СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ).
METHOD OF CONTROLLING ENGINE OPERATION (EMBODIMENTS)

Область техники
Настоящее изобретение относится, в основном, к датчику для обнаружения условий работы фильтра твердых частиц ФТЧ (PF).
Уровень техники
Фильтры твердых частиц все более часто используются в автомобильных выпускных системах для сокращения концентраций частиц в отработавших газах двигателя. Когда сажа накапливается до значения некоторого порогового уровня на фильтре твердых частиц, могут использовать процесс регенерации фильтра, чтобы сжечь накопленную сажу при управляемых условиях работы двигателя. Однако через некоторый промежуток времени в таких фильтрах частиц могут произойти необратимые изменения, уменьшающие способность фильтра улавливать частицы, то есть, происходит деградация фильтра (например, появляются трещины) в результате неконтролируемого изменения температуры во время процесса регенерации фильтра. Потеря эффективности улавливания фильтра твердых частиц могут привести к значительному превышению выброса твердых частиц относительно регламентированного предела.
Все более строгие стандарты на выброс твердых частиц и предложенные правительственными органами требования на бортовой диагностике БД (OBD) для контроля эффективности улавливания фильтра твердых частиц стимулировали большое количество исследований новых методов контроля производительности фильтра твердых частиц. Один из способов содержит определение разности давлений на фильтре твердых частиц. Если разность давлений меньше порогового значения разности давлений, то делают вывод, что фильтр твердых частиц может иметь протечку. Однако этот способ нельзя использовать для обнаружения деградации фильтра из-за эффектов взаимодействия при отложении пепла на фильтре. Другие способы определения утечек в фильтре твердых частиц содержат использование сажевого датчика, расположенного ниже по потоку от фильтра твердых частиц, и позволяющего контролировать отложения сажи в выпускном потоке и передавать сигнал, когда отложения сажи превышают пороговое значение количества сажи (например, пороговое значение количества сажи могут основывать на пороговом значении допустимой утечки сажи, на основе эмиссии твердых частиц). Эти датчики используют отделенные расстоянием электроды, которые могут стать электрически соединенными в результате отложения количеств сажи, превышающих пороговое значение количества сажи.
Однако авторы настоящего изобретения обнаружили возможные проблемы в таких системах. Например, сажевый датчик может иметь низкую чувствительность к протечкам сажи из-за относительно небольшой части сажи, откладываемой на электродах. Это может быть обусловлено геометрией выхлопной трубы и/или плохим смешиванием сажи с отработавшими газами. Кроме того, крупные частицы, образующиеся при сгорании дизельного топлива, и/или капли воды могут попасть на поверхности сажевого датчика, изменив показания сажевого датчика. Кроме того, датчик может иметь недостаточную воспроизводимость в результате неустойчивого характера потока отработавших газов через поверхность электродов. Датчики могут также изменить направление потока отработавших газов, что может привести к изменению массового расхода через поверхность электродов. Оба фактора могут привести к тому, что одни части датчика получат большее количество сажи, чем другие. Кроме того, сажевые датчики могут содержать направляющую пластину для создания однородного потока отработавших газов через поверхность электродов. Однако направляющие пластины могут создать проблемы с компоновкой и увеличить производственные затраты.
Так, ближайший аналог заявленного изобретения известен из публикации US 5,013,340 А от 7.5.1991, где раскрыта выпускная система двигателя, содержащая выхлопной тракт, содержащий поворотные пластины, соединенные с фильтрующим материалом в неподвижном корпусе. При этом указанную систему используют для регулирования работы двигателя в зависимости от частоты вращения указанных пластин. Однако такая система не лишены упомянутых выше недостатков.
Сущность изобретения
Однако, вышеуказанные проблемы могут быть решены посредством способа, дающего возможность отводить поток отработавших газов из выхлопной трубы в параллельный выхлопной тракт вне выхлопной трубы, где выхлопной тракт содержит поворотные пластины, соединенные с фильтрующим материалом в неподвижном корпусе. Способ дополнительно содержит регулирование работы двигателя на основе частоты вращения пластин. Таким образом, коррекцией работы фильтра твердых частиц в выхлопной трубе можно управлять с использованием электродов или без электродов.
Например, пластины могут быть выполнены подобно лопастному колесу по форме и структуре, где пластины имеют возможность вращаться за счет протекания отработавших газов внутри корпуса данного узла. Материал фильтрации, присоединенный к пластинам, выполнен с возможностью улавливать сажу из отработавших газов. По мере накопления сажи пластины могут вращаться быстрее для заданной нагрузки двигателя (например, пластины с большим количеством накопленной сажи могут вращаться быстрее, чем пластины с меньшим количеством сажи при идентичных условиях работы двигателя), что позволяет узнать, когда фильтр твердых частиц в выхлопной трубе полностью заполнен сажей. Этот признак может сигнализировать о необходимости регенерации фильтра твердых частиц. Когда число регенераций фильтра твердых частиц увеличивается, возможна деградация фильтра твердых частиц, что может уменьшить способность фильтра твердых частиц улавливать сажу. В результате большее количество сажи может проходить через фильтр твердых частиц к сажевому датчику, где пластины могут покрыться сажей за более короткий промежуток времени по сравнению с нормально работающим фильтром твердых частиц. Также, деградация фильтра твердых частиц в выпускном патрубке может быть обнаружена по уменьшению временного интервала между последующими регенерациями пластин фильтра, когда значение временного интервала становится меньше порогового временного интервала.
Следует подразумевать, что вышеприведенное краткое изложение дано для информирования в упрощенной форме о выборе решений, раскрытых далее в подробном описании. Краткое изложение не предназначено для идентификации главных или существенных отличительных признаков заявленного существа изобретения, объем которого определен единственным образом формулой изобретения, которая следует за подробным описанием. Кроме того, заявленное существо изобретения не ограничивается реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.
Краткое описание иллюстраций
На фиг. 1 показана схема двигателя с цилиндром.
На фиг. 2А и 2В показаны вид снаружи и вид изнутри датчика сажи во вторичном выпускном узле.
На фиг. 3А и 3В показаны разрезы для различных угловых положений лопастного колеса сажевого датчика во вторичном выпускном узле.
На фиг. 4 показан вторичный выпускной узел, имеющий связь по текучей среде с выхлопной трубой двигателя.
Схемы на фиг. 2-4 показаны в приблизительном масштабе, но могут использоваться и другие относительные размеры.
На фиг. 5 показан способ определения деградации фильтра твердых частиц в выхлопной трубе.
На фиг. 6 показана диаграмма контроля временного интервала между регенерациями фильтра твердых частиц во вторичном выпускном узле.
Подробное описание
Следующее раскрытие касается систем и способов для управления эксплуатацией двигателя и/или определения деградации фильтра твердых частиц в системе двигателя, если фильтр расположен в выхлопной трубе. Необходимые параметры работы двигателя и/или деградацию фильтра твердых частиц могут определить, подав отработавшие газы к сажевому датчику во вторичном выпускном узле, имеющем связь по текучей среде с выхлопной трубой. Датчик может располагаться в выхлопной трубе, и, следовательно, может получать отработавшие газы от одного или более цилиндров двигателя. Отработавшие газы могут содержать твердые частицы ТЧ (РМ), также упоминаемые здесь как сажа, которая может быть уловлена фильтром твердых частиц ФТЧ (PF), как показано на фиг. 1. ФТЧ может стать полностью заполненным, поскольку твердые частицы имеют возможность накапливаться на нем, что может уменьшить способность ФТЧ улавливать сажу. Кроме того, в ФТЧ может образоваться утечка, позволяющая части незахваченных твердых частиц попадать в окружающую атмосферу. Сажевый датчик может содержать лопастное колесо, имеющее возможность вращения и выполненное с возможностью захватывать часть пропущенных твердых частиц, как показано на фиг. 2А и 2В. Поперечные разрезы для вида сбоку сажевого датчика показаны на рис. 3А и 3В. Вторичный выпускной узел может содержать по меньшей мере одно впускное отверстие и одно выпускное отверстие, вставленные в выхлопную трубу, как показано на фиг. 4. Частота вращения пластин может увеличиваться по мере накопления на пластинах твердых частиц. Также, если частота вращения пластин больше пороговой частоты вращения, то могут сделать вывод, что фильтр твердых частиц в выпускном патрубке полностью заполнен. Способ контроля условий работы, когда частота вращения пластин превосходит пороговую частоту вращения, наряду с регулированием работы двигателя, показан на фиг. 5. Кроме того, способ содержит инструкции для измерения временного интервала между последующими регенерациями фильтра твердых частиц в выхлопной трубе. Если временной интервал меньше порогового временного интервала, то способ может сигнализировать о деградации фильтра твердых частиц в выхлопной трубе. На фиг. 6 показана диаграмма управления двигателем, иллюстрирующая изменение параметров двигателя в зависимости от времени.
На фиг. 2-4 показаны примеры вариантов реализации с относительным расположением различных компонентов. Если показано, что эти компоненты непосредственно соприкасаются друг с другом или непосредственно соединены, то такие элементы могут упоминаться как находящиеся в прямом контакте или непосредственно соединенные по меньшей мере в качестве примера. Элементы, раскрытые, как находящиеся непосредственно ниже по потоку или непосредственно выше по потоку относительно друг друга, могут быть здесь определены, как не имеющие промежуточных компонентов между двумя указанными компонентами. Точно так же элементы, показанные близлежащими или смежными, могут быть близлежащими или смежными по меньшей мере в качестве примера. Например, компоненты, расположенные в поверхностном контакте друг с другом, могут упоминаться, как имеющие поверхностный контакт. В другом примере элементы, расположенные отдельно друг от друга, зазором между ними и без каких-либо других компонентов, могут быть упомянуты как таковые, только в качестве примера. В другом примере элементы, показанные расположенными выше/ниже друг друга, на противоположных сторонах относительно друг друга или справа/слева друг от друга, могут быть упомянуты как таковые, относительно друг друга. Кроме того, как показано на иллюстрациях, самый верхний элемент или самая верхняя точка элемента могут упоминаться как «верх» указанного компонента, а самый нижний элемент или самая нижняя точка элемента могут упоминаться как «низ» указанного компонента, по меньшей мере в качестве примера. Используемые здесь термины верх/низ, верхний/нижний, выше/ниже могут указываться относительно вертикальной оси на чертежах и применяться для указания положения элементов относительно друг друга на чертежах. Например, элементы, показанные выше других элементов, расположены выше других элементов по вертикали. В другом примере формы элементов, изображенных на чертежах, могут быть указаны как таковые (например, элементы, являющиеся круглыми, прямыми, плоскими, изогнутыми, скругленными, скошенными, угловыми и т.п.). Кроме того, элементы, показанные в пересечении друг с другом, могут быть указаны как пересекающиеся элементы или пересекающиеся друг с другом, по меньшей мере в одном примере. Кроме того, элемент, показанный внутри другого элемента или показанный за пределами другого элемента, может быть упомянут как таковой, только в качестве примера.
На фиг. 1 показана схема, изображающая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10 в системе 100 двигателя, которая может быть частью силовой установки автомобиля. Двигателем 10 могут управлять, по меньшей мере, частично, при помощи системы управления, содержащей контроллер 12 и при помощи входных сигналов от водителя 132 автомобиля, поступающих через устройство 130 ввода. В этом примере устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерации пропорционального сигнала положения педали. Камера 30 сгорания двигателя 10 содержит цилиндр, сформированный стенками 32 цилиндра с расположенным в них поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 таким образом, чтобы возвратно-поступательные движения поршня могли быть преобразованы во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом автомобиля через промежуточную систему передачи. Кроме того, стартер двигателя может быть соединен с коленчатым валом 40 при помощи маховика для обеспечения возможности запуска двигателя 10.
