УЗЕЛ ДАТЧИКА ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ РАБОТЫ УЗЛА ДАТЧИКА ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ
PARTICLE SENSOR ASSEMBLY (VERSIONS) AND METHOD OF OPERATION OF SOLID PARTICLE SENSOR ASSEMBLY

Область изобретения
Настоящее изобретение, в целом, относится к узлу датчика твердых частиц.
Уровень техники
В системах снижения выбросов двигателя могут использоваться различные датчики отработавших газов. Одним из вариантов датчика может быть датчик твердых частиц, отображающий данные о массе и/или концентрации твердых частиц в отработавших газах. В одном из примеров датчик твердых частиц может работать посредством накапливания твердых частиц в течение некоторого времени и осуществления индикации степени накопления как меры количества твердых частиц в отработавших газах.
Датчики ТЧ (РМ) могут обеспечивать оценку корреляции между измеряемой разностью электропроводностей (или сопротивлений) пары электродов, расположенных на поверхности подложки датчика, и количеством твердых частиц, оседающих между электродами. Неравномерное расположение сажи на датчике ввиду отклонений в распределении потока по поверхности датчика может представлять проблемы для датчиков твердых частиц. Кроме того, датчики твердых частиц могут быть подвержены загрязнению попадающими каплями воды и/или крупными твердыми частицами, присутствующими в отработавших газах. Это загрязнение может приводить к ошибкам в выходных данных датчика.
К другим попыткам улучшения характеристик работы датчика твердых частиц относится направление части потока отработавших газов в сторону датчика твердых частиц. Один из примеров этого подхода показан Лиу (Liu) с соавт. в патентной заявке США US8756913. В упомянутой заявке вдоль выпускного канала расположена пара перекрещивающихся трубок, и в верхней части выпускного канала, соединенной по текучей среде с осевой трубкой упомянутой пары трубок, расположен датчик. Упомянутые трубки выполнены с возможностью получения отработавших газов из различных мест внутри выпускного канала для увеличения точности данных, выдаваемых датчиком.
Однако, авторы настоящего изобретения отметили потенциальные недостатки подобных систем. В качестве одного из примеров, упомянутая пара трубок может пропускать крупные твердые частицы и/или капли воды в датчик. Это может снижать надежность данных, передаваемых датчиком, относящихся к снижению эффективности сажевого фильтра СФ (PF).
Авторы настоящего изобретения осознают упомянутые выше недостатки, и разработали подход, по меньшей мере, к частичному устранению как общих недостатков, так и недостатков в частности заявки Лиу (Liu). В одном из примеров, упомянутые выше недостатки могут быть устранены в системе, содержащей две полностью перекрещивающиеся трубки, соединенные по текучей среде с внешней кольцевой трубкой, причем перекрещивающиеся трубки и кольцевая трубка соединены по текучей среде с датчиком посредством изогнутой трубки (например, L-или С-образной трубки) в направлении, противоположном потоку отработавших газов. Таким образом, снижается вероятность попадания крупных твердых частиц и капель воды в датчик.
В качестве одного из примеров, упомянутая кольцевая трубка расположена на радиальном удалении от внутренних поверхностей выпускной трубы. Перекрещивающиеся трубки и внешняя кольцевая трубка содержат впускные отверстия, обращенные к направлению поступающего потока отработавшего газа. Эти впускные отверстия выполнены с возможностью впуска потока отработавших газов в общий внутренний канал кольцевой и перекрещивающихся трубок. Отработавшие газы во внутреннем пространстве могут поступать в L-образную трубку в направлении, противоположном направлению поступающего потока отработавших газов. Это может снижать и/или предотвращать попадание крупных твердых частиц и/или капель воды в датчик ТЧ (РМ), расположенный в верхней части L-образной трубки ввиду повышенной инерции крупных твердых частиц и/или капель воды, отбрасывающей их к задней стенке внутреннего пространства. В целом, может быть улучшено функционирование и надежность датчика ТЧ (РМ).
Следует понимать, что приведенное выше краткое описание представлено лишь для ознакомления в упрощенном виде с набором идей, более подробно раскрытых в подробном описании. Оно не предназначено для определения ключевых или обязательных признаков истребуемого объема изобретения, объем которого определен исключительно формулой изобретения, следующей за подробным описанием. Кроме того, истребуемый объем изобретения не ограничен вариантами осуществления, в которых устранены недостатки, указанные выше или в любой части настоящего документа.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлено схематическое изображение двигателя.
На фиг. 2 представлен вид узла датчика ТЧ (РМ) в изометрии.
На фиг. 3 представлен вид узла датчика ТЧ (РМ) в поперечном разрезе с примером потока отработавших газов, проходящего через этот узел.
Фиг. 2-3 представлены приблизительно с соблюдением пропорций, однако могут быть использованы другие относительные размеры без отклонения от объема настоящего изобретения.
На фиг. 4 представлен способ определения состояния фильтра твердых частиц.
Подробное описание
Настоящее изобретение относится к узлу датчика твердых частиц ТЧ (РМ). Узел датчика ТЧ (РМ) может содержать пару перекрещивающихся трубок, расположенных внутри наружной кольцевой трубки. Перекрещивающиеся трубки могут пересекаться с кольцевой трубкой таким образом, что внутреннее пространство перекрещивающихся трубок находится в соединении по текучей среде с внутренним пространством кольцевой трубки. Узел датчика ТЧ (РМ) может быть расположен во выпускном канале двигателя за сажевым фильтром СФ (PF) по ходу потока, как показано на фиг. 1. Изогнутая трубка соединена по текучей среде с перекрещивающимися трубками и кольцевой трубкой, обеспечивая поток отработавших газов в направлении, противоположном направлению потока поступающих отработавших газов, как показано на фиг. 2. Узел датчика ТЧ (РМ) может пропускать отработавшие газы в направлении датчика сажи, расположенного в верхней части изогнутой трубки, как показано на фиг. 3. Способ для определения состояния СФ (PF) на основе измеренной концентрации сажи в отработавших газах после СФ (PF) по ходу потока, показан на фиг. 4.
На фиг. 2-3 показаны примеры конструкций и относительное расположение различных компонентов. Если элементы показаны в непосредственном контакте друг с другом или непосредственно соединенными, то такие элементы могут быть упомянуты как, соответственно, непосредственно контактирующие или непосредственно соединенные, по меньшей мере, в одном из примеров. Аналогично, элементы, показанные соприкасающимися или близкими друг к другу, могут, соответственно, соприкасаться или располагаться близко друг к другу, по меньшей мере, в одном из примеров. В качестве примера, компоненты, расположенные заподлицо друг с другом, могут быть упомянуты как компоненты, расположенные заподлицо. В качестве другого примера, элементы, расположенные отдельно друг от друга, только с пространством и без других компонентов между ними, могут быть упомянуты как таковые, по меньшей мере, в одном из примеров.
Обратимся теперь к фиг. 1, на которой представлена схема с одним цилиндром многоцилиндрового двигателя 10, который может содержать двигательная установка транспортного средства. Управление двигателем 10 может осуществляться, по меньшей мере, частично, посредством системы управления, содержащей контроллер 12, и посредством входных сигналов от оператора 132 транспортного средства, передаваемых через устройство 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали, выдающий пропорциональный сигнал положения педали ПП (РР). Камера 30 сгорания (называемая также цилиндром 30) двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с расположенным в их пределах поршнем 36. 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 ведущим колесом (не показано) транспортного средства через промежуточную трансмиссию (не показана). Кроме того, через маховик (не показан) с коленчатым валом может быть соединен двигатель стартера (не показан), обеспечивающий запуск двигателя 10.
Камера 30 сгорания может получать впускной воздух из впускного коллектора 44 через канал 42, и может осуществлять выпуск продуктов сгорания через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут быть выборочно соединены с камерой 30 сгорания через, соответственно, впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания может содержать два или несколько впускных клапанов и/или два или несколько выпускных клапанов.
В примере, показанном на фиг. 1, управление впускным клапаном 52 и выпускным клапаном 54 может осуществляться с использованием кулачкового привода посредством соответствующих систем 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может содержать один или несколько кулачков и может использовать одну или несколько из систем переключения профиля кулачков ППК (CPS), изменения положения кулачков ИПК (VCT), изменения фаз газораспределения ИФГ (VVT) и/или изменения высоты подъема клапанов ИВПК (VVL), которыми, для изменения работы клапанов, может управлять контроллер 12. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может быть определено посредством датчиков 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления управление впускным клапаном 52 и/или выпускным клапаном 54 может быть реализовано посредством электрического привода.
