Смеситель отработавших газов (варианты)
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Смеситель (200) отработавших газов содержит первые цилиндрические трубки (220), вторые цилиндрические трубки (230) и внешнюю трубу (210). Первые цилиндрические трубки (220) расположены на расстоянии от центральной оси (295) выхлопной трубы. Каждая из первых трубок (220) содержит отверстия (226), обращенные радиально наружу от центральной оси (295). Вторые цилиндрические трубки (230) расположены на расстоянии от центральной оси (295) и первых трубок (220). Вторые трубки (230) расположены ниже по потоку от первых трубок (220) и с угловым смещением относительно них. Внешняя труба (210) соединена с внешней поверхностью выхлопной трубы. Первые трубки (220), вторые трубки (230) и внешняя труба (210) симметричны относительно центральной оси (295). Раскрыты варианты выполнения смесителя отработавших газов. Технический результат заключается в улучшении смешивания. 3 н. и 15 з.п. ф–лы, 12 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее раскрытие в целом относится к способам и системам для смесителя.
Уровень техники/Сущность изобретения
В одной из технологий для доочистки отработавших газов двигателя используют избирательную каталитическую нейтрализацию (ИКН) для того, чтобы определенные химические реакции могли произойти между оксидами азота в отработавших газах и аммиаком (NH3). NH3 поступает в систему отработавших газов двигателя выше потоку от катализатора ИКН посредством впрыска мочевины в выпускной ход. Мочевина энтропически распадается до NH3 в условиях высокой температуры. ИКН способствует реакции между NH3 и оксидами азота для преобразования оксидов азота в азот (N2) и воду (H2O). Однако авторы настоящего изобретения выявили проблемы, которые могут возникнуть при впрыске мочевины в выпускной ход. В одном из примеров мочевина может присутствовать в низком количестве в потоке отработавших газов (например, первая часть потока отработавших газов содержит более высокую концентрацию мочевины, чем вторая часть потока отработавших газов), что может привести к недостаточному покрытию ИКН и недостаточной реактивности между выбросами (например, оксидов азота) и ИКН. Кроме того, мочевина в избыточном количестве в смеси с отработавшими газами может привести к проблемам, связанным с увеличением отложений.
Попытки для решения проблемы, связанной с низким количеством, включают в себя использование смесителя ниже по потоку от инжектора мочевины и выше по потоку от ИКН, таким образом, чтобы поток отработавших газов был однородным. Один из примерных подходов показан Коллинот и соавт. заявке США 2011/036082. В нем смеситель отработавших газов использован в выпускном ходе, чтобы снизить противодавление, когда поток отработавших азов проходит через смеситель, и повысить однородность отработавших газов. Смеситель отработавших газов содержит один или более геликоидов, которые могут управлять потоком отработавших газов, чтобы он проходил в угловом диапазоне от 0 до 30°.
Однако, авторы настоящего изобретения выявили потенциальные проблемы, связанные с такими системами. Как пример одной из них, предложенный Коллинот смеситель имеет относительно длинный корпус и может дополнительно содержать один или более размещенных рядом друг с другом корпусов смесителя. Корпусы смесителя могут вибрировать и ударяться друг о друга вследствие либо дорожных условий, либо турбулентности потока отработавших газов, что может производить нежелательные слышимые звуки и/или преждевременно ухудшить работу смесителя.
В одном примере, перечисленные выше проблемы могут быть решены с помощью смесителя с кольцевой смесительной трубой, расположенной снаружи от выпускного канала, и в котором смешивающие трубки проходят радиально внутрь от трубы смесителя в выпускной канал. Таким образом, отработавший газ, выходя из смесителя, поступает в области выпускного тракта, невозмущенные смесителем, и повышает общую однородность отработавших газов в выпускном тракте. Таким образом, смешивание улучшается, а состав отработавших газов на всем протяжении выпускного тракта становится по существу одинаковым.
В качестве примера, смешивающие трубки смещены друг относительно друга, как и входы и выходы смесителя. Это обеспечивает смесителю возможность перехватывать отработавший газ в различных областях выпускного тракта. Смешанный отработавший газ поступает обратно в выпускной канал вдоль его внешней периферии. Таким образом, для повышения однородности отработавший газ отводится от центральной части выпускного канала и перенаправляется во внешнюю часть выпускного канала.
Следует понимать, что вышеуказанное краткое описание приведено лишь для упрощенного представления концепций, которые дополнительно раскрыты в разделе «Осуществление изобретения». Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивается вариантами осуществления, устраняющими какие - либо вышеуказанные недостатки или недостатки в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На ФИГ. 1 показан типовой цилиндр двигателя.
На ФИГ. 2 в перспективе показан смеситель.
На ФИГ. 3 показан вид смесителя спереди.
На ФИГ. 4 в перспективе показан смеситель, соединенный с выхлопной трубой.
На ФИГ. 5 показан вид смесителя спереди в изометрии.
На ФИГ. 6А, 6В, 6С показаны поперечные сечения первых трубок, вторых трубок, и расположенных ниже по потоку отверстий, соответственно.
На ФИГ. 7 показан пример, в котором поток отработавших газов проходит через показанный на виде сбоку смеситель отработавших газов выпускного тракта.
ФИГ. 2, 3, 4, 6А, 6В, 6С, 7 нарисованы приблизительно в соответствии с масштабом, хотя, при необходимости, могут быть использованы другие относительные размерности.
На ФИГ. 8 показан вариант осуществления, в котором смеситель размещен ниже по потоку от сажевого фильтра.
На ФИГ. 9 показан вариант осуществления, в котором смеситель размещен ниже по потоку от инжектора мочевины.
На ФИГ. 10 показан вариант осуществления, в котором смеситель размещен ниже по потоку от газового датчика.
Раскрытие изобретения
В нижеследующем описании раскрыт типовой смеситель отработавших газов, расположенный в выпускном канале транспортного средства. Смеситель перенаправляет поток отработавших газов, порожденных работой двигателя. Двигатель показан на ФИГ. 1. Работа двигателя производит множество компонентов, которые с целью работы различных приводов двигателя могут быть измерены различными датчиками. Таким образом, измерение отработавших газов может быть неотъемлемой частью работы двигателя. Смеситель для смешивания отработавшего газа и, следовательно, повышения однородности отработавших газов показан на ФИГ. 2, а на ФИГ. 3 показан вид такого смесителя спереди. На ФИГ. 4 указанный смеситель изображен расположенным в выхлопной трубе. Смеситель содержит три отдельных детали внутри внешней трубы смесителя. Указанные детали смещены, чтобы способствовать смешиванию отработавших газов. Изображенный на ФИГ. 5 вид смесителя спереди показывает указанное смещение. Поперечные сечения указанных деталей смесителя показаны на ФИГ. 6А, 6В и 6С. Смеситель может вырабатывать мириады потоков отработавших газов для смешивания отработавшего газа. Некоторые типовые потоки показаны на ФИГ. 7. Однако могут существовать и другие типовые потоки. Смеситель может быть расположен ниже по потоку от сажевого фильтра, ниже по потоку от инжектора мочевины и выше по потоку от ИКН, и выше по потоку от датчика отработавших газов, как показано на ФИГ. 8, 9 и 10 соответственно.
На ФИГ. 1-10 представлены типовые конфигурации с относительным позиционированием различных компонентов. Если элементы показаны как непосредственно контактирующие или непосредственно связанные друг с другом, то они могут называться непосредственно контактирующими или непосредственно связанными соответственно, как минимум в одном примере. Аналогично, элементы, показанные как смежные или прилежащие друг к другу, могут быть смежными или прилежащими друг к другу соответственно, как минимум в одном примере. В качестве примера, компоненты, контактирующие друг с другом поверхностями, могут называться компонентами с поверхностным контактом. В качестве другого примера, элементы, размещенные отдельно друг от друга, только с пространством между ними и без других компонентов, могут так называться, как минимум в одном примере.
Далее на ФИГ. 1 схематически показана схема, изображающая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10 внутреннего сгорания в системе 100 двигателя, которая может входить в состав движительной системы автомобиля. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере, частично посредством управляющей системы, содержащей контроллер 12, и посредством входных данных от водителя 132 транспортного средства через вводное устройство 130. В этом примере вводное устройство 130 содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерирования сигнала, пропорционального положению педали. Камера 30 сгорания двигателя 10 может содержать цилиндр, образованный стенками 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным внутри них. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 с возможностью преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен, по меньшей мере, с одним приводным колесом транспортного средства через промежуточную трансмиссионную систему. Дополнительно, стартер может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик для возможности запуска двигателя 10.
