Область техники
Настоящее изобретение относится к определению содержания твердых частиц в системе выпуска отработавших газов.
Уровень техники/Раскрытие изобретения
Системы контроля выбросов двигателя могут использовать различные датчики отработавших газов. Один из примерных датчиков может быть датчиком твердых частиц, который указывает массу и/или концентрацию твердых частиц в отработавших газах. В одном из примеров, датчик твердых частиц может работать путем накопления твердых частиц в течение времени и предоставления индикации степени накопления в качестве меры уровня твердых частиц в отработавших газах. Датчик твердых частиц может быть расположен выше и/или ниже по потоку от дизельного сажевого фильтра, и может использоваться для определения накопления твердых частиц на сажевом фильтре и диагностики работы сажевого фильтра.
Один из примеров датчика ТЧ показан Маедой (Maeda) и др. в патенте США 20120085146 A1. В нем, датчик твердых частиц прикрепляется к верхней части выхлопной трубы и помещается внутри цилиндрической защитной трубки. Датчик ТЧ дополнительно содержит чувствительный элемент, который расположен ближе к центру выхлопной трубы таким образом, чтобы выходной сигнал датчика более достоверно представлял среднюю концентрацию сажи в выхлопной трубе.
Кроме того, датчик ТЧ содержит впускные отверстия, выполненные с возможностью направления отработавших газов в датчик к чувствительному элементу. При этом чувствительный элемент расположен ближе к впускным отверстиям чтобы чувствительный элемент мог захватывать больше поступающих частиц. Тем не менее, авторы настоящего изобретения признают потенциальные проблемы, связанные с такими конфигурациями датчиков. В качестве одного из примеров, такая компоновка может сделать чувствительный элемент более уязвимым к загрязнению водяными каплями в конденсате отработавших газов на впускных отверстиях или вблизи них. В таких конфигурациях датчиков может потребоваться дополнительное защитное покрытие для защиты чувствительного к саже элемента от прямого попадания крупных частиц и водяных капель. Добавление дополнительного защитного слоя может уменьшить электростатическое притяжение между заряженными частицами сажи и электродами чувствительного элемента и может приводить к снижению чувствительности датчика сажи. При сниженной чувствительности, датчик сажи не может надежно определять протечку сажевого фильтра. Таким образом, ошибки датчика могут приводить к ложной индикации ухудшения характеристик дизельного сажевого фильтра (ДСФ) и неоправданной замене работоспособных фильтров.
С другой стороны, если датчик установлен в нижней части выхлопной трубы, как показано Патерсоном (Paterson) в патенте США US 8310249 В2, конденсация воды в нижней части выхлопной трубы может перетекать в чувствительный элемент, тем самым загрязняя чувствительный элемент. Такое загрязнение чувствительного элемента может приводить к колебаниям выходного сигнала датчика, тем самым понижая точность оценки накопления твердых частиц на сажевом фильтре.
Авторы изобретения признают вышеуказанные проблемы и определили подход для, по крайней мере, частичного решения этих проблем. В одном из примерных подходов, блок датчика твердых частиц содержит цилиндрический блок, внутреннее устройство, расположенное внутри внешнего устройства цилиндрического блока, и имеющее радиус, меньший радиуса внешнего устройства, и чувствительный элемент, расположенный над кольцевым пространством вблизи купола, расположенного на верхнем конце внешнего устройства. Таким образом, располагая чувствительный элемент над кольцевым пространством, можно уменьшить проблемы, связанные с водяными каплями и крупными загрязнителями, попадающими на чувствительный элемент, и вызывающие колебания выходного сигнала датчика.
В качестве одного из примеров, блок датчика твердых частиц в отработавших газах может быть расположен ниже по потоку от сажевого фильтра отработавших газов в выхлопной трубе. Датчик твердых частиц может содержать цилиндрический блок, содержащий перфорационные отверстия, расположенные на нижнем конце блока, и чувствительный элемент, расположенный на верхнем конце блока, причем внутреннее устройство расположено между ними. Цилиндрический блок дополнительно содержит внутреннее пространство для потока, разделенное на равные части множеством разделителей, и причем каждая из разделенных частей содержит по меньшей мере одно перфорационное отверстие из указанных перфорационных отверстий. Купол расположен на верхнем конце блока и выходит за пределы выпускного канала.
Перфорационные отверстия соединяют по текучей среде внутреннее пространство для потока с выпускным каналом. Таким образом, отработавшие газы протекают через перфорационные отверстия для входа в цилиндрический блок и выхода из него. Внутреннее устройство радиально меньше цилиндрического блока. Таким образом, между окружностью внутреннего устройства и внутренней поверхностью внешнего устройства имеется небольшое кольцевое пространство. Чувствительный элемент расположен на поверхностях разделителей, причем противоположно заряженные электроды чувствительного элемента расположены на чередующихся поверхностях разделителей. При этом, отработавшие газы протекают через чувствительный элемент в купол, где отработавшие газы смешиваются и перенаправляются в различные разделенные части и обратно через чувствительный элемент. Это может обеспечить более равномерное осаждение частиц по поверхностям чувствительного элемента.
Таким образом, может быть улучшено функционирование чувствительного элемента и датчик может стать более надежным. Кроме того, с помощью более точной диагностики сажевого фильтра отработавших газов, может быть улучшено соответствие нормам выбросов отработавших газов. Это снижает высокие гарантийные затраты на замену работоспособных сажевых фильтров. Отработавшие газы могут выходить из датчика через перфорационные отверстия. Симметричная конструкция цилиндрического блока и внутреннего устройства исключает процесс изготовления конкретной ориентации датчика при установке и повышает стабильность датчика.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после подробного раскрытия изобретения. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показано схематическое изображение двигателя и связанного с ним датчика твердых частиц (ТЧ), расположенного в потоке отработавших газов.
На фиг. 2 показано схематическое изображение датчика ТЧ, содержащего цилиндрический блок, имеющий множество перфорационных отверстий, соединяющих по текучей среде отсеки внутреннего пространства для потока с выпускным каналом.
На фиг. 3 показано схематическое изображение датчика ТЧ, показывающее отработавшие газы, протекающие в датчик ТЧ через перфорационные отверстия в нижней части датчика ТЧ.
На фиг. 4 показан примерная схема электродов, образованных на первых поверхностях чувствительного элемента.
Фигуры 2-4 показаны в примерном масштабе.
На фиг. 5 показана блок-схема, изображающая примерный способ накопления частиц в потоке отработавших газов через чувствительный элемент, расположенный внутри внутреннего устройства цилиндрического блока датчика ТЧ.
Фиг. 6 является блок-схемой, изображающей примерный способ регенерации чувствительных электродов датчика ТЧ.
На фиг. 7 показана блок-схема, изображающая примерный способ диагностики утечек в сажевом фильтре, расположенном выше по потоку от датчика ТЧ.
На фиг. 8 показано примерное соотношение между накоплением сажи на датчике ТЧ и накоплением сажи на сажевом фильтре, расположенном выше по потоку от датчика ТЧ.
Подробное раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к системам и способам для определения твердых частиц (ТЧ) в потоке отработавших газов системы двигателя, такой как система двигателя, показанная на фиг. 1. Датчик ТЧ может быть помещен в выпускной канал системы двигателя. Датчик ТЧ может содержать цилиндрический блок, содержащий множество перфорационных отверстий, соединяющих по текучей среде внутреннее пространство для потока с выпускным каналом. Цилиндрический блок могут соединять с верхней частью выпускного канала, причем перфорационные отверстия расположены рядом с центральной осью выпускного канала. Внутреннее пространство для потока может быть разделено на отсеки одинакового размера, каждый из которых содержит по меньшей мере одно из перфорационных отверстий. Цилиндрический блок дополнительно содержит внутреннее устройство, расположенное между чувствительным элементом и перфорационными отверстиями внутри внешнего устройства, как показано на фиг. 2. Перфорационные отверстия действуют как впускные и выпускные отверстия цилиндрического блока, как показано на фиг. 3. Чувствительный элемент может содержать электроды, образованные на первой поверхности чувствительного элемента, как показано на фиг. 4. Кроме того, чувствительный элемент может содержать нагревательные элементы, образованные на второй поверхности, расположенной напротив первой поверхности, как показано на фиг. 4. Контроллер может быть выполнен с возможностью выполнения управляющей программы, такой как примерная программа, показанная на фиг. 5, для накопления частиц в отработавших газах на электродах чувствительного элемента. Кроме того, контроллер может периодически очищать датчик ТЧ (фиг. 6), чтобы обеспечить непрерывный мониторинг ТЧ. Более того, контроллер может быть выполнен с возможностью выполнения программы, такой как примерная программа, показанная на фиг. 7, для регенерации сажевого фильтра отработавших газов на основе времени между регенерациями датчика ТЧ. Пример диагностики фильтра показан на фиг. 8. Таким образом может быть улучшено функционирование датчика ТЧ для оценки фильтрующей способности ДСФ (и, следовательно, для обнаружения утечек ДСФ).
На фигурах 1-4, показаны примерные конфигурации с относительным расположением различных компонентов. Показанные непосредственно контактирующими друг с другом или непосредственно соединенными, такие элементы могут быть указаны как непосредственно контактирующие или непосредственно соединенные, соответственно, по меньшей мере, в одном из примеров. Аналогичным образом, элементы, показанные смежными или прилегающими друг к другу, могут быть смежными или прилегающими друг к другу, соответственно, по меньшей мере, в одном из примеров. В качестве примера, компоненты, находящиеся в контакте друг с другом по общей грани, могут быть указаны как соприкасающиеся по общей грани. В качестве другого примера, элементы, расположенные отдельно друг от друга, имеющие между собой только пространство и никаких других компонентов, могут быть указаны как таковые, по меньшей мере, в одном из примеров. В качестве еще одного примера, элементы, показанные выше/ниже друг друга, на противоположных сторонах друг от друга, или слева/справа друг от друга могут быть указаны как таковые, относительно друг друга. Кроме того, как показано на фигурах, самый верхний элемент или точка элемента может быть указана как "верх" компонента, а самый нижний элемент или точка элемента может быть указана как "низ" компонента, в, по крайней мере, одном из примеров. Используемые в настоящем документе термины верх/низ, верхний/нижний, выше/ниже, могут относиться к вертикальной оси фигур и использоваться для раскрытия положения элементов фигур относительно друг друга. Таким образом, элементы, показанные выше других элементов, расположены вертикально выше других элементов, в одном из примеров. В качестве еще одного примера, формы элементов, изображенных на фигурах, могут быть указаны как имеющие эти формы (например, такие как круглые, прямые, плоские, изогнутые, закругленные, скошенные, наклоненные, или тому подобное). Кроме того, элементы, показанные пересекающимися друг с другом, могут быть указаны как пересекающиеся элементы или пересекающиеся друг с другом в, по меньшей мере, одном из примеров. Кроме того, элемент, показанный внутри другого элемента, или, показанный за пределами другого элемента, могут быть указаны как таковые в одном из примеров. Следует понимать, что один или несколько компонентов, называемых "по существу похожими и/или идентичными", отличаются друг от друга в соответствии с производственными допусками (например, в пределах от 1 до 5% отклонения).
