СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) ЭКСПЛУАТАЦИИ ДАТЧИКА СОДЕРЖАНИЯ САЖИ И ВЫПУСКНАЯ СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2020 года по МПК F02B77/00 

Область техники

Настоящее раскрытие в целом относится к конструкции и применению датчиков твердых частиц (ТЧ) резистивного типа в потоке отработавших газов в исполнении, устойчивом к агрессивным химическим средам.

Уровень техники/Сущность изобретения

Выпуск продуктов сгорания представляет собой регулируемый выброс отработавших газов, а различные устройства доочистки отработавших газов, установленные в выпускной системе двигателя, выполняют функцию определения и снижения токсичности отработавших газов. Дизельные сажевые фильтры (ДСФ) используют для контроля содержания твердых частиц (ТЧ) или сажи, а накопители оксидов азота (НОА) используют для контроля содержания оксидов азота. При условиях использования бедной горючей смеси НОА адсорбирует оксиды азота (такие как оксид азота NO и диоксид азота NO₂, также кратко именуемые NOx), образующиеся в результате сгорания в двигателе. Отработавшие газы двигателя, работающего на бедных горючих смесях, содержат оксиды серы (SOx), полученные из топлива и смазочного масла, и конкурирующие с оксидами азота за адсорбирующие участки в НОА. К сожалению, оксиды серы адсорбируются преимущественно по сравнению с оксидами азота и образуют стабильные сульфаты с аккумулирующими материалами НОА. В результате эффективность НОА постепенно снижается, так как для адсорбции NOx остается меньше аккумулирующих участков.

Для эффективного снижения накопления серы на НОА периодически производится высокотемпературная десульфатация НОА. Десульфатация требует наличия высокотемпературных отработавших газов и циклов сгорания бедной и богатой смеси для выделения серы из адсорбирующих участков НОА. Однако, сероводород

(H₂S), выделяемый в качестве побочного продукта десульфатации, создает агрессивную химическую среду для различных датчиков и измерительных элементов, установленных ниже по потоку от НОА в выпускном тракте. Например, состояние датчиков содержания сажи, установленных ниже по потоку от НОА, может ухудшиться в условиях агрессивной химической среды. Чаще всего датчики содержания сажи резистивного типа измеряют уровень содержания сажи в отработавших газах, основываясь на соотношении между измеренным изменением электрической проводимости (или сопротивления) между парой встречно-гребенчатых электродов датчика и объемом ТЧ, отложившихся между измерительными электродами. Тем не менее, H₂S, выделяемый в качестве побочного продукта десульфатации, может оказывать электрохимическое воздействие на электроды датчика, тем самым разрушая электроды и снижая чувствительность датчиков содержания сажи. Например, воздействие H₂S на электроды датчика содержания сажи может вызвать дрейф коэффициента усиления датчика.

Для защиты электродов датчика содержания сажи от коррозии, вызванной H₂S, выделяемым в качестве побочного продукта десульфатации НОА, были разработаны различные способы. Один из примерных подходов показан Бергером в патенте США 7543477. В соответствии с данным способом электроды датчика содержания сажи покрывают электроизоляционным защитным слоем, изготовленным из таких материалов, как оксид алюминия или диоксид циркония, и с последующим добавлением проводящего материала, такого как металл или графит. Защитный слой может служить для защиты электродов датчика содержания сажи от прямого воздействия агрессивной химической среды, присутствующей в выпускном тракте.

Однако, авторы настоящего изобретения распознали возможные проблемы, связанные с подобным подходом. В соответствии с одним примером, добавление дополнительного защитного слоя может уменьшить электростатическое притяжение между заряженными частицами сажи и электродами датчика содержания сажи, и может привести к снижению чувствительности датчика. При пониженной чувствительности датчик содержания сажи может оказаться неспособным достоверно определить утечку в сажевом фильтре. Таким образом, ошибки датчика могут привести к ложной индикации износа ДСФ и необоснованной замене функционирующих фильтров.

Авторы настоящего изобретения отметили, что H₂S избирательно воздействует на отрицательный электрод датчика содержания сажи. В частности, после воздействия H₂S, степень коррозии отрицательного электрода оказалась существенно выше степени коррозии положительного электрода. В связи с данным наблюдением авторы изобретения отметили, что коррозия отрицательного электрода датчика содержания сажи может быть снижена в результате того, что отрицательному электроду придают временное сходство с положительным электродом. В частности, при условиях высокого содержания H₂S в отработавших газах, например, во время десульфатации НОА, придание отрицательному электроду плавающего потенциала разомкнутой цепи, исключающего возможность потока электронов по отрицательному электроду, может снизить избирательную коррозию отрицательного электрода.

Таким образом, на одном примере проблема коррозии электродов датчика содержания сажи может быть решена при помощи способа избирательного подсоединения и отсоединения положительного электрода из встречно-гребенчатых электродов датчика содержания сажи к положительному напряжению / от положительного напряжения, и избирательного подсоединения отрицательного электрода из встречно-гребенчатых электродов датчика к массе через измерительное сопротивление. Таким образом, путем избирательного подсоединения электродов датчика содержания сажи к положительному напряжению в зависимости от условий в системе выпуска, снижается уровень коррозии электродов датчика, вызванной H₂S.

В соответствии с одним примером, схема датчика твердых частиц резистивного типа может быть модифицирована таким образом, чтобы предусматривать трехпозиционный переключатель, подсоединенный к отрицательному электроду датчика. В зависимости от условий в системе выпуска, положение трехпозиционного переключателя может быть отрегулировано таким образом, чтобы отрицательный электрод был подсоединен к одному из источников положительного напряжения датчика, к массе или оставлен открытым. В то же время, двухпозиционный переключатель может подсоединять или отсоединять положительный электрод датчика от положительного напряжения. Во время сбора твердых частиц датчиком содержания сажи, способ предусматривает избирательное подсоединение положительного электрода к положительному напряжению (путем закрытия двухпозиционного переключателя, подсоединяющего положительный электрод к положительному напряжению) и избирательное подсоединение отрицательного электрода к массе через измерительное сопротивление (путем перевода трехпозиционного переключателя, соединяющего отрицательный электрод с положительным и с массой, в первое положение). Во время десульфатации НОА при высоких уровнях содержания H₂S в отработавших газах датчик содержания сажи обеспечивают функционирование сначала в режиме предесульфатации (перед десульфатацией НОА), а затем в режиме десульфатации. Во время десульфатации НОА положительный электрод может быть избирательно отсоединен от положительного напряжения (путем открытия двухпозиционного переключателя), а отрицательный электрод может быть избирательно подсоединен к положительному напряжению (путем перевода трехпозиционного переключателя во второе положение). Затем, во время десульфатации НОА положительный электрод может оставаться отсоединенным от положительного напряжения, и, в дополнение, отрицательный электрод может быть избирательно отсоединен от положительного напряжения (путем перевода трехпозиционного переключателя в третье или открытое положение).

Техническим эффектом подсоединения отрицательного электрода сначала к положительному напряжению в режиме предесульфатации и последующего его отсоединения во время десульфатации как от положительного напряжения, так и от массы, при помощи трехпозиционного переключателя датчика является то, что при выделении H₂S во время десульфатации отрицательный электрод временно не отличается от положительного электрода, а также то, что оба электрода датчика служат в качестве плавающих потенциалов разомкнутой цепи, снижая возможность потока электронов. При прочих условиях, таких как регенерация датчика содержания сажи или регенерация НОА, регулированием переключателя отрицательный электрод может быть отсоединен как от положительного напряжения, так и от массы. Это уменьшает преимущественное электрохимическое взаимодействие между выделяемым H₂S и отрицательным электродом. В результате уменьшается дрейф коэффициента усиления датчика содержания сажи, тем самым уменьшая коррозию датчика во время десульфатации НОА. Уменьшение дрейфа коэффициента усиления датчика содержания сажи повышает точность датчика, снижая риски ложной индикации износа бензинового сажевого фильтра. Дальнейшее уменьшение дрейфа коэффициента усиления датчика содержания сажи позволяет более качественно выявлять ТЧ, загрязняющие отработавшие газы. Таким образом, это сокращает высокие гарантийные затраты на замену функционирующих бензиновых сажевых фильтров, снижает содержание вредных веществ в отработавших газах и продлевает срок службы компонентов выпускной системы.

Следует понимать, что вышеуказанное краткое описание приведено лишь для упрощенного представления концепций, которые дополнительно раскрыты в разделе «Осуществление изобретения». Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивают вариантами осуществления, устраняющими какие-либо вышеуказанные недостатки или недостатки в любой другой части настоящего раскрытия.

Краткое описание чертежей

На ФИГ. 1 представлено схематическое изображение топливной системы двигателя и соответствующего накопителя оксидов азота (НОА), а также датчика содержания сажи в отработавших газах резистивного типа, в соответствии с настоящим раскрытием.

На ФИГ. 2А представлена электрическая схема примера датчика содержания сажи, содержащая множество переключателей.

На ФИГ. 2В представлена таблица с позициями переключателей, соответствующими различным рабочим режимам датчика содержания сажи в соответствии с настоящим раскрытием.

На ФИГ. 3 представлена высокоуровневая блок-схема функционирования датчика содержания сажи в одном из множества режимов в соответствии с настоящим раскрытием.

На ФИГ. 4 представлена высокоуровневая блок-схема, отображающая способ выполнения регенерации датчика содержания сажи в соответствии с настоящим раскрытием.

На ФИГ. 5 представлена высокоуровневая блок-схема регенерации и десульфатации НОА в соответствии с настоящим раскрытием.

На ФИГ. 6 представлен пример взаимосвязи между положениями переключателей цепи датчика содержания сажи и регенерацией НОА.

На ФИГ. 7 представлен пример взаимосвязи между положениями переключателей цепи датчика содержания сажи и десульфатацией НОА.

Осуществление изобретения

Настоящее описание относится к системам и способам эксплуатации датчика содержания твердых частиц (ТЧ) или сажи, установленного ниже по потоку от накопителя оксидов азота (НОА) в выпускном тракте системы двигателя в соответствии с ФИГ. 1. Датчик содержания ТЧ, в конструкции которого предусмотрена пара встречно-гребенчатых электродов, может быть подсоединен к положительному напряжению и к массе посредством множества переключателей, как представлено на ФИГ. 2А-В. Контроллер может быть выполнен с возможностью выполнения алгоритма, такого как алгоритм на ФИГ. 3, для изменения положения переключателей датчика содержания сажи в зависимости от режима работы НОА и датчика содержания сажи. Контроллер также может быть выполнен с возможностью выполнения алгоритма, такого как алгоритм на ФИГ. 4, для функционирования датчика содержания сажи в режиме выявления содержания твердых частиц и регенерации датчика содержания сажи в зависимости от накопления сажи в датчике содержания сажи. В дополнение, контроллер может периодически производить оценку уровней содержания оксидов азота и оксидов серы на НОА, а также выполнять такие алгоритмы, как показано на ФИГ. 5, для регенерации и десульфатации НОА в зависимости от соответствующих уровней накопления оксидов азота и оксидов серы на НОА. Пример взаимосвязи между цепью датчика содержания сажи (в частности, положением переключателей цепи) и регенерацией и десульфатацией НОА представлен на ФИГ. 6 и 7. Таким образом, коррозия электродов датчика содержания сажи может быть снижена и претензий по гарантии возможно будет избежать.

