Способ и система для обнаружения твердых частиц в отработавших газах Российский патент 2018 года по МПК F01N11/00 G01N15/06 

Область техники

Настоящая заявка относится к обнаружению твердых частиц в выпускной системе.

Уровень техники и раскрытие изобретения

Системы снижения токсичности выбросов могут содержать различные датчики отработавших газов. Одним из примеров таких датчиков может служить датчик твердых частиц, показывающий их массу и (или) концентрацию в отработавших газах. В одном примере датчик твердых частиц может функционировать, накапливая твердые частицы в течение некоторого времени и выдавая показание о степени их накопления в качестве меры уровней содержания твердых частиц в отработавших газах. Датчик твердых частиц может быть расположен выше и (или) ниже по потоку от фильтра твердых частиц дизельного двигателя с возможностью использования для определения скопления ТЧ в фильтре и диагностики работы фильтра твердых частиц.

Один пример датчика ТЧ раскрыт Маэда (Maeda) с соавторами в US 20120085146 А1. В указанном примере датчик твердых частиц прикреплен к верхней части выпускной трубы и расположен внутри цилиндрической защитной трубки. Датчик ТЧ дополнительно содержит чувствительный элемент, расположенный в относительной близости от центра выпускной трубы для более объективного отражения средней концентрации сажи в выпускной трубе. Кроме того, датчик ТЧ содержит впускные проемы, выполненные для направления отработавших газов в датчик и к чувствительному элементу. В этом случае чувствительный элемент расположен в относительной близости от впускных отверстий для улавливания чувствительным элементом большего количества поступающих твердых частиц.

Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные недостатки таких конфигураций датчика. В качестве одного примера, подобная компоновка повышает уязвимость чувствительного элемента к загрязнению водяными каплями в отработавших газах, конденсирующимися на впускных проемах или вблизи них. При подобных конфигурациях датчика может быть необходимо дополнительное покрытие для элемента обнаружения сажи, защищающее его от прямого ударного воздействия крупных твердых частиц и водяных капель. Дополнительный защитный слой может снизить электростатическое притяжение между заряженными частицами сажи и электродами чувствительного элемента и привести к снижению чувствительности датчика сажи. Снижение чувствительности может привести к неспособности датчика сажи достоверно определять течь фильтра твердых частиц. Таким образом, погрешности датчика могут привести к ложному указанию наличия ухудшения характеристик ФТЧДД (DPF) и необоснованной замене функционирующих фильтров.

При этом, если датчик установлен на дне выпускной трубы, как раскрыто Патерсоном (Paterson) в US 8310249 В2, возможно перетекание воды, конденсирующейся на дне выпускной трубы, в чувствительный элемент и, как следствие, загрязнение чувствительного элемента. Подобное загрязнение чувствительного элемента может привести к флуктуации выходного сигнала датчика и, как следствие, снижению достоверности оценки содержания твердых частиц в фильтре твердых частиц.

Авторы настоящего изобретения осознали вышеуказанные недостатки и определили решение, позволяющее преодолеть их как минимум частично. В одном примере решения предложен датчик твердых частиц для обнаружения твердых частиц в выпускном канале двигателя. Датчик твердых частиц содержит сферический узел, опорный стержень, соединенный с нижней стороной сферического узла, множество проточных трубок, соединенных с верхней стороной сферического узла, и чувствительный элемент, расположенный внутри сферического узла на удалении от множества проточных трубок. Пространственное разнесение множества проточных трубок и чувствительного элемента позволяет уменьшить отрицательные последствия ударного воздействия водяных капель и крупных загрязняющих частиц на чувствительный элемент, вызывающего флуктуации выходного сигнала датчика.

В качестве одного примера, блок датчика твердых частиц в отработавших газах может быть расположен ниже по потоку от фильтра твердых частиц в отработавших газах в выпускной трубе. Датчик твердых частиц может содержать сферический узел, содержащий множество проточных трубок, прикрепленных к верхней стороне узла, и чувствительный элемент, расположенный в относительной близости от нижней стороны узла. А именно, сферический узел может содержать полые сферические концентрические наружное и внутреннее устройства, разделенные зазором. Полый опорный стержень может быть установлен на нижней стороне узла, соединяя его с дном выпускной трубы. Монтаж узла на опорном стержне позволяет расположить чувствительный элемент в относительной близости от центра выпускной трубы.

Множество проточных трубок, соединенных с верхней стороной узла, может содержать полые цилиндрические внутренние и наружные трубки. Наружная трубка может представлять собой входную трубку, установленную на наружном устройстве, а внутренняя трубка - выходную трубку, установленную на внутреннем устройстве и расположенную внутри наружной трубки. Кроме того, наружная трубка может содержать множество отверстий, выполненных на криволинейной поверхности для направления отработавших газов в зазор между наружным и внутренним устройствами. Затем отработавшие газы могут быть разделены на две части; большая часть отработавших газов в зазоре может быть направлена к чувствительному элементу, расположенному внутри внутреннего устройства, через проем, расположенный в нижней части внутреннего устройства, а меньшая часть может быть направлена под действием силы тяжести к нижней части наружного устройства. В данном случае меньшая часть может содержать твердые частицы размером больше порогового и, как следствие, может тяготеть к нижней части наружного устройства. При этом полый стержень соединен по текучей среде с наружным устройством. В результате, более тяжелые твердые частицы в меньшей части отработавших газов могут течь в полый стержень с последующим вытеканием из узла. При этом относительно легкие частицы сажи в большей части отработавших газов могут поступать во внутреннее устройство с возможностью скопления на чувствительном элементе. По состоянию чувствительного элемента можно, в свою очередь, диагностировать функционирование фильтра твердых частиц. Чувствительный элемент расположен на удалении от входной трубки, при этом размещение чувствительного элемента на расстоянии от входной трубки и создание перепускного канала для более тяжелых твердых частиц позволяет защитить чувствительный элемент и повысить надежность датчика.

Таким образом, можно улучшить функционирование чувствительного элемента и повысить надежность датчика. Повышение достоверности диагностики фильтра твердых частиц в отработавших газах позволяет улучшить показатели соблюдения нормативов выбросов. Отсутствие необходимости замены работоспособных фильтров твердых частиц сокращает затраты по гарантийным обязательствам. Отработавшие газы могут выходить из датчика через выходные трубки, расположенные на верхней стороне узла. Симметричное расположение входных и выходных трубок устраняет необходимость изготовления датчиков с учетом их конкретной ориентации при монтаже и увеличивает степень однотипности датчиков.

Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Заявляемый предмет изобретения также не ограничивается вариантами осуществления, устраняющими недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящей заявки.

Краткое описание чертежей

На ФИГ. 1 схематически изображен двигатель и относящийся к нему датчик твердых частиц (ТЧ), расположенный в потоке отработавших газов.

На ФИГ. 2А представлена принципиальная схема датчика ТЧ, содержащего сферический узел с множеством проточных трубок и чувствительным элементом, установленный внутри выпускной трубы посредством полого опорного стержня.

На ФИГ. 2В представлена принципиальная схема датчика ТЧ с указанием потока отработавших газов в датчик ТЧ через проточные трубки, прикрепленные к верхней стороне сферического узла.

На ФИГ. 3А-3С раскрыты примеры схем расположения кольцевых гребенчатых электродов, сформированных на первой поверхности чувствительного элемента.

На ФИГ. 4 изображен нагревательный элемент, сформированный на второй, противоположной, поверхности чувствительного элемента.

На ФИГ. 5 изображена блок-схема, иллюстрирующая пример способа для накопления твердых частиц из потока отработавших газов на чувствительном элементе, расположенном во внутреннем устройство сферического узла датчика ТЧ.

ФИГ. 6 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример способа для регенерации электродов датчика ТЧ.

На ФИГ. 7 изображена блок-схема, иллюстрирующая пример способа для диагностики течей в фильтре твердых частиц, расположенном выше по потоку от датчика ТЧ.

На ФИГ. 8 представлен пример зависимости между скоплением сажи на датчике ТЧ и скоплением сажи в фильтре твердых частиц, расположенном выше по потоку от датчика ТЧ.

Осуществление изобретения

Нижеследующее описание относится к системам и способам для обнаружения твердых частиц ТЧ (РМ) в потоке отработавших газов системы двигателя, например, системы двигателя на ФИГ. 1. Датчик ТЧ может быть расположен в выпускном канале системы двигателя. Датчик ТЧ может содержать сферический узел, содержащий множество проточных трубок, и опорный стержень, прикрепленные к диаметрально противоположным сторонам сферического узла. Сферический узел может быть прикреплен к дну выпускного канала с помощью опорного стержня. В частности, сферический узел содержит внутреннее сферическое устройство, расположенное внутри наружного сферического устройства и отделенное от него зазором, и множество проточных трубок, содержащих внутреннюю трубку, расположенную внутри наружной трубки и отделенную от нее некоторым пространством, как показано на ФИГ. 2А. Кроме того, во внутреннем устройстве может быть расположен кольцевой сферический элемент с возможностью направления отработавших газов к чувствительному элементу посредством отверстий и проемов, сформированных на наружной трубке и внутреннем устройстве, как показано на ФИГ. 2В. Чувствительный элемент может содержать концентрические гребенчатые электроды, сформированные на первой поверхности чувствительного элемента, как показано на ФИГ. 3А-3С. Кроме того, чувствительный элемент может содержать нагревательные элементы, сформированные на второй, противоположной, поверхности, как показано на ФИГ. 4. Контроллер может быть выполнен с возможностью выполнения алгоритма управления, например, алгоритма на ФИГ. 5, для накопления твердых частиц из отработавших газов между электродами чувствительного элемента. Кроме того, контроллер может выполнять периодическую очистку датчика ТЧ (ФИГ. 6) для бесперебойного обнаружения ТЧ. Контроллер также может быть выполнен с возможностью выполнения алгоритма, например, алгоритма на ФИГ. 7, для регенерации фильтра твердых частиц отработавших газов в зависимости от времени между регенерациями датчика ТЧ. Пример диагностики фильтра представлен на ФИГ. 8. Так можно повысить эффективность функционирования датчика ТЧ в части оценки фильтрующей способности ФТЧДД (и, тем самым, выявления течей ФТЧДД).

На ФИГ. 1 схематически изображена система 6 транспортного средства. Система 6 транспортного средства содержит систему 8 двигателя. Система 8 двигателя может содержать двигатель 10, содержащий множество цилиндров 30. Двигатель 10 содержит впускную систему 23 двигателя и выпускную систему 25 двигателя. Впускная система 23 двигателя содержит дроссель 62, соединенный по текучей среде с впускным коллектором 44 по заборному каналу 42. Выпускная система 25 двигателя содержит выпускной коллектор 48, ведущий в выпускной канал 35, по которому отработавшие газы направляют в атмосферу. Дроссель 62 может быть расположен в заборном канале 42 ниже по потоку от устройства наддува, например, турбокомпрессора (не показан), и ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха (не показан). При наличии, охладитель наддувочного воздуха может быть выполнен с возможностью снижать температуру всасываемого воздуха, сжатого устройством наддува.

Выпускная система 25 двигателя может содержать одно или несколько устройств 70 снижения токсичности выбросов с возможностью установки в непосредственной близости друг от друга в выпускной системе. Одно или несколько устройств снижения токсичности выбросов могут представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, фильтр обедненных NOx, нейтрализатор избирательного каталитического восстановления ИКВ (SCR) и т.п.Выпускная система 25 двигателя также может содержать фильтр 102 твердых частиц дизельного двигателя (ФТЧДД), временно удаляющий ТЧ из поступающих газов, расположенный выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности выбросов. В одном примере, как изображено на фигуре, ФТЧДД 102 представляет собой систему улавливания твердых частиц дизельного двигателя. ФТЧДД 102 может иметь монолитную конструкцию из, например, кордиерита или карбида кремния, с множеством каналов внутри для удаления твердых частиц из отработавших газов дизельного двигателя. После прохождения через ФТЧДД 102, отработавшие газы, из которых были удалены ТЧ, могут поступать на датчик 106 ТЧ для измерения и далее на обработку в устройство 70 снижения токсичности выбросов, а затем - в атмосферу по выпускному каналу 35. В раскрытом примере датчик 106 ТЧ представляет собой резистивный датчик с возможностью оценки эффективности фильтрации в ФТЧДД 102 по изменению проводимости, измеренной на электродах датчика ТЧ. Схематический вид 200 датчика 106 ТЧ представлен на ФИГ. 2 и будет подробнее описан ниже.

Система 6 транспортного средства может также содержать систему 14 управления. Система 14 управления показана получающей информацию от множества датчиков 16 (ряд примеров которых раскрыт в настоящем описании) и направляющей управляющие сигналы множеству исполнительных устройств 81 (ряд примеров которых раскрыт в настоящем описании). В одном примере в число датчиков 16 могут входить: расходомер 126 отработавших газов, выполненный с возможностью измерения расхода отработавших газов в выпускном канале 35, датчик отработавших газов (в выпускном коллекторе 48), датчик 128 температуры, датчик 129 давления (ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выбросов) и датчик 106 ТЧ. Прочие датчики, например, дополнительные датчики давления, температуры, воздушно-топливного отношения, расхода и состава отработавших газов могут быть установлены в различных местах системы 6 транспортного средства. В качестве другого примера, указанные исполнительные устройства могут представлять собой топливные форсунки 66, дроссель 62, клапаны ФТЧДД для управления регенерацией фильтра (не показаны), выключатель электрической цепи и т.п. Система 14 управления может содержать контроллер 12. Контроллер 12 может быть выполнен с машиночитаемыми командами в долговременной памяти. Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков на ФИГ. 1, обрабатывает их и задействует различные исполнительные устройства на ФИГИ для регулирования работы двигателя в зависимости от полученных сигналов и в соответствии с командами в памяти контроллера. Например, во время эксплуатации датчика ТЧ для накопления частиц сажи, контроллер может направить управляющий сигнал на электрическую цепь для подачи напряжения на сенсорные электроды датчика ТЧ для улавливания заряженных твердых частиц на поверхности сенсорных электродов. В другом примере, во время регенерации датчика ТЧ, контроллер может направить управляющий сигнал на цепь регенерации для замыкания выключателя в цепи регенерации на пороговое время для подачи того или иного напряжения на нагревательные элементы, соединенные с сенсорными электродами, для нагрева сенсорных электродов. Так происходит нагрев сенсорных электродов для выжигания частиц сажи, отложившихся на поверхности сенсорных электродов. Алгоритмы раскрыты в настоящем описании на примерах ФИГ. 5-7.

