УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВЫХЛОПНЫМИ ГАЗАМИ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ВЫХЛОПНЫМИ ГАЗАМИ
EXHAUST GAS CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD FOR EXHAUST GAS CONTROL DEVICE

Область техники
Изобретение относится к устройству управления выхлопными газами, которое очищает выхлопной газ посредством улавливания твердых частиц, содержащихся в выхлопном газе, и подвергания улавливаемых твердых частиц окислительной очистке, и к способу управления для устройства управления выхлопными газами.
Уровень техники
В каждой из публикации заявки на патент Японии № 2012-170869 (JP 2012-170869 А) и публикации заявки на патент Японии № 2016-107173 (JP 2016-107173 А), раскрыто устройство управления выхлопными газами, которое подвергает твердые частицы, содержащиеся в выхлопном газе, окислительной очистке посредством использования разрядной плазмы. Если конкретизировать, этот вид устройства управления выхлопными газами выполнен с возможностью улавливать твердые частицы на окислительной подложке через электрическое пылеулавливание и подвергать твердые частицы, осаждаемые на окислительной подложке, окислительной очистке через разрядную плазму.
Сущность изобретения
В вышеуказанном устройстве управления выхлопными газами, окислительная очистка твердых частиц через разрядную плазму выполняется, как только определенное количество твердых частиц осаждается на окислительной подложке. Тем не менее, твердые частицы не всегда равномерно осаждаются, и осаждение твердых частиц может смещаться. В этом случае, даже в случае, если общее осажденное количество не достигает опорного значения для выполнения окислительной очистки, ранее осажденные твердые частицы могут отсоединяться и вытекать в местоположении, в котором осаждается большое количество твердых частиц. Твердые частицы, которые ранее отсоединены, имеют большой диаметр частицы, и их становится качественно трудно заряжать. Следовательно, затруднительно улавливать эти твердые частицы снова дальше по потоку.
Изобретение предоставляет устройство управления выхлопными газами, допускающее предотвращение отсоединения твердых частиц в результате смещения при осаждении улавливаемых твердых частиц, и способ управления для устройства управления выхлопными газами.
Первый аспект изобретения представляет собой устройство управления выхлопными газами, которое включает в себя пылеулавливающее устройство, устройство окислительной очистки и электронный модуль управления. Пылеулавливающее устройство выполнено с возможностью прикладывать постоянное напряжение (в дальнейшем в этом документе, также называемое "постоянным напряжением") между зарядным электродом и противоэлектродом и улавливать твердые частицы на окислительной подложке, которая размещается в противоэлектроде. Зарядный электрод размещается в проточном канале для выхлопного газа, содержащего твердые частицы. Противоэлектрод составляет, по меньшей мере, часть поверхности внутренней стенки проточного канала. Устройство окислительной очистки выполнено с возможностью прикладывать переменное напряжение (в дальнейшем в этом документе, также называемое "переменным напряжением") между окислительным электродом и противоэлектродом и подвергать твердые частицы, осаждаемые на окислительной подложке, окислительной очистке. Окислительный электрод предоставляется в окислительной подложке и, по меньшей мере, частично покрыт диэлектриком. Электронный модуль управления выполнен с возможностью управлять пылеулавливающим устройством и устройством окислительной очистки.
Электронный модуль управления выполнен с возможностью оценивать распределение осажденного количества твердых частиц, осаждаемых на окислительной подложке в направлении потока выхлопного газа, на основе входной информации, включающей в себя, по меньшей мере, расход выхлопного газа и массу твердых частиц в выхлопном газе, информации настроек, включающей в себя, по меньшей мере, интенсивность электрического поля между зарядным электродом и противоэлектродом, и информации предыстории относительно окислительной очистки посредством устройства окислительной очистки. Электронный модуль управления выполнен с возможностью выполнять окислительную очистку посредством устройства окислительной очистки, когда осажденное количество, по меньшей мере, части осаждаемых твердых частиц превышает пороговое значение.
В вышеуказанной конфигурации, входная информация является информацией относительно состояния очищенного выхлопного газа. Информация настроек является информацией относительно настроек на стороне устройства для улавливания выхлопного газа. Информация предыстории является информацией относительно предыстории окислительной очистки, выполняемой к настоящему времени, а именно, информацией относительно снижения осажденного количества через окислительную очистку. Кроме того, осажденное количество, упомянутое в данном документе, является осажденным количеством в расчете на предварительно определенную длину в направлении потока выхлопного газа. Пороговое значение составляет, например, верхний предел диапазона осажденного количества, при этом отсоединение твердых частиц ограничивается в пределах допустимого диапазона. Согласно этой конфигурации, когда осаждение улавливаемых твердых частиц смещается, и осажденное количество превышает пороговое значение в каком-либо месте вследствие смещения, окислительная очистка выполняется посредством устройства окислительной очистки даже в случае, если осажденное количество существенно меньше порогового значения в целом. Таким образом, предотвращается отсоединение твердых частиц в результате смещения при осаждении улавливаемых твердых частиц.
В устройстве управления выхлопными газами, окислительный электрод может состоять из множества частичных электродов, которые выровнены в направлении потока выхлопного газа. Устройство окислительной очистки может быть выполнено с возможностью выполнять окислительную очистку отдельно для каждого из частичных электродов. Согласно этой конфигурации, переменное напряжение может прикладываться только к местоположению, в котором должна выполняться окислительная очистка, так что величина потребления электрической мощности может поддерживаться небольшой. В устройстве управления выхлопными газами, электронный модуль управления может быть выполнен с возможностью выполнять окислительную очистку посредством того из частичных электродов, который соответствует области, в которой осажденное количество превышает пороговое значение (другими словами, электронный модуль управления может быть выполнен с возможностью выполнять окислительную очистку посредством одного из частичных электродов, причем один из частичных электродов соответствует области, в которой осажденное количество превышает пороговое значение). Согласно этому, только местоположение, в котором твердые частицы могут отсоединяться, может подвергаться окислительной очистке, так что может предотвращаться отсоединение твердых частиц при поддержании величины потребления электрической мощности небольшой.
В устройстве управления выхлопными газами, зарядный электрод может включать в себя множество разрядных участков, которые выровнены в направлении потока выхлопного газа, и пылеулавливающее устройство может быть выполнено с возможностью выполнять разряд отдельно для каждого из разрядных участков. В этом случае, электронный модуль управления может быть дополнительно оснащен модулем управления позицией заряда, который изменяет позицию заряда на окислительной подложке посредством переключения того из разрядных участков, который должен разряжаться. Распределение осажденного количества твердых частиц на окислительных частицах также может изменяться посредством изменения позиции заряда на окислительной подложке. В устройстве управления выхлопными газами, электронный модуль управления может быть выполнен с возможностью переключать тот из разрядных участков, который должен разряжаться, в соответствии с изменением распределения осажденного количества. Например, количество смещения при осаждении твердых частиц в направлении потока выхлопного газа может уменьшаться посредством, например, переключения разрядного участка на позицию, в которой осажденное количество на окислительной подложке является небольшим.
В устройстве управления выхлопными газами, электронный модуль управления может быть выполнен с возможностью выполнять окислительную очистку посредством того из частичных электродов, который соответствует области, в которой осажденное количество превышает пороговое значение. Электронный модуль управления может быть выполнен с возможностью переключать тот из разрядных участков, который должен разряжаться таким образом, чтобы сдвигать позицию заряда из позиции того из частичных электродов, для которого выполняется окислительная очистка, в другую позицию, когда скорость осаждения твердых частиц в позиции того из частичных электродов, для которого выполняется окислительная очистка, выше скорости окисления твердых частиц. Согласно этому, может предотвращаться отсоединение осаждаемых твердых частиц вследствие задержки окислительной очистки.