На Фиг. 1 представлено схематическое изображение системы 8 двигателя. В соответствии с одним примером, система 8 двигателя включена в движительную систему, такую как автомобиль для эксплуатации на дорогах. Система 8 двигателя может содержать двигатель 10 с множеством цилиндров 30. Двигатель 10 содержит впуск 23 двигателя и выпуск 25 двигателя. Впуск 23 двигателя может содержать дроссель 62, соединенный с возможностью гидравлического сообщения со впускным коллектором 44 двигателя посредством впускного канала 42. Выпуск 25 двигателя содержит выпускной коллектор 48, в конечном счете ведущий к выпускному каналу 35, выводящему отработавшие газы в атмосферу. Дроссель 62 может быть размещен во впускном канале 42 ниже по потоку от устройства наддува, такого как турбонагнетатель (не показан), и выше по потоку от доохладителя (не показан). При наличии доохладитель может быть выполнен с возможностью уменьшения температуры впускного воздуха, сжатого устройством наддува (не показано).

Выпуск 25 двигателя может содержать одно или более устройств 70 контроля токсичности, которые могут быть установлены в близком соединении на выпуске. Устройства контроля токсичности могут включать трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, преобразователь оксидов азота, бензиновый сажевый фильтр, катализатор ИКН и/или их комбинацию. В соответствии с одним примером, как изображено, устройство 70 контроля токсичности может включать дизельный сажевый фильтр 102 (ДСФ), установленный ниже по потоку от накопителя оксидов азота 104 (НОА). Однако, в других вариантах осуществления изобретения ДСФ может быть расположен выше по потоку от НОА.

НОА 104 выполнен с возможностью адсорбции разновидностей оксидов азота, образующихся в условиях сгорания бедной горючей смеси, а также выполнен с возможностью снижения и выделения адсорбированных оксидов азота в условиях сгорания богатой горючей смеси, причем под понятием бедной и богатой горючей смеси понимается воздушно-топливное отношение (ВТО) по отношению к стехиометрическому соотношению. Для бензиновых двигателей типичное стехиометрическое ВТО примерно равно 14,7:1, что предполагает 14,7 частей воздуха на одну часть топлива. Более низкое ВТО (ниже 14,7) означает меньший объем воздуха и больший объем топлива, и характеризует богатую смесь. Подобным образом, более высокое ВТО (выше 14,7) означает больший объем воздуха и меньший объем топлива, и характеризует бедную смесь. Обычно НОА 104 включает адсорбент оксидов азота и катализатор. Типичным адсорбентом является соединение щелочных или щелочноземельных металлов, а типичным катализатором является комбинация благородных металлов, включая платину и родий; щелочных металлов, щелочноземельных металлов или редкоземельных металлов, напр., калия, бария или церия. Например, с использованием нитрата бария в качестве адсорбента, при образовании оксидов азота в условиях сгорания бедной смеси, катализатор ускоряет реакции окисления, приводящие к адсорбции оксидов азота. В то же время, в условиях сгорания богатой смеси нитрат бария разлагается на оксид бария и NO₂, и при дальнейших реакциях NO₂ восстанавливается до NO и далее до N₂. Газами-восстановителями обычно являются Н₂, СО и различные углеводороды. Типичная температура НОА при такой абсорбции и реакциях составляет от 200°С до 400°С.Типичный цикл состоит из приблизительно 60 секунд абсорбции оксидов азота при сгорании бедной смеси (напр., типичное ВТО составляет от 20:1 до 30:1) и последующих 5 секунд денитрирования при сгорании богатой смеси (напр., ВТО от 12:1 до 14:1). Во время абсорбции в условиях бедной смеси, оксиды азота вступают в реакцию с оксидом бария и образуют нитрат бария. Датчик 130 оксидов азота может устанавливаться ниже по потоку от НОА 104 для определения накопления оксидов азота из отработавших газов на НОА. Регенерация или денитрирование, или deNOx, как называют данный восстановительный процесс, периодически производится для удаления накопившихся оксидов азота.

В дополнение к накоплению оксидов азота из отработавших газов, НОА 104 накапливает оксиды серы (SOx), полученные из топлива и смазочного масла, и конкурирующие с оксидами азота за адсорбирующие участки на НОА. Оксиды серы адсорбируются избирательно по сравнению с оксидами азота и образуют слабостабильные сульфаты с аккумулирующими материалами НОА. В результате эффективность НОА постепенно снижается, так как для адсорбции оксидов азота остается меньше аккумулирующих участков. Десульфатация (или DeSOx) - это процесс, в результате которого оксиды серы удаляются из НОА, таким образом очищая НОА и обеспечивая возможность абсорбции оксидов азота. Десульфатация НОА производится гораздо реже, чем регенерация НОА. Десульфатация (также называемая «deSOx») требует наличия высокотемпературных отработавших газов и циклов сгорания бедной и богатой смеси для выделения серы из адсорбирующих участков НОА. В соответствии с одним примером, НОА может подвергаться пяти 10-секундным циклам в условиях богатой смеси и 18-секундным циклам в условиях бедной смеси при температурах, превышающих 700°С во время десульфатации. Данная неравномерность или цикличность может отличаться в разных системах, но целью является удаление адсорбированной серы из НОА, одновременно увеличивая до максимума выделение газа SO₂ ниже по потоку и минимизируя выделение газа H₂S ниже по потоку от НОА. SO₂ вызывает меньше коррозии на электродах датчика и не является токсичным газом в малых концентрациях (в то время как H₂S является таковым). Сероводород (H₂S), выделяемый в качестве побочного продукта десульфатации, не только является токсичным газом и обладает неприятным запахом, но и создает агрессивную химическую среду для различных датчиков и измерительных элементов, установленных ниже по потоку от НОА в выпускном тракте.

Дизельный сажевый фильтр (ДСФ) 102, установленный ниже по потоку от НОА 104, временно отфильтровывает ТЧ из входящих газов. ДСФ 102 может иметь цельную конструкцию, изготовленную, например, из кордиерита или карбида кремния, с множеством каналов внутри для отфильтровывания твердых частиц из дизельных отработавших газов. Отработавшие газы в выхлопной трубе, очищенные от сажи и проходящие в канал через ДСФ 102, могут быть измерены в датчике 106 содержания сажи (называемом также датчик содержания ТЧ), и затем выброшены в атмосферу через выпускной канал 35. В изображенном примере датчик 106 содержания сажи является датчиком резистивного типа, оценивающим утечку сажи в ДСФ 102, исходя из изменения в проводимости, измеренной на электродах датчика 106 содержания сажи. В случае, если выделение сажи на ДСФ 102, как определено на основании показаний датчика 106 содержания сажи, выше порогового значения для выделения сажи, то ДСФ 102 может быть определен как имеющий утечку или как поврежденный и нуждающийся в замене. Таким образом, когда проводимость датчика содержания сажи достигает порогового значения, датчик содержания сажи также может быть подвергнут регенерации путем нагрева датчика содержания сажи до тех пор, пока частицы сажи не сгорят. Скорость накопления сажи и, следовательно, время достижения порогового значения проводимости является показателем уровня утечки ДСФ.

Датчик 106 содержания сажи может также включать в себя пару плоских встречно-гребенчатых электродов на поверхности датчика содержания сажи. Любая степень износа данных электродов может повлиять на измеряемую проводимость, а также негативно сказаться на скорости накопления сажи. Следовательно, скорость накопления может быть выше или ниже для конкретной степени утечки сажи в ДСФ. Это может привести к ошибкам типа 1 или 2 при выявлении утечки ДСФ. Датчик содержания сажи может содержать блок 134 управления датчиком (БУД) и множество переключателей 132. Схематическое изображение 200 датчика 106 содержания сажи и цепи обнаружения сажи представлено на ФИГ. 2. Электроды датчика 106 содержания сажи могут подвергаться коррозии из-за воздействия H₂S, выделяемого, например, во время десульфатации НОА 104. Как показано на ФИГ. 2, функционирование цепи обнаружения сажи в соответствии с режимами функционирования датчика содержания сажи и НОА может минимизировать коррозию электродов.

Что касается ФИГ. 2, на ней представлено схематическое изображение 200 варианта осуществления датчика содержания твердых частиц (ТЧ) (как, например, датчик 106 содержания сажи на ФИГ. 1). Датчик 106 ТЧ содержит пару плоских встречно-гребенчатых электродов 202 и 204 в форме «гребня». Такие электроды обычно могут быть изготовлены из таких металлов, как платина, золото, осмий, родий, иридий, рутений, алюминий, титан, цирконий и тому подобное, а также различных видов оксидов, цементов, сплавов и комбинаций, содержащих по меньшей мере один из указанных выше металлов. Электроды 202 и 204 формируются на подложке (не показана) датчика содержания сажи, обычно изготавливаемой из материалов с высокими электроизоляционными свойствами. Среди возможных электроизоляционных материалов могут быть такие оксиды, как оксид алюминия, диоксид циркония, оксид иттрия, оксид лантана, диоксид кремния, и комбинации, содержащие по меньшей мере один из указанных выше материалов, или любые подобные материалы, способные блокировать электрические связи и обеспечивать физическую защиту пары встречно-гребенчатых электродов. Расстояние между «зубцами» гребней двух электродов обычно составляет от 10 микрометров до 100 микрометров при примерно одинаковой ширине каждого отдельного «зубца», хотя последнее и не обязательно. Поскольку электроды подвергаются прямому воздействию потока отработавших газов, может иметь место коррозия и загрязнение поверхности датчика, что может иметь негативное влияние на измерения. В соответствии с некоторыми примерами, поверхности датчика могут предусматривать защитный слой, изготовленный из основного электроизоляционного материала, такого как, например, оксид алюминия или диоксид циркония, и с добавлением проводящего материала, такого как металл или графит. Тем не менее, представляется возможным минимизировать износ электродов датчика путем модификации цепи обнаружения сажи, что далее может быть использовано для датчиков с или без защитного слоя, покрывающего электроды.

Положительный электрод 204 из пары встречно-гребенчатых электродов может быть подсоединен соединительными проводами 220 и 222 к положительному напряжению 212 через переключатель 206. Контроллер (такой как контроллер 12 на ФИГ. 1) может осуществлять управление переключателем 206 для избирательного подключения и отключения положительного электрода 204 из встречно-гребенчатых электродов датчика 106 содержания сажи от положительного напряжения 212. В качестве альтернативы, контроллер 12 может осуществлять управление блоком 134 управления датчика 106 содержания сажи, который в свою очередь управляет работой переключателя 206. В данном случае положительный электрод 204 подключен с помощью электрического соединения к положительному напряжению 212 через двухпозиционный переключатель, а избирательное подсоединение положительного электрода к положительному напряжению предусматривает закрытие двухпозиционного переключателя или перевод переключателя в первое закрытое (3) положение. Положительный электрод 204 может быть избирательно отсоединен от положительного напряжения 212 путем открытия двухпозиционного переключателя 206. Открытие переключателя 206 предусматривает перевод переключателя во второе открытое (О) положение, тем самым отсоединяя положительный электрод 204 от положительного напряжения 212.