Обратимся к ФИГ. 2А, изображающей схематический вид 200 примера осуществления блока 202 датчика твердых частиц (ТЧ) (например, датчика 106 ТЧ на ФИГ. 1). Блок 202 датчика ТЧ может быть выполнен с возможностью измерения массы и (или) концентрации ТЧ в отработавших газах и может быть соединен с выпускным каналом (например, выпускным каналом 35 на ФИГ. 1) выше или ниже по потоку от фильтра твердых частиц дизельного двигателя (например, ФТЧДД 102 на ФИГ. 1).

На схематическом виде 200 блок 202 датчика ТЧ расположен внутри выпускного канала 210, при этом отработавшие газы текут (по оси X) из области ниже по потоку от фильтра твердых частиц дизельного двигателя в направлении выхлопной трубы, на что указывают стрелки 258. Блок 202 датчика ТЧ содержит сферический узел 204 (далее синонимично именуемый «узел 204»), установленный внутри выпускного канала 210 с помощью полого опорного стержня 208 (далее полый опорный стержень может именоваться синонимичными терминами «опорный стержень», «установочный стержень» или «полый стержень»). Сферический узел 204 также соединен с множеством проточных трубок 206 через верхнюю часть 262 узла 204 и содержит чувствительный элемент 234, расположенный в узле 204. В данном случае узел 204 имеет форму сферы. В другом примере указанный узел может представлять собой полую эллиптическую конструкцию, расположенную в выпускном канале.

Полый опорный стержень 208 может проходить по оси Y в направлении, перпендикулярном продольной оси выпускного канала 210. Длина L опорного стержня 208 может быть значительно больше диаметра d опорного стержня 208. Кроме того, опорный стержень 208 может содержать верхнюю сторону 260 и нижнюю сторону 270, поэтому длина L может представлять собой расстояние между верхней стороной 260 и нижней стороной 270 опорного стержня 208. Часть нижней стороны 270 может быть соединена с дном 212 (и, например, не соединена с потолком 214 выпускного канала 210) выпускного канала 210. Например, часть нижней стороны 270 опорного стержня 208, проходящая в дно 212 выпускного канала 210, может быть значительно меньше части 254 опорного стержня 208, остающейся внутри выпускного канала 210. Нижняя сторона 270 опорного стержня 208 может быть установлена в дне 212 выпускного канала 210 различными способами. Например, нижняя сторона 270 опорного стержня 208 может быть вставлена в дно 212, привинчена к нему или прикреплена к нему посредством дополнительных винтов (не показаны). Опорный стержень 208 может содержать спускное отверстие 252, расположенное ближе к нижней стороне 270 опорного стержня, чем к верхней стороне 260. Несмотря на то, что показано одинарное отверстие 252, в некоторых примерах осуществления спускное отверстие может представлять собой множество отверстий. Спускное отверстие 252 предназначено для удаления твердых частиц размером больше порогового из блока 202 датчика ТЧ, как будет подробнее раскрыто ниже.

Во время холодного пуска транспортного средства, температура отработавших газов может быть недостаточно высокой для превращения воды в выпускной трубе в пар (перевода ее в газовую фазу), в связи с чем вода может оставаться в жидкой фазе с возможностью скопления на дне 212 выпускного канала 210. Установка узла на опорном стержне 208, как раскрыто ниже, позволяет расположить блок 202 датчика ТЧ в относительной близости от центра выпускного канала и защитить датчик от воды, конденсирующейся и скапливающейся на дне выпускного канала.

Верхняя сторона 260 опорного стержня 208 может быть соединена с нижней частью сферического узла 204. Верхняя сторона 260 опорного стержня 208 может быть открытой (на что указывает штриховая линия на ФИГ. 2А) для создания связи по текучей среде между опорным стержнем 208 и сферическим узлом 204. А именно, сферический узел 204 содержит полое наружное сферическое устройство 216 (далее именуемое «наружное устройство 216») и полое внутреннее сферическое устройство 218 (далее именуемое «внутреннее устройство 218»), расположенное концентрически внутри наружного устройства 216. Верхняя сторона 260 опорного стержня 208 может быть соединена с нижней частью или стороной 261 наружного устройства 216. Таким образом, опорный стержень 208 соединен по текучей среде с наружным устройством 216, а именно - посредством проема, образованного в нижней части 261 наружного устройства 216, и верхней стороны 260 опорного стержня 208. Можно понять, что опорный стержень 208 соединен только с наружным устройством 216, но не с внутренним устройством 218.

Наружное устройство 216 представляет собой сферическое защитное устройство радиусом R₁. Аналогичным образом, внутреннее устройство 218 представляет собой сферическое защитное устройство радиусом R2. Внутреннее устройство 218 расположено концентрически внутри наружного устройства 216 с образованием зазора 226 между внутренним и наружным устройствами. В данном случае внутреннее устройство 218 меньше наружного устройства 216 (например, R₂<R₁), при этом зазор 226 между наружным устройством 216 и внутренним устройством 218 равен разности радиусов указанных двух сферических устройств (например, R₁-R₂). Внутреннее устройство 218 может быть прикреплено к наружному устройству 216 винтами (не показаны), расположенными, например, по окружности наружного устройства 216. Наружное устройство 216 и внутреннее устройство 218 могут иметь общий центр С и общую центральную ось Y-Y', перпендикулярную направлению потока отработавших газов (стрелка 258) внутри выпускного канала 210. Внутреннее устройство 218 и наружное устройство 216 могут быть расположены симметрично по отношению друг к другу. Внутреннее устройство 218 и наружное устройство 216 совместно образуют сферический узел 204 блока 202 датчика ТЧ.

Например, длина L опорного стержня 208 и радиусы R₁ и R₂ наружного и внутреннего устройств сферического узла 204 могут быть выбраны таким образом, чтобы сферический узел 204 был расположен в относительной близости от центра выпускного канала 210. Благодаря расположению блока датчика вблизи центра выпускного канала 210, блок датчика может объективно отражать среднюю концентрацию частиц сажи в выпускном канале 210. Это позволяет повысить чувствительность блока 202 датчика ТЧ и надежность датчика. Кроме того, повышение точности диагностики фильтра твердых частиц в отработавших газах позволяет улучшить показатели в части соблюдения нормативов выбросов. Таким образом, настоящее изобретение позволяет снизить высокие затраты по гарантийным обязательствам на замену работоспособных фильтров твердых частиц, улучшить показатели в части выбросов и продлить срок службы компонентов выпускной системы.

Как сказано выше, сферический узел 204 содержит множество проточных трубок 206, прикрепленных верхней части 262 узла. А именно, проточные трубки 206 представляют собой наружную трубку 246 и внутреннюю трубку 248. Наружная трубка 246 представляет собой входную трубку, выполненную для приема отработавших газов из выпускного канала 210, а внутренняя трубка 246 представляет собой выпускную или выходную трубку, выполненную для выпуска отработавших газов из блока 202 датчика ТЧ обратно в выпускной канал 210. В данном случае наружная трубка 246 представляет собой полый цилиндр длиной L₁ и радиусом R₃. Аналогичным образом, внутренняя выпускная или выходная трубка 248 представляет собой полый цилиндр длиной L₂ и радиусом R₄, расположенный внутри наружной трубки 246 соосно ей и отделенный от наружной трубки 246 пространством 228. В данном случае внутренняя трубка 248 меньше наружной трубки 246 (например, R₄<R₃), при этом пространство 228 между внутренней трубкой 248 и наружной трубкой 246 равно разности радиусов указанных двух трубок (например, R₃-R₄). Внутренняя трубка 248 может быть прикреплена к наружной трубке 246 винтами (не показаны), расположенными, например, на боковых поверхностях наружной трубки 246. Наружная трубка 246 и внутренняя трубка 248 могут иметь общую центральную ось Y-Y', совпадающую с центральной осью сферического узла 204. Центральная ось Y-Y' перпендикулярна направлению потока отработавших газов (стрелка 258) внутри выпускного канала 210, как раскрыто выше.

Длина L₂ внутренней трубки 248 может превышать длину L₁ наружной трубки 248 (например, L₂>L₁). То есть внутренняя трубка 248 проходит через зазор 226, образованный между внутренним устройством 218 и наружным устройством 216. Наружная трубка 246 содержит верхнюю поверхность 272 и нижнюю поверхность 276, при этом расстояние от верхней поверхности 272 до нижней поверхности 276 соответствует длине L₁ наружной трубки 246. Аналогичным образом, внутренняя трубка 248 содержит верхнюю поверхность 274 и нижнюю поверхность 278, при этом расстояние от верхней поверхности 274 до нижней поверхности 278 соответствует длине L₂ внутренней трубки 248. В данном случае нижняя поверхность 276 наружной трубки 246 соединена с верхней частью или стороной 262 сферического узла 204. А именно, соединение между нижней поверхностью 276 наружной трубки 246 и верхней частью 262 наружного устройства 216 обеспечивает возможность связи по текучей среде между пространством 228 и зазором 226. Можно понять, что верхняя часть 262 сферического узла 204 соответствует верхней части наружного устройства 216. То есть наружная трубка 246 соединена с наружным устройством 216, но не с внутренним устройством 218 сферического узла 204. Иными словами, наружное устройство 216 содержит наружную трубку 246 и опорный стержень 208, соединенные с диаметрально противоположными сторонами или частями наружного устройства 216.

Верхняя поверхность 272 наружной трубки 246 компланарна верхней поверхности 274 внутренней трубки 248. При этом нижняя поверхность 276 наружной трубки 246 не компланарна нижней поверхности 278 внутренней трубки 248. Нижняя поверхность 278 внутренней трубки 248 расположена на некотором расстоянии (равном зазору 226, например) под нижней поверхностью 276 наружной трубки 246 и, кроме того, соединена с верхней частью 268 внутреннего устройства 218. Итак, верхние поверхности наружной трубки и внутренней трубки компланарны, но не соединены ни с наружным, ни с внутренним устройствами сферического узла и лежат за пределами сферического узла. При этом нижняя поверхность 276 наружной трубки 246 соединена с верхней частью наружного устройства 216, а нижняя поверхность 278 внутренней трубки 248 соединена с верхней частью внутреннего устройства 218. Верхняя часть 268 внутреннего устройства 218 расположена в относительной близости от верхней части 262 наружного устройства 216 и на относительном удалении от нижней части 261 наружного устройства 216. Верхняя часть 268 внутреннего устройства 218 может отстоять от верхней части 262 наружного устройства 216 на расстояние, равное зазору 226 между наружным и внутренним устройствами, например. В данном случае зазор 226 может быть равен разности длин наружной и внутренней трубок (например, L₂-L₁).

Верхняя поверхность 272 наружной трубки 246 может быть закрытой, при этом нижняя поверхность 276 наружной трубки 246 может быть открытой (или незакрытой), благодаря чему она соединяет по текучей среде наружную трубку 246 с наружным устройством 216. В данном случае пространство 228, образованное между наружной трубкой 246 и внутренней трубкой 248, соединено по текучей среде с зазором 226, образованным между наружным устройством 216 и внутренним устройством 218. При этом как верхняя поверхность 274, так и нижняя поверхность 278 внутренней трубки 248 могут быть открытыми. Таким образом, внутреннее устройство 218 соединено по текучей среде с внутренней трубкой 248 через нижнюю поверхность 278 и с выпускным каналом 210 через верхнюю поверхность 274, например.

Внутреннее устройство 218 соединено с нижней поверхностью 278 внутренней трубки 248 в верхней части 268, как разъяснялось выше. Кроме того, нижняя часть 266 внутреннего устройства 218 содержит отверстие (или проем, или проход) 244. В данном случае отверстие 244 сформировано на стороне внутреннего устройства 218, диаметрально противоположной верхней части 268 внутреннего устройства 218, соединенной с внутренней трубкой 248. То есть отверстие 244 расположено в относительной близости от нижней части 261 наружного устройства 216 и на относительном удалении как от верхней части 262 наружного устройства 216, так и от верхней части 268 внутреннего устройства 218.

Множество проточных трубок 206 выполнено с возможностью направления отработавших газов в сферический узел 204 и из него. А именно, наружная трубка 246 содержит множество отверстий 250, образованных на криволинейной поверхности наружной трубки 246, через которые отработавшие газы поступают в узел 204. Отработавшие газы выходят из сферического узла по внутренней трубке 248, как детально раскрыто на примере ФИГ. 2В.