Камера 30 сгорания имеет возможность получать впускной воздух от впускного коллектора 44 через впускной патрубок 42 и может выпускать отработавшие газы через выпускной патрубок 48 (например, через выхлопную трубу). Впускной коллектор 44 и выпускной патрубок 48 имеют возможность выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 соответственно. В некоторых конструкциях камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.
В этом примере кулачковый привод имеет возможность управлять впускным клапаном 52 и выпускными клапанами 54 при помощи систем 51 и 53 кулачкового привода соответственно. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может содержать один или несколько кулачков и может использовать один или несколько режимов переключения профилей кулачков ППК (CPS), изменения фаз кулачкового распределения ИФКР (VCT), изменения фаз газораспределения ИФГ (VVT) и/или систем изменения высоты подъема клапанов ВПК (VVL) с возможностью управления посредством контроллера 12, для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 могут определить при помощи датчиков 55 и 57 положения соответственно. В альтернативных конструкциях впускным клапаном 52 и/или выпускным клапаном 54 может управлять электропривод клапанов. Например, в качестве альтернативы цилиндр 30 может содержать впускной клапан с возможностью управления при помощи электропривода клапанов и выпускной клапан с возможностью управления при помощи кулачкового привода с использованием систем ППК и/или ИФКР.
Показано, что топливный инжектор 69 соединен непосредственно с камерой 30 сгорания для впрыскивания топлива непосредственно в цилиндр пропорционально ширине импульса, получаемого от контроллера 12. В этом случае топливный инжектор 69 обеспечивает процесс, известный как прямой впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Топливный инжектор 69 может быть расположен на боковой части камеры сгорания или, например, на верхней части камеры сгорания. Топливо могут подавать в топливный инжектор 69 посредством топливной системы (не показанной на чертеже), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу. В некоторых примерах камера 30 сгорания может, альтернативно или дополнительно, содержать топливный инжектор, расположенный во впускном коллекторе 44, что обеспечивает вариант распределенного впрыска топлива во впускной канал выше по потоку от камеры 30 сгорания.
Искру зажигания обеспечивают в камере 30 сгорания при помощи свечи 66 зажигания. Система зажигания может дополнительно содержать катушку зажигания (не показана на чертеже) для увеличения напряжения, подаваемого на свечу 66 зажигания. В других примерах, например, в дизельном двигателе, свеча 66 зажигания может отсутствовать.
Впускной патрубок 42 может содержать дроссель 62 с пластиной 64 дросселя. В этом конкретном примере контроллер 12 может изменять положение пластины 64 дросселя при помощи сигналов, направляемых на электродвигатель или привод в составе дросселя 62, причем данная конфигурация обычно упоминается как электронное управление дросселем ЭУД (ETC). Таким образом, управление дросселем 62 позволяет изменять количество впускного воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, а также в другие цилиндры двигателя. Контроллер 12 может выбирать положение пластины 64 дросселя на основе сигнала положения дросселя. Впускной патрубок 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для получения данных о количестве воздуха, поступающего в двигатель 10.
Датчик 126 отработавших газов показан в соединении с выпускным патрубком 48 выше по потоку от системы 140 рециркуляции отработавших газов и устройства 70 снижения токсичности отработавших газов, в соответствии с направлением потока отработавших газов. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для определения воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, может представлять собой линейный кислородный датчик или УДКОГ (UEGO) (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), бистабильный кислородный датчик или датчик кислорода в отработавших газах ДКОГ (EGO), НДКОГ (HEGO) (нагреваемый ДКОГ), датчик IMOx, НС или СО. Например, расположенный выше по потоку датчик 126 отработавших газов может представлять собой УДКОГ, выполненный с возможностью создавать выходной сигнал, например сигнал напряжения, пропорциональный количеству кислорода, присутствующего в отработавших газах. Контроллер 12 выполнен с возможностью преобразовывать выходной сигнал кислородного датчика в значение воздушно-топливного отношения отработавших газов посредством передаточной функции кислородного датчика.
Система 140 рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR) может быть выполнена с возможностью направлять требуемую часть отработавших газов из выпускного патрубка 48 во впускной коллектор 44 через патрубок 152 РОГ. Контроллер 12 может изменять количество рециркулирующих отработавших газов, подаваемых к впускному коллектору 44 при помощи клапана 144 РОГ. При некоторых условиях система 140 РОГ может иметь возможность регулировать температуру воздушно-топливной смеси внутри камеры сгорания, таким образом, обеспечивая способ управления выбором времени воспламенения для некоторых режимов сгорания.
Показано, что устройство 70 снижения токсичности отработавших газов установлено в выпускном патрубке 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 может представлять собой трехрежимный катализатор ТРК (TWC), уловитель NOx, различные другие устройства снижения токсичности отработавших газов или комбинацию указанных устройств. В некоторых конструкциях, во время эксплуатации двигателя 10, устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может быть выполнено с возможностью периодически включаться повторно в результате работы по меньшей мере одного цилиндра двигателя в пределах некоторого воздушно-топливного отношения.
Показано, что фильтр 72 твердых частиц ФТЧ (PF) расположен в выпускном патрубке 48 ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. ФТЧ 72 может представлять собой дизельный фильтр твердых частиц или бензиновый фильтр твердых частиц. ФТЧ 72 может состоять из комбинации одного или нескольких керамических, кремниевых, металлических и других фильтрующих устройств, выполненных с возможностью улавливания сажи и других частиц в отработавших газах. Во время работы двигателя 10 ФТЧ 72 имеет возможность улавливать сажу (например, несожженные углеводороды) с целью уменьшения уровней выбросов вредных веществ из системы автомобиля. Сажа имеет возможность накапливаться на поверхностях ФТЧ 72, что может привести к увеличенному противодавлению в выпускной системе. Противодавление в выпускной системе может отрицательно влиять на двигатель, препятствуя прохождению выпускного потока через выпускной патрубок 48. Когда фильтр 72 твердых частиц оказывается полностью заполненным сажей (например, количество сажи на фильтре твердых частиц превышает пороговое значение количества сажи), противодавление может стать слишком высоким для надлежащего удаления отработавших газов двигателя. Внутрицилиндровое давление могут увеличить (например, могут увеличить интенсивность работы двигателя) посредством регулирования комбинации одного или более из следующего: момент зажигания, давление в системе впрыска топлива, воздушно-топливное отношение и т.д. - для преодоления вышеупомянутого противодавления, что может привести к уменьшению экономии топлива. Для того чтобы избежать высокого противодавления, ФТЧ 72 могут восстановить посредством пассивной или активной регенерации.
Пассивную регенерацию могут осуществлять, когда нагрузка двигателя превышает пороговое значение нагрузки, что приводит к повышению температуры отработавших газов. Сажа на ФТЧ 72 имеет возможность сгорать в качестве реакции на температуру отработавших газов, увеличивающуюся выше порогового значения температуры (например, 450°С) без изменения режима работы двигателя, где такое изменение имеет отношение к ФТЧ 72. Поэтому пассивная регенерация может происходить без изменения режима работы двигателя. С другой стороны, активная регенерация может происходить с участием контроллера 12, имеющего возможность подавать сигналы для изменения режима работы двигателя, с целью увеличить температуру отработавших газов (например, запаздывание впрыска, вторичный впрыск, дросселирование, запаздывание зажигания и/или уменьшение воздушно-топливного отношения) независимо от нагрузки двигателя. Активную регенерацию могут закончить в том случае, когда ФТЧ 72 перестает быть полностью заполненным или в качестве реакции на требование водителя (например, нажатие педали акселератора).
Поскольку сажа имеет возможность сгорать во время пассивной или во время активной регенерации, температура фильтра твердых частиц может увеличиваться до значения высокой температуры (например, 1400°С). Температурой регенерации может быть трудно управлять, что в результате приводит к деградации ФТЧ 72. Деградация может содержать появление утечки в ФТЧ 72 (например, появление трещины) и/или отверстия, позволяющего большему количеству сажи поступать ниже по потоку в выпускной патрубок 48, мимо ФТЧ 72, что увеличивает уровни выбросов вредных веществ из системы автомобиля.
Другие факторы, способствующие деградации фильтра твердых частиц, содержат вибрации автомобиля и пепел от смазочных материалов. Вибрации автомобиля могут повредить хрупкие компоненты внутри ФТЧ 72 вследствие расширения компонентов (то есть, уменьшить их прочность) в результате воздействия на ФТЧ 72 высокотемпературных циклов (например, от температуры сгорания 1400°С до температуры окружающей среды после выключения автомобиля). Пепел от смазочных материалов может содержать оксиды металлов, имеющие возможность реагировать с ФТЧ 72 и формировать фазы (например, некоторые части фильтра твердых частиц деградированы, в то время как другие части остаются функциональными), что, в конце концов, приводит к деградации по меньшей мере части фильтра твердых частиц.
Показано, что вторичный пропускной узел 80 расположен вдоль выпускного патрубка 48 ниже по потоку от ФТЧ 72. Вторичный пропускной узел 80 содержит впускное отверстие 82, размещенное внутри выпускного патрубка 48, на конце вторичного пропускного узла 80, причем этот конец является ближайшим к ФТЧ 72. Кроме того, вторичный пропускной узел 80 содержит выпускное отверстие 84, размещенное внутри выпускного патрубка 48, на противоположном конце вторичного пропускного узла 80, причем этот конец наиболее удален от ФТЧ 72. Впускное отверстие 82 и выпускное отверстие 84 имеют связь по текучей среде с сажевым датчиком 86, расположенным между впускным отверстием 82 и выпускным отверстием 84. Сажевый датчик 86 выполнен с возможностью улавливать сажу в отработавших газах, направленных из выпускного патрубка 48 во вторичный пропускной узел 80. Сажа, уловленная сажевым датчиком 86, представляет собой сажу, прошедшую, например, через ФТЧ 72. Таким образом, сажевый датчик 86 способен уловить больше сажи, когда ФТЧ 72 функционирует ненадлежащим образом (например, деградировал или полностью заполнился сажей). Сажевый датчик 86 может полностью заполниться сажей, и в этом случае могут включить нагревательный элемент 90, чтобы нагреть сажевый датчик 86. Можно сделать вывод, что сажевый датчик 86 полностью заполнен сажей, когда его частота вращения, измеренная датчиком 160 частоты вращения, превышает пороговую частоту вращения. Кроме того, полное заполнение сажевого датчика 86 может свидетельствовать о состоянии ФТЧ 72, как раскрыто ниже.
На фиг. 1 контроллер 12 показан как микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство 102, порты ввода/вывода 104, электронный носитель данных для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в этом конкретном примере в виде постоянного запоминающего устройства 106 (например, долговременной памяти), оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к вышеуказанным сигналам, в том числе, данные измерения входного массового расхода воздуха МРВ (MAF) от датчика 120 массового расхода воздуха; температуру хладагента двигателя ТХД (ЕСТ) от температурного датчика 112, присоединенного к охлаждающей рубашке 114; сигнал положения двигателя от датчика 118 Холла (или датчика другого типа), измеряющего положение коленчатого вала 40; положение дросселя от датчика 65 положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе АДК (MAP) от датчика 122. Контроллер 12 может генерировать сигнал частоты вращения двигателя на основе показаний датчика 118 положения коленчатого вала. Сигнал давления в коллекторе также обеспечивает индикацию разрежения или давления во впускном коллекторе 44. Следует принять во внимание, что могут использоваться различные комбинации вышеупомянутых датчиков, например, датчик МРВ без датчика АДК, и наоборот. Во время работы двигателя значение крутящего момента двигателя может быть получено на основе сигнала датчика 122 АДК и частоты вращения двигателя. Кроме того, этот датчик, вместе с измеренной частотой вращения двигателя, может быть использован для оценки расхода смеси (в том числе, воздуха), подаваемой в цилиндр. Например, датчик 118 положения коленчатого вала, который также используется в качестве датчика частоты вращения двигателя, может генерировать заранее заданное число равномерно распределенных импульсов на каждый оборот коленчатого вала.
