Способ регулирования ионизационного устройства в устройстве доочистки отработавшего газа
Настоящее изобретение относится к автомобилю и способу регулирования ионизационного устройства в устройстве доочистки отработавшего газа (ОГ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Устройство с одним катодом и анодом, причем один катод в устройстве доочистки ОГ расположен на определенном расстоянии от анода, включает в себя следующие стадии: приложение высокого напряжения между одним катодом и анодом; задание первой величины для высокого напряжения; регистрация произведенного высоким напряжением тока между одним катодом и анодом; задание второй величины для высокого напряжения, если зарегистрированный ток задаваемое число раз превысил задаваемую первую силу тока, причем вторая величина меньше, чем первая величина. Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в эффективном предотвращении возникновения электрической дуги или гашении уже возникшей электрической дуги. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.
Настоящее изобретение относится к способу регулирования ионизационного устройства в устройстве доочистки отработавшего газа (ОГ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Ионизационное устройство имеет по меньшей мере один катод и один анод, которые расположены в устройстве доочистки ОГ на расстоянии друг от друга. По меньшей мере между одним катодом и анодом прикладывается высокое напряжение, которое делает возможной ионизацию находящихся в ОГ частиц сажи.
В автомобилях с мобильными ДВС и, прежде всего, в автомобилях с дизельным двигателем, как правило, в ОГ ДВС содержатся частицы сажи, которые не должны выбрасываться в окружающую среду. Это предписано соответствующими постановлениями по ОГ, которые задают предельные величины для количества и массы частиц сажи на вес ОГ или объем ОГ, а также частично и для всего автомобиля. Частицы сажи - это, прежде всего, несгоревшие углероды и углеводороды в ОГ.
Уже обсуждалось множество различных концепций устранения частиц сажи из ОГ мобильных ДВС. Наряду с взаимно закрытыми фильтрами пристеночного потока, открытыми фильтрами побочного потока, гравитационными сепараторами и т.д. уже также предложены системы, в которых частицы сажи в ОГ электрически заряжаются, а затем с помощью сил электростатического притяжения осаждаются. Эти системы известны, прежде всего, под названием «электростатический фильтр» или же «электрофильтр».
В «электрофильтрах» за счет создания электрического поля и/или плазмы осуществляется агломерация малых частиц сажи в более крупные частицы сажи и/или электрический заряд частиц сажи. Электрически заряженные частицы сажи и/или более крупные частицы сажи значительно проще отделять в фильтрационной системе. Агломераты частиц сажи в связи со своей большей инерцией транспортируются в потоке ОГ более инертно и поэтому проще осаждаются в местах отклонения потока ОГ. Электрически заряженные частицы сажи в связи со своим зарядом притягиваются к поверхностям, на которых они могут осаждаться и отдавать свой заряд. И это тоже облегчает удаление частиц сажи из потока ОГ при эксплуатации автомобилей.
Так, для таких электрофильтров, например, предлагается (несколько) коронирующих электродов и коллекторных электродов, которые расположены в выпускном трубопроводе. При этом, например, центральный коронирующий электрод, который проходит примерно посередине через выпускной трубопровод, и окружающая боковая поверхность в выпускном трубопроводе в качестве коллекторного электрода используются для того, чтобы образовать конденсатор. При этом расположении коронирующего электрода и коллекторного электрода поперек направления потока ОГ образуется электрическое поле, причем коронирующий электрод, например, может эксплуатироваться под высоким напряжением, которое составляет около 15 кВ. В результате этого могут образовываться, прежде всего, коронные разряды, посредством которых текущие с ОГ через электрическое поле частицы униполярно заряжаются. В связи с этим зарядом частицы за счет электростатических кулоновских сил перемещаются к коллекторному электроду.
Наряду с системами, в которых выпускной трубопровод выполнен в качестве коллекторного электрода, также известны системы, в которых коллекторный электрод выполнен в виде металлической сетки. При этом происходит отложение частиц на металлической сетке с той целью, чтобы при необходимости соединить частицы с другими частицами, чтобы таким образом осуществить агломерацию. Тогда протекающий через сетку ОГ снова увлекает за собой более крупные частицы и подводит их к классическим системам фильтрации. Также известно выполнение коллекторных электродов в виде структуры с множеством проточных каналов. Сепарированные таким образом на относительно большой поверхности на стенках каналов частицы могут особенно хорошо реагировать с содержащимся в ОГ кислородом и/или диоксидом углерода и тем самым преобразовываться.