На фиг. 1 показано схематическое изображение системы 6 автомобиля. Система 6 автомобиля содержит систему 8 двигателя. Система 8 двигателя может содержать двигатель 10, имеющий множество цилиндров 30. Двигатель 10 содержит воздухозаборник 23 двигателя и систему 25 выпуска отработавших газов двигателя. Воздухозаборник 23 двигателя содержит дроссель 62, соединенный по текучей среде с впускным коллектором 44 двигателя через впускной канал 42. Система 25 выпуска отработавших газов двигателя содержит выпускной коллектор 48, который в конечном итоге ведет к выпускному каналу 35, который направляет отработавшие газы в атмосферу. Дроссель 62 может быть расположен во впускном канале 42 ниже по потоку от наддувочного устройства, такого как турбонагнетатель (не показан), и выше по потоку от доохладителя (не показан). Когда он есть, доохладитель может быть выполнен с возможностью снижения температуры впускного воздуха, сжатого наддувочным устройством.
Система 25 выпуска отработавших газов двигателя может содержать одно или более устройств 70 контроля выбросов, которые могут быть плотно вмонтированы в выпускной канал. Одно или более устройств контроля выбросов могут содержать трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, фильтр обедненных NOx, катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ), и т.д. Система 25 выпуска отработавших газов двигателя может также содержать дизельный сажевый фильтр (ДСФ) 102, временно фильтрующий ТЧ из поступающих газов, и расположенный выше по потоку от устройства 70 контроля выбросов. В одном из примеров, как показано, ДСФ 102 может быть системой удержания дизельных твердых частиц. ДСФ 102 может иметь монолитную структуру, выполненную, например, из кордиерита или карбида кремния, со множеством каналов внутри для фильтрации твердых частиц из дизельных отработавших газов. Отработавшие газы в выхлопной трубе, отфильтрованные от ТЧ, после прохождения через ДСФ 102, могут быть измерены датчиком 106 ТЧ и затем обработаны в устройстве 70 контроля выбросов и выпущены в атмосферу через выпускной канал 35. В показанном примере, датчик 106 ТЧ является резистивным датчиком, который оценивает эффективность фильтрации ДСФ 102 на основе изменения проводимости, измеренной на электродах датчика 106 ТЧ. Схематический вид 200 датчика 106 ТЧ показан на фиг. 2, как раскрыто более подробно ниже.
Система 6 автомобиля может дополнительно содержать систему 14 управления. Показано, что система 14 управления получает информацию от множества датчиков 16 (различные примеры которых раскрыты в данном документе) и посылает сигналы управления множеству исполнительных механизмов 81 (различные примеры которых раскрыты в данном документе). В качестве одного из примеров, датчики 16 могут содержать датчик 126 расхода отработавших газов, выполненный для измерения расхода отработавших газов через выпускной канал 35, датчик кислорода в отработавших газах (расположенный в выпускном коллекторе 48), датчик 128 температуры, датчик 129 давления (расположенный ниже по потоку от устройства 70 контроля выбросов), и датчик 106 ТЧ. Другие датчики, такие как дополнительные датчики давления, температуры, воздушно-топливного отношения, расхода и состава отработавших газов, могут быть подсоединены к различным местам в системе 6 автомобиля. В качестве другого примера, исполнительные механизмы могут содержать топливные инжекторы 66, дроссель 62, клапаны ДСФ, контролирующие регенерацию фильтра (не показаны), переключатель электрической цепи, и т.д. Система 14 управления может содержать контроллер 12. Контроллер 12 может быть выполнен с машиночитаемыми инструкциями, хранящимися в долговременной памяти. Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков, показанных на фиг. 1, обрабатывает эти сигналы, и задействует различные исполнительные механизмы, показанные на фиг. 1, для регулировки работы двигателя на основе полученных сигналов и инструкций, хранящихся в памяти контроллера. В качестве примера, при работе датчика ТЧ по накоплению частиц сажи, контроллер может посылать управляющий сигнал в электрическую цепь для подачи напряжения на чувствительные электроды датчика ТЧ для улавливания заряженных твердых частиц на поверхности чувствительных электродов. В качестве другого примера, во время регенерации датчика ТЧ, контроллер может посылать управляющий сигнал на цепь регенерации для замыкания переключателя в цепи регенерации на пороговое время для подачи напряжения на нагревательные элементы, соединенные с чувствительными электродами для нагрева чувствительных электродов. Таким образом, чувствительные электроды нагреваются для сжигания частиц сажи, отложенных на поверхности чувствительных электродов. Примеры программ раскрыты в данном документе со ссылками на фигуры 5-7.
Теперь рассмотрим фиг. 2, на которой показан схематический вид 200 примерного варианта осуществления блока 202 датчика твердых частиц (ТЧ) (такого как датчик 106 ТЧ на фиг. 1). Блок 202 датчика ТЧ может быть выполнен для измерения массы и/или концентрации ТЧ в отработавших газах, и, как таковой, может быть соединен с выпускным каналом 210 (например, таким как выпускной канал 35, показанный на фиг. 1), выше или ниже по потоку от дизельного сажевого фильтра (такого как ДСФ 102, показанный на фиг. 1). Части блока 202 датчика ТЧ, изображенные пунктирными линиями, перекрываются частями фигуры непрерывной линией.
Показана система 290 координат, содержащая три оси, а именно ось X, параллельную горизонтальному направлению, ось У, параллельную вертикальному направлению, и ось 'z', перпендикулярную как оси X, так и оси У. Направление 299 силы тяжести показано стрелкой, параллельной вертикальному направлению. Центральная ось 295 выпускного канала 210 показана параллельной горизонтальному направлению. Продольная ось 298, которая также может использоваться как центральная ось 298 блока 202 датчика ТЧ, перпендикулярна центральной оси 295.
На схематическом виде 200, блок 202 датчика ТЧ расположен внутри выпускного канала 210, причем отработавшие газы протекают (в горизонтальном направлении вдоль оси X) от места ниже по потоку от дизельного сажевого фильтра к выхлопной трубе, как показано стрелками 258. Блок 202 датчика ТЧ установлен внутри выпускного канала 210. Здесь, блок 202 датчика ТЧ имеет цилиндрическую форму. В качестве другого примера, блок может представлять собой полую эллиптическую конструкцию, расположенную внутри выпускного канала 210. Как показано, блок 202 датчика ТЧ симметричен относительно оси У.
Блок 202 датчика ТЧ проходит вдоль оси У в направлении, ортогональном направлению потока 258 отработавших газов. Кроме того, блок 202 датчика ТЧ может содержать верхний конец 260 и нижний конец 270. Часть верхнего конца 260 может быть соединена с верхней частью 212 (и, например, не соединена с нижней частью 214 выпускного канала 210) выпускного канала 210. Таким образом, верхний конец 260 может такую же форму (например, изогнутую), что и верхняя часть 212 выпускного канала 210. В качестве альтернативы, верхний конец 260 может быть плоским, причем только окружность верхнего конца 260 соединена с верхней частью 212. Тем не менее, нижний конец 270 свободно висит в выпускном канале 210 и не соединен с поверхностью выпускного канала 210. В одном из примеров, длина L блока 202 датчика ТЧ проходит по центральной оси 295 выпускного канала 210. Таки образом, нижний конец 270 находится ниже центральной оси 295 относительно направления 299 силы тяжести. В некоторых примерах, длина L может быть, по существу, равна радиусу выпускного канала 210, так что нижний конец 270 достигает и не выходит за пределы центральной оси 295. Верхний конец 260 может устанавливаться в верхней части 212 выпускного канала 210 несколькими способами. Например, верхний конец 260 может быть вставлен, ввинчен или прикреплен к верхней части 212 с помощью дополнительных винтов или отверстий (не показаны). Верхний конец 260 находится в плотном контакте с верхней частью 212. Таким образом, отработавшие газы 258 не утекают через пересечение верхнего конца 260 и верхней части 212 в двигатель (например, двигатель 10 в варианте осуществления, показанном на фиг. 1) или окружающую атмосферу.
Верхний 260 и нижний 270 концы изолированы от выпускного канала 210. Таким образом, отработавшие газы не протекают через верхний конец 260 или нижний конец 270. Верхний конец 260 и нижний конец 270 являются, по существу, одинаковыми окружностями. Следует понимать, что верхний и нижний концы могут быть другой формы без отклонения от объема настоящего изобретения, например, прямоугольной формы. В результате, блок 202 датчика ТЧ содержит внешнее устройство 216, расположенное между верхним 260 и нижним 270 концами и плотно соединенное с ними. Внешнее устройство 216 является цилиндром с длиной L. Следует понимать, что внешнее устройство 216 может иметь другие подходящие формы (например, сферическую, кубическую, прямоугольную призматическую, и т.д.) без отклонения от объема настоящего изобретения. Таким образом, блок 202 датчика ТЧ может также упоминаться как цилиндрический блок, имеющий цилиндрическое внешнее устройство 216, соединенное с выхлопной трубой выпускного канала 210.
Внутреннее устройство 218 является круглым и расположено внутри внешнего устройства 216. Внутреннее устройство 218 может быть выполнено из материала, по существу, идентичного материалу внешнего устройства 216. Таким образом, как внутреннее 218, так и внешнее 216 устройства являются непроницаемыми для потока отработавших газов. Материалом может быть металл, пластик, сплав или их комбинация. Внутреннее устройство 218 по форме и материалу схоже с верхним 260 и нижним 270 концами, за исключением того, что его диаметр меньше диаметров верхнего 260 и нижнего 270 концов и, таким образом, между внутренним устройством 218 и внешним устройством 216 образуется пространство для потока, как будет раскрыто ниже.
