Область техники
Настоящее изобретение относится к измерению количества твердых частиц в выпускной системе.
Уровень техники/Краткое изложение
В системах контроля выбросов вредных веществ из двигателя могут использоваться различные выпускные датчики. Такой датчик в качестве примера может представлять собой датчик твердых частиц, измеряющий массу и/или концентрацию твердых частиц в отработавших газах. Например, датчик твердых частиц может работать за счет накопления твердых частиц в течение некоторого времени и указания количества накопленных частиц как меры концентрации твердых частиц в отработавших газах. Датчик твердых частиц может быть расположен выше по потоку и/или ниже по потоку относительно дизельного сажевого фильтра и может использоваться для измерения количества твердых частиц на фильтре твердых частиц и для диагностики работы фильтра твердых частиц.
Пример датчика твердых частиц представлен Чжаном и др. в патенте США 2015/0355067 А1. В нем датчик твердых частиц ТЧ (РМ) содержит цилиндрическую защитную трубку, имеющую отверстия, и элемент датчика, размещенный внутри трубки и обращенный по направлению к отверстиям. Датчик ТЧ закреплен в выпускном патрубке ниже по потоку от фильтра твердых частиц таким образом, что отверстия расположены на поверхности защитной трубки ниже по потоку, в направлении к оконечной части выпускного патрубка. В такой конфигурации отработавшие газы, проходящие через выпускной патрубок, могут испытывать изменения давления вдоль протяженности защитной трубки. Например, более высокое статическое давление может быть создано на поверхности защитной трубки ниже по потоку, по сравнению с давлением вдоль сторон защитной трубки. Из-за более высокого статического давления на поверхности ниже по потоку относительно боковых поверхностей, отработавшие газы могут притягиваться к поверхности датчика ТЧ ниже по потоку. В частности, отработавшие газы могут притягиваться к отверстиям на поверхности защитной трубки ниже по потоку, и отработавшие газы могут проходить внутрь датчика ТЧ через отверстия в направлении, противоположном направлению движения потока отработавших газов внутри выпускного патрубка.
Авторы настоящего изобретения обнаружили возможные недостатки в таких системах. Например, вышеупомянутая конфигурация используется в предположении, что направление потока отработавших газов внутри выпускного патрубка постоянное. Так как датчик прикреплен к выпускному патрубку таким образом, что отверстия защитной трубки расположены вдоль поверхности, которая диаметрально противоположна поверхности, обращенной к набегающему потоку отработавших газов, то отверстия должны находиться в области более высокого статического давления, существующей рядом с трубкой. Однако если направление движения потока отработавших газов внутри выпускного патрубка изменяется (например, из-за изменения частоты вращения двигателя, изменения нагрузки, отключения цилиндров, изменения времени срабатывания выпускного клапана и т.п.), то отверстия больше не будут располагаться на стороне с более высоким статическим давлением. В ряде конструкций выпускной патрубок может содержать несколько патрубков или каналов, некоторые из которых расходятся, а другие сходятся. Совместно эти пути для прохождения отработавших газов имеют возможность направлять отработавшие газы через различные компоненты системы двигателя. Если датчик ТЧ размещен в месте соединения двух взаимно перпендикулярных патрубков, то, например, направление потока отработавших газов может измениться на 90°, когда поток отработавших газов двигается из одного патрубка в другой. В таких случаях отверстия на трубке могут располагаться в области с более высоким статическим давлением, когда отработавшие газы проходят один из патрубков, но не в том случае, когда отработавшие газы проходят, например, через второй, перпендикулярный, патрубок. Если направление потока отработавших газов изменяется на 90°, когда отработавшие газы проходят через второй патрубок, отверстия на трубке больше не могут располагаться в области с более высоким статическим давлением относительно второго патрубка. Вместо этого отверстия могут оказаться в области более низкого давления. Таким образом, отработавшие газы могут быть оттянуты от отверстий, что может уменьшить поток отработавших газов в датчик. В результате чувствительность датчика может снизиться. Имея уменьшенную чувствительность, сажевый датчик может оказаться неспособным определить утечку в фильтре твердых частиц надежным способом. Таким образом, ошибки в работе датчика могут привести к ложному сигналу о деградации дизельного сажевого фильтра ДСФ (DPF) и замене функционирующих фильтров, не обеспеченной гарантией изготовителя.
Например, проблемы, описанные выше, могут быть частично решены посредством способа, содержащего, во время прохождения отработавших газов через выпускной патрубок, генерацию сигнала поворотного узла датчика твердых частиц (ТЧ), соединенного с выпускным патрубком, причем изменение вращения узла датчика ТЧ происходит, когда изменяются условия движения потока отработавших газов. Таким образом, поворот узла датчика ТЧ в зависимости от условий движения потока отработавших газов на входе датчика ТЧ может автоматически обеспечить выбор стороны с более высоким статическим давлением, что позволяет увеличить количество отработавших газов, поступающих внутрь узла датчика ТЧ.
Например, выпускной узел датчика ТЧ может быть расположен в выпускном патрубке, ниже по потоку от выпускного фильтра твердых частиц. Узел датчика ТЧ может содержать цилиндрический корпус, установленный в выпускном патрубке с возможностью вращения за счет подшипника, и элемент датчика, размещенный внутри корпуса. Корпус может дополнительно содержать отверстие, сформированное только на одной стороне, и, таким образом, отверстие может быть помещено между парой перфорированных направляющих пластин, прилегающих к корпусу по обе стороны от отверстия. Один вариант реализации подшипника может предусматривать свободное вращение узла датчика ТЧ вокруг центральной оси корпуса, с уменьшенным трением между корпусом и верхней поверхностью выпускного патрубка. Например, при изменении направления потока отработавших газов внутри выпускного патрубка на пороговое значение изменения, узел датчика ТЧ может поворачиваться внутри выпускного патрубка таким образом, чтобы отверстие узла имело возможность оказаться на нижней по потоку стороне, где статическое давление выше. Таким образом, через отверстие к элементу датчика можно направить увеличенное количество твердых частиц, находящихся в отработавших газах. Также, поворот узла датчика ТЧ может представлять собой пассивное вращение или активное вращение. Например, во время пассивного вращения направляющие пластины, присоединенные к узлу, могут реагировать на направление потока отработавших газов внутри выпускного патрубка, и, соответственно, вращать узел за счет подшипника. Во время активного вращения узел датчика ТЧ имеет возможность вращения за счет мотора, соединенного с этим узлом. Здесь работой мотора могут управлять на основе измеренных условий движения потока отработавших газов.
Технический эффект от вращения узла датчика ТЧ внутри выпускного патрубка в зависимости от измеренных условий движения потока отработавших газов заключается в том, что отверстие в корпусе автоматически перемещается на нижнюю по потоку сторону, где статическое давление выше. Таким образом, поток отработавших газов в выпускном патрубке может быть направлен вокруг узла и внутрь узла за счет наличия отверстия между перфорированными направляющими пластинами. Таким образом, можно увеличить количество отработавших газов, поступающих внутрь узла. Отработавшие газы, проходящие через отверстие, могут затем попадать к элементу датчика, обращенному в сторону отверстия. Твердые частицы, находящиеся в отработавших газах, имеют возможность накапливаться на элементе датчика. Таким образом, количество отработавших газов и, соответственно, количество твердых частиц, осаждаемых на элементе датчика, может быть независимым от направления потока поступающих отработавших газов, что позволяет более точно и надежно измерять количество ТЧ, проходящих через фильтр твердых частиц. Кроме того, крупные твердые частицы и/или капли воды могут быть уловлены направляющими пластинами. Поэтому, элемент датчика может быть защищен от воздействия капель воды и крупных твердых частиц. В целом, эти характеристики датчика могут обеспечить более точный выходной сигнал датчика, увеличивая точность оценки количества твердых частиц на фильтре твердых частиц.
Следует подразумевать, что вышеприведенное краткое изложение дано для информирования в упрощенной форме о выборе решений, раскрытых далее в подробном описании. Краткое изложение не предназначено для идентификации главных или существенных отличительных признаков заявленного существа изобретения, объем которого определен единственным образом формулой изобретения, которая следует за подробным описанием. Кроме того, заявленное существо изобретения не ограничивается реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.
Краткое описание иллюстраций
На фиг. 1 показана схема двигателя и поворотного узла датчика твердых частиц (ТЧ), помещенного в поток отработавших газов.
На фиг. 2 показана схема датчика ТЧ, содержащего цилиндрический корпус, присоединенный к выпускному патрубку посредством подшипника, причем корпус содержит пару направляющих пластин, установленных на одной стороне корпуса.
На фиг. 3А-3В показаны поперечные разрезы корпуса, подшипника, направляющих пластин, отверстия, сформированного между направляющими пластинами, и элемента датчика, помещенного внутри корпуса и обращенного по направлению к отверстию.
На фиг. 4 показана схема узла датчика ТЧ, изображающая направление движения отработавших газов внутрь узла датчика ТЧ через набор отверстий, сформированных на направляющих пластинах.
На фиг. 5 показана блок-схема алгоритма, иллюстрирующая пример способа накопления твердых частиц, находящихся в потоке отработавших газов, на элементе датчика, размещенного внутри корпуса узла датчика ТЧ.
На фиг. 6 показана блок-схема алгоритма, иллюстрирующая пример способа регенерации элемента датчика в узле датчика ТЧ.
На фиг. 7 показана блок-схема алгоритма, иллюстрирующая пример способа диагностирования утечек в фильтре твердых частиц, размещенном выше по потоку относительно узла датчика ТЧ.
На фиг. 8 показан пример зависимости между накоплением сажи на узле датчика ТЧ и накоплением сажи на фильтре твердых частиц, размещенном выше по потоку относительно узла датчика ТЧ.
На фиг. 9 показан пример зависимости между направлением потока отработавших газов, положением поворотного узла датчика ТЧ и выходным сигналом узла датчика ТЧ.
Подробное описание
Настоящее изобретение относится к системам и способам для измерения количества твердых частиц (ТЧ) в потоке отработавших газов в системе двигателя, например, в системе двигателя, показанной на фиг. 1. Поворотный узел датчика ТЧ может быть соединен с выпускным патрубком системы двигателя, как показано на фиг. 2. Кроме того, узел датчика ТЧ может содержать цилиндрический корпус, присоединенный к выпускному патрубку с использованием подшипника. Кроме того, узел датчика ТЧ может содержать отверстие, сформированное на одной стороне корпуса. Две параллельных направляющих пластины могут быть установлены по обе стороны от отверстия. Поперечные разрезы корпуса с подшипником, направляющими пластинами и отверстием показаны на фиг. 3А-3В. Направляющая пластина может дополнительно содержать набор отверстий, выполненный с возможностью пропускать отработавшие газы из выпускного патрубка и направлять отработавшие газы через отверстия к элементу датчика, размещенному внутри корпуса, как показано на фиг. 4. В примере варианта реализации узел датчика ТЧ имеет возможность вращаться пассивным образом при помощи подшипника, в зависимости от действующих условий потока отработавших газов. В другом примере узел может содержать мотор, и, кроме того, контроллер может быть выполнен с возможностью выполнять управляющую программу, например, управляющую программу, приведенную в качестве примера на фиг. 5, что позволяет поворачивать узел датчика ТЧ в зависимости от действующих условий движения потока отработавших газов. Здесь поворот узла датчика ТЧ может содержать поворот узла для того, чтобы дать возможность отработавшим газам проходить внутрь корпуса, через отверстие к элементу датчика, двигаясь в направлении, противоположном направлению движения потока отработавших газов в выпускном патрубке. В результате, частицы сажи в отработавших газах имеют возможность откладываться на электродах, сформированных на элементе датчика. Пример зависимости между направлением движения потока отработавших газов, положением поворотного узла датчика ТЧ и выходным сигналом узла показан на фиг. 9. Контроллер имеет возможность периодически очищать узел датчика ТЧ (фиг. 6) для обеспечения дальнейшего измерения количества ТЧ. Кроме того, контроллер может быть выполнен с возможностью выполнять управляющую программу, например, управляющую программу, показанную в качестве примера на фиг. 7, для регенерации выпускного фильтра твердых частиц на основе промежутка времени между регенерациями датчика ТЧ. Пример диагностики фильтра показан на фиг. 8. Таким образом, может быть улучшено функционирование датчика ТЧ, позволяющее оценить возможности фильтрации ДСФ (и таким образом, обнаружить утечки ДСФ).
На фиг. 1 показана схема системы 6 автомобиля. Система 6 автомобиля содержит систему 8 двигателя. Система 8 двигателя может содержать двигатель 10, имеющий несколько цилиндров 30. Двигатель 10 содержит впускную систему 23 двигателя и выпускную систему 25 двигателя. Впускная система 23 двигателя содержит дроссель 62, имеющий связь по текучей среде с впускным коллектором 44 двигателя через впускной патрубок 42. Выпускная система 25 двигателя содержит выпускной коллектор 48, переходящий в выпускной патрубок 35, имеющий возможность направлять отработавшие газы в атмосферу. Дроссель 62 может быть расположен во впускном патрубке 42 ниже по потоку от устройства наддува, такого как турбонагнетатель (не показанный на схеме), и выше по потоку относительно дополнительного охладителя (не показанного на схеме). При использовании, дополнительный охладитель может быть выполнен с возможностью уменьшать температуру впускного воздуха, сжатого устройством наддува.
