СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ САЖЕВОГО ФИЛЬТРА Российский патент 1997 года по МПК F01N3/02 

Изобретение относится к технике очистки сажевых фильтров от сажи. Предпочтительная область применения изобретения регенерации сажевых фильтров, устанавливаемых на автомобилях. Сажевый фильтр устанавливается на автомобиле вместо глушителя.

Известен регенератор сажевого фильтра (патент ФРГ N DE 3528445, кл. F 01 N 3/02, 1987). Регенератор содержит подводящую и отводящую отработавшие газы (ОГ) трубы, сажевый фильтр, в состав которого входят фильтрующий элемент (ФЭ) и экранирующий корпус, выполненный в виде резонатора, СВЧ-генератор (магнетрон), электрически соединенный с корпусом фильтра, датчик давления и блок управления регенератором (БУР).

Фильтрующий элемент размещен внутри корпуса фильтра, а подводящая и отводящая ОГ трубы присоединены с его разных сторон. Датчик давления включен в трубу подводящую ОГ. Выход датчика давления соединен со входом БУР, а выход БУР с устройством электропитания СВЧ-генератора.

Генератор работает следующим образом. При увеличении давления в подводящей трубе за счет осаждения сажи в фильтрующем элементе больше порогового значения датчик давления подает об этом сигнал на вход БУР. БУР включает питание СВЧ генератора. СВЧ энергия поступает в корпус-резонатор и нагревает сажу до температуры ее воспламенения (650^oC). При этой температуре сажа воспламеняется и выгорает за счет кислорода, который всегда имеется в ОГ. Давление в подводящей трубе становится меньше порогового значения, уменьшается сигнал датчика, отключается СВЧ-генератор.

Недостатком этого устройства и способа его работы являются ненадежность, которая ниже надежности магнетрона и большая потребляемая мощность от бортовой электросети автомобиля во время регенерации.

Известен регенератор сажевого фильтра (ЕП N 0356040, кл. F 01 3/02, 1990). Регенератор содержит подводящую и отводящую ОГ трубы, сажевый фильтр (СФ), в состав которого входят ФЭ и экранирующий корпус, выполненный в виде цилиндрического резонатора, СВЧ-генератор (магнетрон), электрически соединенный с корпусом СФ, датчик давления, байпас с предохранительным клапаном и БУР.

ФЭ размещен внутри корпуса, к которому с двух сторон присоединены подводящая и отводящая СГ трубы. Датчик давления и вход байпаса соединены с подводящей трубой, а выход байпаса соединен с отводящей трубой.

Этот регенератор работает так же, как и регенератор по патенту ФРГ N 3528445, но в случае выхода из строя СВЧ-генератора и значительного превышения допустимого порогового значения давления ОГ срабатывает предохранительный клапан байпаса и ОГ из подводящей трубы поступают через байпас в отводящую трубу, минуя СФ.

Недостатки устройства и способа его работы по Европейскому патенту такие же как и по патенту ФРГ.

Известен регенератор СФ (патент США N 5065574, кл. F 01 N 3/02, 60/274, 1991). Этот регенератор содержит СФ, в состав которого входят металлический корпус и несколько ФЭ, включенных параллельно в поток ОГ, нагреватель и распределитель горячего воздуха, трубопровод распределителя, подводящую и отводящую от корпуса ОГ трубы и БУР.

К каждому фильтрующему элементу подведен трубопровод от распределителя горячего воздуха. Воздух под давлением подается по очереди к каждому ФЭ прототипом ОГ и способствует нагреванию и выжиганию сажи из ФЭ. Нерегенерируемые в данный момент ФЭ работают в режиме фильтрации ОГ.

Этот регенератор и способ его работы ненадежны из-за ненадежности механики при больших температурах и энергоемок.

Также известен способ и устройство для преобразования молекул в потоке газа, которые приняты за прототип изобретения. (ЕП N 0469237, кл. F 01 N 3/02, B 01 J 19/12 1992). Устройство содержит подводящую и отводящую трубы ОГ, СФ, в состав которого входят экранирующий корпус и несколько ФЭ, включенных параллельно в поток ОГ, и СВЧ-генератор, электрически соединенный с корпусом фильтра.

Сажа из ФЭ этого устройства удаляется путем ее нагрева СВЧ-энергией до температуры воспламенения и сгорания за счет кислорода ОГ.

Недостатками устройства и способа его работы является ненадежность, которая ниже надежности СВЧ-генератора, и большая потребляемая мощность от бортовой сети автомобиля во время регенерации.

Техническим результатом изобретения является повышенная надежность, уменьшенное значение мгновенной мощности, потребляемой от бортовой электросети автомобиля и уменьшенное количество энергии, необходимой для регенерации ФЭ сажевого фильтра.

Этот результат достигается при использовании предложенных способах и нескольких (7) вариантов исполнения устройства, связанных одним изобретательским замыслом.

Способ регенерации сажевого фильтра (СФ), состоящего из нескольких фильтрующих элементов (ФЭ), включенных параллельно в поток отработавших газов (ОГ), заключается в том, что задержанную ФЭ сажу зажигают неодновременно в каждом ФЭ с помощью СВЧ-энергии, полученной от индивидуального для каждого ФЭ СВЧ-генератора, или, по меньшей мере, от двух СВЧ-генераторов.

Отличительными признаками изобретения является то, что сажу выжигают неодновременно в каждом ФЭ с помощью СВЧ-энергии, полученной от индивидуального для каждого ФЭ СВЧ-генератора.

Надежность способа повышается за счет выжигания сажи с помощью индивидуальных источников СВЧ-энергии, так как при выходе из строя одного источника другие обеспечат регенерацию. Мгновенная мощность для регенерации уменьшается за счет неодновременной регенерации во всех ФЭ.