Внешнее устройство 216 является цилиндрическим защитным устройством с радиусом R1. При этом, внутреннее устройство 218 является круглым защитным устройством с радиусом R2. Радиусы R1 и R2 измеряются от продольной оси 298, которая проходит через геометрические центры верхнего 260 и нижнего 270 концов. Здесь внутреннее устройство 218 меньше внешнего устройства 216 (например, R2<R1), а кольцевой зазор 224 и/или кольцевое пространство 224 расположены между внешним 216 и внутренним 218 устройствами. Таким образом, внутреннее устройство 218 удалено от внутренних поверхностей внешнего устройства 216. Кольцевой зазор 224 является одинаковым между внешним 216 и внутренним 218 устройствами, причем зазор 226 указывает ширину кольцевого зазора 224. Таким образом, внутреннее устройство 218, внешнее устройство 216, и верхний 260 и нижний 270 концы содержат центры, выровненные вдоль продольной оси 298. Внутреннее устройство 218 расположено асимметрично во внешнем устройстве 216 таким образом, что оно находится ближе к верхнему концу 260 по сравнению с нижним концом 270. В других вариантах осуществления, внутреннее устройство 218 может быть расположено симметрично во внешнем устройстве 216 ровно в середине верхнего 260 и нижнего 270 концов. Как внешнее 216, так и внутреннее 218 устройства являются закрепленными - они не скользят, не вращаются и не приводятся в движение.
В качестве примера, длина блока 202 датчика ТЧ может быть выбрана такой, чтобы нижний конец 270 не мог заходить за центральную ось 295. Таким образом, помещая блок 202 датчика близко к центральной оси 295 выпускного канала 210, в блоке датчика можно достоверно представлять среднюю концентрацию частиц сажи в выхлопной трубе 210. Дополнительно или в качестве альтернативы, блок 202 датчика ТЧ содержит множество перфорационных отверстий 244, равномерно расположенных вокруг внешнего устройства 216, смежного с нижним концом 270. В некоторых примерах, нижний конец 270 может проходить ниже центральной оси 295, так что перфорационные отверстия 244 расположены вдоль центральной оси 295. В любом случае, можно улучшить чувствительность блока 202 датчика ТЧ и сделать датчик более надежным. Кроме того, обеспечивая более точную диагностику сажевого фильтра отработавших газов, можно улучшить соответствие нормам выбросов отработавших газов. Таким образом, снижаются высокие гарантийные затраты на замену работоспособных сажевых фильтров, улучшаются выбросы отработавших газов, и продлевается срок службы компонентов системы выпуска отработавших газов.
Как показано, каждое из верхнего конца 260, нижнего конца 270, и внутреннего устройства 218 параллельно направлению потока 258 отработавших газов. Внутреннее устройство 218 закреплено внутри и отделено от внутренних поверхностей внешнего устройства 216. Внутреннее устройство 218 жестко соединено внутри внешнего устройства 216 через множество разделителей 206. В некоторых примерах, внутреннее устройство 218 расположено внутри внешнего устройства 216 через множество стоек. Как показано, имеется восемь разделителей 206, разделяющих внутреннее пространство 242 для потока внешнего устройства 216 на восьмые части. Разделители 206 имеют, по существу, равную высоту и ширину и пересекаются по продольной оси 298 и/или геометрическому центру внешнего устройства 216. Разделители 206 проходят от верхнего конца 260 до нижнего конца 270 и прижимаются к внутренней поверхности внешнего устройства 216 по всей длине L внешнего устройства 216. Другими словами, разделители 206 расположены внутри внешнего устройства 216, разделители физически соединены с внешним устройством вдоль их внешнего края и физически соединены друг с другом вдоль их внутренних краев, пересекаясь на продольной оси 298, и причем внутреннее устройство 218 устанавливается внутри внешнего устройства 216 через разделители 206. Таким образом, части внутреннего пространства 242 для потока, расположенные между первыми и вторыми разделителями 206 отделены по текучей среде от частей внутреннего пространства 242 для потока, расположенных между вторыми и третьими разделителями. Здесь, части внутреннего пространства 242 для потока, расположенные между разделителями, могут называться отсеками 209 и/или секциями 209 потока. Каждый отсек из отсеков 209 отделен по текучей среде от смежного отсека, причем каждый отсек из отсеков 209 является, по существу, равным по объему. Каждый отсек из отсеков 209 содержит по меньшей мере одно перфорационное отверстие из перфорационных отверстий 244. В одном из примеров, каждый отсек из отсеков 209 содержит ровно одно перфорационное отверстие из перфорационных отверстий 244. Таким образом, в одном из примеров, имеется ровно восемь перфорационных отверстий 244, расположенных вдоль общей плоскости, обращенной в радиально-наружном направлении. Перфорационные отверстия 244 по существу идентичны друг другу, причем каждое из перфорационных отверстий 244 представляет собой круг. Тем не менее, перфорационные отверстия 244 могут быть продолговатыми, квадратными, или иметь другие подходящие формы для впуска и выпуска отработавших газов из блока 202 датчика ТЧ.
Перфорационные отверстия 244 равномерно распределены вокруг внешнего устройства 216, смежного с нижним концом 270, и выполнены с возможностью введения отработавших газов в блок 202 датчика ТЧ и вывода из него. В частности, каждое перфорационное отверстие из перфорационных отверстий 244 функционирует как впускное отверстие и выпускное отверстие для отдельного отсека из отсеков 209. Например, перфорационное отверстие 244а является впускным отверстием и выпускным отверстием для отсека 209а. Таким образом, перфорационное отверстие 209а позволяет отработавшим газам втекать только в отсек 209а. Кроме того, отработавшие газы в отсеке 209а могут протекать из отсека 209а в выпускной канал 210 только через перфорационное отверстие 244а.
Во время холодного запуска двигателя автомобиля, отработавшие газы могут быть недостаточно теплыми для того, чтобы преобразовать воду внутри выхлопной трубы в пар (газообразное состояние) и, следовательно, вода может продолжать оставаться в жидком состоянии. Путем установки внутреннего устройства 218 во внешнем устройстве 216, можно защитить датчик от капель воды и/или крупных частиц благодаря тому, что зазор 226 меньше, чем водяные капли и/или крупные частицы. Это может предотвращать и/или уменьшать протекание крупных частиц к чувствительному элементу 234, расположенному на верхнем конце 260 внешнего устройства 216, смежного с куполом 246. Отработавшие газы могут закручиваться в куполе 246 и протекать в отсек, отличный от отсека, из которого они поступили. Другими словами, первый отсек может выпускать отработавшие газы в купол 246, и отработавшие газы могут протекать во второй отсек, отличный от первого отсека, из купола 246. Таким образом, купол 246 представляет собой полую полусферу с геометрическим центром, выровненным с продольной осью 298. Таким образом, купол 246 расположен над пересечением разделителей 206. Купол 246 выступает через вырез верхней части 212 выпускного канала 210, так что отработавшие газы в куполе 246 находятся полностью снаружи выпускного канала 210. Купол 246 полностью изолирован, что предотвращает вытекание отработавших газов из купола 246 в двигатель и/или окружающую атмосферу.
Чувствительный элемент 234 соединен с разделителями 206 вблизи купола 246. Чувствительный элемент 234 расположен ниже по потоку от зазора 226 кольцевого пространства 224 относительно направления потока отработавших газов в блоке 202 датчика ТЧ, которое, по существу, параллельно продольной оси 298. Другими словами, внутреннее устройство 218 расположено между перфорационными отверстиями 244 и чувствительным элементом 234.
Чувствительный элемент 234 содержит подложку 240 (показанную перекрещивающимися полосами), имеющую электроды 236, образованные на первой поверхности, и нагревательный элемент (показан на фиг. 4), образованный на второй, противоположной, поверхности. Другими словами, электроды 236 и нагревательный элемент образованы на двух противоположных сторонах подложки 240, и таким образом разделены толщиной подложки 240. Таким образом, чувствительный элемент 234 может быть квадратным элементом, чтобы использовать плоскую форму разделителей 206. Тем не менее, чувствительный элемент 234 может быть прямоугольным, круглым, треугольным или подобным, без отклонения от объема настоящего изобретения. Для элемента 234 квадратной формы, электроды 236 могут быть линейными. В качестве альтернативы возможны различные другие геометрии, без отклонения от объема настоящего изобретения. Противоположно заряженные электроды показаны сплошными и пунктирными линиями. Как показано, разделитель из разделителей 206 не содержит оба типа электродов 236. Например, положительный электрод расположен на первом разделителе, а разделители, непосредственно примыкающие к первому разделителю, содержат отрицательные электроды. Таким образом, разделители 206 чередуются между содержащими положительные и отрицательные электроды. В некоторых примерах, отдельные разделители из разделителей 206 могут содержать как положительные, так и отрицательные электроды. Таким образом, электроды 236 могут быть переплетены в гребенчатую структуру. Тем не менее, следует понимать, что электроды могут иметь спиральную форму или другие подходящие формы для определения содержания сажи в потоке отработавших газов. Частицы сажи в отработавших газах могут осаждаться между переплетенными электродами, как объяснено со ссылкой на фиг. 4.
Чувствительный элемент 234 может быть расположен внутри внешнего устройства 216 над внутренним устройством таким образом, что электроды 236 обращены к отсекам 209, тогда как нагревательный элемент, который образован на противоположной поверхности, прижимается к разделителям 206. Чувствительный элемент 234 располагается на обеих сторонах разделителя из разделителей 206, причем одинаково заряженные электроды 236 находятся на обеих сторонах. То есть, разделитель из разделителей 206 с частью подложки 240, содержащей электроды 236, показанные сплошной линией, содержит показанные сплошной линией электроды и нагревательный элемент на первой и второй поверхностях разделителя. Как показано, первая и вторая поверхности обращены к разным отсекам 209 и, таким образом, могут подвергаться разному осаждению сажи. Располагая чувствительный элемент 234 над внутренним устройством 218, и, следовательно, зазором 226, можно уменьшить проблемы с водяными каплями и крупными загрязнителями, попадающими на чувствительный элемент, и вызывающие колебания выходного сигнала датчика. Обозначения электрической цепи и структуры чувствительного элемента и подложки являются общими для фиг. 4.
