Способ (варианты) и система для обнаружения твердых частиц в отработавших газах

Изобретение относится к конструкции и использованию датчиков твердых частиц в отработавших газах. Целью изобретения является идентификация и отфильтровывание твердых частиц отработавших газов перед выпуском отработавших газов в атмосферу. Предложены способы и системы для обнаружения твердых частиц датчиком твердых частиц, расположенным ниже по потоку от сажевого фильтра дизельного двигателя в выпускной системе. Согласно одному из примеров способ может включать в себя накопление поступающих твердых частиц путем приложения большего электрического смещения к первому уловителю датчика твердых частиц с последующим заряжением твердых частиц и образованием высокозаряженных дендритов. Способ дополнительно включает в себя улавливание указанных дендритов, покидающих первый уловитель, путем приложения меньшего электрического смещения ко второму уловителю, также расположенному внутри того же датчика твердых частиц, что приводит к снижению влияния расхода отработавших газов на датчик твердых частиц и к повышению чувствительности датчика твердых частиц. Технический результат заключается в повышении точности выходного сигнала датчика твердых частиц, а следовательно, увеличивается точность оценки загруженности сажевого фильтра твердыми частицами. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее раскрытие в основном относится к конструкции и использованию датчиков твердых частиц (ТЧ), функционирующих в потоке отработавших газов.

Уровень техники/Раскрытие изобретения

При сгорании в дизельном двигателе могут образовываться выбросы, содержащие твердые частицы (ТЧ). Твердые частицы могут содержать дизельную сажу и аэрозоли, такие как частицы золы, металлические абразивные частицы, сульфаты и силикаты. При выпускании в атмосферу ТЧ могут образовать отдельные частицы или цепные скопления, по большей части невидимые невооруженным глазом, размер которых лежит в субмикронном диапазоне и составляет около 100 нанометров. Разработаны различные технологии для идентификации и отфильтровывания ТЧ отработавших газов перед выпуском отработавших газов в атмосферу.

Например, датчики ТЧ или датчики сажи могут использоваться в транспортных средствах, оснащенных двигателями внутреннего сгорания. Датчик ТЧ может быть расположен выше по потоку или ниже по потоку от сажевого фильтра дизельного двигателя (СФДД) и может использоваться для определения количества ТЧ на фильтре и диагностирования работы ДСФ. Резистивные датчики ТЧ могут содержать гребенчатые электроды, которые обнаруживают твердые частицы или определяют загруженность сажей на основе корреляции между измеренным изменением электрической проводимости (или удельного сопротивления) между парой электродов, размещенных на плоской поверхности подложки датчика с количеством ТЧ, отложившихся между измерительными электродами. В частности, измеренная электропроводность обеспечивает измерение накопления сажи. Однако, резистивные датчики могут не обеспечивать измерения сажи в реальном времени, т.к. может существовать длительная временная задержка, во время которой датчик только накапливает сажу и не способен подать сигнал в реальном времени.

Пример подхода к решению этой проблемы показан в документе US 8,713,991, в котором используют датчик с подачей сигнала в реальном времени, такой как датчик ТЧ высокого напряжения. В этом документе датчик ТЧ высокого напряжения содержит одну пару электродов и накапливает сажу вследствие электростатического захвата, аналогичного резистивному датчику сажи; однако, в данном случае сажа начинает скапливаться вследствие сильного электрического поля, приложенного между электродами. Когда скопления сажи отрываются от электрода, они переносят часть заряда электрода и осаждают заряд при их контакте с заземленной частью датчика или выпускной системы. Этот перенос заряда на заземленную часть датчика может быть обнаружен как импульс тока, проходящий между электродом и заземлением.

Однако, авторы настоящего изобретения выявили потенциальные проблемы, связанные с такими системами. Согласно одному примеру, чувствительность датчика высокого напряжения может внезапно измениться при любом внезапном изменении расхода потока отработавших газов, вызывающем скачки измеряемого тока. Поток скоплений сажи к заземленной части датчика может зависеть, например, от расхода потока отработавших газов. По существу, увеличенный поток отработавших газов может привести к уменьшению количества скоплений, падающих на заземленную часть, вызывая тем самым падение измеряемого тока. Аналогичным образом, уменьшенный расход потока отработавших газов увеличивает количество скоплений, достигающих заземления, тем самым вызывая резкий подъем измеряемого тока. Из-за этих скачков тока выходного сигнала датчика, датчик, захватывающий сажу, покидающую СФДД, не может точно отражать фильтрующие способности СФДД.

Согласно одному примеру, вышеописанные проблемы могут быть частично решены посредством способа, в котором измеряют заряженные твердые частицы (ТЧ) в отработавших газах, поступающих в датчик ТЧ, путем подачи первого напряжения только к первому набору электродов, расположенных внутри датчика ТЧ, и измеряют заряженные ТЧ путем приложения второго напряжения только ко второму набору электродов, расположенных внутри датчика ТЧ, а также отделенных от первого набора электродов на некоторое расстояние, причем первое напряжение выше второго напряжения. Таким образом, посредством совмещения двух наборов электродов внутри одного корпуса датчика ТЧ второй набор электродов может использоваться для обнаружения ТЧ в отработавших газах. Скопления, покидающие первый набор электродов, могут быть захвачены вторым набором электродов, что снизит скачки тока во втором наборе электродов. Таким образом, чувствительность выходного сигнала датчика к расходу потока отработавших газов может быть снижена, и выходной сигнал датчика может более достоверно отображать фильтрующие способности СФДД, более точно и надежно в режиме реального времени.

Согласно одному примеру, путем использования первого набора электродов главным образом для зарядки сажи, и второго набора электродов главным образом для измерения высокозаряженной сажи, могут быть снижены любые скачки измеряемого тока во втором наборе электродов. Таким образом, посредством совмещения второго набора электродов с первым набором электродов заряженная сажа, покидающая первый набор электродов, может быть захвачена вторым набором электродов, что обеспечивает большую независимость датчика от расхода потока отработавших газов. В целом, эти особенности датчика могут повысить точность выходного сигнала датчика ТЧ, что увеличит точность оценки загруженности сажевого фильтра твердыми частицами.

Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие изобретения служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление 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 показана принципиальная схема двигателя и связанного с ним датчика твердых частиц (ТЧ), расположенного в потоке отработавших газов.

На фиг. 2 показан первый примерный вариант осуществления датчика ТЧ, содержащего два уловителя, каждый из которых содержит пару цилиндрических электродов, разделенных друг от друга на некоторый промежуток.

На фиг. 3 показан второй примерный вариант осуществления датчика ТЧ, в котором каждый из двух уловителей содержит пару плоских непрерывных электродов, также отделенных друг от друга.

На фиг. 4 показана блок-схема способа зарядки ТЧ на первом уловителе и дальнейшего измерения ТЧ в отработавших газах вторым уловителем в соответствии с настоящим раскрытием.

На фиг. 5 показана схема способа осуществления регенерации датчика ТЧ.

На фиг. 6 показана блок-схема способа диагностики протечек в сажевом фильтре, расположенном выше по потоку отдатчика ТЧ.

На фиг. 7 показан пример соотношения между напряжениями, поданными к уловителям, и количеством ТЧ, выбрасываемых ниже по потоку отдатчика ТЧ.

Осуществление изобретения

Последующее описание относится к обнаружению твердых частиц (ТЧ) в потоке отработавших газов двигательной системы, такой как двигательная система, показанная на фиг. 1. Датчик ТЧ, расположенный в выпускном канале двигательной системы, может содержать два уловителя, отделенных друг от друга на некоторый промежуток. ТЧ, поступающие в датчик ТЧ, могут накапливаться и заряжаться первым уловителем, работающим при высоком напряжении, и могут образовывать скопления. Скопления могут отделяться и покидать первый уловитель и впоследствии поступать во второй уловитель, где они могут быть захвачены вторым уловителем, работающим при низком напряжении. Примерные варианты осуществления датчика ТЧ показаны на фиг. 2 и 3. Контроллер может быть выполнен с возможностью осуществления алгоритма управления, такого как алгоритм на фиг. 3, для измерения загруженности ТЧ датчика на основе тока, измеряемого на втором уловителе. Дополнительно, контроллер может периодически очищать уловители (как показано в способе, представленном на фиг. 5) для обеспечения непрерывного обнаружения ТЧ и осуществления диагностики сажевого фильтра, расположенного выше по потоку от датчика ТЧ, на основе выходного сигнала датчика ТЧ (как показано в способе, представленном на фиг. 6). Со ссылкой на фиг. 7 показан пример соотношения между напряжениями, поданными к уловителям, и количеством ТЧ, выбрасываемых ниже по потоку от датчика ТЧ. Таким путем, посредством совмещения двух уловителей внутри корпуса датчика ТЧ, заряженные ТЧ, покидающие первый уловитель, могут быть захвачены вторым набором электродов (в одном примере заряженные ТЧ, покидающие первый уловитель, захватываются почти мгновенно вторым набором электродов). Таким образом, выходной сигнал датчика становится более независимым (или, полностью независимым) от расхода потока отработавших газах). В общем, может быть улучшена способность датчика ТЧ по оценке фильтрующих возможностей СФДД (и тем самым по обнаружению утечек СФДД) и улучшено соответствие нормам выбросов отработавших газов, т.к. ТЧ в отработавших газах могут быть обнаружены более точно и надежно.

На фиг. 1 показано схематическое изображение системы 6 транспортного средства. Система 6 транспортного средства содержит двигательную систему 8. Двигательная система 8 может содержать двигатель 10, содержащий множество цилиндров 30. Двигатель 10 содержит впуск 23 двигателя и выпуск 25 двигателя. Впуск 23 двигателя включает в себя дроссель 62, соединенный по текучей среде с впускным коллектором 44 двигателя через впускной канал 42. Выпуск 25 двигателя включает в себя выпускной коллектор 48, ведущий в выпускной канал 35, который направляет отработавшие газы в атмосферу. Дроссель 62 может быть расположен во впускном канале 42 ниже по потоку от устройства наддува, такого как турбонагнетатель (не показан) и выше по потоку от доохладителя (не показан). При наличии, доохладитель может быть выполнен с возможностью снижения температуры впускного воздуха, сжимаемого устройством наддува.