Камера 30 сгорания может получать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать отработавшие газы сгорания через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых примерах камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
В данном примере впускным клапаном 52 и выпускным клапаном 54 можно управлять с помощью кулачкового привода посредством соответствующих систем 51 и 53 кулачкового привода. Системы 51 и 53 кулачкового привода могут содержать один или более кулачков и могут применять одну или более систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которыми можно управлять посредством контроллера 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 можно определять соответственно с помощью датчиков 55 и 57 положения. В альтернативных примерах впускным клапаном 52 и/или выпускным клапаном 54 можно управлять посредством электропривода клапанов.
Например, цилиндр 30 в качестве альтернативы может содержать впускной клапан, управляемый посредством электропривода клапанов, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, предусматривающего систему ППК и/или систему ИФКР.
Топливный инжектор 69 показан в прямом соединении с камерой 30 сгорания для непосредственного впрыска в нее топлива пропорционально продолжительности импульса сигнала, полученного от контроллера 12. Таким образом, топливный инжектор обеспечивает так называемый непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Топливный инжектор может быть установлен, например, в боковой части камеры сгорания или в верхней части камеры сгорания. Топливо в топливный инжектор 69 может быть подано с помощью топливной системы (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу. В некоторых примерах камера 30 сгорания может в качестве альтернативы или дополнительно содержать топливный инжектор, расположенный во впускном коллекторе 44, в конфигурации, обеспечивающей так называемый распределенный впрыск топлива во впускное отверстие выше по потоку от камеры 30 сгорания.
Искру зажигания в камере 30 сгорания обеспечивают посредством свечи 66 зажигания. Система зажигания может, кроме того, содержать катушку зажигания (не показана) для увеличения напряжения подаваемого на свечу 66 зажигания. В других примерах, таких как дизель, свеча 66 зажигания может отсутствовать.
Впускной канал 42 может содержать дроссель 62 с дроссельной заслонкой 64. В этом конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 можно изменять с помощью контроллера 12 посредством сигнала, подаваемого на электромотор или привод, относящийся к дросселю 62, что составляет конфигурацию, обычно называемую электронным управлением дросселем (ЭУД). Таким образом, дроссель 62 может быть приведен в действие для изменения подачи всасываемого воздуха в камеру 30 сгорания среди других цилиндров двигателя. Данные о положении дроссельной заслонки 64 могут быть переданы в контроллер 12 посредством сигнала положения дросселя. Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для определения количества воздуха, поступающего в двигатель 10.
Датчик 126 отработавших газов показан в соединении с выпускным каналом 48 выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности в соответствии с направлением потока отработавших газов. Датчиком 126 может быть любой подходящий датчик для обеспечения показания воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, линейный датчик содержания кислорода или УДКОГ (универсальный датчик содержания кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик содержания кислорода или ДКОГ, НДКОГ (нагреваемый ДКОГ), датчик содержания оксидов азота, датчик содержания углеводородов или датчик содержания монооксида углерода. В одном из примеров установленный выше по потоку датчик 126 отработавших газов представляет собой УДКОГ, настроенный на выдачу сигнала, такого как сигнал напряжения, пропорционального количеству кислорода, присутствующего в отработавших газах. Контроллер 12 преобразует выходной сигнал датчика содержания кислорода в воздушно-топливное отношение отработавших газов посредством передаточной функции датчика содержания кислорода.
Устройство 70 снижения токсичности показано установленным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов и смесителя 68. Устройством 70 может быть трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), уловитель оксидов азота, ИКН, различные устройства контроля выбросов или их сочетания. В некоторых примерах, во время работы двигателя 10, устройство 70 снижения токсичности может быть периодически восстановлено путем приведения в действие, по меньшей мере, одного цилиндра двигателя при конкретном воздушно-топливном отношении.
Смеситель 68 показан выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности и ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. В некоторых вариантах осуществления, в качестве дополнения или альтернативы, второй датчик отработавших газов может быть расположен между смесителем 68 и устройством 70 снижения токсичности. В качестве примера, смеситель 68 может быть расположен ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности. Смеситель 68 содержит трубу, соединенную с внешней поверхностью выпускного канала 48, с цилиндрическими трубками, проходящими от указанной трубы к выпускному каналу 48. Смеситель 68 может возмущать поток отработавших газов так, что однородность смеси отработавших газов повышается, когда отработавшие газы проходят через смеситель 68.
Смеситель 68 статичен (неподвижен) и не имеет электрического или механического управления. Смеситель может быть установлен с прилеганием к концам выхлопной трубы. Указанная труба может быть меньше по окружности, чем смеситель 68, так что часть смесителя 68 расположена снаружи выхлопной трубы. Выхлопная труба может быть лишена непрерывности, так что первая труба соединена с первым концом смесителя 68, а вторая труба соединена со вторым концом смесителя 68. На ФИГ. 4 показан типовой смеситель, соединенный с выхлопной трубой. Смеситель 68 будет подробно раскрыт ниже.
В некоторых вариантах осуществления, дополнительно или альтернативно, выпускной канал может содержать более одного смесителя 68. Например, могут быть ровно два смесителя. В примере с двумя смесителями, между первым и вторым смесителями может не быть иных компонентов. В других вариантах осуществления, смесители могут быть разделены одним или более из компонентов выхлопной системы (например, датчиком отработавших газов, сажевым фильтром, катализатором и т.д.). Специалисту в данной области будет понятно, что в выпускном канале 48 могут находиться приемлемое число смесителей. По меньшей мере, два смесителя могут быть ориентированы в одинаковом или в разных направлениях.
Система 140 рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять требуемую часть отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной коллектор 44 посредством канала 152 РОГ. Количество РОГ, подаваемых во впускной коллектор 44, может быть изменено контроллером 12 с помощью клапана 144 РОГ. При некоторых условиях система 140 РОГ может быть применена для регулирования температуры воздушно-топливной смеси внутри камеры сгорания, обеспечивая таким образом способ управления моментом зажигания при некоторых режимах сгорания.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в качестве микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, показанную в виде постоянного запоминающего устройства 106 (например, долговременной памяти) в данном конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и шину данных. Контроллер 12 выполнен с возможностью получения различных сигналов от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к вышеуказанным сигналам, включая показание подаваемого массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; показание температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, соединенного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал положения двигателя от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), определяющего положение коленчатого вала 40; положения дросселя от датчика 65 положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (ДВК) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя может быть сгенерирован контроллером 12 на основе сигнала датчика 118 положения коленчатого вала. Сигнал давления в коллекторе также предоставляет данные о разрежении или давлении во впускном коллекторе 44. Следует обратить внимание на возможность использования указанных выше датчиков в различных комбинациях, например, датчик МРВ без датчика ДВК, или наоборот. Во время работы двигателя крутящий момент двигателя может быть определен на основе выходного сигнала датчика 122 ДВК и частоты вращения двигателя. Дополнительно, этот датчик вместе с зарегистрированной частотой вращения двигателя может быть основой для оценки массы (в том числе воздуха), подаваемой в цилиндр. В одном примере датчик 118 положения коленчатого вала, который также используют в качестве датчика частоты вращения двигателя, может генерировать заранее заданное количество равноудаленных импульсов на каждый оборот коленчатого вала.
Постоянное запоминающее устройство 106 среды хранения данных может быть запрограммировано с помощью машиночитаемых данных, представляющих собой долговременные инструкции, исполняемые процессором 102, для осуществления способов, раскрываемых далее, а также других вариантов, предусмотренных, но не указанных в конкретном виде.
Контроллер 12 принимает сигналы от разных датчиков, показанных на ФИГ. 1, и использует разные приводы, показанные на ФИГ. 1, для регулирования работы двигателя на основе принимаемых сигналов и команд, заложенных в память контроллера.