Отрицательный электрод 202 из пары встречно-гребенчатых электродов может быть подсоединен к переключателю 208 при помощи соединительного провода 216. Переключатель 208 представляет собой трехпозиционный переключатель, управление которым может осуществляться, например, контроллером 12 на ФИГ. 1. В качестве альтернативы, управление переключателем 208 может осуществляться блоком 134 управления датчика, который в свою очередь управляется контролером 12. Трехпозиционный переключатель 208 предусматривает три положения, обозначенные цифрами 1, 2 и 3 на изображении 200. Трехпозиционный переключатель 208 расположен между отрицательным электродом и измерительным сопротивлением 210. Отрицательный электрод 202 из пары встречно-гребенчатых электродов датчика 106 содержания сажи может быть избирательно подсоединен к массе 214 через измерительное сопротивление 210, причем переключатель 208 находится в первом положении (положение 1). Отрицательный электрод 202 из пары встречно-гребенчатых электродов датчика 106 содержания сажи может быть избирательно подсоединен к положительному напряжению 212 путем перевода трехпозиционного переключателя 208 во второе положение (положение 2). При нахождении переключателя 208 в положении 2 отрицательный электрод подсоединен к положительному напряжению 212 при помощи соединительных проводов или печатных проводников 216, 224 и 222. Отрицательный электрод 202 может быть избирательно отсоединен как от положительного напряжения 212, так и от массы 214, путем перевода трехпозиционного переключателя 208 в третье положение (положение 3). При нахождении переключателя 208 в положении 3 отрицательный электрод 202 отсоединен как от положительного напряжения 212, так и от массы 214, и оставлен открытым. Таким образом, трехпозиционный переключатель 208 может предусматривать два закрытых положения (положение 1 и 2) и одно открытое (положение 3). Тем не менее, при закрытых положениях отрицательный электрод 202 подсоединен либо к положительному напряжению 212 (положение 2, либо к массе 214 (положение 1). Переключатели 206 и 208 могут являться частью множества переключателей 132 в БУД 106 на ФИГ. 1 или переключатели 206 и 208 могут быть расположены в другом месте. Конструкция и исполнение цепи могут быть далее упрощены путем предусмотрения трехпозиционных переключателей в обоих местах, иными словами, оба переключателя 206 и 208 могут быть трехпозиционными. В то время, как трехпозиционный переключатель, подсоединенный к отрицательному электроду, может функционировать как описано выше, трехпозиционный переключатель, подсоединенный к положительному электроду, может предусматривать два закрытых и одно открытое положение для того, чтобы функционировать, как описано выше.

Путем перевода переключателей 206 и 208 в соответствующие положения датчик содержания сажи может функционировать в нескольких режимах. Во время накопления датчиком 106 содержания сажи твердых частиц из отработавших газов датчик содержания сажи действует в режиме обнаружения содержания твердых частиц. В режиме обнаружения содержания твердых частиц положительный электрод 204 избирательно подсоединяют к положительному напряжению 212 путем закрытия переключателя 206, а отрицательный электрод избирательно подсоединяют к массе 214 через измерительное сопротивление 210 путем перевода переключателя 208 в первое закрытое положение (положение 1), как представлено в таблице 250 на ФИГ. 2В. В данной конфигурации существует градиент электрического потенциала между положительным электродом 204 и отрицательным электродом 202, так как положительный электрод подсоединен к V₊, а отрицательный электрод подсоединен к массе (0V). Значение V₊ может быть любым значением выше или ниже значения массы для того, чтобы возникало электрическое поле. Обычно применяется напряжение постоянного тока, превышающее напряжение аккумулятора. В типичных случаях частицы сажи, производимые двигателем, обладают зарядом, и данные частицы подвергаются электростатическому притяжению в градиенте электрического потенциала между положительным и отрицательным электродами, и в результате происходит наложение частиц сажи друг на друга и формирование дендритного «уса» между положительным и отрицательным электродами. Когда дендритный «ус» удлиняется до такой степени, что перекрывает промежуток между электродами, он таким образом образует сажевый мостик и обеспечивает проводимость между зубцами электродов. В результате, сопротивление между парой электродов изменяется и такое изменение в сопротивлении служит в качестве меры частиц сажи или объема сажи, накопившейся на зубцах электродов 202 и 204 датчика (называемой сажевой нагрузкой на датчике) в выпускной системе. Датчик 106 содержания сажи может быть расположен ниже по потоку от НОА 104 и ДСФ 102, как представлено на ФИГ. 1. Показания датчика содержания сажи могут быть использованы для выявления утечки сажи за ДСФ 102 и таким образом для диагностики функционирования ДСФ.

При условиях, когда сажевая нагрузка на датчике содержания сажи в отработавших газах выше, чем пороговое значение сажевой нагрузки на датчике, датчик содержания сажи может быть подвергнут регенерации путем нагрева подложки датчика при помощи нагревательного элемента (не показан) для сжигания частиц сажи, накопившихся на поверхности датчика 106 содержания сажи. Периодическое выполнение регенерации поверхности датчика 106 содержания сажи может восстановить его состояние, позволяющее накапливать сажу из отработавших газов. В дополнение, точные данные об уровне содержания сажи в отработавших газах могут быть получены на основании регенерации и переданы в контроллер. После регенерации датчика содержания сажи положительный электрод может быть избирательно отключен от положительного напряжения путем открытия переключателя 206 (представлен в таблице 250 на ФИГ. 2В). В дополнение, отрицательный электрод может быть избирательно отсоединен от массы путем перевода переключателя 208 в третье открытое положение (положение 3, представлено в таблице 250 на ФИГ. 2В).

Когда нагрузка оксидов азота и оксидов серы в отработавших газах на НОА превышает нагрузку оксидов азота и оксидов серы на НОА соответственно, НОА может быть подвергнут регенерации и десульфатации для снижения соответствующей нагрузки оксидов азота и оксидов серы. В соответствии с ФИГ. 1 во время регенерации и десульфатации НОА в выпускную систему могут выделяться токсичные химические вещества. Для предотвращения электрохимического повреждения электродов датчика содержания сажи в такой реакционно-способной среде положительный и отрицательный электроды датчика содержания сажи могут быть отсоединены от положительного напряжения (путем открытия переключателя 206) и от массы (путем перевода переключателя 208 в третье положение). Таким образом, во время эксплуатации НОА в режиме регенерации положительный электрод 206 датчика содержания сажи может быть избирательно отсоединен от положительного напряжения 212, а отрицательный электрод 202 может быть избирательно отсоединен как от положительного напряжения, так и от массы путем перевода трехпозиционного переключателя 208 в третье положение (таблица 250 на ФИГ. 2). В качестве альтернативы, во время регенерации НОА датчик содержания сажи может функционировать в режиме обнаружения содержания твердых частиц и может продолжать обнаружение содержания сажи в отработавших газах. В соответствии с указанным выше раскрытием, в режиме обнаружения твердых частиц положительный электрод 206 датчика содержания сажи подсоединен к положительному напряжению 212, а отрицательный электрод 202 подсоединен к массе путем перевода трехпозиционного переключателя 208 в первое положение (таблица 250 на ФИГ. 2).

Во время десульфатации НОА, происходит выделение H₂S и отрицательный электрод может быть подвергнут дополнительному износу по причине реакционного характера электрохимической реакции между H₂S и поверхностью отрицательного электрода. H₂S может избирательно взаимодействовать с отрицательным электродом и, например, образовывать соль (например, PtS) как продукт коррозии поверхности отрицательного электрода. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что износ отрицательного электрода может быть замедлен путем избирательного подсоединения отрицательного электрода к положительному напряжению перед десульфатацией НОА для того, чтобы отрицательный электрод временно не отличался от положительного электрода. В качестве примера, до того, как нагрузка оксидов серы на НОА достигнет порогового значения, то есть во время режима, называемого предесульфатацией (таблица 250 на ФИГ. 2), положительный электрод может быть избирательно отсоединен от положительного напряжения путем открытия двухпозиционного переключателя 206, а отрицательный электрод может быть избирательно подсоединен к положительному электроду 212 путем перевода трехпозиционного переключателя 208 во второе закрытое положение. В данной конфигурации соединительный провод 216 соединяет отрицательный электрод с переключателем 208, который в закрытом втором положении подсоединяет отрицательный электрод через соединительные провода 224 и 222 к положительному напряжению 212. Двухпозиционный переключатель 206 и трехпозиционный переключатель 208 могут находиться в закрытом положении в соответствии с приведенным выше описанием в течение порогового периода времени (например, 4 секунды) перед началом десульфатации. При этом, после начала режима десульфатации положительный электрод может быть оставлен открытым, а отрицательный электрод может быть отсоединен как от положительного напряжения, так и от массы, путем перевода трехпозиционного переключателя в третье (открытое) положение, как описано выше. Различные режимы работы датчика содержания сажи и НОА и соответствующие положения переключателей 206 и 208 представлены в таблице 250 на ФИГ. 2В.

Управляющая система 14 на ФИГ. 1 показана с возможностью получения информации от множества датчиков 16 (различные примеры которых раскрыты в настоящей заявке) и передачи управляющих сигналов на множество приводов 81 (различные примеры которых раскрыты в настоящей заявке). В одном из примеров датчики 16 могут содержать датчик 126 отработавших газов (расположенный в выпускном коллекторе 48), датчик 128 температуры, датчик 129 давления (расположенный выше и/или ниже по потоку от устройства 70 контроля токсичности), датчик 106 содержания сажи, датчик 130 содержания оксидов азота, датчик 131 содержания оксидов серы и т.д. Другие датчики, такие как дополнительные датчики давления, температуры, воздушно-топливного отношения и состава, могут быть подсоединены в различных местах в системе 6 автомобиля. В соответствии с другим примером, среди приводов могут быть топливные форсунки 66, дроссель 62, клапаны ДСФ и НОА, осуществляющие управление регенерацией фильтра и накопителя (не показаны), двух- и трехпозиционные переключатели в цепи обнаружения ТЧ, блок управления датчиком и т.д. Управляющая система 14 может содержать контроллер 12. Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью содержания машиночитаемых инструкций, хранимых в долговременной памяти. Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков на ФИГ.1, обрабатывает сигналы и задействует различные приводы на ФИГ.1 для регулирования работы двигателя на основе принимаемых сигналов и инструкций, хранимых в памяти контроллера. Примерные алгоритмы раскрыты в настоящей заявке со ссылкой на ФИГ.3-6.