Выпуск 25 двигателя может включать в себя один или более устройств 70 снижения токсичности отработавших газов, которые могут быть установлены с глухим соединением в выпуске. Одно или несколько устройств снижения токсичности отработавших газов могут включать в себя трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, фильтр обедненных оксидов азота (OA), каталитический нейтрализатор выборочного каталитического восстановления (ВКВ) и т.п. Выпуск 25 двигателя может также включать в себя сажевый фильтр 102 дизельного двигателя (СФДД), который фильтрует ТЧ из поступающих газов, расположенный выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Согласно одному примеру, как показано, СФДД 102 является системой удержания твердых частиц. СФДД 102 может обладать монолитной конструкцией, выполненной, например, из кордиерита или карбида кремния с множеством каналов внутри для фильтрации твердых частиц из дизельных отработавших газов. Отработавшие газы в выхлопной трубе, отфильтрованные от ТЧ, после прохождения через СФДД 102, могут быть замерены в датчике 106 ТЧ и далее обработаны в устройстве 70 снижения токсичности отработавших газов и выпущены в атмосферу через выпускной канал 35. В показанном примере датчик 106 ТЧ может включать в себя уловители 108 и 110 и может, например, оценивать эффективность фильтрации СФДД 102 на основе тока, измеряемого на одном или более уловителе датчика ТЧ. Схематические изображения 200 и 300 датчика 106 ТЧ показаны на фиг. 2 и 3, как раскрыто более подробно ниже.

Система 6 транспортного средства может дополнительно включать в себя систему 14 управления. Показано, что система 14 управления получает информацию от множества датчиков 16 (различные примеры которых раскрыты ниже) и отправляет управляющие сигналы на множество исполнительных механизмов 81 (различные примеры которых раскрыты ниже). Согласно одному примеру, датчики 16 могут включать в себя датчик 126 расхода отработавших газов, выполненный с возможностью измерения расхода отработавших газов, проходящих через выпускной канал 35, датчик отработавших газов (расположенный в выпускном коллекторе 48), датчик 128 температуры, датчик 129 давления (расположенный ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов) и датчик 106 ТЧ. Другие датчики, такие как дополнительные датчики давления, температуры, воздушно-топливного отношения, расхода и состава отработавших газов, могут быть установлены в различных местах в системе 6 транспортного средства. Согласно иному примеру, исполнительные механизмы могут представлять собой топливные инжекторы 66, дроссель 62, клапаны СФДД, управляющие регенерацией фильтра (не показаны) и т.п.Система 14 управления может включать в себя контроллер 12. Контроллер 12 может быть выполнен с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти. Контроллер 12 получает сигналы от различных датчиков согласно фиг. 1, обрабатывает сигналы и использует различные исполнительные механизмы согласно фиг. 1 для регулирования работы двигателя на основе полученных сигналов и инструкций, сохраненных в памяти контроллера. Например, контроллер 12 может управлять переключателями (не показаны) в контуре обнаружения датчика ТЧ и также управлять подачей напряжения в контуре. Примеры алгоритмов раскрыты в настоящем документе со ссылкой на фиг. 4-6.

На фиг. 2 показано схематическое изображение 200 первого примерного варианта осуществления датчика 201 твердых частиц (ТЧ) (такого как датчик 106 ТЧ на фиг. 1). Датчик 201 ТЧ может быть выполнен с возможностью измерения массы и/или концентрации ТЧ в отработавших газах и, как таковой, может быть соединен с выпускным каналом (в частности, таким как выпускной канал 35, показанный на фиг. 1) выше по потоку или ниже по потоку от сажевого фильтра дизельного двигателя (такого как СФДД 102, показанный на фиг. 1).

На фиг. 2 показаны примеры конфигураций относительного расположения различных компонентов. Если показано, что элементы непосредственно контактируют друг с другом или непосредственно соединены, то такие элементы могут называться непосредственно контактирующими или непосредственно соединенными, соответственно, по меньшей мере в одном примере. Аналогичным образом, элементы, показанные смежными или граничащими друг с другом, могут быть смежными или граничащими друг с другом, соответственно, по меньшей мере в одном примере. Например, компоненты, лежащие в плотном контакте друг с другом, могут называться находящимися в плотном контакте. Согласно другому примеру, элементы, расположенные отдельно друг от друга с некоторым промежутком между без других компонентов, могут так и называться, по меньшей мере в одном примере.

На схематическом изображении 200 показан датчик 201 ТЧ внутри выпускного канала с отработавшими газами, текущими от области ниже по потоку от сажевого фильтра дизельного двигателя к выхлопной трубе, как показано стрелкой 202. Датчик 201 ТЧ может содержать цилиндрическую трубку (защитную трубку) 236, которая может выполнять роль защиты датчика и внутренних электрических элементов датчика, а также может служить для перенаправления и оптимизации потока газа при их прохождении. Множество отверстий 238, 239 (или пор) могут быть выполнены по поверхности цилиндрической трубки 236 для обеспечения сквозного прохождения отработавших газов. Отработавшие газы могут поступать в датчик 201 ТЧ через множество отверстий 238 (в качестве неограничивающего примера показаны три отверстия) на верховой (расположенной выше по потоку) стороне цилиндрической трубки 236 ближе к СФДД, как показано стрелкой 202. Отработавшие газы могут затем течь через каналы и пути движения потока (не показаны) так, что отработавшие газы затем могут поступать в первый уловитель 203 и впоследствии поступать во второй уловитель 205, где ТЧ могут быть обнаружены, а необнаруженные ТЧ в отработавших газах могут выходить из датчика 201 ТЧ (в атмосферу) на низовой (расположенной ниже по потоку) стороне, через множество отверстий 239 (в качестве неограничивающего примера показано одно отверстие). Кроме того, отработавшие газы могут поступать в и покидать узел датчика ТЧ через основание 242 цилиндрической трубки, которое расположено внутри выпускного канала. Таким путем, отработавшие газы могут поступать в цилиндрическую трубку в направлении, по существу, ортогональном направлению потока отработавших газов. Цилиндрическая трубка 236 датчика 201 ТЧ может быть установлена непосредственно на выпускном канале, так что центральная ось Х-Х' может быть перпендикулярна направлению потока отработавших газов, как показано стрелкой 202. Верхняя часть корпуса датчика может быть прикреплена к выхлопной трубе, так что чувствительная часть датчика ТЧ, содержащая уловители, может проходить в выхлопную трубу. По существу, цилиндрическая трубка 236 датчика 201 ТЧ может определять закрытый объем, внутри которого расположены уловители. Верхняя поверхность 240 цилиндрической трубки 236 может быть установлена на выхлопной трубе, а нижняя поверхность 242 цилиндрической трубки 236 может проходить в выхлопную трубу.

Уловители 203 и 205 могут являться неограничивающими примерами уловителей 108 и 110, показанных на фиг. 1. Первый уловитель 203 (также называемый уловителем высокого напряжения (ВН)) может включать в себя первый набор электродов 204 и 206, отделенных на некоторое расстояние. По существу, электрод 206 может быть полым и может иметь цилиндрическую форму, а также может окружать второй цилиндрический электрод 204, причем цилиндрический электрод 204 может быть цельным по всей длине. Цилиндрический электрод 204 имеет меньший диаметр, чем цилиндрический электрод 206, и может полностью помещаться внутри электрода 206. Эти электроды могут быть, как правило, изготовлены из металлов, таких как платина, золото, осмий, родий, иридий, рутений, алюминий, титан, цирконий и т.п.В некоторых примерах электроды могут быть образованы путем осаждения равномерного слоя металла на подложку (не показана) из материалов с высокими электроизоляционными свойствами. По существу, поверхность электрода может быть непрерывной и не гребенчатой.

Электрод 204 (также называемый положительным электродом) первого уловителя 203 может быть соединен с положительной клеммой источника 216 напряжения через соединительный провод 226. Аналогично, электрод 206 (также называемый отрицательный электрод) первого уловителя может быть соединен с отрицательной клеммой того же источника 216 напряжения через соединительный провод 228. В некоторых вариантах осуществления может быть добавлен переключатель (не показан), а контроллер (такой как контроллер 12 на фиг. 1) может управлять переключателем для выборочного соединения и разъединения электродов от источника 216 напряжения. Электрические соединения 226 и 228, источник 216 напряжения могут быть частью электрического контура 220, который может быть размещен вне выпускного канала (например,<1 метра в сторону).

Второй уловитель 205 расположен рядом с первым уловителем 203, при этом отделен от первого уловителя на некоторое расстояние. Например, указанное расстояние может представлять собой некоторый промежуток без каких-либо компонентов в нем. По существу, второй уловитель 205 (также называемый уловителем низкого напряжения (НН)) может также быть размещен внутри того же датчика 201 ТЧ. Уловители могут быть расположены внутри датчика 201 ТЧ так, что оси цилиндрических электродов проходят вдоль и параллельно оси Х-Х' самого датчика ТЧ. Как и первый уловитель, второй уловитель 205 также включает в себя второй набор электродов, содержащий два цилиндрических электрода 208 и 210, разделенных некоторым расстоянием. Детали цилиндрических электродов 208 и 210 могут быть аналогичны деталям цилиндрических электродов 204 и 206. В некоторых примерах первый уловитель и второй уловитель могут быть идентичны и могут иметь одинаковые свойства. В других примерах первый уловитель может отличаться от второго уловителя, а некоторые их свойства могут быть общими.

Вкратце, цилиндрический электрод 210 может быть пустым, а также может окружать цилиндрический электрод 208, причем цилиндрический электрод 208 может быть цельным по всей длине. Цилиндрический электрод 208 имеет меньший диаметр, чем цилиндрический электрод 210. Эти электроды могут быть, как правило, изготовлены из металлов, и в некоторых примерах могут быть образованы путем осаждения равномерного слоя металла на подложку (не показана) из материалов с высокими электроизоляционными свойствами. По существу, поверхность электрода может быть непрерывной и не гребенчатой.