Во всех этих системах является желательным, чтобы в ионизационном устройстве с катодом и анодом прилагалось как можно более высокое напряжение между катодом и анодом. Чем выше приложенное высокое напряжение, тем выше электрический заряд частиц сажи и/или доля ионизированных частиц сажи в ОГ. Однако следует иметь в виду, что, начиная с определенного зависящего от параметров газа высокого напряжения, образуется электрическая дуга. Электрическая дуга - это созданный ионизацией между катодом и анодом проводящий канал, по которому течет почти весь ток и из которого испускается свет из видимой области спектра. Эта электрическая дуга хотя и может обеспечивать, чтобы сепарированные на электроде и аноде частицы сажи регенерировались или же отделялись, но регулярное образование такой электрической дуги является нежелательным, так как она может привести к механическому повреждению электрода и анода.
При образовании электрической дуги, как правило, текут высокие токи, так что при использовании ограниченных по своей мощности источников напряжения прилагаемое между катодом и анодом высокое напряжение при увеличивающемся токе снижается или полностью пропадает. Понижение высокого напряжения может привести к тому, что электрическая дуга погаснет, что регулярно происходит, прежде всего, при текущем ОГ, так как вызывающие ток носители заряда уносятся текущим ОГ. К тому же понижение напряжения ниже критической величины приводит к тому, что частицы более не заряжаются. Даже если электрическая дуга через некоторое время гаснет сама по себе, является желательным заранее подавить образование электрической дуги или как можно быстрее прервать.
Поэтому задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы, по меньшей мере, частично решить указанные проблемы уровня техники. Прежде всего должен быть указан способ регулирования ионизационного устройства в устройстве доочистки ОГ ДВС, в котором предотвращается образование электрической дуги или же в котором электрическая дуга гасится уже относительно скоро после своего возникновения, причем в любое время на ионизационном устройстве имеется как можно более высокое напряжение.
Задача решается посредством способа регулирования ионизационного устройства в устройстве доочистки ОГ ДВС по меньшей мере с одним катодом и анодом, причем по меньшей мере один катод в устройстве доочистки ОГ расположен на расстоянии от анода, причем способ включает в себя, по меньшей мере, следующие стадии: приложение высокого напряжения по меньшей мере между одним катодом и анодом; задание первой величины (значения) для высокого напряжения; регистрация генерированного высоким напряжением тока по меньшей мере между одним катодом и анодом; задание второй величины (значения) для высокого напряжения, если зарегистрированный ток задаваемое число раз, прежде всего однократно, превысил задаваемую первую силу тока, причем вторая величина меньше, чем первая величина.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в эффективном предотвращении возникновения электрической дуги или гашении уже возникшей электрической дуги.
Под ионизационным устройством подразумевается устройство в выпускном трубопроводе ДВС, которое может ионизировать, т.е. нагружать зарядом по меньшей мере часть находящихся в ОГ частиц. Для этого ионизационное устройство содержит по меньшей мере один катод и расположенный на расстоянии от катода анод. При приложенном между катодом и анодом напряжении из катода выходят электроны, причем количество выходящих электронов по существу зависит от выполнения катода, прежде всего от радиуса кривизны катода и материала катода. Предпочтительно устройство доочистки ОГ содержит расположенное ниже по потоку от ионизационного устройства сепарационное устройство, на котором заряженные частицы осаждаются и при определенных условиях агломерируются, прежде чем они преобразуются в результате реакции с соответствующими газами, прежде всего диоксидом азота (ΝΟ2), и/или повышения температуры. Предпочтительно сепарационное устройство выполнено в виде проходимого для потока сотового тела с множеством каналов.
Катод может быть образован, например, расположенной в трубе проволокой, причем трубка образует анод. Кроме того, анод может быть выполнен в виде коронирующего электрода, который расположен по центру в выпускном трубопроводе, и при этом расположенное ниже по потоку от коронирующего электрода сепарационное устройство образует анод. Является особо предпочтительным, чтобы по меньшей мере один катод был закреплен на задней стороне удерживающего сотового тела, которое расположено выше по потоку от сепарационного устройства. При этом по меньшей мере один катод может быть как электрически изолированным, так и электропроводным образом соединен с удерживающим сотовым телом, причем в последнем случае высокое напряжение прикладывается к изолированному от выпускного трубопровода удерживающему сотовому телу.