Второй аспект изобретения предоставляет способ управления для устройства управления выхлопными газами. Устройство управления выхлопными газами включает в себя пылеулавливающее устройство, устройство окислительной очистки и электронный модуль управления. Пылеулавливающее устройство выполнено с возможностью прикладывать постоянное напряжение между зарядным электродом и противоэлектродом и улавливать твердые частицы на окислительной подложке, которая размещается в противоэлектроде. Зарядный электрод размещается в проточном канале для выхлопного газа, содержащего твердые частицы. Противоэлектрод составляет, по меньшей мере, часть поверхности внутренней стенки проточного канала. Устройство окислительной очистки выполнено с возможностью прикладывать переменное напряжение между окислительным электродом и противоэлектродом и подвергать твердые частицы, осаждаемые на окислительной подложке, окислительной очистке. Окислительный электрод предоставляется в окислительной подложке и, по меньшей мере, частично покрыт диэлектриком. Электронный модуль управления выполнен с возможностью управлять пылеулавливающим устройством и устройством окислительной очистки. Способ управления включает в себя: оценку, посредством электронного модуля управления, распределения осажденного количества твердых частиц, осаждаемых на окислительной подложке в направлении потока выхлопного газа, на основе входной информации, включающей в себя, по меньшей мере, расход выхлопного газа и массу твердых частиц в выхлопном газе, информации настроек, включающей в себя, по меньшей мере, интенсивность электрического поля между зарядным электродом и противоэлектродом, и информации предыстории относительно окислительной очистки посредством устройства окислительной очистки; и выполнение, посредством электронного модуля управления, окислительной очистки посредством устройства окислительной очистки, когда осажденное количество, по меньшей мере, части осаждаемых твердых частиц превышает пороговое значение.
Как описано выше, устройство управления выхлопными газами согласно изобретению оценивает распределение осажденного количества твердых частиц, осаждаемых на окислительной подложке в направлении потока выхлопного газа, и выполняет окислительную очистку посредством устройства окислительной очистки, когда осажденное количество, по меньшей мере, частично превышает пороговое значение. Вследствие этой операции устройства управления выхлопными газами согласно изобретению, предотвращается отсоединение твердых частиц в результате смещения при осаждении улавливаемых твердых частиц.
Краткое описание чертежей
Ниже описываются признаки, преимущества и техническая и промышленная значимость примерных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых аналогичные номера обозначают аналогичные элементы, и на которых:
Фиг. 1 является видом, показывающим конструкцию устройства управления выхлопными газами согласно первому варианту осуществления изобретения;
Фиг. 2 является видом, иллюстрирующим определение позиции заряда в направлении потока выхлопного газа;
Фиг. 3 является видом, показывающим модель оценки осажденного количества PM;
Фиг. 4 является видом, показывающим примерную взаимосвязь между расстоянием от начальной точки и оцененным осажденным количеством;
Фиг. 5 является блок-схемой, показывающей конфигурацию электронного модуля управления согласно первому варианту осуществления изобретения;
Фиг. 6 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей последовательность операций управления для управления окислительной очисткой согласно первому варианту осуществления изобретения;
Фиг. 7 является видом, показывающим конструкцию окислительной подложки согласно второму варианту осуществления изобретения;
Фиг. 8 является видом, показывающим пример управления включением/выключением частичного электрода на основе оцененного осажденного количества;
Фиг. 9 является видом, показывающим конструкцию примера модификации окислительной подложки согласно второму варианту осуществления изобретения;
Фиг. 10 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей последовательность операций управления для управления окислительной очисткой согласно второму варианту осуществления изобретения;
Фиг. 11 является видом, показывающим основные принципы управления позицией заряда согласно третьему варианту осуществления изобретения;
Фиг. 12 является видом, показывающим пример конструкции пылеулавливающего устройства согласно третьему варианту осуществления изобретения;
Фиг. 13 является блок-схемой, показывающей конфигурацию электронного модуля управления согласно третьему варианту осуществления изобретения; и
Фиг. 14 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей последовательность операций управления для управления окислительной очисткой и управления позицией заряда согласно третьему варианту осуществления изобретения.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Далее описываются варианты осуществления изобретения со ссылкой на чертежи. Тем не менее, следует отметить, что когда числовые значения, такие как число, величина, количество, диапазон и т.п. каждого элемента, упоминаются в нижеприведенных вариантах осуществления изобретения, изобретение не ограничено упомянутыми числовыми значениями, если не указано иное, либо если изобретение явно не ограничивается означенным в принципе. Кроме того, конструкции, этапы и т.п., описанные в нижеприведенных вариантах осуществления из изобретения, не являются обязательными для изобретения, если не указано иное, либо если изобретение явно не ограничивается означенным в принципе.
Конструкция устройства управления выхлопными газами
Во-первых, описывается конструкция устройства управления выхлопными газами согласно первому варианту осуществления изобретения. Фиг. 1 является видом, показывающим конструкцию устройства управления выхлопными газами согласно первому варианту осуществления изобретения. Устройство 10 управления выхлопными газами представляет собой устройство управления выхлопными газами для автомобиля и предоставляется в выхлопной трубе 4 двигателя 2 внутреннего сгорания. В этой связи, отсутствует ограничение на тип двигателя 2 внутреннего сгорания. Например, двигатель 2 внутреннего сгорания может представлять собой двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием или двигатель внутреннего сгорания с зажиганием от сжатия.
Устройство 10 управления выхлопными газами имеет трубчатую внешнюю оболочку 12. Внутреннее пространство 14, заданное посредством внешней оболочки 12, служит в качестве проточного канала, через который протекает выхлопной газ. Это внутреннее пространство 14 в дальнейшем называется "проточным каналом 14 для выхлопных газов". Устройство 10 управления выхлопными газами оснащено пылеулавливающим устройством 6, которое улавливает твердые частицы (в дальнейшем называемые "PM"), содержащиеся в выхлопном газе, устройство 8 окислительной очистки, которое подвергает улавливаемые PM окислительной очистке, и электронный модуль 100 управления, который управляет пылеулавливающим устройством 6 и устройством 8 окислительной очистки.
Пылеулавливающее устройство 6 оснащено зарядным электродом 20. Зарядный электрод 20 имеет участок 20a главного вала, который размещается в центральном участке проточного канала 14 для выхлопных газов и который идет в продольном направлении проточного канала 14 для выхлопных газов, и множество разрядных участков 20b, которые выступают из участка 20a главного вала в радиальном направлении проточного канала 14 для выхлопных газов. Множество разрядных участков 20b выровнены в направлении потока выхлопного газа с интервалами с определенным расстоянием. Пылеулавливающее устройство 6 включает в себя внешнюю оболочку 12, которая составляет поверхность внутренней стенки проточного канала 14 для выхлопных газов, в качестве противоэлектрода, который спаривается с зарядным электродом 20. Внешняя оболочка 12 является, по меньшей мере, частично проводящей, и ее проводящая часть функционирует в качестве противоэлектрода. Часть внешней оболочки 12, которая функционирует в качестве противоэлектрода, заземляется. Пылеулавливающее устройство 6 оснащено устройством 24 формирования постоянного напряжения для приложения высокого постоянного напряжения между зарядным электродом 20 и внешней оболочкой 12. Устройство 24 формирования постоянного напряжения соединяется с зарядным электродом 20 через выводной провод 24a и изолятор 24b. Изолятор 24b прикрепляется к внешней оболочке 12 посредством кремниевой заглушки 24c.