Теперь рассмотрим фиг. 3, где на схематическом виде 300 показан поток отработавших газов через блок 202 датчика ТЧ. В частности, на виде 300 изображено, что отработавшие газы, протекают в блок 202 датчика ТЧ через перфорационные отверстия 244, расположенные рядом с нижним концом 270 внешнего устройства 216. Здесь, перфорационные отверстия 244 выполнены с возможностью приема отработавших газов из выпускного канала 210 и направления отработавших газов во внутреннее пространство 242 для потока, образованное внутри внешнего устройства 216. Направление отработавших газов во внутреннее пространство 242 для потока содержит протекание отработавших газов в радиально-внутреннем направлении относительно внешнего устройства 216. Отработавшие газы могут поступать во внешнее устройство 216 через любое из перфорационных отверстий 244. В одном из примеров, отработавшие газы могут легко протекать через обращенные вверх по потоку перфорационные отверстия (например, перфорационные отверстия 244а и 244h) и поступать в блок 202 датчика ТЧ. Кроме того, отработавшие газы могут поворачивать в направлении, противоположном направлению потока отработавших газов (обозначено стрелками 258) и поступать в блок 202 датчика ТЧ через обращенные вниз по потоку перфорационные отверстия (например, перфорационные отверстия 244d и 244е). Кроме того, отработавшие газы могут поворачивать в направлении, перпендикулярном направлению потока отработавших газов (стрелки 258) через обращенные вбок перфорационные отверстия (например, перфорационные отверстия 244b, 244с, 244f, и 244g). Следует понимать, что в некоторых примерах, через перфорационные отверстия 244а и 244h может поступать большее количество отработавших газов, чем через другие перфорационные отверстия. Кроме того, более крупные или тяжелые загрязнители и/или водяные капли 274 (такие как частицы, имеющие размер или вес, превышающие пороговые значения) в отработавших газах могут поступать в блок датчика ТЧ только через обращенные вверх по потоку перфорационные отверстия 244а и 244n. Как таковые, более крупные загрязнители и/или водяные капли 274 могут иметь слишком большой импульс, чтобы поворачиваться и поступать в блок 202 датчика ТЧ через обращенные вбок перфорационные отверстия и обращенные вниз по потоку перфорационные отверстия. Это может уменьшить количество крупных частиц и/или водяных капель, попадающих в блок 202 датчика ТЧ. На фиг. 3 показан аналогичный вид блока 202 датчика, показанного на фиг. 2. Таким образом, компоненты могут быть аналогично пронумерованы на последующих фигурах.
Как показано, каждое из перфорационных отверстий 244а, 244b, 244с, 244d, 244е, 244f, 244g, и 244h соответствует каждому из отсеков 209а, 209b, 209с, 209d, 209е, 209f, 209g, и 209h, соответственно. Как раскрыто выше, каждый отсек отделен по текучей среде от других отсеков. Кроме того, каждый из отсеков соединен по текучей среде с куполом 246. Таким образом, отработавшие газы могут протекать из отсека 209b, в купол 246, и в отсек 209g, откуда отработавшие газы вытекают обратно в выпускной канал через перфорационное отверстие 244g. Таким образом, отработавшие газы могут протекать из любых отсеков 209 в купол 246, а затем из купола 246 в любой из отсеков 209.
Как объяснено ранее со ссылкой на фиг. 2, блок 202 датчика ТЧ герметизирован, не считая перфорационные отверстия 244. Таким образом, блок 202 датчика ТЧ не содержит других впускных или дополнительных выпускных отверстий кроме перфорационных отверстий 244. Следовательно, отработавшие газы в блоке датчика ТЧ вытекают обратно в выпускной канал через то же перфорационное отверстие, через которое они поступили в блок датчика ТЧ, и/или через другое перфорационное отверстие. Общий поток отработавших газов через блок 202 датчика ТЧ может содержать отработавшие газы, протекающие вверх к верхнему концу 260, через купол 246, вниз к нижнему концу 270, и вытекающие из блока 202 датчика ТЧ через перфорационное отверстие из перфорационных отверстий 244, как будет раскрыто ниже. Следует понимать, что поток отработавших газов, поступающих в блок 202 датчика ТЧ, протекают в направлении, противоположном потоку отработавших газов, вытекающих из блока 202 датчика ТЧ.
Изображен примерный поток отработавших газов, причем отработавшие газы поступают в отсек 209а через перфорационное отверстие 244а (как показано стрелкой 278) в радиально-внутреннем направлении относительно внешнего устройства 216. Отработавшие газы внутри внутреннего пространства 242 для потока вынуждены перемещаться к верхнему концу 260 блока 202 датчика ТЧ. В частности, отработавшие газы и крупные частицы и/или водяные капли протекают в направлении, перпендикулярном (как указано стрелкой 281 и сплошным черным кругом 274) направлению потока отработавших газов внутри выпускного канала 210 (как указано стрелками 268). Следует понимать, что стрелка 281 отработавших газов может также завихряться и/или протекать кольцеобразно внутри отсека 209а, но тем не менее, их общее направление потока параллельно стрелке 281, изображенной на фиг. 3. Отработавшие газы затем протекают через кольцевое пространство 224 между внешним 216 и внутренним 218 устройствами (показано стрелкой 283), в то время как крупные частицы и/или водяные капли 274 попадают на внутреннее устройство 218. Как раскрыто выше, кольцевое пространство 224 может быть слишком маленьким для протекания через него крупных частиц и/или водяных капель. Дополнительно или в качестве альтернативы, импульс крупных частиц и/или водяных капель может заставить крупные частицы и/или водяные капли протекать рядом с продольной осью 298, где расположено внутреннее устройство 218.
Отработавшие газы в отсеке 209а протекают через поверхность чувствительного элемента 234 перед протеканием в купол 246 (показано стрелкой 284). Поток 284 отработавших газов может осаждать частицы на подложку 240 перед тем, как протекать в купол 246. Частицы могут электрически соединять противоположно заряженные электроды из электродов 236. Как раскрыто выше, каждый разделитель из разделителей содержит только положительный или отрицательный электрод. Кроме того, разделители чередуются так, что смежные разделители содержат противоположно заряженные электроды. Таким образом один отсек содержит по меньшей мере один экземпляр положительного электрода и отрицательного электрода. Например, отсек 209а образован с помощью двух разделителей из разделителей 206, причем один из разделителей показан имеющим электрод, показанный пунктирной линией, а другой разделитель показан имеющим электрод, показанный сплошной линией. По мере накопления частиц на подложке 240 в отсеке 209а, электроды могут стать соединенными, как будет раскрыто ниже. В некоторых примерах, только противоположно заряженные электроды одного отсека могут стать электрически соединенными. В других примерах, противоположно заряженные электроды разных отсеков могут стать электрически соединенными.
В некоторых примерах, отработавшие газы могут ударяться о верхний конец 260 до того, как проследуют по контуру верхнего конца 260 в купол 246. Отработавшие газы протекают в направлении вверх для поступления в купол 246, так как купол находится вне выпускного канала 210 и вертикально выше блока 202 датчика ТЧ, как раскрыто выше. Отработавшие газы в куполе могут завихряться перед тем, как покинуть купол и поступить в любой из отсеков 209. В одном из примеров, отработавшие газы в куполе 246 могут равномерно разделяться таким образом, что в каждый из отсеков 209 поступает равное количество отработавших газов. Тем не менее, как показано стрелками 285, все отработавшие газы, выходящие из купола 246, поступают в отсек 209е.
Кроме того, отработавшие газы, втекающие в купол 246 и вытекающие из него, протекают через чувствительный элемент 234. Расположение датчика чувствительного элемента 234 имеет ряд преимуществ. Во-первых, чувствительный элемент 234 расположен для отбора отработавших газов из каждого из отсеков 209, что может улучшить точность измеренных ТЧ. Во-вторых, чувствительный элемент может получать равномерное осаждение ТЧ из-за завихрений, создаваемых в блоке 202 датчика ТЧ внутренним устройством 218 и куполом 246. В результате, чувствительный элемент 234 может точно оценить ТЧ в потоке отработавших газов.
В частности, отработавшие газы внутри отсека 209е текут вниз в направлении, ортогональном стрелкам 258 и противоположном стрелке 281 (как указано стрелкой 286). Таким образом, отработавшие газы, вытекающие из купола 246 в отсеки 209, протекают в направлении, противоположном направлению стрелок 281 и 283. То есть, отработавшие газы, поступающие в отсек 209е из выпускного канала 210 (не показан), протекают в направлении противоположном стрелке 286. Отработавшие газы протекают через кольцевое пространство 224 между внешним 216 и внутренним 218 устройствами. Отработавшие газы затем направляются к нижнему концу 270, где они могут повернуть и протекать через перфорационное отверстие 244е. Отработавшие газы, протекающие через перфорационное отверстие 244е, протекают в направлении, параллельном направлению потока отработавших газов в выпускном канале 210 (стрелки 258), как показано стрелками 287. Отработавшие газы, выходящие из блока 202 датчика ТЧ, объединяются с отработавшими газами в выпускном канале, что показано стрелками 258 и стрелками 288. При этом, отработавшие газы, протекающие через обращенные вниз по потоку перфорационные отверстия (например, 244d и 244е) в выпускной канал 210, протекают в направлении, параллельном потоку отработавших газов (стрелки 258). Кроме того, отработавшие газы, протекающие через обращенные вбок перфорационные отверстия (например, 244b, 244с, 244f, и 244д) в выпускной канал 210, протекают в направлении, ортогональном потоку отработавших газов (стрелки 258), перед тем, как повернуть и протекать в направлении, параллельном потоку отработавших газов. Более того, отработавшие газы, протекающие через обращенные вверх по потоку перфорационные отверстия (например, 244а и 244h) в выпускной канал 210, протекают в направлении, противоположном потоку отработавших газов (стрелки 258), перед тем, как повернуть и протекать в направлении, параллельном потоку отработавших газов. Таким образом, перфорационные отверстия 244 функционируют как впускные и выпускные отверстия блока 202 датчика ТЧ.