Постоянное запоминающее устройство 106 может быть запрограммировано с использованием машиночитаемых данных, представляющих собой неизменяемые инструкции, выполняемые микропроцессором 102 для осуществления раскрытых ниже способов, а также осуществления других вариантов, подразумеваемых, но явным образом не указанных.
Контроллер 12 имеет возможность получать сигналы от различных датчиков, показанных на фиг. 1, и использовать различные приводы, показанные на фиг. 1, для регулирования работы двигателя на основе полученных сигналов и инструкций, сохраненных на памяти контроллера 12. Например, контроллер 12 имеет возможность изменять режим работы двигателя для ограничения выходного крутящего момента в системе автомобиля в зависимости от сигналов, полученных от сажевого датчика 86, расположенного во вторичном пропускном узле 80. В другом примере контроллер 12 имеет возможность включать нагревательный элемент 90 в качестве реакции на полное заполнение сажевого датчика 86.
Относительно настоящего раскрытия специалистам в данной области следует признать, что конкретные процедуры, раскрытые ниже в блок-схемах, могут представлять собой одну или несколько стратегий обработки данных, таких как событийно-управляемые, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.п. Также, различные действия или проиллюстрированные функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Хотя это явно не указано, одно или несколько иллюстрируемых действий или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, приведенные в настоящей заявке чертежи графически представляют программный код, который должен быть запрограммирован в долговременной памяти машиночитаемой среды в контроллере 12 для выполнения контроллером в сочетании с компонентами обеспечения двигателя, как показано на фиг. 1.
На фиг. 2А показан вид 200 в аксонометрии наружной стороны сажевого датчика 86, встроенного во вторичный пропускной узел 80. На фиг. 2В показан вид 250 в аксонометрии внутренней стороны сажевого датчика 86. В частности, на фиг. 2В показан такой же вид в аксонометрии сажевого датчика 86, как и на фиг. 2А, за исключением того, что на фиг. 2В части сажевого датчика 86 показаны прозрачными, что дает возможность видеть внутреннюю часть сажевого датчика 86. Поэтому фиг. 2А и 2В могут рассматриваться совместно в настоящем раскрытии.
Координатная система 290 содержит три оси, а именно, ось X, параллельную горизонтальному направлению, ось Y, параллельную вертикальному направлению и ось Z, перпендикулярную осям X и Y. Координатная система 290 может использоваться для обозначения относительного расположения компонентов вторичного пропускного узла 80. «Высота» вторичного пропускного узла 80 и/или его компонентов может использоваться для указания протяженности компонентов вдоль оси Y. Точно так же «длина» компонентов вторичного пропускного узла 80 может использоваться для указания физической протяженности компонентов вдоль оси X. Физическая протяженность компонентов вдоль оси Z может упоминаться как «ширина». Разрез М-М' определяет место разреза на чертеже вторичного пропускного узла 80, показанного на рис. 3А и 3В.
Сажевый датчик 86 может содержать внешний корпус 210, содержащий криволинейную поверхность 212, расположенную между первой круглой поверхностью 214 и второй круглой поверхностью. Криволинейная поверхность 212, первая круглая поверхность 214 и вторая круглая поверхность могут быть, например, прилегающими. Вторая поверхность закрыта на виде 200 криволинейной поверхностью 212 и первой круглой поверхностью 214. Вторая круглая поверхность, по существу, идентична первой круглой поверхности 214, причем обе поверхности имеют идентичные радиусы. Первая круглая поверхность 214 и вторая круглая поверхность расположены друг напротив друга относительно криволинейной поверхности 212. Первая круглая поверхность 214 и вторая круглая поверхность параллельны друг другу и физически соединены с противоположными круглыми краями криволинейной поверхности 212. Таким образом, внешний корпус 210 может представлять собой, к примеру, цилиндр. Внешний корпус 210 может иметь другую подходящую форму, например, может быть выполнен в форме усеченного конуса. Таким образом, поперечный разрез криволинейной поверхности 212 имеет круглую форму вдоль плоскости, определяемой осями Y и Z (или например, параллельный плоскости разреза М-М') в горизонтальном направлении вдоль оси X (в соответствии с направлением силы тяжести, показанным стрелкой 299). Например, поперечный разрез криволинейной поверхности 212, сделанный параллельно плоскости разреза М-М', является, по существу, идентичным любому другому поперечному разрезу криволинейной поверхности 212, параллельному плоскости разреза М-М'.
Внешний корпус 210 может состоять из подходящих материалов, например, пластмассы, металла, металлических сплавов и т.д. Поверхности внешнего корпуса 210 (например, криволинейная поверхность 212, первая круглая поверхность 214 и вторая круглая поверхность) могут быть физически соединены друг с другом посредством сварки, сплавления, склеивания или при помощи других подходящих соединительных элементов. Внешний корпус 210 может определить размер полой внутренней части сажевого датчика 86. Таким образом, отработавшие газы могут проходить из сажевого датчика 86 и, соответственно, из второго выпускного узла 80 в основной выпускной патрубок (например, в выпускной патрубок 48), где отработавшие газы из основного выпускного патрубка могут выбрасываться из выхлопной трубы в окружающую атмосферу. Однако, например, отработавшие газы не могут проходить непосредственно из вторичного пропускного узла 80 в окружающую атмосферу. Кроме того, поверхности внешнего корпуса 210 герметично соединены друг с другом и являются непроницаемыми для потока отработавших газов. Другими словами, к примеру, отработавшие газы могут поступать внутрь сажевого датчика 86 и/или выходить из него только через впускное отверстие 82 и выпускное отверстие соответственно.
Отработавшие газы, поступающие в сажевый датчик 86, имеют возможность вращать поворотное устройство внутри сажевого датчика 86. Также, сажевый датчик 86 может содержать первую втулку 220, расположенную на первой круглой поверхности 214, и вторую втулку, расположенную на второй поверхности непосредственно напротив первой втулки 220, причем втулки выполнены с возможностью соединения с поворотным устройством. Первая втулка 220 выступает через отверстие первой круглой поверхности 214 и может образовывать герметичное соединение с отверстием, таким образом, чтобы отработавшие газы не имели возможность проходить в месте взаимодействия между первой круглой поверхностью 214 и первой втулкой 220 в окружающую атмосферу. Втулки расположены на оси 295 вращения.
На фиг. 2В показан вид 250 в аксонометрии внутренней части сажевого датчика 86, аналогично виду 200 на фиг. 2А, но, в отличие от вида 200, криволинейная поверхность 212 и первая круглая поверхность 214 представлены как прозрачные. Таким образом, показаны внутренняя часть и вторая круглая поверхность 216 сажевого датчика 86.
Вторая круглая поверхность 216 содержит вторую втулку 222, расположенную непосредственно напротив первой втулки 220 вдоль оси 295 вращения. Вторая втулка 222 является, по существу, идентичной первой втулке 220. Также, вторая втулка 222 выступает через вторую круглую поверхность 216, подобно тому, как выступает первая втулка 220 через первую круглую поверхность 214. Цилиндрический стержень 226 имеет возможность вращаться относительно присоединенных к нему первой втулки 220 и второй втулки 222 вдоль оси 295 вращения. Например, стержень 226 (и, соответственно, ось 295 вращения) расположен вдоль центра сажевого датчика 86 таким образом, что все расстояния (например, радиусы) измеренные от стержня 226 до криволинейной поверхности 212, являются, по существу, равными.
Стержень 226 содержит лопастное колесо 240 с несколькими дисками и/или пластинами. Например, в конфигурации с формой «плюс» существуют ровно четыре квадратных пластины. Однако может использоваться другое количество пластин. В других примерах пластины могут иметь другую форму, например, треугольную, прямоугольную, круглую, ромбовидную, эллиптическую и т.д. Лопастное колесо 240 может иметь другую подходящую форму, с различным количеством пластин или с различным интервалом между каждой из пластин. Например, лопастное колесо 240 может быть х-образным, пятиугольным, шестиугольным и т.д. Пластины вдоль своих краев неподвижно соединены со стержнем 226 посредством комбинации одного или более из следующего: сварка, вставка, сплавление, приклеивание или использование других соединительных элементов. Другие края пластин находятся в контакте с одной или несколькими криволинейными поверхностями 212, первой круглой поверхностью 214 и второй круглой поверхностью 216.
Кроме того, лопастное колесо 240 выполнено из металлической проволочной сетки таким образом, что отработавшие газы имеют возможность проходить, например, через пластины. Пластины имеют возможность соединяться с фильтрующим материалом на одной стороне или на обеих сторонах пластин. Например, фильтрующий материал может быть по существу, идентичным по составу материалу фильтра твердых частиц, расположенного в выпускном патрубке 48 выше по потоку от вторичного пропускного узла 80 (например, ФТЧ 72 в конструкции, показанной на фиг. 1). В частности, пластины могут содержать керамический фильтрующий материал выше по потоку от поверхности пластин относительно направления по часовой стрелке (параллельно стрелке 296). Таким образом, поскольку отработавшие газы проходят в пластины, отработавшие газы могут взаимодействовать с фильтрующим материалом до прохождения через проволочную сетку пластин. Отработавшие газы имеют возможность прижиматься к пластинам, причем сила, возникающая за счет действия отработавших газов, имеет возможность поворачивать пластины (и стержень 226) вокруг оси вращения 295 в направлении, аналогичном показанному стрелкой 296. Кроме того, отработавшие газы имеют возможность осаждать сажу и/или твердые частицы на фильтрующем материале пластин. В некотором примере пластины лопастного колеса 240 могут состоять из фильтрующего материала.
Как показано, пластины могут разделять внутреннюю часть сажевого датчика 86 на отсеки (например, сектора). Отсеки имеют связь по текучей среде друг с другом за счет пористости пластин и фильтрующего материала. Кроме того, отработавшие газы имеют возможность перетекать из одного отсека в какой-либо другой отсек.
В некоторых примерах лопастное колесо 240 может быть выполнено непроницаемым для потока отработавших газов. В таком примере отсеки не имеют связь по текучей среде друг с другом таким образом, что отработавшие газы в первом отсеке не имеют возможности смешиваться с отработавшими газами, находящимися в каком-либо другом отсеке. Кроме того, отработавшие газы в одном отсеке из числа имеющихся отсеков могут проходить в выпускное отверстие или впускное отверстие сажевого датчика 86, в то время как другие отсеки могут быть герметизированы по текучей среде относительно указанного выпускного отверстия и указанного впускного отверстия, в зависимости от углового положения лопастного колеса 240.
Таким образом, на фиг. 2А и 2В показан вторичный пропускной узел, содержащий сажевый датчик с цилиндрическим корпусом и расположенными в корпусе пластинами, выполненными с возможностью вращения. Пластины с возможностью вращения имеют возможность взаимодействовать с цилиндрическим корпусом посредством вращения таким образом, что отработавшие газы имеют возможность вращать пластины до того, как отработавшие газы покинут сажевый датчик. Пластины выполнены с возможностью содержать фильтрующий материал, способный улавливать сажу и/или твердые частицы, присутствующие в отработавших газах, причем сажа может накапливаться на фильтрующем материале. Сажа, уловленная сажевым датчиком, представляет собой сажу, прошедшую в виде утечки через фильтр твердых частиц, расположенный выше по потоку от вторичного пропускного узла. Частоту вращения пластин могут измерить при помощи датчика, расположенного в сажевом датчике, где частота вращения зависит по меньшей мере от количества сажи, осажденной на фильтрующем материале пластин. Кроме того, состояние фильтра твердых частиц, расположенного выше по потоку от вторичного пропускного узла, могут оценить на основе частоты вращения пластин в сажевом датчике.
