, проходит вверх по вертикальной оси во внешнюю камеру 210. Вторая часть отработавших газов, поступающих в блок 200 датчика содержания ТЧ, проходит через дренажное отверстие 206. Вторая часть отработавших газов может содержать большую концентрацию капель воды и крупных твердых частиц, чем первая часть.
Первая часть отработавших газов, проходящая через внешнюю камеру 210, может быть проведена вверх к верхней части трубки 202 и вниз в центральную камеру 212. Вход в центральную камеру 212 может быть геодезически выше, чем вход во внешнюю камеру 210. Центральная камера 212 и внешняя камера 210 могут быть параллельными выровненными по вертикальной оси. Таким образом, направление потока отработавших газов инвертировано от верха вертикальной оси к верхней части блока 200 датчика содержания ТЧ и вниз к нижней части блока 200 датчика содержания ТЧ, когда отработавшие газы поступают из внешней камеры 210 в центральную камеру 212 соответственно. Центральная камера 212 может быть расположена между датчиком 214 содержания ТЧ и направляющей пластиной 216. Отработавшие газы не могут поступать из внешней камеры 210 через перфорированную пластину 216 в центральную камеру 212. Таким образом, отработавшие газы поданы вверх по внешней камере 210 по всей длине направляющей пластины 216 перед тем как войти в центральную камеру 212.
Датчик 214 содержания ТЧ может содержать верховую поверхность (или первую поверхность) и низовую поверхность (или вторую поверхность). Первая поверхность датчика 214 содержания ТЧ может быть направлена в направлении входящего потока отработавших газов, противоположно направляющей пластине 216. Вторая поверхность датчика 214 содержания ТЧ может быть направлена в направлении противоположном направлению входящего потока отработавших газов, к направляющей пластине 216. Первая поверхность содержит электрическую цепь. Электрическая цепь может быть использована для увеличения температуры датчика 214 содержания ТЧ в ответ на нагрузку твердых частиц датчика 214 содержания ТЧ, превышающую пороговое значение нагрузки датчика содержания ТЧ, чтобы вызвать регенерацию (например, сжигание) накопленных твердых частиц.
Вторая поверхность содержит первый электрод 220 и второй электрод 222. Первый электрод 220 изображен с использованием непрерывных линий, и второй электрод 222 изображен с использованием маленьких пунктирных линий. В соответствии с изображением первый электрод 220 и второй электрод 222 не соединены электрически друг с другом. Далее, первый электрод 220 и второй электрод 222 могут иметь разное сопротивление. В качестве первого примера, первый электрод 220 может иметь большее сопротивление, чем второй электрод 222. В качестве второго примера, второй электрод 222 может иметь большее сопротивление, чем первый электрод 220. Отработавшие газы, проходящие через центральную камеру 212, могут приводить к отложению твердых частиц на второй поверхности, содержащей как первый электрод 220, так и второй электрод 222. По мере увеличения количества твердых частиц на второй поверхности, первый электрод 220 и второй электрод 222 могут стать соединенными друг с другом (например, электрически соединенными). Соединенные первый и второй электроды 220 и 222 соответственно могут указывать на нагрузку ТЧ датчика 214 содержания ТЧ, превышающую пороговую нагрузку датчика содержания ТЧ, и электрическая цепь на первой поверхности может быть активирована, чтобы регенерировать датчик содержания ТЧ.
Направляющая пластина 216 изображена средними пунктирными линиями и прозрачным клетчатым элементом. Длина средних пунктирных линий больше, чем длина маленьких пунктирных линий. Направляющая пластина 216 может направлять отработавшие газы через блок 200 датчика содержания ТЧ, чтобы равномерно распределять твердые частицы по второй поверхности датчика 214 содержания ТЧ посредством поверхностей направляющей пластины 216. Поверхности направляющей пластины 216 могут также определять канал центральной камеры 212 (например, внутренний канал). Таким образом, отработавшие газы могут свободно проходить между центральной камерой 212 и направляющей пластиной 216, при этом отложение сажи происходит на второй поверхности датчика 214 содержания ТЧ.
В одном из примеров расход отработавших газов увеличен, поскольку отработавшие газы в направляющей пластине 216 сходятся (например, внутрь), при этом расход отработавших газов уменьшен, когда отработавшие газы в направляющей пластине 216 расходятся (например, наружу). Направляющая пластина 216 содержит выпуски 224, выровненные по вертикальной оси, по радиусу трубки 202. Отработавшие газы, поступающие вниз по центральной камере 212, могут выходить из блока 200 датчика содержания ТЧ только через выпуски 224. В соответствии с изображением, выпуски 224 имеют форму дуги. Специалисты в данной области техники понимают, что выпуски 224 могут иметь любую другую подходящую форму.
Направляющая пластина 216 содержит множество вогнутых выступов, смещенных по вертикали относительно друг друга. Выступы выступают в направлении в сторону от датчика 214 содержания ТЧ. Поверхности выступов соединены с возможностью гидравлического сообщения друг с другом и выпускным каналом, и могут изменять поток отработавших газов аналогично доске Гальтона, в соответствии с нижеуказанным раскрытием. Отверстия выступов могут быть отклонены относительно вертикальной оси. В одном из примеров отверстия отклонены ровно на 45° относительно вертикальной оси. Направляющая пластина 216 может изменять поток отработавших газов так, чтобы отработавшие газы стремились к нижней части центральной камеры 212, а не к выпускам 224 рядом с верхней частью направляющей пластины 216. Таким образом, твердые частицы могут быть равномерно отложены на второй поверхности датчика 214 содержания ТЧ, таким образом, что электрическое соединение первого и второго электрода 220 и 222 соответственно, с одинаковой вероятностью может произойти в любой точке второй пластины.