Наружное устройство 216 может быть изготовлено в виде полого сферического устройства с вырезами на двух диаметрально противоположных (по центральной оси Y-Y') сторонах. В одном примере вырезы могут быть круглыми. На верхней стороне радиус выреза может быть по существу равен радиусу R₃ наружной трубки 246. На нижней стороне вырез может быть меньше и по существу равен диаметру d полого опорного стержня 208. Наружная входная трубка может быть изготовлена в виде полого цилиндра радиусом R₃ и длиной L₁ с возможностью вставки в верхнюю сторону наружного устройства 216 через вырез на верхней стороне наружного устройства, например. Аналогичным образом, опорный стержень 208 может быть изготовлен в виде полого цилиндрического стержня диаметром d и длиной L с возможностью вставки в нижнюю сторону наружного устройства 216 через нижний вырез. Противоположный конец полого опорного стержня может быть установлен на дне 212 выпускного канала 212, как раскрыто выше.

Как и наружное устройство, внутреннее устройство 218 может быть изготовлено в виде полого сферического устройства с вырезами на двух диаметрально противоположных (по центральной оси Y-Y') сторонах. На верхней стороне радиус выреза может быть по существу равен радиусу R4 внутренней трубки 248. На нижней стороне вырез может образовывать отверстие 244. Внутренняя выходная трубка может быть изготовлена в виде полого цилиндра радиусом R₄ и длиной L₂ с возможностью вставки сначала в наружную трубку 246, а затем в верхнюю сторону внутреннего устройства 218 через верхний вырез, сформированный на внутреннем устройстве 218. Кроме того, внутреннее устройство 218 может содержать чувствительный элемент 234, установленный с возможностью удержания его на весу во внутреннем устройстве 218, как разъясняется ниже.

Чувствительный элемент 234 может быть подвешен в относительной близости от отверстия 244 с помощью несущих ножек 242. Например, три несущие ножки 242 (две из них показаны на виде 200) могут быть равномерно распределены и закреплены по окружности внутреннего устройства 218 (на внутренней поверхности, например). Один конец каждой несущей ножки 242 может быть соединен с внутренней поверхностью внутреннего устройства 218, при этом противоположный конец каждой несущей ножки 242 может быть соединен с чувствительным элементом 234. В данном случае длину и коэффициент жесткости несущих ножек 242 можно регулировать для удержания чувствительного элемента 234 на расстоянии D от отверстия 244, сформированного на внутреннем устройстве 218.

Чувствительный элемент 234 содержит подложку 240 с гребенчатыми электродами 236, сформированными на первой поверхности, и нагревательный элемент 238, сформированный на второй, противоположной, поверхности. Иными словами, гребенчатые электроды 236 и нагревательный элемент 238 сформированы на двух противоположных сторонах подложки, то есть отстоят друг от друга на толщину подложки 240. Чувствительный элемент 234 может быть выполнен по форме круга, чтобы воспользоваться преимуществами сферической конструкции узла 204. При этом чувствительный элемент может иметь прямоугольную, квадратную, треугольную или иную форму без отступления от объема изобретения. Если элемент 234 выполнен по форме круга, гребенчатые электроды 236 также могут быть выполнены кольцевыми для увеличения площади зоны действия электродов, сформированных на круглом чувствительном элементе 234. Возможны и другие варианты геометрического построения без отступления от объема раскрываемого изобретения. Один пример геометрического построения представляет собой «гребенчатую» структуру. Частицы сажи из отработавших газов могут оседать между гребенчатыми электродами, как раскрыто на примере ФИГ. 3А-3С. Чувствительный элемент 234 может быть расположен во внутреннем устройстве 218 таким образом, что гребенчатые электроды 236 обращены к отверстию 244, при этом нагревательный элемент 238, сформированный на противоположной поверхности, расположен на относительном удалении от отверстия 244. Чувствительный элемент 234 расположен на удалении от проточных трубок 206 сферического узла 204. Таким образом, пространственное разнесение множества проточных трубок и чувствительного элемента позволяет уменьшить отрицательные последствия ударного воздействия водяных капель и крупных загрязняющих частиц на чувствительный элемент, вызывающего флуктуации выходного сигнала датчика. Три примера схем расположения кольцевых гребенчатых электродов раскрыты на ФИГ. 3А-3С. Описание электрической цепи, а также состава чувствительного элемента и подложки являются общими для ФИГ. 3А-3С.

Обратимся к ФИГ. 3А, изображающей схематический вид 300 нижней части чувствительного элемента 234 на ФИГ. 2А и относящейся к нему электрической цепи 314. А именно, на фигуре изображены кольцевые гребенчатые электроды, сформированные на круглой подложке 240. Поскольку защитный узел имеет форму сферы, введение круглой подложки для чувствительного элемента может создавать преимущество, состоящее в увеличении площади поверхности, на которой может происходить поглощение частиц сажи. При этом возможны и другие геометрические формы подложки и схемы расположения электродов без отступления от объема изобретения. Некоторые примеры схем расположения содержат прямоугольную или квадратную подложку с встречно-гребенчатыми электродами.

На виде 300 подложка 240 чувствительного элемента 234 показана круглой с радиусом R. Подложка 240 чувствительного элемента 234 может быть выполнена из электроизолирующих материалов. Примерами электроизолирующих материалов могут служить оксиды таких металлов, как алюминий, цирконий, иттрий, лантан, кремний, а также комбинации, содержащие как минимум один из вышеуказанных материалов, и любые аналогичные материалы, способные подавлять электрическую связь и обеспечивать физическую защиту электродов 306 и 308. В некоторых примерах подложка 240 может состоять из пористого керамического материала (например, пористостью около 60%). Радиус R круглой подложки 240 может быть определен в зависимости от радиуса R₂ внутреннего устройства 218 и дополнительно скорректирован в зависимости от расстояния D, на котором чувствительный элемент 234 удерживают на весу над отверстием 244, как показано на ФИГ. 2А.

Сенсорный электрод 236 включает в себя пару кольцевых гребенчатых электродов 306 и 308, сформированных на одной поверхности чувствительного элемента 234. В данном случае пара плоских гребенчатых электродов 306 и 308 могут образовывать кольцевую встречно-гребенчатую структуру, состоящую из зубьев, обозначенных черными и серыми линиями на виде 300. Эти электроды могут быть изготовлены из таких металлов, как платина, золото, осмий, родий, иридий, рутений, алюминий, титан, цирконий и т.п., а также из оксидов, цементных веществ, сплавов и комбинаций вышеперечисленного, содержащих как минимум один из вышеуказанных металлов. Любой электрод встречно-гребенчатой пары может состоять из того же материала, что и другой электрод пары, или из другого материала. Например, электрод 306 может состоять из того же материала, что и электрод 308. В другом примере электрод 306 и электрод 308 могут состоять из разных материалов. Расстояние между кольцевыми «зубьями» указанных двух электродов может, как правило, лежать в диапазоне от 30 микрометров до 50 микрометров, при этом ширина линии каждого отдельного «зуба» имеет приблизительно то же значение, хотя последнее и не обязательно.

Электроды 306 и 308 могут быть подключены посредством электрических соединений к электрической цепи 314. Электрод 308 чувствительного элемента 234 соединен посредством соединительного провода 312 с положительной клеммой источника 316 напряжения электрической цепи 314. Поэтому электрод 308 может именоваться «положительный электрод». Электрод 306 чувствительного элемента 234 соединен с измерительным устройством 318 посредством соединительного провода 310 и далее - с отрицательной клеммой источника 316 напряжения электрической цепи 314. Поэтому электрод 306 может именоваться «отрицательный электрод». Соединительные провода 310 и 312, источник 316 напряжения и измерительное устройство 318 входят в состав электрической цепи 314 и расположены за пределами выпускного канала 210 (в одном примере - на расстоянии <1 метра от него). При этом, источником 316 напряжения и измерительным устройством 318 электрической цепи 314 может управлять контроллер, например, контроллер 12 на ФИГ. 1, например, с возможностью диагностики течей ФТЧДД по скоплению твердых частиц в блоке 202 датчика ТЧ.

Измерительное устройство 318 может представлять собой любое устройство с возможностью выдачи показаний изменения сопротивления (или тока) на электродах, например, вольтметр (или амперметр). Осаждение ТЧ или частиц сажи между электродами 306 и 308 может привести к началу роста силы тока между электродами 306 и 308, измеряемой измерительным устройством 318. Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью определения значения тока и выведения из него соответствующей величины скопления ТЧ или сажи между электродами 306 и 308 чувствительного элемента 234 блока 202 датчика ТЧ. Контроль загрязненности чувствительного элемента 234 позволяет определять содержание сажи в отработавших газах ниже по потоку от ФТЧДД и на его основании диагностировать и контролировать техническое состояние и функционирование ФТЧДД.

На ФИГ. 3А электрод 306 содержит множество кольцевых зубьев, диаметр которых тем больше, чем дальше они расположены от центра подложки 240. Электрод 306 (синонимично именуемый «отрицательный электрод») содержит по существу прямолинейную часть 320, соединяющую электрод 306 с соединительным проводом 310. В данном случае прямолинейная часть 320 может проходить от края (например, расположенного по окружности) подложки 240 внутрь к центру подложки 240. Например, длина прямолинейной части 320 может быть равна радиусу R подложки 240. Электрод 306 может также содержать множество отдельных криволинейных частей 324, берущих начало в определенных местах на прямолинейной части 320, проходящих по часовой стрелке по поверхности подложки 240 и заканчивающихся на некотором расстоянии от прямолинейной части 320. В данном случае каждая криволинейная часть 324 соответствует большей дуге круга того или иного радиуса с центром, совпадающим с центром подложки 240, например. Например, крайняя изнутри криволинейная часть отрицательного электрода 306 может быть сформирована в центре подложки 240. Крайняя изнутри криволинейная часть отрицательного электрода 306 может включать в себя большую дугу радиусом r1. Вторая криволинейная часть может отстоять на расстояние w1 от крайней изнутри криволинейной части и может включать в себя большую дугу радиусом r2, где r2=r1+w. Аналогичным образом, третья криволинейная часть может отстоять на расстояние w от второй криволинейной части и может также включать в себя большую дугу радиусом r3, при этом r3=r2+w=r1+2w. Схожим образом могут быть сформированы последующие криволинейные части, при этом каждая последующая часть отстоит от предыдущей на расстояние w и превышает ее в радиусе. Математически, радиус n-ной криволинейной части 324 отрицательного электрода 306 может быть задан уравнением (1):

Количество n криволинейных частей 324 отрицательного электрода 306, сформированных на подложке 240, может зависеть от радиуса R подложки 240. Таким образом, отрицательный электрод 306 может содержать последовательность криволинейных частей, окружность которых возрастает (от центра подложки, например). Окружность первой крайней изнутри криволинейная часть отрицательного электрода 306 может быть меньше, чем у второй, и так далее.

Как и отрицательный электрод 306, электрод 308 может содержать множество кольцевых зубьев, диаметр которых тем больше, чем дальше они расположены от центра подложки 240. Электрод 308 (синонимично именуемый положительный электрод) содержит по существу прямолинейную часть 322, соединяющую положительный электрод 308 с соединительным проводом 312. В данном случае прямолинейная часть 322 может быть параллельна прямолинейной части 320 отрицательного электрода 306 и может проходить от края (от периферии) подложки 240 внутрь к центру подложки 240. Например, длина прямолинейной части 322 положительного электрода 308 может быть равна длине прямолинейной части 320 отрицательного электрода 306, либо быть меньше или больше нее. Положительный электрод 308 может также содержать множество отдельных криволинейных частей 326, берущих начало в определенных местах на прямолинейной части 322 и проходящих против часовой стрелки по поверхности подложки 240 (в направлении от прямолинейной части 320 отрицательного электрода 306) и заканчивающихся на некотором расстоянии от прямолинейной части 322. В данном случае каждая криволинейная часть 326 положительного электрода 308 соответствует большей дуге круга того или иного радиуса с центром, совпадающим с центром подложки 240 и центром криволинейных частей 324 отрицательного электрода 306, например.

Например, крайняя изнутри криволинейная часть 324 положительного электрода 308 может быть сформирована в центре подложки 240 и может содержать большую дугу радиусом r1'. Радиус r1' может быть больше радиуса r1 крайней изнутри криволинейной части отрицательного электрода 306 и может отстоять на расстояние х от крайней изнутри криволинейной части отрицательного электрода 306. Вторая криволинейная часть положительного электрода 308 может отстоять на расстояние w' от крайней изнутри криволинейной части положительного электрода 308 и может включать в себя большую дугу радиусом r2', где r2'=r1'+w'. А именно, радиус r2=(r1+w+x). Аналогичным образом, третья криволинейная часть положительного электрода 308 отстоит на расстояние w' от второй криволинейной части положительного электрода 308 и также содержит большую дугу радиусом r3', при этом r3'=r2'+w'=r1'+2w'. Схожим образом могут быть сформированы последующие криволинейные части положительного электрода 308, при этом каждая последующая часть отстоит от предыдущей на расстояние w' и превышает ее в радиусе. Математически, радиус m-ной криволинейной части 326 положительного электрода 308 может быть задан уравнением (2):

Количество m криволинейных частей 326 положительного электрода 308, сформированных на подложке 240, может зависеть от радиуса R подложки 240, например. Таким образом, положительный электрод 308 может образовывать встречно-гребенчатую структуру с отрицательным электродом 306. В одном примере расстояние w между отрицательными электродами может быть равно расстоянию w' между положительными электродами. В другом примере расстояние w может отличаться от расстояния w'. Как сказано выше, возможны различные геометрические формы гребенчатых электродов. На ФИГ. 3В раскрыт пример конструкции кольцевых гребенчатых электродов.

