Смеситель отработавших газов (варианты)
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Смеситель (201) отработавших газов содержит пару цилиндрических трубок (212), (214), перпендикулярно пересекающихся по центральной оси (210) выпускного тракта (204). Каждая из цилиндрических трубок (212), (214) содержит впуски (216), (218) и выпуски (222). Впуски (216), (218) направлены вверх по потоку и расположены рядом со стенкой выпускного тракта (204). Выпуски (222) расположены рядом с пересечением и центральной осью (210) и направлены радиально наружу от центральной оси (210). Раскрыты варианты выполнения смесителей отработавших газов. Технический результат заключается в увеличении общей степени однородности отработавших газов в выпускном тракте. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 10 ил.
Область техники
Настоящее раскрытие в целом относится к 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 газа и аммиаком (NH3). NH3 поступает в систему отработавших газов двигателя выше потоку от катализатора ИКН посредством впрыска карбамида в выпускной ход. Карбамид 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 карбамида в выпускной ход. В одном из примеров карбамид может присутствовать в низком количестве в потоке отработавших газов (например, первая часть потока отработавших газов содержит более высокую концентрацию карбамида, 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, карбамид 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 форсунки карбамида и выше по потоку от ИКН, таким образом, чтобы поток отработавших газов был бы однородным. Один из примерных подходов показан Лю и соавт. в патенте США 8756913. В нем модуль датчика отработавших газов использован в выпускном ходе, чтобы повысить однородность отработавших газов. Модуль датчика отработавших газов содержит крестообразную трубку с множеством отверстий по поверхности модуля, направленной противоположно потоку отработавших газов. Отработавшие газы поступают в модуль и проходят к газовому датчику, затем выходят из модуля через одно коническое отверстие. Может быть использован второй модуль, идентичный первому модулю, раскрытому выше, расположенный ниже по потоку от первого модуля, с выпускным компонентом, расположенным между первым модулем и вторым модулем.
Однако, авторы изобретения распознали возможные проблемы с подобными системами. В одном из примеров использование двух идентичных модулей в потоке отработавших газов приводит к тому, что смешивание в обоих модулях также идентично. Таким образом, изменение направления отработавших газов уменьшено и, следовательно, степень беспорядочности смешивания может быть уменьшена. Далее, датчик расположен внутри каждого из модулей. Таким образом, датчик ограничен измерением только части отработавших газов, которые модуль способен перехватить в выпускном тракте.
В одном из примеров проблемы, раскрытые выше, могут быть решены посредством смесителя, содержащего пару цилиндрических трубок, перпендикулярно пересекающихся по центральной оси выпускного тракта, причем каждая из цилиндрических трубок содержит два продолговатых впуска рядом со стенкой выпускного тракта, и два угловых круглых выпуска рядом с центральной осью, направленных вперед, в сторону и перпендикулярно направлению потока отработавших газов. Таким образом, отработавшие газы, выходящие из смесителя, поступают в области выпускного тракта, не возмущенные смесителем, и увеличивают общую степень однородности отработавших газов в выпускном тракте. Таким образом, смешивание увеличивается, а состав отработавших газов на всей протяженности выпускного тракта, по существу, одинаковый.
В одном из примеров смеситель может перехватывать отработавшие газы по внешней периферии выпускного тракта и позволять отработавшим газам сталкиваться и смешиваться в области слияния, расположенной по центральной оси смесителя. Смешанные отработавшие газы поступают в выпускной тракт для дальнейшего смешивания с несмешанными отработавшими газами выпускного тракта посредством параллельного или перпендикулярного потока относительно потока несмешанных отработавших газов.
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
ФИГ. 1 иллюстрирует примерный цилиндр двигателя.
ФИГ. 2 иллюстрирует смеситель.
На ФИГ. 3А и 3В проиллюстрированы виды спереди верховой секции смесителя и низовой секции смесителя соответственно. На ФИГ. 3А и 3В проиллюстрированы с одинаковой ориентацией, таким образом, что на фигурах показано относительное положение цилиндрических трубок относительно вертикальной оси.
ФИГ. 4 иллюстрирует вид спереди смесителя.
ФИГ. 5 иллюстрирует вид в изометрии смесителя в выпускном тракте.
На ФИГ. 2 и 5 показаны приблизительно в соответствии с масштабом, хотя могут быть использованы другие относительные размерности.
На ФИГ. 5 проиллюстрирован примерного потока, проходящего через вид сбоку смесителя отработавших газов в выпускном тракте.
ФИГ. 7 иллюстрирует вариант осуществления, содержащий смеситель ниже по потоку от сажевого фильтра.
На ФИГ. 8 проиллюстрирован вариант осуществления, содержащий смеситель ниже по потоку от форсунки карбамида.
ФИГ. 9 иллюстрирует вариант осуществления, на котором изображен смеситель выше по потоку от газового датчика.
Раскрытие изобретения
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам для смесителя, расположенного в выпускном тракте автомобиля. Автомобиль содержит двигатель, способный приводить автомобиль в движение за счет сгорания, как показано на ФИГ. 1. 1. Продукт сгорания - это отработавшие газы, содержащие множество составляющих. Как показано на ФИГ. 1, различные датчики, приводы и очистительные устройства используются для измерения или взаимодействия с отработавшими газами. Чтобы получить точные измерения состава отработавших газов, требуется увеличение однородности отработавших газов. Смеситель, изображенный на ФИГ. 2, способен возмущать поток отработавших газов, таким образом, что однородность отработавших газов увеличивается. Вид спереди первой секции и второй секции смесителя отработавших газов показаны на ФИГ. 3А и 3В. Вид спереди смесителя отработавших газов с изображением углового смещения между первой и второй секцией показан на ФИГ. 4. Смеситель в выпускном тракте показан относительно ФИГ. 5. Один из примеров потока отработавших газов, проходящего через смеситель, показан относительно ФИГ. 6. Однако могут существовать и другие примерные потоки. Смеситель может быть расположен ниже по потоку от сажевого фильтра, ниже по потоку от форсунки карбамида и выше по потоку от ИКН, и выше по потоку от датчика отработавших газов, как показано на ФИГ. 7, 8 и 9 соответственно.
Следует понимать, что ФИГ. 2 и 5 показаны приблизительно в соответствии с масштабом, хотя в случае необходимости могут быть использованы другие относительные размерности. На ФИГ. 2 и 5 представлены примеры конфигураций 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 показана схема, представляющая 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 автомобиля через вводное устройство 130. В этом примере вводное устройство 130 содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерации 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 автомобиля 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 впускной 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.
Топливная форсунка 69 показана в прямом соединении с камерой 30 сгорания для непосредственного впрыска в нее топлива пропорционально продолжительности импульса сигнала, полученного от контроллера 12. Таким образом, топливная форсунка обеспечивает так называемый непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка может быть установлена, например, в боковой части камеры сгорания или в верхней части камеры сгорания. Топливо в топливную форсунку 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 топливную форсунку, расположенную 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 впускного 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 контроля 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 или широкодиапазонный 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 контроля 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 контроля 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 контроля 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, или ниже по потоку от устройства снижения токсичности. Смеситель 68 содержит множество секций, например, две или более секций, и, в одном из примеров, две секции, расположенные каскадно по направлению потока отработавших газов в выпускном канале 48. Смеситель 68 может возмущать поток отработавших газов, таким образом, что однородность смеси отработавших газов повышается, когда отработавшие газы проходят через смеситель 68. Смеситель 68 более подробно раскрыт ниже, со ссылками на ФИГ. 2-6.