Выпускная система 25 может содержать одно или несколько устройств 70 снижения токсичности отработавших газов, которые могут быть установлены в непосредственной близости друг от друга в выпускной системе. Одно или несколько устройств снижения токсичности отработавших газов могут содержать трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, фильтр NOx для обедненной смеси, избирательный каталитический нейтрализатор ИКН (SCR) и т.д. Выпускная система 25 двигателя может также содержать дизельный сажевый фильтр (ДСФ) 102, выполненный с возможностью временно отфильтровывать твердые частицы из поступающих газов и размещенный выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Например, как изображено, ДСФ 102 представляет собой систему улавливания твердых частиц в дизельных отработавших газах. ДСФ 102 может иметь монолитную структуру, например, из кордиерита или карбида кремния, с набором каналов внутри, для фильтрации твердых частиц в отработавших газах при использовании дизельного топлива. Характеристики отработавших газов в выпускной системе, после очистки от ТЧ при прохождении через ДСФ 102, могут быть измерены датчиком 106 ТЧ, и затем отработавшие газы могут быть обработаны в устройстве 70 снижения токсичности отработавших газов и выброшены в атмосферу через выпускной патрубок 35. В изображенном примере датчик 106 ТЧ представляет собой резистивный датчик, позволяющий оценить эффективность фильтрации ДСФ 102 на основе изменения проводимости, измеренной на электродах датчика ТЧ. Схема 200 датчика 106 ТЧ показана на фиг. 2, как раскрыто более подробно ниже.
Система 6 автомобиля может также содержать управляющую систему 14. Показано, что управляющая система 14 получает информацию от нескольких датчиков 16 (различные примеры которых раскрыты здесь) и посылает сигналы управления нескольким приводам 81 (различные примеры которых раскрыты здесь). Например, датчики 16 могут содержать датчик 126 расхода отработавших газов, выполненный с возможностью измерять расход отработавших газов, проходящих через выпускной патрубок 35, датчик отработавших газов (расположенный в выпускном коллекторе 48), температурный датчик 128, датчик 129 давления (расположенный ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов) и датчик 106 ТЧ. Другие датчики, например, дополнительные датчики для измерения давления, температуры, воздушно-топливного отношения, расхода и состава отработавших газов могут быть расположены в различных местах в системе 6 автомобиля. В качестве другого примера приводы могут содержать топливные инжекторы 66, дроссель 62, клапаны ДСФ, выполненные с возможностью управлять регенерацией фильтра (не показаны на схеме), электропривод, имеющий возможность управлять поворотом узла датчика ТЧ, выключателем электрической цепи и т.д. Управляющая система 14 может содержать контроллер 12. Контроллер 12 может быть выполнен с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти. Контроллер 12 имеет возможность получать сигналы от различных датчиков, показанных на фиг. 1, обрабатывать эти сигналы и использовать различные приводы, показанные на фиг. 1, для управления работой двигателя на основе полученных сигналов и с использованием инструкций, сохраненных в памяти контроллера. Например, во время работы датчика ТЧ, с целью накопления твердых частиц сажи, контроллер может посылать сигнал управления в электрическую цепь для того, чтобы приложить напряжение к электродам элемента датчика в узле датчика ТЧ, что позволяет уловить заряженные твердые частицы на поверхности электродов датчика в элементе датчика. В качестве другого примера, во время регенерации узла датчика ТЧ, контроллер может послать сигнал управления на схему регенерации для того, чтобы замкнуть выключатель в схеме регенерации на некоторый пороговый промежуток времени, чтобы приложить напряжение к нагревательному элементу, соединенному с электродами, с целью нагреть электроды элемента датчика. Таким образом, электроды могут нагреть для того, чтобы сжечь частицы сажи, осажденные на поверхности электродов. В еще одном примере контроллер может поворачивать узел датчика ТЧ, соединенный с выпускным патрубком, для того, чтобы увеличить накопление твердых частиц на элементе датчика. Поворот узла датчика ТЧ содержит управление электроприводом, соединенным с узлом, для того, чтобы повернуть узел на пороговое значение, в зависимости от действующих условий движения потока отработавших газов. Здесь контроллер может управлять мотором, чтобы управлять величиной поворота узла. Таким образом, узел датчика ТЧ могут повернуть таким образом, чтобы наибольшее количество отработавших газов имело возможность пройти внутрь узла за счет области более высокого статического давления, существующей рядом с узлом. Пример управляющих программ, раскрытых здесь, приведен на фиг. 5-7.
На фиг. 2 показана схема 200 примера варианта реализации узла 202 датчика твердых частиц (например, датчика 106 ТЧ, показанного на фиг. 1). Узел 202 датчика ТЧ может быть выполнен с возможностью измерять массу и/или концентрацию ТЧ в отработавших газах, и, таким образом, может быть соединен с выпускным патрубком 206 или с выхлопной трубой (например, с выпускным патрубком 35, показанным на фиг. 1) выше по потоку или ниже по потоку относительно дизельного сажевого фильтра (например, ДСФ 102 показанного на фиг. 1).
На схеме 200 узел 202 датчика ТЧ расположен внутри выпускного патрубка 206, где отработавшие газы имеют возможность проходить (вдоль оси X) из области ниже по потоку от дизельного сажевого фильтра к выхлопной трубе, как обозначено стрелками 228. Поток отработавших газов имеет возможность проходить от верхней по потоку стороны узла 202 датчика ТЧ к нижней по потоку стороне узла, как показано на фиг. 2 в направлении, обозначенном стрелкой 228. Здесь нижняя по потоку сторона расположена ближе к выхлопной трубе.
Узел 202 датчика ТЧ (здесь также называемый узлом или датчиком ТЧ) содержит полую цилиндрическую трубку (здесь также называемую корпусом) 204 диаметром D, расположенную внутри выпускного патрубка 206. Наибольшая часть корпуса 204 проходит на длину L1 внутрь выпускного патрубка 206, в то время как меньшая часть корпуса 204 (длиной L2) остается вне выпускного патрубка 206. Полная длина корпуса L определяется как L=L1+L2. Здесь центральная ось Y-Y' корпуса 204 перпендикулярна к направлению движения потока отработавших газов внутри выпускного патрубка 206 (обозначенному стрелкой 228). Корпус 204 представляет собой внешнюю защитную трубку, защищающую элемент 218 датчика, расположенный внутри нее. Корпус 204 соединен, с возможностью вращения, с верхней частью 208 выпускного патрубка 206 при помощи подшипника 212, расположенного между выступом датчика или крышкой 210 и корпусом 204. Более подробно, меньшая часть корпуса 204 соединена с крышкой 210 датчика, а подшипник 212 расположен между меньшей частью корпуса 204 и крышкой 210 датчика. В частности, подшипник 212 расположен между тремя поверхностями: внутренней поверхностью крышки 210 датчика, наружной поверхностью корпуса 204 и наружной поверхностью уплотнительного кольца 214. Здесь уплотнительное кольцо 214 удерживает прокладку 216, герметизирующую узел 202 датчика ТЧ таким образом, что не образуется какой-либо утечки отработавших газов из верхней части узла 202.
Подшипник 212 обеспечивает вращательное движение узла 202 датчика ТЧ вокруг центральной оси Y-Y' относительно выпускного патрубка 206. Таким образом, выпускной патрубок 206 неподвижен, а узел 202 датчика ТЧ имеет возможность поворачиваться внутри выпускного патрубка 206 при помощи подшипника 212. В частности, корпус 204, крышка 210 датчика, уплотнительное кольцо 214, прокладка 216 и элемент 218 датчика соединены вместе и имеют возможность поворачиваться совместно в качестве единого объекта внутри узла при помощи подшипника 212. Также подшипник 212 представляет собой устройство для снижения трения при перемещении двух частей относительно друг друга. В частности, подшипник 212 позволяет уменьшить трение между корпусом 204 и верхней частью 208 выпускного патрубка 206. Присоединение узла 202 датчика ТЧ к выпускному патрубку 206 позволяет увеличить скорость и эффективность поворота узла в выпускном патрубке 206. Могут использоваться различные виды подшипников без отступления от объема настоящего изобретения. Некоторые примеры подшипников могут содержать шарикоподшипники, роликовые подшипники, игольчатые подшипники, конические роликовые подшипники, сферические роликовые подшипники, упорные подшипники и т.п. Пример шарикоподшипника показан на фиг. 3А.
На фиг. 3А показан поперечный разрез 300 узла 202 датчика ТЧ в плоскости по линии А-А', показанной на фиг. 2. Здесь показаны поперечные сечения крышки 210 датчика и корпуса 204. Крышка 210 датчика содержит наружную поверхность 302 и внутреннюю поверхность 304. Расстояние между наружной поверхностью 302 и внутренней поверхностью 304 составляет толщину крышки 210 датчика. Крышка 210 датчика, как правило, выполняется из высокоплотной нержавеющей стали. Набор шариков 306 размещен вдоль окружности между внутренней поверхностью 304 крышки 210 датчика и корпусом 204. В частности, набор шариков подшипника расположен в кольцевом зазоре, сформированном между корпусом 204 и крышкой 210 датчика. Каждый шарик подшипника имеет преимущественно сферическую форму и находится в контакте с соседними шариками, а также с внутренней поверхностью 304 крышки 210 датчика и с наружной поверхностью корпуса 204. Например, радиус г каждого шарика подшипника и общее количество п шариков в подшипнике могут быть выбраны на основе радиусов крышки 210 датчика и корпуса 204. Кроме того, как раскрыто выше в отношении фиг. 2А, элемент 218 датчика установлен внутри корпуса 204 таким образом, что продольная ось элемента датчика совпадает с центральной осью Y-Y' корпуса 204. Таким образом, вариант реализации с набором шариков 306 в кольцевом зазоре между корпусом 204 обеспечивает возможность совместного поворота корпуса 204, элемента 218 датчика и крышки 210 датчика вокруг центральной оси Y-Y' (перпендикулярной плоскости чертежа в данном примере) и, соответственно, поворота относительно выпускного патрубка 206.
Элемент 218 датчика содержит подложку 230, присоединенную к диаметрально противоположным сторонам корпуса 204. Например, ширина, w подложки 230 может быть равна диаметру D корпуса 204 (например, w=D=2R1). Таким образом, противоположные стороны подложки 230 находятся в контакте с внутренними поверхностями корпуса 204. Здесь набор шариков 306 и подложка 230 находятся в контакте с внешней и внутренней поверхностями корпуса 204 соответственно. Из этого следует, что подложка 230 элемента 218 датчика не находится в прямом контакте с набором шариков 306. В другом примере ширина w подложки 230 может быть меньше, чем диаметр D корпуса (w<D), посредством чего подложка 230 может не находиться в контакте с внутренней поверхностью корпуса 204.
Подложку 230 элемента 218 датчика обычно могут выполнить из материалов с высокими электроизолирующими свойствами. Возможные электроизолирующие материалы могут содержать оксиды, например, оксид алюминия, оксид циркония, оксид иттрия, оксид лантана, кварц и комбинации, содержащие по меньшей мере один из вышеуказанных материалов или любой материал, обладающий электроизолирующими свойствами.