На примере ФИГ. 2 отработавшие газы поступают в блок 200 датчика содержания ТЧ через впуск 204 трубки 202. Отработавшие газы могут быть направлены вверх через внешнюю камеру 210 перед тем как поступить в центральную камеру 212. Вход в центральную камеру 212 расположен прямо над направляющей пластиной 216. Отработавшие газы затем направлены вниз к нижней части блока 200 датчика содержания ТЧ, как только отработавшие газы вошли в центральную камеру, и взаимодействуют как со второй поверхностью датчика 214 содержания ТЧ, так и с направляющей пластиной 216. Направление потока отработавших газов изменено посредством направляющей пластины 216, когда отработавшие газы приводят к отложению твердых частиц на вторую поверхность датчика содержания ТЧ. Поскольку твердые частицы отложены на вторую поверхность, первый электрод 220 и второй электрод 222 могут оказаться соединенными (например, электрически соединенными), когда нагрузка твердых частиц датчика 214 содержания ТЧ превышает пороговое значение нагрузки твердых частиц. Далее, сопротивление первого электрода 220 или второго электрода 222 уменьшено в ответ на соединение. В результате, датчик 214 содержания ТЧ максимально нагружен из-за твердых частиц, просачивающихся из сажевого фильтра (например, СФ 72 на ФИГ. 1) выпускного канала. Утечка твердых частиц может произойти из-за максимальной нагрузки фильтра или ухудшения состояния фильтра (например, трещина). Способ для определения достижения максимальной нагрузки твердых частиц на фильтр или ухудшения состояния раскрыт ниже со ссылкой на ФИГ. 6.
Блок 200 датчика содержания ТЧ может быть соединен с выпускным каналом 48 (ФИГ. 1) подходящим способом так, чтобы верхняя поверхность блока 200 датчика содержания ТЧ герметично соединялась со стенкой 201 выпускного канала. Вид сверху блока 200 датчика содержания ТЧ, не соединенного герметично со стенкой выпускного канала, таким образом, чтобы были видны компоненты в блоке 200 датчика содержания ТЧ, показан ниже со ссылкой на ФИГ. 3.
Что касается ФИГ. 3, показан вид сверху блока 300 датчика содержания ТЧ, отсоединенного от стенки выпускного канала автомобиля, расположенного на плоской поверхности. Блок 300 датчика содержания ТЧ может быть использован в качестве блока 200 датчика содержания ТЧ в варианте осуществления изобретения на ФИГ. 2 или может быть использован в качестве датчика 162 отработавших газов на ФИГ. 1.
На виде сверху блока 300 датчика содержания ТЧ изображена трубка 301, первая внешняя камера 302, направляющая пластина 304, центральная камера 306, датчик 308 содержания ТЧ и вторая внешняя камера 310. Первая внешняя камера 302, направляющая пластина 304, центральная камера 306, датчик 308 содержания ТЧ могут быть использованы в качестве внешней камеры 210, направляющей пластины 216, центральной камеры 212, датчика 214 содержания ТЧ в варианте осуществления на ФИГ. 2 соответственно. Датчик 308 содержания ТЧ содержит низовую поверхность 312 рядом с центральной камерой 306 и верховую поверхность 314 рядом со второй внешней камерой 310. Низовая поверхность 312 содержит два электрода, обозначенных толстой линией 316. Верховая поверхность 314 содержит электрическую цепь, обозначенную толстой линией 318.
В соответствии с вышеуказанным раскрытием отработавшие газы поданы вверх по первой внешней камере 302 перед поступлением в центральную камеру 306. Направляющая пластина 304 герметично изолирует первую внешнюю камеру 302 от центральной камеры 306 для первой части трубки 301. Отработавшие газы могут выходить из первой внешней камеры 302 и поступать в центральную камеру 306 через отверстие, расположенное прямо над направляющей пластиной 304. Таким образом, отработавшие газы поступают вверх по всей высоте направляющей пластины 304 перед прохождением через отверстие, ведущее в центральную камеру 306.
Центральная камера 306 расположена в пространстве между направляющей пластиной 304 и датчиком 308 содержания ТЧ. Ширина 320 пространства может составлять 1-5 мм. В одном из примеров ширина 320 приблизительно составляет 1,5 мм. В других вариантах осуществления изобретения ширина 320 может быть менее 1 мм или более 5 мм.
Отработавшие газы в центральной камере 306 проходят вниз к нижней части трубки 301 в направлении противоположном потоку отработавших газов в первой внешней камере 302. Отработавшие газы в центральной камере 306 проходят внутрь и между направляющей пластиной 304 и низовой поверхностью 312 датчика 308 содержания ТЧ. Низовая поверхность 312 может состоять из материала, способного получать и сохранять твердые частицы, при этом также способного выдерживать высокую температуру. В одном из примеров датчик 308 содержания ТЧ может быть керамическим. Первый и второй электроды низовой поверхности 312 могут стать соединенными по мере отложения твердых частиц (например, сажи) на низовую поверхность 312 датчика 308 содержания твердых частиц. Направляющая пластина 304 может содержать материал, неспособный хранить твердые частицы при соприкосновении и направлении потока отработавших газов в центральную камеру 306. В одном из примеров направляющая пластина 304 может быть пластиковой (например, полиуретановой).
Верховая поверхность 314 датчика 308 содержания ТЧ, содержащая электрическую цепь, может быть активирована в ответ на замыкание первого и второго электродов низовой поверхности 312. Активация электрической цепи может содержать прохождение электрического тока через электрическую цепь для нагрева датчика 308 содержания ТЧ и регенерации твердых частиц, накопленных на низовой поверхности 312. Низовая поверхность 312 может быть регенерирована (например, электрическая цепь остается активной) до тех пор, пор первый и второй электроды не перестанут быть соединенными. В другом примере в качестве дополнения или альтернативы электрическая цепь может оставаться активной в течение порогового периода времени (например, 20 с). Регенерированные твердые частицы (например, зола) может падать в центральную камеру 306 и ее может уносить входящие отработавшие газы.