На ФИГ. 2 показан в перспективе показан смеситель 200. Смеситель 200 может использоваться аналогично смесителю 68 на ФИГ. 1. Такие смесители могут использоваться для повышения однородности газа. Смеситель 200 содержит внешнюю трубу 210, первые трубки 220 и вторые трубки 230. На ФИГ. 2, все три компонента показаны соединенными друг с другом, образуя сплошную и непрерывную систему. Смеситель 200 может быть расположен в выпускном канале 208 с трубками, проходящими от внешней трубы 210 к выпускному каналу. Смеситель 200 принимает часть потока отработавших газов через входные и выходные отверстия трубок и трубы для того, чтобы увеличить расстояние, пройденное потоком отработавших газов, и способствовать смешиванию. Специалисту в данной области будет понятно, что смеситель может использоваться для смешивания газа и в других местах транспортного средства или других типах транспортных средств.
Система 290 осей показана содержащей три оси, ось X в горизонтальном направлении, ось Y в вертикальном направлении и ось Z, перпендикулярную обеим осям X и Y. Центральная ось 295 смесителя 200 отмечена пунктирной линией, и параллельна оси X. Смеситель 200 симметричен относительно центральной оси 295.
Смеситель 200 может быть цельной, компактно изготовленной деталью. Смеситель 200 может быть выполнен из одного или более из таких материалов как керамика, металлический сплав, кремниевые производные соединения или другие подходящие материалы, которые способны выдерживать высокую температуру и при этом смягчать трение, которое испытывает поток отработавших газов, чтобы при прохождении через смеситель 200 давление отработавших газов не уменьшалось. В качестве дополнения или альтернативы, смеситель 200 может содержать одно или несколько покрытий и материалов, чтобы отработавшие газы могли вступать в контакт с поверхностями смесителя 200 без отложения сажи.
Смеситель 200 содержит внутренний канал (не показан), распределенный между внешней трубой 210, первыми трубками 220 и вторыми трубками 230. Внутренний канал может быть определен в виде общего пространства, расположенного в пределах поверхностей смесителя и предназначенного для прохождения сквозь него отработавших газов. Внутренний канал может получать газ из входных и выходных отверстий смесителя, причем газ может проходить параллельно, под наклоном и/или перпендикулярно потоку газа в выпускном канале 208. Изменение потока отработавших газов во внутреннем канале, таким образом, увеличивает расстояние, пройденное потоком отработавших газов, без увеличения длины выпускного канала 208. Смеситель может дополнительно изменять поток отработавших газов (например, нарушая ламинарное течение или перенаправляя частицы сгорания), чтобы порождать турбулентность и способствовать смешиванию. За счет этого, могут быть снижены ограничения в уплотнении, тогда как работа двигателя может быть улучшена.
Первые трубки 220 и вторые трубки 230 физически соединены с внешней трубой 210. Указанные трубки прикреплены без возможности вращения и неподвижны (стационарны). Указанные трубки по существу одинаковыми по диаметру и не одинаковыми по длине, причем первые трубки 220 длиннее, чем вторые трубки 230. В некоторых примерах, вторые трубки 230 могут быть длиннее, чем первые трубки 220. В других примерах, указанные трубки могут быть по существу одинаковыми по длине.
Множество первых трубок 220 расположено проксимально к расположенному выше по потоку концу 202 внешней трубы 210. В одном примере, имеется ровно четыре первых трубки 220. В другом примере, больше или меньше четырех первых трубок 220. Первые трубки 220 по существу идентичны в длине, диаметре и высоте. Первые трубки 220 являются цилиндрическими, как изображено, однако могут быть реализованы и другие подходящие формы. Поперечное сечение первых трубок вдоль оси Z имеет круглую форму. В некоторых вариантах осуществления поперечное сечение может иметь форму эллипса, квадрата, прямоугольника, треугольника, пятиугольника, шестиугольника, семиугольника и т.д.
Первые трубки 220 проходят радиально внутрь от внешней трубы 210 в направлении центральной оси 295. Первые трубки 220 равномерно разнесены друг от друга. В одном примере, первые трубки 220 смежные друг с другом могут образовывать угол в 90°. Следовательно, первые трубки 220, расположенные напротив друг друга - параллельны, тогда как смежные первые трубки 220 - перпендикулярны. Первый конец 222 физически соединен с внешней трубок 210, а второй конец 224 проксимален к центральной оси 295. Первые концы 222 открыты так, что внутренний канал первых трубок 220 переходит во внутренний канал внешней трубы 210 и находится с ним в жидкостном сообщении. Вторые концы 224 закрыты, и газ не проходит через них. Вторые концы 224 разнесены друг от друга вокруг центральной оси 295. Таким образом, первые трубки 220 не соединены физически друг с другом.
Отверстия 226 первых трубок расположены проксимально ко вторым концам 224 и физически соединяют первые трубки 220 с выпускным каналом 208. Каждая из первых трубок 220 содержит, по меньшей мере, одно из отверстий 226 первых трубок. В одном примере, каждая первая трубка 220 содержит конкретно два отверстия 226 первых трубок, так что всего имеется ровно восемь отверстий 226 первых трубок. В другом примере, каждая трубка содержит более двух первых отверстий 226. Отверстия 226 первых трубок ориентированы так, что передняя часть обращена к расположенному выше по потоку концу 202, задняя часть обращена к расположенному ниже по потоку концу 204, а средняя часть обращена к внешней трубе 210. Альтернативно, отверстия 226 первых трубок могут быть обращены радиально наружу от центральной оси 295. Отверстия 226 первых трубок расположены напротив друг друга на сторонах первых трубок 220, обращенных к внешней трубе 210. Отверстия 226 первых трубок находятся в жидкостном сообщении с внутренним каналом, позволяя смесителю 200 получать и/или рассеивать отработавший газ через первые отверстия 226. Отверстия 226 первых трубок и первые концы 222 являются единственными отверстиями первых трубок 220, через которые может проходить газ. Газ может проходить в первую трубку 220, во внешнюю трубу 210 и во вторую, другую первую трубу 220.
Вторые трубки 230 расположены между расположенным выше по потоку концом 202 и расположенным ниже по потоку концом, ниже по потоку от первых трубок 220. В некоторых вариантах осуществления вторые трубки 230 могут быть расположены выше по потоку от первых трубок 220, причем вторые трубки проксимальны к расположенному выше по потоку концу 202, а первые трубки 220 расположены между расположенным выше по потоку концом 202 и расположенным ниже по потоку концом 204. Количество вторых трубок 230 может быть равно количеству первых трубок 220. В одном примере, имеется ровно четыре первых трубки 220 и четыре вторых трубки 230. В другом примере, количество вторых трубок 230 меньше или больше, чем количество первых трубок 220. Вторые трубки 230 проходят радиально внутрь от внешней трубы 210 в направлении центральной оси 295, параллельно первым трубкам 220. Вторые трубки 230, смежные друг с другом, перпендикулярны, а вторые трубки, противоположные друг другу -параллельны. Внешние концы 232 вторых трубок 230 физически соединены с внешней трубой 210. Внутренние концы 234 вторых трубок проксимальны к центральной оси 295, дистальны к внешней трубе 210. Внешние концы 232 открыты так, что внутренний канал вторых трубок 230 переходит во внутренний канал внешней трубы 210 и находится с ним в жидкостном сообщении. Внутренние концы 234 закрыты, и газ не проходит через них.
Внешние отверстия 236 расположены проксимально к внешним концам 232. Внутренние отверстия 238 расположены проксимально к внутренним концам 234, дистально к внешним отверстиям 236. Внешние 236 и внутренние 238 отверстия обеспечивают жидкостное сообщение вторых трубок 230 с выпускным каналом 208. В одном примере количество внешних отверстий 236 превышает количество внутренних отверстий 238, причем имеется ровно восемь внешних отверстий 236 и четыре внутренних отверстия 238. Каждая вторая трубка 230 может содержать два внешних отверстия 236 и одно внутреннее отверстие 238. Внешние отверстия 236 расположены на противоположных сторонах вторых трубок 230, обращенных радиально наружу относительно центральной оси 295. Внешние отверстия 236 ориентированы так, что передняя часть ориентирована в направлении, противоположном потоку отработавших газов, задняя часть ориентирована параллельно потоку отработавших газов, а средняя часть ориентирована перпендикулярно потоку отработавших газов, аналогично первым отверстиям 226. Внутренние отверстия 238 обращены в направлении поступающего потока отработавших газов, который поступает со стороны расположенного выше по потоку конца 202 в направлении расположенного ниже по потоку конца 204. Внешние отверстия 236, внутренние отверстия 238 и внешние концы 232 являются единственными отверстиями вторых трубок 230, через которые может проходить газ.
