СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ОЧИСТКИ САЖЕВОГО ФИЛЬТРА Российский патент 2016 года по МПК F01N3/21 F01N3/23 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и системе для очистки сажевого фильтра, и, более конкретно, способу и устройству для очистки дизельного сажевого фильтра на месте (in-situ) с использованием потока отработавших газов.

Уровень техники

Дизельный сажевый фильтр удаляет органические и неорганические твердые частицы из потока отработавших газов дизельного двигателя. Органические частицы представляют собой сложную смесь углерода, водорода и кислорода и возникают в результате неполного сгорания дизельного топлива в цилиндрах двигателя. Источниками неорганической части частиц являются материалы, добавляемые в масло или топливо, а также частицы, возникающие в результате эрозии частей двигателя. Основную часть этих неорганических веществ составляют сульфаты металлов, например, сульфат кальция. Эти вещества будут постепенно забивать сажевые фильтры. При оптимальных условиях органические частицы будут полностью сгорать в процессе регенерации сажевого фильтра и выходить из него в форме газообразных продуктов, СО₂ и Н₂О. Что касается неорганического компонента, то он не может быть окислен внутри фильтра и превращен в газообразные продукты. В результате, он зашлаковывает фильтр в форме различных оксидов, в целом указываемых как "зола". Для обеспечения приемлемых характеристик работы золу необходимо периодически удалять из фильтра для предотвращения его забивания.

В некоторых случаях дизельные сажевые фильтры устанавливают на двигателях, рабочая температура которых слишком низка и не обеспечивает надлежащей регенерации фильтра, например, путем окисления органических компонентов. В этих случаях фильтр может быть забит твердыми частицами, и возможно снижение характеристик работы двигателя. Кроме того, для фильтра с высоким заполнением сажей повышается вероятность необратимого повреждения в результате неконтролируемой регенерации, по сравнению с фильтром с низким заполнением сажей. В этих случаях недостаточно высокой рабочей температуры может быть необходимо регулярное удаление сажи.

Известные технические решения задачи очистки фильтра, описанные ниже, часто сложны или содержат подвижные части, а другие решения по удалению твердых частиц, прочно связанных с поверхностями фильтра, малоэффективны. Другие решения могут приводить к высоким выбросам твердых частиц в процессе очистки.

Ниже приведены некоторые примеры различных подходов (например, устройств и способов) и их недостатки.

I. Очистка сажевого фильтра, снятого с двигателя

Фильтр просто чистят с помощью сжатого воздуха, который подается по шлангу. Сжатый воздух направляют в выходное отверстие фильтра для выдувания сажи из его стенок в обратном направлении (продувка в обратном направлении). Этот способ не дает гарантии успеха, потенциально опасен (опасные факторы сжатого воздуха), требует полного внимания оператора и в случае ошибки может приводить к выбросу вредных частиц из фильтра, или же в результате может быть получен плохо очищенный фильтр.

Загрязненный фильтр может быть нагрет в печи до высокой температуры для эффективного удаления частиц, основным компонентом которых является углерод. В этом случае потребляется много энергии, причем неорганический компонент сажи не удаляется. После цикла нагрева, охлаждение может занимать много времени, и зола должна быть удалена с использованием вакуума или промывки фильтра.

Во многих системах очистки промышленных устройств используется сочетание потока жидкости и ультразвука, которое может быть эффективным, однако в этом случае высоки расходы. Кроме того, чистящая жидкость может повредить каталитическое покрытие или материал матрицы, обеспечивающей фиксацию катализатора в металлическом кожухе.

В других способах используются системы очистки, которые включают промывку обратным потоком подходящей чистящей текучей среды, пока фильтр не станет чистым. Однако многие катализаторы и материалы матрицы чувствительны к большим количествам воды или растворителей. Дополнительным недостатком растворителей является необходимость их утилизации. Кроме того, не обеспечивается местное регулирование потока чистящей текучей среды (то есть, через фильтр протекает один поток текучей среды), так что некоторые секции фильтра не будут очищены в такой же степени, как другие.

Проблема такого решения заключается в том, что не все станции техобслуживания могут иметь подходящее оборудование для очистки сажевых фильтров. В этом случае необходимо использование подменного фильтра, который будет работать, пока загрязненный фильтр будет находиться в чистке. Для этого требуется поддерживать на станции техобслуживания или в автомобильной компании запас довольно дорогих фильтров, чтобы постоянно обеспечивались подменные фильтры.

II. Очистка сажевого фильтра, когда он стоит на двигателе

Способы улавливания твердых частиц с использованием нескольких фильтров с клапанами для управления трактом прохождения потока описаны в ряде патентных документов.

Например, в патенте US 5,930,994 раскрывается комбинация установок клапана, которая позволяет запускать продувку одного из фильтров обратным потоком, т.е. направление потока газа изменяется на обратное для выдувания сажи из фильтра. Обратный воздушный поток может быть подогрет для сжигания сажи при его прохождении через фильтр.

В патенте US 5,725,618 раскрывается способ обратной продувки сажевого фильтра для удаления сажи и золы, накопившихся в фильтре. Обратная продувка фильтра осуществляется, когда он установлен на транспортном средстве, и в этом случае используется клапан ударной волны, обеспечивающий волну давления для выбивания частиц из фильтра. Для обеспечения очистки всего сажевого фильтра блок фильтра поворачивается, чтобы поток воздуха, обеспечиваемый клапаном волны давления, воздействовал на определенный участок фильтра.