Обратимся к ФИГ. 3В, изображающей схематический вид 350 первой поверхности чувствительного элемента 234 на ФИГ. 2А и относящейся к нему электрической цепи 314. Как сказано выше, характеристики подложки 240, электрической цепи 314 и электрических соединительных проводов 310 и 312 аналогичны раскрытым на примере ФИГ. 3А. Вкратце, подложка 240 может быть изготовлена из пористых электроизолирующих материалов и может быть круглой формы. Чувствительный элемент 234 содержит пару кольцевых гребенчатых электродов 352 и 356, сформированных на поверхности чувствительного элемента 234. В данном случае пара плоских гребенчатых электродов 352 и 356 может образовывать кольцевую встречно-гребенчатую структуру, состоящую из зубьев, обозначенных черными и серыми линиями на виде 350. По своим характеристикам электроды 352 и 354 могут быть схожи с электродами 306 и 308, раскрытыми выше на примере ФИГ. 3А. Вкратце, электроды 352 и 354 могут состоять из таких металлов, как платина, золото и т.п., как раскрыто выше, и также могут быть подключены посредством электрических соединений к электрической цепи 314. Электрод 354 чувствительного элемента 234 представляет собой положительный электрод, соединенный с положительной клеммой источника 316 напряжения электрической цепи 314 соединительным проводом 312. Аналогичным образом, электрод 352 чувствительного элемента 234 представляет собой отрицательный электрод, соединенный с отрицательной клеммой источника 316 напряжения электрической цепи 314 соединительным проводом 310. Как сказано выше, электрическая цепь 314 и соединительные провода 310 и 312 размещены за пределами выпускного канала 210 (в одном примере - на расстоянии <1 метра). Как сказано выше, источником 316 напряжения и измерительным устройством 318 электрической цепи 314 может управлять контроллер, например, контроллер 12 на ФИГ. 1 с возможностью диагностики течей в ФТЧДД по скоплению твердых частиц в блоке 202 датчика ТЧ.

Как и отрицательный электрод 306 на ФИГ. 3А, отрицательный электрод 352 содержит множество кольцевых зубьев, диаметр которых тем больше, чем дальше они расположены от центра подложки 240. Отрицательный электрод 352 содержит по существу прямолинейную часть 358, соединяющую отрицательный электрод 352 с соединительным проводом 310. В данном случае прямолинейная часть 358 берет начало в точке на окружности подложки 240 и проходит горизонтально внутрь к центру подложки 240. Отрицательный электрод 352 также содержит множество отдельных криволинейных частей 360, сформированных на подложке. В данном случае каждая криволинейная часть 360 соответствует большей дуге круга того или иного радиуса с центром, совпадающим с центром подложки 240. Кроме того, прямолинейная часть 358 может пересекать каждую из криволинейных частей 360 отрицательного электрода 352 в серединных точках на большей дуге, например. Как и для отрицательного электрода 306 на ФИГ. 3А, из уравнения (1) радиус n-ной криволинейной части может быть математически представлен как r(n)=r1+(n-1)*w, где r1 - радиус крайней изнутри криволинейной части 360, a w- расстояние между последовательными криволинейными частями 360 отрицательного электрода 352.

Как и положительный электрод 308 на ФИГ. 3А, положительный электрод 354 содержит множество кольцевых зубьев, диаметр которых тем больше, чем дальше они расположены от центра подложки 240. В отличие от положительного электрода 308 на ФИГ. 3А, положительный электрод 354 содержит по существу прямолинейную часть 356, соединяющую положительный электрод 354 с соединительным проводом 312. В данном случае прямолинейная часть 356 берет начало в точке на окружности подложки 240, диаметрально противоположной точке начала прямолинейной части 358 отрицательного электрода 352. Кроме того, прямолинейная часть 356 может проходить горизонтально внутрь к центру подложки 240. Отрицательный электрод 352 может также содержать множество отдельных криволинейных частей 362, сформированных на подложке. В данном случае каждая криволинейная часть 362 соответствует большей дуге круга того или иного радиуса с центром, совпадающим с центром подложки 240, например. Кроме того, прямолинейная часть 356 может пересекать каждую из криволинейных частей 362 в серединных точках на большей дуге, например. В данном случае большие дуги положительного электрода 354 могут быть противоположным большим дугам отрицательного электрода 352. То есть концы больших дуг положительного электрода 354 может быть диаметрально противоположны концам больших дуг отрицательного электрода 352. Как и для положительного электрода 308 на ФИГ. 3А, радиус m-ной криволинейной части может быть математически представлен как r(m)'=r1'+(m-1)*w', где r1' - радиус крайней изнутри криволинейной части 362, a w' - расстояние между последовательными криволинейными частями 362. Таким образом, на круглой подложке 240 сформирована пара концентрических гребенчатых электродов. В одном примере расстояние w между отрицательными электродами может быть равно расстоянию w' между положительными электродами. В другом примере расстояние w может отличаться от расстояния w'. На ФИГ. 3А и 3В электроды состоят из отдельных больших дуг, расположение которых обеспечивает образование встречно-гребенчатой структуры. При этом гребенчатые электроды могут быть сформированы из непрерывных электродов, как показано на ФИГ. 3С.

Обратимся к ФИГ. 3С, на которой изображен схематический вид 375 первой поверхности чувствительного элемента 234 на ФИГ. 2А и относящаяся к нему электрическая цепь 314. Как сказано выше, характеристики подложки 240, электрической цепи 314 и электрических соединительных проводов 310 и 312 аналогичным раскрытым на примерах ФИГ. 3А и 3В. Вкратце, чувствительный элемент 234 может быть сформирован на круглой подложке 240, изготовленной из пористого электроизолирующего материала. Чувствительный элемент 234 содержит пару спиралевидных гребенчатых электродов 376 и 378, сформированных на первой поверхности чувствительного элемента 234. В данном случае пара спиралевидных гребенчатых электродов 376 и 378 обозначена черными и серыми линиями на виде 375. Характеристики электродов 376 и 378 аналогичны характеристикам электродов 352 и 354 и электродов 306 и 308, о которых речь шла выше на примерах ФИГ. 3А и 3В соответственно. Вкратце, электроды 376 и 378 могут состоять из таких металлов, как платина, золото и т.п., как раскрыто выше, и могут быть соединены посредством электрических соединений с электрической цепью 314. Электрод 376 чувствительного элемента 234 представляет собой положительный электрод, соединенный с положительной клеммой источника 316 напряжения электрической цепи 314 соединительным проводом 312. Аналогичным образом, электрод 378 чувствительного элемента 234 представляет собой отрицательный электрод, соединенный с отрицательной клеммой источника 316 напряжения электрической цепи 314 соединительным проводом 310. Как разъяснялось выше, электрическая цепь 314 и соединительные провода 310 и 312 размещены за пределами выпускного канала 210 (в одном примере - на расстоянии <1 от него). Как сказано выше, источником 316 напряжения и измерительным устройством 318 электрической цепи 314 может управлять контроллер, например, контроллер 12 на ФИГ. 1, с возможностью диагностики течей в ФТЧДД по скоплению твердых частиц в блоке 202 датчика ТЧ.

Положительный электрод 376 содержит прямолинейную часть 380 и криволинейную часть 384, берущую начало на конце прямолинейной части 380 и проходящую по спирали по окружности подложки в направлении к центру, при этом ее кривизна уменьшается по мере приближения к центру подложки 240. Аналогичным образом, отрицательный электрод 378 содержит прямолинейную часть 382, отстоящую на расстояние w от прямолинейной части 380 положительного электрода 376. Кроме того, отрицательный электрод 378 содержит криволинейную часть 386, берущую начало на конце прямолинейной части 38 и проходящую по спирали по окружности подложки в направлении к центру, при этом ее кривизна уменьшается по мере приближения к центру подложки 240. В данном случае расстояние между криволинейной частью 384 положительного электрода 376 и криволинейной частью 386 отрицательного электрода 378 равно расстоянию w между прямолинейными частями 380 и 382 положительного и отрицательного электродов.

Например, во время работы датчика ТЧ для накопления частиц сажи, контроллер может направить управляющий сигнал в электрическую цепь 314 для подачи того или иного напряжения на электроды 376 и 378 чувствительного элемента 234. Далее может происходить улавливание заряженных частиц сажи между спиралевидным положительным электродом 376 и спиралевидным отрицательным электродом 378. Аналогичным образом, если схема расположения гребенчатых электродов чувствительного элемента схожа со схемой расположения на ФИГ. 3А или 3В, может происходить улавливание заряженных частиц сажи между электродами 306 и 308 или электродами 352 и 354. Как сказано выше, в связи с осаждением ТЧ или частиц сажи между электродами 306 и 308 возможен рост силы тока между электродами 306 и 308, измеряемой измерительным устройством 318. Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью определения значения тока и выведения из него соответствующей величины скопления ТЧ или сажи между электродами чувствительного элемента 234. Контроль загрязненности чувствительного элемента 234 позволяет определять содержание сажи в отработавших газах ниже по потоку от ФТЧДД и на его основании диагностировать и контролировать техническое состояние и функционирование ФТЧДД. При этом, при превышении порогового скопления сажи в датчике, может возникнуть необходимость регенерации чувствительного элемента 234. В данном случае можно задействовать нагревательные элементы, соединенные со второй поверхностью чувствительного элемента 234, для выжигания накопленных частиц сажи с поверхности чувствительного элемента 234, как показано на ФИГ. 4. Например, если первая поверхность, содержащая гребенчатые электроды, является нижней поверхностью, то вторая поверхность чувствительного элемента, содержащая нагревательные элементы, представляет собой верхнюю поверхность. Чувствительный элемент может быть установлен таким образом, чтобы нижняя поверхность находилась в относительной близости от отверстия 244 на ФИГ. 2А. При этом, если первая поверхность, содержащая гребенчатые электроды, представляет собой верхнюю поверхность, то вторая поверхность, содержащая нагревательные элементы, является нижней поверхностью, при этом чувствительный элемент может быть повернут таким образом, чтобы верхняя поверхность находилась в относительной близости от отверстия 244 на ФИГ. 2А.

Обратимся к ФИГ. 4, на которой изображен схематический вид 400 второй поверхности чувствительного элемента 234 на ФИГ. 2А, содержащей нагревательный элемент 402. В данном случае вторая поверхность противоположна первой поверхности, содержащей гребенчатые электроды, как раскрыто на примерах ФИГ. 3А-3С. Таким образом, электроды и нагревательные элементы сформированы на противоположных поверхностях чувствительного элемента, и, следовательно, отстоят друг от друга, например, на толщину подложки чувствительного элемента.

Нагревательный элемент 402 может содержать, помимо прочего, датчик температуры и нагреватель. Примерами материалов для нагревателя и датчика температуры, образующих нагревательный элемент, могут служить платина, золото, палладий и т.п.; а также сплавы, оксиды и комбинации, содержащие как минимум один из вышеуказанных материалов, с платиной/оксидом алюминия, платиной/палладием, платиной и палладием. В примере на виде 400 нагревательный элемент 402 представляет собой круглый элемент с радиусом меньше радиуса чувствительного элемента 234. Возможны и другие геометрические формы без отступления от объема раскрываемого изобретения. Примерами геометрических форм могут служить прямоугольная, треугольная, квадратная, гребенчатая и другие формы. Нагревательный элемент 402 выполнен с возможностью регенерации чувствительного элемента 234. А именно, в условиях, когда скопление твердых частиц или сажи на чувствительном элементе 234 выше порогового, можно включить в работу нагревательный элемент 402 для выжигания скопившихся частиц сажи с поверхности чувствительного элемента.

Во время регенерации датчика ТЧ контроллер 12 может направить управляющий сигнал в цепь регенерации 404 для подачи того или иного напряжения на нагревательный элемент. Например, цепь регенерации может входить в состав электрической цепи 314 на ФИГ. 3А-3С и может дополнительно содержать источник напряжения 406, выключатель 408 и соединительные провода 410 и 412, соединяющие источник напряжения 406 с нагревательным элементом 402. Например, контроллер может направить управляющий сигнал для замыкания выключателя 408 в цепи регенерации 404 на пороговое время для подачи напряжения на нагревательный элемент 402 для повышения температуры нагревательного элемента 402. Впоследствии, когда чувствительный элемент 234 станет достаточно чистым, контроллер 12 может направить управляющий сигнал для размыкания выключателя 408 в цепи регенерации 404 для прекращения нагрева нагревательного элемента 402. Периодическая регенерация чувствительного элемента 234 позволяет возвращать его в состояние (например, незагрязненное или только частично загрязненное), более подходящее для сбора сажи из отработавших газов. Кроме того, из результатов регенерации датчика можно получить достоверную информацию об уровне сажи в отработавших газах с возможностью использования этой информации контроллером для диагностики течей в фильтре твердых частиц, как раскрыто на ФИГ. 8.