Вторые трубки 230 короче первых трубок 220, так что вторые концы 224 находятся ближе к центральной оси 295, чем внутренние концы 234. Вторые трубки 230 равномерно разнесены друг от друга, причем пространство между вторыми трубками 230 по существу идентично пространству между первыми трубками 220. Вторые трубки 230 физически не соединены друг с другом или с первыми трубками 220. Вторые трубки 230 не имеют жидкостного сообщения друг с другом или с первыми трубками 220. Тем не менее, газ из первой из вторых трубок 230 может проходить во внешнюю трубу 210 и во вторую, другую из вторых трубок 230.
Вторые трубки 230 радиально смещены на некоторый угол относительно первых трубок 220. В одном примере, вторые трубки 230 повернуты вокруг центральной оси 295 точно на 45° относительно первых трубок 220. За счет смещения трубок, таким образом, указанные трубки могут собирать отработавший газ из различных областей выпускного канала через их соответствующие отверстия. Однородность состава отработавшего газа может увеличиться после прохождения газа через одну или более частей смесителя 200, приводя к увеличению аналитических данных (например, о составе газа, концентрации сажи и т.д.) и/или реакционной способности (например, окисления, восстановления и т.д.) датчика или устройства доочистки, соответственно.
Смеситель 200 дополнительно содержит расположенные ниже по потоку отверстия 212, обеспечивающие жидкостное сообщение внешней трубы 210 с выпускным каналом 208. Количество отверстий 226 первых трубок, внешних отверстий 236 и расположенных ниже по потоку отверстий 212 может быть одинаковым или неодинаковым. В одном примере, имеется ровно восемь отверстий 226 первых трубок, внешних отверстий 236 и расположенных ниже по потоку отверстий 212. Отверстий 226 первых трубок, внешние отверстия 236, внутренние отверстия 238 и расположенные ниже по потоку отверстия 212 радиально смещены относительно центральной оси 295. Расположенные ниже по потоку отверстия 212, отверстия 226 первых трубок, внешние отверстия 236, внутренние отверстия 238 являются единственными входными и выходными отверстиями, обеспечивающими жидкостное сообщение смесителя 200 с выпускным каналом 208. Других входных или выходных отверстий, отличных от тех, что были раскрыты, не имеется.
Отработавший газ во внешней трубе 210 может проходить в одно или более из следующего - выпускной канал 208, первые трубки 220 и вторые трубки 230. Отработавший газ в первых трубках 220 может проходить в одно или более из следующего - выпускной канал 208 и внешняя труба 210. Отработавший газ во вторых трубках 230 может проходить в одно или более из следующего - выпускной канал 208 или внешняя труба 210. Это позволяет смесителю принимать отработавший газ через первую деталь и направлять отработавший газ во вторую деталь, позволяя повысить смешивание.
На ФИГ. 3 показан вид смесителя 200 спереди в перспективе. По существу, ранее упомянутые компоненты на последующих Фигурах пронумерованы теми же обозначениями. Смеситель 200 представляет собой непрерывный смеситель, содержащий внешнюю трубу 210, первые трубки 220 и вторые трубки 230. Смеситель 200 выполнен полым и с возможностью приема отработавших газов из выпускного канала 208. Часть смесителя 200 не изображена, чтобы имелась возможность показать внутренние детали смесителя, которые в противном случае на данном виде были бы не видны.
Внутренний канал 302 разделен между тремя компонентами. Газ, перехваченный смесителем 200 из выпускного канала 208, может пройти через любую часть внутреннего канала 302 (во внешней трубе 210, в первых трубках 220 и/или во вторых трубках 230) перед тем, как вернется обратно в выпускной канал 208. Смеситель 200 герметично изолирован от окружающей атмосферы, причем газ из выпускного канала может не проходить через и/или по всему смесителю в окружающую атмосферу.
Как раскрыто выше, вторые трубки 230 имеют угловое смещение относительно первых трубок 220, причем в сравнении с первыми трубками вторые трубки повернуты вокруг центральной оси 295 на 45°. Таким образом, одна из вторых трубок 230 расположена непосредственно позади пространства между каждой из первых трубок 220, как показано на текущем изображении на ФИГ. 5. Пространство, расположенное вдоль окружности внешней трубы 21.0 находится между каждыми из первых 220 и вторых 230 трубок. Расположенные ниже по потоку отверстия 212 расположены позади каждого из пространств между трубками. За счет такого смещения трубок, проходящий по первым трубкам 220 отработавший газ может проходить во вторые трубки 230, тем самым увеличивая площадь, в которой смеситель 200 может перехватывать газ. Кроме того, проходящий между трубками газ может проходить в расположенные ниже по потоку отверстия 212. Дополнительно, отверстия смесителя 200 (отверстия 226 первых трубок, внешние отверстия 236, внутренние отверстия 238 и расположенные ниже по потоку отверстия 212) размещены так, что смеситель может принимать и выпускать газ в диапазоне внутреннего и внешнего радиуса выпускного канала 208. В одном примере, отверстия 226 первых трубок могут выпускать отработавший газ по внутреннему радиусу, в то время как внешние отверстия 236 могут выпускать отработавший газ по внешнему радиусу. Это может повысить турбулентность и смешивание, что, в конечном счете, может увеличить однородность газа, приводя к улучшенным характеристикам и реакционной способности газа.
На ФИГ. 4 показан в перспективе вид смесителя 200, расположенного в выпускном канале 208 снаружи выхлопной трубы 404. Выхлопной труба выполнена с возможностью соединения со смесителем 200, который выполнен с возможностью приема отработавшего газа из выпускного канала 208. Смеситель 200 содержит детали, расположенные внутри и снаружи выхлопной трубы, как раскрыто ниже. Пунктирными линиями показаны детали смесителя 200, обзор которых перекрыт выхлопной трубой 404.
Система 490 осей показана содержащей три оси, ось X в горизонтальном направлении, ось Y в вертикальном направлении и ось Z, перпендикулярную обеим осям X и Y. Центральная ось 495 выпускного канала 208 отмечена пунктирной линией, и параллельна оси Z. Стрелки 498 показывают общее направление отработавшего газа через выпускной канал 208, которое по существу параллельно оси Z.
Смеситель 200 припаян или приварен к выхлопной трубе 404 с образованием герметичного уплотнения. Газ в выпускном канале 208 может проходить через центральное отверстие смесителя 200, расположенное во внутренней части внешней трубы 210. Внешняя труба 210 напоминает кольцо и расположена снаружи выпускного канала 208 в торцевом контакте с выхлопной трубой 404. Внешняя труба 210 концентрична выхлопной трубе 404. Внешняя труба 210 может функционировать как кольцевая смесительная камера, причем отработавший газ смешивается во внешней трубе 210 снаружи выхлопной трубы 404. Газ не может проходить между выхлопной трубой 404 и смесителем 200 в окружающую атмосферу. Первые трубки 220 и вторые трубки 230 проходят от внешней трубы 210 к выпускному каналу 208. В одном примере, выхлопная труба 404 может быть выполнена с геометрическими отверстиями для приема первых 220 и вторых 230 трубок, препятствуя при этом прохождению отработавшего газа в окружающую атмосферу. Альтернативно, выхлопная труба 404 может содержать кольцевой разрыв для некоторой длины смесителя 200, причем трубки выступают через указанный разрыв. Таким образом, выхлопная труба 404 может прерываться (например, состоять из двух деталей) смесителем 200, физически соединенным с соответствующими концами выхлопной трубы 404. Отработавшие газы не проходят за указанный разрыв благодаря герметичному соединению между смесителем 200 и выхлопной трубой 404. Кольцевой разрыв более подробно раскрыт ниже.
Смеситель 200 содержит множество входных и выходных отверстий, расположенных вдоль внешней трубы 210, первых трубок 220 и вторых трубок 230, обеспечивающих жидкостное сообщение внутреннего канала (например, внутреннего канала 302), распределенного между тремя компонентами смесителя 200, с выпускным каналом 208, как раскрыто выше. Отработавший газ из выпускного канала 208 может попадать в смеситель 200 и проходить через одно или более из следующего - внешняя труба 210, первые трубки 220 и вторые трубки 230. Большая часть смесителя 200 герметизирована относительно выпускного канала 208.
