УСТРОЙСТВО ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая заявка в целом относится к устройству выпуска отработавших газов (системе выпуска) двигателя внутреннего сгорания, содержащему датчик твердых частиц.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Системы выпуска (устройства выпуска отработавших газов) могут включать в себя один или более датчиков твердых частиц, чтобы определять количество твердых частиц (например, углеродных загрязнений, таких как сажа) в потоке отработавших газов. В некоторых примерах, датчики твердых частиц могут быть резистивными датчиками с обнаженными электродами, на которых накапливаются твердые частицы системы выпуска. Накопленные твердые частицы, вырабатываемые в достаточном количестве, вызывают изменение сопротивления. Это изменение сопротивления используется наряду с другими рабочими параметрами силовой передачи, чтобы логически выводить скорость утечки твердых частиц сажевого фильтра. Эта скорость утечки сравнивается с допустимой скоростью утечки системы силовой передачи и используется для определения степени исправности сажевого фильтра. Несмотря на то, что подразумевается, что этот датчик должен измерять основанные на углероде загрязнения небольшими частицами, другие загрязнения (например, неуглеродные загрязнения), такие как присадки к маслу, загрязнения топлива и остаточные материалы из системы выпуска (например, оксид железа, и т.д.), могут накапливаться на электроде. Это загрязнение, если развивалось в достаточной мере, приводит к пониженной точности датчика и ухудшает способность датчика измерять утечку твердых частиц.
В уровне техники известна конструкция системы определения количества твердых частиц, раскрытая в документе JP2011256796 A, озаглавленном «PM QUANTITY DETECTION SYSTEM», опубликованном 22.12.2011.
Для обнаружения количества твердых частиц (РМ) в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания система содержит датчик РМ, установленный в корпусе датчика, в котором часть потока отработавших газов поступает в выпускной канал. Часть поверхности стенки корпуса датчика нагревается теплом отработавших газов, поступающих в выпускной канал, и нагревателем для корпуса, чтобы получить разность температур в корпусе датчика, и PM в отработавших газах в корпусе датчика направляются в PM датчик посредством термоэффекта, вызванного разностью температур. Когда температура отработавших газов, поступающих в выпускной канал низкая, выход нагревателя для корпуса устанавливается выше, чем когда температура выхлопных газов высокая. Однако раскрытая система во время режима пониженного загрязнения, не содержит инициирование приведения в действие нагревателя для повышения температуры датчика, чтобы отталкивать твердые частицы от чувствительного элемента, и не настраивать рабочие параметры двигателя на основании датчика.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Изобретатель в материалах настоящей заявки осознал возможность чрезмерного накопления загрязнений на датчике частиц и потребность в способах защиты от этого подвергания воздействию загрязнений. Предусмотрен способ, чтобы предоставлять возможность для надлежащего измерения датчика твердых частиц наряду с повышением устойчивости датчика к нормальному загрязнению, ожидаемому в системе выпуска. В самой простой реализации, датчик твердых частиц имеет три фазы работы: первым режимом является состояние запуска, где датчик приведен в рабочее состояние, которое ограничивает способность жидких капелек формироваться на или повреждать керамическую подложку датчика; второй режим является нормальным измерительным режимом, где датчик выполняет и завершает нормальное измерение; и третий режим является режимом пониженного загрязнения, который предоставляет датчику возможность приводиться в рабочее состояние, где чувствительный элемент вводится в режим, где потенциально возможные загрязнения отталкиваются от чувствительной поверхности.
В настоящей заявке раскрыто устройство выпуска отработавших газов, содержащее: выпускной канал для выпуска отработавших газов; сажевый фильтр для фильтрации твердых частиц; датчик твердых частиц, расположенный ниже по потоку от сажевого фильтра в устройстве выпуска отработавших газов, причем датчик твердых частиц включает в себя нагреватель и чувствительный элемент, подвергающийся воздействию потока отработавших газов; устройство управления, находящееся в связи с датчиком твердых частиц, причем устройство управления включает в себя невременные команды, чтобы, во время измерительного режима, формировать расход частиц через сажевый фильтр на основании датчика твердых частиц и настраивать один или более рабочих параметров двигателя на основании расхода частиц, и, во время режима пониженного загрязнения, инициировать приведение в действие нагревателя для повышения температуры датчика, чтобы отталкивать твердые частицы от чувствительного элемента, и не настраивать рабочие параметры двигателя на основании датчика.