Итак, пример блока датчика твердых частиц содержит сферический узел, опорный стержень, соединенный с нижней стороной сферического узла, множество проточных трубок, соединенных с верхней стороной сферического узла, и чувствительный элемент, расположенный внутри сферического узла на удалении от множества проточных трубок. Дополнительно или взамен, сферический узел содержит полое внутреннее устройство, расположенное концентрически внутри полого наружного устройства, при этом внутреннее устройство отделено от наружного устройства зазором. Дополнительно или взамен, множество проточных трубок содержит наружную цилиндрическую трубку и внутреннюю цилиндрическую трубку, расположенную соосно внутри наружной трубки, при этом длина наружной трубки меньше длины внутренней трубки. Дополнительно или взамен, наружная трубка может быть соединена с верхней стороной сферического узла через полое наружное устройство. Дополнительно или взамен, наружная трубка может содержать множество отверстий, выполненных с возможностью приема отработавших газов из выпускного канала, при этом отработавшие газы поступают в зазор между наружным устройством и внутренним устройством в направлении, перпендикулярном плоскости чувствительного элемента, с возможностью последующего направления отработавших газов через зазор к отверстию, сформированному на нижней части внутреннего устройства, при этом отверстие выполнено с возможностью направления отработавших газов из зазора во внутреннее устройство к чувствительному элементу в направлении, противоположном направлению потока отработавших газов в зазоре. Дополнительно или взамен, чувствительный элемент может содержать пару кольцевых гребенчатых электродов, сформированных на первой поверхности, и нагревательный элемент, сформированный на второй, противоположной, поверхности, причем чувствительный элемент может быть установлен с возможностью удержания его на весу во внутреннем устройстве посредством несущих ножек, прикрепленных к внутреннему устройству так, чтобы пара кольцевых гребенчатых электродов была обращена к отверстию на внутреннем устройстве, причем пара кольцевых гребенчатых электродов включает в себя гребенчатые спиральные положительный и отрицательный электроды. Дополнительно или взамен, внутренняя трубка может быть соединена с верхней стороной сферического узла через полое внутреннее устройство так, что внутреннее устройство проходит через зазор в сферическом узле, причем отработавшие газы поступают по наружной трубке с направлением их во внутреннее устройство с возможностью выхода в выпускной канал по внутренней трубке. Дополнительно или взамен, опорный стержень может быть полым и может соединять сферический узел с дном выпускного канала, причем опорный стержень может быть выполнен с возможностью направления части отработавших газов, поступивших в зазор, в выпускной канал через спускное отверстие опорного стержня, при этом спускное отверстие расположено вблизи дна выпускного канала, причем указанная часть отработавших газов содержит твердые частицы размером больше порогового.

Обратимся к ФИГ. 2В, представляющей собой схематический вид 290, иллюстрирующий поток отработавших газов через блок 202 датчика ТЧ. А именно, на виде 290 изображены отработавшие газы, текущие в блок 202 датчика ТЧ через множество отверстий 250, сформированных на криволинейной поверхности наружной трубки 246. В данном случае множество отверстий, сформированных на наружной трубке 246, выполнено для приема отработавших газов из выпускного канала и направления отработавших газов в зазор 226, образованный между внутренним и наружным устройствами. Направление отработавших газов в зазор 226 включает в себя направление отработавших газов сначала в пространство 228 между наружной трубкой 246 и внутренней трубкой 248, на что указывает стрелка 279, а затем в зазор 226, на что указывает стрелка 280. В частности, отработавшие газы поступают в пространство 228 через множество отверстий 250 в направлении, параллельном направлению потока отработавших газов (указанному стрелкой 258) внутри выпускного канала 210.

Как раскрыто выше на примере ФИГ. 2А, верхняя поверхность 272 является закрытой. Поэтому происходит принудительное перемещение отработавших газов внутри пространства 228 вниз (по оси Y, на что указывает стрелка 280) в зазор 226. А именно, отработавшие газы текут в направлении, перпендикулярном (как показано стрелкой 280) и направлению потока отработавших газов внутри выпускного канала 210 (обозначенному стрелкой 258), и направлению потока отработавших газов в пространство 228 (обозначенному стрелкой 279). Затем отработавшие газы текут по спирали в зазоре 226, внутри области 232, ограниченной зазором 226, как показано стрелкой 280. На схематическом виде 290 зазор 226 представляет собой кольцевое пространство, образованное между внутренним и наружным устройствами, в связи с чем область 232 представляет собой кольцевую область в зазоре 226. Отработавшие газы в зазоре 226 текут к нижней части сферического узла 204.

А именно, в зазоре 226 происходит разделение отработавших газов на два пути; большая часть течет к отверстию 244, сформированному на нижней части внутреннего устройства 218, а меньшая часть течет к нижней части 261 внутреннего устройства 218. Более крупные или более тяжелые загрязнители и (или) водяные капли 281 (например, твердые частицы больше порогового размера или веса) из отработавших газов могут быть направлены под действием силы тяжести к нижней части наружного устройства 216 и течь в полый опорный стержень 208 (как показано стрелкой 283). В данном случае область 232 соединена по текучей среде с областью 256, ограниченной частью 254 полого стержня 208, расположенной внутри выпускного канала 210. В данном случае область 256 представляет собой цилиндрическую область. Кроме того, полый стержень 208 содержит спускное отверстие 252, расположенное в относительной близости от низа полого стержня 208, при этом более крупные/тяжелые загрязнители 281 могут быть направлены из сферического узла 204 через спускное отверстие 252, как показано стрелкой 285.

В то время, как более крупные и тяжелые загрязнители 281 текут к полому элементу 208, большая часть или часть отработавших газов в зазоре 226 течет к отверстию 244, сформированному в нижней части внутреннего устройства 218. А именно, происходит направление относительно легких частиц сажи в отработавших газах к чувствительному элементу 234, удерживаемому на весу во внутреннем устройстве 218, как показано стрелкой 282. Расположение отверстия 244 относительно чувствительного элемента 234 создает несколько преимуществ. Во-первых, отверстие 244 расположено на удалении от множества отверстий 250 в проточных трубках 206. Это предотвращает ударное воздействие водяных капель и крупных загрязняющих частиц, находящихся у отверстий 250 или рядом с ними, на чувствительный элемент. Во-вторых, чувствительный элемент 234 расположен над отверстием 244, поэтому более крупные/тяжелые загрязнители 281, присутствующие в отработавших газах, текут в направлении от чувствительного элемента 234. Это позволяет защитить поверхность датчика от крупных загрязняющих частиц и уменьшить флуктуации выходного сигнала датчика.

Отработавшие газы текут из области 232, ограниченной зазором 226, в область 230, расположенную во внутреннем устройстве 218, через отверстие 244. Область 230 представляет собой сферическую область, заключенную во внутреннем устройстве 218. В данном случае чувствительный элемент 234 расположен в области 230 (а не в области 232, например), при этом отработавшие газы сначала текут в направлении к чувствительному элементу 234, как показано стрелкой 282. А именно, относительно легкие частицы сажи в отработавших газах текут в восходящем направлении (по оси Y), перпендикулярном поверхности чувствительного элемента 234. Иными словами, отработавшие газы текут в направлении, перпендикулярном плоскости чувствительного элемента 234 (расположенной по оси X, например). Можно понять, что отработавшие газы текут в направлении первой поверхности, содержащей электрод, а не второй поверхности чувствительного элемента 234, содержащей нагревательный элемент 238. Происходит скопление частиц сажи из отработавших газов между гребенчатыми электродами 236 чувствительного элемента 234, как раскрыто выше. Затем отработавшие газы в области 230 текут в восходящем направлении (по оси Y, как показано стрелкой 284) к внутренней трубке 248, соединенной с верхней частью внутреннего устройства 218. Можно понять, что направление потока отработавших газов в области 230 противоположно направлению потока отработавших газов в области 232. Направление потока отработавших газов в области 230 также перпендикулярно направлению потока отработавших газов внутри выпускного канала 210 (стрелка 258). Кроме того, направление потока отработавших газов в области 230 перпендикулярно направлению потока отработавших газов в сферический узел 204 (как показано стрелкой 279).

Отработавшие газы в области 230, заключенной во внутреннем устройстве 218, текут вверх (параллельно центральной оси Y-Y', например) во внутреннюю трубку 248 через нижнюю поверхность 278 внутренней трубки 248. А именно, отработавшие газы текут из области 230 в цилиндрическую область 287, расположенную в пределах внутренней трубки 248, через нижнюю поверхность 278. Далее отработавшие газы текут через верхнюю поверхность 274 внутренней трубки 248 в выпускной канал 210. В данном случае направление потока отработавших газов из внутренней трубки 248 ортогонально и направлению потока отработавших газов внутри выпускного канала 210 (указанному стрелкой 258), и направлению потока отработавших газов в сферический узел 204 (указанному стрелкой 279). Таким образом, использование цилиндрических проточных трубок 206, включающих в себя наружную трубка и внутреннюю трубку, позволяет направлять отработавшие газы соответственно в сферический узел 204 и из него. Симметричная конструкция входной и выходной трубок устраняет необходимость изготовления датчиков с учетом их конкретной ориентации при монтаже и увеличивает степень однотипности датчиков.

Итак, отработавшие газы текут в первую область, расположенную между входной и выходной трубками, через указанные отверстия с последующим направлением во вторую область, расположенную в зазоре между внутренним и наружным устройствами. Аналогичным образом, отработавшие газы во второй области, ограниченной зазором, текут в направлении третьей, сферической области, расположенной во внутреннем устройстве, а также в направлении четвертой, цилиндрической, области, заключенной в пределах опорного стержня. В данном случае происходит скопление отработавших газов, находящихся в третьей области, заключенной во внутреннем устройстве, между гребенчатыми электродами чувствительного элемента с последующим направлением к пятой, цилиндрической, области, заключенной в пределах внутренней трубки, а затем наружу в выпускной канал. Можно понять, что, несмотря на то, что путь потока отработавших газов описан с использованием термина «область», он также может быть описан с использованием термина «пространство». В данном случае, каждая из раскрытых выше областей будет включать в себя то или иное пространство; первая область включает в себя первое пространство и так далее. Таким образом, при описании потока отработавших газов может быть использован синонимичный термин «пространство».

Итак, пример датчика твердых частиц содержит пару концентрических гребенчатых электродов, сформированных на первой поверхности круглого чувствительного элемента, нагревательный элемент, сформированный на второй поверхности круглого чувствительного элемента, при этом вторая поверхность противоположна первой поверхности, несущие ножки, удерживающие круглый чувствительный элемент на весу внутри внутреннего полого сферического защитного устройства, и наружное полое сферическое защитное устройство для приема потока отработавших газов из выпускной трубы и направления потока отработавших газов к круглому чувствительному элементу, при этом внутреннее защитное устройство расположено концентрически внутри наружного защитного устройства. Дополнительно или взамен, наружное защитное устройство может содержать установочный стержень и наружную цилиндрическую трубку, соединенные с диаметрально противоположными частями наружного защитного устройства, при этом установочный стержень дополнительно соединяет наружное защитное устройство с дном выпускной трубы. Дополнительно или взамен, может происходить перенаправление большей части отработавших газов в зазоре к проходу, сформированному на внутреннем защитном устройстве, с одновременным направлением меньшей части отработавших газов под действием силы тяжести к установочному стержню, при этом размер твердых частиц в меньшей части отработавших газов больше размера твердых частиц в большей части отработавших газов. Дополнительно или взамен, большая часть отработавших газов, поступившая в проход, через который происходит перенаправление во внутреннее защитное устройство, может быть направлена к паре концентрических гребенчатых электродов круглого чувствительного элемента; и, после прохождения через чувствительный элемент, большая часть отработавших газов может быть направлена во внутреннюю цилиндрическую трубку, соединенную с верхней частью внутреннего защитного устройства. Дополнительно или взамен, внутренняя цилиндрическая трубка может быть расположена коаксиально внутри наружной цилиндрической трубки и может быть выполнена с возможностью направления большей части отработавших газов из датчика твердых частиц в выпускную трубу. Дополнительно или взамен, установочный стержень может содержать спускное отверстие, соединенное с дном выпускной трубы, для направления твердых частиц в меньшей части отработавших газов из датчика твердых частиц в выпускную трубу. Дополнительно или взамен, установочный стержень может содержать спускное отверстие, расположенное в относительной близости от дна выпускной трубы, для направления твердых частиц в меньшей части отработавших газов из датчика твердых частиц в выпускную трубу. Дополнительно или взамен, датчик твердых частиц может дополнительно содержать контроллер с машиночитаемыми командами в долговременной памяти для подачи положительного и отрицательного напряжения на пару концентрических гребенчатых электродов для накопления твердых частиц из большей части отработавших газов между парой концентрических гребенчатых электродов и оценки загрязненности датчика по току, возникающему между парой концентрических гребенчатых электродов круглого чувствительного элемента. В случае превышения пороговой загрязненности, контроллер может подать напряжение на нагревательный элемент для регенерации датчика.

На ФИГ. 2А-4 представлены примеры конфигураций с относительным расположением различных компонентов. Если они показаны непосредственно соприкасающимися друг с другом или непосредственно соединенными, то такие элементы могут считаться непосредственно соприкасающимися или, в соответствующих случаях, непосредственно соединенными, как минимум в одном примере. Аналогичным образом, элементы, показанные смежными или прилегающими друг к другу, могут быть смежными или, в соответствующих случаях, прилегать друг к другу в как минимум одном примере. Например, компоненты, соприкасающиеся друг с другом лицевыми сторонами, могут рассматриваться как соприкасающиеся по общей лицевой стороне. В качестве другого примера, элементы, расположенные отдельно друг от друга, между которыми находится только какое-либо пространство, но не другие компоненты, могут описываться таким образом в как минимум одном примере. В качестве еще одного примера, элементы, расположенные один над/под другим, или слева/справа друг от друга, могут именоваться соответствующим образом по отношению друг к другу. Кроме того, если какой-либо элемент или точка элемента изображены на фигурах выше всех остальных, то такой элемент или точка могут именоваться «верхом» («верхней частью») компонента, а изображенные ниже всех остальных элемент или точка могут именоваться «низом» («нижней частью», «дном» и т.п.) компонента в как минимум одном примере. В контексте настоящего описания расположение «вверху/внизу», «выше/ниже», «над/под» и т.п. может быть указано относительно вертикальных осей фигур и использовано для описания расположения элементов фигур относительно друг друга. То есть элементы, изображенные над другими, расположены выше этих элементов по вертикали в одном примере. В качестве еще одного примера, элементы, изображенные в той или иной форме на фигурах, могут описываться как имеющие такую форму (например, как «круглые», «прямые», «пленарные», «криволинейные», «скругленные», «скошенные», «изогнутые» и т.п.). Кроме того, элементы, показанные пересекающими друг друга, могут именоваться «пересекающимися» элементами или «пересекающими друг друга» элементами. А также, например, элемент, показанный внутри или снаружи другого элемента, может именоваться соответственно «внутренним» или «наружным».