Внутренний канал смесителя 200 расположен как внутри, так и снаружи выпускного канала 208. Например, часть внутреннего канала во внешней трубе 210 расположена полностью снаружи выпускного канала 208. В результате, газ во внешней трубе 210 может смешиваться снаружи выхлопной трубы 404 перед тем, как вернуться обратно в выпускной канал 208. Другая часть внутреннего канала в первых трубках 220 и вторых трубках 230 расположены внутри выпускного канала 208. Газ в трубках может смешиваться вдоль выпускного канала 208. Газ, проходящий от смесителя 200 к выпускному каналу 208 через одно или более из следующего - внешняя труба 210, первые трубки 220 или вторые трубки 230 - проходит в направлении, перпендикулярном и/или находящемся под наклоном к стрелке 498 (потоку отработавших газов).
На ФИГ. 5 показан вид смесителя 200 спереди в изометрии. Смеситель 200 представляет собой непрерывный смеситель, содержащий внешнюю трубу 210, первые трубки 220 и вторые трубки 230. Первые трубки 220 и вторые трубки 230 переходят в выпускной канал 208.
Система 590 осей показана содержащей три оси, ось X в горизонтальном направлении, ось Y в вертикальном направлении и ось Z, перпендикулярную обеим осям X и Y. Общее направление потока газа через выпускной канал 208 соответствует направлению Z. Смеситель 200 симметричен относительно осей X и Y.
Внешняя труба 210, первые трубки 220 и вторые трубки 230 содержат входные и выходные отверстия, обеспечивающее жидкостное сообщение смесителя 200 с выпускным каналом 208. Здесь перечисление идет с учетом направления потока (в положительном направлении Z), первые трубки 220 содержат отверстия 226 первых трубок, вторые трубки 230 содержат внешние отверстия 236 и внутренние отверстия 238, а внешняя труба 210 содержит расположенные ниже по потоку отверстия 212.
Первые трубки 220, вторые трубки 230 и расположенные ниже по потоку отверстия 212 радиально смещены так, что детали смесителя 200 не заслоняют друг друга. Таким образом, детали смесителя 200 (например, первые трубки 220 и отверстия 226 первых трубок, вторые трубки 230 и внешние 236 и внутренние 238 отверстия, и расположенные ниже по потоку отверстия 212) взаимно дополняют друг друга. Кроме того, все указанные отверстия расположены на расстоянии друг от друга по, по меньшей мере, одной или более из следующих осей - оси X, Y и Z. Таким образом, указанные отверстия расположены вдоль неравных областей выпускного канала 208. Это позволяет смесителю 200 получать отработавший газ из различных частей выпускного канала, что повышает вероятность получения различных композиций отработавших газов. Отработавшие газы могут смешиваться и гомогенизироваться перед выходом из смесителя 200 и возвратом обратно в выпускной канал 208.
Первые 220 и вторые 230 трубки проходят радиально внутрь к центру смесителя 200. Первые трубки 220 длиннее, чем вторые трубки 230, причем длина первых трубок превышает длину вторых трубок. В результате, отверстия 226 первых трубок расположены ближе, чем внутренние отверстия 238, к центру смесителя 200, обеспечивая возможность захвата разных потоков отработавших газов.
Первые трубки 220 и вторые трубки 230 наклонены друг на друга, причем первые трубки 220 и вторые трубки 230 не параллельны. Первые трубки 220 отделены друг от друга углом 28. В одном примере, угол 2в может составлять ровно 90°. Вторые трубки 230 также отделены друг от друга углом 20. Вторые трубки 230 повернуты вокруг оси Z относительно первых трубок 220 так, что первые 220 и вторые 230 трубки отделены углом 9. В одном примере, угол 0 равен ровно 45°. Расположенные ниже по потоку отверстия 212 расположены непосредственно за кольцевыми пространствами между первыми трубками 220 и вторыми трубками 230, как изображено. Таким образом, каждое из отверстий может захватывать газ из разных мест выпускного канала 208 и возвращать смешанный газ в разные места выпускного канала 208. Выполненное таким образом смещение в смесителе 200 повышает однородность и смешивание газа.
На ФИГ. 6А показано поперечное сечение 600А, включающее в себя сечение первых трубок 220 по оси X смесителя 200, как показано на ФИГ. 5. Поперечное сечение 600А не включает вторых трубок или расположенных ниже по потоку отверстий из-за упомянутого выше смещения. Поперечное сечение 600А включает выхлопную трубу 602А с выпускным каналом 604А.
Система 690А осей показана содержащей две оси, ось X в горизонтальном направлении, ось Y в вертикальном направлении. Центральная ось 695А выпускного канала 604А изображена крупной пунктирной линией и параллельна оси X. Стрелка 698 показывает общее направление отработавшего газа через выпускной канал 604А, которое по существу параллельно оси X. Центральная ось 699 первых трубок 220 показана мелкой пунктирной линией. Крупный пунктир больше, чем мелкий пунктир.
Как раскрыто выше, внешняя труба 210 имеет кольцевую форму и полностью окружает выхлопную трубу 602А с первыми трубками 220, проходящими сквозь всю толщину внешней трубы 602А в выпускной канал 604А. Первые трубки показаны выровненными по центральной оси 699. Внешняя труба 210 и первые трубки 220 симметричны относительно центральной оси 695А.
Отверстия 226 первых трубок расположены вблизи вторых концов 224, проксимальных к центральной оси 695. Отверстия 226 первых трубок расположены на стороне первых трубок 220, обращенной в направлении, перпендикулярном к осям X и Y. Газ из выпускного канала 604А может проходить через отверстия 226 первых трубок в первые трубки 220, проходя через по меньшей мере часть внутреннего канала 610А перед тем, как покинуть смеситель 200 и вернуться обратно в выпускной канал 604А. В одном примере, газ может поступать через первую трубку 220, проходить во внешнюю трубу 210, и выходить через вторую, другую первую трубку 220. Отверстия 226 первых трубок выпускают смешанный газ в выпускной канал 604А в направлении, по существу перпендикулярном стрелке 698 (поток отработавшего газа).
В одном примере, расстояние 680А между первыми трубками 220 и низовой по потоку стороной внешней трубы 210 точно равно 50 мм. В другом примере, расстояние 680А может быть больше или меньше 50 мм. Форма поперечного сечения 600А выше или ниже центральной оси 295 по существу «L-образная».
На ФИГ. 6В показано двухмерное поперечное сечение 600В вторых трубок 230 по оси X смесителя 200, как показано на ФИГ. 5. Поперечное сечение 600В расположено дальше по оси Z (ниже по потоку) с ФИГ. 5, чем поперечное сечение 600А с ФИГ. 6А. Таким образом, поперечное сечение 600В не включает первых трубок 220 или расположенных ниже по потоку отверстий 212 из-за упомянутого выше смещения.
Система 690В осей показана содержащей две оси, ось X в горизонтальном направлении, ось Y в вертикальном направлении. Центральная ось 695В выпускного канала 604В изображена крупной пунктирной линией и параллельна оси X. Стрелка 698В показывает общее направление отработавшего газа через выпускной канал 604В, которое по существу параллельно оси X. Центральная ось 699В вторых трубок 230 показана мелкой пунктирной линией.
Вторые трубки 230 проходят через всю толщину выхлопной трубы 602В через соответствующие прорези в трубе. Вторые трубки 230 выполнены с возможностью приема и/или выпуска отработавшего газа через внешние 236 и внутренние 238 отверстия. Отработавший газ может быть смешен в любой части внутреннего канала 610В перед возвратом обратно в выпускной канал 604В. Вторые трубки 230 выровнены по центральной оси 699В. Вторые трубки 230 и внешняя труба 210 симметричны относительно центральной оси 695В.