В дополнительном аспекте устройство управления дополнительно включает в себя команды для указания ухудшения характеристик сажевого фильтра на основании расхода частиц.
Другой дополнительный аспект дополнительно содержит датчик температуры отработавших газов, выполненный с возможностью выводить температуру отработавших газов.
В еще одном дополнительном аспекте устройство управления дополнительно включает в себя команды для повышения температуры датчика до температуры, более высокой, чем температура отработавших газов, но меньшей, чем температура, при которой горит сажа.
Кроме того, описан способ для датчика твердых частиц, состоящий в том, что: формируют показание расхода частиц через сажевый фильтр на основании накопления частиц на чувствительном элементе датчика и диагностируют датчик на основании расхода; и после того, как диагностирование датчика завершено, нагревают чувствительный элемент датчика, чтобы отталкивать частицы от чувствительного элемента.
В дополнительном аспекте формирование показания расхода частиц заключается в том, что эксплуатируют датчик в измерительном режиме.
Другой дополнительный аспект дополнительно состоит в том, что настраивают один или более рабочих параметров двигателя на основании расхода во время измерительного режима.
В еще одном дополнительном аспекте один или более рабочих параметров включают в себя питание топливом и топливо-воздушное соотношения в двигателе.
В еще одном дополнительном аспекте датчик эксплуатируется в измерительном режиме только один раз за ездовой цикл двигателя, к которому датчик присоединен в его выпускном канале.
В еще одном дополнительном аспекте нагревание чувствительного элемента заключается в том, что нагревают датчик до температуры, большей чем температура отработавших газов, и поддерживают ее большей, чем температура отработавших газов, даже в то время как температура отработавших газов колеблется в зависимости от условий эксплуатации двигателя, но меньшей, чем температура, при которой горит сажа.
В еще одном дополнительном аспекте нагревание чувствительного элемента для отталкивания частиц от чувствительного элемента заключается в том, что эксплуатируют датчик в режиме пониженного загрязнения.
Еще один дополнительный аспект дополнительно состоит в том, что не настраивают один или более рабочих параметров двигателя на основании датчика во время режима пониженного загрязнения.
В еще одном дополнительном аспекте нагревание чувствительного элемента датчика заключается в том, что инициируют работу нагревателя датчика.
Еще один дополнительный аспект дополнительно состоит в том, что указывают ухудшение характеристик сажевого фильтра на основании расхода, сформированного датчиком.
А также раскрыт способ, состоящий в том, что: во время ездового цикла двигателя: во время измерительного режима, формируют расход частиц через сажевый фильтр на основании накопления частиц на чувствительном элементе датчика твердых частиц и настраивают один или более рабочих параметров двигателя на основании датчика; и во время режима пониженного загрязнения, повышают температуру датчика до температуры, большей, чем температура отработавших газов, чтобы отталкивать частицы от чувствительного элемента, и не настраивают рабочие параметры двигателя на основании датчика.
Дополнительный аспект дополнительно состоит в том, что эксплуатируют датчик в измерительном режиме один раз во время ездового цикла.
В другом дополнительном аспекте рабочие параметры двигателя включают в себя питание топливом и топливо-воздушное соотношение в двигателе.
В еще одном дополнительном аспекте повышение температуры датчика заключается в том, что повышают температуру датчика до температуры, меньшей, чем температура. при которой горит сажа.
В еще одном дополнительном аспекте изменение температуры датчика вследствие повышения основано на одном или более рабочих параметров датчика.
Еще один дополнительный аспект дополнительно состоит в том, что, во время измерительного режима, указывают ухудшение характеристик датчика, когда расход частиц является большим, чем пороговый расход.
В одном из конкретных примеров, способ для датчика твердых частиц содержит формирование показания расхода частиц через сажевый фильтр на основании накопления частиц на чувствительном элементе датчика. Способ дополнительно содержит диагностирование датчика на основании расхода. Способ дополнительно содержит, после того, как диагностирование датчика завершено, нагрев чувствительного элемента датчика, чтобы отталкивать частицы от чувствительного элемента. Таким образом, в одном из примеров, датчик может диагностировать сажевый фильтр во время измерительного режима работы. Кроме того, датчик может нагреваться, чтобы отталкивать частицы, такие как загрязнения, во время режима работы пониженного загрязнения. Измерительный режим и режим пониженного загрязнения, например, могут выполняться в разные промежутки времени. Таким образом, несмотря на то, что датчик не используется для формирования информации о сажевом фильтре, датчик может защищаться от накопления загрязнений, которые могут ухудшать рабочие характеристики датчика.