Электроды 232 сформированы вдоль первой поверхности подложки 230, а нагревательный элемент 234 сформирован вдоль второй, противоположной, поверхности подложки 230. Частицы сажи в отработавших газах могут накапливаться на электродах 232, сформированных на подложке 230 элемента 218 датчика. Электроды 232 представляют собой пару гребенчатых электродов. Например, пара гребенчатых электродов может содержать отдельные плоские электроды, формирующие структуру «расчески». Эти электроды обычно могут выполнить из металлов, например, платины, золота, осмия, родия, иридия, рутения, алюминия, титана, циркония и т.п., а также из оксидов, цементов, сплавов и комбинации, содержащей по меньшей мере один из вышеуказанных металлов. Каждый электрод гребенчатой пары может быть выполнен из того же самого или другого материала, по сравнению с другим электродом пары. Интервал между «зубцами расчески» для этих двух электродов обычно может находиться в диапазоне от 10 микрометров до 100 микрометров с шириной линии каждого отдельного «зубца», имеющей одинаковое значение, хотя последнее не является необходимым. Положительный электрод гребенчатой пары электродов 232 соединен с положительным контактом источника 316 напряжения в электрической цепи 308 посредством соединительного провода 310. Аналогичным образом отрицательный электрод гребенчатой пары электродов 232 соединен с измерительным устройством 314 посредством соединительного провода 312 и далее соединен с отрицательным контактом источника 316 напряжения в электрической цепи 308. Взаимосвязанные провода 310 и 312, источник 316 напряжения и измерительное устройство 314 являются частью электрической цепи 308 и размещены вне выпускного патрубка 206 (например, на расстоянии меньше 1 метра). Кроме того, источником напряжения 316 и измерительным устройством 314 в электрической цепи 308 может управлять контроллер, например, контроллер 12, показанный на фиг. 1, таким образом, чтобы твердые частицы, накопленные в узле 202 датчика ТЧ, могли, например, использоваться для диагностики утечек в ДСФ. Также, измерительное устройство 314 может быть любым устройством, способным к измерению сопротивления (или тока) на электродах, например, представлять собой вольтметр (или амперметр). По мере осаждения ТЧ или частиц сажи между гребенчатой парой электродов 232, ток, измеренный между электродами 232, может начать увеличиваться, что могут измерить при помощи измерительного устройства 314. Контроллер 12 имеет возможность определить этот ток и вычислить соответствующее количество осажденных ТЧ или количество накопленной сажи на гребенчатых электродах 232 в элементе 218 датчика в узле 202 датчика ТЧ. Контроль количества накопленных частиц на элементе 218 датчика позволяет определять степень накопления сажи отработавших газов ниже по потоку от ДСФ, и, таким образом, позволяет осуществлять диагностику ДСФ и контролировать его исправность и функционирование.
Для накопления твердых частиц на электродах элемента датчика могут быть использованы различные геометрические конфигурации электродов датчика и/или подложки. Например, может быть использована конструкция с круглой подложкой с гребенчатыми концентрическими или спиральными электродами. Также, раскрытые здесь электроды могут быть сформированы на той же самой подложке, но отделены зазором от поверхности подложки. В некоторых примерах конструкций электроды могут быть сформированы на различных подложках и могут быть подвешены внутри корпуса таким образом, что электроды будут расположены друг перед другом. Отработавшие газы могут быть направлены в этот зазор, и частицы сажи могут накапливаться в зазоре между электродами.
Элемент 218 датчика дополнительно содержит нагревательный элемент 234, встроенный в подложку датчика 230. Нагревательный элемент 234 может содержать, но без ограничения этим, температурный датчик и нагреватель. Возможные материалы для нагревателя и температурного датчика, формирующих нагревательный элемент, могут содержать платину, золото, палладий и т.п.; а также сплавы, оксиды и комбинации, содержащие по меньшей мере один из вышеуказанных материалов, с платиной/оксидом алюминия, платиной/палладием, платиной и палладием. Нагревательный элемент могут использовать для регенерации элемента 218 датчика. В частности, в том случае, когда количество накопленных твердых частиц или накопленной сажи на элементе 218 датчика больше порогового значения количества, нагревательным элементом могут управлять для того, чтобы сжечь накопленные частицы сажи на поверхности датчика. Во время регенерации датчика ТЧ контроллер 12 может подать напряжение к источнику напряжения 324, необходимому для работы нагревательного элемента 234 и соединенному с нагревательным элементом 234 посредством соединительных проводов 320 и 322. Кроме того, контроллер может замкнуть выключатель 318 на пороговый промежуток времени, чтобы подать напряжение через источник напряжения 324 к нагревательному элементу 234 с целью повысить температуру нагревательного элемента 234. Впоследствии, когда электроды датчика достаточно очищены, контроллер может разомкнуть выключатель 318, чтобы прекратить нагрев нагревательного элемента 234. Периодическая регенерация элемента 218 датчика позволяет восстановить состояние датчика (например, полное или только частичное отсутствие накопленных частиц), более подходящее для сбора сажи отработавших газов. Кроме того, регенерация датчика позволяет получить точную информацию, имеющую отношение к количеству сажи в отработавших газах, причем эту информацию может использовать контроллер для диагностики утечек в фильтре твердых частиц.
На фиг. 2 показана схема 200 элемента 218 датчика, подвешенного в верхней части корпуса 204. Например, элемент 218 датчика может быть вставлен в верхнюю часть корпуса 204 таким образом, чтобы наибольшая часть элемента 218 датчика проходила на длину L1 внутри корпуса 204. Часть подложки может оставаться вне выпускного патрубка. Также, элемент 218 датчика проходит вдоль оси Y, параллельной центральной оси Y-Y' корпуса 204 и перпендикулярной центральной оси (параллельной оси X) выпускного патрубка 206.
Корпус 204 имеет возможность создавать изменение статического давления вдоль его протяженности и, таким образом, отработавшие газы, проходящие внутри выпускного патрубка 206, могут испытывать изменения статического давления внутри или около узла 202 датчика ТЧ. В частности, во время прохождения отработавших газов от стороны, расположенной выше по потоку, к стороне 220, расположенной ниже по потоку от узла датчика ТЧ, может быть создано более высокое статическое давление у нижней по потоку стороны по сравнению с внешними боковыми поверхностями (например, боковыми поверхностями, расположенными вне плоскости чертежа и в плоскости чертежа) 220 узла датчика ТЧ. Более высокое статическое давление в области ниже по потоку может обеспечить более легкое затягивание отработавших газов в узел датчика ТЧ. В раскрытых здесь конструкциях вход для потока или отверстие может преимущественно располагаться в области ниже по потоку, чтобы затянуть больше отработавших газов в узел датчика ТЧ через вход для потока (как раскрыто подробно для фиг. 3В).
Кроме того, весь узел 202 датчика ТЧ имеет возможность вращения внутри выпускного патрубка. Также, поворот узла 202 датчика ТЧ может представлять собой пассивное вращение или активное вращение. Пассивное вращение узла 202 датчика ТЧ соответствует возможности датчика ТЧ подвергаться воздействию потока отработавших газов (то есть таким условиям, как расход отработавших газов, направление потока отработавших газов, и т.п.) и автоматически вращаться в зависимости от действующих условий движения потока отработавших газов и занимать положение, обеспечивающее расположение входа для потока на нижней по потоку стороне, как раскрыто выше. Пассивное вращение узла 202 датчика ТЧ внутри выпускного патрубка обеспечено дополнительными направляющими пластинами, которые могут быть установлены на узел 202 датчика ТЧ, как раскрыто ниже.
Корпус 204 может дополнительно содержать пару параллельных направляющих пластин 220, присоединенных на одной стороне корпуса 204. В частности, пара направляющих пластин 220 присоединена к части корпуса 204, проходящей внутри выпускного патрубка 206. Вход для потока или отверстие (не изображенное на схеме 200, но видимое на поперечном разрезе 350 на фиг. 3В), может быть сформировано в корпусе 204 между парой направляющих пластин 220. Отработавшие газы, проходящие внутри выпускного патрубка 206, имеют возможность отклонять направляющие пластины 220 и смещать направляющие пластины 220 в нижнюю по потоку сторону в выпускном патрубке 206. Так как направляющие пластины 220 соединены с корпусом 204 и, кроме того, корпус установлен с возможностью вращения в выпускном патрубке 206 с использованием подшипника 212, то при отклонении направляющих пластин 220 к нижней по потоку стороне, весь узел 202 датчика ТЧ имеет возможность автоматически поворачиваться на подшипнике 212. Здесь функционирование направляющих пластин 220 в выпускном потоке может происходить аналогично функционированию пластин анемометров. В то время как ветер отклоняет пластины анемометров, размещенных на крышах зданий, здесь поток отработавших газов внутри выпускного патрубка имеет возможность отклонять направляющие пластины и, таким образом, автоматически поворачивать узел 202 внутри выпускного патрубка 206.
Отклонение направляющих пластин 220 может обеспечивать поворот узла 202 датчика ТЧ на подшипнике 212 вокруг центральной оси Y-Y'. Угол поворота узла 202 датчика ТЧ зависит от действующих условий движения потока отработавших газов, например, от расхода отработавших газов, направления движения потока отработавших газов и т.п. Например, когда направление движения потока отработавших газов изменяется, направляющие пластины 220 могут быть отклонены на некоторую величину, пропорциональную значению изменения направления движения потока. При увеличении изменения направления движения потока отклонение направляющих пластин также будет больше, и, таким образом, узел датчика ТЧ будет поворачиваться на больший угол. Аналогичным образом, когда изменение направления движения потока меньше, отклонение направляющих пластин будет меньше, и, таким образом, узел будет поворачиваться на меньший угол.
Отклонение или поворот узла 202 датчика ТЧ содержит поворот узла таким образом, что вход для потока имеет возможность расположиться на нижней по потоку стороне (как показано ниже на фиг. 3В). Как раскрыто ранее, на нижней по потоку стороне существует более высокое статическое давление, и, таким образом, отработавшие газы имеют возможность проходить внутрь узла датчика ТЧ через вход для потока, который имеет возможность автоматически перемещаться на нижнюю по потоку сторону, когда поступающие отработавшие газы отклоняют направляющие пластины 220. Направляющие пластины 220 могут дополнительно содержать набор отверстий или отверстия 222, сформированные вдоль направляющих пластин 220. Набор отверстий 222, сформированных на направляющих пластинах 220, выполнен с возможностью пропускать отработавшие газы внутри выпускного патрубка 206, как раскрыто подробно на фиг. 3В.
На фиг. 3В, показан поперечный разрез 350 узла 202 датчика ТЧ в плоскости вдоль линии В-В', показанной на фиг. 2. Здесь показано поперечное сечение корпуса 204, содержащего элемент 218 датчика и пару направляющих пластин 220 с отверстиями.
Корпус 204 имеет круглое поперечное сечение и содержит вход 356 для потока (здесь также называемый отверстием или вырезом), сформированный только на одной стороне корпуса 204. Пара направляющих пластин 220 установлена на корпусе 204 на той же самой стороне, где расположен вход 356 для потока. В частности, пара направляющих пластин 220 содержит первую направляющую пластину 352, присоединенную к первому концу 358 входа 356 для потока, и вторую направляющую пластину 354, присоединенную ко второму, противоположному, концу 360 входа 356 для потока. Первая направляющая пластина 352 отделена от второй направляющие пластины 354 зазором 362. Зазор 362 между парой параллельных направляющих пластин 220 равен ширине входа 356 для потока. Здесь, расстояние между первым концом 358 и вторым концом 360 входа 356 для потока составляет ширину входа 356 для потока. Таким образом, вход 356 для потока сформирован на одной стороне корпуса 204, смежной с зазором 362, сформированным между парой направляющих пластин 220.
Как раскрыто ранее, пара направляющих пластин 220 содержит набор отверстий 222. На поперечном разрезе 350 показано первое отверстие 364 из набора отверстий 222, сформированных на первой направляющей пластине 352, и второе отверстие 368 из набора отверстий 222, сформированных на второй направляющей пластине 354. Отверстия 364 и 368 обозначены пунктиром. Например, набор отверстий 222, сформированный на направляющих пластинах 220, расположен ближе к входу 356 для потока. То есть, первое отверстие 364 первой направляющей пластины 352 сформировано ближе к входу 356 для потока, и, аналогичным образом, второе отверстие 368 второй направляющей пластины 354 сформировано ближе к входу 356 для потока. Например, первое отверстие 364 и второе отверстие 368 могут иметь похожие размеры и форму и могут быть дополнительно выровнены друг относительно друга. В другом примере первое и второе отверстие могут не иметь похожий размер и форму (например, радиус первого отверстия может быть больше или меньше радиуса второго отверстия) и могут не быть выровнены друг относительно друга.
Набор отверстий 222, сформированных на направляющих пластинах 220, используется для пропуска отработавших газов, проходящих внутри выпускного патрубка (вдоль оси X, как обозначено стрелками 228), и направления отработавших газов в зазор 362 между парой направляющих пластин 220. Кроме того, набор отверстий 222 имеет возможность направлять отработавшие газы в зазор 362 в перпендикулярном направлении (вдоль оси Z, как обозначено стрелками 370 и 371) к направлению движения потока отработавших газов внутри выпускного патрубка. Следует учитывать, что направление движения потока отработавших газов в зазоре 362 при прохождении через первое отверстие 364 в первой направляющей пластине 352 (как обозначено стрелкой 371) противоположно направлению движения потока отработавших газов в зазоре 362 при прохождении через второе отверстие 368 во второй направляющей пластине 354 (как обозначено стрелкой 370). Отработавшие газы внутри зазора 362 между направляющими пластинами 220 имеют возможность проходить к входу 356 для потока в направлении, противоположном (как обозначено стрелкой 372) направлению движения потока отработавших газов внутри выпускного патрубка (как обозначено стрелкой 228).
Следует учитывать, что направление движения потока отработавших газов к входу 356 для потока является также перпендикулярным к направлению движения отработавших газов в зазор 362 через набор отверстий 222.