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 посредством 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 качестве 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, таких как 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, предвиденных, но не указанных в конкретном виде.
Контроллер 12 принимает сигналы от разных датчиков, ФИГ. 1, и использует разные приводы, ФИГ. 1, для регулирования работы двигателя на основе принимаемых сигналов и команд, заложенных в память контроллера.
На ФИГ. 1 изображена примерная система, содержащая смеситель. Смеситель может содержать одну или более ступеней (например, секций). В одном из примеров с двумя ступенями первая ступень расположена выше по потоку от второй ступени относительно направления выхода потока отработавших газов из двигателя и движения к выхлопной трубе. В другом примере смеситель может содержать только первую ступень или только вторую ступень, причем вторая ступень отличается от первой ступени. Вторая, отличающаяся ступень расположена ниже по потоку и в стороне от первой ступени. Каждая из первой и второй ступени содержит две цилиндрические трубки, перпендикулярно пересекающиеся у центральной оси выпускного тракта. Трубки полностью пересекаются друг с другом в средней точке по длине трубок, определяя общую внутреннюю область, соединенную со впусками и выпусками соответствующей ступени соответственно. Вторая ступень вращается вокруг центральной оси выпускного тракта относительно первой ступени, в одном из примеров - под углом 45 градусов. Первая ступень содержит всего четыре продолговатых впускных отверстия, причем каждая трубка содержит два продолговатых впускных отверстия. Продолговатые впуски расположены на расстоянии от центральной оси рядом с краями трубок. Далее, первая ступень дополнительно содержит угловые, круглые выпуски рядом с центральной осью выпускного тракта. Круглые выпуски находятся под углом, таким образом, что отработавшие газы, выходящие из выпусков, поступают в направлении перпендикулярно и параллельно направлению потока отработавших газов в выпускном тракте (например, в выхлопной трубе). В одном из примеров круглые выпуски направлены в сторону, и направлены вверх не больше, чем вниз относительно направления потока отработавших газов, выходящих из двигателя поступающих к выхлопной трубе. Вторая ступень содержит отверстие, форма которого напоминает четырехконечную звезду, с центром на центральной оси, причем каждый из концов отверстия проходит в направлении одного из краев цилиндрических трубок второй ступени. Далее, вторая ступень содержит два продолговатых отверстия рядом с краем каждой из трубок, направленных по направлению перпендикулярно направлению потока отработавших газов в выпускном тракте. Впуски первой и второй ступени расположены симметрично относительно друг друга, и выпуски первой и второй ступени расположены симметрично относительно друг друга. Таким образом, поток отработавших газов, захватываемый компонентами смесителя, противоположный из-за направления впусков первой ступени и второй ступени. Таким образом, отработавшие газы, проходящие через смеситель, обладают более высокой вероятностью смешивания по сравнению с отработавшими газами, проходящими по выпускному тракту без смесителя или только с единичным смесительным компонентом. Далее приведено более подробное раскрытие смесителя. Подробные изображения дополнительных примеров вышеуказанного смесителя проиллюстрированы на ФИГ. 2, 3А, 3В, 4 и 5.
Что касается ФИГ. 2, система 200 содержит смеситель 201, физически соединенный с трубой 202 смесителя и выпускным трактом 204. Смеситель 201 содержит две ступени, расположенные по направлению потока отработавших газов в выпускном тракте 204. Смеситель 201 может быть использован в качестве смесителя 68, и может быть использован в варианте осуществления, изображенном на ФИГ. 1. На текущем изображении изображена только граница выпускного тракта 204, чтобы показать трубу 202 смесителя.
Смеситель 201 может быть цельно изготовленной деталью. Смеситель 201 может содержать один 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 поддерживать давление отработавших газов. В качестве дополнения или альтернативы, смеситель 201 может содержать или более покрытий и материалов, чтобы отработавший газ мог вступать в контакт с поверхностями смесителя 201 без отложения сажи или других компонентов отработавших газов на смесителе 201.
Смеситель 201 содержит первую верховую часть 206 (например, первую ступень), и вторую низовую часть 208 (например, вторая ступень). В одном из примеров первая ступень 206 расположена ближе к выпуску отработавших газов из двигателя (например, двигателя 10 на ФИГ. 1), чем вторая ступень 208. Вторая ступень 208 расположена ниже по потоку от первой ступени 206 на 30-40 мм в одном из примеров. Специалистам в данной области техники следует понимать, что расстояние между первой ступенью 206 и второй ступенью 208 может быть менее 30 мм или более 40 мм. В некоторых вариантах осуществления вторая ступень 208 может отсутствовать. Смеситель 201, первая ступень 206 и вторая ступень 208 могут обладать осевой симметрией в одном из примеров.
В некоторых вариантах осуществления, в качестве дополнения или альтернативы, выпускной тракт 204 может содержать более одного смесителя 201. Например, выпускной тракт 204 может содержать ровно два смесителя 201. В примере с двумя смесителями, расположенными в выпускном тракте 204, между первым смесителем и вторым смесителем могут отсутствовать какие - либо компоненты. В других вариантах осуществления смесители могут быть разделены одним или более компонентами выхлопной системы. Специалистам в данной области техники следует понимать, что в выпускном тракте 204 может быть установлено подходящее количество смесителей.
Вторая ступень 208 может быть смещена под углом относительно первой ступени 206, при этом угол смещения может составлять 45 градусов относительно центральной оси 210 в одном из примеров. За счет такого смещения с двумя перпендикулярными трубками потоком отработавших газов можно манипулировать так, чтобы поток был направлен во вторую ступень 208 для дальнейшего смешивания после смешивания в первой ступени 206. Таким образом, однородность состава отработавших газов возрастает, что приводит к улучшению анализа данных (например, состав газа, концентрация сажи и т.д.) и реакционной способности (например, окисление, восстановление и т.д.).
Первая ступень 206 и вторая ступень 208 физически соединены напрямую с трубой 202 смесителя. Первая ступень 206 и вторая ступень 208 зафиксированы без возможности вращения и неподвижны (например, статичны). Первая ступень 206 и вторая ступень 208, по существу, являются одинаковыми в части габаритных размеров (например, высота, длина, ширина). Таким образом, первая ступень 206 и вторая ступень 208, по существу, могут вмещать одинаковый объем отработавших газов.
Первая ступень 206 содержит пару цилиндрических трубок 212 и 214, перпендикулярно пересекающихся у центральной оси 210. Цилиндрические трубки 212 и 214, по существу, равны по длине, диаметру и высоте. В одном из примеров центральные оси каждой из трубок 212 и 214 пересекаются с центральной осью 210 выхлопной трубы. В одном из примеров трубки 212 и 214 полностью пересекаются друг с другом в средней точке по длине трубок, определяя общую внутреннюю область, соединенную со впусками и выпусками первой ступени. В соответствии с изображением, первая ступень 206 содержит крестообразное пересечение по вертикальной оси смесителя 201. Края трубок 212 и 214 примыкают и зафиксированы на трубе 202 смесителя. Части краев трубок 212 и 214 изогнуты, таким образом, что их кривизна повторяет кривизну трубы 202 смесителя. Таким образом, трубки 212 и 214 герметично соединены с трубой 202 смесителя. Трубки 212 и 214 могут быть припаяны или приварены к трубе 202 смесителя.