Недостаток вышеуказанных способов обратной продувки заключается в том, что зола, образующаяся из смазочного масла, не может быть удалена из фильтра, поскольку зола, выдутая из одного участка фильтра, переходит на другой участок, и в этом случае требуется еще и ручная чистка. Кроме того, материал, выброшенный из фильтра, необходимо каким-то образом удалять из трубопровода выпуска отработавших газов.

III. Поворотные каналы

Другой способ очистки дизельного сажевого фильтра включает использование устройства с вращающимся электрическим нагревательным элементом. Часть потока отработавших газов проходит через вращающуюся трубку над нагревательным элементом. Сочетание низкой скорости потока и высокой температуры повышает вероятность успешной регенерации.

В патенте US 5,116,395 раскрывается пылесборник со встроенным программируемым контроллером очистки. В этом случае используется вращающаяся трубка с множеством форсунок, которая обеспечивает поток обратной продувки для удаления частиц с поверхности фильтровальных элементов/картриджей и направления их в камеру сборника. Контроллер обеспечивает управление трубкой и форсунками для получения сильных потоков чистящей текучей среды выше множества фильтровальных картриджей. Трубка также содержит датчик для определения степени загрязнения каждого фильтровального картриджа (предусматривается использование трубки Пито). Система, раскрытая в указанном патенте, содержит несколько конструктивных элементов, которые делают эту систему не подходящей для очистки дизельных сажевых фильтров. Во-первых, размеры дизельных сажевых фильтров гораздо меньше размеров пылесборников, и размеры форсунок над ним и рассчитаны на фильтры больших размеров. Диаметр типичного дизельного сажевого фильтра находится в диапазоне от 15 см до 32 см. Диаметр пылесборника, раскрытого в патенте, гораздо больше. Во-вторых, дизельные сажевые фильтры имеют много тысяч ячеек (проходов), и направление потока воздуха в каждую ячейку практически неосуществимо. Другие аналогичные конструкции пылесборников имею аналогичные недостатки.

Целью настоящего изобретения является обеспечение улучшенных способа и системы для очистки сажевого фильтра транспортного средства, использующих имеющийся поток отработавших газов, для преодоления упомянутых выше проблем.

Раскрытие изобретения

Вышеуказанные проблемы решены посредством способа и системы в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.

В последующем тексте термины, такие как "продольный" и "поперечный", используются для указания направлений относительно основного направления движения транспортного средства. Аналогично, такие термины, как "передний" и "задний" используются для определения относительного положения компонента относительно указанного направления движения.

Изобретение относится к способу очистки сажевого фильтра транспортного средства, снабженного двигателем внутреннего сгорания, где сажевый фильтр установлен в рабочее положение внутри глушителя системы выпуска отработавших газов (выхлопа) при нормальной работе двигателя. В способе выполняется процесс очистки, включающий шаги, на которых:

отсоединяют и извлекают сажевый фильтр из первого конца глушителя;

переворачивают на обратное направление (разворачивают на 180 градусов) и переустанавливают фильтр в положение очистки на упомянутом первом конце глушителя;

запускают и управляют работой двигателя, регулируя его скорость (частоту вращения) в соответствии с заданным (предварительно определенным) циклом, пока не будет достигнуто заданное состояние;

останавливают двигатель и возвращают сажевый фильтр в его рабочее положение внутри глушителя системы выпуска отработавших газов.

Частота вращения двигателя контролируется так, чтобы сажевый фильтр очищался пульсирующим потоком отработавших газов из двигателя. Частота вращения двигателя изменяется между верхним и нижним пределами заданное число раз, во время по меньшей мере одного цикла, и при этом измеряют величину, представляющую упомянутое заданное состояние, в конце упомянутого по меньшей мере одного цикла. Согласно не ограничивающему примеру, частота вращения двигателя может изменяться от нижнего предела, выбранного в пределах диапазона от 700 до 1100 оборотов в минуту до верхнего предела, выбранного в пределах диапазона от 1500 до 1800 оборотов в минуту. Во время каждого цикла изменяют частоту вращения двигателя между верхним и нижним пределами заданное число раз в течение заданного периода времени. Согласно не ограничивающему примеру, количество раз может быть выбрано от 60 до 120, а период времени может быть выбран от 60 до 240 с. Общее время, которое занимает полный процесс очистки, может составлять от 10 до 20 минут. Указанные выше значения приведены только в качестве примеров, тогда как выбор зависит от типа и размера двигателя, размера и степени загрязнения сажевого фильтра и типа оборудования, доступного для осуществления процесса очистки, как будет описано ниже.

До начала первого цикла частота оборотов двигателя увеличивается до стабилизированной величины в течение периода времени, достаточного для стабилизации температуры отработавших газов (выхлопа) в глушителе. Стабилизированная величина для частоты вращения двигателя предпочтительно, по меньшей мере, равна упомянутому верхнему пределу, но может быть выбрана и выше или ниже этого верхнего предела. Затем измеряется величина, представляющая упомянутое заданное состояние, такая как падение давления через глушитель или узел фильтра, и инициируется первый цикл. Результат первого измерения может быть сравнен со сохраненным значением от предыдущего процесса очистки для определения степени загрязнения/забивки. Если фильтр заменялся во время предыдущего обслуживания, тогда может использоваться эталонное значение для чистого фильтра.