Пример I.

Устройство для регенерации сажевого фильтра содержит подводящую и отводящую трубы ОГ, сажевый фильтр (СФ) датчик давления, N СВЧ-генераторов, N замедляющих систем (ЗС) и блок управления генератором (БУР) (N 2, 3, 4,).

Сажевый фильтр содержит несколько (N) фильтрующих элементов, (ФЭ), которые включены параллельно в поток ОГ, ФЭ установлены внутри корпуса, к двум концам которого подсоединены подводящая и отводящая трубы. Датчик давления включен к подводящей ОГ трубе. Каждый фильтрующий элемент сопряжен со своей ЗС. Вход каждой ЗС соединен с выходом одного СВЧ-генератора. Выход датчика соединен со входом БУР, а его выходы соединены со входами электропитания генераторов.

Замедляющая система содержит внутренний криволинейный проводник и два экрана, расположенных на одинаковом расстоянии от внутреннего проводника. Между проводником и экранами расположены две половинки ФЭ.

Датчик давления (ДД) содержит элемент, реагирующий на изменение давления, и сигнальное устройство, на выходе которого изменяется напряжение в зависимости от изменения давления.

Блок управления устройством регенерации (БУР) содержит центральный процессор (ЦП), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), устройство ввода (УВв) и вывода (УВы), регистр адреса и схему формирования сигналов (СФС) "чтение" (ЧТ) и запись (ЗП). ЦП соединен с другими частями БУР через шины адреса, мультиплексированный выход адреса/данных, шины данных выходы сигналов разрешения чтения данных, разрешение записи данных, разрешения чтения памяти данных и сигнал фиксации младшего байта адреса.

Отличительными признаками изобретения по 1 варианту исполнения являются датчик давления, N-1СВЧ-генератор, N замедляющих систем, блок управления устройством регенерации и их электрические соединения.

Пример II.

Устройство содержит подводящую и отводящую ОГ трубы, сажевый фильтр (СФ), N СВЧ-генераторов, N замедляющих систем, N модуляторов, N направленных устройств (НУ), N детекторов и БУР.

Сажевый фильтр содержит несколько (N) ФЭ, которые включены параллельно в поток ОГ, ФЭ установлены внутри корпуса, к двум концам которого подсоединены подводящая и отводящая трубы.

Вход каждого генератора соединен с выходом одного модулятора (М), а выходы генераторов соединены со входами своих направленных устройств (НУ). Один из выходов направленного устройства соединен с входом замедляющей системы (ЗС), а другой со входом детектора. Выход каждого детектора соединен со своим входом БУР. Выходы БУР соединены со входами своих модуляторов. Каждый ФЭ сопряжен со своей ЗС. БУР выполнен по схеме 1 варианта исполнения изобретения.

Отличительными признаками изобретения по II варианту исполнения является N-1СВЧ-генератор, N замедляющих систем, N модуляторов, N направленных устройств, N детекторов и БУР. Кроме того новыми признаками являются электрические соединения.

Пример III.

Устройство содержит подводящую и отводящую трубу ОГ, СФ, N СВЧ-генераторов, N ЗС, N М, N детекторов и БУР.

Сажевый фильтр содержит несколько ((N), ФЭ, которые включены параллельно в поток ОГ. ФС установлены внутри корпуса, к двум концам которого подсоединены подводящая и отводящая трубы.

Вход каждого генератора соединен с выходом своего М, а выходы генераторов соединены со входами своих ЗС. Каждый выход ЗС соединен с детектором, выходы которых соединены со входами БУР. Выходы БУР соединены со входами своих модуляторов. Каждый ФЭ сопряжен со своей ЗС. ЗС и БУР выполнены по схемам I варианта изобретения.

Отличительными признаками изобретения по III варианту исполнения являются N-1 СВЧ-генератор, N ЗС, N М, N детекторов и БУР. Новыми признаками являются также электрические соединения.

Пример IV.

Устройство содержит поводящую и отводящую ОГ трубы, СФ, N СВЧ-генераторов, N ЗС, N заслонок ФЭ, N приводов заслонок, N датчиков температуры, N модуляторов, N направленных устройств, N детекторов, БУР.

Сажевый фильтр содержит несколько (N) ФЭ, включенных параллельно в поток ОГ. ФЭ установлены внутри корпуса, к двум концам которого подсоединены подводящая и отводящая трубы. Перед каждым ФЭ установлена заслонка, при которой прекращается доступ ОГ к ФЭ. Заслонки ФЭ механически соединены с приводом.

Вход каждого генератора соединен с выходом одного М, а выходы генераторов соединены со входами своих НУ. Один из выходов НУ соединен со входом одной ЗС, а другой со входом детектора. Выход каждого детектора соединен со своим входом БУР. Выходы БУР соединены со входами своих модуляторов. Каждый ФЭ сопряжен со своей ЗС. Входы датчиков температуры соединены с ФЭ, а их выходы со входами БУР. ЗС и БУР выполнены по схеме I варианта изобретения.

Отличительными признаками изобретения по IV варианту исполнения являются N-1СВЧ-генератор, N замедляющих систем, N заслонок ФЭ, приводов заслонок, N датчиков температуры, N модуляторов, N НУ, N детекторов и БУР. Кроме того, новыми являются электрические соединения.

Пример V.

Устройство содержит подводящую и отводящую ОГ трубы, СФ, N СВЧ-генераторов, N ЗС, N заслонок ФЭ, N приводов заслонок, N датчиков температуры, N модуляторов, N детекторов и БУР.