Трубка 212 содержит два продолговатых отверстия 216, расположенных на расстоянии от центральной оси 210 (например, рядом с трубой 202 смесителя). Отверстия 216 расположены на противоположных краях трубки 212, таким образом, что каждый край трубки 212 содержит одно продолговатое отверстие 216. Кроме того, трубка 214 содержит два продолговатых отверстия 218, по существу, идентичных двум продолговатым отверстиям 216, расположенным на расстоянии от центральной оси 210. Продолговатые отверстия 218 расположены на противоположных краях трубки 214, таким образом, что каждый край трубки 214 содержит одно продолговатое отверстие 218. Расстояние между двумя продолговатыми отверстиями 216, по существу, равно расстоянию между двумя продолговатыми отверстиями 218. Продолговатые отверстия 216 и 218 соединены с возможностью гидравлического сообщения с внутренней частью первой ступени 206.
Как показано, продолговатые отверстия 216 и 218 направлены по направлению, противоположному направлению потока отработавших газов. Стрелка 220 указывает направление потока отработавших газов. Таким образом, отработавшие газы, проходящие рядом с внешней периферией первой ступени 206 могут поступать в продолговатые отверстия 216 и 218 и проходить через каналы, расположенные в первой ступени 206. Следовательно, отработавшие газы, проходящие по выпускному тракту 204, могут поступать и проходить через весь объем первой ступени 206. Таким образом, различные соединения, проходящие через продолговатые отверстия 216 и 218, могут сталкиваться и смешиваться внутри первой ступени 206 перед выходом из первой ступени 206 через выпуски 222.
Выпуски 222 расположены рядом с областью пересечения трубок 212 и 214. Выпуски 222 круглые и расположенные под углом. Например, выпуски 222 сориентированы таким образом, что передняя часть выпусков 222 ориентирована по направлению, противоположному потоку отработавших газов, а задняя часть выпусков 222 ориентирована по направлению, параллельному потоку отработавших газов, при этом средняя часть ориентирована по направлению, перпендикулярному потоку отработавших газов. Половина каждого из выпусков 222 расположена на трубке 212, при этом другая половина расположена на трубке 214. Таким образом, отработавшие газы, проходящие через выпускной тракт 204, могут проходить через выпуски 222 без поступления в первую ступень 206.
Область слияния 224 расположена по центральной оси 210 у пересечения трубок 212 и 214. Таким образом, отработавшие газы, захватываемые каждым из продолговатых отверстий 216 и 218, могут проходить и сталкиваться (например, смешиваться) в области слияния 224 перед тем как проходить через выпуски 222. Отработавшие газы, выходящие из первой ступени 206 через выпуски 222, смешиваются с отработавшими газами, проходящими рядом и снаружи относительно выпусков 222 в выпускном тракте 204. Таким образом, степень однородности отработавших газов возрастает в первой ступени 206. Отработавшие газы, выходящие из выпусков 222, перенаправлены отработавшими газами, проходящими по выпускному тракту 204, за пределами первой ступени 206, и проходят в направлении второй ступени 208.
Продолговатые отверстия 216 и 218 выполнены с возможностью пропускания некоторого объема газа в первую ступень 206, по существу, равного объему газа, выходящего из первой ступени 206 через выпуски 222. Таким образом, не возникает противодавления в результате работы первой ступени 206. Далее, благодаря тому, что некоторый расход газового потока, поступающего в первую ступень 206, по существу, равен расходу газового потока, выходящего из первой ступени 206, смешивание газа внутри первой ступени 206 увеличено по сравнению с примером, содержащим расход входящего газового потока меньше, чем расход выходящего из первой ступени 206 газового потока. В одном из вариантов осуществления общая площадь поверхности продолговатых отверстий 216 и 218 может быть, по существу, равной общей площади поверхности выпусков 222. В некоторых вариантах осуществления общая площадь поверхности продолговатых отверстий 216 и 218 может быть неравной общей площади поверхности выпусков 222.
Вторая ступень 208 содержит пару цилиндрических трубок 226 и 228, перпендикулярно пересекающихся у центральной оси 210. Область пересечения цилиндрических трубок 226 и 228 - непосредственно ниже по потоку от пересечения между цилиндрическими трубками 212 и 214. Цилиндрические трубки 226 и 228, по существу, равны по длине, диаметру и высоте. В соответствии с изображением, вторая ступень 208 содержит крестообразное (например, крестообразное, повернутое по центрально оси) пересечение по вертикальной оси смесителя 201. В одном из примеров трубки 226 и 228 полностью пересекаются друг с другом в средней точке по длине трубок 226 и 228, определяя общую внутреннюю область, соединенную со впусками и выпусками второй ступени 208. Внешние периферические части (например, края) трубок 226 и 228 соприкасаются поверхностями с трубой смесителя 202 и, таким образом изогнуты аналогично изгибу трубы 202 смесителя. Трубки 226 и 228 могут быть припаяны или приварены к трубе 202 смесителя. Таким образом, трубки 226 и 228 герметично присоединен к трубе 202 смесителя.
Впуск 320 расположен по области пересечения трубок 226 и 228 второй ступени 208, непосредственно ниже по потоку от области слияния 224 и выпусков 222 первой ступени 206. Впуск 230 по форме представляет собой четырехконечную звезду, в которой каждый конец впуска 230 проходит в направлении к внешней периферии (например, к краю) второй ступени 208. Специалистам в данной области техники следует понимать, что могут быть использованы другие подходящие формы впуска (например, квадратная, круглая, ромбическая и т.д.). Впуск 30 соединяет с возможностью гидравлического сообщения внутреннюю частью второй ступени 208 с выпускным трактом 204. Таким образом, отработавшие газы, проходящие через вторую ступень 208, проходят во внутреннюю часть второй ступени 208 и заполняют объем второй ступени 208.
Далее, вторая ступень 208 состоит из выпусков 232 и 234, расположенных рядом с периферийными частями цилиндрических трубок 226 и 228 соответственно. В одном из примеров трубка 226 содержит ровно четыре выпуска 232, причем два выпуска 232 расположены у первого края, и два выпуска 232 расположены у второго края трубки 226. Аналогично, трубка 228 содержит ровно четыре выпуска 234, причем два выпуска 234 расположены у первого края, и два выпуска 234 расположены у второго края трубки 228.
Выпуски 232 и 234, по существу, идентичны. Выпуски 232 и 234 - продолговатые, аналогично выпускам 216 и 218 первой ступени 206. Выпуски 232 ориентированы по направлению, по существу, параллельно трубке 228, при этом выпуски 234 ориентированы по направлению, по существу, параллельно трубке 226. Таким образом, выпуски 232 и выпуски 234 ориентированы по направлению перпендикулярно друг другу. Далее, выпуски 232 и 234 перпендикулярны направлению потока отработавших газов в выпускном тракте 204. Таким образом, отработавшие газы дополнительно подвергаются возмущению, улучшается смешивание.
Впуск 230 и выпуски 232 и 234 могут обеспечивать, по существу, прохождение одинакового объема газа через свои проходные отверстия. Таким образом, объем газа, поступающего во вторую ступень 208, может быть, по существу, быть равным объему газа, выходящего из второй ступени 208.
В одном из примеров показанные впуски, выпуски, отверстия и т.д. - это единственные отверстия через стенки трубок смесителя. Другими словами, отсутствуют другие впуски и дополнительные выпуски в первом и втором комплекте трубок, за исключением указанных.
На ФИГ. 2 изображена верховая часть и низовая часть смесителя отработавших газов во впускном тракте. На ФИГ. 3А и 3В изображены виды спереди верховой части и низовой части соответственно.