Способ согласно изобретению применяется для регулирования как высокого напряжения отдельного катода, так и множества катодов, которые все соединены с одним и тем же источником напряжения. Предпочтительно способ согласно изобретению также может быть применен для регулирования соответственно одного катода из множества катодов, которые соответственно соединены с источником напряжения.
Высокое напряжение по меньшей мере между одним катодом и анодом создается источником высокого напряжения, причем величина высокого напряжения пропорциональна приложенному к входной стороне источника высокого напряжения низкому напряжению и управляется посредством низкого напряжения. Таким образом, приложение высокого напряжения реализуется, прежде всего, за счет того, что на входной стороне прилагается низкое напряжение, следствием которого на выходной стороне источника высокого напряжения является пропорциональное высокое напряжение.
В качестве альтернативы величина высокого напряжения управляется посредством частоты приложенного к источнику высокого напряжения управляющего напряжения. При этом на источнике высокого напряжения имеется, во-первых, постоянное низкое напряжение на входной стороне и, во-вторых, управляющее напряжение с задаваемой частотой. В зависимости от частоты приложенного управляющего напряжения на выходной стороне имеется высокое напряжение. Прежде всего, причем управляющее напряжение действует, например, через оптопару на частоту осциллятора в источнике высокого напряжения.
При этом под понятием «задание» прежде всего подразумевается, что величина высокого напряжения создается посредством приложения низкого напряжения или управляющего напряжения на входной стороне источника высокого напряжения, причем между анодом и катодом ожидается соответствующее высокое напряжение.
Согласно изобретению определяется ток для каждого приложенного высокого напряжения. Под этим, прежде всего, имеется в виду, что при определенном заданном высоком напряжении по времени непрерывно регистрируется текущий между катодом и анодом ток. Предпочтительно ток может регистрироваться с помощью включенного последовательно с анодом или же катодом и источником напряжения измерителя тока, включенного последовательно к низкому напряжению на входной стороне измерителя тока, и/или посредством индуктивного измерения тока в соответствующем месте. При измерении тока на стороне низкого напряжения источника напряжения вынужденно измеряется не прямо ток между катодом и анодом, а пропорциональная ему величина.
Если при регистрации тока устанавливается, что ток превышает первую задаваемую силу тока, то приложенное между анодом и катодом высокое напряжение изменяется до второй величины. Задаваемая первая сила тока, прежде всего, меньше, чем такая сила тока, который в соответствии с ожиданиями течет при образовании электрической дуги. Но задаваемая первая сила тока настолько велика, что можно ожидать, что относительно большая доля частиц сажи в ОГ ионизируется. Предпочтительно, первая сила тока имеет такую величину, которая позволяет ожидать, что образуется электрическая дуга. Первая сила тока определяется, например, в экспериментах или предпочтительно известна из предшествующих случаев реализации способа. Вторая величина для высокого напряжения выбирается, прежде всего, так, что электрическая дуга, которая ожидается или имеет место после превышения первой силы тока, дальше не образуется.
Таким образом, при превышении задаваемой первой силы тока определяется критическое состояние, при котором образование электрической дуги между катодом и анодом является вероятным или же при котором образуется электрическая дуга. В соответствии с этим изменяется приложенное высокое напряжение.
Является предпочтительным, чтобы заданная первая величина для высокого напряжения повышалась с задаваемой скоростью повышения высокого напряжения. Под скоростью повышения высокого напряжения имеется в виду величина повышения напряжения в промежуток времени. То есть сначала высокое напряжение повышается до тех пор, пока образование электрической дуги не заявит о себе через превышение первой силы тока зарегистрированным током. Вторая величина для высокого напряжения в этом случае может быть выбрана так, чтобы она была чуть ниже высокого напряжения, при котором была определена задаваемая первая сила тока. Таким образом, прилагаемое высокое напряжение максимально приближено к оптимальной величине для ионизации частиц сажи. Особо предпочтительно высокое напряжение повышается несколько раз со скоростью повышения высокого напряжения до достижения первой силы тока, а затем задается постоянное высокое напряжение, которое благодаря относящимся к зарегистрированным первым величинам тока высоким напряжениям позволяет ожидать высокой ионизации частиц сажи, при которой, однако, не образуется электрическая дуга.