Сажевый фильтр, ЗС и БУР выполнены по IV варианту исполнения изобретения.

Вход каждого генератора соединен с выходом одного М, а выходы генераторов соединены со входами своих ЗС. Выходы ЗС через детекторы соединены со входами БУР. Выходы БУР соединены со входами М и входами приводов заслонок. Входы датчиков температуры соединены с ФЭ, а их выходы со входами БУР.

Отличительными признаками изобретения являются N-1 СВЧ-генератор, NЗС, N заслонок ФЭ, N приводов заслонок, N датчиков температуры, N модуляторов, N детекторов и БУР. Кроме того, новыми являются электрические схемы соединений.

Пример VI.

Устройство содержит подводящую и отводящую ОГ трубы, СФ, датчик давления (ДД), байпас, клапан байпаса (КБ), привод клапана, N СВЧ генератора, N ЗС, БУР.

Сажевый фильтр содержит несколько (N) ФЭ, которые включены параллельно в поток ОГ. ФЭ установлены внутри корпуса, к двум концам которого подсоединены подводящая и отводящая трубы. Датчик давления включен к подводящей трубе. Клапан байпаса установлен на входе или выходе байпаса, вход которого соединен с подводящей трубой, а выход с отводящей. Каждый ФЭ сопряжен со своей ЗС. Вход каждой ЗС соединен с выходом одного СВЧ-генератора. Выход ДД соединен со входом БУР, а его выходы соединены со входами электропитания генераторов и приводам байпаса.

ЗС и БУР выполнены по I варианту исполнения изобретения.

Отличительными признаками изобретения являются N-1 СВЧ-генератор, датчик давления, байпас, клапан байпаса, привод клапана, N ЗС, БУР. Новыми являются электрические связи устройства.

VII. пример
Устройство содержит подводящую и отводящую ОГ трубы, СФ, байпас, клапан байпаса, привод клапана, N СВЧ генераторов, N ЗС, N модуляторов, N направленных устройств, N детекторов и БУР.

Сажевый фильтр содержит несколько (N) ФЭ, которые включены параллельно в поток ОГ. ФЭ установлены внутри экранирующего корпуса, к двум концам которого присоединены подводящая и отводящая трубы. Клапан байпаса установлен на входе или выходе байпаса, вход которого соединен с подводящей трубой, а выход с отводящей. Каждый ФЭ сопряжен со своей ЗС.

Вход каждого генератора соединен с выходом своего модулятора, а выход со входом направленного устройства. Один из выходов НУ соединен со входом ЗС, а другой со входом детектора. Выход каждого детектора соединен со своим входом БУР. Выходы БУР соединены со входами модуляторов и входом привода клапана байпаса.

ЗС и БУР выполнены по схеме I варианта исполнения изобретения.

Отличительными признаками изобретения по VII варианту исполнения являются байпас, клапан байпаса, привод клапана, N-1 СВЧ генератор, N ЗС, N модуляторов, N направленных устройств, N детекторов и БУР.

Надежность работ устройств для регенерации сажевого фильтра, а также уменьшенное значение мгновенной мощности, потребляемой от бортовой сети автомобиля, достигается за счет того, что все они работают по одному способу, а именно неодновременная регенерация фильтрующих элементов и запитка ЗС от индивидуальных СВЧ-генераторов.

Уменьшение энергии, потребляемой при регенерации, обусловлено конструкцией замедляющей системы, которая обеспечивает поджиг сажи в ФЭ, а ее выгорание идет за счет экзотермической реакции горения сажи.

Конструкция устройств и способ их работы поясняются чертежами.

На фиг. 1 представлен продольный разрез сажевого фильтра по I варианту исполнения изобретения; на фиг. 2 структурная схема устройства по I варианту исполнения изобретения; на фиг. 3 продольный разрез сажевого фильтра по II и III варианту исполнения изобретения; на фиг. 4 структурная схема устройства по II варианту исполнения изобретения; на фиг. 5 структурная схема устройства по III варианту исполнения изобретения; на фиг. 6 продольный разрез сажевого фильтра по IV и V вариантам исполнения изобретения; на фиг. 7 структурная схема устройства по IV варианта исполнения изобретения; на фиг. 8 структурная схема устройства по V варианту исполнения изобретения; на фиг. 9 продольный разрез сажевого фильтра по VI варианту исполнения изобретения; на фиг. 10 структурная схема блока управления (БУР) устройством регенерации по всем вариантам исполнения изобретения; на фиг. 11 внутренний проводник ЗС в плоскости XZ, где обозначено: h ширина одного этажа, L шаг меандра, l - ширина зазора; на фиг. 12 вид с возбуждаемого торца 30, где обозначено: в - точка возбуждения, p толщина внутреннего проводника, 2W толщина ЗС; на фиг. 13 трехэтажный меандровый внутренний проводник, где а оси симметрии этажей; на фиг. 14 приведена структурная схема одного канала БУР, упрощенного варианта устройств II, III, вариантов исполнения изобретения; на фиг. 15 дан алгоритм работы БУР по I варианту исполнения изобретения; на фиг. 16 - алгоритм работы БУР по II и III вариантам исполнения изобретения; на фиг. 17 - алгоритм работы БУР IV и V вариантам исполнения изобретения; на фиг. 18 алгоритм работы БУР по VI по варианту исполнения изобретения; на фиг. 19 - алгоритм работы БУР по VII варианту исполнения изобретения; на фиг. 20 приведена структурная схема устройства по VI варианту исполнения изобретения; на фиг. 21- структурная схема устройства по VII варианту исполнения изобретения.