В соответствии с вышеуказанным раскрытием направляющая пластина 304 содержит множество вогнутых выступов, смещенных по вертикали, с возможностью гидравлического сообщения друг с другом. Направляющая пластина 304 может способствовать потоку отработавших газов в центральной камере 306 вниз к нижней части (например, основанию) трубки 301. Далее, направляющая пластина 304 может быть выполнена с возможностью гидравлического сообщения с выпускным каналом у соприкосновения между направляющей пластиной 304 и внешним радиусом трубки 301 по центральной оси 322 блока 300 датчика содержания ТЧ. Например, направляющая пластина 304 содержит выпуски вдоль корпуса трубки 301, таким образом, что отработавшие газы рядом с соприкосновением могут выходить из трубки 301 в выпускной канал. Таким образом, отработавшие газы могут равномерно выходить из трубки 301 по периферии направляющей пластины 304 и, следовательно, рядом с периферией датчика 308 содержания ТЧ, при этом также поступая вниз по центральной камере 306, чтобы достичь основания трубки 301. Такие действия приводят к тому, что сажа может быть равномерно распределена на низовой поверхности 312, содержащей первый и второй электроды.
Отработавшие газы в центральной камере 306 движутся по существу вниз. Отработавшие газы в центральной камере 306 не могут попадать во вторую внешнюю камеру 310 из-за физического соединения между датчиком 308 содержания ТЧ и трубкой 301. Таким образом, вторая внешняя камера 310 не получает отработавшие газы и не соединена с возможностью гидравлического сообщения с выпускным каналом, первой внешней камерой 302 и/или центральной камерой 306. Трубка 301 загерметизирована у основания, таким образом, что отработавшие газы, выходящие из трубки 301, не поступают в проточную часть впуска (например, впуска 204) трубки 301.
На примере ФИГ. 3 блок 300 датчика содержания ТЧ содержит направляющую пластину 304, расположенную по его центру и на расстоянии от датчика 308 содержания ТЧ. Датчик 308 содержания ТЧ расположен выше по потоку от направляющей пластины 304. Три камеры расположены в блоке датчика содержания ТЧ, в том числе первая внешняя камера 302, центральная камера 306 и вторая внешняя камера 310. Первая внешняя камера 302 и вторая центральная камера 306 соединены с возможностью гидравлического сообщения и между собой содержат направляющую пластину 304. Вторая внешняя камера расположена выше по потоку от датчика 308 содержания ТЧ и не получает отработавшие газы. Отработавшие газы в центральной камере 306 проходят в направляющую пластину 304 и на датчик 308 содержания ТЧ. Отработавшие газы в центральной камере 306 могут выходить из блока 300 датчика содержания ТЧ через выходы, расположенные у соприкосновения между направляющей пластиной 304 и трубкой 301 до или после отложения твердых частиц на датчике содержания ТЧ.
Направляющая пластина 304 содержит множество вогнутых выступов, которые могут направлять поток отработавших газов в центральную камеру 306, чтобы обеспечить более равномерное распределение потока отработавших газов по низовой поверхности 312 датчика 308 содержания ТЧ. Вогнутые выступы будут рассмотрены ниже со ссылкой на ФИГ. 4.
Что касается ФИГ. 4, на ней изображен вид спереди направляющей пластины 400, в направлении от участка ниже по потоку к участку выше по потоку. В настоящем примере направляющая пластина 400 расположена спереди и закрывает вид центральной камеры и датчика содержания ТЧ. Направляющая пластина 400 может быть использована в качестве направляющей пластины 304 в варианте осуществления изобретения на ФИГ. 3 или в качестве направляющей пластины 216 в варианте осуществления на ФИГ. 2.
Направляющая пластина 400 может содержать множество выступов 402. Выступы 402 физически соединены с соседними выступами 402, таким образом, что каждая сторона выступов 402 физически соединена с другой стороной соответствующего соседнего выступа выступов 402. На увеличенном виде 403 изображена подробная конструкция одного выступа 410.
В соответствии с изображением выступ 410 содержит 4 опоры: А, В, С и D. Опоры А, В, С и D соответствуют опорам А, В, С и D пунктирной окружности выступов 402 на направляющей пластине 400. Опоры А, В, С и D физически соединены с другими опорами соседних выступов 402. В одном из примеров опора А выступа 410 физически соединена с опорами трех соседних выступов 402. Аналогично, каждая из опор В, С и D выступа 410 физически соединены с опорами трех соответствующих соседних выступов 402. Площадь между опорами А, В, С и D открыта центральной камере, таким образом, что отработавшие газы могут свободно проходить между направляющей пластиной 400 и центральной камерой.
В соответствии с изображением выступ 410 и, следовательно, выступ 402 являются вогнутыми. Поперечное сечение выступа 410 может иметь U-образную форму. Специалисты в данной области техники понимают, что выпуски 402 могут иметь любую другую подходящую вогнутую форму (например, параболическую, V-образную, седлообразную, форму чашки и т.д.).
Выступы 402 герметично изолированы у опор и дуг 412 отверстий, таким образом, что газ в центральной камере не может проходить через направляющую пластину 400 во внешнюю камеру (например, первую внешнюю камеру 302) или наоборот.