Внешние отверстия 236 расположены вдоль внешней периферии выпускного канала 604В, дистальной к центральной оси 695В. Внешние отверстия 236 расположены на стороне вторых трубок 230, обращенной в направлении, перпендикулярном осям X и Y. Внешние отверстия 236 могут принимать или выпускать поток отработавшего газа в направлении перпендикулярном стрелке 698В (поток отработавшего газа). Внутренние отверстия 238 расположены дистально к внешним отверстиям 236, проксимальным к центральной оси 695В. Внутренние отверстия 238 расположены на стороне вторых трубок 230, обращенной в направлении поступающего потока отработавшего газа. Внутренние отверстия 238 выпускают поток отработавшего газа в направлении, противоположном стрелке 698В (поток отработавшего газа).
Расстояние 680В между вторыми трубками 230 и расположенными выше по потоку и ниже по потоку концами равно половине расстояния 680А с ФИГ. 6А. Таким образом, вторые трубки 230 расположены на одинаковом расстоянии от расположенных выше по потоку и ниже по потоку концов, по центру смесителя 200. В одном примере, расстояние 680В точно равно 25 mm. В другом примере, второе расстояние больше или меньше 25 мм. Форма смесителя по оси X, выше или ниже центральной оси 695В, по существу «Т-образная».
На ФИГ. 6С показано двухмерное поперечное сечение 600С смесителя 200, включающее часть внешней трубы 210 вдоль оси X, как показано на ФИГ. 5. Поперечное сечение 600С взято дальше по оси Z с ФИГ. 5 и не включает первых трубок 220 или вторых трубок 230 из-за упомянутого выше смещения.
Система 690С осей показана содержащей две оси, ось X в горизонтальном направлении, ось Y в вертикальном направлении. Центральная ось 695С выхлопной трубы 602С изображена пунктирной линией и параллельна оси X. Стрелка 298 показывает общее направление отработавшего газа через выпускной канал 208 и по существу параллельна оси X.
Расположенные ниже по потоку отверстия 212 проходят через всю толщину внешней трубы 602С, обеспечивая жидкостное сообщение внешней трубы 210 с выпускным каналом 604С. Газ может проходить в или из расположенных ниже по потоку отверстий 212 в направлении, перпендикулярном стрелке 698С (поток отработавшего газа).
На ФИГ. 7 показаны в наложении друг на друга поперечные сечения с ФИГ. 6А, 6В и 6С так, чтобы показать поперечное сечение смесителя 200 в целом. Таким образом, радиальные смещения в смесителе 200 в данном варианте осуществления не показаны. Смеситель 200 содержит внешнюю трубу 210, первые трубки 220 и вторые трубки 230 с отверстиями для изменения потока отработавших газов. Смеситель 200 содержит расположенные ниже по потоку отверстия 212, первые отверстия 226, внешние отверстия 236 и внутренние отверстия 238 для обеспечения жидкостного сообщения внутреннего канала 720 с выпускным каналом 708. Как раскрыто выше, отверстия в смесителе 200 смещены друг относительно друга. Это позволяет смесителю 200 принимать и/или выпускать отработавший газ из и/или в разные области выпускного канала 708.
Система 790 осей показана содержащей две оси, ось X в горизонтальном направлении, ось Y в вертикальном направлении. Центральная ось 795 выпускного канала 202 показана пунктирной линией и параллельна оси X. Стрелка 798 показывает общее направление отработавшего газа через выпускной канал 708, которое по существу параллельно оси X.
Выхлопная труба 702 имеет разрыв, расположенный между первыми трубками 220 и вторыми трубками 230. Расположенная выше по потоку часть 704 выхлопной трубы физически соединена с расположенным выше по потоку концом 740 смесителя 200. Расположенная ниже по потоку часть 706 выхлопной трубы физически соединена с внешней трубой 210, а вторые трубки 230 из центральной части 752 - с расположенным ниже по потоку концом 750. Газ не проходит между выхлопной трубой 702 и смесителем 200.
Выпускной канал 708 может содержать различные компоненты неодинакового состава в разных местах выпускного канала. Например, отработавший газ вблизи центра выпускного канала 708 может отличаться от отработавшего газа в верхней части выпускного канала. Первый поток представлен стрелкой со сплошной линией, второй поток представлен стрелкой с мелким пунктиром, третий поток представлен стрелкой с пунктиром среднего размера, а четвертый поток представлен стрелкой с крупным пунктиром. Указанные потоки показаны симметричными относительно центральной оси. Следовательно, состав отработавшего газа меняется в направлении от центра выпускного канала 708 к внешней периферии указанного выпускного канала. Указанные потоки могут в неравных концентрациях содержать одно или более из следующего -кислород, CO2, сажа, топливо, мочевина, азот и т.д. Кроме того, один или более из указанных потоков могут не содержать одного или нескольких перечисленных выше компонентов. Указанные потоки могут быть разделены исходя из температуры, плотности, скорости потока и т.д. Указанные потоки могут смешиваться в смесителе 200 или в выпускном канале 708. Смеситель 200 выполнен с возможностью получения газа из разных мест по всему выпускного каналу 708 и выпуска газ в разные места выпускного канала, что может повысить общую однородность отработавшего газа так, что поток в первой части выпускного канала 708 по существу аналогичен по составу потоку во второй, другой части выпускного канала 708. Направление компонентов и отработавшего газа показано стрелками.
Первый, второй, третий и четвертый потоки могут контактировать с внешним корпусом вторых трубок 230, не попадая внутрь вторых трубок. Таким образом, направление потоков может быть изменено без прохождения указанных потоков внутрь смесителя 200. Альтернативно, указанные потоки могут не контактировать с внешним корпусом смесителя. В одном примере, указанные потоки могут проходить мимо структур смесителя 200, но контактировать при этом со смешанным газом, выходящим из смесителя в выпускной канал. Таким образом, отработавший газ все равно может смешиваться без попадания внутрь смесителя 200.
Отработавший газ, проходя через смеситель 200, может сначала контактировать с первыми трубками 220. Как показано, четвертый поток совпадает с отверстиями 226 первых трубок и может поступать в первые трубки 220. Поток отработавшего газа может повернуться по существу на 90°, чтобы проходить через отверстия 226 первых трубок. Затем четвертый поток может проходить через любую часть внутреннего канала 720. Четвертый поток может проходить из первых трубок 220 во внешнюю трубу 210. Любой из потоков может контактировать с внешним корпусом первых трубок 220, не попадая внутрь первых трубок 220. Направление потоков может быть изменено без попадания указанных потоков внутрь смесителя 200.
Третий поток может проходить во внутренние отверстия 238 и попадать во внутренний канал 720 вторых трубок 230, причем третий поток может проходить во внешнюю трубу 210. Третий поток может проходить через любую часть внутреннего канала 720 и объединяться с другими потоками (например, с четвертым потоком). Второй поток может проходить во внешние отверстия 236 и попадать во внутренний канал 720 вторых трубок 230, причем второй поток может проходить во внешнюю трубу. Второй поток может поворачиваться по существу на 90°, чтобы проходить через внешние отверстия 236. Второй поток может проходить через любую часть внутреннего канала 720 и объединяться с другими потоками (например, с четвертым и/или третьем потоком).
Первый поток может проходить в расположенные ниже по потоку отверстия 212 и далее попадать во внутренний канал 720 внешней трубы 210. Первый поток может поворачиваться по существу на 90°, чтобы попадать в расположенные ниже по потоку отверстия 212. Первый поток может проходить через любую часть внутреннего канала 720. Первый поток может проходить через любую часть внутреннего канала 720, причем первый поток может объединяться с другими потоками (например, вторым, третьим и/или четвертым потоком.
Один или более из следующих потоков - первый, второй, третий и четвертый потоки -могут смешиваться в любой части внутреннего канала 720. Альтернативно, один или более потоков может проходить в смеситель 200 без смешивания с другими потоками. Несмешанный поток может выходить смесителя через отверстие, отличное от тех, что используются для поступления в смеситель. Таким образом, несмешанный поток перенаправляется смесителем 200 в другую область выпускного канала 708, в результате чего увеличивается вероятность смешивания. Например, четвертый поток может поступать в смеситель через отверстия 226 первых трубок и возвращаться обратно в выпускной канал через расположенные ниже по потоку отверстия 212, не смешиваясь с первым, вторым или третьим потоком в смесителе 200. Однако, вследствие выхода через расположенные ниже по потоку отверстия 212, повышена вероятность смешивания четвертого потока с первым потоком на внешней периферии выпускного канала 708.