Устройство 8 окислительной очистки оснащено окислительной подложкой 30. Окислительная подложка 30 предоставляется во внешней оболочке 12, и в нижней части внешней оболочки 12 в случае, если внешняя оболочка 12 разделена напополам посредством горизонтальной плоскости, проходящей через ее центральную ось. Окислительная подложка 30 предоставляется таким образом, чтобы покрывать область, в которой множество разрядных участков 20b зарядного электрода 20 размещаются в продольном направлении проточного канала 14 для выхлопных газов. Окислительная подложка 30 состоит из окислительного электрода 30b и диэлектрика 30a, который покрывает окислительный электрод 30b. Диэлектрик 30a размещается в контакте с внутренней поверхностью внешней оболочки 12. Устройство 8 окислительной очистки включает в себя внешнюю оболочку 12 в качестве противоэлектрода, который спаривается с окислительным электродом 30b. Внешняя оболочка 12 имеет проводящую поверхность, которая находится в контакте с окислительной подложкой 30. Устройство 8 окислительной очистки оснащено устройством 34 формирования переменного напряжения для приложения высокого переменного напряжения между окислительным электродом 30b и внешней оболочкой 12. Устройство 34 формирования переменного напряжения соединяется с окислительным электродом 30b через выводной провод 34a и изолятор 34b. Изолятор 34b прикрепляется внешней оболочке 12 посредством кремниевой заглушки 34c.
Электронный модуль 100 управления оснащен, по меньшей мере, одним процессором 102 и, по меньшей мере, одним запоминающим устройством 104. Компьютерная программа, сохраненная в запоминающем устройстве 104, считывается и выполняется посредством процессора 102. Таким образом, различные функции реализуются в электронном модуле 100 управления. Различные датчики, такие как датчик 110 частоты вращения двигателя, расходомер 112 воздуха и т.п., электрически соединяются с электронным модулем 100 управления. Электронный модуль 100 управления получает входную информацию, которая требуется для того, чтобы управлять пылеулавливающим устройством 6 или устройством 8 окислительной очистки, из сигналов этих различных датчиков. Например, расход воздуха, всасываемого в двигатель 2 внутреннего сгорания, получается из сигнала расходомера 112 воздуха, и расход выхлопного газа, очищенного посредством устройства 10 управления выхлопными газами, получается из этого расхода всасываемого воздуха. Кроме того, коэффициент нагрузки двигателя 2 внутреннего сгорания получается из расхода всасываемого воздуха, полученного из сигнала расходомера 112 воздуха, и частоты вращения двигателя, полученной из сигнала датчика 110 частоты вращения двигателя. Когда коэффициент нагрузки двигателя 2 внутреннего сгорания и частота вращения двигателя являются фиксированными, рабочее состояние двигателя 2 внутреннего сгорания указывается, и количество PM в выхлопном газе получается из рабочего состояния двигателя 2 внутреннего сгорания.
Далее описывается работа устройства 10 управления выхлопными газами, имеющего вышеуказанную конструкцию. Электронный модуль 100 управления может управлять пылеулавливающим устройством 6 и устройством 8 окислительной очистки независимо друг от друга. Когда электронный модуль 100 управления управляет пылеулавливающим устройством 6, высокое постоянное напряжение прикладывается между зарядным электродом 20 и внешней оболочкой 12 из устройства 24 формирования постоянного напряжения. Таким образом, ионы вылетают к внешней оболочке 12 из разрядных участков 20b зарядного электрода 20, и PM, содержащиеся в выхлопном газе, отрицательно заряжаются. Отрицательно заряженные PM вводятся в сторону внешней оболочки 12 посредством ионного ветра и улавливаются на окислительной подложке 30, которая размещается во внешней оболочке 12.
Когда электронный модуль 100 управления управляет устройством 8 окислительной очистки, высокое переменное напряжение прикладывается между окислительным электродом 30b в окислительной подложке 30 и внешней оболочкой 12 из устройства 34 формирования переменного напряжения. Таким образом, явление разряда возникает в поверхности диэлектрика 30a вокруг окислительного электрода 30b, и разрядная плазма создается в области вокруг поверхности диэлектрика 30a. Разрядная плазма производит озон, активный кислород и т.п. PM, осаждаемые на окислительной подложке 30 окисляются или сжигаются посредством этого озона и этого активного кислорода и удаляются из окислительной подложки 30.
Далее описываются основные принципы управления окислительной очисткой согласно первому варианту осуществления изобретения. Предпочтительно непрерывно улавливать PM посредством пылеулавливающего устройства 6, в то время как выхлопной газ, содержащий PM, выпускается из двигателя 2 внутреннего сгорания. С другой стороны, окислительная очистка PM не должна всегда обязательно выполняться посредством устройства 8 окислительной очистки. Окислительная очистка может выполняться после улавливания определенного количества PM. Это обусловлено тем, что потребляемая энергия увеличивается, и экономия топлива всего транспортного средства ухудшается по мере того, как частота, с которой выполняется окислительная очистка, увеличивается. Тем не менее, следует отметить, что PM, осаждаемые на окислительной подложке 30 отсоединяются и вытекают из устройства 10 управления выхлопными газами, если окислительная очистка выполняется в неправильное время.
В настоящем варианте осуществления изобретения, вместо общего осажденного количества PM, осаждаемых на окислительной подложке 30, осажденное количество PM в каждой из множества областей, на которые фактически разделена окислительная подложка 30 в направлении потока выхлопного газа, управляется. Если конкретизировать, как показано, например, на фиг. 2, окислительная подложка 30 разделяется на три области в направлении потока выхлопного газа. Каждая из позиций 1, 2 и 3, служащих в качестве границ между областями, соответствует позиции одного из разрядных участков 20b в направлении потока выхлопного газа. PM заряжаются через разряд из разрядных участков 20b, так что эти позиции дальнейшем называются "позициями заряда". Кроме того, впускной конец окислительной подложки 30 (или впускной конец области заряда на окислительной подложке 30) задается как позиция 0 заряда. На фиг. 2, позиция 1 заряда соответствует позиции второго разрядного участка 20b со стороны впуска в направлении потока выхлопного газа, позиция 2 заряда соответствует позиции четвертого разрядного участка 20b со стороны впуска в направлении потока выхлопного газа, и позиция 3 заряда соответствует позиции шестого разрядного участка 20b со стороны впуска в направлении потока выхлопного газа. Расстояние между позициями 0 и 1 заряда, расстояние между позициями 1 и 2 заряда и расстояние между позициями 2 и 3 заряда равны друг другу. В этой связи, окислительная подложка 30 разделяется на три области в направлении потока выхлопного газа в этом случае. Тем не менее, окислительная подложка 30 может разделяться на две области или более чем на три области.
В настоящем варианте осуществления изобретения, осажденное количество PM от позиции 0 заряда до позиции 1 заряда, осажденное количество PM от позиции 1 заряда до позиции 2 заряда и осажденное количество PM от позиции 2 заряда до позиции 3 заряда оцениваются. Таким образом, распределение PM, осаждаемых на окислительной подложке 30 в направлении потока выхлопного газа, оценивается. Модель оценки осажденного количества PM, показанная на фиг. 3, используется для этой оценки. Модель оценки осажденного количества PM представляет собой физическую модель, которая оценивает распределение осажденного количества в направлении потока выхлопного газа, на основе входной информации в качестве информации относительно состояния очищенного выхлопного газа, информации настроек в качестве информации относительно настроек стороны устройства для улавливания выхлопного газа и информации предыстории в качестве информации относительно предыстории окислительной очистки, выполняемой к настоящему времени.