Обратимся к ФИГ. 5, на которой раскрыт способ 500 для накапливания твердых частиц из потока отработавших газов между сенсорными электродами, расположенными внутри датчика ТЧ (например, датчика 106 ТЧ на ФИГ. 1, и (или) блока 202 датчика ТЧ на ФИГ. 2А и 2В). А именно, накопление твердых частиц из потока отработавших газов может происходить между гребенчатыми электродами, сформированными на круглой подложке и расположенных внутри сферического защитного узла датчика ТЧ. В данном случае сферический узел содержит внутреннее сферическое устройство, расположенное внутри наружного сферического устройства и отделенное от него зазором. Кроме того, сферический узел содержит проточную трубку, прикрепленную к его верхней части, для направления отработавших газов в сферический узел и из него.

Команды для реализации способа 500 и остальных способов - 600 и 700, раскрытых в настоящем описании, может выполнять контроллер в соответствии с командами, хранящимися в памяти контроллера, и во взаимосвязи с сигналами от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше на примере ФИГ. 1. Контроллер может задействовать исполнительные устройства системы двигателя для регулирования работы системы двигателя согласно раскрытым ниже способам.

На шаге 502 способ 500 включает в себя определение и (или) оценку параметров работы двигателя. В число определяемых параметров работы двигателя могут входить, например, частота вращения двигателя, расход отработавших газов, температура двигателя, воздушно-топливное отношение в отработавших газах, температура отработавших газов, период (или расстояние) с момента последней регенерации ФТЧДД, скопление ТЧ на датчике ТЧ, уровень наддува, такие условия окружающей среды, как барометрическое давление и температура окружающей среды, и т.п.

Способ 500 следует на шаг 504, на котором направляют часть отработавших газов, текущих из области ниже по потоку от фильтра твердых частиц (например, ФТЧДД 102 на ФИГ. 1), в датчик ТЧ через отверстия, сформированные на входной трубке. В данном случае входная трубка представляет собой наружную цилиндрическую трубку с множеством отверстий, образованных на криволинейной поверхности. Кроме того, внутри входной трубки может соосно быть расположена цилиндрическая выходная трубка, отделенная от нее некоторым пространством. Как сказано выше, диаметр входной трубки больше, чем у выходной трубки, при этом длина входной трубки меньше длины выходной трубки. Указанная часть отработавших газов через указанные отверстия входной трубки течет в первую область, образованную между входной и выходной трубками. В данном случае первая область представляет собой пространство между внутренней и наружной трубками. Первая область заключает в себе первое пространство между ними, при этом первое пространство представляет собой пространство, заключенное в полости между входной и выходной трубками. Направление потока отработавших газов во входную трубку параллельно направлению потока отработавших газов в выпускной трубе, например.

Далее способ 500 следует на шаг 506. На шаге 506 способа 500 направляют часть отработавших газов из первого пространства ко второй области в направлении, перпендикулярном направлению потока отработавших газов в выпускной трубе. В данном случае вторая область означает зазор, образованный между внутренним и наружным устройствами. Например, первая область соединена по текучей среде со второй областью через нижнюю поверхность входной трубки Способ 500 следует на шаг 508. На шаге 508 способа 500 направляют большую часть отработавших газов из второй области в третью область через отверстие, сформированное в нижней части внутреннего устройства. В данном случае третья область - это область, образованная во внутреннем устройстве и содержащая чувствительный элемент. Например, чувствительный элемент удерживают на весу во внутреннем устройстве несущие ножки. Направление потока отработавших газов из второй области в третью область противоположно направлению потока отработавших газов внутри второй области. Кроме того, большая часть отработавших газов содержит твердые частицы размером меньше порогового (относительно мелкие твердые частицы, например). Способ 500 следует на шаг 510.

На шаге 510 способа 500 происходит накапливание твердых частиц из большей части отработавших газов между электродами чувствительного элемента. А именно, на шаге 510 происходит направление относительно мелких твердых частиц в большей части отработавших газов к электродам чувствительного элемента и осаждение относительно мелких твердых частиц между электродами. В данном случае поток большей части отработавших газов направлен перпендикулярно к чувствительному элементу. То есть направление потока отработавших газов из второй области в третью область ортогонально направлению потока отработавших газов внутри выпускного канала. Как раскрыто выше, чувствительный элемент, содержащий гребенчатые электроды, расположен в относительной близости от отверстия. Таким образом, происходит улавливание и накапливание относительно мелких частиц сажи из части отработавших газов, поступающей в третью область через отверстие, между концентрическими гребенчатыми электродами чувствительного элемента. Как разъяснялось выше, сенсорные электроды могут представлять собой гребенчатые большие дуги или гребенчатые спиральные электроды. Положительные электроды соединены с положительной клеммой источника напряжения, при этом отрицательные электроды соединены с измерительным устройством и далее с отрицательной клеммой источника напряжения. При подаче контроллером напряжения на сенсорные электроды, на твердые частицы в третьей области может воздействовать сильное электрическое поле, в связи с чем происходит их накапливание между электродами.

Загрязненность сенсорных электродов оценивают по току, возникающему в сенсорных электродах. При накапливании твердых частиц на поверхности сенсорных электродов, сопротивление электродов начинает падать, результат измерения тока измерительным устройством начинает расти. Контроллер может быть выполнен с возможностью выведения загрязнения сенсорных электродов по результату измерения тока на электродах. Затем способ 500 следует на шаг 512.

Способ 500 следует на шаг 512. На шаге 512 способа 500 направляют меньшую порцию отработавших газов из второй области в четвертую область, при этом четвертая область образована внутри полого стержня. Одновременно с направлением относительно мелких твердых частиц в отработавших газах вверх к отверстию, а затем - к чувствительному элементу (например, на шагах 508 и 510 способа 500), относительно крупные твердые частицы (например, твердые частицы размером больше порогового) в отработавших газах могут быть направлены под действием силы тяжести к нижней части наружного устройства на шаге 512. То есть меньшая часть отработавших газов и большая часть отработавших газов текут в противоположных направлениях, при этом ортогонально направлению потока отработавших газов в выпускной трубе. Как раскрыто выше, полый стержень соединен по текучей среде с низом наружного устройства. Таким образом, относительно крупные твердые частицы, собирающиеся в нижней части наружного устройства, текут в четвертую область, ограниченную полым элементом. Кроме того, полый стержень содержит спускное отверстие, расположенное в относительной близости от нижней части полого стержня. То есть происходит направление относительно крупных твердых частиц в меньшей части отработавших газов в четвертой области к спускному отверстию на полом элементе, и, тем самым, их удаление из узла. Таким образом, разделение твердых частиц и направление относительно крупных твердых частиц от чувствительного элемента с последующим направлением относительно крупных твердых частиц и водяных капель к спускным отверстиям в полом элементе позволяет предотвратить осаждение относительно крупных твердых частиц на чувствительном элементе. Так можно уменьшить погрешности датчика из-за осаждения этих твердых частиц на поверхности электродов чувствительного элемента. Способ следует на шаг 514.

На шаге 514 способа 500 направляют большую часть отработавших газов, находящихся в третьей области, образованной во внутреннем устройстве, в пятую область, образованную внутри выходной трубки, в направлении, перпендикулярном направлению потока отработавших газов в выпускной трубе. Направление большей части отработавших газов в пятую область включает в себя направление большей части отработавших газов из третьей области внутреннего устройства в пятую область, образованную внутри выходной трубки через низ выходной трубки, соединенный с верхней частью внутреннего устройства. В данном примере выходная трубка соединена по текучей среде с верхом внутреннего устройства на стороне, диаметрально противоположной отверстию внутреннего устройства. Кроме того, направление большей части отработавших газов из пятой области в выпускную трубу через верх выходной трубки происходит в направлении, перпендикулярном направлению потока отработавших газов в выпускной трубе. Затем способ 500 следует на шаг 516.

На шаге 516 способ 500 предусматривает периодическую проверку наступления условий для регенерации сенсорных электродов. А именно, когда скопление сажи на датчике ТЧ выше порогового, или сопротивление датчика ТЧ (с поправкой на температуру) падает до порогового, или когда ток датчика ТЧ превышает пороговый, можно считать, что имеют место условия для регенерации датчика ТЧ. В некоторых примерах, можно считать, что имеют место условия для регенерации, если прошло пороговое время с предыдущей регенерации датчика. Регенерация датчика ТЧ может быть необходима для продолжения обнаружения ТЧ.

Если имеют место условия для регенерации (например, ответ «ДА» на шаге 516), способ 500 следует на шаг 520, на котором может быть выполнена регенерация датчика ТЧ способом, раскрытым на ФИГ. 6. Вкратце, регенерация датчика ТЧ может быть запущена путем нагрева датчика. Например, датчик ТЧ можно нагреть, включив нагревательный элемент, сформированный на поверхности чувствительного элемента, противоположной поверхности, содержащей электроды. В данном случае контроллер может замкнуть выключатель в электрической цепи, тем самым подав напряжение на нагревательный элемент, в связи с чем происходит нагрев нагревательных элементов. Кроме того, контроллер может не подавать напряжение на сенсорные электроды во время регенерации датчика. То есть сенсорные электроды могут не накапливать сажу во время регенерации датчика. Нагревательный элемент может находиться во включенном состоянии до тех пор, пока не произойдет достаточное уменьшение скопления сажи на датчике за счет окисления частиц углерода между электродами. При этом, если условия для регенерации датчика ТЧ отсутствуют (например, «НЕТ» на шаге 516), способ следует на шаг 518, на котором может быть продолжен сбор твердых частиц на сенсорных электродах, и выполнение способа завершают.

Итак, один пример способа может содержать шаги, на которых: направляют поток отработавших газов из области ниже по потоку от фильтра твердых частиц в блок датчика отработавших газов через отверстия, сформированные на входной трубке, к первой области, образованной между входной трубкой и выходной трубкой, в направлении, параллельном потоку отработавших газов в выпускной трубе. В данном случае входная трубка может быть соединена с верхом наружного полого устройства, при этом способ может предусматривать направление отработавших газов из первой области ко второй области, образованной между наружным устройством и внутренним полым устройством, в направлении, перпендикулярном потоку отработавших газов в выпускной трубе. Внутреннее устройство может быть расположено концентрически внутри наружного устройства. Дополнительно или взамен, способ может дополнительно предусматривать направление большей части отработавших газов из второй области к третей области, образованной во внутреннем устройстве, через отверстие, расположенное на нижней стороне внутреннего устройства, в направлении, противоположном направлению потока отработавших газов внутри второй области. Третья область может содержать чувствительный элемент, удерживаемый на весу во внутреннем устройстве. Дополнительно или взамен, способ может предусматривать направление меньшей части отработавших газов из второй области в четвертую область, при этом четвертая область заключена в пределах полого стержня блока датчика, причем полый стержень может быть соединен с нижней частью наружного устройства. Дополнительно или взамен, способ может дополнительно содержать шаги, на которых подают напряжение на концентрические гребенчатые электроды чувствительного элемента для накапливания твердых частиц из большей части отработавших газов между электродами, и направляют большую часть отработавших газов сначала в пятую область, образованную выходной трубкой, соединенной с верхней стороной внутреннего устройства, с последующим направлением из блока датчика. Дополнительно или взамен, способ может дополнительно содержать шаги, на которых направляют твердые частицы в меньшей части отработавших газов из четвертой области к спускному отверстию, расположенному на нижней стороне полого стержня, и выпускают твердые частицы через спускное отверстие, при этом полый стержень соединяет блок датчика отработавших газов с дном выпускной трубы.

Обратимся к ФИГ. 6, на которой представлен способ 600 для регенерации датчика ТЧ (например, датчика 106 ТЧ на ФИГ. 1, и (или) блока 201 датчика ТЧ на ФИГ. 2, например). А именно, когда скопление сажи на датчике ТЧ выше порогового, или сопротивление датчика ТЧ с поправкой на температуру падает до порогового, можно считать, что имеют место условия для регенерации датчика ТЧ, и может быть необходима регенерация датчика ТЧ для продолжения обнаружения ТЧ. На шаге 602 можно запустить регенерацию датчика ТЧ и выполнить ее путем нагревания датчика на шаге 604. Датчик ТЧ можно нагревать, включив нагревательный элемент, до тех пор, пока скопление сажи в достаточной степени не сократиться благодаря окислению частиц углерода между электродами. Регенерацией датчика ТЧ обычно управляют с помощью таймеров, при этом таймер может быть установлен на пороговый период на шаге 602. Или же регенерацией датчика можно управлять, измеряя температуру наконечника датчика, или регулируя подачу мощности на нагреватель, либо используя все указанные способы. Если для регенерации датчика ТЧ используют таймер, на шаге 606 способа 600 проверяют, истек ли пороговый период. Если пороговый период не истек (например, "НЕТ" на шаге 606), способ 600 следует на шаг 608, на котором цепь регенерации можно оставить в состоянии «ВКЛЮЧЕНО» («ВКЛ.») для продолжения регенерации, и завершить выполнение способа. Если пороговый период истек (например, «ДА» на шаге 606), способ 600 следует на шаг 610, на котором регенерацию датчика ТЧ можно прекратить и выключить электрическую цепь на шаге 612. Кроме того, электроды датчика можно охладить, например, до температуры отработавших газов. Способ 600 следует на шаг 614, на котором можно обновить значения скопления ТЧ на датчике и статистику регенерации и сохранить их в памяти. Например, можно обновить данные о частоте регенерации датчика ТЧ и (или) среднем интервале между регенерациями датчика, после чего выполнение способа завершают.