Электрод 208 (также называемый положительным электродом) второго уловителя 205 может быть соединен с положительной клеммой источника 218 напряжения через соединительный провод 230. Аналогично, электрод 210 (также называемый отрицательным электродом) второго уловителя может быть соединен с измерительным устройством 234 и затем с отрицательной клеммой того же источника 218 напряжения через соединительный провод 232. По существу, измерительное устройство может быть не соединено с первым уловителем 203, а соединено только со вторым уловителем 205. В некоторых вариантах осуществления может быть добавлен переключатель (не показан), а контроллер (такой как контроллер 12 на фиг. 1) может управлять переключателем для выборочного соединения и разъединения электродов от источника напряжения.

Источник 218 напряжения может подавать более низкое напряжение на второй уловитель 205 по сравнению с напряжением, подаваемым на первый уловитель 203. Источник 216 напряжения может быть выполнен с возможностью подачи напряжения в диапазоне между 500 и 2000 В, а источник 218 напряжения может быть выполнен с возможностью подачи напряжения в диапазоне между 1 и 500 В. Согласно одному примеру, источник 218 напряжения может подавать низкое напряжение V_L около 10 В, а источник 216 напряжения может подавать высокое напряжение V_H около 1000 В. Таким образом, может быть создано равномерное электрическое поле между электродами первого уловителя и электродами второго уловителя, которые могут функционировать для притяжения и отбрасывания заряженных ТЧ, поступающих в уловители. Однако, напряженность электрического поля между электродами первого уловителя может быть выше, чем напряженность электрического, созданного во втором уловителе. При этом источники 216 и 218 напряжения могут управляться контроллером, таким, например, как контроллер 12 на фиг. 1. Эти напряжения принимают за опорную точку в устройстве с интервалом между электродами в 1 мм (например, промежуток от 206 до 204 или промежуток от 208 до 210). Могут использоваться и меньшие напряжения и межэлектродные промежутки, если в уловителях НН и ВН поддерживают электрическое поле.

В некоторых примерах первый уловитель и второй уловитель можно регенерировать. Регенерация уловителей может включать в себя увеличение температуры нагревательного элемента, расположенного в каждом уловителе датчика, до тех пор, пока загруженность уловителей сажей не снизится в достаточной мере за счет окисления частиц углерода между электродами. Контроллер, такой как контроллер 12 на фиг. 1, может влиять на регенерацию уловителей путем включения нагревательного элемента, термически соединенного с поверхностью электрода, как подробнее раскрыто со ссылкой на фиг. 5.

Отработавшие газы могут поступать в датчик 201 ТЧ через отверстия 238 (что обозначено стрелкой 202) и далее могут проходить по каналам (не показаны), расположенным внутри датчика 201 ТЧ так, что отработавшие газы поступают в первый уловитель 203, как показано стрелкой 207. В некоторых примерах отработавшие газы могут поступать в первый уловитель ортогонально потоку отработавших газов в выхлопной трубе (неограничивающий пример показан на фиг. 2). В других примерах уловители в датчике ТЧ могут быть расположены так, что отработавшие газы могут поступать в первый уловитель параллельно направлению потока отработавших газов в выхлопной трубе, без отступления от объема настоящего раскрытия. Другие компоновки уловителей в датчике ТЧ могут также подразумевать, что отработавшие газы поступают в первый уловитель под другими случайными углами, в пределах от 0° и 90°, по отношению к направлению потока отработавших газов в выхлопной трубе.

По существу, датчик 201 ТЧ может включать в себя внутреннюю защитную трубку 248, которая может служить, например, для препятствования поступления отработавших газов во второй уловитель перед поступлением в первый уловитель. В некоторых примерах датчик 201 ТЧ может не включать в себя защитную трубку 248, а дополнительные каналы, расположенные внутри датчика ТЧ, могут направлять отработавшие газы сначала в первый уловитель для зарядки сажи и далее во второй уловитель для измерения заряженной сажи, покидающей первый уловитель.

ТЧ или сажа 212 в отработавших газах являются по умолчанию заряженными и могут поступать в первый уловитель 203 с дальнейшим поступлением в пространство между положительным электродом 204 и отрицательным электродом 206. Когда напряжение смещения подают между электродами первого уловителя 203, может быть создано однородное электрическое поле, например, в пространстве между электродами первого уловителя. Вследствие наличия однородного электрического поля между электродами заряженные ТЧ, поступающие в первый уловитель, могут быть подвержены электростатическим силам, притягивающим их к электродам противоположной полярности (обозначено стрелкой 222). Например, ТЧ, несущие небольшой отрицательный заряд, могут притягиваться к положительному электроду 204 первого уловителя, а ТЧ, несущие небольшой положительный заряд, могут притягиваться к отрицательному электроду 206 первого уловителя. При этом высокое напряжение может быть приложено к электродам первого уловителя посредством источника 216 напряжения, вследствие чего может быть создано сильное электрическое поле между электродами первого уловителя.

Первый уловитель может начинать собирать и накапливать ТЧ, поступающие в первый уловитель. Сажа разрастается в дендритные структуры, которые закрепляются на электродах вследствие сил электрического взаимодействия, как объяснялось ранее. При этом ТЧ 212, поступающие в первый уловитель 203, могут начать образовывать скопления 213 и 215 (также известные как дендриты) на поверхностях электродов первого уловителя. Как только скопления контактируют с поверхностями электродов, они могут приобретать поверхностный заряд той же полярности, что и поверхность электрода.

Например, скопление 213, образовавшееся на внешней поверхности 219 положительного электрода 204, может приобрести положительный поверхностный заряд. Аналогично, скопления 215, образовавшиеся на внутренней поверхности 217 отрицательного электрода 206, могут приобрести отрицательный поверхностный заряд. При этом размер скоплений 213 и 215 может быть больше размера поступающих ТЧ 212. С целью наглядности часть 244 отрицательного электрода 206 вырезана из изображения для того, чтобы показать скопления, накапливающиеся на внутренней поверхности отрицательного электрода и внешней поверхности положительного электрода.

Скопления на поверхностях электрода могут испытывать слабые силы притяжения межмолекулярного взаимодействия, такие как силы Ван-дер-Ваальса, которые удерживают скопления прикрепленными к поверхностям электродов. Кроме того, вследствие перемещения электрических зарядов от самих электродов скопления могут приобретать увеличенный поверхностный заряд. Например, скопления 213, нарастающие на внешней поверхности 219 положительного электрода 204, могут накопить положительный поверхностный заряд, достаточный для того, чтобы скопления смогли начать испытывать электростатическое отталкивание от положительного электрода. Аналогично, скопления 215, нарастающие на внутренней поверхности 217 отрицательного электрода 206, могут накопить отрицательный поверхностный заряд, достаточный для того, чтобы скопления смогли начать испытывать электростатическое отталкивание от самого отрицательного электрода. Когда скопления 214 достигают порогового размера, поверхностные заряды могут достичь пороговых уровней заряда, так что электростатическое отталкивание от электрода станет сильнее, чем слабая сила Ван-дер-Ваальса, притягивающая их к электроду. Повышенные отталкивающие силы могут вызвать отрыв скоплений 214 (например, размер скоплений 214 может быть больше, чем размер скоплений 213, 215, а также поступающих ТЧ 212) от поверхностей электродов и их вывод из первого уловителя. Однако, при отрыве от электродов первого уловителя и выходе из первого уловителя скопления все еще имеют увеличенный поверхностный заряд. Таким образом, первый уловитель может использоваться только для накопления и зарядки поступающей сажи. При этом первый уловитель может не использоваться для измерения загруженности сажей датчика ТЧ.

Как объяснялось ранее, второй уловитель 205 может располагаться рядом с первым уловителем. При этом второй уловитель расположен на некотором расстоянии от первого уловителя, и в пространстве между ними не предусмотрено никаких других компонентов. Поток отработавших газов может приносить скопления 214, оторвавшиеся от электродов первого уловителя, во второй уловитель. Источник 218 напряжения подает напряжение, например, меньшее, чем напряжение, подаваемое источником 216 напряжения. Второй уловитель может дополнительно включать в себя измерительное устройство 234. Кроме того, источник 218 напряжения и измерительное устройство электрического контура может находиться под управлением контроллера, такого как контроллер 12 на фиг. 1 так, что твердые частицы, собираемые на датчике ТЧ, могут использоваться, например, для диагностики протечек СФДД. По существу, измерительное устройство 234 может представлять собой любое устройство, способное измерять электрический ток на электродах второго уловителя 205, такое как амперметр.

Аналогично первому уловителю, между электродами второго уловителя также существует равномерное электрическое поле. Однако, электрическое поле во втором уловителе, как правило, но не обязательно, слабее, чем поле в первом уловителе, вследствие типично более низкого напряжения, подаваемого на электроды второго уловителя. Когда скопления, несущие большие поверхностные заряды, поступают во второй уловитель 205, они могут быстро притягиваться к электродам противоположной полярности (как показано стрелкой 224). В отличие от первого уловителя, сажа, собираемая в более слабом электрическом поле второго уловителя, не будет испытывать большие силы отталкивания, которые вызывают отрыв скоплений.