Например, в качестве альтернативы, цилиндр 30 может содержать впускной клапан, управляемый электрическим приводом, и выпускной клапан, управляемый кулачковым приводом, оснащенным системой ППК (CPS) и/или ИВК (VCT).
В некоторых вариантах осуществления каждый из цилиндров двигателя 10 может быть оснащен одним или несколькими топливными инжекторами для подачи в них топлива. В качестве неограничивающего примера, цилиндр 30 показан содержащим один топливный инжектор 66. Топливный инжектор 66 показан соединенным с цилиндром 30 для впрыска непосредственно в него топлива в количестве, пропорциональном ширине топливного импульса сигнала ШТИ (FPW), получаемого от контроллера 12 через электронный драйвер 68. Таким образом, топливный инжектор 66 осуществляет так называемый непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Также должно быть ясно, что в процессе цикла сгорания топливо в цилиндр 30 может быть подано за множество инжекций. В других вариантах, топливный инжектор может быть установлен, например, в стенке камеры сгорания или в верхней части камеры сгорания. Подача топлива к топливному инжектору 66 может осуществляться топливной системой (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу.
В примере, показанном на фиг. 1, двигатель 10 выполнен в виде дизельного двигателя, в котором осуществляется сгорания смеси воздуха и дизельного топлива посредством воспламенения от сжатия. В других вариантах осуществления в двигателе 10 может осуществляться сгорание различных видов топлива, в том числе бензина, биодизеля или спиртосодержащих топливных смесей (например, смеси бензина и этанола или смеси бензина и метанола), посредством воспламенения от сжатия и/или искрового зажигания. Таким образом, варианты осуществления, раскрытые в настоящей заявке, могут быть использованы в двигателе любого типа, включая, но не ограничиваясь этим, дизельные и бензиновые двигатели с воспламенением от сжатия, двигатели с искровым зажиганием, двигатели с непосредственным или распределенным впрыском, и так далее.
Впускной канал 42 может содержать дроссель 62, содержащий дроссельную заслонку 64. В данном конкретном примере контроллер 12 может изменять положение дроссельной заслонки 64 посредством сигнала, подаваемого на электрический двигатель или привод, входящий в состав дросселя 62, в так называемой системе электронного управления дросселем ЭУД (ETC). Таким образом, работа дросселя 62 может обеспечивать изменение количества впускного воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, а также в другие цилиндры двигателя. Положение дроссельной заслонки 64 может передаваться контроллеру 12 в виде сигнала положения дросселя ПД (TP). Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе, передающие контроллеру 12 соответствующие сигналы МРВ (MAF) и АДК (MAP).
Кроме того, в раскрытых вариантах осуществления, система рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR) может перенаправлять отработавшие газы в необходимой пропорции из выпускного канала 48 во впускной коллектор 44 через канал 140 РОГ (EGR). Контроллер 12 может осуществлять изменение количества подаваемых рециркулируемых отработавших газов посредством клапана 142 РОГ (EGR). Например, благодаря подаче отработавших газов в двигатель 10, количество доступного для сгорания кислорода снижается, в связи с чем снижается температура сгорания и уменьшается образование NOx. Как видно, система РОГ (EGR) дополнительно содержит датчик 144 РОГ (EGR), который может обеспечивать измерение давления и/или температуры и/или концентрации выхлопных газов, и может быть расположен внутри канала РОГ (EGR). В некоторых условиях система РОГ (EGR) может использоваться для регулирования температуры воздушно-топливной смеси в камере сгорания 30, таким образом, обеспечивая способ регулирования момента зажигания при некоторых режимах сгорания. Кроме того, при некоторых условиях, часть газообразных продуктов сгорания может быть удержана или сохранена в камере сгорания посредством регулирования фаз газораспределения выпускного клапана, например, посредством регулирования механизма изменения фаз газораспределения.
Выпускная система 128 содержит датчик 126 отработавших газов, соединенный с выпускным каналом 48 в месте, расположенном перед устройством 70 снижения выбросов и каналом 140 РОГ (EGR) по ходу потока. Датчик 126 отработавших газов может быть любым подходящим датчиком для определения отношения воздуха к топливу в отработавших газах, таким как линейный широкополосный датчик кислорода или универсальный датчик кислорода в отработавших газах УДКОГ (UEGO), датчик кислорода с двумя устойчивыми состояниями ДКОГ (EGO), НДКОГ (ДКОГ с подогревом), датчик NOx, углеводородов или СО.
Система 70 снижения выбросов показана расположенной в выпускном канале 48 после датчика 126 отработавших газов по ходу потока. Система 70 снижения выбросов может представлять собой систему селективной каталитической нейтрализации СКН (SCR), трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ТКН (TWC), ловушку NOx, различные другие устройства снижения выбросов, или их сочетания. Например, система 70 снижения выбросов может содержать каталитический нейтрализатор 71 СКН (SCR) и сажевый фильтр 72 СФ (PF). В некоторых вариантах осуществления СФ (PF) 72 может быть расположен после каталитического нейтрализатора 71 СКН (SCR) по ходу потока (как видно из фиг. 1), в то время, как в других вариантах осуществления СФ (PF) 72 может быть расположен перед каталитическим нейтрализатором 71 СКН (SCR) по ходу потока (не показано на фиг. 1). Система 70 снижения выбросов может дополнительно содержать датчик 162 отработавших газов. Датчик 162 может быть любым подходящим датчиком для определения концентрации компонентов отработавших газов, таким как, например, датчик NOx, аммиака, ДКОГ (EGO), или датчик ТЧ (РМ). В некоторых вариантах осуществления датчик 162 может быть расположен после СФ (PF) 72 по ходу потока (как показано на фиг. 1), в то время, как в других вариантах осуществления датчик 162 может быть расположен перед СФ (PF) 72 по ходу потока (не показано на фиг. 1). Кроме того, следует отметить, что в выпускном канале 48 может быть предусмотрено более одного датчика 162.
Как более подробно описано со ссылкой на фиг. 2, датчик 162 может быть узлом датчика ТЧ (РМ), содержащим датчик ТЧ (РМ), и может измерять массу или концентрацию твердых частиц после СФ (PF) 72 по ходу потока. Например, датчик 162 может быть датчиком сажи. Датчик 162 может быть функционально соединен с контроллером 12 и может обмениваться данными с контроллером 12 для определения концентрации твердых частиц в отработавших газах, выходящих из СФ (PF) 72 и проходящих по выпускному каналу 48. Таким образом, датчик 162 может обеспечивать обнаружение утечек из СФ (PF) 72.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, во время работы двигателя 10 система 70 снижения выбросов может быть периодически перезапущена посредством работе, по меньшей мере, одного цилиндра двигателя с определенным воздушно-топливным отношением.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, электронное запоминающее устройство для исполняемых программ и калибровочных значений, показанное в данном конкретном примере в виде микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства, запоминающее устройство 108 с произвольным доступом, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и шину данных. Контроллер 12 может быть связан и, соответственно, может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в том числе, в дополнение к вышеописанным сигналам, измеренный массовый расход засасываемого воздуха МРВ (MAF) от датчика 120 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя ТОД (ЕСТ) от датчика 112 температуры, соединенного с рукавом 114 охлаждения; сигнал профильного определения зажигания ПОЗ (PIP) от датчика 118 Холла (или датчика другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; сигнал положения дросселя ПД (TP) от датчика положения дросселя; сигнал абсолютного давления в коллекторе АДК (MAP) от датчика 122; и сигналы концентрации составляющих отработавших газов от датчика 126 отработавших газов. Сигнал скорости вращения двигателя (RPM) может быть выработан контроллером 12 из сигнала профильного определения зажигания ПОЗ (PIP).
Контроллер 12 получает сигналы от различных датчиков, показанных на фиг.1 (например, датчика 126 отработавших газов), и задействует различные исполнительные механизмы, показанные на фиг. 1, для регулирования работы двигателя на основе получаемых сигналов и команд, сохраненных в памяти контроллера.
Как описано выше, на фиг. 1 представлен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и каждый из цилиндров может аналогичным образом содержать свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливный инжектор(ы), свечу(и) зажигания, и так далее.