Модель оценки осажденного количества PM может выражаться посредством, например, формулы вычисления для вычисления эффективности улавливания, выражаемой посредством уравнений 1 и 2, формулы вычисления для вычисления величины увеличения осажденного количества, указываемого посредством уравнений 3, 4 и 5, и формулы вычисления для вычисления осажденного количества, указываемого посредством уравнения 6.
n
n
η=1-exp k(-ωe*A/Ga) ...  уравнение 1
ωe=ve=q*E*Cm/(3π*μ*dp) ...  уравнение 2
1
1
ΔGi=Qs*η*ΔT ...  уравнение 3
2
2
1
ΔGi=Qs*η*ΔT-ΔGi...  уравнение 4
3
3
1
2
ΔGi=Qs*η*ΔT-ΔGi-ΔGi...  уравнение 5
n
n
G=ΣΔGi...  уравнение 6
n
n
n
2
В уравнении 1, η обозначает эффективность улавливания в позиции n заряда, k обозначает поправочный коэффициент, индивидуальный для системы, A обозначает полезную площадь подложки (м) в позиции n заряда, Ga обозначает расход (г/с) выхлопного газа, и ωe обозначает скорость отделения (м/с). Полезная площадь A подложки представляет собой площадь от позиции 0 заряда в качестве впускного конца области заряда до позиции n заряда. В уравнении 2, ve обозначает фазовую скорость рассеянных зарядов, q обозначает величину заряда (C) частиц, E обозначает интенсивность (В/м) электрического поля, прикладываемого между зарядным электродом 20 и внешней оболочкой 12, Cm обозначает поправочный коэффициент Каннингхэма, μ обозначает вязкость (Па*с) газа, и dp обозначает диаметр частиц (м).
1
2
3
В уравнениях 3, 4 и 5, Qs обозначает количество PM, протекающих в устройство 10 управления выхлопными газами вместе с выхлопным газом в единицу времени осаждения (в дальнейшем называемое "мгновенным втекающим PM-количеством"), и ΔT обозначает единицу времени осаждения. Затем ΔGi обозначает величину увеличения осажденного количества в единицу времени осаждения в секции от позиции 0 заряда до позиции 1 заряда, ΔGi обозначает величину увеличения осажденного количества в единицу времени осаждения в секции от позиции 1 заряда до позиции 2 заряда, и ΔGi обозначает величину увеличения осажденного количества в единицу времени осаждения в секции от позиции 2 заряда до позиции 3 заряда.
n
n
n
n
n
n
n
В уравнении 6, G обозначает осажденное количество PM в секции от позиции n-1 заряда до позиции n заряда, и ΔGi обозначает величину увеличения осажденного количества в единицу времени осаждения в секции от позиции n-1 заряда до позиции n заряда. Осажденное количество G в данный момент вычисляется посредством интегрирования величины ΔGi увеличения осажденного количества в единицу времени осаждения. Из параметров, которые используются в этих уравнениях, по меньшей мере, расход Ga выхлопных газов и мгновенное втекающее PM-количество Qs являются переменными, которые изменяются в зависимости от рабочего состояния и включены в вышеуказанное входное состояние. Кроме того, по меньшей мере, интенсивность E электрического поля является переменной, которая задается в пылеулавливающем устройстве 6 и включена в вышеуказанное состояние настроек. Кроме того, значение осажденного количества G в уравнении 6 инициализируется на основе информации относительно предыстории окислительной очистки. Начальное значение инициализированного осажденного количества G вычисляется, например, из времени для выполнения окислительной очистки и скорости окисления. Если окислительная очистка выполняется в течение времени, достаточного для осажденного количества, начальное значение осажденного количества G задается равным нулю.
Фиг. 4 является видом, показывающим примерный результат вычисления, полученный с помощью вышеуказанной модели оценки осажденного количества PM. Фиг. 4 графически представляет взаимосвязь между расстоянием от начальной точки и оцененным осажденным количеством, когда позиция 0 заряда задается как начальная точка. Оцененное осажденное количество в каждой из позиции 1 заряда, позиции 2 заряда и позиции 3 заряда получается посредством вычисления с использованием модели оценки осажденного количества PM. В этой связи, как описано выше, например, оцененное осажденное количество в позиции 2 заряда означает оцененное осажденное количество в секции от позиции 1 заряда до позиции 2 заряда.
В настоящем варианте осуществления изобретения, оцененное осажденное количество в каждой из позиций заряда сравнивается с предварительно установленным пороговым значением. Пороговое значение составляет, например, верхний предел диапазона осажденного количества, при этом отсоединение PM ограничивается в пределах допустимого диапазона. После этого, когда оцененное осажденное количество равно или меньше порогового значения во всех позициях заряда, устройство 8 окислительной очистки поддерживается остановленным. Тем не менее, когда оцененное осажденное количество превышает пороговое значение, по меньшей мере, в одной из позиций заряда, устройство 8 окислительной очистки управляется с возможностью выполнять окислительную очистку. В примере, показанном на фиг. 4, оцененное осажденное количество превышает пороговое значение в позиции 1 заряда и позиции 2 заряда, так что окислительная очистка выполняется посредством устройства 8 окислительной очистки.
Согласно управлению окислительной очисткой с контентом, описанным выше, когда осаждение PM на окислительной подложке 30 смещается, и осажденное количество превышает пороговое значение в каком-либо месте вследствие смещения, окислительная очистка выполняется посредством устройства 8 окислительной очистки даже в случае, если осажденное количество существенно меньше порогового значения в целом. Таким образом, предотвращается отсоединение PM в результате смещения при осаждении улавливаемых PM. Следовательно, также предотвращается ухудшение свойства выбросов выхлопных газов через вытекание отсоединенных PM.
Далее описываются подробности управления окислительной очисткой, приспосабливаемого в настоящем варианте осуществления изобретения. Фиг. 5 является блок-схемой, показывающей конфигурацию электронного модуля 100 управления согласно настоящему варианту осуществления изобретения. Как проиллюстрировано посредством блоков на фиг. 5, электронный модуль 100 управления оснащен модулем 100a оценки распределения осажденного количества и модулем 100b управления окислительной очисткой. Эти модули соответствуют компьютерной программе, сохраненной в запоминающем устройстве 104 электронного модуля 100 управления, либо части компьютерной программы.
Модуль 100a оценки распределения осажденного количества выполнен с возможностью вычислять оцененное осажденное количество в каждой из позиций заряда с помощью вышеприведенной модели оценки осажденного количества PM. Затем, как описано в сущности изобретения, модуль 100b управления окислительной очисткой выполнен с возможностью управлять включенным/выключенным состоянием окислительной очистки посредством устройства 8 окислительной очистки, на основе сравнения между оцененным осажденным количеством в каждой из позиций заряда, вычисленным посредством модуля 100a оценки распределения осажденного количества, и пороговым значением.
Фиг. 6 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей последовательность операций управления для управления окислительной очисткой, которое выполняется посредством электронного модуля 100 управления в настоящем варианте осуществления изобретения. Компьютерная программа, созданная на основе этой блок-схемы последовательности операций способа, считывается из запоминающего устройства 104 и выполняется посредством процессора 102 с предварительно определенным циклом управления. Таким образом, функция модуля 100a оценки распределения осажденного количества и функция модуля 100b управления окислительной очисткой реализуются посредством электронного модуля 100 управления.