Должно быть понятно, что сущность полезной модели, приведенная выше, предоставлена для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного объекта полезной модели, объем которого однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный объект полезной модели не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает принципиальную схему двигателя, включающего в себя систему выпуска и датчик твердых частиц.
Фиг. 2 показывает принципиальную схему примерного датчика твердых частиц.
Фиг. 3 показывает график, иллюстрирующий режимы работы датчика твердых частиц на протяжении ездового цикла двигателя.
Фиг. 4 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру для определения режима работы датчика твердых частиц.
Фиг. 5 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру для эксплуатации датчика твердых частиц в измерительном режиме.
Фиг. 6 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру для эксплуатации датчика твердых частиц в режиме пониженного загрязнения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Последующее описание относится к способам и системам для датчика твердых частиц. В одном из примеров способ содержит формирование расхода частиц через сажевый фильтр на основании накопления частиц на чувствительном элементе датчика и диагностирование датчика на основании расхода. Способ дополнительно содержит, после того как диагностирование датчика завершено, нагрев чувствительного элемента датчика, чтобы отталкивать частицы от чувствительного элемента. Таким образом, датчик может эксплуатироваться в измерительном режиме, чтобы выводить информацию касательно сажевого фильтра, и эксплуатироваться в режиме пониженного загрязнения, когда датчик не диагностирует сажевый фильтр. Во время измерительного режима один или более рабочих параметров двигателя, который имеет систему выпуска, в которой присоединены датчик и сажевый фильтр, могут настраиваться на основании выходного сигнала датчика. В противоположность, рабочие параметры двигателя могут не настраиваться во время режима пониженного загрязнения. Таким образом, датчик частиц может обеспечивать диагностику во время части ездового цикла двигателя (например, во время измерительного режима) и может испытывать пониженное загрязнение во время другой части ездового цикла (например, во время режима пониженного загрязнения).
Далее со ссылкой на фиг. 1 проиллюстрирована схематическая диаграмма, показывающая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, который может быть включен в силовую установку автомобиля. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Камера 30 (то есть, цилиндр) сгорания двигателя 10 может включать в себя стенки 32 камеры сгорания с поршнем 36, расположенным в них. Поршень может быть присоединен к коленчатому валу 40, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 40 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.
Камера 30 сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать газообразные продукты сгорания отработавших газов через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответственные впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
В примере, изображенном на фиг. 1, впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 могут управляться посредством приведения в действие кулачков через соответственные системы 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), изменения фаз газораспределения (VVT) и/или изменения подъема клапана (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может определяться датчиками 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут управляться посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением. Например, цилиндр 30, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением, и выпускной клапан, управляемый через кулачковый привод, включающий в себя CPS.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть сконфигурирован одной или более топливных форсунок для подачи топлива в него. В качестве неограничивающего примера показан цилиндр 30, включающий в себя одну топливную форсунку 66. Топливная форсунка 66 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 30 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально ширине импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает то, что известно как непосредственный впрыск (в дальнейшем, также называемый «DI») топлива в цилиндр 30 сгорания.
Будет приниматься во внимание, что, в альтернативном варианте осуществления, форсунка 66 может быть форсункой впрыска во впускные каналы, выдающей топливо во впускной канал выше по потоку от цилиндра 30. Следует принять во внимание, что цилиндр 30 может принимать топливо из множества форсунок, таких как множество форсунок впрыска во впускные каналы, множество форсунок непосредственного впрыска или их комбинацию.
В одном из примеров двигатель 10 является дизельным двигателем, который сжигает воздух и дизельное топливо благодаря воспламенению от сжатия. В других неограничивающих вариантах осуществления двигатель 10 может осуществлять сгорание разного топлива, в том числе, бензина, биодизельного топлива или спиртосодержащей топливной смеси (например, бензина и этилового спирта или бензина и метилового спирта) благодаря воспламенению от сжатия и/или искровому зажиганию.
x
x
Система 128 выпуска включает в себя датчик 126 отработавших газов, присоединенный к выпускному каналу 48 выше по потоку от устройства 146 снижения токсичности выбросов. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания топливо/воздушного соотношения в отработавших газах, таким как линейный датчик содержания кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода содержания в отработавших газах), двухрежимный датчик содержания кислорода или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NO, HC, или CO. Устройство 146 снижения токсичности выбросов показано скомпонованным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. В примере, показанном на фиг. 1, устройство 146 может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NO системой избирательного каталитического восстановления, различными другими устройствами снижения токсичности выбросами или их комбинациями. В некоторых вариантах осуществления, во время работы двигателя 10, устройство 146 снижения токсичности выбросов может периодически перенастраиваться посредством приведения в действие по меньшей мере одного цилиндра двигателя в пределах конкретного топливо/воздушного соотношения.