На фиг. 2 представлен вид узла 200 датчика твердых частиц ТЧ (РМ) в изометрии. Узел 200 датчика ТЧ (РМ) может быть использован аналогично или совместно с датчиком 162 в варианте осуществления, представленном на фиг. 1, и, следовательно, может иметь такие же характеристики и/или конфигурации как те, которые уже описаны для датчика 162 отработавших газов. Узел 200 датчика ТЧ (РМ) может быть выполнен с возможностью измерения массы и/или концентрации ТЧ (РМ) в отработавших газах в выпускном канале 202 (то есть, в выпускном канале 48 в варианте осуществления, представленном на фиг. 1) после СФ (PF) (например, СФ (PF) 72) по ходу потока. Узел 200 датчика ТЧ (РМ) содержит первую ступень 210 и вторую ступень 250. Следует понимать, что узел 200 датчика ТЧ (РМ) представлен в упрощенном виде в качестве примера, и что возможны другие конфигурации.
Система 290 координат содержит три оси, причем ось x параллельна горизонтальному направлению, ось у параллельна вертикальному направлению и ось z перпендикулярна как оси x, так и оси y. Центральная ось 295 выпускного канала 202, показанная пунктирной линией, параллельна оси х. Стрелка 298 параллельна оси x и показывает основное направление потока отработавших газов.
Выпускной канал 202 содержит цилиндрическую выпускную трубу 204 для прохождения отработавших газов из двигателя (например, двигателя 10 в варианте осуществления, представленном на фиг. 1) в окружающую среду. Для очистки отработавших газов выпускной канал 202 может содержать одно или несколько устройств доочистки, расположенных между двигателем и окружающей средой. Один из примеров устройства доочистки содержит сажевый фильтр СФ (PF) для захвата ТЧ (РМ) из потока отработавших газов. По мере все большей загрузки СФ (PF) ТЧ (РМ), его способность захватывать ТЧ (РМ) может снижаться, что приводит к повышению выбросов ТЧ (РМ). Узел 200 датчика ТЧ (РМ) может определять, когда СФ (PF) становится полностью загруженным, а контроллер (например, контроллер 12) может передавать сигнал для активной регенерации СФ (PF). Активная регенерация может содержать регулирование работы двигателя для намеренного увеличения температуры отработавших газов таким образом, чтобы ТЧ (РМ) на СФ (PF) могли быть сожжены. В противном случае ТЧ (РМ) на СФ (PF) могут быть сожжены посредством повышения температуры отработавших газов в ответ на пассивную регенерацию, которая может содержать регулирование работы двигателя для повышения температуры отработавших газов на основе изменения в работе двигателя (например, повышения нагрузки). Регенерации могут способствовать деградации (например, сколам) СФ (PF), что приводит к утечкам в СФ (PF). Утечка СФ (PF) также может быть обнаружена посредством узла датчика ТЧ (РМ). Определение требуемой регенерации и/или деградации СФ (PF) посредством узла 200 датчика ТЧ (РМ) будет описано более подробно ниже со ссылкой на фиг. 4.
Узел 200 датчика ТЧ (РМ) может представлять собой сплошное устройство, изготавливаемое в виде единой детали. Узел датчика ТЧ (РМ) может быть выполнен из пластика, металла, кремния и/или других подходящих материалов. В одном из примеров узел датчика ТЧ (РМ) может быть выполнен из материала, аналогичного материалу выпускной трубы 204.
Узел 200 датчика ТЧ (РМ) содержит первую ступень 210 и вторую ступень 250. Первая ступень 210 соединена со второй ступенью 250 физически и по текучей среде. Первая ступень 210 и вторая ступень 250 содержат множество трубок. Трубки являются полыми и цилиндрическими и имеют по существу равные диаметры. Вторая ступень 250 расположена перед первой ступенью 210 по ходу потока. Первая ступень 210 может непосредственно получать отработавшие газы и подавать газы во вторую ступень 250, причем отработавшие газы могут выходить из второй ступени и поступать обратно в выпускной канал 202. Первая ступень 210 отделена от выпускной трубы 204 и удерживается на месте посредством второй ступени 250, физически соединенной с выпускной трубой через утолщение.
Первая ступень 210 содержит внешнюю трубку 220, радиально отделенную расстоянием от внутренних поверхностей выпускной трубы 204. В некоторых вариантах осуществления радиальный зазор с радиальным расстоянием 206 между внутренней трубкой 220 и выпускной трубой 204 могут быть по существу неизменными по всей окружности внешней трубки. Таким образом, внешняя трубка 220 является кольцевой. В некоторых вариантах осуществления радиальные зазоры могут по существу не быть одинаковыми, и внешняя трубка может иметь продолговатую, квадратную, прямоугольную, пятиугольную, шестиугольную или другую подходящую форму. Понятие «по существу, одинаковый/равный/идентичный» может быть определено как отклонение между двумя компонентами, находящееся в пределах 1-5% в зависимости от производственных допусков.
Корпус 222 внешней трубки 220 с диаметром 224 внешней трубки является полым и цилиндрическим. Поперечное сечение корпуса 222 может быть по существу круглым вокруг оси х. Внешний общий внутренний канал расположен в корпусе 222, причем объем внешнего общего внутреннего канала соответствует окружности внешней трубки 220 и диаметру 224 внешней трубки. Внешний общий внутренний канал соединен по текучей среде с выпускным каналом 202 через множество внешних входных отверстий 226, которые могут непосредственно принимать отработавшие газы в корпус 222. Внешние входные отверстия 226 обращены к направлению потока поступающих отработавших газов (в сторону, противоположную стрелке 298) на передней поверхности внешней трубки 220. По существу, внешние входные отверстия 226 по размеру и форме могут быть идентичны друг другу. В качестве одного из примеров внешние входные отверстия 226 могут быть продолговатыми, однако для приема потока отработавших газов в общий внутренний канал могут быть использованы другие подходящие формы. Внешние входные отверстия 226 могут быть равноудалены друг от друга, таким образом, расстояние между первым входным отверстием и вторым входным отверстием множества внешних входных отверстий 226 по существу равно расстоянию между третьим входным отверстием и четвертым входным отверстием множества внешних входных отверстий 226. Внешние входные отверстия 226 могут быть ориентированы в одном направлении. В одном из примеров внешние входные отверстия 226 могут быть ориентированы в вертикальном направлении вдоль оси у. В другом примере внешние входные отверстия 226 могут быть ориентированы таким образом, чтобы повторять изгиб внешней трубки 220.
Внутри корпуса 222 расположен проход 228 с радиусом 229. Сумма значений радиуса 229, диаметра 224 внешней трубки и радиального расстояния 206 по существу равна наименьшему значению радиуса выпускной трубы 204. Таким образом, отработавшие газы могут проходить через радиальный зазор 206 и/или проход 228, не поступая во внешний общий внутренний канал внешней трубки 220. Отработавшие газы также могут контактировать с обращенными вверх по потоку поверхностями кольцевой трубки 220, расположенными между каждыми из внешних отверстий, не поступая во внешний общий внутренний канал. Таким образом, посредством внешних входных отверстий 226 внешняя трубка 220 может перехватывать отработавшие газы, расположенные в выпускном канале ближе к выпускной трубе.
Первая ступень 210 дополнительно содержит пару перекрещивающихся трубок 230, причем перекрещивающиеся трубки содержат первую трубку 232 и вторую трубку 234 по существу идентичные друг другу по длине, ширине и форме. Первая трубка 232 параллельна вертикальному направлению (оси y) и вторая трубка 234 параллельна горизонтальному направлению (оси x). Первая трубка 232 и вторая трубка 234 являются полыми и цилиндрическими. Первая трубка 232 имеет круглое поперечное сечение вдоль оси x и вторая трубка 234 также имеет круглое поперечное сечение вдоль оси у. Первая трубка 232 и вторая трубка 234 полностью пересекают друг друга перпендикулярно в средней точке 236 по всей длине трубок вдоль центральной оси 295. Средняя точка 236 является одним из примеров пересечения 236. Таким образом, в этом примере перекрещивающиеся трубки являются крестообразными (имеют форму плюса). В некоторых примерах перекрещивающиеся трубки 230 могут иметь различные х-образные формы, причем трубки пересекают друг друга не под прямым углом с образованием тупых и острых углов между ними. В одном из представленных примеров проход 228 может быть разделен на четыре по существу равные области, выполненные с возможностью обеспечения прохождения потока отработавших газов через них. Каждая из областей окружена соответствующим участком первой трубки 232, второй трубки 234 и внешней трубки 220.
Концы первой трубки 232 и второй трубки 234 физически соединены с корпусом 222 и внешней трубкой 220. Более конкретно, верхний конец 238 и нижний конец 240 первой трубки 232 физически соединены с корпусом 222 вдоль вертикальной оси 297. Левый конец 242 и правый конец 244 второй трубки 234 физически соединены с корпусом 222 перпендикулярно вертикальной оси 297. Концы трубок могут быть физически соединены с корпусом 222 посредством адгезивов, сварных соединений, сплавления и/или других подходящих соединительных элементов.