В конце упомянутого по меньшей мере одного цикла увеличивают частоту вращения двигателя до величины, превышающей упомянутый верхний предел, в течение заданного периода времени, и измеряют по меньшей мере одну величину, представляющую упомянутое заданное состояние. В зависимости от типа измеряемой величины, такой как давление в подходящем месте выхлопной трубы, может быть полезным или требоваться позволить температуре отработавших газов стабилизироваться до снятия показаний, чтобы получить корректный результат измерения. Упомянутый цикл повторяют, пока не будет достигнуто упомянутое заданное состояние или пока не будет выполнено максимальное количество циклов. Величиной, представляющей упомянутое заданное состояние, может быть противодавление отработавших газов или падение давления через сажевый фильтр. Наиболее современные двигатели снабжены датчиками давления отработавших газов (выхлопа) для контроля различных параметров во время нормальной работы двигателя. Если требуется, один или несколько датчиков давления могут быть обеспечены в глушителе или сажевом фильтре, если стандартные датчики не доступны.

Согласно одному примеру, способ может быть осуществлен посредством регулирования частоты вращения двигателя во время процесса очистки с использованием электронного блока управления. Электронный блок управления может представлять собой электронный блок управления двигателя или внешний электронный блок управления. Электронный блок управления может быть предварительно запрограммированным, в соответствии с чем программное обеспечение, требуемое для запуска программы очистки, сохранено в энергонезависимой памяти или на жестком диске в электронном блоке управления. Альтернативно, необходимое программное обеспечение может храниться на переносном портативном устройстве или энергонезависимом блоке памяти, таком как USB-накопитель или флэш-память, которые могут быть подсоединены к электронному блоку управления или блока управления двигателя. В этом контексте, энергонезависимое запоминающее устройство для хранения данных определяется, как включающее системы с электрической адресацией, такие как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ/ROM), или системы с механической адресацией, такие как жесткие диски, оптические диски, магнитные ленты, запоминающие устройства на голограммах и т.п.

Результаты измерений упомянутой величины из предыдущего процесса очистки могут быть сохранены в указанном электронном блоке управления и быть использованы для установки (задания) заданного состояния. Таким образом возможно сравнивать текущие показания для этой величины с величинами из предыдущих периодов, когда фильтр чистился или последний раз менялся. Таким образом может обеспечиваться мониторинг режима или текущего состояния сажевого фильтра и вычисление ожидаемого срока службы.

Также возможно хранить результаты измерений по меньшей мере одной величины, относящейся к работе двигателя со времени предыдущего процесса очистки, в указанном электронном блоке управления для установки заданного состояния. Согласно одному примеру, измеренное падение давления через сажевый фильтр в конце предыдущего процесса очистки может быть принято как целевой параметр для заданного состояния. Дополнительные факторы, которые могут быть приняты во внимание при установке заданного состояния, могут включать проходимое расстояние, время работы двигателя или расход топлива и/или масла со времени предыдущего процесса очистки.

Если установлено, что требуется процесс очистки сажевого фильтра в условиях, где не доступен электронный блок управления для выполнения этого процесса, может быть проведен упрощенный срочный процесс очистки. Согласно этому примеру, вручную изменяют частоту вращения двигателя между верхним и нижним пределами, замеряя при этом время от начала первого цикла. Пульсирующий поток достигается, нажатием на педаль газа с заданной частотой, следя при этом за показаниями тахометра или датчика оборотов двигателя для контроля верхнего и нижнего пределов оборотов двигателя, соответственно. Эта операция может быть выполнена для заданного количеств циклов или для периода времени, оцениваемого, как достаточного для эффективной очистки фильтра. Сажевый фильтр может быть затем перевернут обратно в его рабочее положение, и двигатель снова будет готов к работе.

Изобретение также относится к системе, включающей глушитель системы выпуска отработавших газов транспортного средства и сажевый фильтр, установленный в рабочее положение внутри глушителя системы выпуска отработавших газов при нормальной работе двигателя, соединенного с этим глушителем. Сажевый фильтр имеет первую контактную поверхность, обращенную к первому концу глушителя и находящуюся в плотном (уплотненном) контакте с соответствующей поверхностью на первом конце глушителя, когда сажевый фильтр находится в его рабочем положении. Также сажевый фильтр имеет вторую контактную поверхность, находящуюся в плотном контакте с соответствующей поверхностью на первом конце глушителя, когда сажевый фильтр находится в положении чистки.

Сажевый фильтр размещен внутри глушителя в его рабочем положении, и сажевый фильтр перевернут (развернут на 180 градусов) и размещен, по меньшей мере, частично снаружи первого конца глушителя в положении очистки фильтра.

Первая и вторая контактные поверхности выполнены на противоположных сторонах фланца вокруг внешней поверхности на одном конце сажевого фильтра. Каждая из первой и второй контактных поверхностей включает кольцевую контактную поверхность, выполненную идентичной и как зеркальное отображение относительно плоскости через фланец под прямыми углами к центральной оси сажевого фильтра.

Система включает устройство для сбора золы, прикрепленное к концу сажевого фильтра, удаленному от глушителя, когда сажевый фильтр находится в положении очистки. Устройство для сбора золы предпочтительно прикреплено к кольцевой уплотняющей поверхности сажевого фильтра, удаленной от глушителя, когда сажевый фильтр находится в положении очистки. Примеры таких устройств для сбора золы включают от фильтрующего элемента/мешка, прикрепленного к концу сажевого фильтра, до соединителя шланга со шлангом, подсоединенным к всасывающему средству для удаления золы. Удаленная зола может быть извлечена из отработавших газов посредством подходящего устройства для обработки газов, такого как скруббер с водяным орошением, циклонный очиститель, электростатический фильтр или подобное устройство.