Кроме того, система 128 выпуска включает в себя сажевый фильтр 140, расположенный ниже по потоку от устройства 146 снижения токсичности выбросов. Система 128 выпуска дополнительно включает в себя резистивный датчик 142 твердых частиц (PM) и датчик 144 температуры, расположенные ниже по потоку от сажевого фильтра 140. Как будет подробнее описано ниже, датчик 142 PM может формировать показание расхода твердых частиц через сажевый фильтр 140 во время по меньшей мере части ездового цикла двигателя 10. Датчик 142 PM может быть датчиком с подогревом, например, который нагревается на основании температуры отработавших газов. По существу, датчик 144 температуры предусмотрен в выпускном канале 48 для формирования показания температуры отработавших газов.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 120 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 40; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 122. Сигнал числа оборотов двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP.
Постоянное запоминающее устройство 106 запоминающего носителя может быть запрограммировано постоянными машинно-читаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 102 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены.
В одном из примеров контроллер 12 может определять ухудшение характеристик сажевого фильтра 140 на основании выходного сигнала из датчика 142 PM. Как только диагностика завершена, датчик 142 PM может эксплуатироваться в режиме пониженного загрязнения, в котором датчик 142 PM нагревается до температуры, более высокой, чем температура отработавших газов, указанная датчиком 144 температуры отработавших газов, но меньшей, чем температура, при которой могут гореть твердые частицы. Посредством нагревания датчика 142 PM до температуры, более высокой, чем у отработавших газов, твердые частицы могут отталкиваться от датчика 142 PM, тем самым снижая накопление загрязнений на датчике 142 PM.
Как описано выше, фиг. 1 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и каждый цилиндр может подобным образом включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания, и т.д.
Далее со ссылкой на фиг. 2 показан схематический вид примерного варианта осуществления датчика 200 PM. Датчик 200 PM может быть датчиком 142 PM, описанным выше со ссылкой на фиг. 1, а потому, может совместно использовать общие признаки и/или конфигурации, как уже описанные для датчика 142 PM. Датчик 200 PM может быть выполнен с возможностью измерять массу и/или концентрацию твердых частиц в отработавших газах, и/или расход твердых частиц через сажевый фильтр, расположенный выше по потоку от датчика 200 PM. По существу, датчик 200 PM может быть присоединен к выхлопной трубе. Следует принять во внимание, что датчик 200 PM показан в упрощенной форме в качестве примера, и что возможны другие конфигурации.
Как показано, датчик 200 PM включает в себя чувствительный элемент 201, который подвергается воздействию потока отработавших газов. Чувствительный элемент 201 включает в себя подложку 202 и два чувствительных электрода 204. Подложка 202 является керамической подложкой, которая обеспечивает механическую опору для чувствительных элементов 204 и электроизоляционного материала, который разделяет чувствительные электроды 204. Подложка 202 подвергается воздействию потока отработавших газов через выхлопную трубу, в которой вставлен датчик 200 PM, из условия чтобы твердые частицы накапливались на подложке 202.
Два электрода 204 могут быть расположены на или в непосредственной близости от подложки 202. Как показано, два электрода 204 могут быть разделены небольшим зазором, указанным под 206. Электроды 204, например, могут быть инертными платиновыми электродами, однако будет приниматься во внимание, что электроды могут быть изготовлены из других пригодных материалов.
Конструкция датчика PM, такая как показанная на фиг. 2, может приводить к накоплению сажи на подложке 202 чувствительного элемента 201 до точки, где зазор 206 закорачивается накопленной сажей. В таких случаях, проводимость между электродами 204 меняется от почти нулевой проводимости керамической подложки. Электрическая проводимость между электродами, поэтому, является указанием накопленных твердых частиц в области отработавших газов, которую измеряет датчик.