Отработавшие газы, проходящие к входу 356 для потока, затем имеют возможность попасть внутрь корпуса 204 через вход 356 для потока, к элементу 218 датчика, подвешенному внутри корпуса 204. В частности, отработавшие газы имеют возможность попадать внутрь корпуса 204 из зазора 362 через вход 356 для потока, в направлении, противоположном направлению движения отработавших газов внутри выпускного патрубка. Внутри корпуса 204 элемент 218 датчика подвешен таким образом, что электроды 232, сформированные на подложке 230, расположены перед входом 356 для потока. Таким образом, отработавшие газы, попадающие в корпус 204 через вход 356 для потока, имеют возможность проходить к электродам 232 в направлении, противоположном направлению движения отработавших газов внутри выпускного патрубка (стрелка 228). Таким образом, частицы сажи, содержащиеся в отработавших газах, имеют возможность накапливаться на электродах 232 и обеспечивать генерацию выходного сигнала узла 202 датчика ТЧ. На основе выходного сигнала узла 202 датчика ТЧ могут оценить возможности фильтрации фильтра твердых частиц, размещенного выше по потоку относительно узла 202 датчика ТЧ, как раскрыто ниже с использованием фиг. 8.
Основное назначение узла 202 датчика ТЧ с возможностью поворота внутри выпускного патрубка состоит в позиционировании узла 202 датчика ТЧ таким образом, что вход 356 для потока оказывается расположенным на нижней по потоку стороне, где статическое давление выше. В результате большее количество отработавших газов имеет возможность проходить в узел через отверстия в направляющей пластине, и, следовательно, большее количество отработавших газов может проходить внутрь узла датчика ТЧ. Таким образом, большее количество твердых частиц в отработавших газах может быть обнаружено элементом датчика, обращенным к входящему потоку отработавших газов. Таким образом, может быть увеличена чувствительность узла датчика ТЧ к обнаружению поступающих твердых частиц сажи. Отработавшие газы внутри корпуса 204 могут затем быть направлены к выходу 224, расположенному в нижней части корпуса 204. Например, выход 224 может представлять собой круглое отверстие меньшего или равного диаметра по сравнению с диаметром D корпуса 204.
Таким образом, пример датчика твердых частиц (ТЧ) содержит защитную трубку или корпус, содержащий элемент датчика, пару пластин с отверстиями, причем указанная пара пластин соединена с одной стороной защитной трубки, а пластины отделены друг от друга зазором, вход для потока, сформированный на одной стороне защитной трубки, причем вход для потока, является смежным с зазором и размещен между парой пластин, элемент датчика, обращенный к входу для потока, крышку датчика и уплотнительное кольцо, соединенное с защитной трубкой в выхлопной трубе и подшипник, расположенный между внутренней поверхностью крышки датчика и наружной поверхностью уплотнительного кольца, прикрепляющий датчик ТЧ к выхлопной трубе с возможностью поворота. Дополнительно или в качестве альтернативы, подшипник может быть выполнен с возможностью обеспечения поворота датчика ТЧ вдоль центральной оси датчика ТЧ, перпендикулярной к направлению движения потока отработавших газов внутри выхлопной трубы. Дополнительно или в качестве альтернативы, пара пластин может содержать параллельные друг другу пластины и дополнительно параллельные направлению движения отработавших газов внутри выхлопной трубы. Дополнительно или в качестве альтернативы, отверстия в паре пластин могут быть выполнены с возможностью пропускать отработавшие газы из выхлопной трубы, направлять полученные отработавшие газы в зазор в направлении, перпендикулярном к направлению движения потока отработавших газов внутри выхлопной трубы, и затем направлять отработавшие газы из зазора к элементу датчика через вход для потока, сформированный в защитной трубке, где вход для потока выполнен с возможностью направлять отработавшие газы из зазора к элементу датчика в направлении, противоположном направлению движения отработавших газов внутри выхлопной трубы. Дополнительно или в качестве альтернативы, выход в конце защитной трубки может быть выполнен с возможностью направлять отработавшие газы из датчика ТЧ в выхлопную трубу в перпендикулярном направлении к направлению движения отработавших газов внутри выхлопной трубы. Дополнительно или в качестве альтернативы, узел датчика ТЧ может содержать контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти для приложения первого напряжения к паре электродов, сформированных на первой поверхности элемента датчика, для накопления твердых частиц отработавших газов на паре электродов, с оценкой количества твердых частиц на элементе датчика на основе тока, создаваемого в элементе датчика, и, в качестве реакции на количество твердых частиц, превышающее пороговое количество, приложение второго напряжения к нагревательному элементу, сформированному на второй, противоположной, поверхности элемента датчика, с целью регенерации датчика.
Как раскрыто выше, поступающие отработавшие газы имеют возможность отклонять направляющие пластины 220 и поворачивать узел 202 датчика ТЧ пассивным образом внутри выпускного патрубка, чтобы переместить вход для потока на нижнюю по потоку сторону. Однако может применяться активный поворот узла датчика ТЧ посредством мотора, как раскрыто ниже.
На фиг. 2 показано, что узел 202 датчика ТЧ факультативно содержит мотор 238 с управлением от контроллера (например, от контроллера 12, показанного на фиг. 1). Например, мотор 238 может представлять собой электродвигатель. В другом примере мотор для приведения в движение узла 202 датчика ТЧ может представлять собой мотор/привод другого типа, имеющий электронную связь с контроллером 12.
Контроллер 12 может послать сигналы мотору 238 для поворота узла 202 датчика ТЧ. Эти сигналы могут содержать команды для поворота узла 202 датчика ТЧ в направлении по часовой стрелке или против часовой стрелки вокруг центральной оси Y-Y'. Узел 202 датчика ТЧ имеет возможность поворачиваться вокруг центральной оси Y-Y' внутри выпускного патрубка 206 за счет подшипника 212 в зависимости от предполагаемых и/или измеренных условий движения потока отработавших газов. Условия движения потока отработавших газов могут содержать одно или более из следующего: направление движения отработавших газов, расход отработавших газов, накопление сажи на узле датчика, температура отработавших газов и т.п.Условия движения потока отработавших газов могут оценить на основе сигналов датчиков, установленных в выпускном патрубке. Кроме того, контроллер может определить условия движения потока отработавших газов, определить необходимый угол поворота и затем управлять мотором, чтобы повернуть узел датчика ТЧ на требуемый угол. Поворот узла датчика ТЧ содержит приведение в действие мотора 238 с целью повернуть узел 202 вокруг центральной оси Y-Y', чтобы расположить вход для потока (вход 356 для потока, показанный на фиг. 3В) на нижней по потоку стороне, то есть ориентировать его в направлении, противоположном направлению движения поступающих отработавших газов. Преимущество расположения входа для потока на нижней по потоку стороне состоит в том, что статическое давление больше на нижней по потоку стороне, и большее количество отработавших газов может пройти через вход для потока и поступить к элементу 218 датчика, размещенному внутри корпуса 204.
Таким образом, узел датчика ТЧ в качестве примера может факультативно содержать мотор и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти для приведения в действие мотора, с целью поворота узла датчика ТЧ таким образом, что вход для потока оказывается на нижней по потоку стороне от узла датчика ТЧ, что позволяет направить отработавшие газы внутрь узла датчика ТЧ через вход для потока в направлении, противоположном направлению движения отработавших газов внутри выхлопной трубы.
Например, контроллер может определить направление движения потока отработавших газов внутри выпускного патрубка на основе сигналов, полученных от одного или нескольких датчиков, таких как датчики расхода, температурные датчики и датчики давления, размещенные в различных местах вдоль выпускного патрубка. При изменении направления потока отработавших газов контроллер 12 может приводить в действие мотор 238 для поворота узла 202 датчика ТЧ. Во время поворота узла 202 датчика ТЧ контроллер 12 может дополнительно контролировать сигнал узла 202 датчика ТЧ. Например, контроллер 12, управляя мотором 238, может поворачивать узел 202 датчика ТЧ на ту же величину, на которую изменяется направление движения потока отработавших газов. Также, угол поворота узла 202 датчика ТЧ могут увеличивать шагами, чтобы достигнуть желаемого угла поворота, или могут выполнить один быстрый поворот на требуемый угол. В другом примере контроллер 12 может поворачивать узел 202 датчика ТЧ до тех пор, пока мгновенное значение накопления сажи на датчике ТЧ не станет максимальным. Например, можно определить мгновенное значение накопления сажи в узле 202 датчика ТЧ во время поворота. Узел 202 датчика ТЧ имеет возможность поворачиваться в первом направлении с меньшими приращениями. Если мгновенное значение накопления сажи в следующем положении больше значения накопления сажи в предыдущем положении, то узел 202 датчика ТЧ могут поворачивать с меньшим приращением в том же самом направлении. Однако если на следующем приращении поворота мгновенное значение накопления сажи меньше ранее измеренного значения накопления сажи, то узел 202 датчика ТЧ могут повернуть в противоположном направлении, то есть узел 202 датчика ТЧ могут вернуть к предыдущему положению, выполнив поворот на тот же самый угол, но в противоположном направлении. Таким образом, узел 202 датчика ТЧ могут поворачивать таким образом, что вход для потока может адаптивным образом изменять положение, что позволяет увеличить поток отработавших газов внутрь узла и, таким образом, увеличить чувствительность узла для обнаружения твердых частиц сажи в потоке отработавших газов. В примерах конструкций, где мотор соединен с узлом датчика ТЧ, направляющие пластины могут не быть присоединены к узлу. В таких примерах контроллер может активным образом поворачивать узел датчика ТЧ и автоматически позиционировать вход для потока на нижней по потоку стороне, обеспечивая, таким образом, поступление большего количества отработавших газов непосредственно в узел датчика ТЧ через вход для потока.
Также, отработавшие газы имеют возможность поступать на вход для потока, полностью изменяя направление потока, как показано на фиг. 4. На фиг. 4 показана схема 400 потоков отработавших газов через узел 402 датчика ТЧ, выполненный с возможностью вращения. В частности, схема 400 изображает отработавшие газы, проходящие в узел 402 датчика ТЧ через вход 422 для потока, сформированный вдоль одной стороны узла датчика ТЧ.
Узел 402 датчика ТЧ может представлять собой пример датчика 106 ТЧ, показанного на фиг. 1 и/или пример узла 202 датчика ТЧ, показанного на фиг. 2, 3А и 3В. Также, детали узла 402 датчика ТЧ могут быть аналогичны деталям узла 202 датчика ТЧ на схеме 200, раскрытого с использованием фиг. 2, 3А и 3В. Вход 422 для потока может представлять собой пример входа 356 для потока, показанного на фиг. 3В.
В качестве итога можно отметить, что узел 402 датчика ТЧ содержит полый цилиндрический корпус 404, установленный на выпускном патрубке 406 с возможностью вращения за счет подшипника (не изображенного на схеме 400), расположенного между выступом 408 датчика, корпусом 404 и выпускным патрубком 406. Например, набор шариков подшипника может быть расположен по окружности, что позволяет уменьшить трение при вращении узла 402 датчика ТЧ внутри выпускного патрубка 406.
Кроме того, узел 402 датчика ТЧ содержит элемент 410 датчика, вставленный в корпус 404. Элемент 410 датчика размещен внутри корпуса 404 таким образом, что электроды 424 элемента 410 датчика обращены по направлению к входу 422 для потока. Например, вход 422 для потока может содержать прямоугольную щель или вырез, продольная ось которого параллельна центральной оси Y-Y', причем длина щели может быть больше ширины щели. Могут использоваться различные формы и размеры выреза без отступления от объема настоящего изобретения. По обе стороны от входа 422 для потока могут быть установлены направляющие пластины 412 и 414 на корпусе 404. Здесь, направляющие пластины 412 и 414 отделены друг от друга зазором 416. Например, ширина зазора 416 может быть равна ширине входа 422 для потока. В других примерах ширина зазора 416 может быть меньше ширины входа 422 для потока.
Например, отработавшие газы могут проходить в направлении, обозначенном стрелками 426, вдоль оси X, то есть, в направлении, перпендикулярном центральной оси Y-Y'. В зависимости от направления потока отработавших газов узел 402 датчика ТЧ может поворачиваться внутри выпускного патрубка. Как раскрыто выше, поворот может представлять собой пассивное вращение, за счет движения потока отработавших газов, воспринимаемого направляющими пластинами 412 и 414, или может представлять собой активное вращение, инициированное контроллером (таким как контроллер 12, показанный на фиг. 1, 2, 3А и 3В). Основное назначение поворота, как активного, так и пассивного, состоит в том, что вход 422 для потока оказывается расположенным таким образом, чтобы отработавшие газы имели возможность поступать на вход 422 для потока в направлении, противоположном направлению движения потока отработавших газов внутри выпускного патрубка.
Как раскрыто выше, направляющие пластины 412 и 414 содержат набор отверстий, выполненных с возможностью пропускать отработавшие газы, проходящие внутри выпускного патрубка. Здесь, набор отверстий 418 может быть сформирован вдоль края направляющей пластины 412, расположенного ближе к входу 422 для потока. Набор отверстий может содержать отверстия различных форм и размеров, без отступления от объема настоящего изобретения.