На фиг. 3А и 3В показаны примеры положений, которые может занимать лопастное колесо 240 сажевого датчика 86 в результате движения потока отработавших газов через сажевый датчик 86 в качестве примера. Таким образом, на фиг. 3А и 3В показано относительное положение лопастного колеса 240 внутри сажевого датчика 86, поскольку лопастное колесо 240 имеет возможность занимать различные угловые положения. На фиг. 3А и 3В показаны поперечные разрезы вторичного пропускного узла 80 и сажевого датчика 86, где плоскость поперечного разреза расположена вдоль линии М-М', как показано на фиг. 2. На фиг. 3А и 3В показана последовательность вращения лопастного колеса 240 в результате прохождения потока отработавших газов через сажевый датчик 86.
Лопастное колесо 240 имеет возможность вращаться за счет перепада давления между выпускным отверстием 84 и впускным отверстием 82 сажевого датчика 86, причем в области выпускного отверстия 84 давление ниже, чем в области впускного отверстия 82 вследствие разрежения, создаваемого рядом с выпускным отверстием 84, когда отработавшие газы проходят через выпускное отверстие 84. Это позволяет отработавшим газам, прижимающимся к одной или нескольким пластинам лопастного колеса 240, перемещать лопастное колесо 240. Кроме того, отработавшие газы имеют возможность вращать лопастное колесо 240 вокруг оси вращения (например, параллельной стержню 226) в направлении по часовой стрелке (как показано стрелкой 296), когда отработавшие газы проходят через сажевый датчик 86. Таким образом, лопастное колесо 240 имеет возможность вращаться механически без использования электрических компонентов.
Частота вращения лопастного колеса 240 может зависеть по меньшей мере от массового расхода отработавших газов. Кроме того, при увеличении массового расхода отработавших газов частота вращения лопастного колеса 240 также может увеличиться. С другой стороны, если массовый расход отработавших газов уменьшается, то частота вращения лопастного колеса 240 может уменьшиться. В некоторых примерах массовый расход отработавших газов может соответствовать нагрузке двигателя таким образом, что предполагаемую частоту вращения могут определить для заданной нагрузки двигателя. Частота вращения лопастного колеса 240 может также зависеть от количества сажи, накопленной на лопастном колесе 240, как раскрыто выше. Пороговая частота вращения лопастного колеса 240 может быть основана на нагрузке двигателя, где пороговая частота вращения увеличивается, если нагрузка двигателя увеличивается. Таким образом, если частота вращения лопастного колеса 240 больше пороговой частоты вращения при заданной нагрузке двигателя, то лопастное колесо 240 сажевого датчика 86 может быть переполнено сажей (например, количество сажи больше порогового значения количества сажи). Это может быть поводом для подачи сигнала на нагревательный элемент (например, нагревательный элемент 90, показанный в конструкции на фиг. 1) для регенерации лопастного колеса 240. Кроме того, если частота вращения лопастного колеса 240 больше пороговой частоты вращения, это может быть признаком переполнения фильтра твердых частиц (например, фильтра 72 твердых частиц в основном выпускном патрубке 48, показанного в конструкции на фиг. 1). Способ для определения частоты вращения лопастного колеса 240 наряду с определением состояния фильтра твердых частиц в зависимости от частоты вращения лопастного колеса 240 раскрыт ниже на рис. 4.
Дополнительно или в качестве альтернативы, лопастное колесо 240 может иметь возможность, по меньшей мере, частично, приводиться в движение мотором 280, соединенным со стержнем 226. В некоторых вариантах реализации лопастного колеса 240 мотор 280 может отсутствовать. Мотор 280 может быть электрически соединен с сажевым датчиком 86 для вращения лопастного колеса 240 внутри сажевого датчика 86. Мотор 280 может быть электрически соединен с контроллером (например, с контроллером 12 в конструкции на фиг. 1), и может быть выполнен с возможностью вращать лопастное колесо 240 в зависимости от сигналов, полученных от контроллера. В частности, в качестве реакции на увеличение нагрузки двигателя, контроллер может послать сигналы в мотор 280, чтобы вращать лопастное колесо 240 с увеличенной частотой вращения, что может позволить отработавшим газам проходить через сажевый датчик 86 с ограничением накопления противодавления отработавших газов во вторичном пропускном узле 80. Мотор 280 может представлять собой любой подходящий привод, например, гидравлический, электрический, пневматический, электромеханический или какой-либо другой тип привода. Частоту вращения лопастного колеса 240 могут регулировать посредством мотора 280 на основе параметров работы двигателя. То есть, частоту вращения могут регулировать на основе одного или более из следующего: нагрузка двигателя, количество сажи, расход РОГ и другие условия. Например, могут увеличить частоту вращения лопастного колеса 240 в случае увеличения нагрузки двигателя, увеличения количества осажденной сажи и уменьшения расхода РОГ. В другом случае частоту вращения лопастного колеса 240 могут уменьшить, если нагрузка двигателя уменьшается, противодавление отработавших газов увеличивается, и расход РОГ увеличивается. В примере, где лопастное колесо 240 приводят в движение посредством мотора 280, лопастное колесо 240 может иметь частоту вращения большую, чем пороговая частота вращения, когда пластины заполнены сажей. Таким образом, пластины могут вращаться быстрее, по сравнению с целевой частотой вращения, задаваемой мотором 280. Дополнительно или в качестве альтернативы, количество осажденной сажи могут оценить на основе одного или более из следующего: количество километров, пройденных автомобилем, массовый расход отработавших газов через сажевый датчик 86, продолжительность времени, показания датчика эмиссии вредных веществ ниже по потоку от сажевого датчика 86 и т.д.
На фиг. 3А и 3В показаны поперечные разрезы сажевого датчика 86, расположенного во вторичном пропускном узле 80. Кроме того, впускное отверстие 82 и выпускное отверстие 84 расположены на противоположных сторонах криволинейной поверхности 212 сажевого датчика 86, с расположенным внутри него лопастным колесом 240. В частности, впускное отверстие 82 находится на стороне криволинейной поверхности 212, расположенной выше по потоку, а выпускное отверстие 84 находится на стороне криволинейной поверхности 212, расположенной ниже по потоку относительно общего направления движения потока отработавших газов (показанного стрелкой 398). Криволинейная поверхность 212 содержит отверстия, соответствующие впускному отверстию 82 и выпускному отверстию 84, позволяющие отработавшим газам проходить внутрь сажевого датчика 86 и, соответственно, выходить из него. Впускное отверстие 82 и выпускное отверстие 84 выровнены вдоль общей горизонтальной оси, расположенной выше и параллельно центральной оси 395 сажевого датчика 86. В некоторых примерах впускное отверстие 82 и выпускное отверстие 84 могут не быть выровненными (например, могут располагаться на различных высотах) таким образом, что они не выровнены по вертикали (в осевом направлении), где вертикаль соответствует направлению силы тяжести, показанному стрелкой 299, например, для автомобиля, колеса которого стоят на земле.
Таким образом, криволинейная поверхность 212 разделена на верхнюю дугу 320 и нижнюю дугу 322. Верхняя дуга 320 расположена выше и между отверстиями, соответствующими впускному отверстию 82 и выпускному отверстию 84. Нижняя дуга 322 расположена ниже и между отверстиями, соответствующими впускному отверстию 82 и выпускному отверстию 84. Верхняя дуга 320 имеет меньшую длину по сравнению с нижней дугой 322 таким образом, что нижняя дуга 322 занимает более половины окружности криволинейной поверхности 212. Верхняя дуга 320 занимает оставшуюся часть окружности криволинейной поверхности 212, причем оставшаяся часть окружности не содержит отверстия и нижнюю дугу 322.
Когда отработавшие газы поступают внутрь сажевого датчика 86, они способны взаимодействовать с лопастным колесом 240, имеющим возможность вращения и расположенным между верхней дугой 320 и нижней дугой 322 криволинейной поверхности 212 в сажевом датчике 86. В частности, лопастное колесо 240 имеет четыре пластины и/или диска, содержащие первую пластину 342, имеющую первый фильтрующий материал 343, вторую пластину 344, имеющую второй фильтрующий материал 345, третью пластину 346, имеющую третий фильтрующий материал 347, и четвертую пластину 348, имеющую четвертый фильтрующий материал 349. Каждый фильтрующий материал из числа фильтрующих материалов физически соединен выше по потоку с поверхностью одной из пластин лопастного колеса 240. В примере, показанном фиг. 3А, первый фильтрующий материал 343 расположен напротив впускного отверстия 82 (например, обращен к направлению поступающего потока отработавших газов), позволяющего отработавшим газам (как показано стрелкой 330) проходить внутрь сажевого датчика 86. Таким образом, при поступлении потока отработавших газов в сажевый датчик 86, отработавшие газы имеют возможность взаимодействовать с фильтрующим материалом до того, как получат возможность взаимодействовать с проволочной сеткой пластин лопастного колеса 240. Например, отработавшие газы при поступлении в сажевый датчик 86 могут попасть в отсек (например, в сектор) и могут вращать пластины до того, как покинут сажевый датчик 86 и пройдут через выпускное отверстие 84. В вариантах реализации, где лопастное колесо 240 непроницаемо для потока отработавших газов, отработавшие, газы, поступившие в единственный сектор, не имеют возможности проходить в смежные секторы. Кроме того, отработавшие газы имеют возможность вращать только тот сектор, в котором находятся, до тех пор, пока сектор не совместится с выпускным отверстием 84 таким образом, что отработавшие газы получат возможность выйти из сажевого датчика 86.
Каждое лопастное колесо 240 разделено на отсеки, определяемые углом .
Например, угол  равняется точно 90°, когда смежные пластины перпендикулярны друг другу (например, первая пластина 342 и вторая пластина 344), а пластины, расположенные друг напротив друга, параллельны (например, вторая пластина 344 и четвертая пластина 348). В некоторых примерах угол  может быть больше 90° (если количество пластин меньше четырех, например,  может быть равен 120°, если существуют только три пластины) или угол  может быть меньше 90° (если количество пластин больше четырех, например,  может быть равен 72°, если существует ровно пять пластин). Угол  представляет собой угол, вершина которого совпадает со стержнем 226, а положение сторон угла определяется краями верхней дуги 320, то есть, этот угол соответствует длине дуги верхней дуги 320. Например, угол  может быть больше, чем угол . Таким образом, если угол  увеличивают, то угол  может быть соответственно увеличен. Таким образом, угол  больше самого большого угла, образуемого смежными пластинами лопастного колеса 240. Также, одна или несколько пластин из набора первой пластины 342, второй пластины 344, третьей пластины 346 и четвертой пластины 348 могут взаимодействовать с верхней дугой 320 при любом положении лопастного колеса 240. Например, по меньшей мере одна пластина лопастного колеса 240 имеет возможность взаимодействовать с верхней дугой 320 при любом угловом положении лопастного колеса 240. Кроме того, при некоторых положениях лопастного колеса 240, две пластины лопастного колеса 240 могут взаимодействовать с верхней дугой 320 в одно и то же время. Таким образом, отработавшие газы имеют возможность проходить по меньшей мере через одну пластину лопастного колеса, а также вдоль соответствующего фильтрующего материала пластины, перед тем как покинуть сажевый датчик 86.
Таким образом, сажевый датчик 86 выполнен с возможностью получать отработавшие газы и позволять отработавшим газам вращать лопастное колесо 240 до того, как отработавшие газы пройдут через выпускное отверстие 84 и вернутся в основной выпускной патрубок (например, выпускной патрубок 48, показанный на фиг. 1).
Ниже фиг. 3А и 3В будут раскрыты по отдельности. Фиг. 3А и 3В изображают вращение лопастного колеса 240, когда исследуемый поток отработавших газов проходит через сажевый датчик 86.