Датчик 200 PM содержит в себе внутренний нагреватель 208, который используется для нагрева датчика 200 PM до достаточной температуры, типично более высокой, чем 600°C, которая достаточно высока, чтобы окислять датчик 200 PM и очищать электроды 204 и поверхность подложки 202, из условия чтобы чувствительный элемент был готов к новому измерительному циклу. Этот режим нагрева ограничен по максимальной температуре и времени, так как материалы электродов могут подвергаться эрозии и, таким образом, изменять передаточную функцию датчика относительно накопления сажи. В предложенном режиме пониженного загрязнения, было бы повышение температуры датчика 200 PM, но оно было бы меньшим, чем критическая температура и время, из условия чтобы чувствительные электроды 204 не могли бы подвергаться ухудшению характеристик. В одном из примеров датчик 200 PM может нагреваться до температуры чуть ниже 600°C и гораздо выше температуры отработавших газов, окружающих датчик 200 PM. По существу, твердые частицы (основанные на углероде, такие как сажа, и основанные не на углероде) могут отталкиваться от подложки 202 PM. Вследствие высоко переменных условий расхода и температуры в отработавших газах, однако, мощность или уровень нагревания, используемые для продолжительного поддержания требуемой температуры датчика, могут значительно меняться.
С краткой ссылкой на фиг. 1, контроллер 12 может принимать входные данные из датчика 200 PM, обрабатывать входные данные и инициировать реакцию на обработанные входные данные на основании команд или управляющей программы, запрограммированных в нем, соответствующих одной или более процедур для управления датчиком 200 PM. Примерные процедуры управления описаны в материалах настоящей заявки со ссылкой на фиг. 4-6.
Следует принять во внимание, что восстановление датчика PM является отличным от восстановления сажевого фильтра (например, восстановления PF). Восстановление датчика PM в частности относится к восстановлению датчика. Таким образом, датчик PM возвращается в состояние, в большей степени пригодное для передачи точной информации, относящейся к отработавшим газам. Такая информация может включать в себя диагностику, которая относится к состоянию PF, и таким образом, может по меньшей мере частично определять, обеспечивается ли восстановление PF. Подобно восстановлению датчика PM, описанному в материалах настоящей заявки, восстановление PF типично достигается посредством подъема температуры PF до предопределенного уровня и обеспечения, чтобы отработавшие газы, поступающие в PF, имели определенный состав.
Как описано выше, примерный датчик 200 PM, показанный на фиг. 2, может быть резистивным датчиком, который накапливает небольшое количество частиц на керамической подложке, на которой напечатаны инертные платиновые электроды, разделенные небольшим зазором. По мере того, как частицы накапливаются на подложке 202, они закорачивают зазор 206 и заставляют проводимость между электродами 204 выпадать из почти нулевой проводимости керамической подложки. Электрическая проводимость между электродами, поэтому, является указанием накопленных PM в области отработавших газов, которую измеряет датчик.
Со временем основанные на углероде частицы (например, сажа) и основанные не на углероде частицы (например, загрязнения, такие как материалы присадок к маслам, загрязнения топлива, остаточные материалы из системы выпуска, такие как оксид железа из выпускных коллекторов и выпускных каналов, материал с подложек каталитических нейтрализаторов и фильтров, и т.д.) накапливаются на датчике 20 PM. Основанные не на углероде частицы могут покрывать слоем датчик 200 PM, давая в результате пониженную точность датчика 200 PM для вывода показания расхода частиц через сажевый фильтр. Эта пониженная точность может повышать скорость реакции датчика, если осаждаемые материалы являются проводящими или полупроводящими, либо реакция датчика может замедляться, если осаждаются непроводящие частицы. Таким образом, во время режима пониженного загрязнения (фиг. 6), когда датчик 200 PM больше не является измеряющим расход частиц через сажевый фильтр в измерительном режиме (фиг. 5), датчик нагревается, из условия чтобы температура датчика находится выше, чем у окружающих отработавших газов. По существу, частицы будут отталкиваться от датчика посредством термофореза, при котором разность кинетических энергий выгоняет частицы из области более высокой температуры в область более низкой температуры.
Фиг. 3 показывает график, иллюстрирующий режимы работы датчика твердых частиц, такого как датчик 200 твердых частиц, описанный выше со ссылкой на фиг. 2, на протяжении ездового цикла двигателя, такого как двигатель 10, описанный выше со ссылкой на фиг. 1. Ездовой цикл может начинаться в момент времени, указанный под 302, например, когда двигатель запускается.