Дуги 412 отверстий расположены между каждыми из опор А, В, С и D. Дуги 412 отверстий физически соединены с дугами отверстий других соседних выступов. Например, одна из дуг 412 отверстий выступа 410 может быть физически соединена с одной дугой отверстия соседнего выступа из выступов 402. Таким образом, выступ 410 может быть соединен всего с двенадцатью соседними опорами и четырьмя дугами отверстий соседних выступов. Далее, выступы 402 физически соединены друг с другом с отклонением по вертикальной и/или горизонтальной оси. Таким образом, схема расположения выступов 402 на направляющей пластине 400 может иметь зигзагообразную форму.
Выступы 402, расположенные по верхней стороне 404 трубки (например, трубки 301) направляющей пластины 400 могут быть разрезаны на половины по горизонтальной оси и быть открытыми для входящего газа. Например, газ, поступающий и внешней камеры (например, внешней камеры 302), может проходить в центральную камеру (например, центральную камеру 306) и/или направляющую пластину 400 через выступы, расположенные рядом с верхней стороной 404 выступов 402. Газ в центральной камере и направляющей пластине 400 может проходить вперед и назад между ними или оставаться в центральной камере и направляющей пластине 400 соответственно. В соответствии с нижеуказанным раскрытием отработавшие газы, проходящие через выступы 402 направляющей пластины 400, могут проходить в зигзагообразном направлении, аналогично доске Гальтона.
Отработавшие газы, проходящие через выступы 402 направляющей пластины 400, могут выходить из трубки через выступы 402, расположенные рядом со стороной 406А или стороной 406В. Выступы 402, расположенные рядом со стороной 406А или стороной 406В, могут быть разрезаны на половины по вертикальной оси и могут быть выполнены с возможностью гидравлического сообщения с выпускным каналом.
Таким образом, направляющая пластина 400 содержит множество выпусков, расположенных по сторонам 406А и 406В.
Отработавшие газы могут проходить к основанию 408 направляющей пластины 400. Основание направляющей пластины 400 может также быть основанием трубки (например, основание трубки - это основание 408). Таким образом, основание 408 герметично изолировано от выпускного канала, таким образом, что газ, проходящий через направляющую пластину 400, не может проходить через основание 408. Другими словами, основание 408 не содержит выпусков и не соединено с возможностью гидравлического сообщения с выпускным каналом. Таким образом, газ, поступающий к основанию 408, может отскакивать от основания 408 и поступать к выпускам, расположенным на стороне 406А или стороне 406В.
На примере ФИГ. 4 проиллюстрирована направляющая пластина 400 с множеством выступов 402, физически соединенных друг с другом, таким образом, что отработавшие газы в центральной камере не могут проходить через направляющую пластину 400 и во внешнюю камеру. Выступы 402 соединены с возможностью гидравлического сообщения друг с другом и могут изменять поток отработавших газов по существу аналогично доске Гальтона, чтобы обеспечить более равномерное распределение отработавших газов на поверхности датчика содержания ТЧ. Поток отработавших газов через направляющую пластину 400 будет раскрыт более подробной ниже со ссылкой на ФИГ. 5.
Что касается ФИГ. 5А, на ней показана направляющая пластина 500, содержащая множество выступов 502, изменяющих примерный поток отработавших газов. Направляющая пластина 500 и выступы 502 могут быть использованы в качестве направляющей пластины 400 и выступов 402 в варианте осуществления изобретения на ФИГ. 4. Направляющая пластина 500 и выступы 502 изображены с использованием средних пунктирных линий.
Первый примерных поток 504 отработавших газов изображен с использованием толстых, больших пунктирных линий. Второй примерных поток 506 отработавших газов изображен с использованием толстых, маленьких пунктирных линий. Длина больших пунктирных линий превышает длину средних и маленьких пунктирных линий. Длина средних пунктирных линий превышает длину маленьких пунктирных линий. Третий примерный поток 508 отработавших газов изображен толстой пунктирной линией с двумя точками. Третий примерный поток 508 начат из по существу аналогичного местоположения, что и первый примерный поток 504 в настоящем примере. Четвертый примерный поток 510 отработавших газов изображен толстой пунктирной линией с одной точкой. Специалисты в данной области техники понимают, что множество различных схем движения потока отработавших газов может возникнуть в направляющей пластине 500, и направляющая пластина 500 не ограничена примерами, раскрытыми ниже.
Выступы 502 направляющей пластины 500 рядом с верхней стороной 512 направляющей пластины 500 могут служить в качестве впусков и позволять отработавшим газам проходить в проточную часть направляющей пластины 500. Поэтому первый, второй, третий и четвертый примерные потоки 504, 506, 508 и 510 соответственно могут входить в направляющую пластину 500 через выступы 502 рядом с верхней стороной 512. Отработавшие газы могут входить в направляющую пластину 500 в направлении параллельно центральной оси 501. Отработавшие газы, проходящие через выступы 502, могут выходить из направляющей пластины 500 и блока датчика содержания ТЧ (например, блока 200 датчика содержания твердых частиц) через выступы 502, расположенные рядом со сторонами 514А или 514В. Таким образом, выступы 504, расположенные рядом со сторонами 514А и 514В, могут быть использованы в качестве выпусков.
Первый примерный поток 504 отработавших газов входит в направляющую пластину 500 рядом со стороной 514А. Первый примерный поток 504 отработавших газов по существу является линейным и параллельным центральной оси 501. Первый примерный поток 504 отработавших газов выходит из направляющей пластины 500 и затем из блока датчика содержания ТЧ в выпускной канал, перед тем как достичь основания 516 направляющей пластины 500. В соответствии с вышеуказанным раскрытием основание 516 направляющей пластины 500 загерметизировано, таким образом, чтобы отработавшие газы не могли проходить через основание 516.