На фиг. 3А показано, что первый вариант 300 реализации вторичного пропускного узла 80 содержит сажевый датчик 86 с лопастным колесом 240 в первом угловом положении, где вторая пластина 344 и четвертая пластина 348 параллельны центральной оси 395. Таким образом, первая пластина 342 и третья пластина 346 перпендикулярны центральной оси 395. Первая пластина 342 показана взаимодействующей с верхней дугой 320, а вторая пластина 344, третья пластина 346 и четвертая пластина 348 показаны взаимодействующими с нижней дугой 322. Отработавшие газы имеют возможность проходить в сажевый датчик 86 из впускного отверстия 82 (как показано стрелкой 330), где отработавшие газы могут проходить в первый сектор 352, образованный первой пластиной 342 и четвертой пластиной 348. Отработавшие газы в первом секторе 352 имеют возможность проходить в другие секторы, в том числе, во второй сектор 354, образованный первой пластиной 342 и второй пластиной 344, в третий сектор 356, образованный второй пластиной 344 и третьей пластиной 346, и в четвертый сектор 358, образованный третьей пластиной 346 и четвертой пластиной 348. В показанном угловом положении, первый сектор 352 имеет непосредственную связь по текучей среде с впускным отверстием 82, а второй сектор 354 имеет непосредственную связь по текучей среде с впускным отверстием 84. В качестве примера отработавшие газы могут проходить через лопастное колесо 240 и сажевый датчик 86 независимо от углового положения лопастного колеса 240 (как показано стрелкой 333). Отработавшие газы могут проходить через по меньшей мере первую пластину 342 перед выходом из сажевого датчика 86 и через выпускное отверстие 84. Кроме того, отработавшие газы могут проходить через по меньшей мере первый сектор 352 и через второй сектор 354, прежде чем выйти из сажевого датчика 86.
Как показано, часть потока отработавших газов, попадающих в первый сектор 352, имеет возможность оказывать давление на первую пластину 342 и/или на первый фильтрующий материал 343 (как, например, показано стрелками 332). Отработавшие газы, контактирующие с первым фильтрующим материалом 343, могут осаждать некоторое количество сажи на первый фильтрующий материал 343. Оставшаяся часть отработавших газов может проходить через первую пластину 342, через первый фильтрующий материал 343 и в выпускное отверстие 84. Дополнительно или в качестве альтернативы, отработавшие газы могут проходить из первого сектора 352 в любой другой сектор сажевого датчика 86 перед тем, как пройти через выпускное отверстие 84. Когда отработавшие газы выходят из сажевого датчика 86, давление около выпускного отверстия 84 уменьшается, что может также способствовать вращению лопастного колеса 240 за счет отработавших газов.
В качестве альтернативы, если лопастное колесо 240 непроницаемо для потока отработавших газов, только отработавшие газы, находящиеся во втором секторе 354, могут проходить в выпускное отверстие 84, когда лопастное колесо 240 находится в первом угловом положении, как показано в этом примере. Таким образом, отработавшие газы, находящиеся в первом секторе 352, не могут проходить в выпускное отверстие 84 или в другие сектора. Отработавшие газы, находящиеся в некотором секторе, могут проходить через выпускное отверстие 84, когда этот сектор имеет связь по текучей среде с выпускным отверстием 84.
На фиг. 3В показан второй вариант 325 реализации сажевого датчика 86 с лопастным колесом 240, находящимся во втором угловом положении. Следует отметить, что может существовать много угловых положений между первым угловым положением, показанным в первом варианте 300 реализации на фиг. 3А, и вторым угловым положением. Таким образом, угловые положения, раскрытые в настоящем изобретении, представляют собой примеры угловых положений. Во втором угловом положении все лопастное колесо 240 наклонено относительно центральной оси 395 (например, на угол 45°). Также, первая пластина 342 и четвертая пластина 348 находятся в контакте с верхней дугой 320, а вторая пластина 344 и третья пластина 346 находятся в контакте с нижней дугой 322. Таким образом, поток отработавших газов, входящий в сажевый датчик 86 (как показано стрелкой 360), проходит через по меньшей мере четвертую пластину 348, четвертый фильтрующий материал 349, первый фильтрующий материал 343 и первую пластину 342, прежде чем выйти в выпускное отверстие 82. Отработавшие газы, входящие в сажевый датчик 86 (как показано стрелкой 360), могут контактировать с четвертой пластиной 348 и первой пластиной 342 (как показано стрелками 362). Отработавшие газы, контактирующие с четвертой пластиной 348 или проходящие через нее, могут осаждать сажу на четвертый фильтрующий материал 349. Кроме того, отработавшие газы имеют возможность осаждать сажу на первый фильтрующий материал 343 при достижении первой пластины 342 после прохождения через четвертую пластину 348 и четвертый фильтрующий материал 349. Как показано, поток 362 отработавших газов может создавать условия, чтобы поток 332 отработавших газов в большей степени контактировал с первой пластиной 342 и вращал лопастное колесо 240. Поскольку лопастное колесо 240 имеет возможность накапливать дополнительное количество сажи, пластины лопастного колеса могут вращаться быстрее по сравнению с лопастным колесом в менее заполненном состоянии.
На фиг. 4 показана система 400, содержащая вторичный пропускной узел 80 и выпускной патрубок 48. Таким образом, ранее раскрытые компоненты пронумерованы аналогичным образом, что не требует дополнительных пояснений. В этом варианте реализации вторичный пропускной узел 80 содержит пример лопастного колеса 240, имеющего возможность вращения и содержащего лопасти, имеющие подложку, выполненную с возможностью удерживать расположенную на них сажу, как раскрыто выше.
Выпускной патрубок 48 расположен внутри цилиндрической выхлопной трубы 402 для пропуска газа (например, отработавших газов) от двигателя (например, двигателя 10, показанного на фиг. 1) к окружающей атмосфере через выхлопную трубу, параллельно направлению стрелки 398. Кроме того, выхлопная труба 402 выполнена с возможностью предотвращать попадание отработавших газов в окружающую атмосферу, пока отработавшие газы не достигнут конца выхлопной трубы. Выхлопная труба 402 содержит два отверстия, соответствующие впускному отверстию 82 и выпускному отверстию 84 вторичного пропускного узла 80. Как показано, впускное отверстие 82 и выпускное отверстие 84 проходят через всю толщину стенки выхлопной трубы 402 и в выпускной патрубок 48. В частности, впускное отверстие 82 проходит в выпускной патрубок 48 дальше центральной оси 495 выпускного патрубка 48, относительно стенки выхлопной трубы 402. Кроме того, выпускное отверстие 84 проходит в выпускной патрубок 48 вертикально выше центральной оси 495, ближе к стенке выхлопной трубы 402 для автомобиля, стоящего колесами на ровной горизонтальной поверхности земли. И впускное отверстие 82, и выпускное отверстие 84 перпендикулярно пересекают выхлопную трубу 402. Таким образом, вертикальные оси впускного отверстия 82 и выпускного отверстия 84 перпендикулярны центральной оси 495. Таким образом, отработавшие газы, отводимые во вторичный пропускной узел 80 через впускное отверстие 82, проходят в направлении, перпендикулярном стрелке 398. Кроме того, отработавшие газы, поступающие обратно в выпускной патрубок 48 из вторичного пропускного узла 80 через выпускное отверстие 84, также проходят в направлении, перпендикулярном стрелке 398.
Стрелки в выпускном патрубке 48, впускном отверстии 82 и выпускном отверстии 84 указывают направление потока отработавших газов. Впускное отверстие 82 выполнено с возможностью получать часть поступающего потока отработавших газов (обозначенного стрелками 430) через несколько отверстий 410, расположенных на поверхности выше по потоку от впускного отверстия 82, то есть на поверхности, обращенной к потоку поступающих отработавших газов. Отверстия 410 могут иметь, по существу, одинаковый размер. Дополнительно или в качестве альтернативы, отверстия 410 могут располагаться на одинаковом расстоянии друг от друга. Часть поступающего выпускного потока может пройти во впускное отверстие 82 через отверстия 410, как показано стрелками 432, в то время как оставшаяся часть потока отработавших газов может проходить мимо впускного отверстия 82, как показано стрелками 434. Например, масса части отработавших газов прошедших во впускное отверстие 82, может быть меньше массы части отработавших газов, прошедших мимо впускного отверстия 82 (стрелки 434). Таким образом, например, большинство отработавших газов в выпускном патрубке 48 проходит мимо впускного отверстия 82 и не попадает в него.
Впускное отверстие 82 дополнительно выполнено с возможностью, по существу, предотвращать попадание крупных частиц и капель воды (показанных на схеме кружками 436) на сажевый датчик 86. В случае попадания крупных частиц и капель воды на поверхность сажевого датчика 86 может уменьшиться точность измерения, которую обеспечивает сажевый датчик 86. Например, крупные частицы могут воздействовать на поверхность ниже по потоку во впускном отверстии 82 вследствие большего импульса крупных частиц по сравнению с мелкими частицами. Кроме того, водяной пар в отработавших газах, проходящих во впускное отверстие 82, может конденсироваться на частях впускного отверстия 82 за пределами выпускного патрубка 48. Это может произойти вследствие перепада температур между частью впускного отверстия 82, расположенной на расстоянии от выпускного патрубка 48, и частью впускного отверстия 82, расположенной в выпускном патрубке 48. Например, часть впускного отверстия 82, расположенная за пределами выпускного патрубка 48, может иметь более низкую температуру, чем точка росы для водяного пара. Также, водяной пар может выделиться из отработавших газов во впускном отверстии 82 и стечь вниз по впускному отверстию 82 к дренажному отверстию 412. Таким образом, водяной конденсат (например, капли) могут вытечь из впускного отверстия 82 в направлении, противоположном движению потока отработавших газов во впускном отверстии 82 (например, стечь вниз по сравнению с движением газов вверх). Кроме того, водяной конденсат может смывать крупные частицы, находящиеся на поверхности впускного отверстия 82, через дренажное отверстие 412. Таким образом, крупные частицы и капли воды не могут, по существу, достигать сажевого датчика 86.
Отработавшие газы во впускном отверстии 82 имеют возможность проходить через вертикальную часть 450 впускного отверстия 82 до прохождения через изгиб 452, где отработавшие газы имеют возможность изменить направление движения на некоторый угол относительно потока в вертикальной части 450. Отработавшие газы имеют возможность проходить через горизонтальную часть 454 после изгиба 452, где отработавшие газы могут двигаться по горизонтальной части 454 к сажевому датчику 86. Горизонтальная часть 454 параллельна оси X, а вертикальная часть 450 параллельна оси Y, то есть, указанные части перпендикулярны друг другу.
В некоторых примерах вертикальная часть 450 может быть более горячей, чем изгиб 452 и горизонтальная часть 454. Это может быть обусловлено тем, что вертикальная часть 450 расположена ближе к выпускному патрубку 48. Таким образом, капли воды могут накапливаться в виде конденсата внутри изгиба 452 или около него. Как показано, горизонтальная часть 454 расположена на расстоянии от выхлопной трубы 402.
Отработавшие газы имеют возможность проходить через горизонтальную часть 454 в сажевый датчик 86, где отработавшие газы имеют возможность контактировать с одной или несколькими пластинами из числа следующих: первая пластина 342, вторая пластина 344, третья пластина 346 и четвертая пластина 348. Лопастное колесо 240 имеет возможность вращаться с различной скоростью, поскольку оно имеет возможность улавливать сажу из отработавших газов.