Изобретение также относится к компьютерной программе, содержащей средства программного кодирования для выполнения всех шагов способа, описанных выше, при исполнении указанной программы на компьютере. Изобретение также относится к компьютерному программному продукту, содержащему средства программного кодирования, сохраненные на машиночитаемом носителе/среде, для выполнения всех шагов способа, описанных выше, при исполнении указанного программного продукта на компьютере. И наконец, изобретение относится к компьютерной системе для осуществления способа очистки сажевого фильтра в транспортном средстве, имеющей память (запоминающее устройство) для хранения средств программного кодирования и процессор, способный исполнять код программы для выполнения всех шагов способа, описанных выше.

Краткое описание чертежей

Изобретение описывается далее подробно со ссылками на прилагаемые фигуры. Необходимо понимать, что чертежи предназначены исключительно для иллюстрации изобретения и не должны использоваться для установления его объема, который определяется прилагаемой формулой. Необходимо также понимать, что чертежи необязательно выполнены в масштабе, и что, если не указано иное, они предназначены лишь для схематической иллюстрации нижеописанных конструкций и способов. На прилагаемых фигурах чертежей показано:

на фиг. 1 - вид транспортного средства, оборудованного устройством для очистки сажевого фильтра, предлагаемом в изобретении;

на фиг. 2 - вид глушителя с сажевым фильтром в рабочем положении;

на фиг. 3 - вид разобранного глушителя с сажевым фильтром;

на фиг. 4 - вид глушителя с сажевым фильтром в положении очистки;

на фиг. 5 - вид глушителя с сажевым фильтром, подсоединенным к отсасывающему средству для извлечения золы;

на фиг. 6а - схематический вид сечения глушителя фиг. 2;

на фиг. 6б - схематический вид сечения альтернативного глушителя;

на фиг. 7 - схематический вид сечения глушителя фиг. 4;

на фиг. 8 - схематическая диаграмма изменения скорости вращения двигателя во времени при очистке сажевого фильтра;

на фиг. 9 - схематическая диаграмма падения давления через глушитель во времени при очистке сажевого фильтра;

на фиг. 10а - схематический вид двигателя внутреннего сгорания и системы выпуска отработавших газов транспортного средства фиг. 1;

на фиг. 10б - схематический вид двигателя внутреннего сгорания и альтернативной системы выпуска отработавших газов;

на фиг. 11 - блок-схема реализации изобретения в компьютерной системе.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 приведен схематический вид коммерческого транспортного средства 1 в форме тяжелого грузовика. Коммерческое транспортное средство 1 имеет шасси 2 и кабину 3 водителя, установленную на шасси. Под кабиной 3 водителя находится двигатель 4 внутреннего сгорания, мощность которого передается на ведущие колеса 6 транспортного средства 1 с помощью трансмиссии 5, в состав которой входит сцепление и коробка передач с ручным или автоматическим управлением. Двигатель 4 внутреннего сгорания содержит систему 7 выпуска отработавших газов с глушителем 8, снабженным системой последующей обработки отработавших газов, и вторым глушителем 9 (см. фиг. 10а), соединенным с выхлопной трубой/трубой глушителя (не показана), через которую отработавшие газы выводятся в атмосферу. Второй глушитель и выхлопная труба могут располагаться с одной стороны шасси, например, или продолжаться вверх за водительскую кабину. Расположение этих компонентов не относится к изобретению и не будет далее детально описываться. Изобретение может также быть использовано и без этих компонентов.

Первый глушитель 8, который установлен на коммерческом транспортном средстве 1 (фиг. 1) рядом с двигателем 4 внутреннего сгорания на раме шасси 2, может иметь конструкцию, представленную на фиг. 1-5. Глушитель 8 выполнен в форме барабана, имеющего переднюю торцевую стенку 11 и заднюю торцевую стенку 12, причем обе торцевые стенки 11, 12 соединены внешней стенкой, имеющей по меньшей мере частично цилиндрическую форму. Для нормальной работы, в передней торцевой стенке 11 обеспечивается впускной патрубок 13 и выпускной патрубок 14. В пределах объема настоящего изобретения один или оба из впускного и выпускного патрубков могут быть расположены на наружной стенке 10. Глушитель 8 также имеет внутреннюю разделительную стенку, проходящую во внутреннем пространстве глушителя и разделяющую глушитель 8 на две внутренние камеры (объемы) 15, 16. Эти камеры 15, 16 можно видеть на фиг. 6а, на которой приведен вид сечения глушителя 8 с фильтром 18 частиц в его рабочем положении. Как показано на фиг. 6а, первая камера 15 содержит первое средство очистки отработавших газов в форме окислительного нейтрализатора 17, расположенного по потоку ниже впускного патрубка 13 и выше фильтра 18 частиц, которым в данном случае является дизельный сажевый фильтр, имеющий в целом цилиндрическую форму. Вторая камера 16 содержит средство очистки отработавших газов в форме селективного каталитического реактора 20, расположенного по потоку выше выпускного патрубка 14. Первая 15 и вторая 16 камеры соединены каналом 19, имеющим в целом U-образную форму, который проходит от первого отверстия 21 ко второму отверстию 22 в задней торцевой стенке 12.