Как изображено, первая часть ездового цикла включает в себя холодный запуск. В качестве названного в материалах настоящей заявки «холодный запуск» подразумевается, что двигатель запускается в условиях, в которых двигатель остыл до условий окружающей среды, которые могут быть относительно жаркими или холодными. Во время холодного запуска, датчик PM может эксплуатироваться в режиме пониженного загрязнения, в котором датчик PM нагревается незначительно, в порядке 100-200°C, на электродах, чтобы избежать накопления капелек воды или конденсата, и в то время как являются достаточно небольшими, чтобы избегать потенциальной возможности для теплового удара, когда большие капли воды ударяются о нагретую поверхность. Эта работа типична для многих основанных на керамике датчиков отработавших газов. В некоторых примерах датчик PM может эксплуатироваться в режиме пониженного загрязнения на основании условий эксплуатации системы. Например, датчик PM может нагреваться, когда количество конденсата, присутствующего в системе выпуска, является большим, чем пороговая величина.
В момент времени, указанный под 304, происходит розжиг датчика. В этот момент времени PM датчик прогрет и готов для работы в измерительном режиме. В измерительном режиме, например, датчик PM может вырабатывать показание расхода твердых частиц через сажевый фильтр, расположенный выше по потоку от датчика PM. Таким образом, датчик PM может указывать ухудшение характеристик сажевого фильтра, и один или более рабочих параметров двигателя могут настраиваться на основании выходного сигнала датчика, как будет описано ниже со ссылкой на фиг. 5.
В момент времени, указанный на 306, диагностика сажевого фильтра на основании датчика PM завершается, и датчик PM начинает или возобновляет работу в режиме пониженного загрязнения до конца ездового цикла. Во время режима пониженного загрязнения, рабочие параметры двигателя не настраиваются на основании выходного сигнала датчика PM, так как датчик является отталкивающим частицы от чувствительного элемента. Как изображено в примере по фиг. 3, как только в режиме пониженного загрязнения, датчик остается в режиме пониженного загрязнения до конца ездового цикла, когда двигатель выключается. В других примерах датчик может переключаться обратно в измерительный режим, по меньшей мере временно, например, если необходима диагностика сажевого фильтра.
Фиг. 4-6 показывает процедуры управления для датчика PM, такого как датчик 200 PM, описанный выше со ссылкой на фиг. 2. Фиг. 4 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру для определения режима работы датчика PM, такого как режимы работы, показанные на фиг. 3. Фиг. 5 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру для эксплуатации датчика в измерительном режиме. Фиг. 6 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру для эксплуатации датчика в режиме пониженного загрязнения.
Продолжая по фиг. 4, показана блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая процедуру 400 управления для определения способа работы датчика PM. В одном из примеров датчик PM может быть датчиком 200 PM, описанным выше со ссылкой на фиг. 2. Более точно, процедура 400 определяет, в каком режиме датчик должен эксплуатироваться, на основании событий на всем протяжении ездового цикла двигателя в транспортном средстве, в котором расположен датчик. Например, режим работы датчика может меняться в ответ на розжиг датчика и/или завершение диагностической проверки. Двигатель может быть двигателем 10, например, описанным выше со ссылкой на фиг. 1.
На 402 процедуры 400 определяется, находится ли двигатель в холодном запуске, или произошла ли перенастройка датчика, в то время как двигатель является работающим. Как описано выше, холодный запуск подразумевает, что двигатель запускается в условиях, в которых двигатель остыл до условий окружающей среды, которые могут быть относительно жаркими или холодными.
Если определено, что перенастройка датчика произошла во время условий работающего двигателя, процедура 400 переходит на 414, и определяется, завершил ли датчик измерения. Если определено, что измерения не были завершены, процедура переходит на 408, где выполняется измерительный режим работы, как описано подробнее ниже со ссылкой на фиг. 5. Если определено, что датчик завершил измерения, процедура переходит на 412, где датчик приводится эксплуатируется в режиме работы пониженного загрязнения, как подробнее описано ниже со ссылкой на фиг. 6.
С другой стороны, если определено, что двигатель в холодном запуске, процедура 400 продолжается до 404, и датчик эксплуатируется в режиме пониженного загрязнения, который подробнее описан ниже со ссылкой на фиг. 6. В некоторых примерах датчик всегда может эксплуатироваться в режиме пониженного загрязнения во время холодного запуска. В других примерах следует ли эксплуатировать датчик в режиме пониженного загрязнения во время холодного запуска, может зависеть от различных параметров. В одном из примеров датчик может эксплуатироваться в режиме пониженного загрязнения, когда больший, чем пороговый, уровень конденсата присутствует в системе выпуска. Посредством эксплуатации датчика в режиме пониженного загрязнения во время холодного запуска, например, датчик может быть определен в рабочее состояние, которое ограничивает способность капелек жидкости формироваться на датчике.