В качестве резюме отметим, что отработавшие газы протекают через одно из перфорационных отверстий, расположенных рядом с нижним концом блока датчика ТЧ, причем отработавшие газы поступают в отсек внутреннего пространства для потока блока датчика ТЧ. Внутреннее пространство для потока разделено на множество равновеликих отсеков, отделенных по текучей среде друг от друга. Когда отработавшие газы поднимаются вверх по отсеку и вокруг внутреннего устройства, они протекают через чувствительный элемент в купол. Таким образом, отработавшие газы могут осаждать некоторое количество частиц на подложку чувствительного элемента перед протеканием в купол, где отработавшие газы могут быть перенаправлены в любой из отсеков внутреннего пространства для потока. Отработавшие газы протекают в направлении вниз, проходя через чувствительный элемент, где отработавшие газы могут снова осаждать частицы, к нижнему концу блока датчика ТЧ. Отработавшие газы вытекают из перфорационного отверстия отсека в радиально-наружном направлении относительно выпускного канала.
В некоторых примерах, дополнительно или в качестве альтернативы, большая часть отработавших газов может поступать в блок датчика ТЧ через перфорационные отверстия, обращенные вверх по потоку, и большая часть отработавших газов может покидать блок датчика ТЧ через перфорационные отверстия, обращенные вниз по потоку. Со ссылкой на фиг. 3, перфорационные отверстия, обращенные вверх по потоку, находятся слева от продольной оси, а перфорационные отверстия, обращенные вниз по потоку, находятся справа от продольной оси. Это может обеспечить блоку датчика ТЧ, по существу, U-образный поток отработавших газов.
Таким образом, представлен примерный датчик твердых частиц, который содержит пару электродов, образованных на первых поверхностях чувствительного элемента, нагревательный элемент, образованный на вторых поверхностях чувствительного элемента, причем вторая поверхность противоположна первой поверхности, и множество разделителей, разделяющих внутреннее пространство для потока датчика твердых частиц на отсеки одинакового размера. Дополнительно или в качестве альтернативы, каждый из разделителей находится в контакте по общей грани со второй поверхностью чувствительного элемента, и причем первая поверхность чувствительного элемента обращена к кольцевому пространству. Дополнительно или в качестве альтернативы, разделители непроницаемы для потока отработавших газов, и причем число разделителей равно восьми. Дополнительно или в качестве альтернативы, каждый из разделителей соответствует положительному или отрицательному электроду чувствительного элемента, и причем смежные разделители соответствуют разным электродам. Дополнительно или в качестве альтернативы, разделители имеют форму восьмиконечной звезды при виде сверху-вниз, симметричную относительно центра датчика твердых частиц. Дополнительно или в качестве альтернативы, каждый из отсеков содержит по меньшей мере одно перфорационное отверстие, соединяющее по текучей среде этот отсек с выпускным каналом. Дополнительно или в качестве альтернативы, электроды содержат линейные положительные и линейные отрицательные электроды, и причем положительные и отрицательные электроды расположены на чередующихся разделителях. Дополнительно или в качестве альтернативы, разделители расположены внутри внешнего устройства, разделители физически соединены с внешним устройством вдоль длинного наружного края и физически соединены друг с другом вдоль длинного внутреннего края, и причем внутреннее устройство установлено внутри внешнего устройства посредством разделителей.
Теперь рассмотрим фиг. 4, где на схематическом виде 400 показан чувствительный элемент 234 (фиг. 2) и сопутствующая электрическая цепь 414. В частности, показаны электроды 236, образованные на плоской подложке 240. Так как каждый из разделителей является прямоугольным и примыкает друг к другу вдоль продольной оси 298 для равномерного разделения внутреннего пространства для потока, форма разделителей 206 со стороны купола (например, купола 246 на фигурах 2 и 3) является восьмиконечной звездой. Таким образом, может быть предпочтительно для чувствительного элемента содержать квадратную подложку для увеличения площади поверхности для адсорбции частиц сажи. Тем не менее, возможны различные другие геометрии для подложки и схемы размещения электродов без отклонения от объема настоящего изобретения. Некоторые примерные схемы размещения содержат прямоугольную или круглую подложку с переплетенными гребенчатыми электродами.
На виде 400, подложка 240 чувствительного элемента 234 является квадратом с длиной меньше радиуса R1 разделителей 206. Подложка 240 чувствительного элемента 234 может быть изготовлена из электроизоляционных материалов. Некоторые примеры возможных электроизоляционных материалов могут содержать оксиды, такие как оксид алюминия, диоксид циркония, оксид иттрия, оксид лантана, диоксид кремния и комбинации, содержащие по меньшей мере один из вышеуказанных или любого подобного материала, способного препятствовать электрической связи и обеспечивать физическую защиту электродов 406 и 408. В некоторых примерах, подложка 240 может состоять из пористого керамического материала (например, с пористостью около 60%).
Чувствительный электрод 236 содержит пару электродов 406 и 408, образованных на отдельных поверхностях чувствительного элемента 234. При этом, пара электродов 406 и 408 может образовывать линейные зубцы, обозначенные пунктирными и сплошными линиями на виде 400, соответственно. Эти электроды могут быть изготовлены из металлов, таких как платина, золото, осмий, родий, иридий, рутений, алюминий, титан, цирконий и т.п., а также оксидов, цементитов, сплавов и комбинаций, включающих по меньшей мере один из вышеперечисленных металлов. Каждый электрод пары может состоять из того же или другого материала, что и другой электрод пары. Например, электрод 406 может состоять из того же материала, что и электрод 408. В другом примере, электрод 406 может состоять из других материалов. Расстояние между "зубцами" двух электродов обычно может находиться в диапазоне от 30 мкм до 50 мкм, причем ширина линии каждого отдельного "зубца" составляет примерно такое же значение, хотя последнее может быть исключено. Расстояние может быть измерено от первого электрода из электродов 406 до продольной оси 298, и до отдельного электрода из электродов 408, смежного с первым электродом. Как показано, электроды 406 и 408 чередуются так, что электрод из электродов 408 расположен между каждым из электродов 406.
Электроды 406 и 408 могут быть соединены посредством электрических соединений с электрической цепью 414. Электрод 408 чувствительного элемента 234 соединен с помощью соединительного провода 412 с положительной клеммой источника 416 напряжения электрической цепи 414. Таким образом, электрод 408 можно называть положительным электродом. Аналогичным образом, электрод 406 чувствительного элемента 234 соединен с измерительным устройством 418 с помощью соединительного провода 410, и дополнительно соединен с отрицательной клеммой источника 416 напряжения электрической цепи 414. Таким образом, электрод 406 можно называть отрицательным электродом. Соединительные провода 410 и 412, источник 416 напряжения, и измерительное устройство 418 являются частью электрической цепи 414 и расположены вне выпускного канала 210 (в качестве одного из примеров, менее 1 метра отдаления). Кроме того, источник 416 напряжения и измерительное устройство 418 электрической цепи 414 могут управляться контроллером, таким как контроллер 12 на фиг.1, так что твердые частицы, собранные в блоке 202 датчика ТЧ, могут быть использованы, например, для диагностики утечек в ДСФ. Как таковое, измерительное устройство 418 может быть любым устройством, способным считывать изменение сопротивления (или тока) на электродах, таким как вольтметр (или амперметр). Когда ТЧ или частицы сажи осаждаются между электродами 406 и 408, ток, измеренный между электродами 406 и 408, может начать увеличиваться, что измеряется измерительным устройством 418. Контроллер 12 может быть способен определять ток и делать вывод о соответствующем накоплении ТЧ или сажи на электродах 406 и 408 чувствительного элемента 234 блока датчика ТЧ (например, блока 202 датчика ТЧ, показанного на фигурах 2 и 3). Путем контроля этого накопления на чувствительном элементе 234, можно определять накопление сажи отработавших газов ниже по потоку от ДСФ, и использовать его для диагностики и мониторинга исправности и работоспособности ДСФ.
На виде 400, электрод 406 содержит множество линейных зубцов одинаковой длины. Электрод 406 (взаимозаменяемо называемый отрицательным электродом) содержит, по существу, прямую часть 420, соединяющую электрод 406 с соединительным проводом 410. При этом, прямая часть 420 проходит над подложкой 240. Это заставляет электрод 406 также проходить над подложкой 240, тем самым предотвращая контакт электрода 406 с электродом 408. Электрод 406 симметричен относительно продольной оси 298.
Подобно отрицательному электроду 406, электрод 408 содержит множество линейных зубцов, по существу, одинаковой длины. Электрод 408 (взаимозаменяемо называемый положительным электродом) содержит, по существу, прямую часть 422, соединяющую электрод 408 с соединительным проводом 412. При этом, прямая часть 422 может находиться под прямой частью 420, следуя по контуру и располагаясь над подложкой 240. То есть, прямая часть 422 и электрод 408 расположены вплотную к подложке 240 до достижения конечной точки подложки 240. В качестве альтернативы, прямая часть 420 и электрод 406 отстоят от подложки 240 до ее конечной точки, чтобы предотвратить контакт между электродами 406 и 408. В качестве примера, длина прямой части 422 положительного электрода 408 может быть равна или меньше, или больше длины прямой части 420 отрицательного электрода 406. Положительный электрод 408 симметричен относительно продольной оси 298. Кроме того, положительный электрод 408 проходит в направлениях, наклоненных к отрицательному электроду 406. В частности, угол между отрицательным 406 и положительным 408 электродами составляет равно 45°.
Нагревательный элемент 238 показан на второй поверхности подложки 240 в контакте по общей грани с разделителями 206. Каждый разделитель из разделителей 206 зажат самым внутренним слоем нагревательного элемента, средним слоем подложки и внешним слоем электродов. Внешний слой электродов разделителя содержит одинаково заряженные зубцы электродов (например, или положительные или отрицательные). Таким образом, каждый отсек (например, отсеки 209 на фигурах 2 и 3) содержит положительный 408 и отрицательный 406 электроды.
Теперь рассмотрим фиг. 5, где показан способ 500 накопления частиц в потоке отработавших газов на чувствительных электродах, расположенных внутри датчика ТЧ (такого как, например, датчик 106 ТЧ, показанный на фиг. 1, и/или блок 202 датчика ТЧ на фиг. 2). В частности, частицы в потоке отработавших газов могут накапливаться на электродах, образованных на поверхностях разделителей, расположенных внутри цилиндрического блока датчика ТЧ. При этом, цилиндрический блок содержит внутреннее круглое устройство, расположенное внутри внешнего цилиндрического устройства и разделенное зазором. Кроме того, цилиндрический блок содержит множество перфорационных отверстий для направления отработавших газов в отсеки цилиндрического блока и вывода из них.