Частоту вращения лопастного колеса 240 могут определить, например, при помощи датчика частоты вращения. Могут также использовать другие устройства и/или способы для определения частоты вращения. Например, частоту вращения лопастного колеса 240 могут вычислить на основе массового расхода отработавших газов в выпускном отверстии 84. Частота вращения может изменяться в зависимости от комбинации одного или нескольких следующих параметров: нагрузки двигателя, расхода РОГ, количества сажи на лопастном колесе, давления в цилиндре и других условий. Например, частота вращения лопастного колеса может увеличиться, если нагрузка двигателя увеличивается, уменьшается расход РОГ, увеличивается количество сажи на лопастном колесе и увеличивается давление в цилиндре. Таким образом, пластины лопастного колеса 240 могут быть полностью заполнены сажей, когда частота вращения лопастного колеса 240 превышает пороговую частоту вращения. Пороговая частота вращения может быть основана на комбинации одного или нескольких условий, изменяющих частоту вращения (например, нагрузка двигателя, расход РОГ, давление в цилиндре и т.д.). Например, пороговая частота вращения может быть больше при высокой нагрузке двигателя по сравнению с низкой нагрузкой двигателя.
Когда частота вращения лопастного колеса превышает пороговую частоту вращения, могут использовать нагревательный элемент 90 для регенерации лопастного колеса 240. Нагревательный элемент 90 может быть встроен в подложку (фильтрующий материал) пластин лопастного колеса 240, где нагревательный элемент 90 имеет возможность очищать фильтрующий материал лопастного колеса 240. В результате этого по меньшей мере часть уловленной сажи на фильтрующем материале может быть сожжена и удалена из сажевого датчика 86 при участии поступающего потока отработавших газов. Нагревательный элемент 90 может содержать, но без ограничения этим, температурный датчик и нагреватель. Возможные материалы для нагревателя и температурного датчика, формирующие нагревательный элемент 90, могут содержать платину, золото, палладий и т.п.; а также сплавы, окиси и комплексы, содержащие по меньшей мере один из вышеуказанных материалов, с платиной/окисью алюминия, платиной/палладием, платиной и палладием. В частности, во время условий, когда количество твердых частиц или сажи на пластинах больше порогового значения количества (или, например, частота вращения лопастного колеса 240 больше пороговой частоты вращения), нагревательным элементом 90 могут управлять, чтобы сжечь накопленные частицы сажи на фильтрующем материале пластин. Во время регенерации датчика твердых частиц контроллер 12 может подавать напряжение к источнику напряжения 470, необходимому для работы нагревательного элемента 90. Кроме того, контроллер 12 может замкнуть выключатель 472 на пороговое значение времени, чтобы подать напряжение через источник напряжения 470 к нагревательному элементу 90, с целью повысить температуру лопастного колеса 240. Затем, когда пластины достаточно очистятся (что могут определить, например, по частоте вращения, меньшей или равной пороговой частоты вращения для регенерации), контроллер 12 может разомкнуть выключатель 472, чтобы прекратить нагрев нагревательного элемента 90. Периодическое восстановление сажевого датчика 86 может вернуть более подходящие условия (например, полное или частичное удаление отложений) для накопления сажи отработавших газов. Кроме того, могут получить точную информацию, имеющую отношение к уровню сажи в отработавших газах, в результате регенерации датчика, причем эта информация может использоваться контроллером 12 для диагностирования утечек в фильтре твердых частиц, как раскрыто ниже.
Отработавшие газы имеют возможность выходить из сажевого датчика 86 через горизонтальную трубку 464 выпускного отверстия 84. Отработавшие газы в горизонтальной трубке 464 могут проходить в изгиб 462, причем отработавшие газы могут проходить в направлении под углом к направлению потока отработавших газов в горизонтальной трубке 464. Затем отработавшие газы могут проходить в вертикальную трубку 460 выпускного отверстия 84, причем отработавшие газы могут проходить в перпендикулярном направлении относительно направления потока отработавших газов в горизонтальной трубке 464. Отработавшие газы в вертикальной трубке 460 могут проходить в выпускной патрубок в перпендикулярном направлении относительно направления потока отработавших газов в выпускном патрубке (показанного стрелкой 398) прежде чем совершить поворот и двигаться, по существу, параллельно направлению, обозначенному стрелкой 398. Показано, что отработавшие газы в вертикальной трубке 460 могут проходить в направлении, противоположном направлению потока отработавших газов в вертикальной части 450 впускного отверстия 82.
Таким образом, отработавшие газы имеют возможность отклоняться от движения по основному выпускному патрубку по направлению к вторичному выпускному узлу, где отработавшие газы имеют возможность проходить в сажевый датчик. Лопастное колесо, имеющее возможность вращения и содержащее фильтрующие материалы для улавливания твердых частиц, выполнено с возможностью улавливания сажи, находящейся в потоке отработавших газов, поступающих во вторичный пропускной узел, при одновременном вращении лопастного колеса. Частота вращения лопастного колеса может увеличиваться при увеличении количества сажи на лопастном колесе. Частоту вращения могут сравнить с пороговой частотой вращения, основанной на текущей нагрузке двигателя наряду с другими текущими параметрами работы двигателя (например, массовым расходом в системе РОГ, воздушно-топливным отношением и т.д.). Если частота вращения лопастного колеса при заданной нагрузке двигателя превышает пороговую частоту вращения, то могут сделать вывод, что лопастное колесо заполнено сажей. Нагревательный элемент включают, чтобы нагреть лопастное колесо и сжечь часть накопленной сажи. Например, заполнение лопастного колеса может также указывать на полное заполнение фильтра твердых частиц выше по потоку от вторичного пропускного узла в основном выпускном патрубке (например, полное заполнение ФТЧ 72 в выпускном патрубке 48). Дополнительно или в качестве альтернативы, временной интервал между последующими регенерациями лопастного колеса и/или фильтра твердых частиц могут измерить и сравнить с пороговым временным интервалом, чтобы определить деградацию фильтра твердых частиц, как раскрыто ниже.
На фиг. 5 показан способ 500 для обнаружения деградации фильтра твердых частиц в основном выпускном патрубке двигателя (например, для обнаружения утечки и/или выжигания) посредством сравнения временного интервала регенерации лопастного колеса вторичного пропускного узла с пороговым временным интервалом. Инструкции для выполнения способа 500 могут быть выполнены контроллером (например, контроллером 12, показанным на рис. 1) на основе инструкций, сохраненных в памяти контроллера, и сигналов, полученных от различных датчиков системы двигателя, таких как датчики, раскрытые выше при помощи фиг. 1, 2А, 2В и 3. Контроллер может использовать приводы двигателя из системы двигателя для регулирования работы двигателя, согласно раскрытым ниже способам.
Способ 500 может быть раскрыт в отношении компонентов, раскрытых выше, в частности, в отношении двигателя 10, контроллера 12, фильтра 72 твердых частиц, вторичного пропускного узла 80, выпускного патрубка 48 и лопастного колеса 240, показанных на фиг. 1, 2А и 2В.
Способ 500 начинается на шаге 502 с определения, оценки и/или измерения текущих рабочих параметров двигателя. Текущие рабочие параметры двигателя могут содержать нагрузку двигателя, частоту вращения двигателя, расход РОГ, скорость автомобиля, разрежение в коллекторе, положение дросселя, давление отработавших газов и воздушно-топливное отношение.
На шаге 504 способ 500 содержит оценку частоты вращения лопастного колеса в сажевом датчике вторичного пропускного узла. Датчик частоты вращения могут использовать в сажевом датчике для оценки частоты вращения. В качестве альтернативы или дополнительно, могут использовать датчик давления отработавших газов в выпускном отверстии вторичного пропускного узла, поскольку частоту вращения лопастного колеса могут вычислить на основе измеренного давления отработавших газов. В качестве альтернативы или дополнительно, датчик давления отработавших газов может быть расположен во впускном отверстии вторичного пропускного узла. Могут использовать другие системы и способ для оценки частоты вращения лопастного колеса. Как упомянуто выше, частота вращения лопастного колеса может быть основана на комбинации одного или более из следующего: нагрузка двигателя и количество сажи на лопастном колесе.
На шаге 506 способ 500 может определить, больше ли частота вращения лопастного колеса, чем пороговая частота вращения. Пороговая частота вращения может быть основана на частоте вращения лопастного колеса при заданной нагрузке двигателя, где количество сажи на лопастном колесе меньше порогового количества сажи. Например, пороговая частота вращения выше при высокой нагрузке двигателя по сравнению с низкой нагрузкой двигателя. Также, лопастное колесо вращается быстрее при высокой нагрузке двигателя по сравнению с низкой нагрузкой двигателя. Лопастное колесо имеет возможность улавливать сажу, когда количество сажи на лопастном колесе меньше порогового количества сажи (например, лопастное колесо заполнено частично или не заполнено). Также, пороговое количество сажи может быть основано на количестве сажи на лопастном колесе, при котором лопастное колесо неспособно улавливать сажу в достаточном количестве. Если количество сажи превышает пороговое количество сажи, то частота вращения лопастного колеса превышает пороговую частоту вращения вследствие увеличенной массы лопастного колеса (например, из-за накопленной сажи), обеспечивающей увеличение частоты вращения лопастного колеса при заданной нагрузке двигателя.
Если частота вращения меньше пороговой частоты вращения, то способ 500 переходит к шагу 508 для поддержания текущей работы двигателя и продолжения контроля частоты вращения лопастного колеса. Способ 500 также поддерживает разомкнутое состояние электрической цепи, электрически соединенной с лопастным колесом. Например, контроллер 12 может посылать сигнал для поддержания разомкнутого состояния выключателя 472 источника напряжения 470, как показано на фиг. 4, в результате чего не происходит регенерация лопастного колеса 240.
Если частота вращения больше пороговой частоты вращения, то способ 500 переходит к шагу 510 для включения нагревательного элемента, то есть замыкания электрической цепи источника напряжения, чтобы регенерировать лопастное колесо. Например, контроллер 12 может посылать сигнал для перевода выключателя 472 источника напряжения схемы 470 в замкнутое положение, чтобы дать возможность нагревательному элементу 90 нагревать фильтрующие материалы и/или пластины лопастного колеса. Как раскрыто выше, при нагревании лопастного колеса температура лопастного колеса может быть достаточно высокой, чтобы сжечь часть сажи или всю сажу, накопленную на фильтрующих материалах лопастного колеса.
Например, выключатель может оставаться в замкнутом положении до тех пор, пока регенерация не завершена. Полная регенерация может содержать сжигание, по существу, всей сажи, накопленной на фильтрующем материале лопастного колеса. Частичная регенерация может содержать сжигание части сажи, накопленной на фильтрующем материале лопастного колеса. Полная регенерация может быть более длительной, чем частичная регенерация. На шаге 512 способ 500 содержит прекращение регенерации. Регенерацию могут прекратить, если частота вращения лопастного колеса равна или меньше пороговой частоты вращения, которая может соответствовать частичной регенерации. В качестве альтернативы регенерацию могут прекратить, когда частота вращения достигает пороговой частоты вращения регенерации. Пороговая частота вращения регенерации основана на частоте вращения полностью очищенного (например, не содержащего какой-либо сажи) лопастного колеса при заданной нагрузке двигателя. Пороговая частота вращения регенерации может соответствовать полной регенерации лопастного колеса. В некоторых примерах пороговая частота вращения регенерации меньше пороговой частоты вращения. В некоторых вариантах реализации, дополнительно или в качестве альтернативы, регенерацию могут прекратить по истечении заданного промежутка времени (например, 20 секунд). Длительность промежутка времени могут основывать на среднем количестве времени для регенерации, используемого для уменьшения частоты вращения ниже пороговой частоты вращения.