Второй примерный поток 506 отработавших газов входит в направляющую пластину 500 рядом со стороной 514 В. Второй примерный поток 506 отработавших газов проходит под наклоном относительно центральной оси 501, таким образом, что он выходит из направляющей пластины 500 по стороне 514А. Таким образом, второй примерный поток 506 отработавших газов пересекает всю ширину направляющей пластины 500 перед выходом из направляющей пластины 500 по стороне 514А и входом в выпускной канал, содержащий блок датчика содержания ТЧ.
Третий примерный поток 508 отработавших газов входит в направляющую пластину 500 рядом со стороной 514А. Третий примерный поток 508 отработавших газов проходит в направлении к стороне 514 В и от стороны 514 В перед выходом из стороны 514 В рядом с основанием 516. Части третьего примерного потока 508 отработавших газов движутся по зигзагообразной траектории, таким образом, что направление потока отработавших газов в текущем выступе из выступов 502 перпендикулярно направлению потока отработавших газов в предыдущем выступе из выступов 502.
Например, поток отработавших газов может проходить через множество выступов 502 в направлении под наклоном или параллельно центральной оси 501. Отработавшие газы, проходящие из первого из выступов 502 во второй из выступов 502, могут проходить параллельно, под наклоном или перпендикулярно первоначальному потоку в зависимости от местоположения второго из выступов 502 относительно первого из выступов 502. Направление потока отработавших газов может также быть основано на сталкивающихся потоках отработавших газов в том же самом выступе из выступов 502. Например, потоки отработавших газов в выступах 502 направляющей пластины 500 могут вступать в столкновение и смешиваться, тем самым изменяя направление потоков отработавших газов.
Четвертый примерный поток 510 отработавших газов входит в направляющую пластину 500 по центральной оси 501. Четвертый примерный поток 510 отработавших газов проходит параллельно центральной оси 501 по зигзагообразной траектории. Четвертый примерный поток 510 отработавших газов вступает в столкновение с основанием 516 и начинает движение в направлении к стороне 514А. Четвертый примерный поток 510 отработавших газов выходит из стороны 514А в месте по существу аналогичном выходу первого примерного потока 504 отработавших газов.
Что касается ФИГ. 5В, показана часть выступов 540 с отработавшими газами, проходящими через каналы в выступах 540. Выступы 540 могут быть использованы как часть выступов 502 на ФИГ. 5А.
В одном из примеров расход отработавших газов, проходящих через выступы 540, может быть увеличен, поскольку поток отработавших газов направлен к центральной оси 541 выступов 540. В качестве дополнения или альтернативы расход отработавших газов, проходящих через выступы 540, может быть уменьшен, поскольку поток отработавших газов направлен в сторону от центральной оси 541.
Потока 550 и 552 отработавших газов входят в выступ 551 из выступов 540 под разными углами. Поток 550 отработавших газов входит в выступ 551 из проточной части, расположенной дальше от центральной оси 541, чем поток 552 отработавших газов. Потоки 550 и 552 отработавших газов сходятся в выступе 551 перед тем как пройти к краю выступа 551. Таким образом, поток 550 отработавших газов начинает движение в направлении к центральной оси 501 после того как он входит в выступ 551, и поток 552 отработавших газов начинает движение в сторону от центральной оси 501, когда он входит в выступ 551 (например, потоки 550 и 552 отработавших газов могут быть под наклоном или перпендикулярными относительно друг друга). Потоки отработавших газов могут быть разделены и проходить в два соседних выступа 559 и 563, расположенных геодезически ниже и выполненных с возможностью гидравлического сообщения с выступом 551. Расход потоков 550 и 552 отработавших газов может быть увеличен из-за их сходимости (например, слияния) в выступе 551.
Часть сходящихся отработавших газов (например, потока 558 отработавших газов) проходит в выступ 559, при этом остальная часть сходящихся отработавших газов (например, поток 560 отработавших газов) поступает в выступ 563. Таким образом, отработавшие газы в выступе 551 могут быть разделены выше по потоку от выступов 559 и 563. В одном из примеров объем потока 560 отработавших газов может превышать объем потока 558 отработавших газов.
Потоки 554 и 556 отработавших газов входят в выступ 555 под разными углами. Поток 554 отработавших газов проходит в сторону от центральной оси 501 при входе в выступ 555, при этом поток 556 отработавших газов проходит в направлении к центральной оси 501 при входе в выступ 555. Расход потоков 554 и 556 отработавших газов может быть увеличен, поскольку потоки отработавших газов сходятся в выступе 555.
Часть соединенного потока отработавших газов (например, потока 562 отработавших газов) проходит в выступ 563 и объединена (например, сходится) с потоком 560 отработавших газов. Остальная часть (например, поток 564 отработавших газов) соединенного потока отработавших газов в выступе 555 проходит в выступ 567. Объем потока 562 отработавших газов может превышать объем потока 564 отработавших газов. Таким образом, объединенный поток отработавших газов из потоков 560 и 562 может иметь расход, превышающий расход потока 558 в выступе 559 или потока 564 отработавших газов в выступе 567.
Что касается ФИГ. 6, на ней изображен способ 600 для определения нагрузки твердых частиц блока датчика содержания ТЧ, превышающей пороговое значение нагрузки твердых частиц, чтобы регенерировать датчик содержания ТЧ. В способе 600 может быть дополнительно изображено ухудшение состояния сажевого фильтра в выпускном канале на основе временного интервала между событиями регенерации датчика содержания ТЧ, меньшего, чем пороговый временной интервал. Инструкции для осуществления способа 600 могут быть исполнены контроллером (например, контроллером 12, показанным на ФИГ. 1) на основе инструкций, сохраненных в памяти контроллера, и с учетом сигналом, полученных от датчиков системы двигателя, таких как датчики, раскрытые выше со ссылкой на ФИГ. 1 и 2. Контроллер может задействовать приводы системы двигателя для регулировки работы двигателя в соответствии со способами, раскрытыми ниже.