Предпочтительно вторая величина меньше, чем первая величина. Таким образом, текущий из-за высокого напряжения между катодом и анодом ток непрерывно регистрируется, и при превышении предельной величины, задаваемой первой силы тока, прилагаемое между катодом и анодом высокое напряжение уменьшается. Следствием этого при, впрочем, равных условиях является то, что текущий между катодом и анодом ток уменьшается и образование электрической дуги подавляется.
В соответствии с одним благоприятным усовершенствованием изобретения, которое решает поставленную задачу и без превышения задаваемой первой силы тока, способ, кроме того, включает следующие стадии:
- определение скорости возрастания регистрируемого тока,
- задание второй величины для высокого напряжения, если скорость возрастания тока превышает задаваемую величину возрастания тока.
Под скоростью возрастания тока подразумевается величина, на которую ток изменяется за промежуток времени. Прежде всего скорость возрастания тока образуется путем образования разности двух величин тока. Является совершенно особо предпочтительным, чтобы рассчитывалась величина возрастания тока за промежуток времени максимум 0,1 мс (миллисекунда), особо предпочтительно максимум 1 мс. Величина возрастания тока при замере в цепи низкого напряжения источника высокого напряжения предпочтительно составляет по меньшей мере 2000 А/с (ампер в секунду), особо предпочтительно по меньшей мере 5000 А/с.
Возрастание тока с относительно высокой скоростью характерно для образования электрической дуги. Величина возрастания тока может быть определена, например, в экспериментах и поэтому быть задана заранее, но она также может быть определена снова при образовании электрической дуги в процессе эксплуатации. Для этого, например, после образования электрической дуги анализируется возрастающий фронт зарегистрированного тока и устанавливается соответствующая величина возрастания тока. При этом анализ величины возрастания тока начинается с определенной величины возрастания тока. Поскольку через увеличение силы тока как раз дает о себе знать или же выделяется электрическая дуга, тем самым может быть обнаружено возникновение электрической дуги и могут быть приняты соответствующие меры, прежде всего уменьшение высокого напряжения, чтобы предотвратить фактическое возникновение электрической дуги или же устранить электрическую дугу.
Кроме того, является благоприятным, если при превышении задаваемой величины возрастания тока присвоенная току заданная первая величина для высокого напряжения является критическим высоким напряжением, а вторая величина для высокого напряжения меньше чем или равна критическому высокому напряжению. Под этим имеется в виду, что высокое напряжение при превышении величины возрастания тока понижается до напряжения, которое меньше чем или равно высокому напряжению, относящаяся к которому величина тока была привлечена к расчету скорости возрастания тока. Таким образом обеспечивается, что прилагается высокое напряжение, которое меньше, чем высокое напряжение, при котором была угроза образования электрической дуги. Предпочтительно вторая величина по меньшей мере на 5%-30%, совершенно особо предпочтительно на 5%-15% меньше, чем критическое высокое напряжение.
Является особо предпочтительным, если заданное высокое напряжение уменьшается до второй величины, если ток превышает задаваемую первую силу тока, и/или скорость возрастания тока превышает величину возрастания тока несколько раз, предпочтительно в третий раз, совершенно особо предпочтительно в пятый раз. То есть это означает, что сначала многократно образуется электрическая дуга между катодом и анодом, прежде чем изменяется прилагаемое между катодом и анодом высокое напряжение или увеличение высокого напряжения. В результате многократного образования электрической дуги осажденная на аноде и катоде сажа сжигается и тем самым, прежде всего, очищается катод. Во-вторых, в результате превращения осажденных частиц сажи на аноде при выполнении в виде сепаратора восстанавливается первоначальное поперечное сечение протока. Это следует проводить, прежде всего, при холодном пуске для очищения катода, анода и изоляции. Вторая величина в дальнейшем должна быть приведена в соответствие с господствующими тогда условиями, такими как, например, влажность воздуха, износ электрода, параметры ОГ и т.д.