Например, положительно заряженные скопления, выходящие из первого уловителя, могут испытывать притяжение к отрицательному электроду 210 второго уловителя. Аналогично, отрицательно заряженные скопления, выходящие из первого уловителя, могут притягиваться к положительному электроду 208 второго уловителя. По мере отложения скоплений 214 между положительным электродом 208 и отрицательным электродом 210, увеличивается ток, измеряемый измерительным устройством 234. В некоторых примерах, т.к. заряд скоплений увеличен, ток, измеряемый измерительным устройством 234, также может быть выше. Контроллер, такой как контроллер 12 на фиг. 1, может быть способен использовать ток, измеряемый измерительным устройством 234 и выводить соответствующую загруженность ТЧ или сажей второго уловителя 205 датчика 201 ТЧ. По существу, например, второй уловитель 205 может главным образом использоваться только для измерения загруженности сажей датчика 201 ТЧ, а не для зарядки сажи. В некоторых примерах скопления, выходящие из первого уловителя и поступающие во второй уловитель, могут обладать увеличенным поверхностным зарядом, и в результате этого измерительным устройством 234 могут обнаруживаться большие токи. В результате может быть упрощен контур обнаружения, а дополнительные усилители могут не требоваться. Технический эффект размещения второго уловителя прямо после первого уловителя состоит в том, что все скопления, выходящие из первого уловителя, могут быть захвачены вторым уловителем, что увеличивает эффективность оценки загруженности сажей датчика ТЧ.

Таким образом, путем приложения более сильного электрического поля между электродами первой пары электродов первого уловителя датчика ТЧ, ТЧ, поступающие в первый уловитель, могут начать образовывать скопления (или дендриты). Когда эти скопления отрываются, они могут поступать ко второй паре электродов, где может быть измерена загруженность сажей датчика ТЧ. По существу, т.к. между электродами второго набора электродов второго уловителя приложено электрическое поле с меньшей интенсивностью, заряженные скопления могут быть захвачены. В некоторых примерах в измерительном устройстве могут регистрироваться увеличенные токи. Таким образом, путем использования второй пары электродов для захвата скоплений, могут быть снижены любые скачки (пики или провалы) измеряемого тока.

На фиг. 3 показано схематическое изображение 300 второго примерного варианта осуществления датчика 301 твердых частиц (ТЧ) (такого как датчик 106 ТЧ на фиг. 1). Датчик 301 ТЧ может быть выполнен с возможностью измерения массы и/или концентрации ТЧ в отработавших газах и, как таковой, может быть соединен с выпускным каналом (в частности, таким как выпускной канал 35, показанный на фиг. 1) выше по потоку или ниже по потоку от сажевого фильтра дизельного двигателя (такого как СФДД 102, показанный на фиг. 1). При этом два набора плоских параллельных электродов могут быть расположены внутри датчика ТЧ. Если показано, что элементы непосредственно контактируют друг с другом или непосредственно соединены, то такие элементы могут называться непосредственно контактирующими или непосредственно соединенными, соответственно, по меньшей мере в одном примере.

Датчик 301 ТЧ может быть примером датчика 201 ТЧ согласно фиг. 2 и дополнительно включать в себя все признаки, раскрытые со ссылкой на датчик 201 ТЧ. При этом показан пример конфигурации датчика ТЧ, подразумевающий плоскую геометрию.

На фиг. 3 показаны примеры конфигураций относительного расположения различных компонентов. Если показано, что элементы непосредственно контактируют друг с другом или непосредственно соединены, то такие элементы могут называться непосредственно контактирующими или непосредственно соединенными, соответственно, по меньшей мере в одном примере. Аналогичным образом, элементы, показанные смежными или граничащими друг с другом, могут быть смежными или граничащими друг с другом, соответственно, по меньшей мере в одном примере. Например, компоненты, лежащие в плотном контакте друг с другом, могут называться находящимися в плотном контакте. Согласно другому примеру, элементы, расположенные отдельно друг от друга с некоторым промежутком между без других компонентов, могут так и называться, по меньшей мере в одном примере.

На схематическом изображении 300 показан датчик 301 ТЧ внутри выпускного канала с отработавшими газами, текущими от области ниже по потоку от сажевого фильтра дизельного двигателя к выхлопной трубе, как показано стрелкой 302. Аналогично датчику 201 ТЧ, датчик 301 ТЧ может содержать цилиндрическую трубку (защитную трубку) 244, которая может выполнять роль защиты внутренних электрических элементов компонентов датчика, а также может служить для перенаправления и оптимизации потока газа при прохождении через них. В некоторых примерах защитная трубка может быть прямоугольной формы. Множество отверстий 346, 348 (или пор) могут быть выполнены по поверхности цилиндрической трубки 344 для обеспечения сквозного прохождения отработавших газов. Отработавшие газы могут поступать в датчик 301 ТЧ через множество отверстий 346 (в качестве неограничивающего примера показаны три отверстия) на верховой (расположенной выше по потоку) стороне цилиндрической трубки 344 ближе к СФДД, как показано стрелкой 302. Отработавшие газы могут затем течь через каналы и пути движения потока (не показаны) так, что отработавшие газы затем могут поступать в первый уловитель 303 и впоследствии поступать во второй уловитель 305, где ТЧ могут быть обнаружены, а необнаруженные ТЧ в отработавших газах могут выходить из датчика 301 ТЧ (в атмосферу) на низовой (расположенной ниже по потоку) стороне, через множество отверстий 348 (в качестве неограничивающего примера показано два отверстия). Цилиндрическая трубка 344 датчика 301 ТЧ может быть установлена непосредственно на выпускном канале, так что центральная ось Х-Х' может быть перпендикулярна направлению потока отработавших газов, как показано стрелкой 302. По существу, цилиндрическая трубка 344 датчика 301 ТЧ может определять закрытый объем, внутри которого расположены уловители. Верхняя поверхность 350 цилиндрической трубки 344 может быть установлена на выхлопной трубе, а нижняя поверхность 352 цилиндрической трубки 344 может проходить в выхлопную трубу.

Уловители 303 и 305 могут являться неограничивающими примерами уловителей 108 и 110, показанных на фиг. 1. Первый уловитель 303 (также называемый уловителем высокого напряжения (ВН)) может включать в себя первый набор электродов 304 и 306, отделенных на некоторое расстояние. Электроды 304 и 306 могут быть плоскими электродами. По существу, поверхность электрода может быть непрерывной, равномерной и не гребенчатой. Эти электроды могут быть, как правило, изготовлены из металлов, таких как платина, золото, осмий, родий, иридий, рутений, алюминий, титан, цирконий и т.п., а также окислов, цементов, сплавов и любых комбинаций, содержащих по меньшей мере один из вышеперечисленных металлов. Электроды 304 и 306 сформированы на подложках 336 и 338 соответственно. Подложки 336 и 338 могут быть изготовлены из материалов с высокими электроизоляционными свойствами. Среди возможных электроизоляционных материалов могут быть окислы, такие как оксид алюминия, оксид циркония, оксид иттрия, оксид лантана, оксид кремния и комбинации, содержащие по меньшей мере один из вышеперечисленных, или любой похожий материал, способный препятствовать электросвязи и обеспечивать физическую защиту для электродов. При этом электрод 304 может быть сформирован на поверхности подложки 336, и, аналогично, электрод 306 может быть сформирован на поверхности подложки 338. Электроды могут быть расположены внутри датчика 301 ТЧ, так что электроды 304 и 306 обращены друг к другу и параллельны друг другу, а также отделены друг от друга на некоторое расстояние. Электроды 304 и 306 могут покрывать часть поверхностей 336 и 338 подложки соответственно. В некоторых примерах электроды 304 и 306 могут покрывать всю длину поверхностей 336 и 338 подложки соответственно.

Электрод 304 (также называемый положительным электродом) первого уловителя 303 может быть соединен с положительной клеммой источника 316 напряжения через соединительный провод 326. Аналогично, электрод 306 (также называемый отрицательным электродом) первого уловителя может быть соединен с отрицательной клеммой того же источника 316 напряжения через соединительный провод 328. В некоторых вариантах осуществления может быть добавлен переключатель (не показан), а контроллер (такой как контроллер 12 на фиг. 1) может управлять переключателем для выборочного соединения и разъединения электродов от источника напряжения. Электрические соединения 326 и 328, источник 316 напряжения могут быть частью электрического контура, который может быть размещен вне выпускного канала (например, <1 метра в сторону).

Второй уловитель 305 расположен рядом с первым уловителем 303, при этом отделен от первого уловителя на некоторое расстояние. Например, указанное расстояние может включать в себя промежуток без каких-либо компонентов в нем. По существу, второй уловитель 305 (также называемый уловителем низкого напряжения (НН)) может также быть размещен внутри того же датчика 301 ТЧ. Уловители могут быть расположены внутри датчика 301 ТЧ так, что положительный электрод 304 обращен к отрицательному электроду 306. Как и первый уловитель 303, второй уловитель 305 также включает в себя второй набор электродов, содержащий два плоских электрода 308 и 310, сформированных на подложках 342 и 340 соответственно, параллельных друг другу и отделенных друг от друга на некоторое расстояние. В некоторых примерах первый уловитель и второй уловитель могут быть идентичны и могут иметь одинаковые свойства. В других примерах первый уловитель может отличаться от второго уловителя, при этом некоторые их свойства могут быть общими.

Электрод 308 (также называемый положительным электродом) второго уловителя 305 может быть соединен с положительной клеммой источника 318 напряжения через соединительный провод 330. Аналогично, электрод 310 (также называемый отрицательным электродом) второго уловителя может быть соединен с измерительным устройством 334 и затем с отрицательной клеммой того же источника 318 напряжения через соединительный провод 332. Измерительное устройство, например, может быть не соединено с первым уловителем 303, а соединено только со вторым уловителем 205. В некоторых вариантах осуществления может быть добавлен переключатель (не показан), а контроллер (такой как контроллер 12 на фиг. 1) может управлять переключателем для выборочного соединения и разъединения электродов от источника напряжения.

Источник 318 напряжения может подавать более низкое напряжение на второй уловитель 305 по сравнению с напряжением, подаваемым на первый уловитель 303. Источник 316 напряжения может быть выполнен с возможностью подачи напряжения в диапазоне между 500 и 2000 В (в частности, 1000 В), а источник 318 напряжения может быть выполнен с возможностью подачи напряжения в диапазоне между 1 и 500 В (в частности, 10 В). Эти напряжения относятся к промежутку размером около 1 мм, и могут быть соответствующим образом масштабированы при использовании промежутка другого размера для поддержания электрического поля похожей величины.