Как показано на фиг. 6, последовательность операций управления для управления окислительной очисткой состоит из процессов от этапа S101 до этапа S109. Электронный модуль 100 управления выполняет обработку, которая представляется посредством этой последовательности операций управления, отдельно для каждой из позиций 1-3 заряда. В этой связи, суффикс n на блок-схеме последовательности операций способа означает то, что выполняется обработка, соответствующая позиции n заряда.
Во-первых, на этапе S101 определяется то, выключена или нет окислительная очистка PM, а именно, то, может или не может выполняться окислительная очистка. Если окислительная очистка уже выполнена, другие этапы пропускаются, и настоящая последовательность операций управления завершается.
Если окислительная очистка еще не выполнена, процессы от этапа S101 до этапа S108 выполняются. На этапе S102, получается расход Ga выхлопных газов в качестве фрагмента входной информации. Например, сигнал расходомера 112 воздуха используется для того, чтобы получать расход Ga выхлопных газов. На этапе S103, получается мгновенное втекающее PM-количество Qs в качестве фрагмента входной информации. Например, карта, которая использует частоту вращения двигателя и коэффициент нагрузки в качестве аргументов, используется для того, чтобы получать мгновенное втекающее PM-количество Qs. Частота вращения двигателя получается из сигнала датчика 110 частоты вращения двигателя, и коэффициент нагрузки вычисляется из расхода всасываемого воздуха и частоты вращения двигателя. На этапе S104, получается интенсивность E электрического поля между зарядным электродом 20 и внешней оболочкой 12 в качестве фрагмента информации настроек. Интенсивность E электрического поля вычисляется из значения напряжения для постоянного напряжения, приложенного между зарядным электродом 20 и внешней оболочкой 12 из устройства 24 формирования постоянного напряжения.
n
n
n
n
n
На этапе S105, эффективность η улавливания в позиции n заряда вычисляется с помощью уравнений 1 и 2. Расход Ga выхлопных газов, полученный на этапе S102, и интенсивность E электрического поля, полученная на этапе S104, используются для этого вычисления. На этапе S106, величина ΔGi увеличения осажденного количества в позиции n заряда вычисляется с помощью одного из уравнений 3-5. Мгновенное втекающее PM-количество Qs, полученное на этапе S103, и эффективность η улавливания, вычисленная на этапе S105, используются для этого вычисления. Кроме того, на этапе S107, осажденное количество G в позиции n заряда обновляется на основе величины ΔGi увеличения, вычисленной на этапе S106, с помощью уравнения 6.
n
n
n
n
На этапе S108, определяется то, превышает или нет осажденное количество G, обновленное на этапе S107, пороговое значение α1. Вероятность отсоединения осаждаемых PM таким образом, что они протекают вниз, увеличивается по мере того, как увеличивается осажденное количество G. Пороговое значение α1 составляет верхний предел диапазона осажденного количества, при этом отсоединение PM ограничивается в пределах допустимого диапазона. В случае если на этапе S108 определение выполнено для всех позиций n заряда, если осажденное количество G равно или меньше порогового значения α1 во всех позициях n заряда, окислительная очистка PM не выполняется. Тем не менее, если осажденное количество G превышает пороговое значение α1, по меньшей мере, в одной из позиций n заряда, этап S109 выбирается, и окислительная очистка PM выполняется посредством устройства 8 окислительной очистки.
Далее поясняется второй вариант осуществления изобретения. Базовая конструкция устройства управления выхлопными газами согласно второму варианту осуществления изобретения является идентичной базовой конструкции устройства управления выхлопными газами согласно первому варианту осуществления изобретения. Следовательно, рекомендуется обратиться к фиг. 1, когда конструкция устройства управления выхлопными газами упоминается в нижеприведенном описании, если не указано иное.
Настоящий вариант осуществления изобретения имеет один признак в конструкции окислительной подложки 30. Фиг. 7 является видом, показывающим конструкцию окислительной подложки 30 согласно настоящему варианту осуществления изобретения. Окислительная подложка 30 согласно настоящему варианту осуществления изобретения состоит из множества частичных подложек 301-306, которые выровнены в направлении потока выхлопного газа. Хотя не показано на чертеже, каждая из частичных подложек 301-306 содержит окислительный электрод, к которому прикладывается переменное напряжение из устройства 34 формирования переменного напряжения. Окислительный электрод (в дальнейшем называемый "частичным электродом"), предоставленный отдельно для каждой из частичных подложек 301-306, и устройство 34 формирования переменного напряжения отдельно соединяются между собой. Устройство 34 формирования переменного напряжения может прикладывать переменное напряжение отдельно к каждому из частичных электродов. Таким образом, в настоящем варианте осуществления изобретения, окислительная очистка через приложение переменного напряжения из устройства 34 формирования переменного напряжения может выполняться отдельно для каждой из частичных подложек 301-306.
Окислительная подложка 30, имеющая эту конструкцию, позволяет прикладывать переменное напряжение только к местоположению, в котором должна выполняться окислительная очистка, и в силу этого, уменьшать электрическую мощность, потребляемую посредством всего устройства управления выхлопными газами. Ниже описывается конкретный пример этого случая с использованием фиг. 8.
Фиг. 8 иллюстрирует оцененное осажденное количество в каждой из позиций заряда и позиционную взаимосвязь между каждой из позиций заряда в направлении потока выхлопного газа и каждой из частичных подложек 301-306. В примере, показанном на фиг. 8, оцененное осажденное количество в позиции 1 заряда превышает пороговое значение, и оцененное осажденное количество в каждой из позиций 2 и 3 заряда не превышает пороговое значение. В этом случае, можно определять то, что область, в которой осаждаемые PM с большой вероятностью должны отсоединяться, представляет собой область от позиции 0 заряда до позиции 1 заряда.
В примере, показанном на фиг. 8, частичные подложки 301 и 302 соответствуют области от позиции 0 заряда до позиции 1 заряда. В силу этого, в настоящем варианте осуществления изобретения, окислительная очистка выполняется не посредством частичных подложек 303-306, а только посредством частичных подложек 301 и 302. На фиг. 8, "включено" означает то, что переменное напряжение прикладывается к частичному электроду в каждой из соответствующих частичных подложек, а "выключено" означает то, что переменное напряжение не прикладывается к частичному электроду в каждой из соответствующих частичных подложек. Посредством выполнения окислительной очистки только в области, в которой PM могут отсоединяться таким образом, может предотвращаться отсоединение PM при поддержании величины потребления электрической мощности небольшой.
В этой связи, окислительная подложка 30 согласно настоящему варианту осуществления изобретения также может модифицироваться так, как показано на фиг. 9. В примере модификации, показанном на фиг. 9, множество частичных электродов 30b1-30b6, которые являются независимыми друг от друга, выровнены в направлении потока выхлопного газа. Эти частичные электроды 30b1-30b6 предоставляются в идентичной подложке таким образом, что они совместно используют один диэлектрик 30a. Посредством управления приложением переменного напряжения к каждому из частичных электродов 30b1-30b6 и прекращением приложения переменного напряжения к ним, окислительная очистка может выполняться отдельно для каждого из частичных электродов 30b1-30b6.
Настоящий вариант осуществления изобретения также имеет один признак в способе вычисления осажденного количества PM с помощью модели оценки осажденного количества PM. Как описано выше, в настоящем варианте осуществления изобретения, окислительная очистка может выполняться отдельно для каждого из частичных электродов. Следовательно, степень снижения осажденного количества PM, вызываемого посредством выполнения окислительной очистки, также отличается в зависимости от каждого из частичных электродов. Таким образом, в настоящем варианте осуществления изобретения, с целью более точно оценивать распределение осажденного количества PM в направлении потока выхлопного газа, оцененное осажденное количество PM в каждой из позиций заряда вычисляется с помощью модели оценки осажденного количества PM, сконфигурированной так, как описано ниже.