Кроме того, является благоприятным, если вторая величина задается так, чтобы протекал ток с задаваемой второй силой тока. Таким образом, прежде всего, предлагается регулирование, при котором высокое напряжение задается так, что протекает ток с задаваемой второй силой тока и тем самым поддерживается по существу постоянный ток. В этом случае задаваемая вторая сила тока выбирается так, что электрическая дуга не может быть образована. В соответствии с этим при увеличении измеренного тока задаваемое высокое напряжение понижается, а при снижении зарегистрированного тока высокое напряжение повышается.
Предпочтительно первая величина, вторая величина, первая сила тока и/или вторая сила тока задаются в зависимости по меньшей мере от одного из следующих параметров:
- старение катода,
- рабочая точка ДВС,
- массовый поток ОГ,
- влажность ОГ,
- температура ОГ,
- нагрузки ДВС,
- размер частиц в ОГ,
- количество частиц.
Образование электрической дуги зависит от свойств ОГ и в меньшей степени также от геометрии катода. Так, например, при катоде с большим радиусом изгиба требуется более высокое напряжение, чтобы испускать такое же число электронов. Является предпочтительным с возрастающим массовым потоком ОГ прилагать более высокое напряжение, то есть задавать более высокую величину для первой и/или второй величины, чтобы сохранять ионизационные свойства частиц сажи. Также является благоприятным при возрастающей влажности ОГ понижать прилагаемое высокое напряжение. При возрастающей температуре высокое напряжение предпочтительно понижают. И при повышающейся нагрузке ДВС и/или увеличении количества частиц в ОГ высокое напряжение понижают. При этом высокое напряжение понижают предпочтительно на 5%-30%, особо предпочтительно на 5%-15%.
Это означает, что для первого набора значений параметров заданы первая величина, вторая величина, первая сила тока и/или вторая сила тока. Для второго набора значений параметров, который дает о себе знать, например, через смену нагрузки ДВС, заданы следующие первые величины, вторые величины, первые силы тока и/или вторые силы тока. При этом величины первого набора значений параметров отличаются от величин второго набора значений параметров в соответствии с вышеуказанными зависимостями.
Прежде всего указанная вначале задача также решается тем, что высокое напряжение регулируется исключительно в зависимости по меньшей мере от одного из приведенных выше параметров, чтобы предотвратить образование электрической дуги. В этом случае регистрация силы тока предпочтительно применяется для того, чтобы регулировать ток почти постоянно на зависящую от параметров вторую величину. Особо предпочтительно в этом случае инициируются электрические дуги, только если они должны быть реализованы целенаправленно, чтобы очистить электрод или же анод или чтобы дополнительно калибровать первую величину и/или вторую величину для высокого напряжения посредством регистрации тока. Так для каждой ожидаемой характеристики ОГ может быть задано соответственно одно напряжение, которое обеспечивает оптимальный выход ионизации и при котором предотвращается образование электрической дуги.
В одной особенной предпочтительной форме осуществления изобретения первая величина задается в зависимости от второй величины по меньшей мере одного предшествующего рабочего цикла. Под этим подразумевается, что вторая величина, которая в предшествующем рабочем цикле, была установлена, прежде всего, в зависимости по меньшей мере от одного параметра, используется для регулирования в новом рабочем цикле. Таким образом, должен быть предложен, прежде всего, самоадаптирующийся способ, который обучается на основе опытных величин предшествующих рабочих циклов. Так при каждом превышении задаваемой первой силы тока и задаваемой величины возрастания тока регистрируется не только соответствующее высокое напряжение, но и приведенные выше параметры. По записанным данным, например, с помощью корреляционных наблюдений может быть определено, какое влияние параметры оказывают на вызывающее электрическую дугу высокое напряжение. Таким образом, для набора параметров при образовании электрической дуги каждый раз записывается первая величина, вторая величина, первая сила тока и/или вторая сила тока, причем при повторном появлении этих параметров прилагается соответствующее, при необходимости усредненное высокое напряжение. Тем самым каждый зарегистрированный набор данных образованной электрической дуги используется для улучшения ионизации.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения предлагается автомобиль, содержащий ДВС и устройство доочистки ОГ с ионизационным устройством, которое имеет катод и анод, блок управления, который выполнен так, чтобы реализовывать способ согласно изобретению.