Таким образом, может быть создано равномерное электрическое поле между электродами первого уловителя и электродами второго уловителя. Также первый уловитель может быть в достаточной степени изолирован от второго уловителя так, что взаимодействие между двумя электрическими полями уменьшено. По существу, равномерное электрическое поле, созданное между электродами первого уловителя, может быть сильнее, чем равномерное электрическое поле, созданное между электродами второго уловителя. Электрическое поле может функционировать для притягивания и/или отталкивания заряженных ТЧ, поступающих в уловители. При этом источники 316 и 318 напряжения могут управляться контроллером, таким, например, как контроллер 12 на фиг. 1.

Аналогично датчику 201 ТЧ отработавшие газы могут поступать в датчик 301 ТЧ через отверстия 346 (что обозначено стрелкой 302) и далее могут проходить по каналам (не показаны), расположенным внутри датчика 301 ТЧ так, что отработавшие газы поступают в первый уловитель 303, как показано стрелкой 307. В некоторых примерах отработавшие газы, поступающие в первый уловитель, могут быть ортогональны потоку отработавших газов в выхлопной трубе. В других примерах уловители в датчике ТЧ могут быть расположены так, что отработавшие газы могут поступать в первый уловитель параллельно направлению потока отработавших газов в выхлопной трубе, без отступления от объема настоящего раскрытия. Другие компоновки уловителей в датчике ТЧ могут также подразумевать, что отработавшие газы поступают в первый уловитель под другими случайными углами, в пределах от 0° до 90°, по отношению к направлению потока отработавших газов в выхлопной трубе.

По существу, датчик 301 ТЧ может включать в себя внутреннюю защитную трубку 341, которая может, например, препятствовать поступлению отработавших газов во второй уловитель перед поступлением в первый уловитель. Заряженные ТЧ или сажа 312 в отработавших газах может поступать в первый уловитель 303 и далее поступать в пространство между положительным электродом 304 и отрицательным электродом 306. Когда напряжение смещения подают между электродами первого уловителя 303, может быть создано равномерное электрическое поле, например, в пространстве между электродами первого уловителя. Вследствие наличия равномерного электрического поля между электродами, заряженные ТЧ, поступающие в первый уловитель, могут быть подвержены электростатическим силам, например, притягивающим их к электродам противоположной полярности (обозначено стрелкой 322). Например, ТЧ, несущие небольшой отрицательный заряд, могут притягиваться к положительному электроду 304 первого уловителя, а ТЧ, несущие небольшой положительный заряд, могут притягиваться к отрицательному электроду 306 первого уловителя. При этом высокое напряжение может быть приложено к электродам первого уловителя посредством источника 316 напряжения.

Первый уловитель может начинать собирать и накапливать ТЧ, поступающие в первый уловитель. При этом ТЧ 312, поступающие в первый уловитель 303, могут начать образовывать скопления 313 и 315 (также известные как дендриты) на поверхностях электродов первого уловителя. Как только скопления контактируют с поверхностями электродов, они могут приобретать поверхностный заряд той же полярности, что и поверхность электрода, как объяснялось ранее.

Вкратце, скопление 313, образовавшееся на положительном электроде 304, может приобрести положительный поверхностный заряд. Аналогично, скопления 315, образовавшиеся на отрицательном электроде 306, могут приобрести отрицательный поверхностный заряд. Как объяснялось ранее, скопления могут испытывать слабые силы Ван-дер-Ваальса, которые удерживают скопления прикрепленными к поверхностям электродов. Кроме того, вследствие перемещения электрических зарядов от самих электродов, скопления могут приобретать увеличенные поверхностные заряды. Когда скопления 314 достигают порогового размера, поверхностные заряды могут достичь пороговых уровней заряда так, что электростатическое отталкивание от электрода станет сильнее, чем слабая сила Ван-дер-Ваальса, притягивающая их к электроду. Повышенные отталкивающие силы могут вызвать отрыв скоплений 314 от поверхностей электродов и вывод их из первого уловителя. Однако, при отрыве от электродов первого уловителя и выходе из первого уловителя, скопления все еще имеют поверхностный заряд. Таким образом, первый уловитель может использоваться главным образом для накопления и заряда поступающей сажи. Однако, первый уловитель может не использоваться для измерения загруженности сажей датчика ТЧ.

Как объяснялось ранее, второй уловитель 305 может быть расположен рядом с первым уловителем. При этом второй уловитель расположен на некотором расстоянии от первого уловителя, и в пространстве между ними не предусмотрено никаких других компонентов. Поток отработавших газов может приносить скопления 314, оторвавшиеся от электродов первого уловителя, во второй уловитель. Аналогично первому уловителю второй уловитель может также содержать положительный и отрицательный электроды, соединенный с положительной и отрицательной клеммами источника 318 напряжения. При этом источник 318 напряжения подает напряжение, например, меньшее, чем напряжение, подаваемое источником 316 напряжения. Второй уловитель может дополнительно включать в себя измерительное устройство 334. Кроме того, источник 318 напряжения и измерительное устройство электрического контура может находиться под управлением контроллера, такого как контроллер 12 на фиг. 1 так, что твердые частицы, собираемые на датчике ТЧ, могут использоваться, например, для диагностики протечек СФДД. По существу, измерительное устройство 334 может являться любым устройством, способным считывать изменения сопротивления на электродах, таким как вольтметр или амперметр.

Аналогично первому уловителю между электродами второго уловителя также существует равномерное электрическое поле. Однако, электрическое поле во втором уловителе слабее, чем поле в первом уловителе вследствие более низкого напряжения, прикладываемого к электродам второго уловителя. Когда скопления, несущие большие поверхностные заряды, поступают во второй уловитель 305, они могут быстро притягиваться к электродам противоположной полярности. По мере отложения скоплений 314 между положительным электродом 308 и отрицательным электродом 310 может увеличиться ток, измеряемый измерительным устройством 334. Контроллер, такой как контроллер 12 на фиг. 1, может быть способен использовать ток, измеряемый измерительным устройством 334 и выводить соответствующую загруженность ТЧ или сажей второго уловителя 305 датчика 301 ТЧ. По существу, например, второй уловитель 305 может главным образом использоваться только для измерения загруженности сажей датчика 301 ТЧ, а не для зарядки сажи. В некоторых примерах скопления, выходящие из первого уловителя и поступающие во второй уловитель, могут обладать увеличенным поверхностным зарядом, и в результате этого измерительным устройством 334 могут обнаруживаться большие токи. В результате в таких случаях может быть упрощен контур обнаружения, а дополнительные усилители могут не требоваться. Таким образом, за счет размещения второго уловителя рядом с выходом первого уловителя, все скопления, выходящие из первого уловителя, могут быть захвачены вторым уловителем, что увеличивает эффективность оценки загруженности сажей датчика ТЧ. При этом электроды уловителей являются плоскими и непрерывными, и не являются гребенчатыми. Кроме того, плоские электроды расположены параллельно друг другу, а также параллельно направлению потока отработавших газов.

Конструкции цилиндрического электрода, показанные на фиг. 2, и плоские электроды, показанные на фиг. 3, являются неограничивающими примерами конструкций электродов. Иные формы и геометрии электродов также возможны без отклонения от объема настоящего изобретения. В некоторых примерах конструкция электрода может быть волнистой, изогнутой, может предполагать текстурированные поверхности электрода, параллельные пластины или диски и т.д.

На фиг. 4 показан пример способа зарядки ТЧ в первом уловителе датчика ТЧ и измерения загруженности ТЧ с использованием второго уловителя, расположенного внутри того же датчика ТЧ. В частности, первый уловитель может использоваться только для накопления и зарядки поступающих ТЧ в отработавших газах, а второй уловитель может использоваться только для измерения загруженности сажей датчика ТЧ. Инструкции для осуществления способа 400 и остальных способов, включенных в настоящее раскрытие, могут быть исполнены контроллером (таким как контроллер 12, показанный на фиг. 1 и фиг. 2 и 3) на основании инструкций, сохраненных в памяти контроллера, и в совокупности с сигналами, получаемыми от датчиков двигательной системы, таких как датчики, раскрытые выше со ссылкой на фиг. 1, 2 и 3. Контроллер может использовать исполнительные механизмы системы двигателя для регулирования работы двигателя в соответствии со способами, раскрываемыми ниже.

На шаге 402 способ 400 включает в себя определение и/или оценку рабочих условий двигателя. Определяемые рабочие условия двигателя могут включать в себя, например, частоту вращения двигателя, расход потока отработавших газов, температуру двигателя, воздушно-топливное отношение отработавших газов, температуру отработавших газов, время (или расстояние), прошедшее с момента последней регенерации СФДД, загруженность ТЧ датчика ТЧ, уровень наддува, условия окружающей среды, такие как барометрическое давление и температура окружающей среды и т.д.

На шаге 404 способа 400 прикладывают первое более высокое напряжение к первому набору электродов первого уловителя. Согласно одному примеру, первый набор электродов может включать в себя цилиндрические электроды, соединенные с положительной и отрицательной клеммами источника напряжения, способного подавать повышенное напряжение (как показано на фиг. 2). Согласно второму примеру, первый набор электродов может включать в себя плоские электроды, обращенные друг к другу и также соединенные с положительной и отрицательной клеммами источника напряжения, подающего повышенное напряжение (как показано на фиг. 3).

Контроллер (такой как контроллер 12 на фиг. 1) может прикладывать первое напряжение к первому набору электродов путем включения источника напряжения (в частности, источника 216 напряжения на фиг. 2 и источника 316 напряжения на фиг. 3), соединения клемм с электродами (например, путем замыкания переключателя) и регулирования напряжения до первой установки, причем к электродам прикладывают высоковольтное смещение (например, 1000 В). Когда напряжение подают к электродам, между электродами создается электрическое поле, которое может способствовать притяжению заряженных ТЧ, поступающих в датчик ТЧ.