На фигурах введены обозначения: 1 корпус сажевого фильтра; 2 - фильтрующий элемент сажевого фильтра; 3 труба, подводящая отработавшие газы; 4 труба, отводящая отработавшие газы; 5 замедляющая система; 6 экран замедляющей системы; 7 вход замедляющей системы; 8 байпас; 9 клапан байпаса; 10 привод клапана байпаса; 11 датчик давления; 12 - радиочастотный разъем; 13 СВЧ генератора; 14 блок управления устройством регенерации; 15 направленное устройство; 16 модулятор; 17 детектор; 18 - заслонка фильтрующего элемента; 19 привод заслонки; 20 датчик температуры; 21 центральный процессор БУР; где обозначено: RD выход сигналов разрешения чтения данных, WR выход сигналов разрешения записи данных, PSEN выход сигналов разрешения чтения памяти данных, ALE выход сигнала фиксации младшего байта адреса; 22 регистр адреса; 23 постоянное запоминающее устройство; 24 оперативное запоминающее устройство; 25 схема формирования сигналов чтения и записи; 26 устройство вывода (выходы БУР); 27 устройство ввода (входы БУР); 28 генератор импульсов (ГИ); 29 пороговое устройство (ПУ); 30 коммутатор (К); ДД1 ИМС 561ЛИ2; ДД2 ИМС 561ЛА7; ДА1 140 УД6 ИМС.

Корпус 1 СФ может быть выполнен из металла, например из нержавеющей стали, но может быть выполнен и из жаропрочного диэлектрика, например керамики. Предпочтительная форма корпуса параллелепипед.

Фильтрующий элемент 2 может быть выполнен из пористой керамики, например из кордиерита (США) или ТЗМК-25 (Россия), которые применяются в космической технике. Конструктивно ФЭ может быть выполнен в виде двух параллелепипедов одинаковых размеров. Между двух половинок фильтра размещается внутренний проводник ЗС, а снаружи на них устанавливаются экраны. Размеры экранов равны или больших размеров половинок ФЭ, а внутренний проводник может занимать лишь часть поверхности сопряженных половинок. Важно разогреть сажу хотя бы в части ФЭ, другая часть сажи выгорит за счет экзотермической реакции горения разогретой части сажи.

Трубы 3 и 4 могут быть выполнены из металла, например, нержавеющей стали.

Замедляющая система 5 выполняется из хорошо проводящего жаропрочного металла, например, из нержавеющей стали.

Экран 6 часть 3С.

Вход 7 замедляющей системы выполняется из материала ЗС, например, в виде коаксиальной линии (фиг. 12).

Байпас 8 может быть выполнен из металла труб 3 и 4.

Клапан 9 байпаса может быть выполнен из металла в форме клапанов двигателей внутреннего сгорания.

Привод 10 клапана байпаса может быть выполнен электромеханическим.

Датчик 11 давления может быть выполнен мембранным типа с сигнальным устройством в виде потенциометра.

Радиочастотный разъем 12 должен быть выполнен из жаропрочного хорошо поводящего металла.

СВЧ генератор 13 может быть выполнен в виде автогенератора на транзисторах мощностью сотни Вт на рабочей волне 12 см.

Блок 14 управления устройством регенерации может быть собран по схеме фиг. 10 для любого из вариантов и по упрощенной схеме фиг. 14 для II и III вариантов исполнения изобретения.

Направленное устройство 15 может быть выполнено в виде направленного ответвителя на волноводе или коаксиальной или полосковой линии, а также на циркуляторе.

Модулятор 16 может быть собран по известным схемам на полупроводниковых приборах с управляющим и сигнальным входами и одним сигнальным выходом с управляющим входом и сигнальным выходом.

Детектор 17 может быть выполнен на полупроводниковом диоде.

Заслонка 18 фильтрующего элемента может быть выполнена в виде автомобильного клапана и из того же материала.

Привод 19 заслонки может быть выполнен электромеханическим.

Датчик 20 температуры может быть выполнен электромеханическим.

Датчик 20 температуры может быть выполнен в виде хромель-копель термопары, установленной по возможности ближе к экрану 6 ЗС в месте минимума СВЧ- поля.

Центральный процессор 21 БУР может быть выполнен на базе однокристальной микро-ЭВМ КР1816ВЕ31.

Регистр 22 адреса может быть выполнен на микросхеме К555ИР22 и предназначен для фиксации младшего байта адреса.

ПЗУ 23 может быть выполнено на двух микросхемах К573РФ4А и служит для фиксации программ и констант.

ОЗУ 24 может быть выполнено на микросхеме КР537РУ10 и служит для увеличения объема ОЗУ ЦП.

Схема формирования 25 может быть выполнено на 4-х микросхемах К555ЛА3, К555ЛЛ1, К555ТМ2 и К555ЛИ1 и служит для формирования сигналов "чтение" и "запись" (ЧТ и ЗП).

Устройство 26 вывода может быть выполнено на микросхемах К555АП5 и К555ИР22 и служит для вывода сигналов управления устройствами: СВЧ генераторами, модуляторами, приводами заслонок фильтрующих элементов и клапаном байпаса, в зависимости от вариантов исполнения изобретения.

Устройство 27 ввода может быть выполнено на 4-х микросхемах КР198НТ1Б, К561ТЛ1, К555АП6 и К555ИР22 и служит для преобразования сигналов датчиков давления, датчиков температуры и детекторов в зависимости от вариантов исполнения изобретения во входные сигналы удобные для ввода в центральный процессор и другие схемы блока управления устройством регенерации.

Генератор 28 импульсов может быть собран по схеме фиг. 14 на пяти ИМС 561ЛИ2.