На 406 процедуры 400 определяется, произошел ли розжиг датчика PM. Может определяться, что розжиг датчика произошел, на основании температуры датчика (например, определяется, были ли достигнуты критерии выхода для условий точки росы). Например, как только датчик разогрелся до пороговой температуры, датчик может работать с повышенной точностью и уменьшенной вероятностью ухудшения характеристик.
Если определено, что розжиг датчика не произошел, процедура 400 возвращается на 404, где датчик эксплуатируется в режиме пониженного загрязнения. С другой стороны, если определено, что розжиг произошел, процедура 400 переходит на 408, и датчик эксплуатируется в измерительном режиме, который подробнее описан ниже со ссылкой на фиг. 5. В измерительном режиме, датчик эксплуатируется для измерения количества частиц, присутствующих в потоке отработавших газов. По существу, датчик может выполнять диагностическую проверку над сажевым фильтром, расположенным выше по потоку от датчика, например, на основании измеренного количества частиц.
В некоторых примерах диагностическая проверка может выполняться один раз во время ездового цикла. Например, диагностическая проверка может выполняться немедленно вслед за холодным запуском, как показано на фиг. 3. В других примерах диагностическая проверка может выполняться много раз на всем протяжении ездового цикла двигателя. Например, измерительный режим может выполняться, если непрерывная работа транспортного средства, при которой используется система двигателя, достаточно продолжительна, чтобы обеспечивать еще одно измерение. В качестве примеров измерительный режим может выполняться на основании пройденного количества миль, после события дозаправки топлива или после восстановления сажевого фильтра.
На 410 процедуры 400 определяется, завершена ли диагностика. Может определяться, что диагностика завершена, если контроллер, такой как контроллер 12, описанный выше со ссылкой на фиг. 1, указывает, что сажевый фильтр подвергнут или не подвергнут ухудшению характеристик, на основании выходного сигнала из датчика PM.
Если диагностика не завершена, датчик продолжает работать в измерительном режиме. С другой стороны, если определено, что диагностика завершена, процедура 400 продолжается до 412, и датчик эксплуатируется в режиме пониженного загрязнения.
Фиг. 5 показывает процедуру 500 управления, иллюстрирующую измерительный режим работы датчика PM. Более точно, процедура 500 определяет условия эксплуатации и диагностирует сажевый фильтр, расположенный выше по потоку от датчика, на основании выходного сигнала из датчика. Например, ухудшение характеристик сажевого фильтра может указываться, когда датчик формирует расход частиц, который является большим, чем пороговый расход.
На 502 процедуры 500 определяются условия эксплуатации двигателя. Условия эксплуатации двигателя, например, могут включать в себя, но не в качестве ограничения, топливо-воздушное соотношение, параметры питания топливом двигателя, температуру отработавших газов, и тому подобное.
Как только условия эксплуатации определены, процедура 500 продолжается до 504, и определяется расход твердых частиц через сажевый фильтр. В качестве примера, датчик может формировать указание расхода частиц на основании количества частиц, которое накапливается на чувствительном элементе датчика за период времени. Указание расхода частиц может определяться на основании изменения сопротивления или электрического тока во время накопления частиц на чувствительном элементе датчика.
На 506 определяется, является ли расход, определенный на 504, большим, чем пороговый расход. Пороговый расход может соответствовать потоку частиц через сажевый фильтр, который происходит, например, когда подвергнут ухудшению характеристик, и не работает эффективно.
Если определено, что расход не является большим, чем пороговый расход, процедура 500 переходит на 510, и один или более рабочих параметров настраиваются на основании расхода, указанного датчиком. Один или более рабочих параметров могут включать в себя параметры, такие как параметры топливо-воздушного соотношения, питания топливом, и тому подобное. В одном из примеров питание топливом двигателя может настраиваться на основании датчика. Например, если расход частиц через сажевый фильтр относительно высок, количество топлива, впрыскиваемого в двигатель, может уменьшаться.