Инструкции для выполнения способа 500 и остальных способов 600 и 700, приведенных здесь, могут выполняться контроллером на основе инструкций, хранящихся в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, таких как датчики, раскрытые выше со ссылками на фиг. 1. Контроллер может использовать исполнительные механизмы системы двигателя для регулировки работы двигателя в соответствии со способами, раскрытыми ниже.
На шаге 502, в способе 500 определяют и/или оценивают рабочие параметры двигателя. Определяемые рабочие параметры двигателя могут содержать, например, частоту вращения двигателя, скорость потока отработавших газов, температуру двигателя, воздушно-топливное отношение в отработавших газах, температуру отработавших газов, длительность (или расстояние), прошедшую с момента последней регенерации ДСФ, накопление ТЧ на датчике ТЧ, уровень наддува, наружные условия, такие как барометрическое давление и наружная температура, и т.д.
В способе 500 переходят к шагу 504, на котором часть отработавших газов, протекающих от места ниже по потоку от сажевого фильтра (такого как ДСФ 102 на фиг. 1), направляют в датчик ТЧ через перфорационные отверстия. При этом, перфорационные отверстия являются круглыми и расположены рядом с нижним концом внешнего устройства. Как ранее разъяснено, перфорационные отверстия соединяют по текучей среде отсеки внутреннего пространства для потока внешнего устройства с выпускным каналом. Таким образом, перфорационные отверстия впускают отработавшие газы в отсеки. Направление потока отработавших газов через перфорационные отверстия может быть параллельным, наклонным, ортогональным и/или противоположным направлению потока отработавших газов внутри выхлопной трубы, например, как раскрыто выше.
Затем в способе 500 переходят к шагу 506. На шаге 506, в способе 500 направляют отработавшие газы к кольцевому пространству, образованному между внешним и внутренним устройствами в направлении, ортогональном направлению потока отработавших газов в выпускном канале. Как раскрыто выше, отработавшие газы протекают вверх в направлении, противоположном силе тяжести.
В способе 500 переходят к шагу 508. На шаге 508, в способе 500 отработавшие газы пропускают через кольцевое пространство к чувствительному элементу, расположенному рядом с верхним концом датчика. Чувствительный элемент физически соединен с поверхностями разделителей, которые разделяют внутреннее пространство для потока внешнего устройства на отсеки, по существу, равного размера. Как раскрыто выше, нагревательный элемент чувствительного элемента прижимается к поверхностям разделителей, и электроды подвергаются воздействию отработавших газов в отсеках. В способе 500 переходят к шагу 510.
На шаге 510, в способе 500 накапливают частицы между электродами, образованными на чувствительном элементе. В частности, на шаге 510, частицы в отсеках, смежных с верхним концом внешнего устройства, направляют к электродам чувствительного элемента и осаждают частицы на электродах. Направление потока отработавших газов в отсеках ортогонально направлению потока отработавших газов внутри выпускного канала. Как раскрыто ранее, чувствительный элемент, содержащий электроды, расположен над внутренним устройством. Положительные электроды подключают к положительной клемме источника напряжения, а отрицательные электроды подключают к измерительному устройству, а затем к отрицательной клемме источника напряжения. Когда контроллер подает напряжение на чувствительные электроды, частицы внутри отсеков могут подвергаться воздействию сильного электрического поля, что позволит им накапливаться между электродами. Кроме того, накопление на чувствительных электродах оценивают на основе тока, генерируемого в чувствительных электродах. Когда частицы накапливаются на поверхности чувствительных электродов, сопротивление электродов начинает уменьшаться, и ток, измеренный измерительным устройством, начинает увеличиваться. Контроллер может делать вывод о накоплении на чувствительных электродах на основе тока, измеренного на электродах. Затем способ 500 переходит к шагу 512.
На шаге 512, в способе 500 перенаправляют поток отработавших газов в куполе в отсеки датчика, к перфорационным отверстиям в направлении, ортогональном направлению потока отработавших газов в выхлопной трубе для выталкивания отработавших газов в выпускной канал. В некоторых примерах, большая часть отработавших газов может протекать через обращенные вниз по потоку перфорационные отверстия из-за их более низкого статического давления и меньшего количества отработавших газов, поступающих в датчик через обращенные вниз по потоку перфорационные отверстия. Затем способ 500 переходит к шагу 514.
На шаге 514, в способе 500 периодически проверяют удовлетворяет ли чувствительный электрод условиям для регенерации. В частности, когда накопление сажи на датчике ТЧ больше порогового количества, или, когда сопротивление датчика ТЧ (с поправкой на температуру) падает до порогового сопротивления, или, когда ток датчика ТЧ больше порогового тока, могут считать, что условия для регенерации датчика ТЧ выполнены. В некоторых примерах, условия для регенерации могут считать выполненными, если истекло пороговое время с момента предыдущей регенерации датчика. Для датчика ТЧ может потребоваться регенерация для обеспечения дальнейшего обнаружения ТЧ.
Если условия для регенерации выполнены (например, "ДА" на шаге 514), то в способе 500 переходят к шагу 518, на котором датчик ТЧ могут регенерировать путем выполнения способа, раскрытого на фиг. 6. Вкратце, регенерацию датчика ТЧ могут инициировать путем нагревания датчика. Датчик ТЧ могут нагревать путем приведения в действие нагревательного элемента, образованного на другой поверхности чувствительного элемента, которая располагается напротив поверхности, содержащей электроды, например. При этом, контроллер может замыкать переключатель в цепи регенерации, тем самым подавая напряжение на нагревательный элемент, что заставляет нагреваться нагревательные элементы. Кроме того, контроллер может не подавать напряжения к чувствительным электродам при регенерации датчика. Таким образом, чувствительные электроды могут не накапливать сажу во время регенерации датчика. Таким образом, могут приводить в действие нагревательный элемент до тех пор, пока не будет достаточно уменьшено накопление сажи на датчике путем окисления частиц углерода между электродами. Тем не менее, если условия для регенерации датчика ТЧ не выполнены (например, "НЕТ" на шаге 514), то в способе переходят к шагу 516, на котором могут продолжать накопление частиц на чувствительных электродах, и способ заканчивают.
Таким образом, в примерном способе могут пропускать отработавшие газы от места ниже по потоку от сажевого фильтра в блок датчика отработавших газов через перфорационные отверстия, расположенные рядом с нижним концом внешнего устройства, в радиально-внутреннем направлении к центру внешнего устройства, причем перфорационные отверстия соединяют по текучей среде отсеки внешнего устройства с выпускным каналом, и направляют отработавшие газы к внутреннему устройству, расположенному между перфорационными отверстиями и чувствительным элементом, причем отработавшие газы протекают в направлении, ортогональном потоку отработавших газов в выпускном канале. Дополнительно или в качестве альтернативы, в способе дополнительно пропускают отработавшие газы через кольцевое пространство между внутренним и внешним устройствами к чувствительному элементу. Дополнительно или в качестве альтернативы, чувствительный элемент расположен вблизи купола блока датчика отработавших газов, расположенного снаружи выпускного канала, и причем купол является полым и выполнен с возможностью направлять отработавшие газы в отсеки после протекания отработавших газов над чувствительным элементом, причем отработавшие газы протекают в направлении, ортогональном потоку отработавших газов в выпускном канале. Дополнительно или в качестве альтернативы, блок датчика отработавших газов не содержит других впускных или дополнительных выпускных отверстий кроме перфорационных отверстий.
Теперь рассмотрим фиг. 6, где показан способ 600 для регенерации датчика ТЧ (такого как, например, датчик 106 ТЧ, показанный на фиг. 1, и/или блок 202 датчика ТЧ на фиг. 2). В частности, когда накопление сажи на датчике ТЧ больше порогового количества или, когда сопротивление датчика ТЧ с поправкой на температуру падает до порогового сопротивления, условия для регенерации датчика ТЧ могут считаться выполненными, для датчика ТЧ может потребоваться регенерация для обеспечения дальнейшего обнаружения ТЧ. На шаге 602, могут инициировать регенерацию датчика ТЧ, и могут регенерировать датчик ТЧ путем нагрева датчика на шаге 604. Датчик ТЧ могут нагревать путем приведения в действие нагревательного элемента до тех пор, пока не будет достаточно уменьшено накопление сажи на датчике путем окисления частиц углерода между электродами.
Регенерацию датчика ТЧ обычно контролируют с помощью таймеров, и таймер могут устанавливать на пороговую продолжительность на шаге 602. В качестве альтернативы, регенерацию датчика могут контролировать с помощью измерения температуры наконечника датчика, или путем регулирования мощности нагревателя или любого, или всего из них. Если для регенерации датчика ТЧ используют таймер, то в способе 600 проверяют, истекла ли пороговая продолжительность на шаге 606. Если пороговая продолжительность не истекла (например, "НЕТ" на шаге 606), то в способе 600 переходят к шагу 608, на котором могут оставлять включенной (ON) цепь регенерации для продолжения регенерации, и способ заканчивают. В способе 600 могут вернуться к шагу 606 для продолжения проверки того, истекла ли пороговая продолжительность. Если пороговая продолжительность истекла (например, "ДА" на шаге 606), то в способе 600 переходят к шагу 610, на котором могут закончить регенерацию датчика ТЧ и отключить электрическую цепь на шаге 612. Кроме того, чувствительные электроды, например, могут охлаждать до температуры отработавших газов. В способе 600 переходят к шагу 614, на котором могут обновить и сохранить в памяти накопление на датчике ТЧ и историю регенераций. Например, могут обновить частоту регенерации датчика ТЧ и/или среднюю продолжительность между регенерациями датчика, и способ заканчивают.
В некоторых примерах, дополнительно или в качестве альтернативы, контроллер (например, контроллер 12 на фиг. 1) может определять, какие электроды из положительных и отрицательных электродов электрически соединены. Например, электрически соединенными могут быть только электроды в одном отсеке. Таким образом, могут быть активированы нагревательные элементы, соответствующие только одному отсеку. Таким образом, нагревательными элементами чувствительного элемента могут управлять индивидуально для снижения потребления энергии во время регенераций элемента датчика ТЧ. В других вариантах осуществления, блок датчика ТЧ могут вращать с помощью мотора. Этим могут регулировать количество отработавших газов, поступающее в отсеки (например, больше отработавших газов поступает в отсеки, расположенные выше по потоку по сравнению с отсеками, расположенными ниже по потоку). Таким образом, при регенерации блока датчика ТЧ могут вращать блок датчика ТЧ таким образом, чтобы полностью заполненные сажей отсеки, требующие регенерации могли вращаться к более низкому по потоку положению для уменьшения количества отработавших газов, протекающих в полностью заполненные сажей отсеки.