Дополнительно или в качестве альтернативы способ 500 может также начать регенерацию фильтра твердых частиц в основном выпускном патрубке (например, фильтра 72 твердых частиц в выпускном патрубке 48), когда частота вращения лопастного колеса превышает пороговую частоту вращения. Таким образом, регенерацию фильтра твердых частиц и лопастного колеса могут выполнить одновременно. Регенерация фильтра твердых частиц может содержать регулирование комбинации одного или нескольких условий работы двигателя из следующих: задержка впрыска топлива, увеличение давления в системе впрыска топлива, запаздывание зажигания, увеличение воздушно-топливного отношения и т.д. В некоторых примерах регулирование работы двигателя могут выполнить таким образом, что регенерацию лопастного колеса могут осуществить без включения нагревательного элемента. Параметры работы двигателя могут возвратить к номинальным параметрам работы двигателя (например, стехиометрическому воздушно-топливному отношению, требуемому моменту впрыска топлива, требуемому давлению в системе впрыска топлива, оптимальному моменту зажигания и т.д.) в качестве реакции на нажатие педали акселератора. Поэтому регенерацию фильтра твердых частиц и лопастного колеса могут начать и прекратить в одно и то же время. В других примерах регенерацию фильтра твердых частиц могут выполнить при помощи нагревательного элемента, соединенного с фильтром твердых частиц. Например, регенерацию фильтра твердых частиц могут прекратить в качестве реакции на прекращение регенерации лопастного колеса. В другом примере регенерацию фильтра твердых частиц могут прекратить, если разность давлений между областью непосредственно выше по потоку от фильтра твердых частиц и областью непосредственно ниже по потоку от фильтра твердых частиц меньше пороговой разности давлений. Таким образом, противодавление выше по потоку от фильтра твердых частиц могут уменьшить в достаточной степени таким образом, что отработавшие газы смогут проходить через фильтр при требуемом массовом расходе. Регенерацию лопастного колеса также могут прекратить, если разность давлений выше по потоку и ниже по потоку от ФТЧ меньше пороговой разности давлений. В некоторых примерах лопастное колесо и фильтр твердых частиц могут регенерировать независимо друг от друга.
На шаге 514 способ 500 может определить временной интервал между предыдущей регенерацией и текущей регенерацией лопастного колеса. Последняя регенерация представляет собой событие регенерации, произошедшее непосредственно перед текущим событием регенерации. Временной интервал могут вычислить на основании продолжительности времени между началом предыдущей регенерации и началом текущей регенерации (например, 120 минут). Временной интервал может быть меньше предыдущего временного интервала, поскольку фильтр твердых частиц в основном выпускном патрубке становится деградированным и улавливает меньше сажи. Например, в фильтре твердых частиц могут появиться утечки в результате воздействия высоких температур регенерации, дорожных условий и т.д., что может позволить большему количеству сажи проходить к лопастному колесу, а это, в свою очередь, приводит к более частым регенерациям лопастного колеса.
На шаге 516 способ 500 определяет, меньше ли измеренный временной интервал, чем пороговый временной интервал. Пороговый временной интервал может быть основан на заданном пороговом значении (например, 200 минут), на измеренном предыдущем временном интервале или процентном значении от измеренного предыдущего временного интервала (например, 50% предыдущего временного интервала). Кроме того, пороговый временной интервал может быть основан на пороговом значении, указывающем, что временной интервал уменьшается, а лопастное колесо регенерируют более часто. Дополнительно или в качестве альтернативы, пороговый временной интервал могут регулировать на основе рабочих параметров двигателя. Например, пороговый временной интервал могут уменьшить, если нагрузка двигателя увеличивается.
Если временной интервал не меньше порогового временного интервала, то способ 500 переходит к шагу 508 для поддержания текущей работы двигателя и продолжения контроля частоты вращения лопастного колеса.
Если временной интервал меньше порогового временного интервала, то способ 500 переходит к шагу 518, чтобы указать (например, посредством флага), что фильтр твердых частиц основного выпускного патрубка, выше по потоку от лопастного колеса, расположенного во вторичном пропускном узле, деградирован. Указание на деградацию фильтра твердых частиц может содержать регулирование работы двигателя и включение индикаторной лампы 520 (например, чтобы сообщить водителю, что фильтр твердых частиц деградирован и должен быть заменен).
Например, контроллер (например, контроллер 12) может посылать сигналы различным приводам двигателя (например, на дроссель 62 двигателя 10) для ограничения создания вращающего момента двигателя, чтобы уменьшить количество производимых отработавших газов и обеспечить соответствие стандартам на выброс вредных веществ. В качестве другого примера, дополнительно или альтернативно, способ 500 может управлять одним или более из следующего: момент зажигания и впрыск топлива, увеличение воздушно-топливного отношения и/или увеличение потока РОГ. За счет увеличения количества газов системы РОГ, поступающих к одному или нескольким цилиндрам двигателя, уменьшают температуру (температуры) смеси сгорания, и объем впрыска топлива могут уменьшить. За счет этого могут уменьшить количество сажи, выбрасываемой из одного или нескольких цилиндров двигателя.
Таким образом, способ, показанный на фиг. 5, обеспечивает способ, содержащий отвод отработавших газов из основного выпускного патрубка во вторичный пропускной узел, где вторичный пропускной узел, содержит сажевый датчик с лопастным колесом, выполненным с возможностью вращения. Лопастное колесо содержит по меньшей мере один фильтрующий материал, соединенный с каждой из пластин и/или дисков лопастного колеса. Способ содержит регулирование работы двигателя на основе оценки частоты вращения лопастного колеса, если частота вращения превышает пороговую частоту вращения. Частота вращения основана на количестве сажи на лопастном колесе, причем сажа имеет возможность проходить мимо фильтра твердых частиц в основном выпускном патрубке, а затем осаждаться на лопастном колесе.
Способ дополнительно содержит, во время выполнения первого условия, когда условия регенерации фильтра твердых частиц соответствуют заданным, и в случае, когда временной интервал превышает пороговый временной интервал, регенерацию фильтра твердых частиц, расположенного в выхлопном патрубке двигателя, посредством комбинации одного или более из следующего: запаздывание зажигания и уменьшение воздушно-топливного отношения и во время выполнения второго условия и в случае, когда временной интервал меньше порогового временного интервала, информирование водителя о деградации фильтра твердых частиц и регулирование привода двигателя для уменьшения производимого крутящего момента.
На фиг. 6 показан пример управляющей последовательности 600 для иллюстрирования процесса управления двигателем, работающим с вторичным пропускным узлом (например, таким как вторичный пропускной узел 80, показанный на рис. 1). Линия 602 показывает периоды регенерации лопастного колеса, расположенного во вторичном пропускном узле, линия 604 отображает частоту вращения лопастного колеса, пунктир 605 обозначает пороговую частоту вращения для регенерации, пунктир 606 обозначает пороговую частоту вращения, линия 608 показывает состояние деградации фильтра твердых частиц в основном выпускном патрубке, линия 610 показывает количество сажи на лопастном колесе и линия 612 отображает пороговое количество сажи на лопастном колесе. Двунаправленные стрелки I1, I2 и I3 показывают измеренные временные интервалы между предыдущей регенерацией и текущей регенерацией лопастного колеса. Горизонтальные оси каждого графика представляют время, причем время увеличивается с левой стороны диаграммы к правой стороне диаграммы.
Фиг. 6 используется в целях иллюстрирования, то есть фактические временные интервалы между регенерациями лопастного колеса могут быть больше или меньше, чем изображенные временные интервалы. Дополнительно или в качестве альтернативы, деградация фильтра твердых частиц в основном выпускном патрубке может произойти после превышения порогового значения пробега автомобиля (например, 25000 миль).
До момента времени t1 лопастное колесо не регенерируют, как обозначено линией 602. Также, нагревательный элемент лопастного колеса не включают. Частота вращения лопастного колеса меньше пороговой частоты вращения, как показано линиями 604 и 606 соответственно. Фильтр твердых частиц, расположенный в выхлопной трубе, не деградирован, как показано линией 608. Количество сажи на лопастном колесе относительно невелико и меньше порогового количества сажи, как обозначено линиями 610 и 612 соответственно. Как показано, графики изменения частоты вращения и количества сажи на лопастном колесе, по существу, идентичны, поскольку частота вращения зависит, по меньшей мере частично, от количества сажи на лопастном колесе. Для постоянной нагрузки двигателя увеличение количества сажи на лопастном колесе может привести к подобному увеличению частоты вращения. Таким образом, значение частоты вращения могут использовать в качестве индикатора заполнения сажей лопастного колеса.
В момент времени t1 количество сажи на лопастном колесе превышает пороговое количество сажи, и частота вращения превышает пороговую частоту вращения. В качестве реакции на это состояние, выключатель источника напряжения нагревательного элемента, электрически соединенного с лопастным колесом, замыкают, чтобы начать регенерацию лопастного колеса. Фильтр твердых частиц в выхлопной трубе не деградирован за счет все еще происходящей последующей регенерации.
После момента времени t1 и до момента времени t2 продолжают регенерацию лопастного колеса. Поскольку лопастное колесо восстанавливают, сажу сжигают на фильтрующих материалах лопастного колеса и, следовательно, его частота вращения и количество сажи на нем уменьшаются. Как раскрыто выше, регенерацию могут закончить по истечении заранее заданного количества времени или ее могут закончить, если частота вращения стала меньше пороговой частоты вращения регенерации, как показано пунктиром 605, расположенным ниже значения пороговой частоты вращения, обозначенного пунктиром 606. В других примерах регенерацию лопастного колеса могут выполнять в течение заранее заданного количества времени (например, 20 секунд). Поскольку регенерацию продолжают, частота вращения и количество сажи на лопастном колесе уменьшаются до относительно низких значений частоты вращения и количества сажи. Например, завершение регенерации после достижения частоты вращения, меньшей, чем пороговая частота вращения регенерации, может соответствовать полной регенерации. Кроме того, завершение регенерации при нахождении значения частоты вращения между пороговой частотой вращения и пороговой частотой вращения регенерации может соответствовать частичной регенерации. Фильтр твердых частиц в выхлопной трубе не деградирован.
В момент времени t2 регенерацию лопастного колеса заканчивают, то есть переводят выключатель источника напряжения нагревательного элемента в разомкнутое положение в качестве реакции на частоту вращения, которая стала меньше пороговой частоты вращения регенерации, как раскрыто выше. Количество частиц на лопастном колесе начинает увеличиваться (например, несгоревшая сажа оседает на лопастном колесе). Фильтр твердых частиц в выхлопной трубе не деградирован.
После момента времени t2 и до момента времени t3 значения частоты вращения лопастного колеса и количества сажи на лопастном колесе увеличиваются до пороговой частоте вращения и до порогового количества сажи соответственно. Регенерацию не включают. Фильтр твердых частиц в выхлопной трубе не деградирован.
В момент времени t3 количество сажи на лопастном колесе начинает превышать пороговое количество сажи. Также, частота вращения начинает превышать пороговую частоту вращения. В качестве реакции на это состояние начинают регенерацию лопастного колеса. Во время регенерации лопастного колеса временной интервал между началом текущей регенерации лопастного колеса и началом предыдущей регенерации лопастного колеса измеряют, как показано стрелкой I1. Таким образом, стрелка I1 показывает измеренный временной интервал между моментами времени t1 и t3. Если этот временной интервал меньше порогового временного интервала, то фильтр твердых частиц в выхлопной трубе может быть деградирован, как раскрыто выше. В этом примере значение I1 больше порогового временного интервала, и фильтр твердых частиц в выхлопной трубе не деградирован. Временной интервал в этом примере изображен как пороговое количество времени. Как раскрыто выше, пороговый временной интервал может измениться на основе условий работы двигателя или может быть основан на предыдущих временных интервалах между последующими регенерациями. Например, пороговый временной интервал может быть, по существу, равен двум третям предыдущего временного интервала.