Что касается ФИГ. 3А, изображен вид спереди, двухмерный вид 300 верховой части 306 (например, первая ступень 206 на ФИГ. 2). Верховая часть 306 расположена в трубе 302 смесителя. Труба 302 смесителя физически соединена с выпускным трактом 304. Труба 302 смесителя и выпускной тракт 304 могут быть использованы в качестве трубы 202 смесителя и выпускного тракта 204 в настоящем варианте осуществления на ФИГ. 2.
Изображены вертикальная и горизонтальная оси. Вертикальная ось проходит в направлении вверх и вниз. Горизонтальная ось проходит в направлении влево и вправо.
Первая ступень 306 состоит из цилиндрических трубок 308 и 310. Цилиндрическая трубка 310 параллельна вертикальной оси в направлении вверх и вниз. Цилиндрическая трубка 308 параллельна горизонтальной оси в направлении влево и вправо. Цилиндрическая трубка 308 перпендикулярно пересекает цилиндрическую трубку 310 в области слияния 318. Область слияния 318 позволяет отработавшим газам, выходящим из цилиндрической трубки 308 и цилиндрической трубки 310 смешиваться в первой ступени 306. Таким образом, область слияния 318 расположена в части первой ступени 306, причем направление потока отработавших газов из каждого из продолговатых отверстий 312 и 314 противоположны.
В соответствии с изображением, трубка 308 содержит пару продолговатых отверстий 312. Первое из продолговатых отверстий 312 расположено у первого края (например, левого края) трубки 308, при этом второе из продолговатых отверстий 312 расположено у второго края (например, правого края) трубки 308 противоположно первому продолговатому отверстию 312. Таким образом, когда отработавшие газы проходят через выпускной тракт 304, продолговатые отверстия 312 могут получить отработавшие газы различных составов (например, различные концентрации различных соединений). Отработавшие газы, поступающие в продолговатые отверстия 312, проходят через внутренний тракт трубки 308.
Аналогично, трубка 310 содержит пару продолговатых отверстий 314, по существу, идентичных продолговатым отверстиям 312. Первое из продолговатых отверстий 314 расположено у первого края (например, верхнего края) трубки 310, при этом второе из продолговатых отверстий 314 расположено у второго края (например, нижнего края) трубки 310 противоположно первому продолговатому отверстию 312. Когда отработавшие газы проходят через выпускной тракт 304, первое и второе продолговатые отверстия 314 могут получить отработавшие газы различных составов. Отработавшие газы, поступающие в продолговатые отверстия 314, проходят через внутренний тракт трубки 310.
Внутренние тракты трубок 308 и 310 соединены с возможностью гидравлического сообщения с областью слияния 318. Различные составы отработавших газов смешиваются в области слияния 318 перед выходом через выпуски 316. В соответствии с вышеуказанным раскрытием, выпуски 316 ориентированы по направлению противоположно, перпендикулярно и параллельно направлению потока отработавших газов. Таким образом, отработавшие газы, проходящие через центр выпускного тракта 304 (например, пересечение горизонтальной и вертикальной оси) могут содействовать смешиванию отработавших газов в области слияния 318, проходя через выпуски 316 к оставшейся части выпускного тракта 304 (например, в направлении к низовой части смесителя 302).
В одном из примеров состав отработавших газов может варьироваться в зависимости от зоны. Например, верхняя внешняя периферия по вертикальной оси рядом с верхним продолговатым отверстием 314 может содержать состав отработавших газов, отличающийся от нижнего продолговатого отверстия 314, расположенного рядом с нижней внешней периферией вертикальной оси. Аналогично, левая внешняя периферия горизонтальной оси рядом с левым продолговатым отверстием 312 может содержать состав отработавших газов, отличающийся от правого продолговатого отверстия 312, расположенного рядом в правой внешней периферией горизонтальной оси. Далее, составы отработавших газов, расположенные по горизонтальной оси, могут отличаться от составов, расположенных по вертикальной оси. Таким образом, каждое из продолговатых отверстий 312 и 314 может получать отработавшие газы с разным составом (например, верховая часть получает ровно четыре разных состава отработавших газов, разный состав проходит через каждое из продолговатых отверстий 312 и 314). Четыре состава смешиваются, и степень однородности увеличивается в области слияния 318. Пятый состав отработавших газов может проходить по центру выпускного тракта 304 (например, пересечение вертикальной и горизонтальной осей) и смешиваться с отработавшими газами, выходящими из выпусков 316. Отработавшие газы, выходящие через выпуски 316, перенаправляются первым составом отработавших газов и поступают в направлении параллельном направлению потока отработавших газов по выпускному тракту 304.
Что касается ФИГ. 3В, изображен вид спереди, двухмерный вид 350 низовой части 356 (например, вторая ступень 208 на ФИГ. 2). Низовая часть 356 расположена в трубе 352 смесителя. Труба 352 смесителя физически соединена с выпускным трактом 354. Труба 352 смесителя и выпускной тракт 354 могут быть, по существу, идентичными трубе 202 смесителя и выпускному тракту 204 на ФИГ. 2. В качестве дополнения или альтернативы, труба 253 смесителя и выпускной тракт 354 могут быть удлинениями трубы 302 смесителя и выпускного тракта 304 на ФИГ. 3А соответственно. Таким образом, низовая часть 356 может быть расположена ниже по потоку от верховой части 306. В таком примере низовая часть 356 повернута по центральной оси приблизительно на 45 градусов относительно верховой части, в соответствии с вышеуказанным раскрытием со ссылкой на ФИГ. 2.
Изображены вертикальная и горизонтальная ось. Вертикальная ось проходит в направлении вверх и вниз. Горизонтальная ось проходит в направлении влево и вправо. Вертикальная и горизонтальная оси на ФИГ. 3В повернуты на 45 градусов относительно вертикальной и горизонтальной оси на ФИГ. 3А, чтобы находиться в выровненном положении относительно низовой части 356.
Низовая часть 356 содержит цилиндрические трубки 358 и 360. Цилиндрическая трубка 358 параллельна горизонтальной оси в направлении влево и вправо. Цилиндрическая трубка 360 параллельна вертикальной оси в направлении вверх и вниз. Цилиндрическая трубка 358 перпендикулярно пересекает цилиндрическую трубку 360 в центре выпускного тракта (например, пересечение между горизонтальной и вертикальной осями).
На пересечении цилиндрических трубок 358 и 360 расположен впуск 362 в форме звезды. Впуск 362 в форме звезды представляет собой форму четырехконечной звезды, каждый из концов которой проходит в направлении различных краев второй ступени 356. Например, четыре конца проходят вверх, вниз, влево и вправо соответственно.
В соответствии с вышеуказанным описанием, на ФИГ. 2, верховая часть 306 (например, первая ступень 206) и низовая часть 356 (например, вторая ступень 208) выровнены по центральной оси (например, центральной оси 210) выпускного тракта 354 (например, выпускной тракт 204). Таким образом, впуск 362 (например, впуск 230 на ФИГ. 2), выровненный по центральной оси, расположен непосредственно ниже по потоку от выпусков 316 (например, выпуски 222 на ФИГ. 2) и получает, по меньшей мере, часть смести отработавших газов, проходящих через выпуски 316. Таким образом, низовая часть 356 является дополняющей для верховой части 306, и дополнительно смешивает отработавшие газы.