Выпускной канал двигателя может содержать один или более датчиков ТЧ, расположенных выше по потоку и/или ниже по потоку от ДСФ для определения накопления сажи на ДСФ. Когда датчик ТЧ размещают выше по потоку от ДСФ, на основе изменения сопротивления из-за осаждения сажи на множестве электродов датчика ТЧ, могут делать вывод о накоплении сажи на датчике. Определенное таким образом накопление сажи могут использовать, например, для обновления накопления сажи. Если накопление сажи на ДСФ больше порогового количества для регенерации ДСФ, то с помощью контроллера регулируют рабочие параметры двигателя для регенерации ДСФ. В частности, в соответствии с выполнением условий для регенерации фильтра, для сжигания накопленной сажи могут достаточно увеличить температуру фильтра (или вблизи фильтра). Для этого, могут использовать нагреватель, соединенный с ДСФ, или поднимать температуру отработавших газов двигателя (например, используя обогащенную смесь), подаваемых в ДСФ.
Теперь рассмотрим фиг. 7, где показан способ 700 для диагностики работы ДСФ на основе времени регенерации датчика ТЧ. На шаге 702, могут рассчитать с помощью контроллера, посредством калибровки, время регенерации для датчика ТЧ, t(i)_реген, которое является временем, измеренным с конца предыдущей регенерации до начала текущей регенерации датчика ТЧ. На шаге 704, сравнивают t(i)_реген с t(i-1)_реген, которое является ранее откалиброванным временем регенерации датчика ТЧ. Из этого, могут сделать вывод, что датчик сажи может циклически проходить через регенерацию несколько раз для диагностики ДСФ. Если t(i)_реген меньше половины значения t(i-1)_реген, то на шаге 708 индицируют протечку ДСФ, и инициируют сигнал ухудшения характеристик ДСФ. В качестве альтернативы, или в дополнение к упомянутому выше процессу, могут проводить диагностику ДСФ с использованием других параметров, таких как температура отработавших газов, частота вращения/нагрузка двигателя, и т.д. Сигнал ухудшения характеристик могут инициировать, например, сигнальной лампой неисправности при наличии диагностического кода. Кроме того, в способе 700 регулируют работу двигателя на основе индикации протечки в ДСФ на шаге 710. При регулировке работы двигателя, могут, например, ограничивать крутящий момент двигателя на шаге 712. В одном из примеров, в соответствии с обнаружением протечки в ДСФ, могут уменьшать мощность и крутящий момент двигателя. Уменьшая мощность и крутящий момент двигателя, можно уменьшить количество выбросов ТЧ в отработавших газах. Например, при регулировке работы двигателя, могут уменьшать количество топлива, впрыскиваемого в дизельный двигатель при условиях больших нагрузок, что снижает крутящий момент. Дополнительно или в качестве альтернативы, в соответствии с обнаружением протечки в ДСФ, могут уменьшать использование газов РОГ. Дополнительно или в качестве альтернативы, на приборной панели появится предупреждающий сигнал для указания максимального расстояния, которое может пройти автомобиль до проверки/обслуживания ДСФ.
Если текущее время регенерации меньше половины времени предыдущей регенерации, это может указывать на то, что время достижения электрической цепи до порогового R_реген значительно меньше, и, следовательно, частота регенерации выше. Более высокая частота регенерации в датчике ТЧ может указывать на то, что вытекающие отработавшие газы содержат большее количество твердых частиц, чем при нормально функционирующем ДСФ. Таким образом, если изменение времени регенерации в датчике сажи достигает порогового значения, t_реген, при этом текущее время регенерации датчика ТЧ меньше половины времени предыдущей регенерации, индицируют ухудшение характеристик или протечку ДСФ, например, посредством отображения оператору, и/или через установку флага, хранящегося в долговременной памяти, соединенной с процессором, который может быть отправлен диагностическому инструменту, связанному с процессором. Если изменение времени регенерации датчика сажи не достигает порогового значения t_реген, то на шаге 706 не индицируют протечку ДСФ. Таким образом, протечки в сажевом фильтре, расположенном выше по потоку от датчика твердых частиц, могут обнаруживать на основе уровня осаждения частиц на электродах датчика твердых частиц.
Теперь рассмотрим фиг. 8, где на графике 800 показано примерное соотношение между накоплением сажи на датчике ТЧ и накоплением сажи на сажевом фильтре. В частности, на графике 800 показано графическое изображение соотношения между регенерацией датчика ТЧ и накоплением сажи ДСФ, в частности, как регенерация датчика ТЧ может указывать на ухудшение характеристик ДСФ. Вертикальные метки t0, t1, t2, t3, t4, t5, и t6 указывают значимые моменты времени в работе системы датчика ТЧ и ДСФ.
Первый график на фиг. 8 показывает накопление сажи на датчике ТЧ. Как раскрыто раньше, ТЧ осаждаются на положительных и отрицательных электродах, образованных на цилиндрической подложке, которая расположена, например, внутри внутреннего устройства ближе к отверстию, образованному в нижней части внутреннего устройства. По мере накопления сажи, ток, измеренный на электродах начинает увеличиваться (или сопротивление электродов начинает уменьшаться). Контроллер может определять накопление сажи (график 802) на основе измеренных тока/сопротивления. Таким образом, накопление сажи находится на самом низком значении в нижней части графиков и увеличивается по величине в направлении верхней части графика в вертикальном направлении. Горизонтальное направление представляет время, и время увеличивается на графике слева направо. На верхнем графике горизонтальная метка 806 представляет пороговое накопление для регенерации датчика ТЧ. График 804 представляет накопление сажи на ДСФ, а горизонтальная метка 808 представляет пороговое накопление сажи ДСФ на втором графике.
Между моментами времени t0 и t1, показан цикл регенерации датчика ТЧ. В момент времени t0, датчик ТЧ находится в относительно чистом состоянии, что измеряется низким накоплением ТЧ (график 802). Контроллер, соединенный с датчиком ТЧ, определяет накопление сажи датчика ТЧ, например, на основе тока/сопротивления, измеренных на электродах датчика. Когда контроллер определяет, что накопление сажи мало, он может послать инструкции на цепь регенерации для прекращения подачи тепла, так чтобы цепь обнаружения могла начать обнаружение накопления ТЧ. По мере увеличения накопления ТЧ на датчике, сажа накапливается в зазоре между чувствительными электродами.
Между моментами времени t0 и t1, по мере продолжения накопления ТЧ, накопление сажи (график 802) увеличивается соответственно, и дополнительно также увеличивается накопление сажи на ДСФ (график 804). В некоторых примерах, накопление сажи на ДСФ может основываться на накоплении датчика ТЧ, например, когда датчик ТЧ расположен выше по потоку от ДСФ.
В момент времени t1, накопление сажи на датчике ТЧ (график 802) достигает порогового накопления для регенерации датчика ТЧ (метка 806). Пороговое накопление может быть накоплением, при котором датчику может потребоваться регенерация. В момент времени t1, регенерацию датчика ТЧ могут инициировать как объяснялось ранее. Вкратце, контроллер может замкнуть переключатель в электрической цепи для подачи напряжения на нагревательные элементы, образованные, например, вдоль внутренней поверхности центрального элемента. Кроме того, датчик ТЧ могут использовать в режиме накопления ТЧ, таким образом, что контроллер может не подавать напряжение на чувствительные электроды.
Таким образом, между моментами времени t1 и t2, датчик ТЧ могут регенерировать путем включения электрической цепи для регенерации. В момент времени t2, датчик ТЧ может быть достаточно холодным, и может начать накапливать сажу и продолжать накопление между моментами времени t2 и t3 (цикл регенерации ДСФ), например. В время между t2 и t3, накопление сажи ДСФ продолжает увеличиваться (график 804). Тем не менее, в момент времени t3, накопление сажи на ДСФ (график 804) достигает порогового накопления сажи для регенерации ДСФ (график 808). Между моментами времени t3 и t4, ДСФ могут регенерировать для сжигания сажи, осажденной на ДСФ. Дополнительно, в момент времени t4, частоту регенерации датчика ТЧ могут сравнивать с ранее оцененной частотой регенерации датчика ТЧ. На основе того, что частота регенерации датчика ТЧ остается такой же, как на предыдущих циклах, могут определять, что протечка ДСФ отсутствует. Таким образом, на основе выходного сигнала датчика ТЧ, могут контролировать исправность ДСФ и диагностировать протечки.
Между моментами времени t5 и t6, показан другой цикл ДСФ. При этом, между моментами времени t5 и t6, накопление сажи на ДСФ постепенно увеличивается (график 804). В течение этого времени, могут контролировать накопление сажи на датчике ТЧ (график 802). График 802 показывает прохождение датчика ТЧ через множество циклов регенерации, как раскрыто раньше. Тем не менее, частота регенерации датчика ТЧ почти удвоилась (график 802). Более высокая частота регенерации в датчике ТЧ может указывать на то, что вытекающие отработавшие газы содержат большее количество твердых частиц, чем при нормально функционирующем ДСФ. Следовательно, в момент времени t6 могут индицировать протечку ДСФ.
Таким образом, более точно измеряют накопление ТЧ в отработавших газах, и, следовательно, накопление сажи ДСФ. Таким образом, это повышает эффективность операций регенерации фильтра. Кроме того, с помощью более точной диагностики сажевого фильтра отработавших газов, может быть улучшено соответствие нормам выбросов отработавших газов. Таким образом, это снижает высокие гарантийные затраты на замену работоспособных сажевых фильтров и продлевает срок службы компонентов системы выпуска отработавших газов.