Набор отверстий 418, сформированных на направляющей пластине 412, может пропускать отработавшие газы, проходящие внутри выпускного патрубка 406, и может направить поступающие отработавшие газы сначала в зазор 416 (как обозначено стрелкой 427), сформированный между направляющими пластинами 412 и 414, а затем к входу 422 для потока (как обозначено стрелкой 430). Направление движения потока отработавших газов в зазоре 416 от набора отверстий 418 перпендикулярно к направлению движения потока отработавших газов внутри выпускного патрубка 406 (как обозначено стрелкой 426). Направление движения потока отработавших газов от зазора 416 внутрь корпуса 404 через вход 422 для потока (стрелка 430) противоположно направлению движения потока отработавших газов внутри выпускного патрубка 406 (стрелка 426). Аналогичным образом, набор отверстий 420, сформированный на направляющей пластине 414, может пропускать отработавшие газы, проходящие внутри выпускного патрубка 406, и может направить поступающие отработавшие газы сначала в зазор 416 (как обозначено стрелкой 425), сформированный между направляющими пластинами 412 и 414, а затем к входу 422 для потока (как обозначено стрелкой 430). Направление движения потока отработавших газов к зазору 416 от набора отверстий 419 перпендикулярно направлению движения потока отработавших газов внутри выпускного патрубка 406 (как обозначено стрелкой 426). Направление движения потока отработавших газов к зазору 416 от набора отверстий 420 (стрелка 425) противоположно направлению движения потока отработавших газов к зазору через отверстия 418, сформированные на направляющей пластине 412 (стрелка 427). Независимо от того, как отработавшие газы проходят к зазору 416 (например, через отверстия 418 или через отверстия 420), движение потока отработавших газов внутри зазора 416 по направлению к входу 422 для потока (стрелка 430) противоположно направлению движения потока отработавших газов внутри выпускного патрубка (стрелка 426).
Рассмотрим случай, когда направление движения потока отработавших газов внутри выпускного патрубка изменяется (например, из-за изменения частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя, отключения цилиндров, времени срабатывания выпускного клапана, рециркулирования отработавших газов через различные патрубки и т.п.) от направления, обозначенного стрелками 426, к направлению, обозначенному стрелками 428. Например, направляющие пластины 412 и 414 могут быть повернуты в направлении по часовой стрелке, если направление движения потока отработавших газов изменяется от первого направления (обозначенного стрелками 426) ко второму направлению (обозначенному стрелками 428). В другом примере изменение направления движения потока отработавших газов от первого направления ко второму направлению может быть обнаружено на основе сигналов датчиков, соединенных с выпускным патрубком, как раскрыто выше. Также, когда направление движения потока отработавших газов изменяется от первого направления (стрелка 426) ко второму направлению (стрелка 428), узел 402 датчика ТЧ может повернуться вокруг центральной оси Y-Y' за счет подшипника, как обозначено стрелкой 438. Поворот узла 402 датчика ТЧ вокруг центральной оси Y-Y' содержит поворот узла в направлении по часовой стрелке от первого направления ко второму направлению таким образом, чтобы поток отработавших газов мог теперь проходить внутрь узла через вход 422 для потока в направлении, противоположном второму направлению (стрелка 428). Пример способа, выполняемого контроллером для поворота узла датчика ТЧ в зависимости от направления потока отработавших газов, раскрыт на фиг. 5. Пример зависимости между сигналом узла датчика ТЧ и направлением движения потока отработавших газов показан на фиг. 9.
Прежде чем перейти к фиг. 5, следует отметить, что на фиг. 1-4 показаны примеры вариантов реализации с относительным расположением различных компонентов. Если показано, что эти компоненты непосредственно соприкасаются друг с другом или непосредственно соединены, то такие элементы могут упоминаться как находящиеся в прямом контакте или непосредственно соединенные по меньшей мере в качестве примера. Аналогичным образом, элементы, показанные прилегающими или смежными по отношению друг к другу, могут быть названы таковыми по меньшей мере в качестве примера. Например, компоненты, расположенные в поверхностном контакте друг с другом, могут упоминаться, как имеющие поверхностный контакт. В другом примере элементы, расположенные отдельно друг от друга, зазором между ними и без каких-либо других компонентов, могут быть упомянуты как таковые по меньшей мере в качестве примера. В другом примере элементы, показанные расположенными выше/ниже друг друга, на противоположных сторонах относительно друг друга или справа/слева друг от друга, могут быть упомянуты как таковые, относительно друг друга. Кроме того, как показано на иллюстрациях, самый верхний элемент или самая верхняя точка элемента могут упоминаться как «верх» указанного компонента, а самый нижний элемент или самая нижняя точка элемента могут упоминаться как «низ» указанного компонента, по меньшей мере в качестве примера. Используемые здесь термины верх/низ, верхний/нижний, выше/ниже могут указываться относительно вертикальной оси на чертежах и применяться для указания положения элементов относительно друг друга на чертежах. Например, элементы, показанные выше других элементов, расположены выше других элементов по вертикали. В другом примере формы элементов, изображенных на чертежах, могут быть указаны как таковые (например, элементы, являющиеся круглыми, прямыми, плоскими, изогнутыми, скругленными, скошенными, угловыми и т.п.). Кроме того, элементы, показанные в пересечении друг с другом, могут быть указаны как пересекающиеся элементы или пересекающиеся друг с другом, по меньшей мере в одном примере. Кроме того, элемент, показанный внутри другого элемента или показанный за пределами другого элемента, может быть упомянут как таковой, только в качестве примера.
На фиг. 5 показан способ 500 для поворота узла датчика ТЧ (например, датчика 106 ТЧ, показанного на фиг. 1, и/или узла 202 датчика ТЧ, показанного на фиг. 2, и/или узла 402 датчика ТЧ, показанного на фиг. 4). В частности, узел датчика ТЧ может быть установлен с возможностью вращения на выпускной патрубок с использованием подшипника. Здесь, узел датчика ТЧ имеет возможность поворачиваться в зависимости от условий движения потока отработавших газов.
Инструкции для осуществления способа 500 и других способов 600 и 700, раскрытых здесь, могут быть выполнены контроллером, на основе инструкций, хранимых в памяти контроллера, и совместно с сигналами, получаемыми от датчиков системы двигателя, например, от датчиков, раскрытых выше с использованием фиг. 1. Контроллер может использовать приводы двигателя из системы двигателя для управления работой двигателя, согласно раскрытым ниже способам.
На шаге 502 способ 500 определяет и/или оценивает условия работы двигателя, в том числе, условия движения потока отработавших газов. Условия работы двигателя могут содержать, например, частоту вращения двигателя, направление движения потока отработавших газов, расход отработавших газов, температуру двигателя, воздушно-топливное отношение отработавших газов, температуру отработавших газов, промежуток времени (или пройденное автомобилем расстояние) с момента последней регенерации ДСФ, количество ТЧ на датчике ФТЧ, уровень наддува, внешние условия, такие как атмосферное давление и температура окружающей среды и т.д. Условия движения потока отработавших газов содержат оценку или измерение одного или более из следующего: количество накопленной сажи в узле датчика ТЧ, расход отработавших газов, направление движения потока отработавших газов, температуру отработавших газов и т.п. Например, контроллер может определить направление движения потока отработавших газов на основе сигналов одного или нескольких датчиков, с использованием, например, датчика расхода отработавших газов, температурного датчика отработавших газов, датчика ТЧ и т.п. Например, на основе изменения температуры отработавших газов, обнаруженного несколькими температурными датчиками, установленными в выпускном патрубке, контроллер может определить направление движения потока отработавших газов. В другом примере, на основе изменения расхода отработавших газов, обнаруженного датчиками расхода отработавших газов, установленными в выпускном патрубке, можно оценить направление движения потока отработавших газов. В еще одном примере, на основе количества накопленной сажи в узле датчика ТЧ, можно определить направление движения потока отработавших газов. Например, любые изменения сигналов вышеупомянутых датчиков могут использоваться для обнаружения изменения направления движения потока отработавших газов.
Способ 500 переходит к шагу 504, где может быть получен сигнал от поворотного узла датчика ТЧ. Здесь, угол поворота узла может измениться при изменении условий движения потока отработавших газов. Поворот узла датчика ТЧ содержит поворот узла на шаге 505, что позволяет направить отработавшие газы внутрь узла таким образом, чтобы отработавшие газы могли проходить внутрь узла во втором направлении, когда отработавшие газы проходят в первом направлении внутри выпускного патрубка. Здесь, второе направление противоположно первому направлению. Например, когда отработавшие газы имеют возможность проходить параллельно центральной оси вдоль выпускного патрубка, первое направление может быть указано как 0°. В таком примере узел датчика ТЧ имеет возможность поворачиваться вокруг центральной оси таким образом, чтобы отработавшие газы могли проходить внутрь узла после изменения направления движения на противоположное. Таким образом, отработавшие газы могут проходить внутрь узла в направлении 180° относительно центральной оси выпускного патрубка. Также, поворот узла датчика ТЧ содержит поворот узла за счет подшипника, вокруг центральной оси узла. Здесь, центральная ось узла ортогональна к центральной оси выпускного патрубка. Например, поворот может представлять собой пассивное вращение, где поток отработавших газов имеет возможность автоматически отклонять направляющие пластины, присоединенные к узлу. В качестве альтернативы, на шаге 506 способ 500 может содержать активное вращение узла датчика ТЧ, за счет действия мотора, присоединенного к узлу. Здесь, вращение посредством мотора содержит управление работой мотора с целью управления поворотом узла датчика ТЧ. Работой мотора могут управлять на основе сигналов одного или нескольких вышеупомянутых датчиков. Когда отработавшие газы имеют возможность двигаться в выпускном патрубке первом направлении, контроллер может поворачивать узел датчика ТЧ, управляя работой мотора таким образом, чтобы поворот узла позволял отработавшим газам проходить внутрь узла во втором, противоположном направлении.
Вращение узла датчика ТЧ (активное или пассивное), содержит поворот узла с использованием подшипника, с помощью которого узел установлен в выпускном патрубке, с целью направления отработавших газов в узел при выполнении шагов 508-516 способа, как раскрыто ниже.
На шаге 508 способ 500 содержит поворот узла для направления отработавших газов через набор отверстий, сформированных на направляющих пластинах вдоль одной стороны узла, к зазору, сформированному между направляющими пластинами. Здесь направляющие пластины представляют собой параллельные пластины, присоединенные к одной стороне узла (то есть, к цилиндрическому корпусу узла), и содержащие набор отверстий, выполненных с возможностью направлять отработавшие газы в направлении, перпендикулярном к первому направлению, в зазор, сформированный между направляющими пластинами.
Затем на шаге 510 способ 500 содержит направление отработавших газов из зазора в узел датчика ТЧ через отверстие, сформированное на одной стороне корпуса узла. В частности, отработавшие газы направляют из зазора в отверстие во втором противоположном направлении, причем второе направление противоположно первому направлению. Также, отверстие сформировано между направляющими пластинами на одной стороне корпуса и является смежным с зазором, сформированным между направляющими пластинами. Иными словами, зазор имеет связь по текучей среде с внутренней частью корпуса за счет отверстия, сформированного на одной стороне корпуса. Таким образом, отверстие корпуса размещено на нижней по потоку стороне, где статическое давление выше. Таким образом, увеличивают количество отработавших газов, имеющих возможность проходить внутрь узла через отверстие. Кроме того, крупные твердые частицы и капли воды в отработавших газах не могут быть подвержены воздействию повышенного статического давления и останавливаются направляющими пластинами. Таким образом, крупные твердые частицы и капли воды не могут попадать внутрь узла датчика ТЧ через отверстие, что уменьшает ошибки датчика из-за этих твердых частиц, которые, например, могли бы попадать на чувствительную поверхность электрода.
На шаге 512 способ 500 содержит направление отработавших газов через отверстие к элементу датчика. Здесь элемент датчика содержит электроды, сформированные на первой поверхности и нагревательный элемент, сформированный на второй, противоположной, поверхности. Элемент датчика подвешен внутри таким образом, что электроды обращены по направлению к отверстию. Например, длина измерительной части электродов датчика, по существу, равна протяженности отверстия. Таким образом, частицы сажи в отработавших газах могут быть направлены к электродам датчика. Затем способ 500 переходит к шагу 514.
На шаге 514 способ 500 содержит накопление ТЧ на электродах элемента датчика. Здесь, электроды могут содержать гребенчатые положительные и отрицательные электроды, сформированные на подложке элемента датчика. Контроллер имеет возможность прикладывать напряжение к электродам элемента датчика для накопления ТЧ на электродах. По мере осаждения ТЧ или частиц сажи между гребенчатыми электродами, ток, измеренный на электродах, может начать увеличиваться, что может быть определено измерительным устройством. Контроллер может определить значение тока и рассчитать соответствующее количество ТЧ или накопленной сажи на гребенчатых электродах элемента датчика в узле датчика ТЧ. Контроль количества отложений на элементе датчика позволяет определить количество накопленной сажи отработавших газов ниже по потоку от ДСФ, и, таким образом, может использоваться для диагностики и наблюдения за исправностью и работой ДСФ (как раскрыто на фиг. 7).