На фиг. 6б схематически показан вид в сечении альтернативного варианта выполнения глушителя. В этом альтернативном варианте глушитель включает по существу те же компоненты, что и глушитель по фиг. 6а, с той разницей, что в этом варианте глушитель содержит первый блок 8а глушителя и второй блок 8b глушителя. При этом на фиг. 6б используются те же ссылочные номера, которые использовались для идентичных компонентов на фиг. 6а. Первый блок 8а глушителя содержит такие же компоненты, как первая камера 15 глушителя по фиг. 6а, в то время как второй блок 8b глушителя содержит такие же компоненты, как вторая камера 16 глушителя по фиг. 6а. Первая и вторая камеры 15, 16 окружены первой и второй внешними стенками 10а, 10b, соответственно. Эта компоновка позволяет установить указанные блоки 8а, 8b на удалении друг от друга, соединенными каналом/трубопроводом 19а. Соответственно, первый блок 8а глушителя содержит сажевый фильтр 18, доступный при удалении трубопровода 19а.

На фиг. 3 приведен вид разобранной части глушителя 8, с которого снят сажевый фильтр 18 и U-образный канал 19. Как показано на фиг. 3, первое отверстие в задней торцевой стенке 12 содержит трубчатый выпускной патрубок с первым фланцем 23. Первый фланец 23 предназначен для взаимодействия и уплотнения относительно кольцевого фланца 24, расположенного возле заднего, первого конца 25 сажевого фильтра 18. Между фланцами 23, 24 расположено первое уплотнительное кольцо 26 для обеспечения газонепроницаемого уплотнения в процессе нормальной работы. Для этой же цели между кольцевым фланцем 24 и первым фланцем 28 на впускном конце U-образного канала 19 расположено второе уплотнительное кольцо 27. Аналогично, между вторым фланцем 30 на выпускном конце U-образного канала 19 и вторым фланцем 31 на втором отверстии в задней торцевой стенке 12 расположено третье уплотнительное кольцо 29. Для удерживания сажевого фильтра 18 в нужном положении используются первый и второй кольцевые хомуты 32, 33, прижимающие, соответственно, первый и второй фланцы 28, 30 на U-образном канале 19 к первому и второму фланцам 23, 31 на задней торцевой стенке 12. Первый и второй кольцевые хомуты 32, 33 имеют в целом U-образный профиль сечения, обеспечивающий их установку на соответствующие фланцы и затягивание для уплотнения соединения между первой и второй камерами внутри глушителя 8. Первый хомут 32 также используется для прижатия сажевого фильтра 18 к первому фланцу 23 задней торцевой стенки 12, когда фильтр находится в развернутом положении (на 180 градусов). Этот тип хомутов хорошо известен в технике и здесь подробно не описывается. Вышеуказанные уплотнения могут быть неотъемлемыми частями уплотняющих поверхностей и/или могут содержать отдельные съемные уплотнения, такие как уплотнительные кольца.

Кольцевой фланец 24 имеет такую форму, что его внешняя контактная поверхность будет прижиматься с уплотнением к первому фланцу 28 U-образного канала 19 и к первому фланцу 23 задней торцевой стенки 12. Это обеспечивает возможность извлечения сажевого фильтра 18 из его рабочего положения в глушителе 8, как показано на фиг. 3, и его разворота с последующей установкой на первом фланце 23 задней торцевой стенки 12 в положении очистки фильтра, как показано на фиг. 4.

На фиг. 4 показан глушитель 8 и сажевый фильтр 18 в положении выполнения операции очистки фильтра 18, причем его торцевая сторона (конец) 35 в нормальном положении, обращенная в сторону впускного патрубка 13 на передней торцевой стенке 11, сообщается с атмосферой. Когда U-образный канал 19 удален и сажевый фильтр 18 присоединен к задней торцевой стенке 12, весь поток отработавших газов будет проходить через первую камеру 15, поскольку вторая камера 16 обходится. Это можно видеть на фиг. 7, на которой приведен вид сечения глушителя 8 с сажевым фильтром 18 в положении очистки фильтра. На фиг. 7 видно, что отработавшие газы проходят из впускного патрубка 13, проходят через первую камеру 15 и сажевый фильтр 18 и выходят через отводящий шланг 37.

Установка сажевого фильтра 18, как описано в отношении фиг. 6а и 8, также применима к альтернативной конструкции глушителя по фиг. 6б.

Во время операции очистки, частицы или зола, вытесненные из сажевого фильтра, перемещаются для надежного удаления. В примере, показанном на фиг. 5, это достигается присоединением соединителя 36 шланга к открытому концу 35 сажевого фильтра 18. Соединитель 36 снабжен шлангом 37, подсоединенным к всасывающему средству (не показано) для удаления золы, как показано стрелкой 38. Во время операции очистки, двигатель внутреннего сгорания заводится, тем самым отработавшие газы подаются во входной патрубок 13, проходят через сажевый фильтр 18 для удаления золы и выводятся через шланг 37.

В соответствии с изобретением, сажевый фильтр установлен в рабочее положение внутри глушителя системы выпуска отработавших газов при нормальной работе двигателя. Когда определено, что фильтр забивается и требуется его очистка, выполняются следующие шаги:

- отсоединение и извлечение сажевого фильтра 18 из задней торцевой стенки 12 глушителя 8;

- переворачивание на обратное направление (разворачивание на 180 градусов) и переустановка фильтра 18 в положение очистки на задней торцевой стенке 12 глушителя 8;

- запуск и управление работой двигателя 4 внутреннего сгорания, регулируя его частоту вращения в соответствии с заданным циклом, пока не будет достигнуто заданное состояние;

- остановка двигателя 4 внутреннего сгорания и возращение сажевого фильтра 18 в рабочее положение внутри глушителя 8 системы выпуска отработавших газов.