Как было упомянуто выше, первая трубка 232 и вторая трубка 234 являются полыми и, таким образом, могут содержать внутренний общий внутренний канал. Внешний общий внутренний канал внешней трубки 220 может выходить в перекрещивающиеся трубки 230 и может быть соединен по текучей среде с внутренним общим внутренним каналом перекрещивающихся трубок. Таким образом, внешний общий внутренний канал относится к внутреннему объему внешней трубки 220 и внутренний общий внутренний канал относится к внутреннему объему первой трубки 232 и второй трубки 234. Общий внутренний канал содержит как внешний общий внутренний канал, так и внутренний общий внутренний канал, причем внешний общий внутренний канал соединен по текучей среде с внутренним общим внутренним каналом.
Первый диаметр 246 первой трубки 232 может быть по существу равен второму диаметру 248 второй трубки 234. Внешний диаметр 224 корпуса может быть по существу равен первому диаметру 246 и второму диаметру 248. Таким образом, общий внутренний канал может быть по существу одинаковым по всей длине внешней трубки 220, первой трубки 232 и второй трубки 234. В некоторых вариантах осуществления один или несколько из внешнего диаметра 224 корпуса, первого диаметра 246 и второго диаметра 248 могут быть не равны.
Первая трубка 232 и вторая трубка 234 содержат множество внутренних входных отверстий 249, расположенных на передней поверхности трубок. Внутренние входные отверстия 249 могут непосредственно принимать отработавшие газы во внутренний общий внутренний канал. Внутренние входные отверстия 249 по размеру и форме могут быть по существу идентичны друг другу. В качестве одного из примеров внутренние входные отверстия 249 могут быть продолговатыми, однако, для приема потока отработавших газов во внутренний общий внутренний канал могут быть использованы другие подходящие формы. Внутренние входные отверстия 249 могут быть равноудалены друг от друга, таким образом, что расстояние между первым внутренним входным отверстием и вторым внутренним входным отверстием по существу равно расстоянию между третьим внутренним входным отверстием и четвертым внутренним входным отверстием множества внутренних входных отверстий 249. Расстояние между внутренними входными отверстиями 249 может быть по существу равно расстоянию между внешними входными отверстиями 226. В некоторых вариантах осуществления расстояние между внутренними входными отверстиями 249 может быть больше или меньше расстояния между внешними входными отверстиями 226.
Вторая ступень 250 содержит изогнутую трубку 251 с горизонтальной трубкой 252, проходящей вдоль центральной оси 295, и вертикальной трубкой 258, проходящей вверх от горизонтальной трубки 252 к выпускной трубе 204 вдоль оси у. Изогнутая трубка 251 может быть L-образной, С-образной, дугообразной, остроугольной, тупоугольной или иметь другую подходящую форму, например, быть J-образной. Горизонтальная трубка 252 и вертикальная трубка 258 являются полыми и цилиндрическими.
Вторая ступень 250 физически соединена с первой ступенью 210 через горизонтальную трубку 252. Более конкретно, горизонтальная трубка 252 физически соединена с первой ступенью 210 в месте 236 пересечения первой трубки 232 и второй трубки 234. Горизонтальная трубка 252 перпендикулярна вертикальной оси 297. Кроме того, горизонтальная трубка 252 перпендикулярна как первой трубке 232, так и второй трубке 234. Вторая ступень 250 имеет третий диаметр 254, который может быть по существу равен одному или нескольким из внешнего диаметра 224 корпуса, первого диаметра 246 и второго диаметра 248. Горизонтальная трубка 252 содержит внутренний канал, соединенный по текучей среде с общим внутренним каналом в месте 236 пересечения. Горизонтальная трубка 252 проходит в направлении против потока, противоположно направлению стрелки 298, и физически и по текучей среде соединена с вертикальной трубкой 258 в месте 256 перегиба.
Вертикальная трубка 258 проходит от места 256 перегиба в вертикальном направлении перпендикулярно горизонтальной трубке 252. Верхняя часть (конец) 260 вертикальной трубки 258 выступает из выпускной трубы 204 снаружи от выпускного канала 202. Таким образом, конец 260 расположен в окружающей атмосфере снаружи от выпускной трубы 204. Вертикальная трубка 258 физически соединена с выпускной трубой 204 на участке второй трубки между концом 260 и выходным отверстием 262 посредством одного или нескольких способов из сварочных соединений, клея и сплавления.
Выходное отверстие 262 может быть продолговатым и быть больше, чем внешние входные отверстия 226 и внутренние входные отверстия 249. Как видно, есть только одно выходное отверстие 262, причем упомянутое выходное отверстие ориентировано перпендикулярно потоку отработавших газов (стрелке 298). Выходное отверстие 262 может выпускать отработавшие газы, поступающие по общему внутреннему каналу, обратно в выпускной канал 202. В некоторых примерах может быть предусмотрено множество выходных отверстий, аналогичных выходному отверстию 262. Дополнительно, или в качестве альтернативы, выходное отверстие 262 может быть по существу идентичным внешним входным отверстиям 226 и внутренним входным отверстиям 249. Прежде, чем отработавшие газы пройдут через выходное отверстие 262, датчик ТЧ (РМ) в вертикальной трубке 258 может улавливать сажу в отработавших газах. Таким образом, в настоящей заявке вертикальная трубка 258 может рассматриваться в качестве трубки 258 датчика. Сажа может накапливаться на поверхностях датчика ТЧ (РМ), причем сажа может образовывать мостики между электродами, соединенными с датчиком ТЧ (РМ). Как будет описано ниже, это может указывать на деградацию СФ (PF) перед узлом 200 датчика ТЧ (РМ) по ходу потока.
Отработавшие газы могут поступать в общий внутренний канал первой ступени 210 через внешние входные отверстия 226 и внутренние входные отверстия 249. Отработавшие газы могут непосредственно проходить через входные отверстия до поворота во множестве направлений, отличающихся от первоначального направления потока (стрелка 298), причем множество направлений содержит первое направление, перпендикулярное стрелке 298, и второе направление, проходящее под наклоном к стрелке 298. Отработавшие газы могут проходить по общему внутреннему каналу (то есть, по внешнему и внутреннему общему внутреннему каналу) во внешней трубке 220 и перекрещивающихся трубках 230, независимо от того, через какие входные отверстия (внешние входные отверстия 226 или внутренние входные отверстия 249) они попали в первую ступень 210. Горизонтальная трубка 252 может принимать часть отработавших газов из общего внутреннего канала и направлять отработавшие газы в трубку 258 датчика. Крупные твердые частицы и/или капли воды не могут попасть в горизонтальную трубку 252 ввиду повышенной инерции крупных твердых частиц/капель воды по сравнению с мелкими твердыми частицами. Эта повышенная инерция может увлекать крупные твердые частицы и/или капли воды к задней стенке первой ступени 210. Кроме того, отработавшие газы проходят в направлении, противоположном (против направления потока) направлению отработавших газов в выпускном канале 202 (стрелка 298 указывает направление потока). Благодаря изменению направления потока отработавших газов повышенная инерция может дополнительно препятствовать попаданию крупных твердых частиц и/или капель воды в горизонтальную трубку 252. Место 256 перегиба обеспечивает изменение направления потока отработавших газов путем поворота потока отработавших газов на 90° от направления против потока к вертикальному направлению. До прохода через выходное отверстие 262 в направлении, перпендикулярном стрелке 298, отработавшие газы проходят над датчиком ТЧ (РМ).