Далее изобретение и технический контекст поясняются более детально на фигурах. На фигурах показаны особо предпочтительные примеры осуществления, которыми изобретение, однако, не ограничено. Прежде всего следует указать на то, что фигуры и, прежде всего, показанные соотношения размеров являются лишь схематическими. Показано на: Фиг. 1: автомобиль с устройством доочистки ОГ, Фиг. 2: устройство доочистки ОГ с ионизационным устройством, Фиг. 3: временная диаграмма текущего в ионизационном устройстве тока при проходящем потоке ОГ, Фиг. 4: временная диаграмма тока и напряжения при реализации способа согласно изобретению, Фиг. 5: источник напряжения для осуществления способа согласно изобретению.
На фиг. 1 схематически показан автомобиль 14 с ДВС 3, к которому подключено устройство 2 доочистки ОГ. Устройство 2 доочистки ОГ содержит выпускной трубопровод 16, в котором расположено ионизационное устройство 1 с катодом 4 и анодом 5. Между катодом 4 и анодом 5 с помощью источника 19 напряжения является прилагаемым высокое напряжение. Ток, который пропорционален текущему между катодом 4 и анодом 5 току, является измеряемым с помощью измерителя 20 тока в ведущем к источнику 19 напряжения проводе низкого напряжения. Источник 19 напряжения, измеритель 20 тока и ДВС 3 линиями 18 передачи данных соединены с блоком 15 управления. Блок 15 управления выполнен и оснащен для осуществления способа согласно изобретению.
В процессе эксплуатации ОГ покидает ДВС 3 по выпускному трубопроводу 16 и входит в ионизационное устройство 1. В результате приложения высокого напряжения между катодом 4 и анодом 5 электроны выходят из катода 4 и ускоряются к аноду 5. При этом электроны могут ионизировать находящиеся в ОГ частицы сажи. В дальнейшем ОГ проходит через сепаратор 17, где частицы и ионизированные частицы сажи осаждаются и, возможно, агломерируются. Осажденные частицы сажи при необходимости регенерируются посредством реакции с содержащимися в ОГ газами, прежде всего ΝΟ2, и/или повышения температуры. Блок 15 управления выполнен так, что образование электрической дуги между катодом 4 и анодом 5 может быть заблаговременно обнаружено и подавлено или же прервано. Для этого блок 15 управления оценивает измеренный измерителем 20 тока ток в проводе низкого напряжения к источнику 19 напряжения. При превышении задаваемой силы тока приложенное между катодом 4 и анодом 5 высокое напряжение изменяется, прежде всего уменьшается.
На фиг. 2 схематически показан фрагмент устройства 2 доочистки ОГ. Далее подробно рассматриваются, прежде всего, отличия от представленной на фиг. 1 формы осуществления. В этом примере осуществления катод 4 образован тремя электродами 25, которые закреплены на держателе 21 электродов. Держатель 21 электродов выполнен в виде электропроводного сотового тела, так что к держателю 21 электродов может быть приложено высокое напряжение, которое одновременно имеется на электродах 25. В качестве альтернативы было бы возможно изолировать электроды 25 от держателя 21 электродов и прилагать высокое напряжение прямо к электроду 25. Анод 5 в этом примере осуществления выполнен в виде сепаратора 17. Электроды 25 имеют расстояние 6 до входной поверхности сепаратора 17, а тем самым до анода 5. Держатель 21 электродов электрически изолирован от выпускного трубопровода 16.
Держатель 21 электродов выполнен с множеством проточных каналов, так что ОГ при прохождении через них выравнивается. В пространстве между катодом 4 и анодом 5 частицы сажи в ОГ ионизируются, так что они с повышенной вероятностью осаждаются в сепараторе 17. Согласно изобретению предусмотрено, что определяется ток между катодом 4 и анодом 5, причем при превышении критической силы тока приложенное напряжение изменяется. Способ поясняется еще более точно изложенным по фиг. 4.
На фиг. 3 показана временная диаграмма тока 23 в течение времени 24 при содержащем частицы сажи потоке ОГ через ионизационное устройство 1 с катодом 4 и анодом 5 при постоянном заданном ограниченным по мощности источником напряжения напряжении. Пока параметры ОГ не изменяются, течет почти постоянный ток. Однако при повышении концентрации частиц, температуры ОГ и/или влажности ОГ ток увеличивается со скоростью 11 возрастания. Это может объясняться тем, что молекулы и/или частицы сажи в ОГ усиленно способствуют току, так как ионизация молекул и/или частиц сажи является более вероятной. При каскадной ионизации молекул и/или частиц образуется электрическая дуга, так что ток 23 быстро возрастает. Однако поскольку при ограниченном по мощности источнике напряжения при растущем токе напряжение снижается, электрическая дуга рушится и текущий между анодом 5 и катодом 4 ток 23 снова понижается. Настоящее изобретение позволяет предотвращать образование электрической дуги или же заблаговременно устранять электрическую дугу.