С другой стороны, если определено, что расход является большим, чем пороговый расход, процедура 500 переходит на 508, и указывается ухудшение характеристик фильтра. В качестве примера, система управления может устанавливать флажковый признак, указывающий ухудшение характеристик фильтра, и водитель транспортного средства может извещаться через устройство отображения приборной панели.
Таким образом, датчик может эксплуатироваться в измерительном режиме, и диагностическая проверка может выполняться над сажевым фильтром в начале ездового цикла, например, из условия чтобы сажевый фильтр мог ремонтироваться или заменяться, как можно скорее. Кроме того, работа двигателя может настраиваться на основании расхода частиц через сажевый фильтр, из условия чтобы был надлежащий поток частиц через сажевый фильтр. В некоторых примерах измерительный режим может выполняться одновременно с режимом пониженного загрязнения. В таком примере, например, расход может указываться скорректированным математическим ожиданием в течение длительности работы, где датчик определяет утечку сажевого фильтра.
Фиг. 6 показывает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру 600 управления для эксплуатации датчика в режиме пониженного загрязнения. Более точно, процедура определяет условия эксплуатации датчика и настраивает нагреватель датчика, чтобы повышать температуру датчика выше таковой у окружающих отработавших газов. Таким образом, загрязнения, такие как не основанные на углероде частицы, могут отталкиваться от датчика, когда он не является выполняющим диагностику над сажевым фильтром.
На 602 процедуры 600 определяются условия эксплуатации датчика. Условия эксплуатации датчика могут включать в себя температуру отработавших газов, давление отработавших газов, температуру датчика, количество конденсата в потоке отработавших газов, и тому подобное.
Как только определены условия эксплуатации датчика, температура отработавших газов определяется на 604. Температура отработавших газов может определяться на основании температуры датчика, такого как датчик 144 температуры отработавших газов, описанный выше со ссылкой на фиг. 1. Датчик температуры отработавших газов может быть расположен слегка выше по потоку или ниже по потоку от датчика твердых частиц, из условия чтобы измерялась температура отработавших газов поблизости от датчика твердых частиц.
После того, как температура отработавших газов определена, процедура 600 продолжается до 606, и требуемая температура датчика определяется на основании условий эксплуатации датчика и температуры отработавших газов. Например, может требоваться, иметь температуру датчика более высокой, чем температура отработавших газов, но меньшей, чем температура, при которой горит сажа. В качестве неограничивающего примера, требуемая разность температур между датчиком и отработавшими газами может иметь значение между 50 и 200°C.
В одном из примеров разность температур может быть относительно малой (например 50°C), так как текущая температура датчика на данный момент близка к той, при которой сажа выжигается с датчика. В еще одном примере, требуемая разность температур может быть относительно малой, для того чтобы уменьшать энергию, используемую датчиком. В еще одном другом примере, разность температур может быть относительно большой (например, 150°C) вследствие повышающейся температуры отработавших газов (например, во время холодного запуска).
Как только определена требуемая температура, процедура 600 продолжается до 608, и инициируется работа нагревателя датчика, из условия чтобы нагреватель включался, а чувствительный элемент датчика нагревался. Таким образом, повышенная температура поддерживается большей, чем температура отработавших газов, даже по мере того, как температура отработавших газов колеблется в зависимости от условий эксплуатации двигателя.
Таким образом, температура датчика частиц может регулироваться на основании различных рабочих параметров датчика в режиме пониженного загрязнения датчика. Посредством повышения температуры датчика до температуры, более высокой, чем у окружающих отработавших газов, основанные не на углероде частицы (например, загрязнения) могут отталкиваться от датчика, и датчик может защищаться от ухудшения характеристик, в то время как датчик не используется для диагностирования фильтра частиц. Должно быть отмечено, что, во время режима пониженного загрязнения в работе датчика частиц, рабочие параметры двигателя не настраиваются на основании датчика, так как датчик может не быть выводящим сигнал, соответствующий потоку твердых частиц через сажевый фильтр.
Отметим, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящей заявки, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящей заявки, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять код, который должен быть запрограммирован на машинно-читаемый запоминающий носитель в системе управления двигателем.
Следует принять во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Объект полезной модели настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.
Последующая формула полезной модели подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы полезной модели могут указывать на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Должно быть понятно, что такие пункты формулы полезной модели включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой полезной модели посредством изменения настоящей формулы полезной модели или представления новой формулы полезной модели в этой или родственной заявке.
Такая формула полезной модели, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле полезной модели, также рассматривается в качестве включенной в предмет полезной модели настоящего раскрытия.