Таким образом, узел датчика ТЧ (РМ) содержит первую ступень и вторую ступень. Первая ступень содержит пару перекрещивающихся трубок, полностью пересекающихся в средней точке трубок. Трубки физически и по текучей среде соединены с внешней трубкой. Внешняя трубка является кольцевой и, в одном из примеров, перекрещивающиеся трубки являются имеют форму плюса. Первая ступень (пара перекрещивающихся трубок и внешняя трубка) отделены от выпускной трубы и не соединены с ней. Первая ступень содержит множество внешних и внутренних входных отверстий, обращенных навстречу направлению потока поступающих отработавших газов (против направления потока). Горизонтальная трубка второй ступени физически и по текучей среде соединена со средней точкой трубок. Таким образом, входные отверстия первой ступени могут перехватывать отработавшие газы из выпускного канала и направлять перехваченные отработавшие газы во вторую ступень через горизонтальную трубку в средней точке перекрещивающихся трубок. По горизонтальной трубке отработавшие газы проходят в направлении против потока отработавших газов в выпускном канале. Отработавшие газы поступают в трубку датчика в вертикальном направлении, перпендикулярном направлению потока, причем отработавшие газы могут проходить над чувствительным элементом датчика ТЧ (РМ). Выходное отверстие расположено вертикально над чувствительным элементом датчика ТЧ (РМ) и может обеспечивать выпуск отработавших газов обратно в выпускной канал в направлении, перпендикулярном направлению потока отработавших газов в выпускном канале. В одном из примеров узел датчика ТЧ (РМ) может не содержать дополнительных входных отверстий или других выходных отверстий, отличных от описанных. Таким образом, отработавшие газы в общем внутреннем канале первой ступени не могут выходить обратно в выпускной канал, не проходя через выходное отверстие второй ступени. Благодаря направлению потока отработавших газов в горизонтальной трубке, крупные твердые частицы и/или капли воды не могут проходить в направлении датчика ТЧ (РМ) ввиду их повышенной инерции по сравнению с мелкими твердыми частицами.
На фиг. 3 представлен поперечный разрез 300 узла 200 датчика ТЧ (РМ), представленного в варианте осуществления на фиг. 2. По существу, представленные ранее компоненты могут иметь аналогичные ссылочные позиции, и они не описаны повторно по соображениям краткости. Узел 200 датчика ТЧ (РМ) представлен содержащим чувствительный элемент 354 датчика ТЧ (РМ), выполненный с возможностью захвата ТЧ (РМ) из отработавших газов, проходящих через вторую ступень 250 узла датчика ТЧ (РМ). В одном из примеров узел 200 датчика ТЧ (РМ) для транспортного средства, находящегося на поверхности, выполнен в выпускном канале 202 и физически соединен с верхней стенкой выпускной трубы 204 через утолщение 306. Узел 200 датчика ТЧ (РМ) содержит первую ступень 210 и вторую ступень 250. Первая ступень содержит внешнюю трубку 220 и пару 230 перекрещивающихся трубок. Вторая ступень 250 содержит изогнутую трубку 251 с горизонтальной трубкой 252 и вертикальной трубкой 258. На поперечном разрезе 300 представлена первая трубка 232 пары перекрещивающихся трубок 230. Таким образом, вторая трубка (вторая трубка 234 в варианте осуществления на фиг. 2) не показана. Тем не менее, следует отметить, что вторая трубка по существу может функционировать аналогично первой трубке 232, и описание работы первой трубки 232, приведенное выше, также может быть применимо ко второй трубке.
Система 390 координат представлена содержащей две оси, горизонтальную ось, параллельную горизонтальному направлению, и вертикальную ось, параллельную вертикальному направлению. Центральная ось 295 может представлять собой центральную ось как для выпускной трубы 204, так и для горизонтальной трубки 252. Таким образом, горизонтальная трубка 252 может быть совмещена с центром выпускной трубы 204. В некоторых вариантах осуществления центральная ось горизонтальной трубки 252 может быть смещена относительно центральной оси выпускного канала 202. Центральная ось 395 первой ступени 210 показана пунктирной линией, параллельной вертикальной оси. Более конкретно, первая ступень 210 находится в плоскости, параллельной оси 395 первой ступени, с внешней трубкой 220, проходящей на 360° вокруг центральной оси 295 выпускной трубы 204 в плоскости оси первой ступени. Вторая трубка может быть перпендикулярна оси 395 первой ступени и центральной оси 295. Центральная ось 398 трубки датчика показана пунктирной линией, параллельной вертикальной оси в передней части центральной оси 395 по ходу потока.
Чувствительный элемент 354 датчика ТЧ (РМ) содержит первый электрод 320 (обозначен средней пунктирной линией) и второй электрод 322 (обозначен малой пунктирной линией), отделенные друг от друга по разные стороны от чувствительного элемента 354 датчика ТЧ (РМ). Штрихи средней пунктирной линии больше штрихов малой пунктирной линии. Электроды имеют противоположный заряд, причем первый электрод 320 заряжен положительно, а второй электрод 322 заряжен отрицательно. В качестве альтернативы, первый электрод 320 может быть заряжен отрицательно, а второй электрод 322 может быть заряжен положительно. Эти электроды могут быть изготовлены из таких металлов, как платина, золото, осмий, родий, иридий, рутений, алюминий, титан, цирконий и подобные, а также из оксидов, цементов, сплавов и сочетаний, содержащих, по меньшей мере, один из вышеупомянутых металлов. Электроды выполняют на подложке 316 датчика, которую, как правило, изготавливают из материалов с высокими электроизоляционными свойствами. К возможным вариантам материалов с высокими электроизоляционными свойствами могут относиться оксиды, такие, как оксид алюминия, циркония, иттрия, лантана, кремния и их сочетания, содержащие, по меньшей мере, один из вышеупомянутых оксидов или любой подобный материал, способный препятствовать электрическому соединению и обеспечивать физическую защиту паре чередующихся электродов. Расстояние между двумя электродами может быть в диапазоне от 10 микрометров до 100 микрометров по поверхности подложки 316 датчика, причем линейная ширина каждого электрода приблизительно одинакова.
Как видно, подложка 316 датчика является плоской и имеет прямоугольный корпус. Тем не менее, другие варианты осуществления подложки 316 датчика могут содержать круглую, концентрическую и/или другие подходящие формы для улавливания ТЧ (РМ) из отработавших газов. Перед подложкой 316 датчика по ходу потока в трубке 258 датчика могут быть расположены ограничители потока для направления потока отработавших газов с целью обеспечения более равномерного распределения ТЧ (РМ) на подложке датчика. Дополнительно, или в качестве альтернативы, подложка 316 датчика может содержать направляющие потока для равномерного распространения отработавших газов по поверхности подложки 316 датчика.
Первый электрод 320 соединен с положительной клеммой источника 328 напряжения электрической цепи 358. Второй электрод 322 соединен с измерительным устройством 326, которое может генерировать выходной сигнал данные датчика, и с отрицательной клеммой источника 328 напряжения. Выходные сигнал датчика может указывать на количество твердых частиц в потоке отработавших газов двигателя. Электрическая цепь 358, источник 328 напряжения и измерительное устройство 326 располагают на некотором расстоянии от выпускного канала 202 (например, на расстоянии меньше 1 метра). Кроме того, контроллер, такой, как контроллер 12 на фиг. 1, может осуществлять регулирование источника 328 напряжения и измерительного устройства 326 электрической цепи 358 таким образом, что твердые частицы, накапливающиеся на датчике ТЧ (РМ), могут быть использованы, например, для диагностики утечек в сажевом фильтре СФ (PF) в выпускном канале 202 (например, в сажевом фильтре 70 в выпускном канале 48). По существу, измерительное устройство 326 может быть любым устройством, способным считывать данные об изменении сопротивления между электродами, например, вольтметром. Электроды могут соединяться мостиком при накапливании ТЧ (РМ) на подложке 316 датчика между электродами, как будет описано ниже. Как только ТЧ (РМ) покрывают все расстояние между электродами (электроды являются соединенными мостиком), сопротивление между электродами может начать снижаться, о чем свидетельствует уменьшение напряжения, измеряемого измерительным устройством 326. Контроллер 12 может иметь возможность определения сопротивления между электродами как функции напряжения, измеряемого измерительным устройством 326, и вычисления соответствующего количества ТЧ (РМ) или сажи на чувствительном элементе 354 датчика ТЧ (РМ). Работа и/или состояние СФ (PF) могут быть определены посредством мониторинга количества ТЧ (РМ) на чувствительном элементе 354 датчика ТЧ (РМ).