На ФИГ. 3 представлен способ 300 эксплуатации датчика содержания сажи в одном из трех режимов. Инструкции по осуществлению способа 300 и остальных способов, предусмотренных в данном раскрытии, могут выполняться контроллером на основании инструкций, хранящихся в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, получаемыми от датчиков системы двигателя, таких как датчики, раскрытые выше, и как показано на ФИГ. 1. Контроллер может использовать приводы двигателя системы двигателя для регулировки работы двигателя в соответствии со способами, раскрытыми ниже.

На шаге 302 способ 300 предусматривает определение рабочих условий двигателя. Установленные рабочие условия двигателя могут содержать, например, частоту вращения двигателя, температуру двигателя, различные значения воздушно-топливного отношения отработавших газов, различные значения температуры отработавших газов, сажевую нагрузку на датчике содержания сажи, сажевую нагрузку на ДСФ, нагрузку оксидов азота и нагрузку оксидов серы на НОА отработавших газов, температуру окружающей среды, срок (или расстояние) с момента последней регенерации и десульфатации НОА и тому подобное. На шаге 304 в результате того, что сажевая нагрузка на датчике содержания сажи ниже порогового значения, измеренного измерительным сопротивлением (таким как, например, сопротивление 210, показанное на ФИГ. 2А), датчик содержания сажи может функционировать в первом режиме, а именно в режиме обнаружения твердых частиц, в котором положительный электрод датчика содержания сажи подключен с помощью электрического соединения к положительному напряжению путем перевода первого переключателя (соединенного с положительным электродом) в закрытое положение. В дополнение, отрицательный электрод датчика содержания сажи подключается с помощью электрического соединения к массе через измерительное сопротивление путем перевода второго переключателя (соединенного с отрицательным электродом) в первое, закрытое положение. В то время, как датчик содержания сажи продолжает собирать твердые частицы в отработавших газах, НОА может накапливать оксиды азота и оксиды серы в отработавших газах, как описано выше.

На шаге 306 способ 300 может определить наличие условий для проведения десульфатации НОА. Как указано выше, загрязнение накопителей НОА серой в результате накопления оксидов серы на НОА, может негативно сказаться на работе НОА. Скорость и степень загрязнения серой может зависеть, например, от концентрации серы в топливе и общего пробега. Для обеспечения эффективности накопления оксидов азота НОА может периодически подвергаться десульфатации. Условия для десульфатации рассматривают как наличествующие, если нагрузка оксидов серы из отработавших газов на НОА превышает пороговое значение. Пороговое значение может быть основано на нагрузке оксидов азота на НОА. Как указано выше, оксиды серы адсорбируются преимущественно по сравнению с оксидами азота и образуют стабильные сульфаты с аккумулирующими материалами НОА. В результате адсорбции оксидов серы эффективность НОА постепенно снижается, так как для адсорбции оксидов азота доступно меньше аккумулирующих участков. Пороговое значение десульфатации может быть определено как пороговое, при начале снижения эффективности адсорбции оксидов азота на НОА. В качестве альтернативы, нагрузка оксидов серы может быть определена заранее, например, исходя из срока службы НОА и эффективности адсорбции оксидов серы на НОА. Во время десульфатации НОА, уровень содержания H₂S в отработавших газах высок и датчик содержания серы может быть подвергнут коррозии в агрессивной среде. Таким образом, в случае наличия условий для десульфатации на шаге 306, до начала процесса десульфатации способ 300 переходит к шагу 308, на котором датчик содержания серы может функционировать во втором режиме или режиме предесульфатации, и способ переходит к шагу 310, на котором датчик содержания серы может функционировать в третьем режиме или режиме десульфатации и может быть инициирован алгоритм десульфатации НОА, как показано на ФИГ. 6, и способ завершается. Однако, в случае отсутствия условий для десульфатации НОА на шаге 306 способ 300 может перейти к шагу 312, на котором может быть определено наличие условий для регенерации НОА. В связи с предельной загрузкой адсорбирующих участков НОА оксидами азота, при которой нагрузка оксидов азота из отработавших газов на НОА достигает порогового значения, может возникнуть потребность в выполнении регенерации НОА в условиях богатой смеси. В условиях регенерации НОА адсорбент (метал-нитрид) разлагается и восстанавливается до N₂ на катализаторе в соответствии с описанием выше. Если условия для регенерации НОА наличествуют или если нагрузка оксидов азота на НОА превышает пороговое значение нагрузки оксидов азота, то способ 300 переходит к шагу 314, на котором может быть инициирован алгоритм регенерации НОА, как показано на ФИГ. 6. Во время регенерации НОА датчик содержания сажи может функционировать в режиме регенерации или режиме обнаружения твердых частиц. Регенерация НОА предусматривает создание условий сгорания богатой смеси, при которых адсорбент разлагается и далее восстанавливается до N₂ на катализаторе НОА и ДСФ. Регенерация НОА может производиться чаще, чем, например, десульфатация НОА.

Однако, в случае отсутствия условий для регенерации НОА по итогам проверки на шаге 312 способ 300 переходит к шагу 316, на котором может быть определено наличие условий для регенерации датчика содержания сажи. Во время функционирования датчика содержания сажи в первом режиме датчик содержания сажи может продолжать накопление из отработавших газов. Определение и обновление данных о сажевой нагрузке может осуществляться постоянно, на основании изменений в сопротивлении или в проводимости, происходящих между электродами датчика в результате отложения сажи. На шаге 316 может быть определено наличие условий для регенерации датчика содержания сажи. В соответствии с одним примером, когда сажевая нагрузка на датчике содержания сажи достигает или превышает пороговое значение в соответствии с измерением проводимости между электродами датчика (такими как, например, электроды 202 и 204, показанные на ФИГ. 2А), или когда электрический ток на измерительном сопротивлении (таком как, например, сопротивление 210 на ФИГ. 2А) превышает пороговое значение, может быть подтверждено наличие условий для регенерации датчика содержания сажи. В случае наличия условий для регенерации датчика содержания сажи, таких как превышение сажевой нагрузкой на датчике содержания сажи порогового значения сажевой нагрузки, способ 300 переходит к шагу 318, на котором датчик содержания сажи может функционировать в третьем режиме, а именно в режиме регенерации. Далее, на шаге 318 может быть инициирован алгоритм регенерации датчика содержания сажи, как показано на ФИГ. 4, и способ 300 завершается. Регенерация датчика содержания сажи в режиме регенерации может предусматривать нагрев датчика при помощи нагревательных элементов (таких как нагревательный элемент, подсоединенный к датчику, не показан) до тех пор, пока все отложения сажи на электродах датчика не сгорят. Как правило, датчик содержания сажи подвергается регенерации реже, чем, например, НОА, для удаления отложений сажи из отработавших газов, собранных на электродах датчика содержания сажи. В некоторых случаях, например, при отсутствии утечек на ДСФ, датчик содержания сажи редко подвергается регенерации на протяжении ездового цикла. Таким образом, в данных условиях способ 300 завершается и затем начинается снова, возвращаясь к шагу 302.

Следовательно, датчик содержания сажи может функционировать в одном из множества (в данном раскрытии из трех) режимов исходя из условий отработавших газов. Контроллер может быть выполнен с возможностью переключения датчика между разными режимами путем регулировки положения первого переключателя, подсоединенного к положительному электроду датчика содержания сажи, и второго переключателя, подсоединенного к отрицательному электроду датчика содержания сажи. Разные положения переключателя и функционирование датчика содержания сажи во множестве режимов представлены на ФИГ. 4-6.

Что касается ФИГ. 4, на ней представлен способ 400 регенерации датчика содержания сажи (такого как, например, датчик 106 содержания сажи, показанный на ФИГ. 1). На шаге 402 датчик содержания сажи могут эксплуатировать в первом режиме (режим обнаружения твердых частиц). Функционирование датчика содержания сажи в режиме обнаружения твердых частиц предусматривает закрытие первого двухпозиционного переключателя и перевод второго трехпозиционного переключателя в первое положение. Однако, если датчик содержания сажи уже функционирует в режиме обнаружения твердых частиц, то на шаге 402 датчик содержания сажи может быть оставлен в режиме обнаружения твердых частиц путем оставления двухпозиционного переключателя в закрытом положении и дальнейшего оставления трехпозиционного переключателя в первом закрытом положении. На шаге 404 может быть определена сажевая нагрузка на датчике содержания сажи. Сажевая нагрузка на датчике содержания сажи может быть определена исходя из, например, сопротивления, измеренного между электродами датчика содержания сажи. На шаге 406 может быть определено, превышает ли сажевая нагрузка на датчике содержания сажи пороговое значение сажевой нагрузки, Thr_soot. По мере повышения сажевой нагрузки на датчике происходит снижение сопротивления. Если сажевая нагрузка на датчике содержания сажи превышает пороговое значение или если сопротивление датчика, отрегулированного с учетом температуры, снижается до порогового значения сопротивления, то может возникнуть необходимость в регенерации датчика содержания сажи для обеспечения дальнейшего обнаружения сажи. Если нагрузка на датчике содержания сажи выше порогового значения, то способ 400 переходит к шагу 408, на котором датчик содержания сажи может быть переведен из режима обнаружения твердых частиц в третий режим (регенерации датчика содержания сажи). Функционирование датчика содержания сажи в режиме регенерации предусматривает выполнение рядов действий на шагах 408-426. Функционирование датчика содержания сажи в режиме регенерации предусматривает на шаге 408 открытие первого двухпозиционного переключателя датчика для избирательного отсоединения положительного электрода датчика содержания сажи от положительного напряжения (от источника напряжения) и перевод второго трехпозиционного переключателя датчика содержания сажи в третье положение для избирательного отсоединения отрицательного электрода как от положительного напряжения, так и от массы. Следует понимать, что открытие первого двухпозиционного переключателя, подсоединенного к положительному электроду, и перевод второго трехпозиционного переключателя, подсоединенного к положительному электроду, в третье положение могут быть выполнены одновременно. Тем не менее, в соответствии с альтернативными вариантами, данные действия могут быть выполнены последовательно. В соответствии с дальнейшими примерами, данные действия могут быть выполнены в обратной последовательности, в соответствии с которой трехпозиционный переключатель может быть переведен в третье положение, а затем произведено открытие двухпозиционного переключателя.