Отработавшие газы заполняют и проходят через различные внутренние каналы низовой части 356, когда отработавшие газы поступают в низовая часть 356 через впуск 362. Внутренние каналы, по существу, совпадают с направлением трубок 358 и 360. В одном из примеров смесь отработавших газов разделяется на четыре отдельных потока, каждый из которых движется в направлении к отдельному краю низовой части 356. Например, смесь отработавших газов поступает в направлении к верхнему краю и нижнему краю трубки 360 и левому краю и правому краю трубки 358.
Отработавшие газы в горизонтальной трубке 358 могут выходить через выпуски 364. В соответствии с изображением, как левый край, так и правый край содержит пару выпусков 364. В одном из примеров трубка 358 содержит ровно четыре выпуска 364. Выпуски 364 направлены вверх и вниз. Отработавшие газы, выходящие из выпусков 364, движутся параллельно вертикальной оси.
Отработавшие газы в вертикальной трубке 360 могут выходить через выпуски 366. В соответствии с изображением, как верхний край, так и нижний край содержит пару выпусков 366. В одном из примеров трубка 360 содержит ровно четыре выпуска 366, причем два выпуска 366 расположены на верхнем крае, и другие два выпуска 366 расположены на нижнем крае. Выпуски 366 направлены влево и вправо. Отработавшие газы, выходящие из выпусков 366, движутся параллельно горизонтальной оси.
В одном из примеров низовая часть 356 получает, по меньшей мере, часть смеси отработавших газов (например, смесь отработавших газов, состоящая из первых, вторых, третьих, четвертых и пятых отработавших газов с различными составами) из верховой части 306 перед дальнейшим смешиванием смеси отработавших газов. В соответствии с вышеуказанным раскрытием, отработавшие газы проходят в четырех различных направлениях в низовой части 356. Отработавшие газы могут выходить из низовой части 356 в четыре зоны выпускного тракта, где отработавшие газы еще не взаимодействовали с верховой частью или низовой частью.
Например, отработавшие газы, поступающие в направлении влево - вверх, вправо - вверх, влево - вниз или вправо - вниз могут не взаимодействовать с верховой частью 306 и оставаться несмешанными. Однако из-за поворота низовой части 356 относительно верховой части 306 смесь отработавших газов, выходящая из низовой части 356, смешивается с несмешанными отработавшими газами. Таким образом, повышается степень однородности отработавших газов, проходящих через выпускной тракт, таким образом, что состав отработавших газов в любой зоне выпускного тракта относительно схож с составом отработавших газов в другой зоне.
На ФИГ. 3А и 3В изображены двухмерные виды спереди первой ступени и второй ступени смесителя соответственно. В соответствии с вышеуказанным раскрытием, первая ступень забирает отработавшие газы из внешней периферии выпускного тракта и направляет отработавшие газы в область слияния, чтобы позволить отработавшим газам смешиваться перед направлением отработавших газов в сторону центральной части выпускного тракта. Смешанные отработавшие газы в центральной части выпускного тракта поступают на впуск второй ступени, расположенной по центральной части выпускного тракта. Отработавшие газы во второй ступени направляются во внешнюю часть выпускного тракта для дальнейшего движения по выпускному тракту. На ФИГ. 4 изображен вид спереди смесителя в целом. В частности, на ФИГ. 4 изображено поворотное смещение между первой ступенью и второй ступенью.
Что касается ФИГ. 4, изображен двухмерный вид 400 спереди смесителя 401. Смеситель 401 содержит первую ступень 402 и вторую ступень 404. Первая ступень 402 обозначена непрерывными линиями. Вторая ступень 404 обозначена пунктирными линиями. Смеситель 401 дополнительно содержит трубу 406 смесителя, физически соединенную как с первой ступенью 402, так и со второй ступенью 404. Труба 406 смесителя герметично присоединена к выпускному тракту. Смеситель 401 может быть использован в качестве смесителя 201 в варианте осуществления на ФИГ. 2 и/или использован в качестве смесителя 67 в варианте осуществления на ФИГ. 1.
Дуга 410 изображает угол , иллюстрирующий угловое смещение между первой ступенью 402 и второй ступенью 404. В соответствии с изображением, угол
, по существу, равен 45 градусам. Специалистам в данной области техники следует понимать, что угол
может принимать значения меньше или больше, чем 45 градусов (например, 30 градусов и 60 градусов). Далее, угловое смещение позволяет отработавшим газам выходить из второй ступени 404 для объединения и смешивания с отработавшими газами, на которые не воздействовала первая ступень 402, в соответствии с вышеуказанным раскрытием.
На ФИГ. 4 изображен вид спереди смесителя отработавших газов, включая первую ступень и вторую ступень, в выпускном тракте. На ФИГ. 5 изображен вид в изометрии под углом смесителя отработавших газов, расположенного в выпускном тракте. Смеситель содержит две секции, верховую секцию и секцию ниже потоку, причем низовая секция повернута по центральной оси относительно верховой секции. Таким образом, низовая секция является комплементарной для верховой секции.
Что касается ФИГ. 5, в системе 500 изображен смеситель 502, расположенный в выпускном тракте 504. В одном из вариантов осуществления смеситель 502 системы 500 может быть использован в качестве смесителя 201 в варианте осуществления на ФИГ. 2 и/или использован в качестве смесителя 67 в варианте осуществления на ФИГ. 1. Стрелки на ФИГ. 5 указывают направление потока отработавших газов в выпускном тракте 504.
Смеситель 502 содержит трубу 506 смесителя, физически соединенную с выпускным трактом 504. Часть выпускного тракта 504 не показана для возможности изображения смесителя 502. Смеситель 502 содержит верховую секцию 508 и низовую секцию 510. Верховая секция 508 и низовая секция 510, по существу, имеют одинаковые размерности. Верховая секция 508 расположена ближе к двигателю (например, двигатель 10 на ФИГ. 1), чем низовая секция 510. Таким образом, верховая секция 508 получает отработавшие газы раньше, чем низовая секция 510. Смеситель 502 содержит свободные пространства, расположенные между верховой секцией 508 и низовой секцией 510. Смеситель 502 дополнительно содержит свободные пространства между трубками верховой секции 508 и низовой секции 510. Свободные пространства не содержат других элементов смесителя и пусты. Верховая секция 508 и низовая секция 510 выровнены и вращательно - симметричны по центральной оси 501.
В соответствии с изображением верховая секция 508 и низовая секция 510 расположены ступенчато. Например, отработавшие газы, проходящие через выпуски верховой секции 508 имеют более высокую вероятность поступления в низовую секцию 510. В результате, отработавшие газы, смешиваемые в верховой секции 508, скорее всего, будут дополнительно смешаны в низовой секции 510.
На ФИГ. 5 полностью изображен смеситель, расположенный в выпускном тракте. На ФИГ. 6 изображен примерный поток отработавших газов, взаимодействующий со смесителем. Смеситель может манипулировать потоком отработавших газов, таким образом, чтобы общий профиль отработавших газов включал в себя средний состав выбросов в отличие от областей с более высоким или более низким содержанием.
Что касается ФИГ. 6, в системе 600 изображен выпускной тракт 602, направляющий отработавшие газы в направлении смесителя 604 отработавших газов. Система 600 имеет справочный характер и представляет собой один примерный поток через смеситель 604 отработавших газов. Специалистам в данной области техники следует понимать, что другие потоки через смеситель могут быть реализованы на основе нагрузки двигателя, температуры отработавших газов и т.д. Например, по мере увеличения температуры отработавших газов, смешивания в смесителе 502 может быть усилено из-за увеличения скорости потока отработавших газов.