Чувствительный элемент 354 датчика ТЧ (РМ) дополнительно содержит нагревательный элемент 318, показанный крупной пунктирной линией, который интегрирован в подложку 316 датчика. Штрихи крупной пунктирной линии больше штрихов средней пунктирной линии. В альтернативных вариантах осуществления чувствительный элемент 354 датчика ТЧ (РМ) может не содержать нагревательного элемента 318. Нагревательный элемент 318 проходит вдоль центральной оси 398 трубки датчика вдоль корпуса подложки 316 датчика. Нагревательный элемент 318 может содержать, в том числе, но не ограничиваясь этим, датчик температуры и нагреватель. К возможным материалам для нагревателя и датчика температуры, образующих нагревательный элемент 318, могут относиться платина, золото, палладий и тому подобные; а также сплавы, оксиды и сочетания, содержащие, по меньшей мере, один из вышеупомянутых материалов и сплав платина/алюминий, платина/палладий, платину или палладий. Нагревательный элемент 318 может быть использован для регенерации подложки 316 датчика. Более конкретно, в условиях, когда количество твердых частиц или сажи на подложке 316 датчика превышает пороговое значение количества (о чем свидетельствует уменьшение сопротивления одного или нескольких электродов), нагревательный элемент 318 может быть задействован для сжигания накопленных частиц сажи с подложки 316 датчика посредством увеличения температуры подложки датчика. Во время регенерации датчика ТЧ (РМ) контроллер 12 может осуществлять подачу напряжения на источник 330 напряжения. Кроме того, контроллер может осуществлять замыкание переключателя 332 (переводить в положение С) на время, равное пороговому значению времени, для подачи напряжения на нагревательный элемент через источник 330 напряжения для увеличения температуры нагревательного элемента 318. Далее, когда электроды датчика достаточно очищены, контроллер, как показано, может осуществлять размыкание переключателя 332 (переводить в положение О) для прекращения нагревания нагревательного элемента 318. Посредством периодической регенерации датчика 200 ТЧ (РМ), обеспечивается возможность его возврата в состояние (то есть, незагруженное или частично загруженное состояние), более подходящее для сбора сажи из отработавших газов. Кроме того, на основе данных о регенерации датчика могут быть получены точные данные относительно содержания сажи в отработавших газах, и эти данные могут быть использованы контроллером для диагностики утечек сажевого фильтра. Эти данные могут быть неточными ввиду наличия крупных твердых частиц и капель воды, попадающих на подложку 316 датчика.
В качестве примера, отработавшие газы, проходящие по выпускному каналу 202, могут протекать ближе к выпускной трубе 204, ближе к центральной оси 295, или в пространстве между выпускной трубой 204 и центральной осью 295. Отработавшие газы могут содержать крупные твердые частицы и/или капли воды, показанные кружками 399. Как было описано выше, отработавшие газы могут проходить через радиальное пространство или проход (проход 228 в варианте осуществления на фиг.2) без взаимодействия с узлом 200 датчика ТЧ (РМ). Как было описано выше, проход может быть разделен перекрещивающимися трубками 230 на четыре равные по размеру области. В результате, отработавшие газы могут проходить через любую из четырех областей прохода. С другой стороны, отработавшие газы могут проходить через внешние входные отверстия 226 или внутренние входные отверстия 249 в направлении, параллельном стрелке 298, в общий внутренний канал 302 до поворота под различными углами к стрелке 298. Множество углов может содержать первый угол, не перпендикулярный стрелке 298, и второй угол, перпендикулярный стрелке 298. Отработавшие газы, поступающие в общий внутренний канал 302, могут содержать крупные твердые частицы и/или капли воды, которые могут попадать на заднюю стенку 304 первой ступени 210 ввиду повышенной инерции крупных твердых частиц/капель воды по сравнению с мелкими твердыми частицами. Крупные твердые частицы и капли воды могут быть, по меньшей мере, частично удалены в течение периодов работы двигателя, содержащих повышенную температуру отработавших газов. Дополнительно, или в качестве альтернативы, в некоторых вариантах осуществления первая ступень 210 может содержать дренажное отверстие для выпуска крупных частиц и/или капель воды через нижнюю часть внутренней трубки 220.
Отработавшие газы, содержащие более мелкие твердые частицы, могут проходить по горизонтальной трубке 252. По горизонтальной трубке 252 отработавшие газы проходят в направлении против потока, противоположном стрелке 298. Этот факт, в сочетании с повышенной инерцией крупных твердых частиц/капель воды, может дополнительно способствовать уменьшению вероятности попадания крупных твердых частиц/капель воды в горизонтальную трубку 252. Газ в горизонтальной трубке 252 проходит через место 256 перегиба и вверх в трубку 258 датчика в вертикальном направлении под углом 90° к направлению против потока. Таким образом, отработавшие газы в трубке 258 датчика проходят в направлении, противоположном направлению гравитации (стрелка 392). ТЧ (РМ) из отработавших газов могут накапливаться на подложке 316 датчика, причем между первым электродом 320 и вторым электродом 322 может образовываться мостик, если количество ТЧ (РМ) превышает пороговое значение количества ТЧ (РМ). Сопротивление электродов изменяется как описано выше. После взаимодействия с подложкой 316 датчика или протекания мимо нее, отработавшие газы выходят через выходное отверстие 262.
Через выходное отверстие 262 в направлении, перпендикулярном стрелке 298, отработавшие газы попадают в верхнюю часть выпускного канала 202, проксимальную к выпускной трубе 204. Объединенные потоки отработавших газов могут поступать по оставшейся части выпускного канала 202 либо в устройство доочистки, либо в окружающую атмосферу.
Таким образом, смеситель содержит первую ступень, служащую для получения потока отработавших газов, и вторую ступень, служащую для выпуска потока отработавших газов. Таким образом, отработавшие газы не могут попадать во вторую ступень, не пройдя через первую ступень. Кроме того, отработавшие газы в первой ступени не могут выходить в выпускной канал, не пройдя через вторую ступень. Вторая ступень содержит чувствительный элемент датчика ТЧ (РМ) для улавливания сажи и определения массы и/или концентрации ТЧ (РМ) в отработавших газах. Чувствительный элемент датчика ТЧ (РМ) может обеспечивать выходные данные датчика, указывающие на полную загрузку или деградацию сажевого фильтра, расположенного ранее по ходу потока, на основе времени, затрачиваемого на электрическое соединение электродов датчика ТЧ (РМ), как будет описано ниже.
Обратимся теперь к фиг. 4, на которой представлен способ 400 для определения количества твердых частиц на узле датчика ТЧ (РМ), превышающего пороговое значение количества твердых частиц для регенерации датчика ТЧ (РМ). Способ 400 может дополнительно содержать индикацию деградации сажевого фильтра в выпускном канале в на основе уменьшения времени между регенерациями датчика ТЧ (РМ) ниже порогового значения количества времени. Команды по осуществлению способа 400 могут быть выполнены контроллером (например, контроллером 12 на фиг. 1) в соответствии с командами, хранящимися в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, принимаемыми от датчиков системы двигателя, таких, как датчики, описанные выше со ссылкой на фиг. 1. Контроллер может приводить в действие исполнительные механизмы двигателя системы двигателя для регулирования работы двигателя в соответствии со способами, описанными ниже. В одном из примеров контроллер может передавать сигнал на исполнительный механизм топливного инжектора для впрыска большего количества топлива для регенерации полностью загруженного сажевого фильтра.
Способ 400 может быть описан со ссылкой на компоненты, представленные на фиг. 1, 2, 3 и 4. Более конкретно, способ 400 может быть описан со ссылкой на фиг. 1, 2 и 3, содержащие контроллер 12, СФ (PF) 72, датчик 162 отработавших газов, узел 200 датчика ТЧ (РМ), первый электрод 320 и второго электрод 322, нагревательный элемент 318 и электрическую цепь 358.
На этапе 402 способ 400 содержит определение, оценку и/или измерение текущих параметров работы двигателя. Текущие параметры работы двигателя могут содержать, в том числе, но не ограничиваясь этим, нагрузку двигателя, скорость вращения двигателя, скорость транспортного средства, величину разрежения в коллекторе, положение дросселя, давление отработавших газов и воздушно-топливное отношение.
На этапе 404 способ 400 содержит измерение электрического сопротивления первого и второго электродов. В варианте осуществления, представленном на фиг. 4, первый электрод может иметь более высокое сопротивление, чем второй электрод. Тем не менее, специалисту в уровне техники должно быть ясно, что второй электрод может иметь более высокое сопротивление, чем первый электрод.
На этапе 406 способ 400 содержит определение, являются ли электроды электрически соединенными (то есть, соединенными мостиком). Электроды могут соединяться мостиком при накапливании сажи между электродами на внешней поверхности подложки датчика. Как описано выше, сажа может накапливаться на плоской поверхности подложки датчика и соединять электроды. По мере накопления сажи между первым и вторым электродами, сажа может одновременно соприкасаться с обоими электродами и, в результате, соединять электроды. Если электроды соединены мостиком, сопротивление первого электрода может снижаться до значения сопротивления второго электрода ввиду проводимости сажи. Если сопротивление первого электрода превышает сопротивление второго электрода, электроды не соединены мостиком и способ 400 продолжается на этапе 408 поддержанием текущих параметров работы двигателя, и не регенерацией датчика ТЧ (РМ) в узле датчика ТЧ (РМ). Кроме того, сажевый фильтр СФ (PF) в выпускном канале не может иметь утечек или быть полностью загруженным ТЧ (РМ) (то есть количество ТЧ (РМ) на СФ (PF) меньше порогового значения количества ТЧ (РМ) на СФ (PF)). Таким образом, СФ (PF) в выпускном канале можно не регенерировать.