Способ 600 может быть раскрыт со ссылкой на компоненты, изображенные на ФИГ. 1, 2 и 3. В частности, способ 600 может содержать контроллер 12, СФ 72, датчик 162 отработавших газов, блок 200 датчика содержания ТЧ, датчик 214 содержания ТЧ, первый и второй электроды 220 и 222 и направляющую пластину 216 со ссылкой на ФИГ. 1 и 2 соответственно.
Способ 600 начат на шаге 602 для определения, расчета и/или измерения текущих рабочих параметров двигателя. Текущие рабочие параметры двигателя могут содержать (без ограничения) нагрузку двигателя, частоту вращения двигателя, скорость автомобиля, разрежение в коллекторе, положение дросселя, давление отработавших газов и воздушно-топливное отношение.
На шаге 604 способ 600 содержит измерение электрического сопротивления между первым и вторым электродами, расположенными на низовой поверхности датчика содержания ТЧ в блоке датчика содержания ТЧ. В варианте осуществления на ФИГ. 6 первый электрод может иметь большее сопротивление, чем второй электрод. Однако специалисты в данной области техники понимают, что второй электрод может иметь большее сопротивление, чем первый электрод.
На шаге 606 способ 600 содержит определение, соединены ли электроды электрически (например, замкнуты). Электроды могут стать замкнутыми по мере отложения сажи на низовой поверхности датчика содержания ТЧ из отработавших газов, свободно проходящих между центральной камерой и направляющей пластиной. По мере осаждения сажи между первым и вторым электродами, сажа может вступить в соприкосновение с обоими электродами одновременно, и, в результате, электроды будут соединены. Когда электроды соединены, сопротивление первого электрода может быть уменьшено до сопротивления второго электрода из-за проводимости сажи. Если сопротивление первого электрода больше, чем сопротивление второго электрода, то электроды не соединены, и способ 600 переходит к шагу 608 для поддержания текущих рабочих параметров двигателя и не выполняет регенерацию датчика содержания ТЧ в блоке ТЧ. Далее, на сажевом фильтре (СФ) в выпускном канале может не быть утечек или нагрузка твердых частиц может еще не достичь максимальной (например, нагрузка ТЧ СФ меньше, чем пороговое значение нагрузки ТЧ СФ). Таким образом, не происходит регенерации СФ в выпускном канале.
Если сопротивление первого электрода по существу равно сопротивлению второго электрода, то электроды соединены, и способ 600 переходит к шагу 610, чтобы активировать электрическую цепь датчика содержания ТЧ с целью регенерации датчика содержания ТЧ. Электрическая цепь может быть электрически соединена с одним или более из первого и второго электродов. Таким образом, электрическая цепь может быть активирована одним или более из первого и второго электродов в ответ на замыкание первого электрода со вторым электродом. В других случаях электрическая цепь может быть активирована (например, включена) контроллером в ответ на определение, что первый и второй электрод замкнуты. Контроллер может дополнительно отрегулировать приводы двигателя в ответ на активацию электрической цепи. Например, контроллер может отрегулировать работу двигателя для регенерации сажевого фильтра во впускном канале. Регулировки могут содержать запаздывание зажигания, уменьшение воздушно-топливного отношения в одном или более цилиндров, увеличение воздушно-топливного отношения в одном или более цилиндров, и/или увеличение объема дополнительного впрыска. Таким образом, регенерация датчика содержания ТЧ блока датчика содержания ТЧ может запустить регенерацию СФ, расположенного в выпускном канале, на основе соединения первого и второго электродов.
На шаге 612 способ 600 содержит деактивацию регенерации датчика содержания ТЧ в ответ на то, что первый и второй электроды перестают быть соединенными.
Первый и второй электроды могут быть более не соединенными после того, как электрическая цепь регенерирует датчик содержания ТЧ и, таким образом, сожжет, по меньшей мере, часть сажи, накопленной на датчике содержания ТЧ. Благодаря сжиганию сажи соединение между первым и вторым электродом может быть также сожжено, и сопротивление первого электрода может стать больше, чем сопротивление второго электрода. Контроллер может деактивировать электрическую цепь в ответ на определение сопротивления первого электрода, превышающее сопротивление второго электрода. В других случаях первый и второй электроды могут быть электрически соединены с электрической цепью, и цепь может быть деактивирована первым и вторым электродами в ответ на то, что электроды более не соединены.
Регенерация СФ в выпускном канале может быть также определена в ответ на деактивацию электрической цепи. Контроллер может регулировать работу двигателя, возвращая оптимальный режим работы двигателя, на основе текущей нагрузки двигателя. Таким образом, продолжительность регенерации для датчика содержания ТЧ и СФ по существу одинаковая. В качестве дополнения или альтернативы регенерация СФ в выпускном канале может быть прекращена после истечения пороговой продолжительности после разрыва электрической цепи. Например, электрическая цепь деактивирована и затем, после истечения пороговой продолжительности, контроллер дает сигнал приводам двигателя о возвращении к номинальному режиму работы, чтобы деактивировать регенерацию СФ.
В одном из примеров в качестве дополнения или альтернативы регенерация датчика СФ и регенерация СФ может быть осуществлена в размерах первого порогового значения и второго порогового значения соответственно. Таким образом, протяженности регенерации датчика СФ и СФ могут быть независимыми друг от друга. Другими словами, первое пороговое значение может быть не равно второму пороговому значению. В одном из вариантов осуществления изобретения первое пороговое значение может быть меньше второго порогового значения (например, продолжительность регенерации СФ превышает продолжительность регенерации датчика содержания ТЧ). В другом варианте осуществления первое пороговое значение может быть больше второго порогового значения (например, продолжительность регенерации датчика СФ превышает продолжительность регенерации СФ).