Модель оценки осажденного количества PM согласно настоящему варианту осуществления изобретения может выражаться посредством, например, формулы вычисления для вычисления эффективности улавливания, выражаемой посредством вышеприведенных уравнений 1 и 2, формулы вычисления для вычисления величины увеличения осажденного количества, указываемого посредством вышеприведенных уравнений 3, 4 и 5, формулы вычисления для вычисления окисленного количества PM, указываемого посредством уравнения 7, формулы вычисления для вычисления величины изменения осажденного количества, указываемого посредством уравнения 8, и формулы вычисления для вычисления осажденного количества, указываемого посредством уравнения 9 вместо уравнения 6.
n
ΔGd=Z*V*ΔT ...  уравнение 7
n
n
n
ΔG=ΔGi-ΔGd...  уравнение 8
n
n
G=ΣΔG...  уравнение 9
n
В уравнении 7, ΔGd обозначает окисленное количество PM в единицу времени осаждения в секции от позиции n-1 заряда до позиции n заряда, Z обозначает собственное значение подложки в качестве окислительной способности подложки, и V обозначает скорость окисления (г/с) PM. Скорость V окисления зависит от абсолютной величины переменного напряжения, приложенного к каждому из частичных электродов. Следовательно, если абсолютная величина приложенного переменного напряжения управляется отдельно для каждого из частичных электродов, значение скорости V окисления трактуется не в качестве константы, которая является общей между позициями заряда, а в качестве переменной, которая отличается в зависимости от позиции n заряда.
n
n
n
n
В уравнении 8, ΔG обозначает величину изменения осажденного количества в единицу времени осаждения в секции от позиции n-1 заряда до позиции n заряда. Осажденное количество снижается по мере того, как PM удаляются через окислительную очистку. Следовательно, величина ΔG изменения осажденного количества в единицу времени осаждения является количеством, которое получается посредством вычитания окисленного количества ΔGd PM в единицу времени осаждения из величины ΔGi увеличения осажденного количества в единицу времени осаждения.
n
n
n
В уравнении 9, осажденное количество G в данный момент вычисляется посредством интегрирования величины ΔG изменения осажденного количества в единицу времени осаждения. В настоящем варианте осуществления изобретения, осажденное количество G, оцененное с помощью уравнений 1-5 и 7-9, используется при управлении окислительной очисткой.
Далее описываются подробности управления окислительной очисткой, приспосабливаемого в настоящем варианте осуществления изобретения. Конфигурация электронного модуля 100 управления для выполнения управления окислительной очисткой является идентичной конфигурации первого варианта осуществления изобретения и проиллюстрирована как блоки на фиг. 5. Электронный модуль 100 управления согласно настоящему варианту осуществления изобретения также оснащен модулем 100a оценки распределения осажденного количества и модулем 100b управления окислительной очисткой. Модуль 100a оценки распределения осажденного количества выполнен с возможностью вычислять оцененное осажденное количество в каждой из позиций заряда с помощью вышеприведенной модели оценки осажденного количества PM. Модуль 100b управления окислительной очисткой выполнен с возможностью управлять включенным/выключенным состоянием окислительной очистки посредством устройства 8 окислительной очистки, отдельно для каждого из частичных электродов, на основе сравнения между оцененным осажденным количеством в каждой из позиций заряда, вычисленным посредством модуля 100a оценки распределения осажденного количества, и пороговым значением.
Фиг. 10 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей последовательность операций управления для управления окислительной очисткой, которое выполняется посредством электронного модуля 100 управления в настоящем варианте осуществления изобретения. Компьютерная программа, созданная на основе этой блок-схемы последовательности операций способа, считывается из запоминающего устройства 104 и выполняется с предварительно определенным циклом управления посредством процессора 102. Таким образом, функция модуля 100a оценки распределения осажденного количества и функция модуля 100b управления окислительной очисткой реализуются в электронном модуле 100 управления.
Как показано на фиг. 10, последовательность операций управления для управления окислительной очисткой состоит из процессов от этапа S201 до этапа S217. Электронный модуль 100 управления выполняет обработку, представленную посредством этой последовательности операций управления, отдельно для каждой из позиций 1-3 заряда. В этой связи, суффикс n на блок-схеме последовательности операций способа означает то, что выполняется обработка, соответствующая позиции n заряда.
На этапе S201, получается расход Ga выхлопных газов в качестве фрагмента входной информации. На этапе S202, получается мгновенное втекающее PM-количество Qs в качестве фрагмента входной информации. На этапе S203, получается интенсивность E электрического поля между зарядным электродом 20 и внешней оболочкой 12 в качестве фрагмента информации настроек.
n
n
n
На этапе S204, эффективность η улавливания в позиции n заряда вычисляется с помощью уравнений 1 и 2. Расход Ga выхлопных газов, полученный на этапе S201, и интенсивность E электрического поля, полученная на этапе S203, используются для этого вычисления. На этапе S205, величина ΔGi увеличения осажденного количества в позиции n заряда вычисляется с помощью одного из уравнений 3-5. Мгновенное втекающее PM-количество Qs, полученное на этапе S202, и эффективность η улавливания, вычисленная на этапе S204, используются для этого вычисления.
На этапе S206, определяется то, включена или нет окислительная очистка PM посредством частичного электрода, соответствующего позиции n заряда, а именно, то, выполняется или нет окислительная очистка посредством частичного электрода, соответствующего позиции n заряда. Если окислительная очистка не выполняется, последовательность операций управления переходит к этапу S215.
n
n
n
n
На этапе S215, осажденное количество G в позиции n заряда обновляется на основе величины ΔGi увеличения осажденного количества, вычисленной на этапе S205. Поскольку окислительная очистка не выполняется, окисленное количество PM равно нулю, и величина ΔG изменения осажденного количества в единицу времени осаждения в уравнении 8 равна величине ΔGi увеличения времени осаждения в единицу времени осаждения.
n
n
2
n
На этапе S216, определяется то, превышает или нет осажденное количество G, обновленное на этапе S215, пороговое значение α1. Если осажденное количество G превышает пороговое значение α1, выбирается этап S217. На этапе S217, переменное напряжение прикладывается к частичному электроду, соответствующему позиции n заряда, и окислительная очистка выполняется посредством частичного электрода, соответствующего позиции n заряда. Например, в примере, показанном на фиг. 7, если осажденное количество G в позиции 2 заряда становится больше порогового значения α1, переменное напряжение прикладывается к каждому из частичных электродов частичных подложек 303 и 304, и окислительная очистка выполняется посредством частичных электродов. С другой стороны, если осажденное количество G меньше порогового значения α1, переменное напряжение не прикладывается к частичному электроду, соответствующему позиции n заряда, и окислительная очистка по-прежнему не выполняется.
n
n
n
n
Если окислительная очистка уже выполнена посредством частичного электрода, соответствующего позиции n заряда, на этапе S206, последовательность операций управления переходит к этапу S207. На этапе S207, получается скорость V окисления PM. Скорость V окисления вычисляется из значения напряжения переменного напряжения, приложенного к частичному электроду, соответствующему позиции n заряда, из устройства 34 формирования переменного напряжения. На этапе S208, окисленное количество ΔGd PM в позиции n заряда вычисляется с помощью уравнения 7. Скорость V окисления, полученная на этапе S207, используется для этого вычисления. Затем на этапе S209, величина ΔG изменения осажденного количества в позиции n заряда вычисляется с помощью уравнения 8. Величина ΔGi увеличения осажденного количества, вычисленная на этапе S205, и окисленное количество ΔGd PM, вычисленное на этапе S208, используются для этого вычисления.