Затем способ 500 переходит к шагу 516. На шаге 516 способ 500 содержит направление отработавших газов из узла датчика ТЧ через выходное отверстие, сформированное в нижней части корпуса. Здесь, выходное отверстие выполнено с возможностью направлять отработавшие газы из узла датчика ТЧ таким образом, что отработавшие газы имеют возможность выходить через корпус в направлении, перпендикулярном как к первому направлению, так и ко второму направлению. Затем способ переходит к шагу 518.
На шаге 518 способ 500 содержит определение, выполнены ли условия регенерации элемента датчика. В частности, когда количество накопленной сажи на узле датчика ТЧ больше порогового количества, или когда сопротивление узла датчика ТЧ (с учетом температуры) уменьшается до порогового значения сопротивления, или когда ток узла датчика ТЧ больше порогового значения тока, условия регенерации датчика ТЧ можно считать выполненными. В некоторых примерах, если прошло пороговое значение времени, начиная с непосредственно предыдущей регенерации датчика, условие регенерации можно считать выполненным. Регенерация узла датчика ТЧ может потребоваться для обеспечения дальнейшего измерения количества ТЧ.
Если условия регенерации выполнены (например, ответ «ДА» на шаге 518), то способ 500 переходит к шагу 520, где узел датчика ТЧ могут регенерировать, выполнив способ, раскрытый на фиг. 6. В кратком изложении, регенерацию узла датчика ТЧ могут начать, нагрев датчик. Например, узел датчика ТЧ могут нагреть, приведя в действие нагревательный элемент, имеющий тепловой контакт с подложкой электродов датчика. Здесь, контроллер может замкнуть выключатель в схеме регенерации, что позволяет приложить напряжение к нагревательному элементу и обеспечить нагрев нагревательных элементов. Кроме того, контроллер не может прикладывать напряжение к электродам датчика во время регенерации датчика. Таким образом, электроды датчика не имеют возможности накапливать сажу во время регенерации датчика. Также, нагревательный элемент могут поддерживать в работающем состоянии, пока количество накопленной сажи датчика не будет уменьшено в достаточной степени за счет окисления углеродных частиц между электродами. Однако если условия регенерации датчика ТЧ не выполнены (например, ответ «НЕТ» на шаге 518), то способ переходит к шагу 522, где могут продолжать накопление твердых частиц на электродах датчика, и способ завершается.
Таким образом, пример способа содержит, во время движения отработавших газов через выпускной патрубок, генерацию сигнала поворотного узла датчика твердых частиц (ТЧ), соединенного с выпускным патрубком, причем изменение вращения поворотного узла датчика ТЧ происходит при изменении условий движения потока отработавших газов. Дополнительно или в качестве альтернативы, поворотный узел датчика ТЧ может содержать цилиндрический корпус, способный поворачиваться за счет подшипника вокруг центральной оси цилиндрического узла корпуса, с целью увеличить накопление твердых частиц на элементе датчика, подвешенном внутри цилиндрического корпуса, причем центральная ось перпендикулярна к направлению движения потока отработавших газов через выпускной патрубок. Дополнительно или в качестве альтернативы, поток отработавших газов через выпускной патрубок движется в первом направлении, причем поворотный узел датчика ТЧ, с целью увеличения накопления ТЧ, может содержать поворот узла датчика ТЧ для направления потока отработавших газов внутрь узла датчика ТЧ во втором направлении, противоположном первому направлению, причем отработавшие газы направляют внутрь узла датчика ТЧ через набор отверстий, сформированных на направляющих пластинах, установленных на цилиндрическом корпусе узла датчика ТЧ. Дополнительно или в качестве альтернативы, направляющие пластины могут содержать пару пластин, установленных вдоль одной стороны цилиндрического корпуса узла датчика ТЧ таким образом, чтобы между парой пластин был сформирован зазор. Дополнительно или в качестве альтернативы, отработавшие газы могут сначала направить в зазор через набор отверстий, затем из зазора в цилиндрический корпус через отверстие, сформированное на одной стороне цилиндрического корпуса, причем отверстие является смежным с зазором. Дополнительно или в качестве альтернативы, отработавшие газы могут направить из отверстия к элементу датчика, причем элемент датчика подвешен в верхней части цилиндрического корпуса, и причем ТЧ из отработавших газов накапливают на электродах, сформированных на первой поверхности элемента датчика, для генерации сигнала узла датчика ТЧ, причем первая поверхность ближе к отверстию цилиндрического корпуса. Дополнительно или в качестве альтернативы, отработавшие газы могут направить из узла датчика ТЧ через выходное отверстие, сформированное в нижней части цилиндрического корпуса. Дополнительно или в качестве альтернативы, вращение может содержать поворот при помощи привода, в зависимости от измеренных условий движения потока отработавших газов. Дополнительно или в качестве альтернативы, измеренные условия движения потока отработавших газов содержат одно или более из следующего: количество накопленной сажи, расход отработавших газов и температура потока отработавших газов в выпускной системе.
На фиг. 9 показана диаграмма 900, иллюстрирующая пример зависимости между направлением движения потока отработавших газов, положением поворотного узла датчика ТЧ и выходным сигналом узла датчика ТЧ. Первый график 902 диаграммы 900 изображает направление движения потока отработавших газов, по показаниям одного или нескольких датчиков, размещенных в различных местах внутри выпускного патрубка, то есть, датчика расхода, температурного датчика и т.п. Второй график 908 изображает положение поворотного узла датчика ТЧ относительно направления движения потока отработавших газов. Третий график 912 изображает сигнал поворотного узла датчика ТЧ. Пунктирная линия 910 изображает сигнал неподвижного узла датчика ТЧ, причем положение узла датчика ТЧ неподвижно относительно направления движения потока отработавших газов. Для каждого графика время указано вдоль оси X (горизонтальной оси), в то время как значения каждого соответствующего параметра указаны вдоль оси Y (вертикальной оси).
Между моментами времени t0 и t1 поток отработавших газов внутри выпускного патрубка движется в первом направлении (график 902). Поворотный узел датчика ТЧ могут повернуть в положение 1 (график 908) таким образом, чтобы отработавшие газы могли проходить внутрь узла датчика ТЧ в направлении, противоположном первому направлению. В частности, отработавшие газы могут проходить через набор отверстий на направляющих пластинах в зазор между направляющими пластинами. Впоследствии, отработавшие газы могут полностью изменить направление движения и могут двигаться к входу для потока, расположенному между направляющими пластинами. После этого отработавшие газы могут пройти через вход для потока к элементу датчика, где частицы сажи могут начать накапливаться на элементе датчика. Преимущество такого варианта реализации состоит в том, что внутрь узла датчика может проходить большее количество отработавших газов, и на электродах элемента датчика может накапливаться больше твердых частиц. В результате значение сигнала датчика ТЧ (график 912) увеличивается. Например, сигнал узла датчика ТЧ может соответствовать количеству отложений на элементе датчика. Контроллер может оценить количество отложений в узле датчика на основе изменения сопротивления/тока на электродах элемента датчика. Узел датчика ТЧ может оставаться в первом положении, пока отработавшие газы проходят в первом направлении.
Однако во время t2 направление движения потока отработавших газов изменяется от первого направления ко второму, отличному от первого, направлению. Между моментами времени t2 и t3 направление движения потока отработавших газов постепенно изменяется от первого направления ко второму направлению. Соответственно, узел датчика ТЧ может поворачиваться от первого направления ко второму направлению. Например, направляющие пластины могут быть отклонены потоком отработавших газов, и, соответственно, узел датчика ТЧ может постепенно поворачиваться ко второму направлению. Величина отклонения направляющих пластин потоком отработавших газов может зависеть, например, от расхода отработавших газов. Более высокий расход может отклонять направляющие пластины в большей степени, а более низкий расход может отклонять направляющие пластины в меньшей степени. В другом примере, контроллер может привести в действие мотор, соединенный с узлом датчика ТЧ, (например, выполняя способ, раскрытый на фиг. 5) для поворота узла датчика ТЧ от первого направления ко второму направлению. Здесь, например, величиной поворота могут управлять, управляя работой мотора. Когда узел датчика ТЧ поворачивается от первого направления ко второму направлению, сигнал узла датчика ТЧ (график 912) может продолжать увеличиваться. Однако если узел датчика ТЧ неподвижно закреплен относительно выпускного патрубка, изменение направления движения потока отработавших газов может заставить сигнал узла датчика ТЧ уменьшаться (график 910). Причина этого в том, что вход для потока больше не может располагаться на стороне с более высоким статическим давлением, и количество отработавших газов, проходящих внутрь узла датчика ТЧ, может снизиться. В результате, количество твердых частиц сажи, осажденных на электродах, может также снизиться, что приводит к уменьшению сигнала узла датчика ТЧ (график 910). Преимущество поворотного узла датчика ТЧ по сравнению с неподвижным узлом датчика, состоит в том, что поворотный узел может с большей точностью обнаруживать твердые частицы сажи в потоке отработавших газов, независимо от направления движения потока отработавших газов.
Между моментами времени t2 и t3 поток отработавших газов движется во втором направлении (график 902), и соответственно, узел датчика ТЧ может оставаться во втором положении (график 908). Отработавшие газы могут продолжать двигаться в направлении, противоположном второму направлению, и сигнал узла датчика ТЧ может продолжить увеличиваться (график 912). Как раскрыто ранее, сигнал узла датчика ТЧ может продолжать уменьшаться (график 910).
Между моментами времени t3 и t4, направление движения потока отработавших газов может измениться от второго направления к первому направлению (график 902). В результате положение поворотного узла датчика ТЧ может соответствующим образом измениться. Реакция поворотного узла датчика ТЧ содержит поворот узла датчика (пассивным или активным образом, как раскрыто выше) от второго направления к первому направлению (график 908). Здесь, поворот узла датчика обеспечивает прохождение отработавших газов внутрь узла датчика в направлении, противоположном первому направлению. В результате увеличивается количество осажденных твердых частиц сажи на электродах датчика, и сигнал узла датчика ТЧ продолжает увеличиваться (график 912). Также, направление вращения узла между моментами времени t3 и t4 является противоположным направлению вращения между моментами времени t1 и t2. Для сравнения, сигнал неподвижного узла датчика ТЧ может продолжать уменьшаться (график 910).
Таким образом, узел датчика ТЧ в качестве примера может содержать полую, цилиндрическую трубку, прикрепленную с возможностью вращения к выпускному патрубку с использованием шарикового подшипника и способную поворачиваться вокруг центральной оси, элемент датчика, соосный с центральной осью и соединенный с верхней частью трубки, вырез только на одной стороне трубки и пару параллельных направляющих пластин, соединенных с одной стороной трубки и отделенных друг от друга зазором, определенным шириной выреза. Дополнительно или в качестве альтернативы, первая пластина из пары параллельных направляющих пластин может быть соединена с первым краем выреза, а вторая пластина из пары параллельных направляющих пластин может быть соединена со вторым краем выреза, и причем как первая пластина, так и вторая пластина содержат отверстия, выполненные с возможностью направления отработавших газов в зазор, сформированный между парой параллельных направляющих пластин, в перпендикулярном направлении к направлению движения отработавших газов внутри выпускного патрубка, и затем с возможностью направления отработавших газов из зазора к элементу датчика через указанный вырез, в направлении, противоположном направлению движения потока отработавших газов внутри выпускного патрубка. Дополнительно или в качестве альтернативы, узел может содержать мотор и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти, для реагирования на изменение направления движения потока отработавших газов, изменяющегося от первого направления ко второму направлению, посредством поворота узла датчика ТЧ за счет включения мотора, с целью поворота узла датчика ТЧ на некоторую величину, определяемую величиной изменения направления от первого направления ко второму направлению таким образом, чтобы отработавшие газы могли проходить внутрь узла датчика ТЧ в направлении, противоположном второму направлению, и приложения напряжения к электродам, сформированным на элементе датчика, чтобы обеспечить накопление ТЧ отработавших газов на электродах, причем отработавшие газы имеют возможность проходить внутрь узла датчика ТЧ перпендикулярно к электродам элемента датчика. Дополнительно или в качестве альтернативы, узел датчика ТЧ может содержать выходное отверстие, сформированное в нижней поверхности защитной трубки, причем выходное отверстие выполнено с возможностью направлять отработавшие газы из узла датчика ТЧ в перпендикулярном направлении к направлению движения отработавших газов внутри выпускного патрубка.