Если сопротивление первого электрода по существу равно сопротивлению второго электрода, электроды соединены мостиком и способ 400 продолжается на этапе 410 активацией электрической цепи датчика ТЧ (РМ) для регенерации датчика ТЧ (РМ). Электрическая цепь может быть электрически соединена либо с первым, либо со вторым электродом. Таким образом, в ответ на соединение мостиком первого и второго электродов, либо первый, либо второй электрод может осуществлять активацию нагревательного элемента. С другой стороны, нагревательный элемент может быть активирован (то есть, включен) контроллером в ответ на определение соединения первого и второго электродов мостиком. Контроллер может дополнительно осуществлять регулирование исполнительных механизмов двигателя в ответ на активацию электрической цепи. Например, контроллер может осуществлять регулирование работы двигателя для регенерации сажевого фильтра, расположенного в выпускном канале (например, для активной регенерации). Регулирование может содержать позднее зажигание, уменьшение воздушно-топливного отношения в одном или нескольких цилиндрах, повышение воздушно-топливного отношения в одном или нескольких цилиндрах и/или увеличение объема впрыска после зажигания. Таким образом, регенерация датчика ТЧ (РМ) узла датчика ТЧ (РМ) может вызывать регенерацию СФ (PF), расположенного в выпускном канале, в случае соединения первого и второго электрода мостиком.
На этапе 412 способ 400 содержит запрет на регенерацию датчика ТЧ (РМ) в ответ на разъединение соединенных мостиком первого и второго электродов. Первый и второй электроды могут более не быть связаны мостиком после регенерации датчика ТЧ (РМ) нагревательным элементом и, следовательно, сжигания, по меньшей мере, части накопившейся на датчике ТЧ (РМ) сажи. Посредством сжигания сажи мостик между первым и вторым электродами может быть также сожжен, и сопротивление первого электрода может стать больше, чем сопротивление второго электрода. Контроллер может осуществлять деактивацию электрической цепи в ответ на определение того, что сопротивление первого электрода больше, чем сопротивление второго электрода. С другой стороны, первый и второй электроды могут быть электрически соединены с электрической цепью, и эта цепь может быть деактивирована первым и вторым электродами в ответ на отсутствие связывающего мостика между электродами.
Регенерация СФ (PF) в выпускном канале также может быть прекращена в ответ на деактивацию нагревательного элемента. Контроллер может корректировать работу двигателя, возвращая его к оптимальной работе в зависимости от текущей нагрузки двигателя. Таким образом, длительность регенерации датчика ТЧ (РМ) и СФ (PF) является по существу одинаковой. Дополнительно, или в качестве альтернативы, регенерация СФ (PF) в выпускном канале может быть остановлена после выключения нагревательного элемента, после достижения порогового значения продолжительности регенерации. Например, нагревательный элемент деактивируют, а затем, после достижения порогового значения продолжительности регенерации, для деактивации регенерации СФ (PF) контроллер посылает сигнал исполнительным механизмам двигателя для возврата к номинальному режиму работы.
В одном из примеров, дополнительно или в качестве альтернативы, продолжительность регенерации датчика СФ (PF) и продолжительность регенерации СФ (PF) могут иметь значение, соответствующее первому пороговому значению и второму пороговому значению, соответственно. Таким образом, продолжительность регенерации датчика СФ (PF) и СФ (PF) может быть независимой. Другими словами, первое пороговое значение может не быть равно второму пороговому значению. В одном из вариантов осуществления первое пороговое значение может быть меньше второго порогового значения (то есть, СФ (PF) регенерируется более продолжительно по сравнению с датчиком ТЧ (РМ)). В другом варианте осуществления первое пороговое значение может быть больше второго порогового значения (то есть, датчик ТЧ (РМ) регенерируется более продолжительно по сравнению с СФ (PF)).
На этапе 414 способ содержит определение интервала времени между последней регенерацией и текущей регенерацией датчика ТЧ (РМ). Под последней регенерацией понимают событие регенерации, произошедшее непосредственно перед текущим событием регенерации. Интервал времени может быть вычислен на основе значения интервала времени между началом последней регенерации и началом текущей регенерации (например, 120 минут). Интервал времени может быть меньше, чем предыдущий интервал времени, поскольку СФ (PF) в выпускном канале (например, сажевый фильтр 72 на фиг. 1) деградирует и захватывает меньше сажи. Например, в сажевом фильтре возникают утечки (то есть, трещины), которые могут привести к увеличению количества поступающей на датчик СФ (PF) сажи, что приводит к более частым регенерациям датчика СФ (PF).
На этапе 416 способ 400 содержит определение, меньше ли измеренное значение интервала времени порогового значения интервала времени. Пороговое значение интервала времени может зависеть от установленного порогового значения (например, 200 минут), последнего измеренного интервала времени или процента от последнего измеренного интервала времени (например, 50% от последнего значения интервала времени). Кроме того, пороговое значение интервала времени может зависеть от порогового значения, показывающего, что интервал времени уменьшается и датчик СФ (PF) необходимо регенерировать чаще. Дополнительно, или в качестве альтернативы, пороговое значение интервала времени может быть откорректировано на основе параметров работы двигателя. Например, пороговое значение интервала времени может быть уменьшено при увеличении нагрузки двигателя.
Если значение интервала времени не меньше порогового значения интервала времени, способ 400 продолжается на этапе 408 поддержанием текущих параметров работы двигателя и дальнейшим мониторингом электродов датчика ТЧ (РМ).
Если значение интервала времени меньше порогового значения интервала времени, то способ 400 продолжается на этапе 418 указанием об утечке СФ (PF) в выпускном канале, расположенном перед узлом датчика ТЧ (РМ) по ходу потока. Указание об утечке СФ (PF) содержит регулирование работы двигателя и активацию лампы 420 индикации (например, для указания оператору транспортного средства о том, что СФ (PF) деградировал и должен быть заменен).
В качестве примера, контроллер (например, контроллер 12) может передавать сигнал различным исполнительным механизмам двигателя (например, дросселю 62 двигателя 10) для ограничения выходного крутящего момента двигателя для снижения количества отработавших газов для соответствия стандартам по выбросам. В качестве другого примера, дополнительно, или в качестве альтернативы, способ 400 может обеспечивать более ранний момент зажигания и/или впрыск топлива, повышать воздушно-топливное отношение и/или повышать степень РОГ (EGR). Посредством увеличения потока РОГ (EGR) в один или несколько цилиндров двигателя обеспечивается снижение температур (температур) горючей смеси, и может быть снижен объем впрыскиваемого топлива. Таким образом, количество выходящей из одного или нескольких цилиндров сажи может быть снижено.
Таким образом, на фиг. 4 предложен способ, содержащий перенаправление отработавших газов из выпускной трубы к узлу датчика ТЧ (РМ), причем узел датчика ТЧ (РМ) содержит датчик ТЧ (РМ) с электродами на обращенной вниз по потоку поверхности и электрической цепью на обращенной вверх по потоку поверхности. Упомянутый способ содержит регулирование работы двигателя в зависимости от образования мостика между электродами датчика ТЧ (РМ) (то есть, соединения). Образование мостика между электродами определяется на основе того, что сопротивления электродов становятся по существу равными.
Таким образом, узел датчика твердых частиц может содержать первую ступень, выполненную с возможностью получения отработавших газов, и вторую ступень, выполненную с возможностью выпуска отработавших газов. Вторая ступень расположена перед первой ступенью по ходу потока, и обеспечивает попадание крупных твердых частиц и/или капель воды на заднюю стенку первой ступени без попадания во вторую ступень. Первая ступень перехватывает отработавшие газы из множества областей в выпускном канале, обеспечивая возможность измерений датчиком ТЧ (РМ) большей части потока отработавших газов. Это может способствовать улучшению выходных данных датчика ТЧ (РМ) для обеспечения более надежного определения массы или концентрации ТЧ (РМ) в потоке отработавших газов после сажевого фильтра по ходу потока. Технический эффект узла датчика твердых частиц заключается в обеспечении транспортного средства компактным, простым в изготовлении устройством для диагностики состояния сажевого фильтра, расположенного перед узлом по ходу потока.