Для этого на фиг. 4 схематически показана стратегия регулирования. Вверху изображено заданное между катодом 4 и анодом 5 напряжение 22 во временном протекании в течение времени 24. Внизу изображен результирующий из напряжения 22 ток 23 во временном протекании в течение времени 24. Сначала прикладывается напряжение 22 первой величины 7, причем напряжение 22 повышается со скоростью 10 повышения высокого напряжения. Результирующий ток 23 возрастает линейно (по меньшей мере, при неизменных условиях ОГ) в диапазоне напряжения, в котором не образуется электрическая дуга. При достижении первой задаваемой силы 9 тока напряжение 22 снижают до второй величины 8, которая здесь по существу ниже, чем первая величина 7 напряжения. При приложении высокого напряжения второй величины 8 уменьшается и ток 23.
При альтернативной или кумулятивной стратегии регулирования, которая согласно представлению на фиг. 4 примыкает к описанной выше стратегии регулирования, высокое напряжение исходя из второй величины сначала снова повышают. Если же в связи с изменением параметра ОГ происходит возрастание силы тока со скоростью 11 возрастания тока, которая превышает задаваемую величину возрастания тока, то высокое напряжение уменьшают. Скорость 11 возрастания тока может быть образована, например, получением разности двух разнесенных во времени сил тока. В этом случае высокое напряжение уменьшают до величины, соответствующая сила тока которой была использована для определения скорости 11 возрастания тока. Эта величина напряжения здесь называется критическим высоким напряжением 12. Предпочтительно высокое напряжение уменьшают до величины меньше, чем критическое высокое напряжение 12.
Еще одна стратегия регулирования для предотвращения электрической дуги, которая согласно фиг. 4 примыкает к предшествующей стратегии регулирования, предусматривает, что ток 23 почти выдерживает вторую задаваемую силу 13 тока. То есть высокое напряжение регулируют так, что течет ток 23 второй задаваемой силы 13 тока. В соответствии с этим напряжение при возрастающем токе уменьшается, а при понижающемся токе повышается. Является предпочтительным, чтобы вторая задаваемая сила 13 тока была функцией параметров ОГ, причем каждому набору параметров ОГ присвоена вторая задаваемая сила 13 тока, так что между катодом 4 и анодом 5 имеется напряжение, благодаря которому ионизируется как можно больше частиц сажи, но при котором не происходит образования электрической дуги.
Высокое напряжение, при котором образуется электрическая дуга, сильно зависит от параметров потока ОГ. Поэтому определенные в процессе эксплуатации высокие напряжения к задаваемым первым силам 9 тока задаваемой скорости 11 возрастания тока также записаны в зависимости от параметров ОГ, так что может быть образована самоадаптирующаяся система, при которой известно, каким в определенных ситуациях должно быть выбрано высокое напряжение, чтобы могла происходить оптимальная ионизация частиц сажи, но электрическая дуга эффективно предотвращалась бы.
На фиг. 5 схематически показан источник 19 напряжения, как он может быть применен для осуществления способа согласно изобретению. Источник 19 напряжения имеет осциллятор 27, трансформатор 28 и каскад 29 высокого напряжения. Источник 19 напряжения со стороны входа соединен с блоком 15 управления и устройством 26 питания. Со стороны выхода источник 19 напряжения соединен с ионизационным устройством 1.
Чтобы установить имеющееся на стороне выхода высокое напряжение, имеются две возможности. Во-первых, высокое напряжение может быть пропорционально имеющемуся на стороне входа низкому напряжению (0-10 вольт). В качестве альтернативы выходное напряжение может зависеть от заданной блоком 15 управления частоты управляющего сигнала.