Таким образом, поворотный узел датчика ТЧ, в зависимости от действующих условий движения потока отработавших газов, может поддерживать постоянный уровень осаждения сажи внутри узла датчика ТЧ, а зависимость сигнала узла датчика ТЧ от направления движения потока отработавших газов может быть дополнительно уменьшена. Таким образом, чувствительность датчика ТЧ не зависит от направления движения поступающего потока отработавших газов, что позволяет более точно и достоверно измерять количество ТЧ, выходящих из ДСФ. Таким образом, какие-либо утечки или ухудшения работы ДСФ могут быть обнаружены с большей эффективностью.
На фиг. 6 показан способ 600 для регенерации датчика ТЧ (например, датчика 106 ТЧ, показанного на фиг. 1, и/или узла 202 датчика ТЧ, показанного на фиг. 2). В частности, когда количество накопленной сажи на датчике ТЧ больше порогового значения количества или когда сопротивление датчика ТЧ с учетом температуры уменьшается до порогового значения сопротивления, условия регенерации датчика ТЧ могут считаться выполненными, и для датчика ТЧ может потребоваться регенерация, необходимая для дальнейшего измерения количества ТЧ. На шаге 602 могут начать регенерацию датчика ТЧ, за счет нагрева датчика ТЧ на шаге 604. Датчик ТЧ могут нагревать, используя нагревательный элемент до тех пор, пока количество накопленной сажи на датчике ТЧ не будет уменьшено в достаточной степени за счет окисления углеродных частиц между электродами. Регенерацией датчика ТЧ управляют, как правило, при помощи таймеров, где таймер могут установить на значение порогового интервала времени на шаге 602. В качестве альтернативы регенерацией датчика могут управлять, используя измерение температуры наконечника датчика, или посредством контроля мощности, подаваемой к нагревателю, или любыми или всеми из указанных способов. В том случае, когда используют таймер для регенерации датчика ТЧ, способ 600 на шаге 606 содержит проверку, прошел ли пороговый интервал времени. Если пороговый интервал времени не прошел (например, ответ «НЕТ» на шаге 606), то способ 600 переходит к шагу 608, где цепь регенерации могут оставить включенной, чтобы продолжить регенерацию. Если пороговый интервал времени прошел (например, ответ «ДА» на шаге 606), то способ 600 переходит к шагу 610, где могут закончить регенерацию датчика ТЧ, и электрическую цепь регенерации могут выключить на шаге 612. Кроме того, электроды датчика могут охладить, например, до температуры отработавших газов. Затем способ 600 переходит к шагу 614, где значение количества осажденных частиц на датчике ТЧ и историю регенерации могут обновить и сохранить в памяти. Например, могут обновить значение периодичности регенерации датчика ТЧ и/или средней продолжительности между регенерациями датчика, после чего способ заканчивается.
Выпускной патрубок двигателя может содержать один или несколько датчиков ТЧ, расположенных выше по потоку и/или ниже по потоку относительно ДСФ, для определения накопления сажи в ДСФ. Если датчик ТЧ расположен выше по потоку от ДСФ, могут вычислить количество накопленной на датчике ТЧ сажи посредством учета изменения сопротивления за счет накопления сажи на нескольких электродах датчика ТЧ. Например, определенное таким способом количество накопленной сажи могут использовать, чтобы обновить значение накопленной сажи на ДСФ. Если количество накопленной сажи на ДСФ больше порогового количества для регенерации ДСФ, то контроллер может управлять параметрами работы двигателя с целью регенерировать ДСФ. В частности, при выполнении условий для регенерации фильтра, могут увеличить температуру фильтра (или вблизи фильтра) в достаточной степени для сжигания накопившейся сажи. Для этого могут использовать нагреватель, соединенный с ДСФ, или повысить температуру поступающих в ДСФ отработавших газов двигателя (например, использовать обогащенную смесь).
На фиг. 7 показан пример способа 700 для диагностирования работоспособности ДСФ, на основе времени регенерации датчика ТЧ. На шаге 702 контроллер может вычислить, посредством калибровки, время регенерации для датчика ТЧ, t(i)_regen, которое представляет собой промежуток времени, измеренный от завершения предыдущей регенерации до начала текущей регенерации датчика ТЧ. На шаге 704 сравнивают значения t(i)_regen и t(i-1)_regen, где t(i-1)_regen представляет собой предыдущий калиброванный период времени для регенерации датчика ТЧ. На основе этих данных могут вычислить, что сажевый датчик может выполнить несколько циклов регенерации для того, чтобы можно было выполнить диагностику ДСФ. Если значение t(i)_regen меньше, чем половина значения t(i-1)_regen, то на шаге 708 указывают, что ДСФ имеет утечку, и включают сигнал деградации ДСФ. В качестве альтернативы или дополнительно к указанному выше процессу, могут выполнить диагностику ДСФ с использованием других параметров, например, температуры отработавших газов, частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя и т.д. Сигнал деградации могут включить, например, посредством зажигания индикаторной аварийной лампы по диагностическому коду. Кроме того, способ 700 на шаге 710 содержит управление работой двигателя в качестве реакции на утечку в ДСФ. Например, на шаге 712 управление работой двигателя может содержать ограничение крутящего момента двигателя. Например, в качестве реакции на обнаружение утечки в ДСФ могут уменьшить мощность двигателя и крутящий момент. Уменьшение мощности двигателя и крутящего момента может уменьшить количество ТЧ в отработавших газах. Например, управление работой двигателя может содержать уменьшение подачи топлива в дизельный двигатель при условиях тяжелой нагрузки, что приводит к уменьшению крутящего момента. Дополнительно или в качестве альтернативы, в качестве реакции на обнаружение утечки в ДСФ, могут уменьшить использование рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR). Дополнительно или в качестве альтернативы, могут включить на приборной панели предупредительный сигнал о работе двигателя, для указания максимального расстояния, которое может проехать автомобиль до выполнения технического обслуживания ДСФ.
Если текущий период регенерации меньше половины предыдущего периода регенерации, это может указывать на то, что период времени, требующий включения электрической цепи для достижения порогового значения R_regen, значительно уменьшился, и, таким образом, периодичность регенерации стала выше. Более высокая периодичность регенерации датчика ТЧ может указывать на то, что в вытекающих отработавших газах присутствует большее количество твердых частиц, чем бывает обычно при нормально работающем ДСФ. Таким образом, если изменение периода регенерации сажевого датчика достигает порогового значения, t_regen, при котором текущий период регенерации датчика ТЧ меньше половины предыдущего периода регенерации, то указывают на деградацию ДСФ или утечку, например, посредством сообщения водителю и/или посредством установки флага, сохраненного в долговременной памяти, соединенной с процессором, что позволяет отправить эти данные средству диагностики, соединенному с процессором. Если изменение периода регенерации сажевого датчика не достигает порогового значения t_regen, то на шаге 706 не сообщают об утечке в ДСФ. Таким образом, могут обнаружить утечки в фильтре твердых частиц, расположенном выше по потоку относительно датчика твердых частиц, на основе скорости накопления твердых частиц на электродах датчика твердых частиц.
На фиг. 8 показана диаграмма 800, изображающая пример зависимости между накоплением сажи на датчике ТЧ и накоплением сажи на фильтре твердых частиц. В частности, диаграмма 800 отображает графическое представление зависимости между регенерацией датчика ТЧ и накоплением сажи в ДСФ, например, как регенерация датчика ТЧ может свидетельствовать о деградации ДСФ. Вертикальные маркеры t0, t1, t2, t3, t4, t5 и t6 определяют значимые моменты времени в работе и взаимодействии датчика ТЧ и ДСФ.
Первый график на фиг. 8 иллюстрирует накопление сажи на датчике ТЧ. Как раскрыто выше, ТЧ могут накапливаться на положительных и отрицательных электродах, сформированных на пластине, расположенной внутри ступенчатого узла. По мере накопления сажи, ток, измеренный на электродах, может начать увеличиваться (или сопротивление электродов может начать уменьшаться). Контроллер имеет возможность определить количество накопленной сажи (график 802) на основе измеренного тока/сопротивления. Также, наименьшее значение накопленной сажи соответствует нижней части графиков, а увеличение этого значения отображается в вертикальном направлении. Горизонтальное направление графика представляет собой ось времени, где значения времени увеличиваются слева направо. Горизонтальный маркер 806 на верхнем графике указывает пороговое количество сажи для регенерации датчика ТЧ. График 804 иллюстрирует процесс накопления сажи на ДСФ, а горизонтальный маркер 808 на втором графике указывает пороговое количество накопленной сажи в ДСФ.
Между моментами времени t0 и t1 показан цикл регенерации датчика ТЧ. В момент времени t0 датчик ТЧ находится в относительно чистом состоянии, поскольку измерено низкое количество ТЧ (график 802). Контроллер, соединенный с датчиком ТЧ, имеет возможность определять количество накопленной сажи на датчике ТЧ, например, на основе тока/сопротивления, измеренного на электродах датчика. Когда контроллер определяет, что количество накопленной сажи низкое, он может отправить команды схеме регенерации для того, чтобы закончить нагрев, и чтобы измерительная цепь могла начать обнаружение накопления сажи в датчике ТЧ. Когда количество накопленной на датчике ТЧ сажи увеличивается, сажа имеет возможность накапливаться в промежутке между электродами датчика.
Между моментами времени t0 и t1, поскольку продолжается накопление ТЧ, количество накопленной сажи на датчике ТЧ соответственно увеличивается (график 802), и также происходит дальнейшее накопление сажи на ДСФ (график 804). В некоторых примерах накопление сажи на ДСФ могут определить на основе накопления сажи на датчике ТЧ, если датчик ТЧ расположен выше по потоку относительно ДСФ.
В момент времени t1 накопление сажи на датчике ТЧ (график 802) достигает порогового значения количества для регенерации датчика ТЧ (маркер 806). Пороговое значение количества может представлять собой количество накопленной сажи, при котором датчик ТЧ может нуждаться в регенерации. В момент времени t1 могут начать регенерацию датчика ТЧ, как раскрыто выше. В кратком изложении, контроллер может, например, замкнуть выключатель в электрической цепи, чтобы приложить напряжение к нагревательным элементам, сформированным вдоль внутренней поверхности центрального элемента. Кроме того, датчик ТЧ не могут использовать для измерения количества ТЧ в режиме регенерации, поскольку контроллер не может приложить какое-либо напряжение к электродам датчика.
Таким образом, между моментами времени t1 и t2 датчик ТЧ могут регенерировать, включив электрическую цепь для регенерации. В момент времени t2 датчик ТЧ может быть достаточно охлажденным, и может, например, начать накапливать сажу и продолжать накапливать ее между моментами времени t2 и t3 (цикл регенерации ДСФ). В период между моментами времени t2 и t3 количество накопленной сажи в ДСФ продолжает увеличиваться (график 804). Однако в момент времени t3 количество накопленной сажи в ДСФ (график 804) достигает порогового количества накопленной сажи для регенерации ДСФ (маркер 808). Между моментами времени t3 и t4 ДСФ могут регенерировать, чтобы сжечь сажу, накопленную в ДСФ. Кроме того, в момент времени t4 могут сравнить периодичность регенерации датчика ТЧ с ранее оцененной периодичностью регенерации датчика ТЧ. Если период регенерации датчика ТЧ остается приблизительно таким же, как и предыдущие периоды регенерации, могут сделать вывод, что утечки в ДСФ нет. Таким образом, на основе сигнала датчика ТЧ могут контролировать и диагностировать работоспособность ДСФ относительно утечек.
Между моментами времени t5 и t6 показан другой цикл ДСФ. Здесь, между моментами времени t5 и t6, количество накопленной сажи в ДСФ постепенно увеличивается (график 804). В это время могут проверить количество накопленной сажи на датчике ТЧ (график 802). График 802 показывает, датчик ТЧ выполняет несколько циклов регенерации, как раскрыто выше. Однако частота регенерации датчика ТЧ почти удвоилась (график 802). Более высокая частота регенерации датчика ТЧ может указывать на то, что вытекающие отработавшие газы содержат более высокое количество твердых частиц, чем бывает обычно при нормально работающем ДСФ. Поэтому в момент времени t6 могут указать на утечку в ДСФ. Таким образом, можно определить более точную меру накопления ТЧ отработавших газов и, следовательно, накопления сажи в ДСФ. В результате это повышает эффективность регенерации фильтра. Кроме того, за счет обеспечения более точной диагностики ДСФ в выхлопной системе можно повысить уровень соответствия требованиям по выбросам вредных веществ. Таким образом, можно снизить высокие эксплуатационные расходы, вызванные заменой работоспособных фильтров твердых частиц, и повысить срок службы компонентов выхлопной системы.