В первом варианте осуществления система содержит две полностью перекрещивающиеся трубки, соединенные по текучей среде с внешней кольцевой трубкой, причем перекрещивающиеся и кольцевая трубки соединены по текучей среде с датчиком через изогнутую трубку, проходящую в направлении, противоположном потоку отработавших газов. Первый пример системы дополнительно содержит вариант, в котором две полностью перекрещивающиеся трубки пересекаются друг с другом в средней точке каждой из трубок. Второй пример системы опционально может содержать первый пример, и дополнительно может содержать вариант, в котором две перекрещивающиеся трубки и внешняя кольцевая трубка содержат множество внутренних и внешних входных отверстий. Третий пример системы опционально может содержать один или более из первого и второго примеров, и дополнительно может содержать вариант, в котором перекрещивающиеся трубки и внешняя трубка отделены расстоянием от выпускной трубы, причем верхняя часть изогнутой трубки физически соединена с выпускной трубой. Четвертый пример системы опционально может содержать один или более из примеров с первого по третий, и дополнительно может содержать вариант, в котором изогнутая трубка содержит датчик твердых частиц с подложкой датчика и электродами. Пятый пример системы опционально может содержать один или более из примеров с первого по четвертый, и дополнительно может содержать вариант, в котором внешняя трубка содержит проход, причем упомянутый проход разделен двумя перекрещивающимися трубами на четыре по существу одинаковые области. Шестой пример системы опционально может содержать один или более из примеров с первого по пятый, и дополнительно может содержать вариант, в котором изогнутая трубка является L-образной, физически соединена с двумя полностью перекрещивающимися трубками в месте пересечения перекрещивающихся трубок, и проходит перпендикулярно от указанного места.
Пример способа, содержащий прохождение отработавших газов из выпускного канала в первую ступень узла датчика твердых частиц через множество входных отверстий, направление отработавших газов из первой ступени во вторую ступень узла датчика в направлении, противоположном направлению потока отработавших газов в выпускном канале, и накапливание твердых частиц в отработавших газах на датчике сажи, расположенном вблизи выпускной трубы во второй ступени. Первый пример способа дополнительно содержит генерирование выходных данных датчика, указывающих на количество твердых частиц в отработавших газах, причем накапливание твердых частиц свыше порогового значения количества приводит к образованию мостика между первым и вторым электродами, интегрированными в чувствительный элемент датчика сажи. Второй пример способа опционально может содержать первый пример, и дополнительно может содержать вариант, в котором образование мостика между первым и вторым электродами является сигналом к регенерации чувствительного элемента датчика.
Пример узла датчика твердых частиц, содержащий внешнюю кольцевую трубку, радиально отделенную расстоянием от выпускной трубы, и проход, расположенный внутри внешней трубки; пару перекрещивающихся трубок, полностью пересекающихся в средней точке первой и второй трубок, причем концы первой и второй трубок физически соединены с внешней трубкой, L-образную трубку, содержащую горизонтальную трубку, проходящую перпендикулярно от средней точки в направлении против потока, и вертикальную трубку, проходящую перпендикулярно от горизонтальной трубки, и физически соединенную с выпускной трубой через утолщение, и датчик твердых частиц, расположенный внутри вертикальной трубки, выполненный с возможностью улавливания твердых частиц и обеспечения выходных данных на основе количества твердых частиц в отработавших газах. Первый пример узла датчика твердых частиц дополнительно содержит внешнюю кольцевую трубку, содержащую множество внешних входных отверстий, равноудаленно отстоящих друг от друга вдоль обращенной вверх по потоку поверхности внешней трубки, и пару перекрещивающихся трубок, содержащих множество внутренних входных отверстий, равноудаленно отстоящих друг от друга вдоль обращенной вверх по потоку поверхности первой и второй трубок. Второй пример узла датчика твердых частиц опционально может содержать первый пример, и дополнительно может содержать вариант, в котором внешняя кольцевая трубка и пара перекрещивающихся трубок являются полыми и содержат общий внутренний канал, расположенный в них, причем общий внутренний канал соединен по текучей среде с выпускным каналом через внешние и внутренние входные отверстия. Третий пример узла датчика твердых частиц опционально может содержать один или более из первого и второго примеров, и дополнительно может содержать вариант, в котором множество внешних и внутренних входных отверстий обращены к направлению поступающего потока отработавших газов. Четвертый пример узла датчика твердых частиц опционально может содержать один или более из примеров с первого по третий, и дополнительно может содержать вариант, в котором горизонтальная трубка соединена по текучей среде с общим внутренним каналом внешней трубки и перекрещивающихся трубок, причем горизонтальная трубка обеспечивает направление потока отработавших газов противоположно направлению потока отработавших газов в выпускном канале выпускной трубы. Пятый пример узла датчика твердых частиц опционально может содержать один или более из примеров с первого по четвертый, и дополнительно может содержать вариант, в котором вертикальная трубка соединена по текучей среде с горизонтальной трубкой, и обеспечивает направление потока отработавших газов перпендикулярно направлению потока отработавших газов в горизонтальной трубке. Шестой пример узла датчика твердых частиц опционально может содержать один или более из примеров с первого по пятый, и дополнительно может содержать вариант, в котором внешняя трубка и перекрещивающиеся трубки являются симметричными относительно центральной оси выпускного канала выпускной трубы. Седьмой пример узла датчика твердых частиц опционально может содержать один или более из примеров с первого по шестой, и дополнительно может содержать вариант, в котором центральная ось выпускного канала расположена на одной линии с центральной осью горизонтальной трубки. Восьмой пример узла датчика твердых частиц опционально может содержать один или более из примеров с первого по седьмой, и дополнительно может содержать вариант, в котором вертикальная трубка содержит выходное отверстие, расположенное над датчиком твердых частиц, причем упомянутое выходное отверстие обращено к направлению, перпендикулярному потоку отработавших газов в выпускном канале. Девятый пример узла датчика твердых частиц опционально может содержать один или более из примеров с первого по восьмой, и дополнительно может содержать вариант, в котором перекрещивающиеся трубки расположены в плоскости прохода и разделяют проход на четыре по существу равные по размеру области, при том, что каждая из областей окружена первой трубкой, второй трубкой и соответствующим участком внешней трубки. Десятый пример узла датчика твердых частиц опционально может содержать один или более из примеров с первого по девятый, и дополнительно может содержать вариант, в котором внешняя трубка, перекрещивающиеся трубки, горизонтальная трубка и вертикальная трубка являются цилиндрическими и имеют по существу одинаковый диаметр.
Необходимо отметить, что примеры приведенных здесь алгоритмов управления и оценки могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых команд в долговременной памяти, и могут исполняться системой управления, содержащей контроллеры в сочетании с различными датчиками, приводами и другими компонентами двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и тому подобные. Таким образом, различные описанные действия, процессы и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно, или, в некоторых случаях, могут быть опущены. Аналогично, такой порядок обработки не обязателен для достижения преимуществ и реализации признаков раскрытых в настоящей заявке примеров осуществления, но приведен для простоты графического представления и описания. Одно или несколько описанных действий, процессов и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Более того, описанные действия, процессы и/или функции могут графически представлять код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, в которой описанные действия реализуются посредством исполнения команд в системе, причем раскрытые действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что конфигурации и последовательности, раскрытые в данном документе, являются по своей сути примерами, и эти конкретные варианты осуществления не должны быть восприняты в ограничивающем значении, поскольку возможно множество модификаций. Например, вышеупомянутая технология может быть применена к V-образному шестицилиндровому, рядному четырехцилиндровому, рядному шестицилиндровому, V-образному двенадцатицилиндровому, оппозитному четырехцилиндровому и другим типам двигателей. Объем настоящего изобретения содержит все неизвестные и неочевидные сочетания и частичные сочетания различных систем, конфигураций, и других признаков, функций и/или свойств, раскрытых в данном документе.
В последующих пунктах формулы изобретения конкретно указаны определенные сочетания и частичные сочетания, которые следует считать новыми и неочевидными. Эти пункты формулы могут ссылаться на «элементы» или «первые элементы», или их эквиваленты. Такие пункты формулы следует считать содержащими возможность наличия одного или нескольких таких элементов, но не требующими наличия и не исключающими возможность наличия двух или большего количества таких элементов. Другие сочетания или частичные сочетания раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены посредством внесения поправок в настоящие пункты формулы или через включение новых пунктов формулы в настоящую или связанную заявку. Такие пункты формулы, вне зависимости от того, шире, уже, эквивалентные или отличные от исходных пунктов формулы изобретения, также включены в объем настоящего изобретения.