Первый, второй, третий и/или четвертый потоки могут смешиваться во внешней трубе 210, первых трубках 220 и/или вторых трубках 230. Смесь из любого из отверстий (отверстий 726 первых трубок, внешних отверстий 736, внутренних отверстий 738 и расположенных ниже по потоку отверстий 712) может поступать обратно в выпускной канал 708. Выходящий из отверстий 226 первых трубок, внешних отверстий 236 и расположенных ниже по потоку отверстий 212 газ проходит в направлении, перпендикулярном стрелке 798 (например, потоку отработавшего газа), тогда как выходящий из внутренних отверстий 238 газ проходит в направлении, противоположном стрелке 798. Такое направление выходящего из смесителя потока отработавшего газа усиливает турбулентность в выпускном канале, что может усилить смешивание отработавшего газа так, что однородность отработавшего газа ниже по потоку относительно смесителя 200 будет выше, чем однородность отработавшего газа выше по потоку относительно смесителя 200.
Что касается ФИГ. 8, в системе 800 изображен вариант осуществления смесителя 806 ниже по потоку от сажевого фильтра 802 и выше по потоку от датчика содержания сажи 808. Датчик содержания сажи 808 может отправлять сигналы в контроллер (например, контроллер 12 на ФИГ. 1), чтобы менять состояние соответствующих приводов двигателя. Например, если сажевый фильтр определяет уровень сажи выше, чем пороговый уровень сажи, то контроллер 12 может уменьшить выходной крутящий момент транспортного средства, таким образом, чтобы снизить количество выбросов. В одном из вариантов осуществления смеситель 806 может быть использован в качестве смесителя 68 в варианте осуществления, изображенном на ФИГ. 1.
Сажевый фильтр 802 находится выше по потоку от смесителя 806. В результате, поток отработавших газов, поступивших в сажевый фильтр 802, может быть с повышающейся разнородностью по сравнению с отработавшими газами, проходящими через смеситель (например, смеситель 806), в соответствии с вышеуказанным раскрытием. Сажевый фильтр 802 высвобождает отработавшие газы в выпускной конус 804 сажевого фильтра выше по потоку от смесителя 806. Отработавшие газы, поступающие в смеситель 806, подвергаются смешиванию, по существу, аналогично смешиванию, раскрытому со ссылкой на ФИГ. 6. Степень однородности отработавших газов ниже по потоку от смесителя 806 повышается по сравнению с отработавшими газами выше по потоку от смесителя 806. Поток отработавших газов анализируется датчиком содержания сажи 808, чтобы определять количество сажи, проходящей через сажевый фильтр 802. Из-за местоположения датчика содержания сажи, только часть потока отработавших газов может быть подвергнута анализу. Увеличение степени однородности повышает точность показаний датчика 808 содержания сажи.
Что касается ФИГ. 9, в системе 900 изображен выпускной тракт 902 с инжектором 904 мочевины. Инжектор 904 мочевины расположен выше по потоку от смесителя 906. Смеситель 906 находится выше по потоку от ИКН 908. Таким образом, мочевина может быть смешана с отработавшими газами, таким образом, что смесь отработавшие газы/мочевина будет более однородной, чем без прохождения через смеситель 906. Смеситель 906 повышает pedasis (Броуновское движение) между мочевиной и отработавшими газами. Посредством увеличения смешивания мочевины с отработавшими газами, поверхности покрытия мочевиной ИКН 908 могут быть более однородными и, тем самым, повышать эффективность. Система 900 может быть использована в качестве смесителя 68 в варианте осуществления со ссылкой на ФИГ. 1. В таком примере смеситель 906, по существу, идентичен смесителю 68, а инжектор 904 мочевины расположен ниже по потоку от газового датчика 126 и выше по потоку от смесителя 68. ИКН 908 идентичен устройству 70 снижения токсичности или расположен в устройстве 70 снижения токсичности.
Что касается ФИГ. 10, в системе 1000 изображен двигатель 1002, соединенный с возможностью гидравлического сообщения с выпускным трактом 1004. Двигатель 1002 может быть использован в качестве двигателя 10 в варианте осуществления с ФИГ. 1. Двигатель 1002 выбрасывает отработавшие газы в выпускной тракт 1004 после сгорания. Отработавшие газы проходят через выпускной тракт 1004 перед тем, как достичь смесителя 1006. Отработавшие газы смешиваются в смесителе 1006 перед поступлением к газовому датчику 1008 ниже по потоку от смесителя. Газовый датчик 1008 может быть использован в качестве газового датчика 126 в варианте осуществления с ФИГ. 1. Таким образом, газовый датчик 1008 может точно измерять параметры отработавших газов благодаря повышению степени однородности. Например, если газовый датчик 1008 это УДКОГ, то воздушно-топливное отношение может быть измерено более точно по сравнению с измерением воздушно-топливного отношения с помощью УДКОГ в случае с несмешанными отработавшими газами.
Таким образом, компактный, простой в изготовлении смеситель может быть расположен выше по потоку от различных компонентов системы отработавших газов с целью повышения точности показаний датчика или улучшения эффективности устройства доочистки отработавших газов. За счет установки дополнительных трубок и отверстий вдоль смесителя отработавший газ перенаправляется и смешивается множество раз, чтобы повысить избыточную степень однородности отработавших газов в выпускном канале. Технический результат от установки смесителя отработавших газов в выхлопной трубе состоит в улучшении степени однородности смеси отработавших газов, таким образом, чтобы компоненты ниже по потоку от смесителя могли функционировать более эффективно.
Смеситель отработавших газов, содержащий множество первых цилиндрических трубок, расположенных на расстоянии от центральной оси выхлопной трубы, причем каждая из указанных первых трубок содержит отверстия, обращенные радиально наружу от указанной центральной оси; множество вторых цилиндрических трубок, расположенных на расстоянии от указанных центральной оси и первых цилиндрических трубок; и внешнюю трубу, соединенную с внешней поверхностью выхлопной трубы. В первом примере смеситель отработавших газов включает в себя вторые трубки, содержащие обращенные вверх по потоку внутренние отверстия, проксимальные к центральной оси, и внешние отверстия, проксимальные к выхлопной трубе и обращенные радиально наружу от указанной центральной оси. Во втором примере, опционально включающем в себя первый пример, смеситель отработавших газов включает в себя внешнюю трубу, содержащую расположенные ниже по потоку отверстия, проксимальные к выхлопной трубе, расположенные ниже по ходу потока отработавших газов от первых и вторых трубок, и обращенные радиально внутрь к центральной оси. В третьем примере, опционально включающем в себя первый и/или второй пример, смеситель отработавших газов включает в себя первые трубки и вторые трубки, находящиеся в физическом и жидкостном соединении с внешней трубой. В четвертом примере, опционально включающем в себя один или более примеров из первого, второго и третьего примеров, смеситель отработавших газов включает в себя первые трубки, вторые трубки и внешнюю трубу, выполненные полыми с расположенным между ними внутренним каналом. В пятом примере, опционально включающем в себя один или более примеров из первого, второго, третьего и четвертого примеров, смеситель отработавших газов включает в себя отверстия первых трубок, вторых трубок и внешней трубы, обеспечивающие жидкостное сообщение выпускного канала с внутренним каналом. В шестом примере, опционально включающем в себя один или более примеров из первого, второго, третьего, четвертого и пятого примеров, смеситель отработавших газов включает в себя внутренний канал первых и вторых трубок, расположенный внутри выхлопной трубы, и внутренний канал внешней трубы, расположенный снаружи выхлопной трубы. В седьмом примере, опционально включающем в себя примеры с первого по шестой, смеситель отработавших газов включает в себя вторые трубки, смещенные относительно первых трубок на угол 45° вокруг центральной оси. В восьмом примере, опционально включающем в себя примеры с первого по седьмой, смеситель отработавших газов включает в себя первые трубки, вторые трубки и внешняя труба, которые симметричны относительно центральной оси. В девятом примере, опционально включающем в себя примеры с первого по восьмой, смеситель отработавших газов включает в себя отсутствие во внешней трубе, первых и вторых трубках других отверстий, кроме тех, что указаны, причем закрытые концы трубок расположены на расстоянии от центральной оси, и при этом между концами трубок вдоль центральной оси отсутствуют преграды.