Фиг. 8 показывает, как регулируется частота вращения двигателя так, чтобы сажевый фильтр подвергался чистке пульсирующим потоком отработавших газов из двигателя. Частота вращения двигателя изменяется между верхним и нижним пределами заданное число раз во время по меньшей мере одного цикла С и в конце этого по меньшей мере одного цикла С выполняется измерение величины, представляющей упомянутое заданное состояние. Согласно примеру на фиг. 8, частота вращения двигателя изменяется от нижнего предела приблизительно 900 оборотов в минуту до верхнего предела приблизительно 1700 оборотов в минуту. Во время каждого цикла частота вращения двигателя изменяется между верхним и нижним пределами заданное количество раз, в данном случае 15 раз, за заданный период времени, в данном случае приблизительно 180 с. Общее время, занимаемое полным процессом очистки, может составлять 10-15 минут, в зависимости от степени забивки фильтра.

До начала первого цикла частота оборотов двигателя увеличивается до уровня выше упомянутого верхнего предела, в данном случае 2000 оборотов в минуту, в течение периода времени, достаточного для стабилизации в глушителе температуры отработавших газов. Затем измеряется величина, представляющая упомянутое заданное состояние, в данном случае падение давления через глушитель, и инициируется первый цикл. Результат первого измерения сравнивается с сохраненным значением от предыдущего процесса очистки для определения степени забивки. Если фильтр заменялся во время предыдущего обслуживания, тогда может использоваться эталонное значение для чистого фильтра.

В конце каждого цикла частота вращения двигателя увеличивается до упомянутого уровня выше упомянутого верхнего предела в течение предварительно заданного периода времени и величина, представляющая упомянутое заданное состояние, измеряется снова. Как указывалось выше, температуре отработавших газов дают возможность стабилизироваться перед снятием показаний, чтобы получить правильный результат измерений. Упомянутый цикл повторяется, пока упомянутое заданное состояние не будет достигнуто или пока не будет выполнено максимальное количество циклов без достижения заданного состояния. Величина падения давления через сажевый фильтр, которая должна быть достигнута, может основываться на эмпирических значениях и считываться из таблицы, или основываться на сохраненных значениях падения давления от предыдущей операции чистки. На фиг. 8 показана серия из трех последовательных циклов, как описывалось выше.

На фиг. 9 представлена схематическая диаграмма, показывающая падение давления через глушитель во время процесса чистки. Из этой диаграммы можно видеть, как измеренные величины падения давления, показанные как острые выступы на схематической кривой, постоянно падают после каждого цикла. Используя эту кривую, циклы могут быть повторены, пока предварительно заданная величина падения давления не будет достигнута, пока два последовательных измерения покажут отсутствие или приблизительное отсутствие изменения, или пока не достигнуто предварительно заданное проходящее время, когда процесс заканчивается и останавливается.

На фиг. 10а показана схематическая компоновка двигателя 4 внутреннего сгорания и системы выпуска отработавших газов по фиг. 1 с использованием тех же ссылочных номеров. Как указывалось выше, система выпуска отработавших газов содержит первый глушитель 8, снабженный системой последующей обработки отработавших газов, и второй глушитель 9, подсоединенный к выхлопной трубе, выпускающей отработавшие газы в атмосферу. Схематически показанный первый глушитель 8 соответствует глушителю, показанному на фиг. 6а. Электронный блок 40 управления соединен с первым и вторым датчиками 41, 42 давления отработавших газов выше и ниже по потоку от глушителя 8, соответственно. Электронный блок 40 управления представляет собой обычный блок управления двигателя, соединенный с двигателем 4 внутреннего сгорания линией 43 управления. В представленном примере двигатель внутреннего сгорания представляет собой обычный дизельный двигатель, снабженный управляемыми топливными инжекторами 44, турбонагнетателем 45 и охладителем 46 забираемого воздуха. Двигатель, сам по себе, не будет далее детально описываться. Электронный блок 40 управления содержит микропроцессор и энергонезависимую память для хранения и предоставления измеренных данных. Представленная система выпуска отработавших газов позволяет устанавливать упомянутые первый и второй глушители 8, 9 на удалении друг от друга, что может быть полезно для компоновочных целей, когда доступное пространство ограничено.

На фиг. 10б представлен схематичный план двигателя внутреннего сгорания и альтернативной системы выпуска отработавших газов. Эта альтернативная система выпуска отработавших газов содержит по существу те же компоненты, что и система по фиг. 10а. Главное отличие между этими двумя системами заключается в том, что глушитель по фиг. 10б содержит единственное устройство глушителя с объединенными первым и вторым глушителями 8а, 9а. Это единственное устройство глушителя содержит оба первый и второй глушители 8, 9, показанные на фиг. 10а. Схематически представленный первый глушитель 8а соответствует глушителю, представленному на фиг. 6а. Эта компоновка показана с первым и вторым глушителями, смонтированными вместе в виде единого блока 8а, 9а глушителя, который может иметь преимущества с точки зрения доступа во время обслуживания системы выпуска отработавших газов.