Выпускной канал двигателя может содержать один или несколько датчиков ТЧ, расположенных выше и (или) ниже по потоку от ФТЧДД, для определения скопления сажи в ФТЧДД. Если датчик ТЧ расположен выше по потоку от ФТЧДД, по изменению сопротивления после осаждения сажи на множестве электродов датчика ТЧ можно определять скопление сажи на датчике. По результату определения скопления сажи можно, например, обновить значение скопления сажи в ФТЧДД. Если скопление сажи в ФТЧДД превышает порог для регенерации ФТЧДД, контроллер может отрегулировать параметры работы двигателя для регенерации ФТЧДД. А именно, если имеют место условия для регенерации фильтра, можно повысить температуру фильтра (или вблизи фильтра) до уровня, достаточного для выжигания накопленной сажи. Указанное повышение может включать в себя включение нагревателя, соединенного с ФТЧДД, или повышение температуры отработавших газов двигателя (например, за счет работы на богатой смеси), направляемых в ФТЧДД.

Обратимся к ФИГ. 7, на которой представлен пример способа 700 для диагностики функционирования ФТЧДД по межрегенерационному интервалу датчика ТЧ. На шаге 702 контроллер может вычислить путем калибровки межрегенерационный интервал t(i)_regen для датчика ТЧ, представляющий собой интервал, измеряемый с окончания предыдущей регенерации до начала текущей регенерации датчика ТЧ. На шаге 704 сравнивают t(i)_regen с t(i-1)_regen, при этом последний представляет собой предыдущий калиброванный интервал регенерации датчика ТЧ. По результатам можно определить, что датчик сажи может неоднократно проходить цикл регенерации для диагностики ФТЧДД. Если t(i)_regen меньше половины значения t(i-l)_regen, то на шаге 708 указывают наличие течи из ФТЧДД, и подают сигнал ухудшения характеристик ФТЧДД. Вместо вышеуказанного процесса или в дополнение к нему, диагностику ФТЧДД можно осуществлять, используя другие параметры, например: температуру отработавших газов, частоту вращения / нагрузку двигателя и т.п.Сигнал ухудшения характеристик может быть подан, например, с помощью индикаторной лампы неисправности или диагностического кода. Кроме того, способ 700 предусматривает изменение параметров работы двигателя в связи с указанием наличия течи в ФТЧДД на шаге 710. Изменение параметров работы двигателя может, например, включать в себя ограничение крутящего момента двигателя на шаге 712. В одном примере, в связи с выявлением течи в ФТЧДД можно уменьшить мощность и крутящий момент двигателя. Уменьшение мощности и крутящего момента двигателя позволяет уменьшить содержание ТЧ в отработавших газах. Например, изменение параметров работы двигателя может включать в себя уменьшение подачи топлива в дизельный двигатель в условиях высокой нагрузки, в связи с чем происходит уменьшение крутящего момента. Дополнительно или взамен, в связи с выявлением течи в ФТЧДД, можно сократить использование РОГ. Дополнительно или взамен, на приборную панель можно вывести предупредительный сигнал для указания расстояния, которое транспортное средство может пройти до проверки работы ФТЧДД.

Если текущий межрегенерационный интервал составляет менее половины предыдущего межрегенерационного интервала, это может указывать на то, что время достижения электрической цепью порога R_regen стало значительно короче, в связи с чем возросла частота регенерации. Возросшая частота регенерации датчика ТЧ может свидетельствовать о том, что содержание твердых частиц в исходящем потоке отработавших газов выше того, что имеет место при нормальном функционировании ФТЧДД. То есть, если изменение межрегенерационного интервала датчика сажи достигает порога t_regen, при котором текущий межрегенерационный интервал датчика ТЧ меньше половины предыдущего межрегенерационного интервала, указывают наличие ухудшения характеристик ФТЧДД или течи из него, например, путем визуального отображения для водителя и (или) установки флага состояния, сохраняемого в долговременной памяти, соединенной с процессорным устройством, с возможностью отправки в диагностическое устройство, соединенное с процессорным устройством. Если изменение межрегенерационного интервала датчика сажи не достигает порога t_regen, на шаге 706 не указывают наличие течи в ФТЧДД. Так можно выявлять течи в фильтре твердых частиц, расположенном выше по потоку от датчика твердых частиц, по интенсивности осаждения твердых частиц на электродах датчика твердых частиц.

Обратимся к ФИГ. 8, представляющей собой схему 800, иллюстрирующую пример зависимости между скоплением сажи на датчике ТЧ и скоплением сажи в фильтре твердых частиц. А именно, схема 800 графически иллюстрирует зависимость между регенерацией датчика ТЧ и скоплением сажи в ФТЧДД, в частности то, как регенерация датчика ТЧ может указывать на ухудшение характеристик ФТЧДД. Вертикальные метки t0, t1, t2, t3, t4, t5 и t6 обозначают значимые моменты в работе и системе датчика ТЧ и ФТЧДД.

Первая кривая на ФИГ. 8 отражает скопление сажи на датчике ТЧ. Например, как раскрыто выше, осаждение ТЧ происходит между кольцевыми положительным и отрицательным электродами, сформированными на круглой подложке, расположенной во внутреннем устройстве в относительной близости от отверстия, сформированного в нижней части внутреннего устройства. По мере скопления сажи ток, измеряемый на электродах, начинает расти (или сопротивление электродов начинает падать). Контроллер выполнен с возможностью определения скопления сажи (кривая 802) по результату измерения тока/сопротивления. Скопление сажи находится на низшем уровне в нижней части кривых и возрастает в вертикальном направлении к верхней части кривой. Горизонтальное направление представляет время, значения которого увеличиваются с левой стороны кривой к правой стороне кривой. Горизонтальная метка 806 представляет порог загрязненности для регенерации датчика ТЧ в верхней кривой. Кривая 804 отражает скопление сажи в ФТЧДД, а горизонтальная метка 808 представляет пороговое скопление сажи в ФТЧДД на второй кривой.

Между t0 и t1 показан цикл регенерации датчика ТЧ. В момент Ю датчик ТЧ находится в относительно чистом состоянии, на что указывает низкий уровень скопления ТЧ по результату измерения (кривая 802). Контроллер, соединенный с датчиком ТЧ, определяет скопление сажи датчика ТЧ, например, по результату измерения тока/сопротивления на сенсорных электродах. Когда контроллер устанавливает, что скопление сажи невелико, он может направить команды на цепь регенерации для прекращения подачи тепла, чтобы цепь обнаружения могла начать обнаружение скопления ТЧ. По мере роста скопления ТЧ на датчике, происходит накопление сажи в зазоре между сенсорными электродами.

Между t0 и t1 датчик ТЧ продолжает накапливать сажу (кривая 802), в связи с чем растет ее содержание в нем, как и скопление сажи на ФТЧДД (кривая 804). В некоторых примерах скопление сажи в ФТЧДД можно определять по скоплению ТЧ на датчике, например, если датчик ТЧ расположен выше по потоку от ФТЧДД.

В момент t1 скопление сажи на датчике ТЧ (кривая 802) достигает порога загрязненности для регенерации датчика ТЧ (метка 806). Порог загрязненности может представлять собой порог, при котором может быть нужна регенерация датчика. В момент t1 может быть запущена регенерация датчика ТЧ, как раскрыто выше. Вкратце, контроллер может замкнуть выключатель в электрической цепи для подачи напряжения на нагревательные элементы, сформированные, например, на протяжении внутренней поверхности центрального элемента. Кроме того, датчик ТЧ может не работать в режиме накапливания ТЧ, то есть контроллер может не подавать какое-либо напряжение на сенсорные электроды.

Таким образом, между t1 и t2 может происходить регенерация датчика ТЧ путем включения электрической цепи для регенерации. В момент t2 температура датчика ТЧ может быть достаточно низкой, поэтому он может начать накапливать сажу и продолжить ее накопление между t2 и t3 (цикл регенерации ФТЧДД), например. В период между t2 и t3 скопление сажи в ФТЧДД продолжает расти (кривая 804). При этом в момент t3 скопление сажи в ФТЧДД (кривая 804) достигает порога скопления сажи для регенерации ФТЧДД (метка 808). Между t3 и t4 может происходить регенерация ФТЧДД для выжигания сажи, осевшей в ФТЧДД. Далее, в момент t4, можно сравнить частоту регенерации датчика ТЧ с предыдущим результатом оценки частоты регенерации датчика ТЧ. Если частота регенерации датчика ТЧ осталась аналогичной частоте в предыдущих циклах, можно установить отсутствие течи в ФТЧДД. Таким образом, по выходным сигналам датчика ТЧ можно контролировать техническое состояние ФТЧДД и диагностировать его на наличие течей.

Между t5 и t6 показан еще один цикл ФТЧДД. В этом случае между t5 и t6 скопление сажи на ФТЧДД постепенно растет (кривая 804). В этот период может происходить контроль скопления сажи на датчике ТЧ (кривая 802). Как видно из кривой 802, датчик ТЧ проходит несколько циклов регенерации, как раскрыто выше. При этом частота регенерации датчика ТЧ возросла почти вдвое (кривая 802). Увеличение частоты регенерации датчика ТЧ может указывать на то, что исходящий поток отработавших газов содержит большее количество твердых частиц, чем при нормальном функционировании ФТЧДД. Поэтому в момент t6 может быть указано наличие течи в ФТЧДД.

Так можно повысить достоверность измерения содержания ТЧ в отработавших газах и, тем самым, определять скопление сажи в ФТЧДД. Это повышает эффективность операций регенерации фильтра. Кроме того, обеспечив возможность более достоверной диагностики ФТЧДД в выпускной системе, можно улучшить показатели в части соблюдения нормативов выбросов. Это позволяет снизить высокие затраты по гарантийным обязательствам на замену работоспособных фильтров твердых частиц и увеличить срок службы компонентов выпускной системы.

Таким образом, чувствительный элемент может быть защищен двумя сферическими защитными трубками, дополнительно увеличивающими равномерность осаждения сажи. Отработавшие газы могут поступать в блок датчика через отверстия, сформированные на наружной входной трубке. Поток отработавших газов может менять направление, что способствует уменьшению расхода потока. Кроме того, отработавшие газы могут быть направлены к чувствительному элементу, расположенному внутри внутреннего устройства через отверстие, сформированное на нижней стороне внутреннего устройства. В данном случае отверстие может быть расположено на удалении от входной трубки для изоляции последней от чувствительного элемента. Таким образом, изоляция входной трубки от чувствительного элемента позволяет уменьшить отрицательные последствия ударного воздействия водяных капель и крупных загрязняющих частиц на чувствительный элемент, вызывающего флуктуации выходного сигнала датчика. Кроме того, отверстие на внутреннем устройстве по размеру, форме и расположению может быть выполнено для создания равномерного потока отработавших газов на поверхность датчика.

Технический эффект, состоящий в обеспечении более равномерного натекания потока пробы газов, может быть достигнут путем снижения скорости потока отработавших газов. Создание препятствия на пути потока отработавших газов и снижение его скорости позволяют увеличить однородность потока на поверхности датчика твердых частиц. Кроме того, расположение чувствительного элемента на удалении от входной трубки и установка узла на полом стержне позволяют защитить датчик твердых частиц от загрязнения относительно крупными твердыми частицами и водяными каплями. Кроме того, спускные отверстия, сформированные на нижней части полого стержня, позволяют удалять загрязнители из блока датчика.

Целью раскрытых выше систем и способов является создание блока датчика твердых частиц, содержащего сферический узел, опорный стержень, соединенный с нижней стороной сферического узла, множество проточных трубок, соединенных с верхней стороной сферического узла, и чувствительный элемент, расположенный внутри сферического узла на удалении от множества проточных трубок. В первом примере блока датчика твердых частиц датчик может дополнительно или взамен содержать сферический узел, содержащий полое внутреннее устройство, расположенное концентрически внутри полого наружного устройства, при этом внутреннее устройство отделено от наружного устройства зазором. Второй пример блока датчика твердых частиц необязательно включает в себя первый пример и отличается тем, что множество проточных трубок включает в себя наружную цилиндрическую трубку и внутреннюю цилиндрическую трубку, расположенную соосно внутри наружной трубки, при этом длина наружной трубки меньше длины внутренней трубки. Третий пример блока датчика твердых частиц необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по второй и отличается тем, что наружная трубка прикреплена к верхней стороне сферического узла через полое наружное устройство. Четвертый пример блока датчика твердых частиц необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по третий и отличается тем, что наружная трубка содержит множество отверстий, выполненных с возможностью приема отработавших газов из выпускного канала, при этом отработавшие газы поступают в зазор между наружным устройством и внутренним устройством в направлении, перпендикулярном плоскости чувствительного элемента с последующим направлением отработавших газов через зазор к отверстию, сформированному на нижней части внутреннего устройства, при этом отверстие выполнено с возможностью направления отработавших газов из зазора во внутреннее устройство к чувствительному элементу в направлении, противоположном направлению потока отработавших газов в зазоре. Пятый пример блока датчика твердых частиц необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по четвертый и отличается тем, что чувствительный элемент содержит пару кольцевых гребенчатых электродов, сформированных на первой поверхности, и нагревательный элемент, сформированный на второй, противоположной, поверхности, причем чувствительный элемент установлен с возможностью удержания его на весу во внутреннем устройстве посредством несущих ножек, прикрепленных к внутреннему устройству так, чтобы пара кольцевых гребенчатых электродов была обращена к отверстию на внутреннем устройстве, причем пара кольцевых гребенчатых электродов включает в себя гребенчатые спиральные положительный и отрицательный электроды. Шестой пример блока датчика твердых частиц необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по пятый и отличается тем, что внутренняя трубка прикреплена к верхней стороне сферического узла через полое внутреннее устройство так, что внутреннее устройство проходит через зазор в сферическом узле, причем отработавшие газы, поступающие по наружной трубке с направлением их во внутреннее устройство, выходят в выпускной канал по внутренней трубке. Седьмой пример блока датчика твердых частиц необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по пятый и отличается тем, что опорный стержень является полым и соединяет сферический узел с дном выпускного канала, причем опорный стержень выполнен с возможностью направления части отработавших газов, поступивших в зазор, в выпускной канал через спускное отверстие опорного стержня, при этом спускное отверстие расположено вблизи дна выпускного канала, причем указанная часть отработавших газов содержит твердые частицы размером больше порогового.