Пороговое устройство 29 может быть собрано по схеме фиг. 14 на операционном усилителе 140УД6, диоде КД521, и двух ИМС 561ЛИ2 и 561ЛА7.

Коммутирующее устройство 30 может быть собрано по схеме фиг. 14 на трех ИМС 561ЛА7.

Способ регенерации сажевого фильтра, состоящего из нескольких -N(N-число больше единицы) фильтрующих элементов, включенных параллельно в поток отработавших газов, заключающийся в том, что задержанную фильтрующими элементами сажу нагревают СВЧ-энергией до температуры ее воспламенения, подают к фильтрующим элементам смесь газов, в состав которой входит кислород, и тем самым выжигают сажу из фильтрующих элементов, причем нагревают сажу неодновременно во всех фильтрующих элементах с помощью СВЧ-энергии, полученной от нескольких M (M целое число больше единицы, но не больше N) СВЧ-генераторов.

Пример I.

Устройство для регенерации сажевого фильтра содержит подводящую 3 и отводящую 4 ОГ трубы, сажевый фильтр 1-2, датчик давления 11, 5 СВЧ-генераторов 13, 5 замедляющих систем 5, блок управления 14 регенератором (фиг. 1 и 2).

Сажевый фильтр (СФ) содержит корпус 1 и 5 фильтрующих элементов 2. Фильтрующие элементы (ФЭ) 2 установлены внутри корпуса 1, к двум концам которого подсоединены подводящая 3 и отводящая 4 ОГ трубы. Датчик давления (ДД) подключен к трубе 3.

Каждый фильтрующий элемент 2 сопряжен со своей замедляющей системой 5. Причем ФЭ выполнены из двух равных половинок в форме параллелепипедов. Между половинок ФЭ расположен внутренний проводник 3C, а с внешней стороны ФЭ расположены экраны 6 3C 5. ФЭ 2 в корпусе 1 установлены параллельно потоку ОГ.

Вход каждой ЭС соединен с выходом одного генератора 13 через разъем 12.

Выход датчика 11 соединен со входом БУР 14, а его выходы соединены со входами электропитания генератора 13.

Блок 14 управления устройством регенерации (БУР) содержит центральный процессор 21, регистр 22 адреса, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 23, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 24, схему формирования сигналов "чтение" и "запись" (ЧТ и ЗП), устройство 26 вывода сигналов управления регенератором и устройство 27 ввода сигналов датчика 11 (фиг. 10).

ЦП 21 соединен с другими частями БУР 14 через шины "Адрес", мультиплексированный выход "Адрес/данные", шины данных выходов сигналов разрешения "чтения" данных (PSEN) разрешения "записи" данных (WR) разрешение "чтения" памяти данных (PSEN) разрешения "записи" данных (WR) разрешения "чтения" памяти данных (PSEN) и сигнал строб адресации (ALE).

Устройство работает следующим образом. При работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС) ОГ проходят через фильтрующие элементы 2. Сажевые частицы задерживаются ФЭ и оседают в его порах. Давление в трубе 3 увеличивается, увеличивается напряжение на движке потенциометра ДД 11 (см. фиг. 15). При превышении напряжения на потенциометре ДД 11 порогового значения (ветвь "да" блока 1) фиксируется время t₁, и номер генератора n, (который изменяется от 1 до N) и который первым будет включен в режим генерации (блок 2). Затем производится поочередное (от 1 до N) включение генераторов в режим непрерывной генерации на время достаточное для выжигания сажи из ФЭ. Генератор с номером n включается в режим непрерывной генерации (блок 3). По истечении времени Δt достаточного для завершения регенерации ФЭ (ответ "да" блок 4) генератор выключается (блок 5). Определяется номер следующего генератора, предназначенного для включения в режим непрерывной генерации и фиксируется время t_n, необходимое для интервала времени Δt (блок 6). Затем проводится проверка условия окончания цикла регенерации (блок 7). При отсутствии окончания цикла (ответ "нет" блока 7) повторяются операции, определяемые блоками 3, 4, 5 и 6 алгоритма. При наличии условия окончания цикла регенерации (ответ "да" блока 7) процесс регенерации завершается и устройство переходит к анализу состояния датчика 11.

Пример II.

Устройство для регенерации сажевого фильтра содержит корпус 1 и фильтрующие элементы 2, подводящую 3 и отводящую 4 ОГ трубы, пять СВЧ-генераторов 13, пять замедляющих систем 5, пять модуляторов 16, пять направляющих устройств 15, пять детекторов 17, блок управления 14 (фиг. 3 и 4).

Трубы 3 и 4 присоединены к корпусу 1 фильтра с разных сторон ФЭ 2.

Вход каждого генератора 13 соединен с выходом одного модулятора 16, выход каждого генератора соединен со входом одного направленного устройства 15, один из выходов которого соединен со входом одной замедляющей системы 5, а другой со входом детектора 17, выход каждого детектора 17 соединен с одним входом блока управления 14, каждый выход которого соединен со входом модулятора 16. Каждая замедляющая система 5 сопряжена с одним фильтрующим элементом 2.

Блок 14 управления устройством регенерации (БУР) содержит центральный процессор 21, регистр 22 адреса, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 23, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 24, схему формирования сигналов "чтение" и "запись" (ЧТ и ЗП), устройство 26 вывода сигналов управления регенератором и устройство 27 ввода сигналов детекторов 17 (фиг. 10).

ЦП 21 соединен с другими частями БУР через шины "Адрес", мультиплексированный выход "Адрес/данные", шины данных выходов сигналов разрешения "чтения" данных (PSEN), разрешения "записи" данных (WR), разрешения "чтения" данных (PSEN) и сигнала строб адресации (ALE).