В соответствии с одним примером, способ может осуществляться посредством регулирования частоты вращения двигателя во время процесса очистки с использованием электронного блока управления. Электронный блок управления может быть блоком управления двигателя, как показано на фиг. 10а и 10б, или внешним электронным блоком управления, который подсоединяется к блоку управления двигателя. Электронный блок управления может быть предварительно запрограммированным, в соответствии с чем программное обеспечение, требуемое для запуска программы очистки, сохранено в энергонезависимой памяти или на жестком диске в электронном блоке управления. Альтернативно, необходимое программное обеспечение может храниться на переносном портативном устройстве или энергонезависимом блоке памяти, таком как USB-накопитель или флэш-память, которые могут быть интегрированы в электронный блок управления или блок управления двигателя или подсоединяться к ним. В этом контексте энергонезависимое запоминающее устройство для хранения данных определяется как включающее системы с электрической адресацией, такие как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ/ROM), или системы с механической адресацией, такие как жесткие диски, оптические диски, магнитные ленты, запоминающие устройства на голограммах и т.п.

Результаты измерений упомянутой величины из предыдущего процесса очистки могут быть сохранены в памяти в указанном блоке управления и использованы для установки заданного состояния. Таким образом возможно сравнивать текущие показания для этой величины с величинами из предыдущих периодов времени, когда фильтр чистился или заменялся. Таким образом может обеспечиваться мониторинг режима или текущего состояния сажевого фильтра и вычисление ожидаемого срока службы. Также возможно хранить результаты измерений по меньшей мере одной величины, относящейся к работе двигателя, со времени предыдущего процесса очистки, в электронном блоке управления для установки заданного состояния. Согласно одному примеру, измеренное падение давления через сажевый фильтр в конце предыдущего процесса очистки может быть принято как целевой параметр для заданного состояния. Дополнительные факторы, которые могут быть приняты во внимание при установке заданного состояния, могут включать проходимое расстояние, время работы двигателя или расход топлива и/или масла со времени предыдущего процесса очистки.

Как отмечалось выше, описанный способ, в частности, подходит для компьютерного управления. Поскольку настоящее изобретение также относится к компьютерной программе, компьютерный программный продукт и носитель информации/среда хранения для компьютера должны использоваться с компьютером для осуществления этого способа.

На фиг. 11 изобретение показано в приложении с соответствующей компьютерной компоновкой. Изобретение, описываемое ниже, относится к компьютерной программе, содержащей средства программного кодирования для выполнения всех шагов способа, описанных выше, при исполнении указанной программы на компьютере. Изобретение также относится к компьютерному программному продукту, содержащему средства программного кодирования, сохраненные на машиночитаемом носителе/среде, для выполнения всех шагов способа, описанных выше, при исполнении указанного программного продукта на компьютере. И наконец, изобретение относится к компьютерной системе для осуществления способа очистки сажевого фильтра в транспортном средстве, имеющей память (запоминающее устройство) для хранения средств программного кодирования и процессор, способный исполнять код программы для выполнения всех шагов способа, описанных выше.

На фиг. 11 показано устройство 50 по одному из вариантов осуществления изобретения, содержащее энергозависимую память 52, процессор 51 и считываемую и записываемую память 56. Память 52 имеет первую часть 53 памяти, в которой хранится компьютерная программа для управления устройством 50. Эта компьютерная программа в части 53 памяти для управления устройством 50 может представлять собой операционную систему. Устройство 50 может быть заключено, например, в блоке управления, таком как блок 40 управления двигателя, показанный на фиг. 10а. Устройство 51 обработки данных может включать, например, микропроцессор.

Память 52 также имеет вторую часть 54 памяти, в которой хранится программа для управления функцией выбора требуемой передачи в соответствии с изобретением. В альтернативном варианте программа для установки упомянутого заданного состояния и управления функцией выполнения процесса очистки сохранена на отдельном энергонезависимом носителе 55 данных, таком как, например, CD-диск или сменная полупроводниковая память. Программа может храниться в исполняемой или сжатой форме.

Когда говорится, что устройство 51 обработки данных исполняет специфичные функции, следует понимать, что устройство 51 обработки данных исполняет специфичную часть программы, хранящейся в части 54 памяти, или специфичную часть программы, хранящейся на энергонезависимом носителе 55 данных.

Устройство 51 обработки данных приспособлено для установления связи с носителем 55 данных посредством шины 53 передачи данных. Устройство 51 обработки данных также приспособлено для установления связи с памятью 52 посредством шины 57 передачи данных. Кроме того, устройство 51 обработки данных приспособлено для установления связи с памятью 56 посредством шины 58 передачи данных. И далее, устройство 51 обработки данных также приспособлено для установления связи с портом 59 передачи данных посредством шины 60 передачи данных.

Предлагаемый в изобретении способ может выполняться устройством 51 обработки данных, исполняющим программу, хранящуюся в памяти 54, или программу, хранящуюся на энергонезависимом носителе 55 данных.

Изобретение не ограничено выше приведенными примерами и может включать различные изменения в рамках объема приложенной формулы изобретения.