Например, если предыдущий временной интервал равен 60 минутам, то пороговый временной интервал для следующего измеренного временного интервала может быть равен 40 минутам. Если следующий временной интервал составляет менее 40 минут, то фильтр твердых частиц может быть деградирован.
После момента времени t3 и до момента времени t4 регенерацию лопастного колеса продолжают, потому что частота вращения превышает пороговую частоту вращения регенерации. Поскольку регенерацию продолжают, значения частоты вращения и количества сажи на лопастном колесе уменьшаются до относительно низкой частоты вращения и относительно низкого количества сажи соответственно.
В момент времени t4, поскольку частота вращения стала меньше, чем пороговая частота вращения регенерации, регенерацию лопастного колеса заканчивают посредством перевода выключателя нагревательного элемента в разомкнутое положение, как раскрыто выше. Количество частиц на лопастном колесе относительно низкое (например, по существу, равно к нулю). Кроме того, частота вращения начинает увеличиваться.
После момента времени t4 и до момента времени t5 значения частоты вращения и количества сажи на лопастном колесе продолжают увеличиваться до относительно высокой частоты вращения и высокого количества сажи соответственно. Регенерация остается выключенной, поскольку частота вращения меньше пороговой частоты вращения.
В момент времени t5 количество сажи на лопастном колесе превышает пороговое количество сажи. Таким образом, частота вращения превышает пороговую частоту вращения. В качестве реакции на это состояние начинают регенерацию лопастного колеса. Значение I2 подобно значению I1, за исключением того, что I2 соответствует временному интервалу между моментами времени t5 и t3. Значение I2 больше порогового временного интервала, и фильтр твердых частиц в выхлопной трубе не деградирован.
После момента времени t5 и до момента времени t6, регенерацию лопастного колеса продолжают, потому что частота вращения больше пороговой частоты вращения регенерации. Поскольку регенерацию продолжают, значения частоты вращения и количества сажи на лопастном колесе уменьшаются до относительно низкой частоты вращения и относительно низкого количества сажи соответственно.
В момент времени t6 регенерацию лопастного колеса заканчивают посредством перевода выключателя электрической цепи в разомкнутое положение в качестве реакции на уменьшение частоты вращения ниже пороговой частоты вращения регенерации, как раскрыто выше. Количество частиц на лопастном колесе относительно небольшое.
После момента времени t6 и до момента времени t7 значения частоты вращения и количества сажи на лопастном колесе продолжают увеличиваться до относительно высокой частоты вращения и высокого количества сажи соответственно. Регенерация остается выключенной.
В момент времени t7 количество сажи на лопастном колесе начинает превышать пороговое количество сажи, и частота вращения начинает превышать пороговую частоту вращения. В качестве реакции на это состояние начинают регенерацию лопастного колеса. Значение I3 отображает временной интервал между моментами времени t7 и t5. Значение I3 меньше порогового временного интервала и, таким образом, делают вывод, что фильтр твердых частиц, расположенный в выхлопной трубе, деградирован, как показано линией 608. Контроллер может информировать о деградации фильтра твердых частиц в основном выпускном патрубке в качестве реакции на значение временного интервала, которое меньше порогового временного интервала. Кроме того, контроллер (например, контроллер 12) может регулировать работу двигателя в качестве реакции на деградацию фильтра твердых частиц. Регулирование может содержать включение индикаторной лампы и/или ограничение выработки вращающего момента автомобиля, как раскрыто выше с использованием фиг. 5.
После момента времени t7 и до момента времени t8 регенерацию лопастного колеса продолжают, потому что частота вращения больше пороговой частоты вращения регенерации. Поскольку регенерацию продолжают, значения частоты вращения и количества сажи на лопастном колесе уменьшаются до относительно низкой частоты вращения и относительно низкого количества сажи соответственно. Фильтр твердых частиц в выхлопной трубе остается деградированным.
В момент времени t8 регенерацию лопастного колеса заканчивают посредством перевода выключателя нагревательного элемента в разомкнутое положение в качестве реакции на частоту вращения, которая стала ниже пороговой частоты вращения регенерации, как раскрыто выше. Количество частиц на лопастном колесе остается небольшим вследствие корректировок, выполненных контроллером с целью уменьшить выработку сажи. Поэтому частота вращения остается низкой.
После момента времени t8 корректировки сохраняют на прежнем уровне, и значения количества сажи на лопастном колесе и частоты вращения остаются относительно небольшими. Фильтр твердых частиц в выпускном трубопроводе остается деградированным.
Таким образом, отвод части отработавших газов из главного выпускного патрубка во вторичный пропускной узел позволяет использовать сажевый датчик, содержащий лопастное колесо и расположенный во вторичном пропускном узле, для определения состояния деградации фильтра твердых частиц, расположенного в основном выпускном патрубке выше по потоку от вторичного пропускного узла. Кроме того, возможность вращения лопастного колеса и расположение его во вторичном пропускном узле, обеспечивает увеличенную однородность накопления сажи на лопастном колесе по сравнению с размещением сажевого датчика в основном выпускном патрубке. Таким образом, чувствительность и/или надежность лопастного колеса могут быть увеличены, а состояние деградации или отсутствия деградации фильтра твердых частиц в выпускном трубопроводе могут определить более точно. Технический эффект от направления отработавших газов во вторичный пропускной узел к сажевому датчику состоит в определении состояния фильтра твердых частиц (например, деградирован или не деградирован), расположенного в основном выпускном патрубке, в целях выполнения требований стандарта на выброс вредных веществ. Частоту вращения лопастного колеса могут сравнить с пороговой частотой вращения, и если частота вращения лопастного колеса превышает пороговую частоту вращения, то делают вывод, что лопастное колесо полностью заполнено сажей. Лопастное колесо могут регенерировать в качестве реакции на увеличение частоты вращения выше пороговой частоты вращения. При уменьшении временного интервала между началом последующих регенераций могут указать на деградацию фильтра твердых частиц, расположенного в основном выпускном патрубке.
Представлен способ, содержащий отведение отработавших газов из выхлопной трубы в параллельный выхлопной тракт вне выхлопной трубы, причем выхлопной тракт содержит поворотные пластины, соединенные с фильтрующим материалом в неподвижном корпусе, и регулирование работы двигателя в зависимости от частоты вращения пластин. Первый пример способа отличается тем, что частоту вращения пластин сопоставляют с количеством сажи, осажденной на пластинах, и причем регенерацию пластин выполняют в качестве реакции на частоту вращения пластин, превышающую пороговую частоту вращения. Второй пример способа факультативно содержит первый пример и отличается тем, что работу двигателя регулируют на основе того, что временной интервал между ближайшим предыдущим и текущим событиями регенерации пластин меньше порогового временного интервала. Третий пример способа факультативно содержит первый и/или второй пример и отличается тем, что измеряют временной интервал от начала предыдущего события регенерации до начала текущего события регенерации. Четвертый пример способа факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по третий, и отличается тем, что выхлопная труба соединена по текучей среде с выхлопным трактом через впускную трубку и выпускную трубку выхлопного тракта, и причем впускная трубка содержит одно или несколько отверстий на части впускной трубки, расположенной во внутренней части выхлопной трубы. Пятый пример способа факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по четвертый, и дополнительно содержит возможность прохождения отработавших газов через неподвижный корпус пластин, причем впускное отверстие корпуса расположено непосредственно напротив выпускного отверстия неподвижного корпуса, а пластины расположены между указанными отверстиями. Шестой пример способа факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по пятый, и отличается тем, что отведение отработавших газов из выхлопной трубы в выхлопной тракт дополнительно содержит прохождение отработавших газов по меньшей мере через одну пластину из числа пластин, расположенных в неподвижном корпусе, до возвращения отработавших газов в выпускной патрубок в выхлопной трубе. Седьмой пример способа факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по шестой, и отличается тем, что пластины квадратные, а фильтрующий материал состоит из подложки фильтра твердых частиц, выполненной с возможностью улавливания сажи из потока отработавших газов. Восьмой пример способа факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по седьмой, и отличается тем, что пластины пористые.
Второй пример способа содержит регулирование работы двигателя в качестве реакции на деградацию фильтра твердых частиц в выхлопной трубе двигателя, причем деградацию определяют на основе временного интервала между первой регенерацией и второй регенерацией поворотных фильтров в цилиндрическом корпусе, расположенном вдоль вторичного патрубка, находящегося за пределами выхлопной трубы двигателя. Первый пример второго способа отличается тем, что впускное отверстие и выпускное отверстие вспомогательного патрубка соединены с выхлопной трубой двигателя ниже по потоку относительно фильтра твердых частиц, и причем впускное отверстие и выпускное отверстие физически соединены с цилиндрическим корпусом на равных осевых высотах. Второй пример второго способа факультативно содержит первый пример и отличается тем, что поворотные фильтры выполнены в форме «плюс», и причем стороны поворотных фильтров взаимодействуют с внутренними поверхностями цилиндрического корпуса. Третий пример второго способа факультативно содержит первый и/или второй пример и отличается тем, что регенерацию поворотных фильтров выполняют в качестве реакции на частоту вращения поворотных фильтров, превышающую пороговую частоту вращения, и причем пороговая частота вращения основана на комбинации одного или более из следующего: нагрузка двигателя, расход РОГ и воздушно-топливное отношение. Четвертый пример второго способа факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по третий, и отличается тем, что во время выполнения первого условия, когда условия регенерации фильтра твердых частиц выполнены, и в качестве реакции на временной интервал, превышающий пороговый временной интервал, регенерацию фильтра твердых частиц, расположенного в выхлопной трубе двигателя, осуществляют посредством комбинации одного или более из следующего: запаздывание зажигания и уменьшение воздушно-топливного отношения; и во время выполнения второго условия и в качестве реакции на значение временного интервала, меньшее, чем пороговый временной интервал, информируют водителя о деградации фильтра твердых частиц и регулируют привод двигателя для уменьшения производимого крутящего момента.
Представлена выпускная система двигателя, содержащая выпускной патрубок, содержащий полый цилиндрический корпус с несколькими пластинами, выполненными с возможностью вращения за счет движения отработавших газов через цилиндрический корпус, причем пластины содержат материал для улавливания сажи, присоединенный к пластинам. Первый пример системы отличается тем, что отработавшие газы имеют возможность проходить по меньшей мере через одну пластину из числа пластин, до выхода отработавших газов из цилиндрического корпуса. Второй пример системы факультативно содержит первый пример и отличается тем, что цилиндрический корпус содержит верхнюю дугу и нижнюю дугу, и причем по меньшей мере одна пластина из числа пластин имеет возможность взаимодействия с верхней дугой, независимо от углового положения пластин, и по меньшей мере вторая, отличная от первой, пластина из числа пластин, имеет возможность взаимодействия с нижней дугой, независимо от углового положения пластин. Третий пример системы факультативно содержит первый и/или второй пример и отличается тем, что угол между любыми смежными пластинами из числа пластин меньше, чем угол, соответствующий длине верхней дуги. Четвертый пример системы факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по третий, и отличается тем, что цилиндрический корпус не имеет каких-либо дополнительных впускных отверстий или выпускных отверстий, кроме впускного отверстия из указанного патрубка и выпускного отверстия в указанный патрубок. Пятый пример системы факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по четвертый, и отличается тем, что электронный контроллер с инструкциями выполнен с возможностью регулировать рабочие параметры двигателя в качестве реакции на частоту вращения пластин во время работы двигателя.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут быть сохранены как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполнены управляющей системой, состоящей из контроллера в сочетании с различными датчиками, приводами и другими средствами двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой одну или более стратегий обработки, таких как управляемые по событиям, управляемые по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.п. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Более того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память машиночитаемой среды хранения данных в управляющей системе двигателя, при этом раскрытые действия могут быть выполнены посредством исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.
Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «некоторый» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов формулы изобретения или путем представления новых пунктов формулы изобретения в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.