Устройство по II варианту исполнения изобретения (фиг. 3, 4) работает следующим образом. При включении ДВС включаются модуляторы 16 и генераторы 13. Генераторы работают в импульсном режиме с большой скважностью. Импульсные сигналы отражаются от концов замедляющих систем 5. Отраженные от ЗС 5 сигналы через НУ 15 детекторы 17 поступают на входы БУР 14, где обрабатываются в соответствии с блок-схемой алгоритма работы (фиг. 16). В блок-схеме алгоритма использованы следующие обозначения:
n текущий номер канала, генератора, модулятора;
И_n амплитуда n-го генератора, прошедшая через ЗС 5;
a количество генераторов, включенных в режим непрерывной генерации.

Первоначально амплитуды отраженных сигналов И_n превышают пороговое значение И_порога (ветвь "нет" блока 2). В соответствии с блок-схемой алгоритма работы в БУР 14 производится поочередный (от 1 до N) анализ амплитуды сигналов И_п (блок 1, ветвь "нет" блоков 2 и 3, блоки 4 и 5). С увеличением количества сажи, осевшей в ФЭ 2, уменьшаются амплитуды сигналов И_п. При уменьшении их амплитуды ниже И_порога (ветвь "да" блока 2) соответствующие генераторы переводятся в режим немодулированных колебаний, а модуляторы включаются (блок 9). Одновременно в режим немодулированных колебаний, в соответствии с блок-схемой алгоритма (блоки 7, 8, 9, 10), может быть переведено не более 3-х генераторов. При окончании регенерации n-го ФЭ 2 амплитуда И_п сигнала вновь превышает пороговое значение И_порога, что обеспечивает переключение n-го генератора в импульсный режим и включение n-го модулятора (ветвь "нет" блока 2, ветвь "да" блока 3, блоки 11 и 12). По завершении цикла анализа состояния всех каналов (ветвь "да" блока 4) проверяется наличие "загрязненных каналов (блок 13). При наличии "загрязненных" каналов (ветвь "нет" блока 13) цикл анализа и регенерации повторяется, начиная с 1-го канала (блок 14). При отсутствии "загрязненных" каналов (ветвь "да" блока 13) цикл регенерации ФЭ 2 завершается и устройство переходит в исходное состояние.

Пример III.

Устройство для регенерации сажевого фильтра содержит корпус 1 и фильтрующие элементы 2, подводящую 3 и отводящую 4 ОГ трубы, пять СВЧ генераторов 13, пять замедляющих систем 5, пять модуляторов 16, пять детекторов 17 и блок управления 14 (фиг. 3 и 5).

Трубы 3 и 4 присоединены к корпусу 1 фильтра с разных сторон ФЭ 2. Вход каждого генератора соединен с выходом одного модулятора, выход каждого генератора 13 соединен со входом одной замедляющей системой 5, выход каждой замедляющей системы соединен со входом одного детектора 17, выходы которых соединены со своими входами управления, каждый выход блока управления соединен со входом одного модулятора 16 и каждая замедляющая система сопряжена с одним фильтрующим элементом.

Блок 14 управления устройством регенерации (БУР) содержит центральный процессор 21, регистр 22 адреса, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 23, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 24, схему формирования сигналов "чтение" и "запись" (ЧТ и ЗП), устройство 26 вывода сигналов управления регенератором и устройства 27 ввода сигналов детекторов 17 (фиг. 10).

ЦП 21 соединен с другими частями БУР 14 через шины "Адрес", мультиплексированный выход "Адрес/данные", шины данных выходов сигналов разрешения "чтения" данных (PSEN), разрешения "записи" данных (WP), разрешения "чтения" памяти данных (PSEN) и сигнала строб адресации (ALE).

Устройство по III варианту исполнения (фиг. 3 и 5) работает следующим образом. При включении ДВС одновременно включаются модуляторы 16 и генераторы 13. Генераторы работают в импульсном режиме с большой скважностью. При малом количестве сажи в ФЭ сигналы генераторов 13 проходят на выход ЗС 5 малым ослаблением. Прошедшие ЗС сигналы через детекторы 17 поступают на входы устройства ввода 27 (фиг. 10) БУР 14, где обрабатывается в соответствии с блок-схемой алгоритма работы, представленной на фиг. 16.

В начале работы амплитуды прошедших сигналов превышают пороговые значения И_порог (ветвь "нет" блока 2). В соответствии с блок-схемой алгоритма работы БУР 14 производится поочередный (от 1 до N) анализ сигналов генераторов (блок 1, ветвь "нет" блоков 2, 3, 4, блок 5). С увеличением количества сажи, осевшей в ФЭ, уменьшаются амплитуды сигналов прошедших ЗС 5. При уменьшении их амплитуд ниже И_порог (ветвь "да" блока 2) генераторы переводятся в режим немодулированных колебаний (блок 9), причем одновременно в режим немодулированных колебаний из 5, в соответствии с блок-схемой алгоритма (блоки 7, 8, 9 и 10), переводится не более 3-х генераторов. При окончании регенерации n-го ФЭ амплитуда сигнала И_n вновь превышает пороговое значение И_порог, что обеспечивает формирование команды на переключение n-го генератора в импульсный режим (ветвь "да" блока 3, блок 12). По завершении цикла анализа состояния всех каналов (ветвь "да" блока 4) проверяется наличие каналов, для которых И_n<И_порог (блок 13). При их наличии (ветвь "нет" блока 13) цикл анализа и регенерации повторяется, начиная с 1-го канала (блок 14 и блок 2). При отсутствии ФЭ с сажей (ветвь "да" блока 13) цикл регенерации ФЭ завершается и система переходит в исходное состояние.