Таким образом, чувствительный элемент может быть экранирован одной или несколькими цилиндрическими защитными трубками и круглой пластиной. Отработавшие газы могут поступать в блок датчика через перфорационные отверстия, расположенные рядом с нижним концом цилиндрической защитной трубки. Таким образом, отработавшие газы могут подвергаться изменениям в направлении потока, что позволяет уменьшить расход. Кроме того, водяные капли и крупные загрязнители протекают в круглую пластину, расположенную внутри цилиндрической защитной трубки между чувствительным элементом и перфорационными отверстиями. Отработавшие газы протекают через отсеки к чувствительному элементу и куполу, расположенному вне выпускного канала. Затем отработавшие газы текут назад через отсеки к перфорационным отверстиям. Таким образом, отработавшие газы, поступающие в цилиндрическую защитную трубку, протекают по длине его отсеков дважды. Таким образом, путем отделения перфорационных отверстий от чувствительного элемента с круглой пластиной, можно предотвратить проблемы с неравномерным осаждением сажи благодаря равномерному потоку, создаваемому кольцевым пространством.
Технический эффект от более равномерного попадания потока отобранных газов на датчик твердых частиц может быть достигнут за счет уменьшения скорости потока отработавших газов. Путем прерывания пути потока отработавших газа и уменьшения его скорости, может быть увеличена однородность потока на поверхности датчика твердых частиц. Кроме того, благодаря расположению чувствительного элемента под куполом, отработавшие газы вынуждены протекать через чувствительный элемент дважды до того, как будут выпущены из цилиндрической защитной трубки.
Представлен блок датчика твердых частиц, который содержит цилиндрический блок, внутреннее устройство, расположенное внутри внешнего устройства цилиндрического блока и имеющее радиус, меньший радиуса внешнего устройства, и чувствительный элемент, расположенный над кольцевым пространством вблизи купола, расположенного на верхнем конце внешнего устройства. Первый пример датчика дополнительно содержит, что кольцевое пространство является частью внутреннего пространства для потока внешнего устройства, расположенного между внешним и внутренним устройствами. Второй пример датчика, опционально содержащий первый пример, дополнительно содержит, что внутреннее пространство для потока разделено на одинаковые отсеки с помощью множества твердых разделителей, непроницаемых для потока отработавших газов, и причем каждый из отсеков содержит перфорационное отверстие для приема и вывода отработавших газов. Третий пример датчика, опционально содержащий первый и/или второй примеры, дополнительно содержит, что купол соединен по текучей среде с внутренним пространством для потока каждого из отсеков. Четвертый пример датчика, опционально содержащий один или более из примеров с первого по третий, дополнительно содержит, что купол проходит за пределами выхлопной трубы выпускного канала. Пятый пример датчика, опционально содержащий один или более из примеров с первого по четвертый, дополнительно содержит, что внутреннее устройство предотвращает протекание крупных частиц и водяных капель к чувствительному элементу. Шестой пример датчика, опционально содержащий один или более из примеров с первого по пятый, дополнительно содержит, что внешнее устройство содержит множество перфорационных отверстий, расположенных вдоль общей плоскости, обращенной в радиально-наружных направлениях. Седьмой пример датчика, опционально содержащий один или более из примеров с первого по шестой, дополнительно содержит, что внутреннее устройство полностью отдалено от внешнего устройства и подвешено внутри него, и причем внешнее устройство имеет цилиндрическую форму, а внутреннее устройство имеет круглую форму.
Представлен датчик твердых частиц, который содержит пару электродов, образованных на первой поверхности чувствительного элемента, нагревательный элемент, образованный на второй поверхности чувствительного элемента, причем вторая поверхность противоположна первой поверхности, и множество разделителей, разделяющих внутреннее пространство для потока датчика твердых частиц на отсеки одинакового размера. Первый пример датчика дополнительно содержит, что каждый из разделителей находится в контакте по общей грани со второй поверхностью чувствительного элемента, и причем первая поверхность чувствительного элемента обращена к внутреннему пространству для потока. Второй пример датчика, опционально содержащий первый пример, дополнительно содержит, что разделители непроницаемы для потока отработавших газов, и причем число разделителей равно восьми. Третий пример датчика, опционально содержащий первый и/или второй примеры, дополнительно содержит, что каждый из разделителей соответствует положительному или отрицательному электроду чувствительного элемента, и причем смежные разделители содержат противоположно заряженные электроды. Четвертый пример датчика, опционально содержащий один или более из примеров с первого по третий, дополнительно содержит, что разделители имеют форму восьмиконечной звезды при взгляде сверху вниз, симметричную относительно центра датчика твердых частиц. Пятый пример датчика, опционально содержащий один или более из примеров с первого по четвертый, дополнительно содержит, что каждый из отсеков содержит по меньшей мере одно перфорационное отверстие, соединяющее по текучей среде этот отсек с выпускным каналом. Шестой пример датчика, опционально содержащий один или более из примеров с первого по пятый, дополнительно содержит, что электроды содержат линейные положительные и линейные отрицательные электроды, и причем положительные и отрицательные электроды расположены на разных разделителях. Седьмой пример датчика, опционально содержащий один или более из примеров с первого по шестой, дополнительно содержит, что разделители расположены внутри внешнего устройства, разделители физически соединены с внешним устройством вдоль наружного края и физически соединены друг с другом вдоль внутреннего края, и причем внутреннее устройство установлено внутри внешнего устройства посредством разделителей.
Представлен способ, в котором пропускают отработавшие газы от места ниже по потоку от сажевого фильтра в блок датчика отработавших газов через перфорационные отверстия, расположенные рядом с нижним концом внешнего устройства, в радиально-внутреннем направлении к центру внешнего устройства, причем перфорационные отверстия соединяют по текучей среде отсеки внешнего устройства с выпускным каналом, и направляют отработавшие газы к внутреннему устройству, расположенному между перфорационными отверстиями и чувствительным элементом, причем отработавшие газы протекают в направлении, ортогональном потоку отработавших газов в выпускном канале. Первый пример способа дополнительно содержит, что в нем пропускают отработавшие газы через кольцевое пространство между внутренним и внешним устройствами к чувствительному элементу. Второй пример способа, опционально содержащий первый пример, дополнительно содержит, что в нем чувствительный элемент расположен вблизи купола блока датчика отработавших газов, расположенного снаружи выпускного канала, и причем купол является полым и выполнен с возможностью направлять отработавшие газы в отсеки после протекания отработавших газов над чувствительным элементом, причем отработавшие газы протекают в направлении, ортогональном потоку отработавших газов в выпускном канале. Третий пример способа, опционально содержащий первый и/или второй примеры, дополнительно содержит, что в нем блок датчика отработавших газов не содержит других впускных или дополнительных выпускных отверстий кроме перфорационных отверстий.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и выполняться системой управления, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами, и другим оборудованием двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, где указанные действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты оборудования двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на "один" элемент или "первый" элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.
Представлены способы и системы для датчика твердых частиц, расположенного ниже по потоку от дизельного сажевого фильтра в системе выпуска отработавших газов. В одном из примеров датчик твердых частиц может содержать цилиндрический блок с круглой пластиной и расположенным в ней множеством разделителей. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.
1. Способ определения содержания твердых частиц в отработавших газах, в котором
пропускают отработавшие газы от места ниже по потоку от сажевого фильтра в блок датчика отработавших газов через перфорационные отверстия, расположенные рядом с нижним концом внешнего устройства, в радиально-внутреннем направлении к центру внешнего устройства, причем перфорационные отверстия соединяют по текучей среде отсеки внешнего устройства с выпускным каналом; и
направляют отработавшие газы к внутреннему устройству, расположенному между перфорационными отверстиями и чувствительным элементом, причем отработавшие газы протекают в направлении, ортогональном потоку отработавших газов в выпускном канале;
направляют отработавшие газы за внутреннее устройство, над чувствительным элементом, в купол блока датчика отработавших газов; и затем
направляют отработавшие газы из купола снова к чувствительному элементу.
2. Способ по п. 1, в котором при направлении отработавших газов к внутреннему устройству пропускают отработавшие газы через кольцевое пространство между внутренним и внешним устройствами.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что чувствительный элемент расположен вблизи купола блока датчика отработавших газов, причем купол расположен снаружи выпускного канала, и причем купол является полым и дополнительно направляет отработавшие газы в отсеки после протекания отработавших газов над чувствительным элементом, причем отработавшие газы протекают в направлении, ортогональном потоку отработавших газов в выпускном канале, и причем на первой поверхности чувствительного элемента образована пара электродов, а на второй поверхности чувствительного элемента образован нагревательный элемент.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что блок датчика отработавших газов не содержит других впускных или дополнительных выпускных отверстий кроме указанных перфорационных отверстий.
5. Способ по п. 1, в котором дополнительно, после направления отработавших газов снова к чувствительному элементу, направляют отработавшие газы из блока датчика отработавших газов в выпускной канал.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отработавшие газы осаждают частицы на подложку чувствительного элемента перед направлением в купол.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что отработавшие газы осаждают дополнительные частицы на подложку чувствительного элемента, когда отработавшие газы направлены от купола снова к чувствительному элементу.
8. Способ определения содержания твердых частиц в отработавших газах, в котором
пропускают отработавшие газы от места ниже по потоку от сажевого фильтра в блок датчика отработавших газов через перфорационные отверстия, расположенные рядом с нижним концом внешнего устройства, в радиально-внутреннем направлении к центру внешнего устройства, причем перфорационные отверстия соединяют по текучей среде отсеки внешнего устройства с выпускным каналом; и
направляют отработавшие газы к внутреннему устройству, расположенному между перфорационными отверстиями и чувствительным элементом, причем отработавшие газы протекают в направлении, ортогональном потоку отработавших газов в выпускном канале, причем чувствительный элемент расположен вблизи купола блока датчика отработавших газов, расположенного снаружи выпускного канала, причем купол является полым и выполнен с возможностью направлять отработавшие газы в отсеки после протекания отработавших газов над чувствительным элементом, причем отработавшие газы протекают в направлении, ортогональном потоку отработавших газов в выпускном канале, и причем на первой поверхности чувствительного элемента образована пара электродов, а на второй поверхности чувствительного элемента образован нагревательный элемент.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что купол представляет собой полую полусферу.
10. Способ по п. 8, в котором дополнительно пропускают отработавшие газы через кольцевое пространство между внутренним и внешним устройствами к чувствительному элементу.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что при пропускании отработавших газов к чувствительному элементу отработавшие газы пропускают в направлении вверх.
| US 2012085146 A1, 12.04.2012 | |||
| RU 2014124141 A, 27.12.2015 | |||
| US 2006289308 A1, 28.12.2006 | |||
| US 2017159536 A1, 08.06.2012 | |||
| US 2010314264 A1, 16.12.2010. |