Затем, на шаге 406 способа 400 собирают ТЧ и образуют скопления или дендриты на поверхностях электродов. Кроме того, когда ТЧ собираются на поверхности электрода, к самим ТЧ переходит некоторый заряд от электродов, за счет чего ТЧ заряжаются. Смещение подбирают так, что исходно заряженные ТЧ собираются (и нарастают в виде высокозаряженных дендритных структур или скоплений, которые могут оторваться), но не настолько высокое, чтобы оторвавшиеся сажевые структуры смогли выйти за пределы требуемых режимов рабочего потока. Как только они приобретают достаточный заряд, скопления ТЧ могут отсоединиться от электродов и могут выйти из первого уловителя.

Заряженные скопления ТЧ, выходящие из первого уловителя, могут испытывать электростатическое притяжение ко второму набору электродов второго уловителя, отделенного от первого уловителя на некоторое расстояние. На шаге 408 способа захватывают заряженные ТЧ, выходящие из первого уловителя. По существу, захват заряженных ТЧ может включать в себя приложение второго более низкого напряжения ко второму набору электродов второго уловителя на шаге 410. При этом второй уловитель может дополнительно включать в себя измерительный контур для определения тока на электродах (на шаге 412), например, когда заряженные ТЧ осаждаются на электродах второго уловителя. Блок измерения заряда второго уловителя может включать в себя два электрода с меньшим прикладываемым смещением (например, 5-50 В), так что заряженные ТЧ притягиваются ко второму набору электродов, но не настолько высоким, чтобы ТЧ разрастались в дендриты, которые могут оторваться и поддерживать их собственное усиление тока. В некоторых примерах электрический ток порядка от пА до нА может измеряться в соответствии с загруженностью или концентрацией ТЧ.

На шаге 414 способа 400 определяют, выше ли загруженность ТЧ или загруженность сажей второго набора электродов второго уловителя пороговой загруженности ТЧ, на основе тока, измеренного на электродах второго уловителя. Загруженность ТЧ может постоянно выводиться и обновляться на основе сопротивления или изменений электрической проводимости, которые возникают между электродами датчика в результате скопления ТЧ между электродами второго набора. Затем, на шаге 416 способа определяют, выше ли загруженность ТЧ второго набора электродов порогового значения. Согласно одному примеру, когда загруженность ТЧ второго набора достигает или превышает пороговое значение по измерениям электрической проводимости на втором наборе электродов датчика ТЧ (таких как электроды 208 и 210, показанные на фиг. 2, и электроды 308 и 310, показанные на фиг. 3, например), или когда электрический ток, измеряемый измерительным устройством (таким как, например, измерительное устройство 234 на фиг. 2, измерительное устройство 334 на фиг. 3), превышает пороговое значение, условия регенерации датчика ТЧ могут считаться выполненными. Если выполнены условия регенерации датчика ТЧ, способ 400 переходит на шаг 420, на котором второй набор электродов могут регенерировать путем инициирования алгоритма регенерации, раскрытого на фиг. 5. Регенерация второго набора электродов датчика ТЧ может включать в себя нагрев электродов с использованием нагревательных элементов (например, нагревательного элемента, соединенного со вторым уловителем, который не показан) до выгорания и отделения сажи, отложившейся на электродах второго уловителя. Путем периодической регенерации второго уловителя можно возвращать второй уловитель в состояние более пригодное для сбора скоплений. Кроме того, точная информация, относящаяся к уровню сажи в отработавших газах, может быть выведена на основе регенерации датчика и передана в контроллер.

В некоторых примерах первый набор электродов также может регенерироваться путем инициирования алгоритма регенерации на шаге 422. Например, первый уловитель могут регенерировать после завершения порогового числа регенераций второго уловителя. По существу, первый набор электродов датчика ТЧ могут регенерировать менее часто, чем второй набор электродов датчика ТЧ, например, для удаления ТЧ отработавших газов, собираемых на электродах датчика. В некоторых примерах оба уловителя могут регенерироваться поочередно или одновременно.

В некоторых случаях, например, для СФДД без протечки, датчик может регенерироваться реже в ездовом цикле. Таким образом, для этих условий способ 400 завершается и затем начинается снова на шаге 402.

Однако, если загруженность ТЧ ниже порогового значения при проверке на шаге 416, то способ переходит на шаг 418, где ТЧ могут продолжать заряжать и собирать на первом наборе электродов, и способ возвращается на шаг 412, где измеряют ток на втором наборе электродов, как объяснялось выше. В этом случае, путем использования первого уловителя для зарядки поступающих ТЧ и использования второго уловителя для измерения высокозаряженных скоплений, выходящих из первого уловителя, может быть увеличена чувствительность датчика. Кроме того, может быть улучшена способность датчика ТЧ по оценке фильтрующих возможностей СФДД (и тем самым по обнаружению утечек СФДД) и улучшено соответствие нормам выбросов отработавших газов, т.к. ТЧ в отработавших газах могут быть обнаружены более точно и надежно.

На фиг. 5 показан способ 500 для регенерации одного или более уловителей датчика ТЧ (такого как, например, датчик 106 ТЧ, показанный на фиг. 1, датчик 201 ТЧ по фиг. 2 и датчик 301 ТЧ по фиг. 3). Конкретнее, когда загруженность сажей (количество сажи) второго уловителя датчика ТЧ выше порогового значения или когда сопротивление на электродах второго уловителя датчика ТЧ, скорректированное на температуру, падает до порогового сопротивления, условия регенерации датчика ТЧ могут быть признаны выполненными, и может требоваться регенерация датчика ТЧ для обеспечения возможности дальнейшего обнаружения ТЧ. При этом регенерация может быть выполнена на первом наборе электродов первого уловителя.

На шаге 502 могут начать регенерацию электродов второго уловителя, и второй уловитель может быть регенерирован путем нагрева уловителя на шаге 504. Датчик ТЧ может быть нагрет путем активации нагревательного элемента, термически соединенного с поверхностью электродов датчика, например, нагревательный элемент встроен в датчик, до достаточного снижения нагрузки сажи на датчике путем окисления частиц углерода между электродами. Регенерацией, как правило, управляют с помощью таймеров, при этом таймер может быть установлен на пороговую продолжительность на шаге 502. Альтернативно, регенерацией можно управлять посредством измерения температуры наконечника датчика или путем регулирования подачи мощности к нагревателю или любым или всеми этими способами. Если для регенерации датчика ТЧ используют таймер, то способ 500 включает в себя на шаге 506 проверку того, прошла ли пороговая продолжительность. Если пороговая продолжительность не прошла, то способ 500 переходит на шаг 508, на котором регенерация датчика ТЧ может быть продолжена. Если пороговая продолжительность прошла, то способ 500 переходит на шаг 510, на котором регенерация датчика сажи может быть остановлена, и на шаге 512 электрический контур может быть отключен. Далее электроды могут быть охлаждены, например, до температуры отработавших газов.

В некоторых примерах может быть измерено сопротивление между электродами второго уловителя (такого как второй набор электродов датчика ТЧ). На основе измеренного сопротивления, возможно скомпенсированного на температуру, могут рассчитать загруженность ТЧ или сажей второго уловителя (т.е. накопленные ТЧ или сажа между электродами датчика ТЧ). Рассчитанная загруженность сажей датчика ТЧ может быть сравнена с пороговым значением. Пороговое значение может быть нижним пороговым значением, которое ниже порога регенерации, например, указывающим, что электроды достаточно очищены от частиц сажи. Согласно одному примеру, порогового значения может быть пороговым значением, ниже которого регенерация может быть прекращена. Если загруженность сажей продолжает быть выше порогового значения, выполняют индикацию того, что может требоваться дополнительная регенерация, и регенерацию могут повторить. Однако, если датчик ТЧ продолжает испытывать повторные регенерации, контроллер может установить коды ошибки для индикации того, что датчик ТЧ может быть неисправен, или может быть неисправен нагревательный элемент в датчике сажи.

Затем, на шаге 520 история регенерации может быть обновлена и сохранена в памяти. Например, могут быть обновлены частота регенерации и/или средняя продолжительность между регенерациями датчика. Затем на шаге 522 различные модели могут быть использованы контроллером для вычисления процентной эффективности СФДД в отношении фильтрации сажи. Таким путем, второй уловитель может выполнять бортовую диагностику СФДД.

Первый набор электродов первого уловителя датчика ТЧ может также быть регенерирован путем выполнения способа 500, как раскрывалось выше. Однако, т.к. первый уловитель не содержит измерительного устройства для определения загруженности сажей первого уловителя, контроллер может периодически регенерировать первый уловитель. Например, когда было выполнено пороговое число регенераций второго уловителя, контроллер может выполнить способ 500 для регенерации первого уловителя. В некоторых примерах первый уловитель могут регенерировать каждый раз, когда второй уловитель соответствует условиям регенерации. В других примерах второй уловитель могут регенерировать более часто, чем первый уловитель.

На фиг. 6 показан пример способа 600 для диагностики функционирования СФДД на основе времени регенерации уловителей датчика ТЧ. На шаге 602 контроллер может вычислить, посредством калибровки, время регенерации датчика ТЧ, t(i)_regen, которое представляет собой время, измеренное от конца предыдущей регенерации до начала текущей регенерации датчика ТЧ. При этом время регенерации датчика ТЧ может включать в себя время регенерации первого уловителя и/или время регенерации второго уловителя. В некоторых примерах время регенерации датчика ТЧ может представлять собой среднее значение времен регенерации первого уловителя и регенерации второго уловителя. В других примерах время регенерации датчика ТЧ может включать в себя только время регенерации второго уловителя.

На шаге 604 сравнивают t(i)_regen с t(i-1)_regen, которое является ранее калиброванным временем регенерации датчика ТЧ. На основе этого могут сделать вывод, что датчик сажи может нуждаться в цикле регенераций посредством нескольких регенераций, с целью диагностики ДСФ. Если t(i)_regen меньше половины величины порядка t(i-I), то на шаге 608 осуществляют индикацию протечки ДСФ, инициируют сигнал неисправности СФДД. Альтернативно или дополнительно к вышеуказанному процессу, диагностику СФДД могут осуществлять с помощью других параметров, таких как температура отработавших газов, частота вращения/нагрузка двигателя и т.д. Сигнал неисправности может быть инициирован, например сигнальной лампой неисправности или кодом диагностики.