После регулировки положения переключателей на шаге 410 может быть инициирована регенерация датчика содержания сажи и датчик содержания сажи будет подвергнут регенерации путем нагрева. Нагрев датчика содержания сажи может быть произведен путем активации нагревательного элемента, термически соединенного с поверхностью электрода датчика, такого как нагревательный элемент, встроенный в датчик, до тех пор, пока сажевая нагрузка на датчике не будет существенно уменьшена путем окисления частиц углерода между электродами. Управление регенерацией датчика содержания сажи обычно осуществляется при помощи таймеров и таймер может быть настроен на пороговый период на шаге 410. В качестве альтернативы, управление регенерацией датчика содержания сажи может быть произведено путем измерения температуры наконечника датчика, либо путем регулирования питания, подаваемого на нагреватель, либо любым или всеми из данных способов. При использовании таймера для регенерации датчика содержания сажи способ 400 предусматривает проверку, истек ли пороговый период на шаге 412. Если пороговый период не истек, то способ 400 переходит к шагу 428, на котором регенерация датчика содержания сажи может быть продолжена. Если пороговый период истек, то способ 400 переходит к шагу 414, на котором регенерация датчика содержания сажи может быть прекращена. В дополнение к этому, электроды датчика содержания сажи могут быть охлаждены, например, до температуры отработавших газов. Способ 400 переходит к шагу 416, на котором датчик содержания сажи может быть переключен из режима регенерации в режим обнаружения твердых частиц путем закрытия двухпозиционного переключателя и перевода трехпозиционного переключателя из третьего положения в первое положение. Способ 400 переходит к шагу 418, на котором измеряют сопротивление между электродами датчика содержания сажи. На основании измеренного сопротивления, по возможности компенсированного с учетом температуры, на шаге 420 может быть рассчитана сажевая нагрузка на датчике содержания сажи (напр., сажа, накопленная между электродами датчика содержания сажи), и способ переходит к шагу 422. На шаге 422 может быть произведено сравнение рассчитанной сажевой нагрузки на датчике содержания сажи с пороговым значением Thr. Пороговое значение Thr может представлять собой нижний порог, ниже чем Thr_soot, и свидетельствовать о том, что электроды достаточно очищены от частиц сажи. В соответствии с одним примером, пороговым значением может быть порог, ниже которого регенерация может быть прекращена. Если сажевая нагрузка продолжает оставаться выше, чем Thr, свидетельствуя о том, что может возникнуть необходимость в дальнейшей регенерации, то способ 400 переходит к шагу 428, на котором регенерация датчика содержания сажи может быть повторена. Однако, если датчик содержания сажи продолжают подвергать повторным регенерациям, контроллер может сформировать коды ошибок, чтобы сигнализировать о возможном износе датчика содержания сажи или о возможном износе нагревательного элемента в датчике. Если сажевая нагрузка ниже порога Thr, что свидетельствует о чистой поверхности электрода, способ 400 переходит к шагу 424, на котором данные о сопротивлении датчика содержания сажи и истории регенерации могут быть обновлены и сохранены в памяти. Например, может быть обновлена частота регенерации датчика содержания сажи и/или средняя продолжительность между событиями регенерации датчика. На шаге 426 контроллер может использовать различные модели для расчета коэффициента полезного действия очистки от сажи на ДСФ. Таким образом, датчик содержания сажи может выполнять встроенную диагностику ДСФ.

Выпускной канал двигателя может содержать один или более датчиков содержания сажи, установленных выше по потоку и/или ниже по потоку от ДСФ для определения сажевой нагрузки на ДСФ. Если датчик содержания сажи установлен выше по потоку от ДСФ, исходя из изменения сопротивления, вызванного отложением сажи на электродах, то сажевая нагрузка на датчике может быть определена. Сажевая нагрузка, определенная данным образом, может быть использована, например, для обновления данных о сажевой нагрузке на ДСФ. Если сажевая нагрузка на ДСФ выше порогового значения для регенерации ДСФ, то контроллер может произвести регулировку рабочих параметров двигателя для регенерации ДСФ. В частности, в результате наличия условий для регенерации фильтра температура фильтра (или вблизи фильтра) может быть существенно повышена для сжигания накопленной сажи. Это может предусматривать функционирование нагревателя, подсоединенного к ДСФ, или повышение температуры отработавших газов двигателя (напр., за счет сгорания богатой смеси), поступающих в ДСФ. В дополнение, во время регенерации фильтра датчик содержания сажи может функционировать в режиме регенерации, как показано на ФИГ. 4. Путем избирательного отсоединения положительного электрода датчика содержания сажи (от положительного напряжения) и отрицательного электрода датчика содержания сажи (как от положительного напряжения, так и от массы) во время регенерации бензинового сажевого фильтра отработавших газов электроды могут быть открыты, и, в связи с этим, устойчивы к повреждению в результате электрохимического воздействия.

После завершения регенерации ДСФ датчик содержания сажи может быть переключен, например, в режим обнаружения твердых частиц путем закрытия первого переключателя для того, чтобы подсоединить положительный электрод к положительному напряжению, и перевода второго переключателя в первое положение для того, чтобы подсоединить отрицательный электрод к массе через измерительное сопротивление. В качестве альтернативы, в случае наличия условий для регенерации датчика содержания сажи, датчик содержания сажи может функционировать в режиме регенерации путем оставления положительного и отрицательного электродов открытыми посредством открытия первого переключателя и перевода второго переключателя в положение 3, как показано на ФИГ. 4. Тем не менее, в случае наличия условий для регенерации или десульфатации НОА, датчик содержания сажи может функционировать в одном из режимов - регенерации, предесульфатации или десульфатации, как показано на ФИГ. 5.

Что касается ФИГ. 5, на ней представлен способ 500 регенерации и десульфатации НОА отработавших газов во время регулировки работы датчика содержания сажи в отработавших газах. На шаге 504 может быть приблизительно определен уровень оксидов азота и оксидов серы из отработавших газов на НОА. Таким образом, НОА может быть выполнен с возможностью отделять оксиды азота из потока отработавших газов, если поток отработавших газов представляет собой поток в условиях бедной смеси (другими словами, более бедной по отношению к стехиометрической, с большим содержанием кислорода из воздуха, чем топлива, необходимого для полного сжигания) и сокращать отделенные оксиды азота, если поток отработавших газов представляет собой поток в условиях богатой смеси (другими словами, более богатой по отношению к стехиометрической, с большим содержанием компонентов топлива, чем окисляющих газов). На шаге 506 может быть определено, превышает ли нагрузка оксидов азота на НОА пороговое значение Тhr_оксидов азота. Как упомянуто выше, в связи с предельной загрузкой оксидами азота адсорбирующих участков НОА, при которой нагрузка оксидов азота из отработавших газов на НОА достигает порогового значения, НОА может быть подвергнут регенерации в условиях богатой смеси. При таких условиях нитрат-адсорбент разлагается на NO и O₂, а NO далее восстанавливается до N₂ на катализаторе. Пороговое значение может быть определено как максимальная нагрузка на НОА, при которой инициируют регенерацию НОА. Если нагрузка оксидов азота из отработавших газов на НОА превышает порог при проверке на шаге 506, то способ 500 переходит к шагу 507, на котором может быть произведена регенерация НОА. Однако, во время регенерации НОА датчик содержания сажи может функционировать либо в режиме регенерации, либо в режиме обнаружения твердых частиц. Например, на шаге 510 в режиме регенерации положительный электрод датчика содержания сажи может быть избирательно отсоединен от положительного напряжения, а на шаге 512 отрицательный электрод датчика содержания сажи может быть избирательно отсоединен как от массы, так и от положительного электрода. Таким образом, восстановительные газы, выделяемые во время регенерации НОА, не оказывают воздействия на электроды датчика содержания сажи. В качестве альтернативы, в целях некоторых калибровок и вариантов применения может быть определено, что датчик содержания сажи действует в режиме обнаружения твердых частиц во время регенерации НОА. При данных условиях положительный электрод датчика содержания сажи может быть избирательно подсоединен (или оставаться подсоединенным) к положительному напряжению, а отрицательный электрод датчика содержания сажи может быть избирательно подсоединен (или оставаться подсоединенным) к массе. Таким образом, датчик содержания сажи может функционировать либо в режиме регенерации, либо в режиме обнаружения твердых частиц во время регенерации НОА, как раскрыто выше. На шаге 514 может быть инициирована регенерация НОА для удаления накопившихся оксидов азота из отработавших газов. Контроллер может иметь сохраненные инструкции для направления сигнала о регенерации в цепь регенерации в соответствии с нагрузкой оксидов азота на НОА. Как правило, регенерация НОА предусматривает определенную интенсивность впрыска топлива для получения отработавших газов в условиях богатой смеси. Типичная температура НОА при такой абсорбции и реакциях составляет от 200°С до 400°С. Типичный цикл состоит из приблизительно 60 секунд абсорбции оксидов азота при сгорании бедной смеси (напр., типичное ВТО составляет от 20:1 до 30:1) и последующих 5 секунд регенерации при сгорании богатой смеси (напр., ВТО от 12:1 до 14:1). Таким образом, датчик содержания сажи может функционировать либо в третьем режиме (режиме регенерации), либо в первом режиме (режиме обнаружения твердых частиц) во время регенерации НОА. Во время регенерации НОА функционирование датчика содержания сажи в режиме регенерации предусматривает отсоединение положительного электрода от положительного напряжения путем открытия первого переключателя для того, чтобы разорвать электрическое соединение между положительным электродом и положительным напряжением. В дополнение, в режиме регенерации датчика содержания сажи отсоединение отрицательного электрода как от массы, так и от положительного электрода, предусматривает перевод второго переключателя в открытое положение (третье положение) для того, чтобы разорвать электрическое соединение отрицательного электрода как с положительным напряжением, так и с массой. Техническим эффектом открытия обоих переключателей является то, что электроды датчика содержания сажи отсоединены от положительного напряжения и от массы, тем самым уменьшена возможность какой-либо химической реакции на поверхности электродов, вызываемой оксидами азота, выделяемыми в результате регенерации НОА. В качестве альтернативы, датчик содержания сажи может продолжать накапливать твердые частицы между электродами по время регенерации НОА. При работе в режиме обнаружения твердых частиц положительный электрод датчика содержания сажи может быть подсоединен к положительному напряжению путем закрытия первого переключателя для того, чтобы установить электрическое соединение между положительным электродом и положительным напряжением. В дополнение, отрицательный электрод датчика содержания сажи может быть подсоединен к массе путем перевода второго переключателя в первое положение для того, чтобы установить электрическое соединение между отрицательным электродом и массой через измерительное сопротивление. Однако, если во время регенерации НОА датчик содержания сажи уже работает в режиме обнаружения твердых частиц, то он может быть оставлен в данном режиме во время регенерации НОА путем оставления первого переключателя в закрытом положении и оставления второго переключателя в первом положении.

На шаге 516 способ 500 предусматривает определение того, произошло ли падение нагрузки оксидов азота на НОА ниже порогового значения NOx_Thr. Пороговым значением может быть нижний порог нагрузки оксидов азота, при котором регенерация НОА может быть прекращена. Контроллер может производить измерение нагрузки оксидов азота при помощи различных моделей, таймеров и датчиков. Если нагрузка оксидов азота опустился ниже порогового значения NOx_Thr, то способ переходит к шагу 520, на котором регенерация НОА может быть прекращена. Как правило, НОА возобновляет накопление оксидов азота, интенсивность впрыска топлива может быть снижена до создания бедной смеси в зависимости от рабочих условий двигателя. Способ 500 затем переходит к шагу 522, на котором электроды датчика содержания сажи могут быть заново подсоединены в зависимости от рабочих условий датчика содержания сажи. Например, датчик содержания сажи может возобновить обнаружение твердых частиц в выпускном тракте, в связи с чем датчик содержания сажи может быть переключен в режим обнаружения твердых частиц, в котором положительный электрод может быть заново подсоединен к положительному напряжению путем закрытия первого переключателя, а отрицательное напряжение может быть заново подсоединено к массе путем перевода второго переключателя из третьего положения в первое положение. Способ 500 затем переходит к шагу 523, на котором история регенерации НОА может быть обновлена и алгоритм завершается. Например, промежуток времени между текущим алгоритмом регенерации и непосредственно предыдущим алгоритмом регенерации может быть обновлен на шаге 523.