В одном из вариантов осуществления смеситель 604 отработавших газов системы 600 может быть использован в качестве смесителя 201 в варианте осуществления на ФИГ. 2 и/или использован в качестве смесителя 67 в варианте осуществления на ФИГ. 1. На ФИГ. 6 показан вид сбоку смесителя 604 и изображена схема конструкции смесителя 604 и его компонентов. Пунктирная линия 601 представляет собой центр выпускного тракта 602, для наглядности отделяющая верхнюю половину 603А от нижней половины 603В выпускного тракта 602.
Выпускной тракт 602 (например, выпускной канал 48) содержит смеситель 604 отработавших газов. Смеситель 604 отработавших газов физически соединен с выпускным трактом 602 через трубу 606 смесителя, в соответствии с вышеуказанным раскрытием. Выпускной тракт 602 вмещает в себя полностью смеситель 604 и трубу 606 смесителя.
Отработавшие газы, проходящие через выпускной тракт 602, содержат различные составы. В соответствии с изображением, первый состав представлен стрелкой с непрерывной линией, второй состав представлен небольшой стрелкой с пунктирной линией, а третий состав представлен большой стрелкой с пунктирной линией. Различные составы в отработавших газах могут включать в себя одно или более из таких веществ как кислород, CO2, сажа, топливо, карбамид, азот и т.д. Таким образом, возможно прохождение более трех составов через выпускной тракт 602. Направление составов и потока отработавших газов указано стрелками.
В соответствии с вышеуказанным раскрытием, каждая из зон выпускного тракте 602 может содержать разные составы соединений, находящихся в отработавших газах. Смеситель 604 помогает повысить общую степень однородности отработавших газов, таким образом, что каждая зона выпускного тракта 602 содержит, по существу, одинаковый состав соединений.
Отработавшие газы выше по потоку от смесителя 604 - разнородные. Три изображенных состава разделяются перед тем как пройти через смеситель 604. При достижении смесителя 604 отработавших газов отработавшие газы взаимодействуют с первой частью 608 смесителя 604 отработавших газов. Отработавшие газы проходят через каналы первой части 608 перед тем как поступить во вторую часть 610.
Вторая часть 610 также взаимодействует с отработавшими газами перед поступлением на выпускные компоненты, расположенные ниже по потоку от смесителя 604. На ФИГ. 7, 8, и 9 изображены варианты осуществления различных приборов, расположенных ниже по потоку от смесителя 604. Примерный поток отработавших газов, проходящий через смеситель 604, со ссылкой на конкретные компоненты смесителя 604 будет раскрыт ниже.
Когда отработавшие газы начинают поступать в смеситель, первый состав может проходить в верхний впуск 612, расположенный в верхней половине 603А. Третий состав может проходить в нижний впуск 614, расположенные в нижней половине 603В. Верхний впуск 612 и нижний впуск 614 (например, отверстия 314 на ФИГ. 3А) могут быть расположены на первой трубке первой части 608. Второй состав может проходить как левый средний впуск, так и в правый средний впуск (не показаны). Левый средний впуск и правый средний впуск (например, отверстия 312 на ФИГ. 3А) могут быть расположены на второй трубке первой части 608. В соответствии с изображением, вторая трубка перпендикулярно пересекает первую трубку в центре выпускного тракта 602.
Отработавшие газы проходят через трубки первой части 608 и смешиваются у центральной часть первой части 608. Отработавшие газы выходят из первой части через выпуски 616 и 618 (например, два выпуска 222 на ФИГ. 3А) после смешивания. В соответствии с изображением, первая часть 608 направляет смесь отработавших газов (например, первый, второй и третий составы) по центру выпускного тракта 602.
Часть смести отработавших газов, проходящих по центру выпускного тракта, захватывается второй частью 610 через впуск 620. Двойная стрелка 619 показывает расстояние между первой частью 608 и второй частью 610. Расстояние может составлять 30-40 мм. Следует понимать, что может быть осуществлено другое расстояние между первой частью 608 и второй частью 610.
В соответствии с вышеуказанным раскрытием, отработавшие газы, поступающие во вторую часть 610, одинаково разделяются на четыре канала в направлении выпусков, расположенных у краев каждой из трубок второй части 610 (см. ФИГ. 3В). Изображен верхний выпуск 622 и нижний выпуск 624 (например, выпуски 366 на ФИГ. 3В) первой трубки. Оба из них высвобождают часть смести отработавших газов. Далее, вторая часть 610 содержит еще два выпуска, прямо за выпусками 622 и 624. Таким образом, на текущем виде два других выпуска второй части 610 не показаны. Из - за углового смещения второй части 610 относительно первой части 608 все выпуски второй части 610 высвобождают смесь отработавших газов в месте выпускного тракта 602, где отработавшие газы не смешаны. Например, часть отработавших газов, проходящих через выпускной тракт 602, не поступает в первую часть 608, но, скорее, проходит через свободные пространства вокруг первой части 608 и является несмешанной. Вторая часть 610 направляет смесь отработавших газов, полученную из первой части 608, для смешивания с частью несмешанных отработавших газов. Таким образом, отработавшие газы в выпускном тракте 602, ниже по потоку от смесителя 604 (например, ниже по потоку от второй части 610) имеют более высокую степень однородности и, по существу, однородный состав.
Таким образом, смеситель 604 направляет отработавшие газы, проходящие через выпускной тракт 602, через две части, таким образом, что различные зоны отработавших газов смешиваются и сталкиваются, причем в противном случае они бы не смешивались и не сталкивались. Таким образом, степень однородности отработавших газов в выпускном тракте 602 ниже по потоку от смесителя 604 увеличена.
На ФИГ. 6 проиллюстрирован примерный поток отработавших газов, проходящих через смеситель. На ФИГ. 7, 8 и 9 изображены различные варианты осуществления и X или местоположения смесителя для увеличения однородности потока отработавших газов.
Что касается ФИГ. 7, в системе 700 изображен вариант осуществления смесителя 706 ниже по потоку от сажевого фильтра 702 и выше по потоку от датчика содержания сажи 708. Датчик содержания сажи 708 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 автомобиля, таким образом, чтобы снизить количество выбросов. В одном из вариантов осуществления смеситель 706 может быть использован в качестве смесителя 68 в варианте осуществления, изображенном на ФИГ. 1.
Сажевый фильтр 702 находится выше по потоку от смесителя 706. В результате, поток отработавших газов, поступивших в сажевый фильтр 702, может быть с повышающейся разнородностью по сравнению с отработавшими газами, проходящими через смеситель (например, смеситель 706), в соответствии с вышеуказанным раскрытием. Сажевый фильтр 702 высвобождает отработавшие газы в выпускной конус 704 сажевого фильтра выше по потоку от смесителя 706. Отработавшие газы, поступающие в смеситель 706, подвергаются смешиванию, по существу, аналогично смешиванию, раскрытому со ссылкой на ФИГ. 6. Степень однородности отработавших газов ниже по потоку от смесителя 706 повышается по сравнению с отработавшими газами выше по потоку от смесителя 706. Поток отработавших газов анализируется датчиком содержания сажи 708, чтобы определять количество сажи, проходящей через сажевый фильтр 702. Из - за местоположения датчика содержания сажи, только часть потока отработавших газов может быть подвергнута анализу. Увеличение степени однородности повышает точность показаний датчика 708 содержания сажи.