Время текущей регенерации, меньшее половины времени предыдущей регенерации, может указывать на то, что время для достижения электрическим контуром порогового значения короче, и, таким образом, частота регенерации выше. Более высокая частота регенерации датчика ТЧ может указывать на то, что вытекающие отработавшие газы состоят из большего количества твердых частиц, чем при нормальном функционировании СФДД. Таким образом, если изменение времени регенерации датчика сажи достигает порогового значения, t_regen, в котором время текущей регенерации датчика ТЧ меньше половины времени предыдущей регенерации, осуществляют индикацию неисправности СФДД или протечки, например, посредством отображения оператору и/или посредством установки флага; сохраненного в долговременной памяти, соединенной с процессором, который может быть отправлен на устройство для диагностики, соединенное с процессором. Если изменение времени регенерации датчика сажи не достигает порогового значения t_regen, то на шаге 606 не осуществляют индикацию протечки СФДД. Таким путем, протечки в сажевом фильтре, расположенном выше по потоку от датчика твердых частиц, могут быть обнаружены на основе интенсивности распределения частиц на элементе датчика твердых частиц.

На фиг. 7 на схеме 700 показан пример соотношения между напряжениями, подаваемыми к первому и второму уловителям датчика ТЧ, и количеством ТЧ, выбрасываемых ниже по потоку от датчика ТЧ. Первый уловитель, в котором подают более высокое напряжение к первому набору электродов, называют уловителем высокого напряжения (ВН), а второй уловитель, в котором подают более низкое напряжение ко второму набору электродов второго уловителя, называют уловителем низкого напряжения (НН). На графиках 702 и 704 показана подача соответствующих напряжений к уловителям ВН и НН. На графике 706 показан ток, измеряемый на электродах уловителя НН, а на графике 708 показана предполагаемая загруженность ТЧ электродов уловителя НН, выведенная на основе тока, измеренного на электродах уловителя НН. На графике 710 показано количество ТЧ, выбрасываемых ниже по потоку от датчика ТЧ, измеряемое датчиком, расположенным ниже по потоку от датчика ТЧ с уловителями ВН и НН. При этом указанный датчик сажи, расположенный ниже по потоку, включен для того, чтобы показать воздействие напряжений, прикладываемых к уловителям ВН и НН, на ТЧ, выходящие из датчика ТЧ. Однако, датчик сажи, расположенный ниже по потоку, может быть включен в фактический вариант осуществления, а может и не быть включен.

В течение промежутка времени между t₀ и t₁ уловитель ВН отключен (график 702), а уловитель НН включен (график 704). При этом выключение уловителя ВН представляет собой отсутствие соединения электродов уловителя ВН, например, путем размыкания переключателя, помещенного между электродами и источником высокого напряжения. В некоторых примерах контроллер может установить напряжение питания равным 0, тем самым не подавая какое-либо значительное напряжение между электродами первого уловителя. Однако, уловитель НН соединен с источником напряжения, подающим низкое напряжение ко второму набору электродов.

При поступлении заряженных ТЧ в датчик ТЧ они могут поступать в первый уловитель и могут не быть подвержены воздействию электродов (т.к. уловитель ВН отключен) и могут пройти непосредственно к уловителю НН. При этом поверхностный заряд ТЧ, входящих в датчик ТЧ, может не измениться. Когда ТЧ выходят из уловителя ВН, они могут попасть в уловитель НН, в котором на электроды подают напряжение смещения. Поскольку напряжение смещения низкое, и создаваемое электрическое поле имеет низкую интенсивность, ТЧ могут все еще быть подвержены электростатическому притяжению к электродам уловителя НН. Таким образом, ток, измеряемый на электродах уловителя НН, может немного увеличиться (график 706). Соответственно, может иметь место небольшое увеличение загруженности ТЧ уловителя НН (график 708). Датчик сажи, помещенный ниже по потоку от указанного датчика ТЧ, может обнаруживать ТЧ, не захваченные в уловителе НН (график 710).

Однако, в момент t₁ уловитель ВН включают (график 702). Контроллер может включить уловитель ВН, например, путем замыкания переключателя, расположенного между электродами и источником высокого напряжения. В некоторых примерах контроллер может установить напряжение питания равным 1000 В, тем самым подавая высокое напряжение между электродами уловителя ВН. Когда включают уловитель ВН, исходно заряженные ТЧ, проходящие в уловитель ВН, захватываются за счет сильного электрического поля. Сажа осаждается в дендритные структуры с высокой плотностью, которые удерживаются вместе за счет соединяющих сил Ван-дер-Ваальса. Геометрия дендритов в сочетании с электрическим полем высокой интенсивности, приложенным к накапливающей/заряжающей части, может вызвать накопление заряда в дендритной структуре.

Сразу после включения уловителя ВН в момент t₁ (график 702), ТЧ, поступающие в датчик ТЧ, могут начать накапливаться и приобретать заряд на электродах уловителя ВН. В течение времени между t1 и t2 большая часть ТЧ, поступающих в датчик ТЧ, могут собираться на электродах уловителя ВН, а количество ТЧ, достигающих уловителя НН ниже по потоку от уловителя ВН, может начать уменьшаться. Таким образом, ток, измеряемый на электродах уловителя НН (график 706) и соответствующая загруженность ТЧ, измеряемая на уловителе НН (график 708), могут уменьшиться. Кроме того, количество ТЧ, выбрасываемых из датчика ТЧ, может также упасть (график 710). Таким образом, во время между t₁ и t₂ ТЧ могут накапливаться и заряжаться на уловителе ВН, однако это время может быть довольно коротким для датчика ТЧ, в котором расположены уловитель ВН и уловитель НН.

В момент t₂ сажевые дендриты могут достигнуть порогового размера или вырасти так, что сила электрического взаимодействия, притягивающая их на электроды ВН, может превзойти удерживающую силу, что может вызвать отрыв дендритов от уловителя ВН и их перенос с их избыточным электрическим зарядом к уловителю НН. Поток через датчик переносит большие оторвавшиеся части дендритов с высоким зарядом в узел измерения заряда датчика, а именно в уловитель НН (который включен, как показано на графике 704). Относительно слабое электрическое поле узла измерения датчика притягивает высоко заряженную часть дендрита к стенке электрода, где она отдает свой заряд, как показано увеличением тока, измеряемого на электродах уловителя НН (график 706). Таким путем, может быть обеспечено измерение концентраций сажи в реальном времени с использованием датчика ТЧ посредством уловителей ВН и НН. Кроме того, т.к. уловитель НН совмещен с уловителем ВН, заряженные дендриты, отрывающиеся от уловителя ВН, могут сразу быть захвачены уловителем НН, что снижает кратковременные отклики на изменения потока отработавших газов.

Таким путем, как показано между t₂ и t₃, чем больше сажи подается в датчик на единицу времени, тем быстрее растут и отрываются дендриты, таким образом, больший заряд доставляется к узлу измерения тока в единицу времени, что обеспечивает измерение тока пропорционально количеству сажи. Технический эффект использования уловителя ВН только для зарядки поступающей сажи и дальнейшего использования уловителя НН только для измерения заряженной сажи, выходящей из уловителя ВН, состоит в том, что датчик ТЧ способен обеспечивать измерения уровней сажи в отработавших газах в реальном времени. Кроме того, путем использования уловителя ВН для усиления заряда ТЧ, уловитель НН способен обнаруживать большие токи, что устраняет необходимость в контуре усиления. Более того, путем включения уловителя ВН и уловителя НН в единый корпус датчика ТЧ, измерения уровня сажи могут не зависеть от каких-либо изменений, например, в расходе потока отработавших газов. Таким образом, утечки или неисправности СФДД могут быть обнаружены более эффективно и надежно.

Системы и способы, раскрытые выше, также обеспечивают способ обнаружения твердых частиц в выпускной системе, в котором собирают и заряжают твердые частицы (ТЧ) в отработавших газах, поступающих в датчик ТЧ, путем подачи первого напряжения только к первому набору электродов, расположенных внутри датчика ТЧ, и измеряют заряженные ТЧ путем подачи второго напряжения только ко второму набору электродов, расположенных внутри датчика ТЧ, а также отделенных от первого набора электродов на некоторое расстояние, причем первое напряжение выше второго напряжения. В первом примере способа способ может дополнительно или альтернативно включает в себя шаг, на котором при зарядке переносят заряды от первого набора электродов к ТЧ, собранным между электродами первого набора. Второй пример способа опционально включает в себя первый пример, а также дополнительно включает в себя шаг, на котором при измерении притягивают заряженные ТЧ, покидающие первый набор электродов, ко второму набору электродов и осаждают заряженные ТЧ между электродами второго набора и определяют загруженность сажей датчика ТЧ по количеству заряженных ТЧ, осажденных между электродами второго набора. Третий пример способа опционально включает в себя один или более из первого и второго примеров, и дополнительно включает в себя шаг, на котором регенерируют второй набор электродов, когда загруженность сажей датчика ТЧ превысит пороговую загруженность сажей. Четвертый пример способа опционально включает в себя один или более из первого-третьего примеров и дополнительно включает в себя то, что первый набор электродов дополнительно содержит первый положительный электрод, соединенный с положительной клеммой первого источника напряжения, и первый отрицательный электрод, соединенный с отрицательной клеммой первого источника напряжения, при этом первый положительный электрод отделен от первого отрицательного электрода на первый промежуток, при этом первый источник напряжения подает первое напряжение. Пятый пример способа опционально включает в себя один или более из первого - четвертого примеров и дополнительно включает в себя то, что второй набор электродов дополнительно содержит второй положительный электрод, соединенный с положительной клеммой второго источника напряжения, и второй отрицательный электрод, соединенный с отрицательной клеммой второго источника напряжения, при этом первый положительный электрод отделен от первого отрицательного электрода на второй промежуток, при этом второй источник напряжения подает второе напряжение. Шестой пример способа опционально включает в себя один или более из первого - пятого примеров и дополнительно включает в себя то, что первый положительный электрод и первый отрицательный электрод, второй положительный электрод и второй отрицательный электрод представляют собой цилиндрические электроды. Седьмой пример способа опционально включает в себя один или более из первого - шестого примеров и дополнительно включает в себя то, что первый отрицательный электрод окружает первый положительный электрод, а второй отрицательный электрод окружает второй положительный электрод. Восьмой пример способа опционально включает в себя один или более из первого - седьмого примеров и дополнительно включает в себя то, что первый положительный электрод, первый отрицательный электрод, второй положительный электрод и второй отрицательный электрод представляют собой плоские электроды.