Тем не менее, в случае отсутствия условий для регенерации НОА или если нагрузка оксидов азота не превышает NOx_Thr при измерении на шаге 506, способ 500 переходит к шагу 508, на котором может быть определено, превышает ли нагрузка оксидов серы из отработавших газов на НОА пороговый уровень Thr_deSOx, являющийся порогом, на котором может быть произведена десульфатация. Порог может представлять собой нагрузку оксидов серы, при которой, например, происходит десульфатация НОА. В качестве альтернативы, пороговое значение может быть определено, например, на основании скорости адсорбции оксидов серы или оксидов азота или сигнала об оксидах азота. Как упомянуто выше, оксиды серы конкурируют с оксидами азота за адсорбирующие участки на НОА. Если нагрузка оксидов серы не превышает значение Thr_deSOx, то способ 500 переходит к шагу 542, на котором НОА может продолжать накопление оксидов азота и оксидов серы из отработавших газов, а датчик содержания серы может функционировать в режиме обнаружения твердых частиц, и способ 500 завершается. Однако, если нагрузка оксидов серы на НОА выше порогового значения для десульфатации, то НОА может быть подвергнут десульфатации. Тем не менее, до инициирования процесса десульфатации НОА (или во время предесульфатации) цепи электродов датчика содержания сажи могут быть отрегулированы для переключения датчика содержания сажи в режим предесульфатации на шаге 509. Во время предесульфатации способ 500 предусматривает избирательное отсоединение положительного электрода от положительного напряжения путем открытия первого переключателя на шаге 524. Далее, на шаге 526 отрицательный электрод может быть избирательно подсоединен к положительному напряжению путем перевода трехпозиционного переключателя в закрытое (второе) положение. Таким образом, в режиме предесульфатации открытие первого переключателя может разорвать электрическое соединение между положительным электродом и положительным напряжением, а перевод второго переключателя во второе (закрытое) положение может обеспечить электрическое соединение между отрицательным электродом и положительным напряжением. Технический эффект подсоединения отрицательного электрода к положительному напряжению заключается в том, что теперь отрицательный электрод датчика содержания сажи получает положительный заряд, и далее, после инициирования десульфатации НОА, оба электрода, и положительный, и отрицательный, могут иметь положительные заряды и, следовательно, обладать более высокой стойкостью к коррозии H₂S. Контроллер может оставить датчик содержания сажи в режиме предесульфатации в течение заранее определенного периода времени (например, в течение 4 секунд). На шаге 527 электроды датчика содержания сажи могут быть переведены из режима предесульфатации в режим десульфатации и десульфатация НОА может быть инициирована. В дополнение, на шаге 528 положительный электрод может оставаться отсоединенным от положительного напряжения. Кроме того, на шаге 530 отрицательный электрод может быть избирательно отсоединен от положительного напряжения и оставлен в открытом положении путем перевода трехпозиционного переключателя в третье открытое положение, и на шаге 532 может быть инициирована десульфатация НОА. Десульфатация требует наличия повышенных температур, также как и восстановительной среды. Интенсивность впрыска топлива может варьироваться между богатым и бедным соотношением смеси в течение определенного периода времени. В соответствии с одним примером, НОА может подвергаться пяти 10-секундным циклам в условиях богатой смеси и 18-секундным циклам в условиях бедной смеси при температурах, превышающих 700°С во время десульфатации.

На шаге 534 способ 500 предусматривает определение, упал ли нагрузка оксидов серы на НОА ниже порогового значения SOx_Thr. Пороговым значением может быть нижнее пороговое значение нагрузки оксидов серы, при котором десульфатация НОА может быть прекращена. Если нагрузка оксидов серы не ниже порогового значения SOx_Thr, то десульфатация НОА может быть продолжена на шаге 544. Если нагрузка оксидов серы падает ниже порогового значения, то способ переходит к шагу 536, на котором десульфатация НОА может быть прекращена. Рабочая температура НОА может быть понижена, а интенсивность впрыска топлива может быть восстановлена до стехиометрического или бедного отношения в зависимости от рабочих условий двигателя. Способ 500 может перейти к шагу 538, на котором электроды датчика содержания сажи могут быть отрегулированы в зависимости от рабочих условий датчика содержания сажи. Датчик содержания сажи может быть переключен из режима десульфатации в режим обнаружения твердых частиц, в этом случае положительный электрод может быть заново подсоединен к положительному напряжению путем закрытия первого переключателя, а отрицательный электрод может быть подсоединен к массе путем перевода второго переключателя из третьего положения в первое. Способ 500 затем переходит к шагу 540, на котором история десульфатации НОА может быть обновлена и алгоритм завершается. Например, может быть обновлена частота десульфатации НОА и/или средняя продолжительность между событиями десульфатации, и способ завершается.

Таким образом, коррозия электродов датчика содержания сажи, вызываемая H₂S и SO₂, выделяемыми во время десульфатации НОА, может быть снижена путем выполнения следующих действий во время десульфатации НОА. Во-первых, во время предесульфатации положительный электрод отсоединяют от положительного напряжения, а отрицательное напряжение подсоединяют к положительному напряжению. Во-вторых, во время десульфатации положительный электрод оставляют открытым, а отрицательный электрод отсоединяют от положительного напряжения. Следовательно, при выделении H₂S во время десульфатации оба электрода не отличаются от отсоединенных положительных потенциалов, и следовательно, уменьшается возможность возникновения химических реакций электродов с серой.

Что касается ФИГ. 6, карта 600 демонстрирует пример взаимосвязи между соединениями электродов датчика содержания сажи применительно к регенерации НОА и десульфатации НОА. Кривые 602 и 604 показывают положение положительного и отрицательного электродов датчика содержания сажи во время различных комбинаций условий. Кривая 606 отображает проводимость датчика содержания сажи во время соответствующих условий. Кривые 608 и 610 отображают соответствующую нагрузку оксидов азота из отработавших газов и оксидов серы из отработавших газов на НОА во время соответствующих условий. Кривые 612 и 614 отображают температуру отработавших газов и воздушно-топливное отношение во время соответствующих условий, упомянутых выше. Для каждой кривой ось X (горизонтальная) представляет время, а ось Y (вертикальная) представляет соответствующие параметры. Следует понимать, что карта 600 представляет информацию в коротком масштабе времени.

В промежуток времени между t₀ и t₁, датчик содержания сажи может накапливать твердые частицы из отработавших газов, т.е., например, датчик действует в режиме обнаружения твердых частиц. При первом условии трехпозиционный переключатель, подсоединенный к отрицательному электроду датчика содержания сажи, может находиться в первом положении, как представлено на шаге 602, а двухпозиционный переключатель, подсоединенный к положительному электроду, может находиться в закрытом положении, как представлено на шаге 604. При данном первом условии положительный электрод подсоединен с помощью электрического соединения к положительному напряжению, тогда как отрицательный электрод подсоединен с помощью электрического соединения к массе через измерительное сопротивление, как показано на ФИГ. 2. В случае установки ниже по потоку от ДСФ датчик содержания сажи может обнаруживать твердые частицы, проникающие сквозь ДСФ. При надлежащей работе ДСФ отфильтровывает твердые частицы из выхлопных газов, и, следовательно, при таком расположении датчик содержания сажи может не обнаруживать никаких твердых частиц. При отсутствии твердых частиц между электродами проводимость пары электродов низкая, как показано на ФИГ. 606. Однако, в это время, допуская, что нагрузка небольшая и двигатель работает на смеси с бедным воздушно-топливном отношением, как показано на шаге 614, и при температуре отработавших газов как показано на шаге 612, соответствующий уровень накопления оксидов азота и серы из отработавших газов на НОА показан на шаге 608 и 610 соответственно.

При условиях бедной смеси оксиды азота адсорбируются с повышенной скоростью, как показано на шаге 608. В момент времени t₁ нагрузка оксидов азота на НОА может достигнуть значения Thr_NOx, порогового для выполнения регенерации НОА, как показано на шаге 616. В момент времени t₁ может быть инициирована регенерация НОА. В период времени между t₁ и t₂, при выполнении регенерации НОА, электроды датчика содержания сажи могут быть переключены как показано на шагах 602 и 604. Иными словами, отрицательный электрод может быть отсоединен от массы и от положительного электрода путем обеспечения функционирования трехпозиционного переключателя в третьем (открытом) положении, как показано на шаге 602. В дополнение, положительный электрод может быть отсоединен от положительного напряжения путем обеспечения функционирования двухпозиционного переключателя в открытом положении, как показано на шаге 604. В период времени между t₀ и t₁ эксплуатации переключателей как показано, проводимость могут не измерять, как показано на шаге 606. В соответствии с альтернативными примерами, датчик содержания сажи может продолжать функционирование в режиме обнаружения твердых частиц, при котором переключатель положительного электрода может быть оставлен закрытым (как показано прерывистыми линиями на шаге 604) и отрицательный электрод может быть оставлен в первом положении (как показано прерывистыми линиями на шаге 602), а проводимость может продолжать считывать низкое значение, подобное значению, измеренному перед инициированием регенерации НОА. Как правило, регенерация НОА предусматривает изменение интенсивности впрыска топлива для получения отработавших газов в условиях богатой смеси, как показано на шаге 614. Как только нагрузка оксидов азота из отработавших газов на НОА падает ниже порогового значения, регенерация НОА может быть прекращена путем повышения интенсивности впрыска топлива для получения бедной смеси, как показано на шаге 614. В дополнение, датчик содержания сажи может быть переключен из режима регенерации в режим обнаружения твердых частиц или оставлен в режиме обнаружения твердых частиц. Другими словами, первый переключатель может быть закрыт (или оставлен закрытым) для обеспечения электрического соединения между положительным электродом и положительным напряжением, а второй переключатель может быть переведен из третьего положения в первое положение (или быть оставленным в первом положении) для обеспечения электрического соединения между отрицательным электродом и массой, как показано на шагах 604 и 602. Как правило, например, абсорбция оксидов азота может быть выполнена в течение 60 секунд, а регенерация может быть выполнена в течение 5 секунд. Единичный цикл абсорбции оксидов азота и десорбции (или регенерация НОА) показан между моментами времени t₀ и t₂. НОА может быть подвергнут нескольким циклам абсорбции оксидов азота и регенерации (другой такой цикл показан, например, между моментами времени t₂ и t₄). Тем не менее, накопление оксидов серы на НОА может происходить медленнее, чем накопление оксидов азота на НОА.