Что касается ФИГ. 8, в системе 800 изображен выпускной тракт 802 с форсункой 804 карбамида. Форсунка 804 карбамида расположена выше по потоку от смесителя 806. Смеситель 806 находится выше по потоку от ИКН 808. Таким образом, карбамид может быть смешан с отработавшими газами, таким образом, что смесь отработавших газов / карбамида будет более однородной, чем без прохождения через смеситель 806. Посредством увеличения смешивания карбамида с отработавшими газами, поверхности покрытия карбамидом ИКН 808 могут быть более однородными, тем самым повышая эффективность. Система 800 может быть использована в качестве смесителя 68 в варианте осуществления со ссылкой на ФИГ. 1. В таком примере смеситель 806, по существу, равен смесителю 68, и форсунка 804 карбамида расположена ниже по потоку от газового датчика 126 и выше по потоку от смесителя 68. ИКН 808 равен или расположен в устройстве 70 контроля токсичности.
Что касается ФИГ. 9, в системе 900 изображен двигатель 902, соединенный с возможностью гидравлического сообщения с выпускным трактом 904. Двигатель 902 может быть использован в качестве двигателя 10 в варианте осуществления на ФИГ. 1. Двигатель 902 выбрасывает отработавшие газы в выпускной тракт 904 после сгорания. Отработавшие газы проходят через выпускной тракт 904 перед тем как достичь смесителя 906. Отработавшие газы смешиваются в смесителе 906 перед поступлением к газовому датчику 908 ниже по потоку от смесителя. Газовый датчик 908 может быть использован в качестве газового датчика 126 в варианте осуществления на ФИГ. 1. Таким образом, газовый датчик 908 может точно измерять параметры отработавших газов благодаря повышению степени однородности. Например, если газовый датчик 908 - это датчик УДКОГ, то более точно может быть измерено воздушно-топливное отношение по сравнению с измерением воздушно-топливного отношения датчиком 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, чтобы повысить точность показаний датчика или улучшить эффективность устройств доочистки. Посредством установки дополнительной второй ступени ниже по потоку и за счет углового смещения первой ступени отработавшие газы перенаправлены и смешаны множество раз, чтобы повысить общую степень однородности отработавших газов в выпускном тракте. Технический результат от установки смесителя отработавших газов в выпускном тракте состоит в улучшении степени однородности смеси отработавших газов, таким образом, чтобы компоненты ниже по потоку от смесителя могли функционировать более эффективно.
В первом примере в настоящем изобретении рассмотрен смеситель отработавших газов, состоящий из пары цилиндрических трубок перпендикулярно пересекающихся по центральной оси выпускного тракта, причем каждая из цилиндрических трубок содержит впуски, направленные вверх по потоку, рядом со стенкой выпускного тракта и выпуски рядом с пересечением и центральной осью, направленные радиально наружу от центральной оси.
В первом варианте осуществления смеситель по первому примеру включает в себя, в качестве дополнения или альтернативы, пару цилиндрических трубок в качестве первого комплекта цилиндрических трубок, которые полностью пересекаются друг с другом и определяют общую внутреннюю область, соединенную с каждым из впусков и выпусков.
Во втором варианте осуществления, который опционально включает в себя первый вариант осуществления, смеситель по первому примеру, причем смеситель дополнительно содержит второй, отличный от первого комплект цилиндрических трубок, расположенных ниже по потоку и на расстоянии от первого комплекта.
В третьем варианте осуществления изобретения, который опционально включает в себя первый и второй вариант осуществления изобретения, смеситель по первому примеру, в котором второй комплект цилиндрических трубок пересекает по центральной оси выпускного тракта, причем второй комплект содержит впускное отверстие с центром на центральной оси, направленное вверх по потоку, впуск, проходящий в направлении к каждому краю цилиндрических трубок, и пару продолговатых выпусков, расположенных рядом с каждым краем цилиндрических трубок, выпуски направлены в стороны и направлены вверх по потоку не больше, чем вниз по потоку.
В четвертом варианте осуществления изобретения, который опционально включает в себя один или более из 1-3 вариантов осуществления изобретения, смеситель по первому примеру, в котором впуски первого комплекта направлены параллельно потоку отработавших газов.
В пятом варианте осуществления изобретения, который опционально включает в себя один или более из 1-5 вариантов осуществления изобретения, смеситель по первому примеру, в котором второй комплект трубок под углом смещен относительного первого комплекта трубок на 45 градусов по центральной оси.
В шестом варианте осуществления изобретения, который опционально включает в себя один или более из 1-6 вариантов осуществления изобретения, смеситель по первому примеру, в котором первый комплект трубок и второй комплект трубок - это полые трубки.
В седьмом варианте осуществления изобретения, который опционально включает в себя один или более из 1-6 вариантов осуществления изобретения, смеситель по первому примеру, в котором нет других впусков и дополнительных выпусков в первом и втором комплекте трубок, кроме указанных.
В восьмом варианте осуществления изобретения, который опционально включает в себя один или более из 1-7 вариантов осуществления изобретения, смеситель отработавших газов по первому примеру, в котором впуски симметрично расположены относительно друг друга и в котором выпуски симметрично расположены относительно друг друга.
Во втором примере в настоящем изобретении рассмотрен смеситель отработавших газов, содержащий верховую секцию, с первым комплектом пересекающихся трубок, низовую секцию со вторым комплектом пересекающихся трубок, находящимся на расстоянии от верховой секции, причем низовая секция повернута по центральной оси выхлопной трубы относительно первого компонента.
В первом варианте осуществления изобретения смеситель отработавших газов второго, в котором пересекающиеся трубки как верховой секции, так и низовой секции являются полыми и соединены с возможностью гидравлического сообщения с потоком отработавших газов в выхлопной трубе.
Во втором варианте осуществления изобретения, который опционально включает в себя первый вариант осуществления изобретения, смеситель отработавших газов по второму примеру, в котором первый комплект пересекающихся трубок и второй комплект пересекающихся трубок пересекается у центральной оси, таким образом, что четыре примыкающие трубы созданы для первого комплекта и второго комплекта, при этом длина каждой из четырех труб равна длине остальных.
В третьем варианте осуществления, который опционально включает в себя первый и/или второй вариант осуществления изобретения, смеситель отработавших газов по второму примеру, в котором каждая труба из первого комплекта верховой секции содержит продолговатые впускные отверстия рядом с краем каждой из труб, направленные противоположно потоку отработавших газов в выхлопной трубе, и в котором верховая секция содержит угловые выпуски рядом с центральной осью.
В четвертом варианте осуществления изобретения, который опционально включает в себя 1-3 варианты осуществления изобретения, смеситель отработавших газов по второму примеру, в котором каждая из труб второго комплекта низовой секции содержит продолговатые выпуски, расположенные по краю каждой из труб и направленные перпендикулярно центральной оси, и низовая секция дополнительно содержит отверстие в форме четырехконечной звезды, расположенное рядом с пересечением труб, с центром на центральной оси.
В пятом варианте осуществления изобретения, который опционально включает в себя 1-4 варианты осуществления изобретения, смеситель отработавших газов второй ступени, в котором верховая секция и низовая секция имеют профиль поперечного сечения в форме перекрестия.
В шестом варианте осуществления изобретения, который опционально включает в себя 1-5 варианты осуществления изобретения, смеситель отработавших газов по второму примеру, в котором верховая секция и низовая секция прикреплены к выпускному каналу без возможности поворота.