Системы и способы, раскрытые выше, также обеспечивают способ для датчика твердых частиц, в котором подают первое электрическое поле между электродами первой пары электродов первого уловителя датчика ТЧ для накапливания ТЧ, поступающих в первый уловитель для образования дендритов, заряжают дендриты; и подают второе электрическое поле между второй парой электродов второго уловителя для захвата дендритов, отсоединенных от первого уловителя и вышедших из него, причем второе электрическое поле обладает меньшей интенсивностью, чем первое электрическое поле. В первом примере способа способ может дополнительно или альтернативно включать в себя шаг, на котором отделяют второй уловитель от первого уловителя на некоторое расстояние и дополнительно помещают первый уловитель и второй уловитель внутри одного и того же датчика ТЧ, причем первый уловитель усиливает заряд дендритов. Второй пример способа опционально включает в себя первый пример и дополнительно включает в себя то, что при захвате осаждают дендриты между электродами второй пары второго уловителя и генерируют ток в зависимости от дендритов, осажденных на втором уловителе. Третий пример способа опционально включает в себя один или более из первого и второго примеров и дополнительно включает в себя шаг, на котором регенерируют датчик ТЧ, когда ток, генерируемый на второй паре электродов, превышает пороговый ток. Четвертый пример способа опционально включает в себя один или более из первого - третьего примеров и дополнительно включает в себя то, что первая пара электродов и вторая пара электродов представляют собой параллельные электроды, не являющиеся гребенчатыми. Пятый пример способа опционально включает в себя один или более из первого - четвертого примеров и дополнительно включает в себя то, что первая пара электродов и вторая пара электродов представляют собой цилиндрические электроды.

Системы и способы, раскрытые выше, также обеспечивают датчик твердых частиц, содержащий систему датчика твердых частиц (ТЧ), содержащую уловитель высокого напряжения (ВН), содержащий первую пару электродов, расположенных внутри датчика ТЧ, уловитель низкого напряжения (НН), содержащий вторую пару электродов, расположенных внутри датчика ТЧ, причем уловитель НН отделен от уловителя ВН на некоторое расстояние; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти для подачи первого напряжения только на первую пару электродов для зарядки сажи, поступающей в уловитель ВН; и подачи второго напряжения только на вторую пару электродов уловителя НН для захвата сажи, покидающей первый уловитель и поступающей во второй уловитель, причем второе напряжение ниже первого напряжения. В первом примере датчика твердых частиц датчик может дополнительно или альтернативно предусматривать, что контроллер включает в себя дополнительные инструкции для определения загруженности сажей датчика ТЧ на основе тока, измеряемого на второй паре электродов уловителя НН. Второй пример датчика твердых частиц опционально включает в себя первый пример и дополнительно включает в себя то, что контроллер включает в себя дополнительные инструкции для регенерации уловителя НН, когда загруженность сажей возрастает выше пороговой загруженности сажей. Третий пример датчика твердых частиц опционально включает в себя один или более из первого и второго примеров и дополнительно включает в себя то, что первая пара электродов и вторая пара электродов каждая содержат положительный плоский электрод и отрицательный плоский электрод, причем положительный плоский электрод и отрицательный плоский электрод представляют собой электроды, разделенные некоторым расстоянием. Четвертый пример датчика твердых частиц опционально включает в себя один или более из первого - третьего примеров и дополнительно включает в себя то, что первая пара электродов и вторая пара электродов содержат положительный цилиндрический электрод и отрицательный цилиндрический электрод, причем положительный цилиндрический электрод отделен от отрицательного цилиндрического электрода и окружает его.

Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или автомобилей. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут осуществляться системой управления, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другим аппаратным оснащением двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрываемые действия, операции и/или функции могут графически представлять код, запрограммированный в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрываемые действия выполняют путем исполнения инструкций в системе, содержащей разнообразные аппаратные компоненты 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 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 первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.

1. Способ обнаружения заряженных твердых частиц (ТЧ) в отработавших газах, в котором: собирают и заряжают ТЧ в отработавших газах, поступающих в датчик ТЧ путем подачи первого напряжения только к первому набору электродов, расположенному внутри датчика ТЧ; и

измеряют заряженные ТЧ путем подачи второго напряжения только ко второму набору электродов, расположенному внутри датчика ТЧ и отделенному от первого набора электродов на некоторое расстояние, причем первое напряжение выше второго напряжения, причем первый уловитель, соединенный с первым набором электродов, расположен выше по потоку от второго уловителя, соединенного со вторым набором электродов, относительно направления потока отработавших газов.

2. Способ по п. 1, в котором при зарядке переносят заряды от первого набора электродов к ТЧ, собранным между электродами первого набора.

3. Способ по п. 1, в котором при измерении притягивают указанные заряженные ТЧ, покидающие первый набор электродов, ко второму набору электродов, и осаждают заряженные ТЧ между электродами второго набора и определяют загруженность сажей датчика ТЧ по количеству заряженных ТЧ, осажденных между электродами второго набора.

4. Способ по п. 3, в котором дополнительно регенерируют второй набор электродов, когда загруженность сажей датчика ТЧ превысит пороговую загруженность сажей.

5. Способ по п. 1, в котором первый набор электродов дополнительно содержит первый положительный электрод, соединенный с положительной клеммой первого источника напряжения, и первый отрицательный электрод, соединенный с отрицательной клеммой первого источника напряжения, при этом первый положительный электрод отделен от первого отрицательного электрода на первый промежуток, при этом первый источник напряжения подает указанное первое напряжение.

6. Способ по п. 5, в котором второй набор электродов дополнительно содержит второй положительный электрод, соединенный с положительной клеммой второго источника напряжения, и второй отрицательный электрод, соединенный с отрицательной клеммой второго источника напряжения, при этом второй положительный электрод отделен от второго отрицательного электрода на второй промежуток, при этом второй источник напряжения подает указанное второе напряжение.

7. Способ по п. 6, в котором первый положительный электрод, первый отрицательный электрод, второй положительный электрод и второй отрицательный электрод содержат цилиндрические электроды.

8. Способ по п. 7, в котором первый отрицательный электрод окружает первый положительный электрод, и при этом второй отрицательный электрод окружает второй положительный электрод.

9. Способ по п. 5, в котором первый положительный электрод, первый отрицательный электрод, второй положительный электрод и второй отрицательный электрод содержат плоские электроды.

10. Способ обнаружения твердых частиц (ТЧ) в отработавших газах, в котором: прикладывают первое электрическое поле между электродами первой пары электродов первого уловителя датчика ТЧ для накапливания ТЧ, поступающих в первый уловитель, для образования дендритов;

заряжают указанные дендриты и

прикладывают второе электрическое поле между электродами второй пары электродов второго уловителя для захвата указанных дендритов, отделяющихся от первого уловителя и покидающих его, причем второе электрическое поле слабее первого электрического поля, причем второй уловитель расположен ниже по потоку от первого уловителя относительно направления потока отработавших газов.

11. Способ по п. 10, в котором дополнительно отделяют второй уловитель от первого уловителя на некоторое расстояние и дополнительно помещают первый уловитель и второй уловитель внутри одного и того же датчика ТЧ, причем первый уловитель усиливает заряд дендритов.

12. Способ по п. 10, в котором при указанном захвате осаждают указанные дендриты между электродами второй пары электродов второго уловителя и генерируют ток в зависимости от дендритов, осаждаемых на втором уловителе.

13. Способ по п. 12, в котором дополнительно регенерируют датчик ТЧ, когда ток, генерируемый на второй паре электродов, превышает пороговый ток.

14. Способ по п. 10, в котором первая пара электродов и вторая пара электродов содержат параллельные плоские электроды, не являющиеся гребенчатыми.

15. Способ по п. 10, в котором первая пара электродов и вторая пара электродов содержат цилиндрические электроды.

16. Система обнаружения твердых частиц (ТЧ) в отработавших газах, содержащая: уловитель высокого напряжения (ВН), содержащий первую пару электродов, расположенную внутри датчика ТЧ;

уловитель низкого напряжения (НН), содержащий вторую пару электродов, расположенную внутри датчика ТЧ, причем уловитель НН отделен от уловителя ВН на некоторое расстояние; и

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

подачи первого напряжения только на первую пару электродов для зарядки сажи, поступающей в уловитель ВН; и

подачи второго напряжения только на вторую пару электродов уловителя НН для захвата сажи, покидающей уловитель ВН и поступающей в уловитель НН, причем уловитель НН расположен ниже по потоку от уловителя ВН, причем второе напряжение ниже первого напряжения.

17. Система по п. 16, в которой контроллер содержит дополнительные инструкции для:

определения загруженности сажей датчика ТЧ на основе тока, измеряемого на второй паре электродов уловителя НН.

18. Система по п. 17, в которой контроллер содержит дополнительные инструкции для:

регенерации уловителя НН, когда загруженность сажей становится выше пороговой загруженности сажей.

19. Система по п. 16, в которой первая пара электродов и вторая пара электродов содержат положительный плоский электрод и отрицательный плоский электрод, причем положительный плоский электрод и отрицательный плоский электрод представляют собой электроды, разделенные на некоторое расстояние.

20. Система по п. 16, в которой первая пара электродов и вторая пара электродов содержат положительный цилиндрический электрод и отрицательный цилиндрический электрод, причем положительный цилиндрический электрод отделен от отрицательного цилиндрического электрода и окружает его.