Целью раскрытых выше систем и способов является создание системы, содержащей: датчик твердых частиц (ТЧ), расположенный ниже по потоку от фильтра твердых частиц в выпускном канале, при этом датчик ТЧ содержит пару концентрических гребенчатых электродов, сформированных на первой поверхности круглого чувствительного элемента, нагревательный элемент, сформированный на второй поверхности круглого чувствительного элемента, при этом вторая поверхность противоположна первой поверхности, несущие ножки, удерживающие круглый чувствительный элемент на весу внутри внутреннего полого сферического защитного устройства, и наружное полое сферическое защитное устройство для приема потока отработавших газов из выпускной трубы и направления потока отработавших газов к круглому чувствительному элементу, при этом внутреннее защитное устройство расположено концентрически внутри наружного защитного устройства. В первом примере датчика твердых частиц, датчик может, дополнительно или взамен, отличаться тем, что наружное защитное устройство содержит установочный стержень и наружную цилиндрическую трубку, соединенные с диаметрально противоположными частями наружного защитного устройства, при этом установочный стержень дополнительно соединяет наружное защитное устройство с дном выпускной трубы. Второй пример датчика твердых частиц необязательно включает в себя первый пример и отличается тем, что наружная цилиндрическая трубка содержит множество отверстий, выполненных с возможностью направления отработавших газов из выпускной трубы сначала в зазор между внутренним защитным устройством и наружным защитным устройством. Третий пример датчика твердых частиц необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по второй и отличается тем, что происходит перенаправление большей части отработавших газов в зазоре к проходу, сформированному на внутреннем защитном устройстве, с одновременным направлением меньшей части отработавших газов под действием силы тяжести к установочному стержню, при этом размер твердых частиц в меньшей части отработавших газов больше размера твердых частиц в большей части отработавших газов. Четвертый пример датчика твердых частиц необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по третий и отличается тем, что направляют большую часть отработавших газов, поступившей в проход, через который происходит перенаправление во внутреннее защитное устройство, к паре концентрических гребенчатых электродов круглого чувствительного элемента; и, после прохождения через чувствительный элемент, направляют большую часть отработавших газов во внутреннюю цилиндрическую трубку, соединенную с верхней частью внутреннего защитного устройства. Пятый пример датчика твердых частиц необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по четвертый и отличается тем, что внутренняя цилиндрическая трубка расположена коаксиально внутри наружной цилиндрической трубки и выполнена с возможностью направления большей части отработавших газов из датчика твердых частиц в выпускную трубу. Шестой пример датчика твердых частиц необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по пятый и отличается тем, что установочный стержень содержит спускное отверстие, соединенное с дном выпускной трубы, для направления твердых частиц в меньшей части отработавших газов из датчика твердых частиц в выпускную трубу. Седьмой пример датчика твердых частиц необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по шестой и дополнительно содержит контроллер с машиночитаемыми командами в долговременной памяти для подачи положительного и отрицательного напряжения на пару концентрических гребенчатых электродов для накопления твердых частиц из большей части отработавших газов между парой концентрических гребенчатых электродов, оценки загрязненности датчика по току, возникающему между парой концентрических гребенчатых электродов круглого чувствительного элемента, и, в случае превышения пороговой загрязненности, подачи напряжения на нагревательный элемент для регенерации датчика.

Еще одной целью раскрытых выше систем и способов является создание способа, содержащего шаги, на которых направляют поток отработавших газов из области ниже по потоку от фильтра твердых частиц в блок датчика отработавших газов через отверстия, сформированные на входной трубке, к первой области, образованной между входной трубкой и выходной трубкой, в направлении, параллельном потоку отработавших газов в выпускной трубе, при этом входная трубка соединена с верхом наружного полого устройства, и направляют отработавшие газы ко второй области, образованной между наружным устройством и внутренним полым устройством, в направлении, перпендикулярном потоку отработавших газов в выпускной трубе, при этом внутреннее устройство расположено концентрически внутри наружного устройства. В первом примере способ может дополнительно или взамен содержать шаги, на которых направляют большую часть отработавших газов из второй области к третей области, образованной во внутреннем устройстве, через отверстие, расположенное на нижней стороне внутреннего устройства, в направлении, противоположном направлению потока отработавших газов внутри второй области, при этом третья область содержит чувствительный элемент, удерживаемый на весу во внутреннем устройстве, и направление меньшей части отработавших газов из второй области в четвертую область, при этом четвертая область заключена в пределах полого стержня блока датчика, при этом полый стержень соединен с нижней частью наружного устройства. Второй пример способа необязательно включает в себя первый пример и дополнительно содержит шаги, на которых подают напряжение на концентрические гребенчатые электроды чувствительного элемента для накапливания твердых частиц из большей части отработавших газов между электродами, и направляют большую часть отработавших газов сначала в пятую область, образованную выходной трубкой, соединенной с верхней стороной внутреннего устройства, с последующим направлением из блока датчика. Третий пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по второй и дополнительно содержит шаги, на которых направляют твердые частицы в меньшей части отработавших газов из четвертой области к спускному отверстию, расположенному на нижней стороне полого стержня, и выпускают твердые частицы через спускное отверстие, при этом полый стержень соединяет блок датчика отработавших газов с дном выпускной трубы.

Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и (или) транспортных средств. Раскрытые в настоящем описании способы и алгоритмы управления можно хранить в виде исполняемых команд в долговременной памяти и могут реализовываться системой управления, содержащей контроллер, во взаимодействии с различными датчиками, исполнительными механизмами и другими техническими средствами системы двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и (или) функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и (или) функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрытые действия реализуют путем выполнения команд, содержащихся в системе, содержащей вышеупомянутые технические средства в составе двигателя, взаимодействующие с электронным контроллером.

Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и (или) свойств, раскрытых в настоящем описании.

В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.

Предложены способы и системы для датчика твердых частиц, расположенного ниже по потоку от фильтра твердых частиц дизельного двигателя в выпускной системе. В одном примере датчик твердых частиц может содержать сферический узел, содержащий полый стержень и множество проточных трубок, соединенных с диаметрально противоположными сторонами узла, и чувствительный элемент, расположенный в узле на удалении от множества проточных трубок, благодаря чему чувствительный элемент защищен от загрязнителей и водяных капель, конденсирующихся на множестве проточных трубок или вблизи них. Кроме того, опорный стержень может дополнительно содержать спускное отверстие для направления потока относительно крупных твердых частиц из сферического узла в выпускной канал. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Блок датчика твердых частиц, содержащий:

сферический узел;

опорный стержень, соединенный с нижней стороной сферического узла;

множество проточных трубок, соединенных с верхней стороной сферического узла; и

чувствительный элемент, расположенный внутри сферического узла на удалении от множества проточных трубок.

2. Блок по п. 1, отличающийся тем, что сферический узел содержит полое внутреннее устройство, расположенное концентрически внутри полого наружного устройства, причем внутреннее устройство отделено от наружного устройства зазором.

3. Блок по п. 2, отличающийся тем, что множество проточных трубок содержит наружную цилиндрическую трубку и внутреннюю цилиндрическую трубку, расположенную коаксиально внутри наружной трубки, при этом длина наружной трубки меньше длины внутренней трубки.

4. Блок по п. 3, отличающийся тем, что наружная трубка прикреплена к верхней стороне сферического узла через полое наружное устройство.

5. Блок по п. 3, отличающийся тем, что наружная трубка содержит множество отверстий, выполненных с возможностью приема отработавших газов из выпускного канала, при этом отработавшие газы поступают в зазор между наружным устройством и внутренним устройством в направлении, перпендикулярном плоскости чувствительного элемента, с последующим направлением отработавших газов через зазор к отверстию, сформированному на нижней части внутреннего устройства, при этом отверстие выполнено с возможностью направления отработавших газов из зазора во внутреннее устройство к чувствительному элементу в направлении, противоположном направлению потока отработавших газов в зазоре.

6. Блок по п. 5, отличающийся тем, что чувствительный элемент содержит пару кольцевых гребенчатых электродов, сформированных на первой поверхности, и нагревательный элемент, сформированный на второй, противоположной, поверхности, причем чувствительный элемент установлен с возможностью удержания его на весу во внутреннем устройстве посредством несущих ножек, прикрепленных к внутреннему устройству так, чтобы пара кольцевых гребенчатых электродов была обращена к отверстию на внутреннем устройстве, причем пара кольцевых гребенчатых электродов включает в себя гребенчатые спиральные положительный и отрицательный электроды.

7. Блок по п. 5, отличающийся тем, что внутренняя трубка прикреплена к верхней стороне сферического узла через полое внутреннее устройство таким образом, что внутренняя трубка проходит через зазор в сферическом узле, причем отработавшие газы поступают по наружной трубке с направлением их во внутреннее устройство и выходят в выпускной канал по внутренней трубке.

8. Блок по п. 5, отличающийся тем, что опорный стержень является полым и соединяет сферический узел с дном выпускного канала, причем опорный стержень выполнен с возможностью направления части отработавших газов, поступивших в зазор, в выпускной канал через спускное отверстие опорного стержня, при этом спускное отверстие расположено вблизи дна выпускного канала, причем указанная часть отработавших газов содержит твердые частицы размером больше порогового.

9. Датчик твердых частиц, содержащий:

пару концентрических гребенчатых электродов, сформированных на первой поверхности круглого чувствительного элемента;

нагревательный элемент, сформированный на второй поверхности круглого чувствительного элемента, при этом вторая поверхность противоположна первой поверхности;

несущие ножки, удерживающие круглый чувствительный элемент на весу внутри внутреннего полого сферического защитного устройства; и

наружное полое сферическое защитное устройство для приема потока отработавших газов из выпускной трубы и направления потока отработавших газов к круглому чувствительному элементу, при этом внутреннее защитное устройство расположено концентрически внутри наружного защитного устройства.

10. Датчик твердых частиц по п. 9, отличающийся тем, что наружное защитное устройство содержит установочный стержень и наружную цилиндрическую трубку, соединенные с диаметрально противоположными частями наружного защитного устройства, при этом установочный стержень дополнительно соединяет наружное защитное устройство с дном выпускной трубы.

11. Датчик твердых частиц по п. 10, отличающийся тем, что наружная цилиндрическая трубка содержит множество отверстий, выполненных с возможностью направления отработавших газов из выпускной трубы в зазор между внутренним защитным устройством и наружным защитным устройством.

12. Датчик твердых частиц по п. 11, отличающийся тем, что выполнен с возможностью перенаправления большей части отработавших газов в зазоре к проходу, сформированному на внутреннем защитном устройстве, с одновременным направлением меньшей части отработавших газов под действием силы тяжести к установочному стержню, при этом размер твердых частиц в меньшей части отработавших газов больше размера твердых частиц в большей части отработавших газов.

13. Датчик твердых частиц по п. 12, отличающийся тем, что выполнен с возможностью перенаправления большей части отработавших газов, поступившей в проход, через который происходит перенаправление во внутреннее защитное устройство, к паре концентрических гребенчатых электродов круглого чувствительного элемента; и, после прохождения через чувствительный элемент, направления большей части отработавших газов во внутреннюю цилиндрическую трубку, соединенную с верхней частью внутреннего защитного устройства.

14. Датчик твердых частиц по п. 13, отличающийся тем, что внутренняя цилиндрическая трубка расположена коаксиально внутри наружной цилиндрической трубки и выполнена с возможностью направления большей части отработавших газов из датчика твердых частиц в выпускную трубу.

15. Датчик твердых частиц по п. 12, отличающийся тем, что установочный стержень содержит спускное отверстие, соединенное с дном выпускной трубы, для направления твердых частиц в меньшей части отработавших газов из датчика твердых частиц в выпускную трубу.

16. Датчик твердых частиц по п. 12, дополнительно содержащий контроллер с машиночитаемыми командами в долговременной памяти для:

подачи положительного и отрицательного напряжения на пару концентрических гребенчатых электродов для накопления твердых частиц из большей части отработавших газов между парой концентрических гребенчатых электродов;

оценки загрязненности датчика твердых частиц по току, возникающему между парой концентрических гребенчатых электродов круглого чувствительного элемента; и

в случае превышения пороговой загрязненности,

подачи напряжения на нагревательный элемент для регенерации датчика твердых частиц.