n
n
n
n
n
n
На этапе S210, определяется то, равна или выше нуля либо нет величина ΔG изменения осажденного количества, вычисленная на этапе S209. Если величина ΔG изменения осажденного количества меньше нуля, осажденное количество PM снижается вследствие эффекта окислительной очистки. Тем не менее, если величина ΔG изменения осажденного количества равна или выше нуля, осажденное количество PM остается неизменным или увеличивается, хотя окислительная очистка выполняется. Только если величина ΔG изменения осажденного количества равна или выше нуля, выбирается этап S211. На этапе S211, повышается значение напряжения переменного напряжения, приложенного к частичному электроду, соответствующему позиции n заряда, из устройства 34 формирования переменного напряжения. Когда значение напряжения приложенного напряжения повышается, окисленное количество ΔGd PM увеличивается вследствие повышения в скорости V окисления PM, так что величина ΔG изменения осажденного количества снижается.
n
n
На этапе S212, осажденное количество G в позиции n заряда обновляется на основе величины ΔG изменения осажденного количества, вычисленной на этапе S209, с помощью уравнения 9.
n
n
На этапе S213, определяется то, меньше или нет осажденное количество G, обновленное на этапе S212, порогового значения α2. Если осажденное количество G меньше порогового значения α2, выбирается этап S214. На этапе S214, переменное напряжение прекращает прикладываться к частичному электроду, соответствующему позиции n заряда, и окислительная очистка прекращает выполняться посредством частичного электрода, соответствующего позиции n заряда. Таким образом, условие, определенное на этапе S213, представляет собой условие прекращения для прекращения выполнения окислительной очистки посредством частичного электрода, соответствующего позиции n заряда. Во избежание колебаний включения/отключения окислительной очистки, пороговое значение α2 задается меньше порогового значения α1.
Далее поясняется третий вариант осуществления изобретения. Базовая конструкция устройства управления выхлопными газами согласно третьему варианту осуществления изобретения является идентичной базовой конструкции устройства управления выхлопными газами согласно первому варианту осуществления изобретения. Следовательно, рекомендуется обратиться к фиг. 1, когда конструкция устройства управления выхлопными газами упоминается в нижеприведенном описании, если не указано иное.
Настоящий вариант осуществления изобретения имеет один признак в функции пылеулавливающего устройства 6. Пылеулавливающее устройство 6 согласно настоящему варианту осуществления изобретения имеет такую конфигурацию, в которой каждый из множества разрядных участков 20b, принадлежащих зарядному электроду 20, может отдельно разряжаться. Ниже описывается конкретная конструкция для реализации этой функции. Посредством назначения этой функции пылеулавливающему устройству 6, может выполняться управление позицией заряда, которое описывается ниже.
Фиг. 11 является видом, показывающим основные принципы управления позицией заряда. Управление позицией заряда представляет собой управление последовательным переключением того из разрядных участков 20b, который должен разряжаться, и изменением позиции заряда на окислительной подложке 30. Посредством изменения позиции заряда на окислительной подложке 30, также может изменяться распределение осажденного количества PM на окислительной подложке 30. При управлении позицией заряда, тот из разрядных участков 20b, который должен разряжаться, переключается в соответствии с изменением распределения осажденного количества. Более конкретно, разрядный участок 20b переключается на позицию на окислительной подложке 30, в которой осажденное количество является небольшим. Таким образом, смещение при осаждении PM в направлении потока выхлопного газа уменьшается.
Ниже описывается конкретный пример управления позицией заряда с помощью фиг. 11. Фиг. 11 иллюстрирует пример, в котором тот из разрядных участков 20b, который должен разряжаться, переключается между тремя разрядными участками 20b, соответствующими позициям 1, 2 и 3 заряда, соответственно. Кроме того, в этом конкретном примере, управление окислительной очисткой, описанное во втором варианте осуществления изобретения, а именно, управление выполнением окислительной очистки отдельно для каждого из частичных электродов, которые выровнены в направлении потока выхлопного газа, комбинируется с управлением позицией заряда.
На этапе 1, показанном на фиг. 11, разрядный участок 20b, соответствующий позиции 1 заряда, разряжается. Вследствие этого разряда, PM осаждаются в области близко к позиции 1 заряда на окислительной подложке 30. На этапе 2 после этапа 1, окислительная очистка выполняется посредством частичного электрода, соответствующего позиции 1 заряда, и тот из разрядных участков 20b, который должен разряжаться, переключается на разрядный участок 20b, соответствующий позиции 2 заряда. Таким образом, PM, осаждаемые в области, соответствующей позиции 1 заряда, подвергаются окислительной очистке и снижаются по количеству. На этапе 3 после этапа 2, тот из разрядных участков 20b, который должен разряжаться, переключается на разрядный участок 20b, соответствующий позиции 3 заряда. Таким образом, область на окислительной подложке 30, в которой осаждаются PM, сдвигается ниже в направлении потока выхлопного газа. Затем на этапе 4 после этапа 3, тот из разрядных участков 20b, который должен разряжаться, переключается снова на разрядный участок 20b, соответствующий позиции 1 заряда. Таким образом, область на окислительной подложке 30, в которой осаждаются PM, сдвигается снова выше в направлении потока выхлопного газа, так что распределение осажденного количества PM на окислительной подложке 30 гомогенизируется.
Фиг. 12 является видом, показывающим пример конструкции пылеулавливающего устройства 6 для реализации вышеуказанного управления позицией заряда. В примере, показанном на фиг. 12, зарядный электрод 20, принадлежащий пылеулавливающему устройству 6, состоит из трех частичных зарядных электродов 201, 202 и 203, которые выровнены в направлении потока выхлопного газа. Частичные зарядные электроды 201, 202 и 203 содержат разрядные участки 20b1, 20b2 и 20b3, соответственно. В этом примере, пылеулавливающее устройство 6 соединяет частичные зарядные электроды 201, 202 и 203 с устройством 24 формирования постоянного напряжения посредством переключателя 210 на два направления. Посредством управления переключателем 210 на два направления, может переключаться соединение между разрядными участками 20b1, 20b2 и 20b3 и устройством 24 формирования постоянного напряжения, и только выбранный разрядный участок может разряжаться посредством приложения постоянного напряжения к нему.
Далее описываются подробности управления окислительной очисткой и управления позицией заряда, приспосабливаемого в настоящем варианте осуществления изобретения. Фиг. 13 является блок-схемой, показывающей конфигурацию электронного модуля 100 управления согласно настоящему варианту осуществления изобретения. Как проиллюстрировано посредством блоков на фиг. 13, электронный модуль 100 управления оснащен модулем 100a оценки распределения осажденного количества, модулем 100b управления окислительной очисткой и модулем 100c управления позицией заряда. Эти модули соответствуют компьютерной программе, сохраненной в запоминающем устройстве 104 электронного модуля 100 управления, либо ее части.
Модуль 100a оценки распределения осажденного количества выполнен с возможностью вычислять оцененное осажденное количество в каждой из позиций заряда с помощью модели оценки осажденного количества PM, описанной во втором варианте осуществления изобретения. Модуль 100b управления окислительной очисткой выполнен с возможностью управлять включенным/выключенным состоянием окислительной очистки посредством устройства 8 окислительной очистки отдельно для каждого из частичных электродов, на основе сравнения между оцененным осажденным количеством в каждой из позиций заряда, вычисленным посредством модуля 100a оценки распределения осажденного количества, и пороговым значением. Модуль 100c управления позицией заряда выполнен с возможностью переключать тот из разрядных участков, который должен разряжаться, в соответствии с изменением распределения осажденного количества PM и изменять позицию заряда на окислительной подложке 30.