В седьмом варианте осуществления изобретения, который опционально включает в себя 1-6 варианты осуществления изобретения, смеситель отработавших газов по второму примеру, в котором верховая секция и низовая секция - неподвижные компоненты смесителя.
В третьем примере в настоящем изобретении рассмотрен смеситель отработавших газов, содержащий первую секцию, расположенную выше по потоку от второй секции относительно направления потока отработавших газов, первая секция содержит две перпендикулярно пересекающихся цилиндрических трубы, причем первая секция дополнительно содержит четыре угловых отверстия рядом с пересечением цилиндрических труб и четыре продолговатых отверстия, причем одно продолговатое отверстие расположено рядом с краем трубы, вторая секция содержит две перпендикулярно пересекающихся цилиндрических трубы, причем вторая секция дополнительно содержит восемь отверстий, расположенных рядом с краем каждой из труб второй секции, и одно отверстие в форме четырехконечной звезды, расположенное по центру второй секции, причем каждый конец отверстия в форме четырехконечной звезды проходит в направлении к краю труб второй секции.
В первом варианте осуществления изобретения смеситель отработавших газов по третьему примеру, в котором первая секция и вторая секция физически соединена с трубой смесителя, которая расположена с возможностью скольжения в выпускном тракте и находится в поверхностном контакте с выпускным трактом.
Во втором варианте осуществления изобретения, который опционально включает в себя первый вариант осуществления изобретения, смеситель отработавших газов по третьему примеру, в котором отработавшие газы смешиваются в трубах первой секции перед поступлением во вторую секцию, где отработавшие газы дополнительно смешиваются в трубах второй секции перед выходом из смесителя отработавших газов.
Следует отметить, что содержащиеся в настоящей заявке примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или автомобиля. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут быть сохранены как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполнены управляющей системой, состоящей из контроллера и комбинации различных датчиков, приводов и других аппаратных средств двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой любое количество стратегий обработки, таких как событийные, с управлением по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.п. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных особенностей и преимуществ, раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Более того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память среды хранения машиночитаемых данных компьютера в управляющей системе двигателя, в которой раскрытые действия могут быть выполнены посредством исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты аппаратного обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.
Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена 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 раскрытия изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считают новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «какой - либо» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения могут содержать один или несколько указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов формулы изобретения или путем представления новых пунктов формулы изобретения в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются помещенными в предмет настоящего изобретения.
1. Смеситель отработавших газов, содержащий:
пару цилиндрических трубок, перпендикулярно пересекающихся по центральной оси выпускного тракта, причем каждая из цилиндрических трубок содержит впуски, направленные вверх по потоку и расположенные рядом со стенкой выпускного тракта, и выпуски, расположенные рядом с пересечением и центральной осью и направленные радиально наружу от центральной оси.
2. Смеситель по п. 1, в котором пара цилиндрических трубок представляет собой первый комплект цилиндрических трубок, которые полностью пересекаются друг с другом и определяют общую внутреннюю область, соединенную с каждым из впусков и выпусков.
3. Смеситель по п. 2, дополнительно содержащий второй, отличный комплект цилиндрических трубок, расположенный ниже по потоку и на расстоянии от первого комплекта.
4. Смеситель по п. 3, в котором трубки второго комплекта цилиндрических трубок пересекаются по центральной оси выпускного тракта, причем второй комплект цилиндрических трубок содержит впускное отверстие с центром на центральной оси, направленное вверх по потоку, причем впускное отверстие проходит в направлении к каждому краю цилиндрических трубок, и пару продолговатых выпусков, расположенных рядом с каждым краем цилиндрических трубок, причем выпуски направлены в стороны и направлены вверх по потоку не больше, чем вниз по потоку.
5. Смеситель по п. 3, в котором впуски первого комплекта цилиндрических трубок направлены параллельно потоку отработавших газов.
6. Смеситель по п. 3, в котором второй комплект цилиндрических трубок смещен под углом относительно первого комплекта цилиндрических трубок на угол 45 градусов по центральной оси.
7. Смеситель по п. 3, в котором цилиндрические трубки первого и второго комплектов полые.
8. Смеситель по п. 4, в котором отсутствуют другие впуски и дополнительные выпуски в первом и втором комплектах цилиндрических трубок, за исключением указанных.
9. Смеситель по п. 1, в котором впуски расположены симметрично относительно друг друга и выпуски расположены симметрично относительно друг друга.
10. Смеситель отработавших газов, содержащий:
верховую секцию с первым комплектом пересекающихся трубок; низовую секцию со вторым комплектом пересекающихся трубок на расстоянии от верховой секции, причем низовая секция повернута вокруг центральной оси трубы смесителя относительно верховой секции, причем верховая секция и низовая секция имеют поперечное сечение в форме перекрестия.
11. Смеситель отработавших газов по п. 10, в котором пересекающиеся трубки как верховой секции, так и низовой секции - полые и соединены с возможностью гидравлического сообщения с потоком отработавших газов в трубе смесителя.
12. Смеситель отработавших газов по п. 11, в котором первый комплект пересекающихся трубок и второй комплект пересекающихся трубок пересекаются на центральной оси таким образом, что для первого второго комплектов пересекающихся трубок созданы четыре примыкающие трубы, при этом длины каждой из четырех труб равны.
13. Смеситель отработавших газов по п. 12, в котором каждая труба из первого комплекта верховой секции содержит продолговатые впускные отверстия рядом с краем каждой из труб, направленные противоположно потоку отработавших газов в трубе смесителя, причем верховая секция содержит угловые выпуски рядом с центральной осью.
14. Смеситель отработавших газов по п. 12, в котором каждая из труб второго комплекта низовой секции содержит продолговатые выпуски, расположенные по краю каждой из труб и направленные перпендикулярно центральной оси, причем низовая секция дополнительно содержит отверстие в форме четырехконечной звезды, расположенное рядом с пересечением трубок, с центром на центральной оси.
15. Смеситель отработавших газов по п. 10, в котором верховая секция и низовая секция прикреплены к выпускному каналу без возможности поворота.
16. Смеситель отработавших газов по п. 10, в котором верховая секция и низовая секция представляют собой стационарные и неподвижные компоненты смесителя.
17. Смеситель отработавших газов, содержащий:
первую секцию, расположенную выше по потоку от второй секции относительно направления потока отработавших газов;
причем первая секция содержит две перпендикулярно пересекающихся цилиндрических трубы, причем первая секция дополнительно содержит четыре угловых отверстия рядом с пересечением цилиндрических труб и четыре продолговатых отверстия, причем одно продолговатое отверстие расположено рядом с краем трубы;
вторая секция содержит две перпендикулярно пересекающихся цилиндрических трубы, причем вторая секция дополнительно содержит два отверстия, расположенные рядом с краем каждой из труб второй секции, причем всего восемь отверстий для всех труб второй секции, и одно отверстие в форме четырехконечной звезды, расположенное в центре второй секции, причем каждый конец отверстия в форме звезды проходит в направлении к краю труб второй секции.
18. Смеситель отработавших газов по п. 17, в котором первая секция и вторая секция физически соединены с трубой смесителя, которая расположена с возможностью скольжения в выпускном тракте и находится в поверхностном контакте с выпускным трактом.
19. Смеситель отработавших газов по п. 17, выполненный с возможностью смешивания отработавших газов в трубах первой секции перед поступлением во вторую секцию и дополнительного смешивания отработавших газов в трубах второй секции перед выходом из смесителя отработавших газов.