Группа изобретений относится к способу очистки сажевого фильтра транспортного средства и к системе с глушителем транспортного средства и сажевым фильтром. Транспортное средство снабжено двигателем внутреннего сгорания и сажевым фильтром, установленным в рабочее положение внутри глушителя системы выпуска отработавших газов при нормальной работе двигателя. Процесс очистки выполняют следующим образом: отсоединяют и извлекают сажевый фильтр из первого конца глушителя. Далее переворачивают на обратное направление и переустанавливают сажевый фильтр в положение чистки на упомянутом первом конце глушителя. Затем запускают двигатель и управляют его работой, регулируя частоту вращения в соответствии с заданным циклом, пока не будет достигнуто заданное состояние. Останавливают двигатель и возвращают сажевый фильтр в рабочее положение внутри глушителя системы выпуска отработавших газов. Группа изобретений позволяет улучшить способы и системы для очистки сажевых фильтров транспортных средств, использующих имеющийся поток отработавших газов. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Способ очистки сажевого фильтра транспортного средства, снабженного двигателем внутреннего сгорания и сажевым фильтром, установленным в рабочее положение внутри глушителя системы выпуска отработавших газов при нормальной работе двигателя, отличающийся тем, что при выполнении процесса очистки:
отсоединяют и извлекают сажевый фильтр из первого конца глушителя;
переворачивают на обратное направление и переустанавливают сажевый фильтр в положение чистки на упомянутом первом конце глушителя;
запускают двигатель и управляют его работой, регулируя частоту вращения в соответствии с заданным циклом, пока не будет достигнуто заданное состояние; и
останавливают двигатель и возвращают сажевый фильтр в рабочее положение внутри глушителя системы выпуска отработавших газов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изменяют частоту вращения двигателя между верхним и нижним пределами заданное число раз во время по меньшей мере одного цикла и измеряют величину, представляющую упомянутое заданное состояние в конце упомянутого по меньшей мере одного цикла.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что увеличивают частоту вращения двигателя до стабилизированной величины в течение заданного периода времени в конце упомянутого по меньшей мере одного цикла и измеряют величину, представляющую упомянутое заданное состояние.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что стабилизируют частоту вращения двигателя до величины, равной или превышающей упомянутый верхний предел в течение заданного периода времени в конце упомянутого по меньшей мере одного цикла и измеряют величину, представляющую упомянутое заданное состояние.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что повторяют цикл, пока не будет достигнуто упомянутое заданное состояние или пока не будет выполнено максимальное количество циклов.

6. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что осуществляют измерение величины, относящейся к противодавлению отработавших газов, для определения достижения упомянутого заданного состояния.

7. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что осуществляют измерение величины, относящейся к падению давления через сажевый фильтр, для определения достижения упомянутого заданного состояния.

8. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что регулирование частоты вращения двигателя во время процесса очистки осуществляют с использованием электронного блока управления двигателя.

9. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что регулирование частоты вращения двигателя во время процесса очистки осуществляют с использованием внешнего электронного блока управления.

10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что сохраняют в электронном блоке управления результаты измерений упомянутой величины из предыдущего процесса очистки для установки заданного состояния.

11. Способ по п. 9, отличающийся тем, что сохраняют в электронном блоке управления результаты измерений упомянутой величины из предыдущего процесса очистки для установки заданного состояния.

12. Способ по п. 8, отличающийся тем, что сохраняют в электронном блоке управления результаты измерений по меньшей мере одной величины, относящейся к работе двигателя со времени предыдущего процесса очистки, для установки заданного состояния.

13. Способ по п. 9, отличающийся тем, что сохраняют в электронном блоке управления результаты измерений по меньшей мере одной величины, относящейся к работе двигателя со времени предыдущего процесса очистки, для установки заданного состояния.

14. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что вручную изменяют частоту вращения двигателя между верхним и нижним пределами и измеряют время от начала первого цикла.

15. Система, содержащая глушитель транспортного средства и сажевый фильтр, установленный в рабочее положение внутри этого глушителя системы выпуска отработавших газов при нормальной работе двигателя, соединенного с этим глушителем, отличающаяся тем, что:
сажевый фильтр имеет первую контактную поверхность, обращенную к первому концу глушителя и находящуюся в плотном контакте с соответствующей поверхностью на первом конце глушителя, когда сажевый фильтр находится в его рабочем положении;
сажевый фильтр имеет вторую контактную поверхность, находящуюся в плотном контакте с соответствующей поверхностью на первом конце глушителя, когда сажевый фильтр находится в положении очистки;
сажевый фильтр размещен внутри глушителя в его рабочем положении, и сажевый фильтр перевернут на обратное направление и размещен по меньшей мере частично снаружи первого конца глушителя в положении очистки.

16. Система по п. 15, отличающаяся тем, что первая и вторая контактные поверхности выполнены на противоположных сторонах фланца вокруг внешней поверхности на одном конце сажевого фильтра.

17. Система по п. 15, отличающаяся тем, что каждая из первой и второй контактных поверхностей включает кольцевую контактную поверхность, выполненную идентичной и как зеркальное отображение относительно плоскости через фланец под прямыми углами к центральной оси сажевого фильтра.

18. Система по п. 15, отличающаяся тем, что она включает устройство для сбора золы, прикрепленное к концу сажевого фильтра, удаленному от глушителя, когда сажевый фильтр находится в положении очистки.

19. Система по п. 15, отличающаяся тем, что она включает устройство для сбора золы, прикрепленное к кольцевой уплотняющей поверхности сажевого фильтра, удаленной от глушителя, когда сажевый фильтр находится в положении очистки.

20. Система по п. 15, отличающаяся тем, что сажевый фильтр размещен в глушителе, а в сажевом фильтре, в свою очередь, размещен по меньшей мере один селективный каталитический реактор.