На шаге 614 способ предусматривает определение временного интервала между последней регенерацией и текущей регенерацией датчика содержания ТЧ. Последнюю регенерацию определяют как событие регенерации, произошедшее непосредственно перед текущим событием регенерации. Временной интервал может быть вычислен на основании периода времени между инициацией последней регенерации и инициацией текущей регенерации (например, 120 минут). Временной интервал может быть меньше, чем предыдущий временной интервал, поскольку состояние СФ в выпускном канале (например, сажевый фильтр 72 на ФИГ. 1) ухудшено, и он улавливает меньшее количество сажи. Например, в сажевом фильтре образуются утечки (например, трещины), которые могут позволять большему количеству сажи проходить к датчику СФ, что приводит к более частым регенерациям датчика СФ.
На шаге 616 способ 600 определяет, является ли измеренный временной интервал меньшим, чем пороговое значение временного интервала. Пороговое значение временного интервала может быть основано на заданном пороговом значении (например, 200 минут), на последнем измеренном временном интервале или на значении в процентах от последнего измеренного временного интервала (например, 50% от последнего временного интервала). Более того, пороговое значение временного интервала может быть основано на пороговом значении, свидетельствующем об уменьшении временного интервала и о необходимости увеличения частоты регенераций датчика СФ. В качестве дополнения или альтернативы пороговое значение временного интервала может быть отрегулировано на основании рабочих параметров двигателя. Например, пороговое значение временного интервала может быть уменьшено по мере увеличения нагрузки двигателя.
Если временной интервал не меньше порогового значения временного интервала, то способ 600 переходит к шагу 608, чтобы поддерживать текущую работу двигателя и продолжать отслеживать состояние электродов датчика содержания ТЧ.
Если временной интервал меньше, чем пороговое значение временного интервала, сто способ 600 переходит к шагу 618, чтобы указать на утечку на СФ выпускного канала, выше по потоку от блока датчика ТЧ. Свидетельствование об утечке СФ предусматривает регулировку работы двигателя и активацию контрольной лампы 620 (например, для оповещения водителя автомобиля об ухудшении состояния и необходимости замены СФ).
В качестве примера, контроллер (например, контроллер 12) может подавать сигналы различным приводам двигателя (например, дросселю 62 двигателя 10), чтобы ограничить выходной крутящий момент двигателя с целью уменьшения количества производимых отработавших газов для соблюдения требований к нормам выброса. В качестве еще одного примера, дополнительно или альтернативно способ 600 может устанавливать опережение одного или более из таких моментов, как момент зажигания и впрыск топлива, увеличивать воздушно-топливное отношение и/или увеличивать РОГ. При увеличении потока РОГ к одному или более цилиндрам двигателя температура горючей смеси снижается и объем впрыскиваемого топлива может быть уменьшен. Благодаря данным действиям, количество сажи, выходящей с отработавшими газами из одного или более цилиндров двигателя, может быть уменьшено.
Таким образом, способ в соответствии с ФИГ. 6 содержит отвод отработавших газов из выхлопной трубы в блок датчика содержания ТЧ, причем блок датчика содержания ТЧ состоит из датчика содержания ТЧ с электродами на низовой поверхности и электрической цепи на верховой поверхности. Способ содержит регулировку работы двигателя на основе соединения (например, замыкания) электродов датчика содержания ТЧ. Соединение основано на том, что значения сопротивления электродов становятся по существу равными.
Таким образом, блок датчика содержания ТЧ может получить пробу потока отработавших газов из выпускного канала, чтобы определить нагрузку ТЧ на СФ в выпускном канале. ТЧ из отработавших газов накоплены на поверхности датчика содержания ТЧ, расположенного в блоке датчика содержания ТЧ, чтобы сигнализировать о регенерации и/или ухудшении состояния СФ. Отработавшие газы в блоке датчика содержания ТЧ равномерно распределены по поверхности датчика содержания ТЧ посредством направляющей пластины. Технический результат от использования направляющей пластины для равномерного распределения пробы потока отработавших газов по поверхности датчика содержания ТЧ состоит в увеличении однородности ТЧ, осаждаемых на поверхность датчика ТЧ. Таким образом, точность определения максимальной нагрузки СФ и/или ухудшения состояния СФ увеличена.
В первом примере система содержит трубку, расположенную в выпускном канале двигателя, причем датчик содержания твердых частиц, расположен в трубке, и направляющая пластина потока также расположена в трубке по существу параллельно вертикальной оси трубки. Направляющая пластина содержит множество выступов, поверхности выступов определяют внутренний канал рядом с датчиком содержания твердых частиц, поверхности выступов направляют поток на датчик содержания твердых частиц.
В первом варианте осуществления изобретения по первому примеру система дополнительно содержит впуск трубки, выровненный по вертикальной оси трубки, причем трубка дополнительно содержит дренажное отверстие на расстоянии от впуска, и причем как дренажное отверстие, так и впуск соединяют с возможностью гидравлического сообщения внутреннюю частью трубки с выпускным каналом.
Во втором варианте осуществления, который может дополнительно содержать первый вариант осуществления, система по первому примеру в качестве дополнения или альтернативы содержит датчик содержания твердых частиц с коммутируемой электрической цепью на первой поверхности, направленной в сторону от направляющей пластины в трубке.
В третьем варианте осуществления, который может содержать один или более из первого и второго варианта осуществления, система по первому примеру дополнительно содержит датчик содержания твердых частиц с двумя несоединенными электродами на второй поверхности, направленной к направляющей пластине.