Пример IV.

Устройство регенерации сажевого фильтра содержит корпус 1 и ФЭ 2, подводящую 3 и отводящую 4 ОГ трубы, пять генераторов 13, пять замедляющих систем 5, пять модуляторов 16, пять направленных устройств 15, пять детекторов 17, пять заслонок 18 ФЭ 2, пять датчиков 20 температуры, пять приводов 19 заслонок 18 и БУР 14.

Трубы 3 и 4 присоединены к корпусу 1 фильтра с разных сторон ФЭ.

Вход каждого генератора соединен с выходом одного модулятора, выход каждого генератора соединен со входом одного направленного устройства, один из выходов которых соединен со входом ЗС 5, а другой со входом детектора 17, выход каждого детектора соединен с одним входом сигналов отраженных от замедляющих систем 5 БУР 14. На каждый выход сигналов управления модуляторами БУР соединен со входом одного модулятора, выходы датчиков 20 соединены со входами сигналов датчиков БУР, а выходы сигналов управления приводами 19 заслонок 18 БУР соединены со входами приводов заслонок. Каждая ЗС 5 сопряжена с одним ФЭ 2.

Устройство по IV варианту исполнения изобретения (фиг. 6, 7) работает следующим образом. При включении двигателя одновременно включаются модуляторы 16 и генераторы 13. Генераторы работают в импульсной режиме с большой скважностью. Отраженные от ЗС 5 сигналы через НУ 15, детекторы 17 поступают на входы БУР 14, также на входы БУР 14 поступает информация от датчиков температуры 20. В БУР в соответствии с блок-схемой алгоритма работы (фиг. 17) поступающая информация обрабатывается (блок 2 и 12) и формируются команды управления работой генераторов 13 (блоки 9 и 14), модуляторов 16 и положения заслонок 18 (блоки 9 и 13). Исходно амплитуды отраженных сигналов И_п превышают пороговые значения И_порог (ветвь "нет" блока 2) и в соответствии с блок-схемой алгоритма производится поочередный анализ (от 1 до N) состояние ФЭ 2 (блок 1, ветвь "нет" блока 2, ветвь "нет" блока 3, ветвь "нет" блока 4 и блок 5). С увеличением количества сажи осевшей в ФЭ 2 уменьшается амплитуда отраженных сигналов. При уменьшении отраженного сигнала И_n в любом из n каналов ниже порога (ветвь "да" блока 2) генератор n-го канала переводится в режим немодулированных колебаний и закрывается заслонка n-го канала (блок 9). Причем операции в соответствии с блок-схемой алгоритма (блоки 6, 7, 8, 10 и 11) могут выполняться одновременно не более чем, например, по трем каналам. В результате происходит контролируемый с помощью датчиков (блок 12) нагрев сажи без доступа ОГ. При прогреве сажи до температуры 600^oC (ветвь "да" блока 12) заслонки открываются (блок 13) и сажа в канале ФЭ 2 начинает гореть за счет кислорода, имеющегося в ОГ. При окончании регенерации n-го ФЭ амплитуда сигнала И_n вновь превышает пороговое значение И_порог и обеспечивается формирование команды на переключение n-го генератора в импульсный режим (ветвь "да" блока 3, блок 14). По завершении цикла анализа и регенерации всех каналов (ветвь "да" блока 4) проверяется наличие ФЭ заполненных сажей (блок 16) и при их наличии (ветвь "нет" блока 16) цикл анализа и регенерации повторяется, начиная с 1 канала (блок 17, блок 2). При отсутствии ФЭ с сажей (ветвь "да" блока 16) цикл регенерации ФЭ 2 завершается и система переходит в исходное состояние.

Пример V.

Устройство для регенерации сажевого фильтра содержит корпус 1 и ФЭ 2, подводящую 3 и отводящую 4 ОГ трубы, пять генераторов 13, пять замедляющих систем 5, пять модуляторов 13, пять замедляющих систем 5, пять модуляторов 16, пять детекторов, пять заслонок 18 ФЭ 2, пять датчиков температуры 20, пять приводов 19 заслонок 18 и БУР 14 (фиг. 6 и 8).

Трубы 3 и 4 присоединены к корпусу 1 фильтра с разных сторон ФЭ. Вход каждого генератора соединен с выходом одного модулятора 16, выход каждого генератора соединен со входом одной ЗС 5, а ее выход через детектор 17 соединен со входом БУР 14. Каждый выход сигналов управления модуляторами БУР соединен со входом одного модулятора 16, выходы датчиков 20 соединены со входами сигналов датчиков БУР 14, а выходы управления приводами 19 заслонок 18 БУР соединены со входами приводов заслонок. Каждая ЗС 5 сопряжена с одним ФЭ 2.

Устройство по V варианту использования изобретения работает в соответствии с блок-схемой алгоритма фиг. 17, т.е. так же как и по IV варианту исполнения изобретения, так как при малом количестве сажи в ФЭ 2 сигнал на выходе детекторов 17 превышает И_порог порогового устройства БУР 14, а при большом количестве сажи в ФЭ этот сигнал становится меньше И_порог.

Пример VI.

Устройство для регенерации сажевого фильтра (фиг. 9 и 20) содержит корпус 1 и ФЭ 2, подводящую 3 и отводящую 4 ОГ трубы, пять генераторов 13, пять замедляющих систем 5, датчика давления 11, байпас 8, клапан 9 байпаса, привод 10 клапана и БУР 14.

Выход ДД 11 соединен со входом БУР 14. Выход БУР управления генераторами 13 соединены со входами управления генераторами, а его выход управления клапаном 9 соединен со входом привода 10 клапана байпаса. Каждый фильтрующий элемент сопряжен с одной ЗС 5. Клапан 9 установлен в канале байпаса 8, вход которого соединен с подводящей 3, а выход с отводящей 4 трубами.