Фиг. 14 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей последовательность операций управления для управления окислительной очисткой и управления позицией заряда, выполняемых посредством электронного модуля 100 управления в настоящем варианте осуществления изобретения. Компьютерная программа, созданная на основе этой блок-схемы последовательности операций способа, считывается из запоминающего устройства 104 и выполняется с предварительно определенным циклом управления посредством процессора 102. Таким образом, соответствующие функции модуля 100a оценки распределения осажденного количества, модуля 100b управления окислительной очисткой и модуля 100c управления позицией заряда реализуются посредством электронного модуля 100 управления.
Как показано на фиг. 14, последовательность операций управления для управления окислительной очисткой и управления позицией заряда состоит из процессов от этапа S301 до этапа S320. Электронный модуль 100 управления выполняет обработку, представленную посредством этой последовательности операций управления, отдельно для каждой из позиций 1-3 заряда. В этой связи, суффикс n на блок-схеме последовательности операций способа означает то, что выполняется обработка, соответствующая позиции n заряда.
На этапе S301, определяется то, выполняется или нет статическое пылеулавливание, через разряд в позиции n заряда. Если разряд выполняется в позиции n заряда, процессы от этапа S302 до этапа S306 выполняются. Если разряд не выполняется в позиции n заряда, эти этапы пропускаются.
На этапе S302, получается расход Ga выхлопных газов в качестве фрагмента входной информации. На этапе S303, получается мгновенное втекающее PM-количество Qs в качестве фрагмента входной информации. На этапе S304, получается интенсивность E электрического поля между зарядным электродом 20 и внешней оболочкой 12 в качестве фрагмента информации настроек.
n
n
n
На этапе S305, эффективность η улавливания в позиции n заряда вычисляется с помощью уравнений 1 и 2. Расход Ga выхлопных газов, полученный на этапе S302, и интенсивность E электрического поля, полученная на этапе S304, используются для этого вычисления. На этапе S306, величина ΔGi увеличения осажденного количества в позиции n заряда вычисляется с помощью одного из уравнений 3-5. Мгновенное втекающее PM-количество Qs, полученное на этапе S303, и эффективность η улавливания, вычисленная на этапе S305, используются для этого вычисления.
На этапе S307, определяется то, включена или нет окислительная очистка PM посредством частичного электрода, соответствующего позиции n заряда, а именно, то, выполняется или нет окислительная очистка посредством частичного электрода, соответствующего позиции n заряда. Если окислительная очистка не выполняется, последовательность операций управления переходит к этапу S318.
n
n
n
n
На этапе S318, осажденное количество G в позиции n заряда обновляется на основе величины ΔGi увеличения осажденного количества, вычисленной на этапе S306. Поскольку окислительная очистка не выполняется, окисленное количество PM равно нулю, и величина ΔG изменения осажденного количества в единицу времени осаждения в уравнении 8 равна величине ΔGi увеличения осажденного количества в единицу времени осаждения.
n
n
n
На этапе S319, определяется то, превышает или нет осажденное количество G, обновленное на этапе S318, пороговое значение α1. Если осажденное количество G превышает пороговое значение α1, этап S320 выбирается. На этапе S320, переменное напряжение прикладывается к частичному электроду, соответствующему позиции n заряда, и окислительная очистка выполняется посредством частичного электрода, соответствующего позиции n заряда. Если осажденное количество G меньше порогового значения α1, переменное напряжение не прикладывается к частичному электроду, соответствующему позиции n заряда, и окислительная очистка по-прежнему не выполняется.
n
n
n
n
На этапе S307, если окислительная очистка уже выполнена посредством частичного электрода, соответствующего позиции n заряда, последовательность операций управления переходит к этапу S308. На этапе S308, получается скорость V окисления PM. Скорость V окисления вычисляется из значения напряжения переменного напряжения, приложенного к частичному электроду, соответствующему позиции n заряда, из устройства 34 формирования переменного напряжения. На этапе S309, окисленное количество ΔGd PM в позиции n заряда вычисляется с помощью уравнения 7. Скорость V окисления, полученная на этапе S308, используется для этого вычисления. Затем на этапе S310, величина ΔG изменения осажденного количества в позиции n заряда вычисляется с помощью уравнения 8. Величина ΔGi увеличения осажденного количества, вычисленная на этапе S306, и окисленное количество ΔGd PM, вычисленное на этапе S309, используются для этого вычисления.
n
n
n
n
На этапе S311, определяется то, равна или выше нуля либо нет величина ΔG изменения осажденного количества, вычисленная на этапе S310. Если величина ΔG изменения осажденного количества меньше нуля, осажденное количество PM снижается вследствие эффекта окислительной очистки. В этом случае, этапы S312-S314 пропускаются, и управляющая процедура переходит к этапу S315. С другой стороны, если величина ΔG изменения осажденного количества равна или выше нуля, управляющая процедура дополнительно переходит к этапу S312, чтобы определять то, равна или выше либо нет величина ΔG изменения осажденного количества, вычисленная на этапе S310, предварительно определенного порогового значения β, которое выше нуля.
n
n
n
n
Если величина ΔG изменения осажденного количества меньше порогового значения β, этап S314 выбирается. На этапе S314, повышается значение напряжения переменного напряжения, приложенного к частичному электроду, соответствующему позиции n заряда, из устройства 34 формирования переменного напряжения. Таким образом, когда окисленное количество ΔGd PM только немного меньше величины ΔGi увеличения осажденного количества, скорость V окисления PM повышается посредством повышения приложенного напряжения. Величина ΔG изменения осажденного количества представляет разность между скоростью осаждения PM в позиции n заряда и скоростью окисления PM.
n
n
n
Если величина ΔG изменения осажденного количества превышает пороговое значение β, этап S313 выбирается. На этапе S313, позиция заряда переключается с текущей позиции на другую позицию посредством переключения того из разрядных участков, который должен разряжаться, с текущего разрядного участка на другой разрядный участок. Это обусловлено следующей причиной. Таким образом, в случае если величина ΔGi увеличения осажденного количества существенно превышает окисленное количество ΔGd PM, а именно, в случае если скорость осаждения PM в позиции n заряда значительно выше скорости окисления PM, даже когда приложенное напряжение повышается, чтобы повышать скорость V окисления PM, осаждаемые PM могут отсоединяться вследствие задержки окислительной очистки. В таком случае, может предотвращаться отсоединение осаждаемых PM посредством прекращения осаждения дополнительных PM посредством переключения позиции заряда. В этой связи, позиция, в которой распределение осажденного количества PM в направлении потока выхлопного газа может задаваться более гомогенным, выбирается в качестве позиции заряда в качестве назначения переключения.
n
n
На этапе S315, осажденное количество G в позиции n заряда обновляется на основе величины ΔG изменения осажденного количества, вычисленной на этапе S310, с помощью уравнения 9.
n
n
На этапе S316, определяется то, меньше или нет осажденное количество G, обновленное на этапе S315, порогового значения α2. Если осажденное количество G меньше порогового значения α2, этап S317 выбирается. На этапе S317, переменное напряжение прекращает прикладываться к частичному электроду, соответствующему позиции n заряда, и окислительная очистка прекращает выполняться посредством частичного электрода, соответствующего позиции n заряда.