В четвертом варианте осуществления, который может содержать один или более из первого по третий вариантов осуществления, система по первому примеру дополнительно содержит центральную камеру, выровненную по вертикальной оси трубки и расположенную между направляющей пластиной и второй поверхностью датчика содержания твердых частиц.
В пятом варианте осуществления, который может содержать один или более из первого по четвертый вариантов осуществления, система по первому примеру дополнительно содержит множество выпусков, расположенных вдоль места соприкосновения между направляющей пластиной и трубкой.
В шестом варианте осуществления, который может содержать один или более из первого по пятый вариантов осуществления, система по первому примеру дополнительно содержит прохождение потока отработавших газов в трубке в направлении перпендикулярно или под наклоном направлению потока отработавших газов в выпускном канале.
В седьмом варианте осуществления, который может содержать один или более из первого по шестой вариантов осуществления изобретения, система по первому примеру дополнительно содержит выступы направляющей пластины вогнутой формы, физически соединенные и выполненные с возможностью гидравлического сообщения с соседними выступами.
Во втором примере способ содержит прохождение части отработавших газов двигателя через отверстие в трубке во внешнюю камеру в трубке, направление части отработавших газов из внешней камеры в центральную камеру, расположенную между датчиком содержания твердых частиц и направляющей пластиной, которые расположены в трубке, и прохождение части отработавших газов, поступающих в центральную камеру, через вогнутые выступы направляющей пластины на поверхность датчика содержания твердых частиц.
В первом варианте осуществления по второму примеру способ дополнительно содержит прохождение части отработавших газов на поверхность датчика содержания твердых частиц, дополнительно содержащее подачу части отработавших газов на один из пары отдельных электродов, расположенных на поверхности датчика содержания твердых частиц.
Во втором варианте осуществления по первому примеру, который может в качестве дополнения или альтернативы содержать первый вариант осуществления, способ дополнительно содержит электрическое соединение отдельных электродов, когда нагрузка твердых частиц из части отработавших газов, подаваемых на отдельный электрод, превышает пороговое значение нагрузки твердых частиц.
В третьем варианте осуществления, который может в качестве дополнения или альтернативы содержать один или более из первого по второй вариантов осуществления, способ дополнительно содержит уменьшение сопротивления отдельного электрода в ответ на электрическое соединение отдельных электродов.
В третьем примере система содержит трубку, расположенную в выпускном канале двигателя, датчик содержания твердых частиц и направляющую пластину в трубке. Направляющая пластина содержит множество вогнутых выступов, проходящих в сторону от направляющей пластины, причем поверхности вогнутых выступов определяют центральную камеру и выполнены с возможностью гидравлического сообщения друг с другом и выпускным каналом. Датчик содержания твердых частиц содержит верховую поверхность с электрической цепью и низовую поверхность с отдельными первым и вторым электродами, причем верховая поверхность выполнена с возможностью сообщения с центральной камерой и с возможностью получения части потока отработавших газов, направляемых на верховую поверхность вогнутыми выступами. Система дополнительно содержит контроллер с машиночитаемыми инструкциями для определения повышения нагрузки твердых частиц в отработавших газах, собираемых на верховой поверхности датчика, свыше порогового значения нагрузки твердых частиц и инициирования регенерации датчика содержания твердых частиц.
Первый вариант осуществления по третьему примеру, в котором регенерация сажевого фильтра, расположенного в выпускном канале двигателя, основан на частоте регенерации датчика содержания твердых частиц.
Второй вариант осуществления по третьему примеру, который может в качестве дополнения или альтернативы содержать первый пример, представляет собой систему, дополнительно содержащую датчик содержания твердых частиц, направляющую пластину и центральную камеру, расположенную между ними, выполненные с возможностью гидравлического сообщения.
Третий вариант осуществления по третьему примеру, который может в качестве дополнения или альтернативы содержать один или более из первого по второй вариантов осуществления, представляет собой систему, дополнительно содержащую свободное прохождение пробы отработавших газов между датчиков содержания твердых частиц, направляющей пластиной и центральной камерой.
Четвертый вариант осуществления по третьему примеру, который может в качестве дополнения или альтернативы содержать один или более из первого по третий вариантов осуществления, представляет собой систему, дополнительно содержащую перенаправление потока отработавших газов направляющей пластиной аналогично доске Гальтона.
Пятый вариант осуществления по третьему примеру, который может в качестве дополнения или альтернативы содержать один или более из первого по четвертый вариантов осуществления, представляет собой систему, дополнительно содержащую трубку и направляющую пластину, герметично изолированные у общего основания.
Шестой вариант осуществления по третьему примеру, который может в качестве дополнения или альтернативы содержать один или более из первого по пятый вариантов осуществления, представляет собой систему, дополнительно содержащую трубку с впуском, расположенным выше по потоку и большим по размеру по сравнению с дренажным отверстием трубки.
Седьмой вариант осуществления по третьему примеру, который может в качестве дополнения или альтернативы содержать один или более из первого по шестой вариантов осуществления, представляет собой систему, дополнительно содержащую чувствительный элемент ниже по потоку от сажевого фильтра выпускного канала.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или автомобиля. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут храниться как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполняться управляющей системой, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, приводами и другими компонентами двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой любое количество стратегий обработки, таких как событийные, с управлением по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.п. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Точно так же, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных особенностей и преимуществ, раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в управляющей системе двигателя, причем раскрытые действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего раскрытия изобретения содержит все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считают новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «какой-либо» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения могут содержать один или несколько 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 формулы изобретения или путем представления новых пунктов формулы изобретения 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 помещенными в предмет настоящего изобретения.