Вход каждой замедляющей системы 5 соединен с выходом одного генератора 13.

Это устройство работает следующим образом (фиг. 18). При работе двигателя ОГ проходят через ФЭ 2. Частицы сажи задерживаются ФЭ и оседают в его порах. Давление в трубе 3 увеличивается, что приводит к увеличению напряжения на выходе датчика 11. Сигнал ДД 11 поступает на вход БУР 14, где в соответствии с блок-схемой алгоритма работы (фиг. 18), производится их анализ (блок 1). При превышении напряжения на выходе ДД 11 порогового значения И_порог (ветвь "да" блока 1) вырабатывается команда на открытие клапана 9 байпаса и выбирается первый генератор для включения в режим непрерывной генерации (блок 2). Затем производится поочередное (от 1 до N) включение генератора 13 в режим непрерывной генерации на время Δt достаточное для выжигания сажи (блоки 3, 4, 5, 6, ветвь "да" блока 7) вырабатывается команда на закрытие канала байпаса и система переходит в исходное состояние (к анализу состояния ДД 11). При срабатывании ДД 11 цикл регенерации повторяется.

Пример VII.

Устройство для регенерации сажевого фильтра содержит корпус 1 фильтра и ФЭ 2, подводящую 3 и отводящую 4 ОГ трубы, пять СВЧ генераторов 13, пять замедляющих систем 5, байпас 8, клапан 9 байпаса, привод 10 клапана, пять модуляторов, пять направленных устройств 15, пять детективов 17 и БУР 14. (фиг. 21).

Фильтрующие элементы 2 включены в поток ОГ параллельно. Трубы 3 и 4 присоединены к корпусу 2 фильтра с разных сторон ФЭ 2. Каждый ФЭ сопряжен с одной ЗС 5. Клапан 9 установлен в канале байпаса 8, вход которого соединен с трубой 3, а выход с трубой 4.

Вход каждого генератора соединен с выходом одного модулятора. Выход каждого генератора 13 соединен со входом одного направленного устройства 15, один из выходов которых соединен со входом ЗС 5, а другой со входами детекторов 17. Выход каждого детектора соединен с одним входом БУР 14. Вход привода клапана байпаса соединен с выходом управления клапаном блока управления устройством.

Это устройство работает в соответствии с блок-схемой алгоритма фиг. 19. При включении двигателя одновременно включаются модуляторы 16 и генераторы 13. Генераторы 13 работают в импульсном режиме с большой скважностью. ОГ проходят через ФЭ 2 и сажевые частицы оседают в его порах. При малом количестве сажи в ФЭ 2 сигналы генераторов почти полностью отражаются от ФЭ и через детекторы 17 поступают на входы БУР 14, где обрабатываются в соответствии с блок-схемой алгоритма. Исходные амплитуды отраженных сигналов И_n превышают пороговые значения И_порог (ветвь "нет" блока 2). В соответствии с алгоритмом работы в БУР 14 производится поочередный (от 1 до N) анализ сигналов генераторов (ветвь "нет" блока 2, блоки 6, 7). С увеличением количества задержанной ФЭ 2 сажи уменьшаются амплитуды сигналов, отраженных от ЗС 5. При уменьшении их амплитуд ниже И_порог (ветвь "да" блока 2) производится подсчет ФЭ 2 заполненных сажей (блоки 3, 4, 8). Затем проверяется выполнение необходимости проведения регенерации ФЭ 2 (блок 5). В режим регенерации устройство переводится при обнаружении 2-х заполненных сажей ФЭ 2 (любых от 1 до ) в одном цикле анализа состояние ФЭ 2.

При отсутствии условий необходимости проведения регенерации (ветвь "нет" блока 5) и окончание очередного цикла анализа состояния ФЭ 2 (ветвь "да" блока 7) устройство переходит в исходное состояние и цикл анализа состояния ФЭ повторяется.

При наличии условий необходимости проведения регенерации (ветвь "да" блока 5) открывается канал байпаса (блок 9) и производится поочередное (от 1 до ) включение генераторов в режиме непрерывной генерации (блоки 9, 10, 11, 12, ветвь "нет" блока 13). После выжигания сажи в последнем ФЭ 2 (ветвь "да" блока 13) канал байпаса закрывается (блок 14) и устройство переходит в исходное состояние.

Использование: изобретение относится к технике очистки сажевых фильтров от сажи и может найти применение при регенерации сажевых фильтров, устанавливаемых на автомобилях. Сущность изобретения: задержанную включенными параллельно в поток обработавших газов фильтрующими элементами сажу нагревают до температуры ее воспламенения не одновременно во всех фильтрующих элементах с помощью СВЧ-энергии, получаемой от нескольких генераторов, после чего подают к фильтрующим элементам смесь газов, в состав которых входит кислород, и тем самым выжигают сажу из фильтрующих элементов. 21 ил.

Способ регенерации сажевого фильтра, состоящего из нескольких N (N - целое число больше единицы) фильтрующих элементов, включенных параллельно в поток отработавших газов, заключающийся в том, что задержанную фильтрующими элементами сажу нагревают СВЧ-энергией до температуры ее воспламенения, подают к фильтрующим элементам смесь газов, в состав которых входит кислород, и тем самым выжигают сажу из фильтрующих элементов, отличающийся тем, что нагревают сажу не одновременно во всех фильтрующих элементах с помощью СВЧ-энергии, полученной от нескольких М (М целое число больше единицы, но не больше N) СВЧ-генераторов.