Смеситель отработавших газов, содержащий расположенный выше по потоку конец, имеющий первые трубки; центральную часть, имеющую вторые трубки, расположенные на расстоянии от расположенного выше по потоку конца, причем вторые трубки выполнены с возможностью вращения вокруг центральной оси выхлопной трубы относительно первых трубок; и внешнюю трубу, физически соединенную с внешней поверхностью выхлопной трубы и с первыми и вторыми трубками. В первом примере, смеситель отработавших газов содержит внешнюю трубу и каждую из первых и вторых трубок, выполненные полыми и находящиеся в жидкостном сообщении с потоком отработавших газов в выхлопной трубе. Во втором примере, опционально включающем в себя первый пример, смеситель отработавших газов включает в себя первые трубки и вторые трубки, расположенные на расстоянии от центральной оси, причем первые трубки образуют четыре отдельные трубки на расположенном выше по потоку конце, а вторые трубки образуют четыре отдельные трубки вдоль центральной части. В третьем примере, опционально включающем в себя один или более примеров из первого и второго примеров, смеситель отработавших газов включает в себя первые трубки и вторые трубки, проходящие радиально внутрь от внешней трубы в направлении центральной оси. В четвертом примере, опционально включающем в себя один или более примеров из первого, второго и третьего примеров, смеситель отработавших газов включает в себя первые трубки, которые длиннее, чем вторые трубки. В пятом примере, опционально включающем в себя один или более примеров из первого, второго, третьего и четвертого примеров, смеситель отработавших газов включает в себя первые трубки, вторые трубки и внешнюю трубу, прикрепленные к выхлопной трубе без возможности вращения. В шестом примере, опционально включающем в себя один или более примеров из первого, второго, третьего, четвертого и пятого примеров, смеситель отработавших газов включает в себя первые трубки, вторые трубки и внешнюю трубу, представляющие собой стационарные, статические компоненты смесителя. В седьмом примере, опционально включающем в себя один или более примеров из первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого примеров, смеситель отработавших газов включает в себя внешнюю трубу и первые и вторые трубки, каждая из указанных труб содержит отверстия, обращенные в направлении, перпендикулярном центральной оси, которые обеспечивают жидкостное сообщение внутреннего канала с выпускным каналом.
Смеситель отработавших газов, содержащий внешнюю трубу, расположенную снаружи выхлопной трубы и находящуюся в жидкостном сообщении с выпускным каналом; первые трубки, проходящие от внешней трубы к выпускному каналу, причем каждая из первых трубок содержит два отверстия, расположенных проксимально к тому концу каждой из первых трубок, что является дистальным к внешней трубе; и вторые трубки, проходящие от внешней трубы к выпускному каналу, причем каждая из вторых трубок содержит два внешних отверстия и одно внутреннее отверстие, причем указанные два внешних отверстия проксимальны к внешней трубе, а указанное внутреннее отверстие дистально к внешней трубе. Смеситель отработавших газов, дополнительно или альтернативно содержащий внешнюю трубу, содержащую расположенные ниже по потоку отверстия, проходящие через всю толщину выхлопной трубы и радиально смещенные относительно первых и вторых трубок.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Способы и последовательности управления, раскрытые в данном документе, могут сохраняться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и выполняться системой управления, в том числе контроллером совместно с различными датчиками, приводами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Конкретные последовательности, раскрываемые в настоящем документе, могут представлять собой любое количество стратегий обработки, таких как событийные, с управлением по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут пропускаться. 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 более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память машиночитаемого носителя в системе управления двигателем, где описанные действия выполняются посредством исполнения инструкций в системе, включая различные компоненты аппаратного обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что данные конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны разнообразные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения содержит все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые 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 «какой-либо» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.
1. Смеситель отработавших газов, содержащий:
множество первых цилиндрических трубок, расположенных на расстоянии от центральной оси выхлопной трубы, причем каждая из указанных первых трубок содержит отверстия, обращенные радиально наружу от указанной центральной оси;
множество вторых цилиндрических трубок, расположенных на расстоянии от указанных центральной оси и первых трубок, причем вторые трубки расположены ниже по потоку от первых трубок и с угловым смещением относительно них; и
внешнюю трубу, соединенную с внешней поверхностью выхлопной трубы, причем первые трубки, вторые трубки и внешняя труба симметричны относительно центральной оси.
2. Смеситель по п. 1, в котором вторые трубки содержат обращенные вверх по потоку внутренние отверстия, проксимальные к центральной оси, и внешние отверстия, проксимальные к выхлопной трубе и обращенные радиально наружу от указанной центральной оси.
3. Смеситель по п. 1, в котором внешняя труба содержит расположенные ниже по потоку отверстия, проксимальные к выхлопной трубе, расположенные ниже по ходу потока отработавших газов от первых и вторых трубок и обращенные радиально внутрь к центральной оси.
4. Смеситель по п. 1, в котором первые трубки и вторые трубки соединены с внешней трубой физически и по текучей среде.
5. Смеситель по п. 4, в котором первые трубки, вторые трубки и внешняя труба выполнены полыми с расположенным между ними внутренним каналом.
6. Смеситель по п. 5, в котором отверстия первых трубок, отверстия вторых трубок и отверстия внешней трубы соединяют по текучей среде выпускной канал с внутренним каналом.
7. Смеситель по п. 5, в котором внутренний канал первых и вторых трубок расположен внутри выхлопной трубы, а внутренний канал внешней трубы расположен снаружи выхлопной трубы.
8. Смеситель по п. 1, в котором вторые трубки смещены относительно первых трубок на угол 45° вокруг центральной оси.
9. Смеситель по п. 1, в котором во внешней трубе, первых трубках и вторых трубках отсутствуют другие отверстия, отличные от тех, что указаны, причем закрытые концы трубок расположены на расстоянии от центральной оси, и при этом между концами трубок вдоль центральной оси отсутствуют преграды.
10. Смеситель отработавших газов, содержащий:
расположенный выше по потоку конец, имеющий первые трубки;
центральную часть, имеющую вторые трубки, расположенные на расстоянии от расположенного выше по потоку конца, причем вторые трубки выполнены с возможностью вращения вокруг центральной оси выхлопной трубы относительно первых трубок; и
внешнюю трубу, физически соединенную с внешней частью выхлопной трубы и с первыми и вторыми трубками.
11. Смеситель по п. 10, в котором каждая из внешней трубы, первых трубок и вторых трубок выполнена полой и соединена по текучей среде с потоком отработавших газов в выхлопной трубе.
12. Смеситель по п. 10, в котором первые трубки и вторые трубки расположены на расстоянии от центральной оси, причем первые трубки образуют четыре отдельные трубки на расположенном выше по потоку конце, а вторые трубки образуют четыре отдельные трубки вдоль центральной части.
13. Смеситель по п. 10, в котором первые трубки и вторые трубки проходят радиально внутрь от внешней трубы в направлении центральной оси.
14. Смеситель по п. 10, в котором первые трубки длиннее, чем вторые трубки.
15. Смеситель по п. 10, в котором первые трубки, вторые трубки и внешняя труба прикреплены к выхлопной трубе без возможности вращения.
16. Смеситель по п. 10, в котором первые трубки, вторые трубки и внешняя труба представляют собой стационарные, статические компоненты смесителя.
17. Смеситель по п. 10, в котором каждая из внешней трубы, первых трубок и вторых трубок содержит отверстия, обращенные в направлении, перпендикулярном центральной оси, которые соединяют по текучей среде внутренний канал с выпускным каналом.
18. Смеситель отработавших газов, содержащий:
внешнюю трубу, расположенную снаружи выхлопной трубы и соединенную по текучей среде с выпускным каналом;
первые трубки, проходящие от внешней трубы в выпускной канал, причем каждая из первых трубок содержит два отверстия, расположенные проксимально к тому концу каждой из первых трубок, который является дистальным к внешней трубе; и
вторые трубки, проходящие от внешней трубы в выпускной канал, причем каждая из вторых трубок содержит два внешних отверстия и одно внутреннее отверстие, причем указанные два внешних отверстия проксимальны к внешней трубе, а указанное внутреннее отверстие дистально к внешней трубе,
причем внешняя труба содержит расположенные ниже по потоку отверстия, проходящие через всю толщину выхлопной трубы и радиально смещенные относительно первых и вторых трубок.