Что касается ФИГ. 7, карта 700 демонстрирует пример взаимосвязи между соединениями электродов датчика содержания сажи применительно к регенерации НОА и десульфатации НОА в более длинном масштабе времени. Кривые 702 и 704 показывают положение положительного и отрицательного электродов датчика содержания сажи во время различных комбинаций условий. Кривая 706 отображает проводимость датчика содержания сажи во время соответствующих условий. Кривые 708 и 710 отображают соответствующую нагрузку оксидов азота из отработавших газов и оксидов серы из отработавших газов на НОА во время соответствующих условий. Кривые 712 и 714 отображают температуру отработавших газов и воздушно-топливное отношение во время соответствующих условий, упомянутых выше. Для каждой кривой ось X (горизонтальная) представляет время, а ось Y (вертикальная) представляет соответствующие параметры. Следует понимать, что карта 700 представляет информацию в более длинном масштабе времени.

В соответствии с ФИГ. 6, между моментами времени t₀ и t₁₂ показаны несколько циклов абсорбции оксидов азота и десорбции, а НОА может продолжать адсорбцию оксидов серы. В течение данных циклов датчик содержания сажи может функционировать в режиме обнаружения твердых частиц, как раскрыто выше. Переключатель положительного электрода находится в закрытом положении, а переключатель отрицательного электрода находится в первом положении, как показано на шаге 704 и 702 соответственно. В соответствии с альтернативными примерами, датчик содержания сажи может функционировать в режиме регенерации, как показано на ФИГ. 6. Как раскрыто выше, в отработавших газах двигателя содержатся полученные из топлива и смазочного масла оксиды серы (SOx), конкурирующие с оксидами азота за адсорбирующие участки на НОА, и оксиды серы адсорбируются преимущественно по сравнению с оксидами азота, создавая стабильные сульфаты с аккумулирующими материалами НОА. В зависимости от содержания серы в топливе время, требующееся для нагрузки НОА оксидами серы, может быть более длительным (например, 15 минут). Когда нагрузка оксидов серы достигает порогового значения Thr_deSOx в момент времени Т₁₂, НОА может быть подвергнут десульфатации. Однако, перед инициированием алгоритма десульфатации между моментами времени t₁₂ и t₁₃ НОА может функционировать в режиме предесульфатации, при котором электроды датчика содержания сажи могут функционировать при втором условии. При втором условии двухпозиционный переключатель, подсоединяющий положительный электрод к положительному напряжению, может быть открыт для разрыва электрического соединения между положительным электродом и положительным напряжением, как показано на шаге 704, причем трехпозиционный переключатель переводят в положение, соединяющее отрицательный электрод со вторым положением (показано на шаге 702), таким образом обеспечивая электрическое соединение между отрицательным электродом и положительным напряжением. Датчик содержания сажи продолжает функционировать в режиме предесульфатации до инициирования десульфатации в момент времени t₁₃. В момент времени t₁₃ электроды датчика содержания сажи могут функционировать при третьем условии. При третьем условии двухпозиционный переключатель оставляют открытым для разрыва электрического соединения между положительным электродом и положительным напряжением, причем второй переключатель переводят из второго в третье положение для разрыва электрического соединения отрицательного электрода как с положительным напряжением, так и с массой, как показано на шагах 704 и 702. Во время десульфатации НОА между моментами времени t₁₃ и t₁₄ катализатор НОА может периодически быть подвергнут бедному и богатому циклам, как показано на шаге 714, при повышенных температурах (например, 700°С), как показано на шаге 712. В этот период времени происходит постепенное снижение адсорбции оксидов серы на НОА, как показано на шаге 710. Во время десульфатации НОА удаление серы из НОА происходит быстро, образуя меньшие объемы газа H₂S (в основном образуя газ SO₂). Однако, выделяемый H₂S не может взаимодействовать с заряженными электродами датчика содержания сажи, тем самым уменьшая риск повреждения электродов. В зависимости от места расположения датчика содержания сажи в выпускном тракте повышенные температуры во время десульфатации могут обеспечить регенерацию датчика содержания сажи и ДСФ. Таким образом, в период между моментами времени t₁₃ и t₁₄, при десульфатации НОА проводимость между электродами датчика содержания сажи могут не измерять, как показано на шаге 706. В дополнение, электроды датчика содержания сажи могут быть очищены при помощи функционирования нагревательного элемента датчика в течение данного периода времени. В момент времени t₁₄ алгоритм десульфатации может быть прекращен, как только нагрузка оксидов серы достигнет порогового значения SOx_Thr. В дополнение, например, электроды датчика содержания сажи могут быть охлаждены и переведены обратно в режим обнаружения твердых частиц путем закрытия первого переключателя и перевода второго переключателя в положение 1. Это может быть выполнено одновременно, последовательно или в обратном порядке. В момент времени t₁₄ НОА может продолжать накопление оксидов азота и оксидов серы, как показано на шагах 708 и 710.

В соответствии с одним примером, если датчик содержания сажи расположен ниже по потоку от ДСФ, то он может быть использован для выявления каких-либо утечек в ДСФ. В момент времени t₁₅ на ДСФ может произойти утечка и вследствие этого проводимость датчика содержания сажи, как показано на шаге 706, может возрасти по причине того, что датчик содержания сажи может обнаруживать сажу, проникающую сквозь ДСФ. По достижении проводимостью порогового значения Thr_soot, датчик содержания сажи может быть подвергнут регенерации. Во время регенерации датчика содержания сажи положительный электрод может быть отсоединен от положительного напряжения путем открытия двухпозиционного переключателя, как показано на шаге 704, а отрицательный электрод может быть отсоединен как от положительного напряжения, так и от массы, путем перевода трехпозиционного переключателя в третье положение, как показано на шаге 702. В дополнение, температура отработавших газов может быть повышена, как показано на шаге 712. В соответствии с некоторыми примерами температура может не быть повышена, а вместо этого регенерация датчика содержания сажи может быть произведена при помощи нагревателя. Контроллер может обновить историю регенерации датчика содержания сажи, а коэффициент полезного действия ДСФ может быть рассчитан как раскрыто выше.

Следовательно, в ответ на превышение порогового значения нагрузки оксидов серы НОА обеспечивают функционирование сначала в режиме предесульфатации, в котором отрицательный электрод на короткий период времени соединен с положительным напряжением, а положительный электрод отсоединен от положительного напряжения. Тем не менее, во время десульфатации оба электрода могут быть открыты, т.е. не соединены с положительным напряжением или с массой, тем самым снижая возможность износа датчика. Таким образом, коррозия электрода датчика в присутствии H₂S может быть снижена. Снижение износа датчика содержания сажи может повысить надежность измерения коэффициента полезного действия ДСФ, а в целом снизить расходы по ошибочному ремонту фильтра отработавших газов и высокие гарантийные затраты на замену хороших фильтров ДСФ, и в то же время снизить риск необнаружения неисправного ДСФ.

Таким образом, пример способа при первом условии предусматривает функционирование первого переключателя для обеспечения электрического соединения между положительным электродом датчика и положительным напряжением и функционирование второго переключателя для обеспечения электрического соединения между отрицательным электродом датчика и массой. Способ также предусматривает при втором условии функционирование первого переключателя для разрыва электрического соединения между положительным электродом датчика и положительным напряжением и функционирование второго переключателя для обеспечения электрического соединения между отрицательным электродом датчика и положительным напряжением. В дополнение, способ также предусматривает при третьем условии функционирование первого переключателя для разрыва электрического соединения положительного электрода с положительным напряжением и функционирование второго переключателя для разрыва электрического соединения отрицательного электрода как с положительным напряжением, так и с массой, причем первое, второе и третье условие взаимно исключают друг друга. Первый переключатель представляет собой двухпозиционный переключатель, и функционирование первого переключателя при первом условии предусматривает закрытие первого переключателя, а функционирование первого переключателя при втором условии предусматривает открытие первого переключателя, причем датчик представляет собой датчик содержания сажи со встречно-гребенчатыми электродами. Второй переключатель представляет собой трехпозиционный переключатель, и функционирование второго переключателя при первом условии предусматривает перевод переключателя в первое положение, функционирование второго переключателя при втором условии предусматривает перевод переключателя во второе положение, а функционирование второго переключателя при третьем условии предусматривает перевод переключателя в третье положение. Третье положение может находиться между первым и вторым положениями. Первое условие дополнительно предусматривает нагрузка сажи на датчик ниже порогового значения нагрузки сажи, а нагрузка оксидов азота накопителя оксидов азота (НОА), установленного выше по потоку от датчика содержания сажи, отклоняющийся от порогового значения нагрузки оксидов азота, причем отклонение предусматривает нагрузку оксидов азота выше или ниже порогового значения нагрузки оксидов азота. Второе условие предусматривает нагрузку оксидов серы на НОА выше порогового значения нагрузки оксидов серы, и предпосылку для третьего условия, а третье условие предусматривает сажевую нагрузку на датчике выше порогового значения сажевой нагрузки, нагрузку оксидов азота на НОА выше порогового значения нагрузки оксидов азота, и нагрузку оксидов серы на НОА выше порогового значения нагрузки оксидов серы, и режим deSOx.

В соответствии с одним примером, выпускная система двигателя состоит из двигателя, содержащего выпускной канал, накопителя оксидов азота (НОА), фильтра отработавших газов ДСФ, датчика содержания сажи, установленного ниже по потоку от НОА и от ДСФ, причем датчик содержания сажи содержит первый положительный гребенчатый электрод, находящийся во встречно-штыревом соединении со вторым гребенчатым отрицательным электродом, первый электрод, соединенный с положительным напряжением через первый переключатель, второй электрод, соединенный с массой как через измерительное сопротивление, так и через второй переключатель. Контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранящимися в долговременной памяти, может быть выполнен с возможностью обеспечения функционирования выпускной системы в первом режиме при закрытом первом переключателе, обеспечивающем электрическое соединение между положительным электродом и положительным напряжением, и при втором переключателе в первом положении, обеспечивающем электрическое соединение между отрицательным электродом и массой. Контроллер может также быть выполнен с возможностью обеспечения функционирования выпускной системы во втором режиме при открытом первом переключателе, разрывающем электрическое соединение между положительным электродом и положительным напряжением, и при втором переключателе во втором положении, обеспечивающем электрическое соединение отрицательного электрода с положительным напряжением. Контроллер может также быть выполнен с возможностью обеспечения функционирования выпускной системы в третьем режиме при открытом первом переключателе, разрывающем электрическое соединение между положительным электродом и положительным напряжением, и при втором переключателе в третьем положении, разрывающем электрическое соединение отрицательного электрода как с положительным напряжением, так и с массой. Контроллер может функционировать в первом режиме в ответ на падение сажевой нагрузки на датчике ниже порогового значения сажевой нагрузки и на отклонение нагрузки оксидов азота от порогового значения нагрузки оксидов азота. Отклонение от порогового значения дополнительно подразумевает нагрузку оксидов азота на НОА выше или ниже порогового значения нагрузки оксидов азота. Контроллер может быть также переключен из первого режима во второй режим в ответ на превышение нагрузкой оксидов серы на НОА порогового значения нагрузки оксидов серы, и далее переключен из первого режима в третий режим в ответ на превышение сажевой нагрузкой на датчике порогового значения сажевой нагрузки и превышение нагрузкой оксидов азота на НОА порогового значения нагрузки оксидов азота на НОА. Контроллер может также быть переключен из второго режима в третий режим в ответ на сохранение нагрузкой оксидов серы на НОА значения, превышающего пороговое значение нагрузки оксидов серы, и далее переключен из третьего режима в первый в ответ на падение сажевой нагрузки на датчике ниже порогового значения сажевой нагрузки и на падение нагрузки оксидов азота на НОА ниже порогового значения нагрузки оксидов азота, и далее переключен из третьего режима в первый режим в ответ на падение нагрузки оксидов серы на НОА ниже порогового значения нагрузки оксидов серы. Первый переключатель представляет собой двухпозиционный переключатель, а второй переключатель представляет собой трехпозиционный переключатель. Третье положение трехпозиционного переключателя может быть расположено между первым и вторым положениями.

Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или автомобиля. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут быть сохранены как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполнены управляющей системой, состоящей из контроллера и комбинации различных датчиков, приводов и других аппаратных средств двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой любое количество стратегий обработки, таких как событийные, с управлением по прерываниям, многозадачные, многопоточные и тому подобное. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Точно так же указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных особенностей 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. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память накопителя машиночитаемых данных компьютера в управляющей системе двигателя, в которой раскрытые действия могут быть выполнены посредством исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты аппаратного 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 к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов, а также по отношению к любым отработавшим газам, из которых удаляют оксиды азота и ТЧ и из которых возможно выделение H₂S. Предмет настоящего раскрытия 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 «какой-либо» 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 раскрытия изобретения.

Предложены способы и системы для снижения износа электродов датчика содержания сажи в агрессивной химической среде, возникающей в результате десульфатации накопителя оксидов азота, установленного выше по потоку от датчика содержания сажи. В соответствии с одним примером способ может предусматривать в ответ на превышение нагрузкой оксидов серы порогового значения, перед инициированием десульфатации НОА, обеспечение функционирования датчика содержания сажи в режиме предесульфатации, в котором отрицательный электрод на короткий период времени соединяют с положительным электродом, причем положительный электрод отсоединяют от положительного электрода. Тем не менее, во время десульфатации, во время которой происходит выделение H₂S в качестве побочного продукта, оба электрода могут быть открыты, т.е. не соединены с положительным электродом или с массой, тем самым уменьшая возможность износа датчика. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ эксплуатации датчика содержания сажи, предусматривающий следующие шаги:

избирательно подсоединяют и отсоединяют положительный электрод из встречно-гребенчатых электродов датчика к положительному напряжению / от положительного напряжения; и

избирательно подсоединяют отрицательный электрод из встречно-гребенчатых электродов датчика к массе через измерительное сопротивление;

причем датчик представляет собой датчик содержания сажи, установленный ниже по потоку от накопителя оксидов азота (НОА) в выпускной системе, и при этом избирательное подсоединение положительного электрода к положительному напряжению осуществляют в ответ на любое из следующих действий: функционирование датчика содержания сажи в режиме обнаружения твердых частиц и функционирование НОА в режиме регенерации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что избирательное отсоединение положительного электрода от положительного напряжения осуществляют в ответ на любое из следующих действий: функционирование датчика содержания сажи в режиме регенерации, функционирование НОА в режиме регенерации, функционирование НОА в режиме предесульфатации и функционирование НОА в режиме десульфатации.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что положительный электрод подсоединяют к положительному напряжению электрическим соединением при помощи двухпозиционного переключателя, и при этом избирательное подсоединение положительного электрода к положительному напряжению предусматривает закрытие двухпозиционного переключателя, а избирательное отсоединение положительного электрода от положительного напряжения предусматривает открытие двухпозиционного переключателя.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что избирательное подсоединение отрицательного электрода к массе осуществляют в ответ на любое из следующих действий: функционирование датчика в режиме обнаружения твердых частиц и функционирование НОА в режиме регенерации.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют избирательное подсоединение отрицательного электрода к положительному напряжению в ответ на функционирование НОА в режиме предесульфатации.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют избирательное отсоединение отрицательного электрода как от положительного напряжения, так и от массы, в ответ на одно из следующих действий: функционирование датчика содержания сажи в режиме регенерации, функционирование НОА в режиме регенерации и функционирование НОА в режиме десульфатации.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что отрицательный электрод подсоединяют к массе электрическим соединением при помощи трехпозиционного переключателя, и при этом избирательное соединение отрицательного электрода к массе предусматривает перевод трехпозиционного переключателя в первое положение, избирательное соединение отрицательного электрода к положительному напряжению предусматривает перевод трехпозиционного переключателя во второе положение, а избирательное отсоединение отрицательного электрода как от массы, так и от положительного напряжения предусматривает перевод трехпозиционного переключателя в третье положение.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что режим обнаружения твердых частиц предусматривает накопление твердых частиц из отработавших газов на датчике содержания сажи, причем режим предесульфатации предусматривает режим работы двигателя перед десульфатацией НОА при нагрузке оксидов серы на НОА выше порогового значения нагрузки оксидов серы, режим регенерации предусматривает регенерацию НОА в ответ на то, что нагрузка оксидов азота на НОА выше порогового значения нагрузки оксидов азота, или регенерацию датчика содержания сажи в ответ на то, что сажевая нагрузка на датчике выше порогового значения сажевой нагрузки, и при этом режим десульфатации предусматривает десульфатацию НОА в ответ на то, что нагрузка оксидов серы на НОА выше порогового значения нагрузки оксидов серы.

9. Способ эксплуатации датчика содержания сажи, предусматривающий следующие шаги:

при первом условии обеспечивают функционирование первого переключателя для обеспечения электрического соединения между положительным электродом датчика и положительным напряжением, и в то же время обеспечивают функционирование второго переключателя для обеспечения электрического соединения между отрицательным электродом датчика и массой через измерительное сопротивление; и

при втором условии обеспечивают функционирование первого переключателя для разрыва электрического соединения между положительным электродом и положительным напряжением, и в то же время обеспечивают функционирование второго переключателя для обеспечения электрического соединения между отрицательным электродом и положительным напряжением;

причем указанные положительный и отрицательный электроды являются встречно-гребенчатыми электродами датчика содержания сажи со встречно-гребенчатыми электродами, при этом первое условие предусматривает то, что сажевая нагрузка на датчике ниже порогового значения сажевой нагрузки, и нагрузка оксидов азота на накопителе оксидов азота (НОА), установленном выше по потоку от датчика содержания сажи, отклоняется от порогового значения нагрузки оксидов азота, при этом второе условие предусматривает то, что нагрузка оксидов серы в НОА выше порогового значения нагрузки оксидов серы при подготовке к десульфатации НОА.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что дополнительно при третьем условии обеспечивают функционирование первого переключателя для разрыва электрического соединения между положительным электродом и положительным напряжением, и в то же время обеспечивают функционирование второго переключателя для разрыва электрического соединения отрицательного электрода как от положительного напряжения, так и от массы, причем первое, второе и третье условия взаимно исключают друг друга, причем третье условие предусматривает то, что сажевая нагрузка на датчике выше порогового значения сажевой нагрузки, нагрузка оксидов азота в НОА выше порогового значения нагрузки оксидов азота, и нагрузка оксидов серы в НОА выше порогового значения нагрузки оксидов серы в режиме десульфатации.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что первый переключатель представляет собой двухпозиционный переключатель, и функционирование первого переключателя при первом условии предусматривает закрытие первого переключателя, а функционирование первого переключателя при втором условии предусматривает открытие первого переключателя.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что второй переключатель представляет собой трехпозиционный переключатель, и функционирование второго переключателя при первом условии предусматривает перевод переключателя в первое положение, функционирование второго переключателя при втором условии предусматривает перевод переключателя во второе положение, а функционирование второго переключателя при третьем условии предусматривает перевод переключателя в третье положение.

13. Выпускная система двигателя, содержащая:

двигатель, содержащий выпускной канал;

накопитель оксидов азота (НОА);

дизельный сажевый фильтр (ДСФ);

датчик содержания сажи, установленный ниже по потоку от НОА и от ДСФ, при этом датчик содержания сажи содержит первый положительный гребенчатый электрод, находящийся во встречно-штыревом соединении со вторым гребенчатым отрицательным электродом, при этом первый электрод соединен с положительным напряжением через первый переключатель, второй электрод соединен с массой как через измерительное сопротивление, так и через второй переключатель; и

контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти, для:

функционирования выпускной системы в первом режиме при закрытом первом переключателе для обеспечения электрического соединения между положительным электродом и положительным напряжением, и при втором переключателе в первом положении для обеспечения электрического соединения между отрицательным электродом и массой через измерительное сопротивление;

функционирования выпускной системы во втором режиме при открытом первом переключателе для разрыва электрического соединения между положительным электродом и положительным напряжением, и при втором переключателе во втором положении для обеспечения электрического соединения между отрицательным электродом и положительным напряжением; и

функционирования выпускной системы в третьем режиме при открытом первом переключателе для разрыва электрического соединения между положительным электродом и положительным напряжением, и при втором переключателе в третьем положении для разрыва электрического соединения отрицательного электрода как от положительного напряжения, так и от массы.

14. Система по п. 13, отличающаяся тем, что контроллер содержит дополнительные инструкции для:

функционирования в первом режиме в ответ на то, что сажевая нагрузка на датчике ниже порогового значения сажевой нагрузки, и нагрузка оксидов азота на НОА отклоняется от порогового значения нагрузки оксидов азота.

15. Система по п. 14, отличающаяся тем, что контроллер содержит дополнительные инструкции для:

переключения из первого режима во второй режим в ответ на превышение нагрузкой оксидов серы на НОА порогового значения нагрузки оксидов серы при подготовке к десульфатации НОА.

16. Система по п. 14, отличающаяся тем, что контроллер содержит дополнительные инструкции для:

переключения из первого режима в третий режим в ответ на превышение сажевой нагрузкой на датчике порогового значения сажевой нагрузки и превышение нагрузкой оксидов азота на НОА порогового значения нагрузки оксидов азота; и

переключения из второго режима в третий режим в ответ на превышение нагрузкой оксидов серы на НОА порогового значения нагрузки оксидов серы и в режиме десульфатации.

17. Система по п. 16, отличающаяся тем, что контроллер содержит дополнительные инструкции для:

переключения из третьего режима в первый режим в ответ на падение сажевой нагрузки на датчике ниже порогового уровня сажевой нагрузки и падение нагрузки оксидов азота на НОА ниже порогового значения нагрузки оксидов азота; и

переключения из второго режима в первый режим в ответ на падение нагрузки оксидов серы на НОА ниже порогового значения нагрузки оксидов серы при выходе из режима десульфатации.

18. Система по п. 13, отличающаяся тем, что первый переключатель представляет собой двухпозиционный переключатель, и при этом второй переключатель представляет собой трехпозиционный переключатель.