Таким образом, за счет поворота узла датчика ТЧ в зависимости от действующих условий движения потока отработавших газов, можно поддерживать скорость накопления сажи в узле датчика ТЧ на постоянном уровне и можно уменьшить зависимость сигнала узла датчика ТЧ от направления движения потока отработавших газов. Технический эффект от поворота узла датчика ТЧ за счет подшипника внутри выпускного патрубка заключается в том, что скорость накопления твердых частиц на электродах датчика ТЧ остается почти постоянной. Таким образом, чувствительность датчика ТЧ не зависит от направления движения поступающего потока отработавших газов, и, таким образом, измерение количества ТЧ, выходящих из ДСФ, выполняется более точно и достоверно. Таким образом, любые утечки или ухудшение работоспособности ДСФ могут обнаружить более эффективно. Другой технический эффект от использования направляющих пластин состоит в том, что крупные твердые частицы и/или капли воды могут быть уловлены направляющими пластинами. Поэтому элемент датчика может быть защищен от воздействия капель воды и крупных твердых частиц. В целом, эти характеристики датчика могут обеспечить более точный сигнал датчика, увеличив, таким образом, точность оценки количества твердых частиц в фильтре твердых частиц.
Раскрытые выше системы и способы также предусматривают способ содержащий, при прохождении отработавших газов через выпускной патрубок, генерацию сигнала поворотного узла датчика твердых частиц (ТЧ), соединенного с выпускным патрубком, причем изменение вращения поворотного узла датчика ТЧ происходит при изменении условий движения потока отработавших газов. В первом примере способа, способ может дополнительно или в качестве альтернативы отличаться тем, что поворотный узел датчика ТЧ содержит цилиндрический корпус, имеющий возможность вращения вокруг центральной оси цилиндрического корпуса за счет подшипника для увеличения количества накопленных твердых частиц на элементе датчика ТЧ, закрепленного внутри цилиндрического корпуса, причем центральная ось перпендикулярна к направлению движения потока отработавших газов через выпускной патрубок. Второй пример способа факультативно содержит первый пример, и дополнительно отличается тем, что поток отработавших газов через выпускной патрубок движется в первом направлении, и причем поворот узла датчика ТЧ для увеличения количества накопленных твердых частиц содержит поворот узла датчика ТЧ для направления отработавших газов внутрь узла датчика ТЧ во втором направлении, противоположном первому направлению, причем отработавшие газы направляют внутрь узла датчика ТЧ через набор отверстий, сформированных на направляющих пластинах, установленных на цилиндрическом корпусе узла датчика ТЧ. Третий пример способа факультативно содержит первый и/или второй примеры и дополнительно отличается тем, что направляющие пластины содержат пару пластин, установленных вдоль одной стороны цилиндрического корпуса узла датчика ТЧ таким образом, что между парой пластин сформирован зазор. Четвертый пример способа факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по третий, и дополнительно отличается тем, что отработавшие газы сначала направляют в зазор через набор отверстий, затем из зазора в цилиндрический корпус через отверстие, сформированное на одной стороне цилиндрического корпуса, причем отверстие является смежным с зазором. Пятый пример способа факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по четвертый, и дополнительно отличается тем, что отработавшие газы направляют из отверстия к элементу датчика, причем элемент датчика подвешен в верхней части цилиндрического корпуса, и причем ТЧ из отработавших газов накапливают на электродах, сформированных на первой поверхности элемента датчика для генерации сигнала узла датчика ТЧ, причем первая поверхность расположена ближе к отверстию цилиндрического корпуса. Шестой пример способа факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по пятый, и дополнительно отличается тем, что отработавшие газы направляют из узла датчика ТЧ через выходное отверстие, сформированное в нижней части цилиндрического корпуса. Седьмой пример способа факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по шестой, и дополнительно отличается тем, что поворот содержит вращение посредством привода, в качестве реакции на измеренные условия движения потока отработавших газов. Восьмой пример способа факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по седьмой, и дополнительно отличается тем, что измеренные условия движения потока отработавших газов содержат одно или более из следующего: количество накопленной сажи, расход отработавших газов и температура потока отработавших газов в выпускной системе.
Раскрытые выше системы и способы предусматривают датчик твердых частиц, содержащий защитную трубку, содержащую элемент датчика, пару пластин, имеющих отверстия, причем пара пластин соединена с одной стороной защитной трубки, а пластины отделены друг от друга зазором, вход для потока, сформированный на одной стороне защитной трубки, причем вход для потока является смежным с зазором и расположен между парой пластин, причем элемент датчика обращен ко входу для потока, крышку датчика и уплотнительное кольцо, соединяющее защитную трубку с выхлопной трубой, и подшипник, расположенный между внутренней поверхностью крышки датчика и наружной поверхностью уплотнительного кольца, прикрепляющий датчик ТЧ к выхлопной трубе с возможностью поворота. В первом примере узла датчика твердых частиц датчик может дополнительно или в качестве альтернативы отличаться тем, что подшипник выполнен с возможностью обеспечения поворота датчика ТЧ вокруг центральной оси датчика ТЧ, причем центральная ось перпендикулярна к направлению движения потока отработавших газов внутри выхлопной трубы. Второй пример датчика твердых частиц факультативно содержит первый пример и дополнительно отличается тем, что пластины в паре пластин параллельны друг другу и дополнительно параллельны направлению движения потока отработавших газов внутри выхлопной трубы. Третий пример датчика твердых частиц факультативно содержит первый и/или второй примеры, и дополнительно отличается тем, что отверстия в паре пластин выполнены с возможностью пропускать отработавшие газы из выхлопной трубы, направлять пропущенные отработавшие газы в зазор в перпендикулярном направлении к направлению движения отработавших газов внутри выхлопной трубы, и затем направлять отработавшие газы, находящиеся в зазоре, к элементу датчика через вход для потока, сформированный на защитной трубке, причем вход для потока выполнен с возможностью направлять отработавшие газы из зазора к элементу датчика в направлении, противоположном направлению движения потока отработавших газов внутри выхлопной трубы. Четвертый пример датчика твердых частиц факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по третий, и дополнительно содержит мотор и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти, для следующего: приведение в действие мотора, для поворота датчика ТЧ таким образом, чтобы вход для потока располагался на нижней по потоку стороне датчика ТЧ, с целью направить отработавшие газы в датчик ТЧ через вход для потока в направлении, противоположном направлению движения потока отработавших газов внутри выхлопной трубы. Пятый пример датчика твердых частиц факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по четвертый, и дополнительно отличается тем, что контроллер содержит дополнительные команды для следующего: приложение первого напряжения к паре электродов, сформированных на первой поверхности элемента датчика, для накопления ТЧ отработавших газов на паре электродов, оценка количества отложений на элементе датчика, на основе значения тока, создаваемого в элементе датчика, и в качестве реакции на количество отложений, превышающее пороговое количество отложений, приложение второго напряжения к нагревательному элементу, сформированному на второй, противоположной, поверхности элемента датчика, для регенерации датчика. Шестой пример датчика твердых частиц факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по пятый, и дополнительно отличается тем, что выход в нижней части защитной трубки выполнен с возможностью направлять отработавшие газы из датчика ТЧ в выхлопную трубу в перпендикулярном направлении к направлению движения отработавших газов внутри выхлопной трубы.
Раскрытые выше системы и способы предусматривают датчик твердых частиц, содержащий полую цилиндрическую трубку, прикрепленную с возможностью вращения к выпускному патрубку с использованием шарикоподшипников, и имеющую возможность вращения вокруг центральной оси, элемент датчика, соосный с центральной осью и соединенный с верхней частью трубки, вырез только на одной стороне трубки, и пару параллельных направляющих пластин, соединенных с одной стороной трубки и разделенных зазором, определенным шириной выреза. В первом примере узда датчика твердых частиц датчик может дополнительно или в качестве альтернативы отличаться тем, что первая пластина в паре параллельных направляющих пластин соединена с первым краем выреза, а вторая пластина в паре параллельных направляющих пластин соединена со вторым краем выреза, и причем как первая пластина, так и вторая пластина содержат отверстия, выполненные с возможностью направления отработавших газов в зазор, сформированный между парой параллельных направляющих пластин, в перпендикулярном направлении к направлению движения отработавших газов внутри выпускного патрубка, и затем с возможностью направления отработавших газов из зазора к элементу датчика через вырез в направлении, противоположном направлению движения потока отработавших газов внутри выпускного патрубка. Второй пример узла датчика твердых частиц факультативно содержит первый пример и дополнительно содержит мотор и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти, для следующего: в качестве реакции на изменение направления движения потока отработавших газов от первого направления ко второму направлению, поворот узла датчика ТЧ, посредством включения мотора, для поворота узла датчика ТЧ на требуемую величину от первого направления ко второму направлению таким образом, чтобы отработавшие газы имели возможность проходить внутрь узла датчика ТЧ в направлении, противоположном второму направлению, и приложение напряжения к электродам, сформированным на элементе датчика, для накопления ТЧ отработавших газов на электродах, причем отработавшие газы, имеют возможность проходить внутрь узла датчика ТЧ перпендикулярно к электродам элемента датчика. Третий пример узла датчика твердых частиц факультативно содержит первый и/или второй примеры и дополнительно содержит выходное отверстие, сформированное в нижней поверхности защитной трубки, причем выходное отверстие выполнено с возможностью направления отработавших газов из узла датчика ТЧ в перпендикулярном направлении к направлению движения отработавших газов внутри выпускного патрубка.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут быть сохранены как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполнены управляющей системой, состоящей из контроллера в сочетании с различными датчиками, приводами и другими средствами двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой одну или более стратегий обработки, таких как управляемые по событиям, управляемые по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.п. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Более того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память машиночитаемой среды хранения данных в управляющей системе двигателя, при этом раскрытые действия могут быть выполнены посредством исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.
Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «некоторый» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов.
Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов формулы изобретения или путем представления новых пунктов формулы изобретения в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.
Представлен способ измерения количества твердых частиц в отработавших газах. Датчик твердых частиц расположен ниже по потоку относительно дизельного фильтра твердых частиц в выпускной системе. Cпособ содержит поворот узла датчика ТЧ внутри выпускного патрубка для генерации сигнала, причем поворот основан на условиях движения потока отработавших газов внутри выпускного патрубка. За счет поворота узла датчика ТЧ с использованием подшипника скорость накопления твердых частиц сажи на элементе датчика в узле датчика ТЧ могут поддерживать на требуемом уровне независимо от направления движения потока отработавших газов внутри выпускного патрубка. 8 з.п. ф-лы, 10 ил.
1. Способ измерения количества твердых частиц в отработавших газах, содержащий шаг, на котором:
при прохождении отработавших газов через выпускной патрубок генерируют выходной сигнал поворотного узла датчика твердых частиц (ТЧ), соединенного с выпускным патрубком, причем поворот поворотного узла датчика твердых частиц (ТЧ) осуществляют в ответ на изменение условий потока отработавших газов.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что узел датчика ТЧ содержит цилиндрический корпус, выполненный с возможностью поворота вокруг центральной оси цилиндрического корпуса за счет подшипника для увеличения количества накопленных твердых частиц на элементе датчика, закрепленного внутри цилиндрического корпуса, причем центральная ось перпендикулярна потоку отработавших газов, проходящему через выпускной патрубок.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что поток отработавших газов через выпускной патрубок движется в первом направлении, причем поворот узла датчика ТЧ для увеличения количества накопленных твердых частиц включает в себя поворот узла датчика ТЧ для направления отработавших газов внутрь узла датчика ТЧ во втором направлении, противоположном первому направлению, причем отработавшие газы направляют внутрь узла датчика ТЧ через набор отверстий, сформированных на направляющих пластинах, установленных на цилиндрическом корпусе узла датчика ТЧ.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что направляющие пластины включают в себя пару пластин, установленных вдоль одной стороны цилиндрического корпуса узла датчика ТЧ таким образом, что между парой пластин сформирован зазор.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что отработавшие газы сначала направляют в зазор через набор отверстий, затем из зазора в цилиндрический корпус через отверстие, сформированное на одной стороне цилиндрического корпуса, причем отверстие является смежным с зазором.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что отработавшие газы направляют из отверстия к элементу датчика, причем элемент датчика подвешен в верхней части цилиндрического корпуса и причем ТЧ из отработавших газов накапливают на электродах, сформированных на первой поверхности элемента датчика для генерации выходного сигнала узла датчика ТЧ, причем первая поверхность расположена ближе к отверстию цилиндрического корпуса, чем вторая поверхность элемента датчика, противоположная первой поверхности.
7. Способ по п. 2, отличающийся тем, что отработавшие газы направляют из узла датчика ТЧ через выходное отверстие, сформированное в нижней части цилиндрического корпуса.
8. Способ по п. 2, отличающийся тем, что измеряют условия потока отработавших газов, причем поворот включает в себя поворот посредством привода в ответ на измеренные условия потока отработавших газов.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что измеренные условия потока отработавших газов включают в себя одно или более из следующего: количество накопленной сажи, расход отработавших газов и температуру отработавших газов в потоке отработавших газов.
| WO 2015040361 A1, 26.03.2015 | |||
| RU 2014124141 A, 27.12.2015 | |||
| WO 2015194363 A1, 23.12.2015 | |||
| US 2015355067 A1, 10.12.2015. |