Изобретение особенно подходит для стабильной и эффективной эксплуатации устройства нейтрализации ОГ с ионизацией частиц в ОГ.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
| 1 | Ионизационное устройство |
| 2 | Устройство доочистки ОГ |
| 3 | ДВС |
| 4 | Катод |
| 5 | Анод |
| 6 | Расстояние |
| 7 | Первая величина |
| 8 | Вторая величина |
| 9 | Первая задаваемая сила тока |
| 10 | Скорость увеличения высокого напряжения |
| 11 | Скорость возрастания тока |
| 12 | Критическое высокое напряжение |
| 13 | Второе задаваемое высокое напряжение |
| 14 | Автомобиль |
| 15 | Блок управления |
| 16 | Выпускной трубопровод |
| 17 | Сепаратор |
| 18 | Линия передачи данных |
| 19 | Источник напряжения |
| 20 | Измеритель тока |
| 21 | Держатель электродов |
| 22 | Напряжение |
| 23 | Ток |
| 24 | Время |
| 25 | Электрод |
| 26 | Источник питания |
| 27 | Осциллятор |
| 28 | Трансформатор |
| 29 | Каскады высокого напряжения |
1. Способ регулирования ионизационного устройства (1) в устройстве (2) доочистки отработавшего газа (ОГ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС) (3) по меньшей мере с одним катодом (4) и анодом (5), причем по меньшей мере один катод (4) в устройстве (2) доочистки ОГ расположен на расстоянии (6) от анода (5), включающий в себя, по меньшей мере, следующие стадии:
- приложение высокого напряжения по меньшей мере между одним катодом (4) и анодом (5),
- задание первой величины (7) для высокого напряжения,
- регистрация произведенного высоким напряжением тока по меньшей мере между одним катодом (4) и анодом (5),
- задание второй величины (8) для высокого напряжения, если зарегистрированный ток задаваемое число раз превысил задаваемую первую силу (9) тока, причем вторая величина (8) меньше, чем первая величина (7).
2. Способ по п. 1, причем первую задаваемую величину (7) для высокого напряжения повышают с задаваемой скоростью (10) увеличения высокого напряжения.
3. Способ по п. 1 или 2, также включающий в себя следующие стадии:
- определение скорости (11) возрастания зарегистрированного тока,
- задание второй величины (8) для высокого напряжения, если скорость (11) возрастания тока превышает задаваемую величину возрастания тока.
4. Способ по п. 3, причем при превышении задаваемой величины возрастания тока присвоенная току заданная первая величина (7) для высокого напряжения является критическим высоким напряжением (12), а вторая величина (8) для высокого напряжения меньше чем или равна критическому высокому напряжению (12).
5. Способ по п. 1 или 2, причем заданное высокое напряжение понижают до второй величины (8), если ток в несколько раз превышает задаваемую первую силу (9) тока и/или скорость возрастания тока в несколько раз превышает величину возрастания тока.
6. Способ по п. 1 или 2, причем вторую величину (8) задают так, что ток течет с задаваемой второй силой (13) тока.
7. Способ по п. 1 или 2, причем первую величину (7) и/или вторую величину (8) задают в зависимости по меньшей мере от одного из следующих параметров:
- старение катода,
- рабочая точка ДВС (3),
- массовый поток ОГ,
- влажность ОГ,
- температура ОГ,
- нагрузка ДВС (3),
- размер частиц в ОГ.
8. Способ по п. 1 или 2, причем первую величину (7) задают в зависимости от второй величины (8) по меньшей мере одного предшествующего рабочего цикла.
9. Способ по п. 1 или 2, причем высокое напряжение по меньшей мере между одним катодом (4) и анодом (5) создают посредством источника (19) высокого напряжения, причем величина высокого напряжения пропорциональна приложенному к входной стороне источника (19) высокого напряжения низкому напряжению и управляется посредством низкого напряжения.
10. Способ по п. 1 или 2, причем высокое напряжение по меньшей мере между одним катодом (4) и анодом (5) создают посредством источника (19) высокого напряжения, причем величина высокого напряжения управляется посредством частоты приложенного к источнику (19) высокого напряжения управляющего напряжения.
11. Автомобиль (14), содержащий двигатель внутреннего сгорания (3) и устройство (2) доочистки отработавшего газа с ионизационным устройством (1), которое имеет катод (4) и анод (5), и блок (15) управления, который выполнен для осуществления способа по одному из пп. 1-10.
