CN1788145A - 具有至少一个测量传感器的多路排气系统、具有用于至少一个测量传感器的凹槽的蜂窝体和用于运行多路排气系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多路排气系统，该系统具有至少两个基本上相互隔开的排气管路(10，11)和至少一个用于测量废气的至少一个特征值的测量传感器(15，16)，其中至少一个测量传感器(15)可与至少两个排气管路(10、11)接触。根据本发明的排气系统具有至少一个用来确定两个或多个不同排气管路(10、11)中的废气的至少一个特征值的测量传感器(15，16)，因此与在每个排气管路(10、11)内都设置测量传感器(15、16)相比，可以显著减少用以监测在多个排气管路(10、11)内的至少一个特征值所需的设计费用。

Description

具有至少一个测量传感器的多路排气系统、 具有用于至少一个测量传感器的凹槽的蜂窝体和 用于运行多路排气系统的方法
技术领域
本发明涉及一种具有至少一个测量传感器的多路排气系统，一种具有用于至少一个测量传感器的凹槽的蜂窝体，以及一种用于运行多路排气系统的方法。
背景技术
在许多国家，尤其是在人口聚居区，机动车辆废气排放成为影响空气质量的一个问题。因此，在过去几年中许多国家都制定了排放极限值，机动车辆废气中的有害物质成分不允许超过此排放极限值。可以通过采用用来转化有害物质的催化转化器等来满足这些极限值。排放极限值变得越来越严格，这意味着，使废气转化以提高有害物质转化率所需的费用增加。为了确保满足排放极限值的要求，采取了这样的措施，即使用测量传感器例如λ传感器、温度传感器或氮氧化物(NOx)浓度传感器确定废气的特征值。
为了转化废气，大多采用蜂窝体作为催化剂基体，该蜂窝体具有至少部分地允许流体流过的空腔。这种蜂窝体主要由陶瓷材料或金属箔制成。尤其对两种常见形式的金属蜂窝体加以区别。DE2902779A1示出其典型例子的早期的结构形式是螺旋状的结构形式，其中基本上是一个光滑的金属板层和一个波纹状金属板层彼此叠置并螺旋形地卷绕。在另一种结构形式中，蜂窝体由许多交替设置的光滑的和形成波纹的或形成不同波纹的金属板层构成，其中金属板层首先形成一个或多个堆叠，然后这些堆叠相互卷绕。其中，所有金属板层的端部位于外部并可连接到一壳体或管状壳体，由此形成大量的连接部，所述连接部提高了蜂窝体的耐久性。在EP0245737B1或WO90/03220中描述了这种形式的典型例子。长久以来还已知，金属板层可配备有附加的结构，以便控制流动和/或实现各流动通道之间的横向混合。这种构型的典型例子包括WO91/01178，WO91/01807和WO90/08249。最后，还存在圆锥形形式的蜂窝体，在适当时这种蜂窝体也可具有其它用来控制流动的附加结构。例如，在WO97/49905中描述了这种蜂窝体。此外，还已知在蜂窝体中留出用于传感器、尤其是用来安装λ传感器的凹槽。在DE8816154U1中描述了一个这样的例子。
在多路排气系统，即废气至少在排气系统的部分区域内在至少两个隔开的系统中流动的排气系统中，必须在每个废气管路中形成一个这样的蜂窝体，或者在排气系统内安装具有多个流动区的蜂窝体以使得每个单独的流动区与一个排气管路连接。在这种情况下，尤其从DE19755126A1已知一种具有两个流动区的蜂窝体，这两个流动区彼此同心并通过一内管隔开。EP0835366B1提出，流动区不是通过附加结构措施例如内管隔开，而是通过一隔板这样使流动区隔开，即该隔板与蜂窝体的一端壁共同作用以是所述隔板与通道空腔的壁形成一密封部。
更严格的排放极限值，特别是与OBD2(第二代车载诊断系统)概念相结合，可能使得尤其有必要确定在废气转化的上游和下游、具体地是在蜂窝体的上游和下游的废气的特征值。尤其在多路、例如两路排气系统中，这造成费用很高，因为在这种情况下需要使用不止两个传感器，而且需要使用多个测量传感器，这不仅造成设计费用很高，尤其导致高的制造和维护费用。此外，随着测量传感器数量的增加，系统出现故障的可能性也加大。
发明内容
基于上述问题，本发明的目的是提出一种多路排气系统，该系统可以用尽可能小的设计费用监测多个排气管路中的废气的至少一个特征值。此外，本发明的目的是提出一种相应的蜂窝体和一种用来运行多路排气系统的相应方法。
这些目的通过具有权利要求1的特征的排气系统、具有权利要求11的特征的蜂窝体和具有权利要求14的特征的方法实现。有利的改进方案是相应的从属权利要求的内容。
根据本发明的多路排气系统具有至少两个基本上相互隔开的排气管路，以及至少一个用于废气的至少一个特征值的测量传感器，其中至少一个测量传感器可与至少两个排气管路接触。
根据本发明的排气系统有利地允许使用一个测量传感器确定两个或多个排气管路中的特征值。在多路排气系统中，在任何确定时刻，总是有一个排气管路在工作，即有废气进入。因此实际上在任何时刻废气都不会流入一个以上排气管路。由于可与多个排气管路连接的测量传感器的测量值的时间分辨率，这个事实允许将由测量传感器提供的测量数值与相应的排气管路精确地对应。这可以通过简单的方法做到，这是因为，一方面已知哪个排气管路在什么时刻有废气流过，另一方面可以确定废气从内燃机到达测量传感器采集数据的测量位置所需的行进时间。因此在传感器具有足够的时间分辨率的情况下，可以将测量传感器的测量数据与排气管路相对应。因此在一个测量位置可以仅使用一个测量传感器确定多个排气管路中废气的特征值，例如相对氧含量、NOx含量、碳氢化合物(HC)含量或者温度，从而不必为设置其它的测量传感器而花费成本。此外，排气系统的制造比较简单，因为只需形成较少的测量传感器安装部，所述安装部在总是例如系统密封上的潜在的故障源。而且，系统的可靠性增加不仅是在系统的密封性上，而且还由于只需采用较少的测量传感器，从而在测量传感器采集的数据量相同的情况下，测量传感器出现故障的危险在总量上减少了。
根据本发明的排气系统的一种有利的实施形式，在所述至少两个排气管路中形成至少一个具有第一端面、第二端面和在这些端面之间延伸并至少部分地允许流体流过的空腔的蜂窝体。在这种情况下，尤其优选形成具有至少两个以彼此大致气密地封闭的流动区的蜂窝体，其中至少第一流动区与第一排气管路连接，第二流动区与第二排气管路连接，并且排气管路通过第一隔离装置相互隔开，流动区通过第二隔离装置相互隔开。
这有利地允许在具有不同流动区的单个蜂窝体内进行多路排气系统中的废气中的有害物质的催化转化。例如，这可以通过将第二隔离装置做成沿轴向穿过整个蜂窝体并从而确保流动区被隔开的附加部件而实现。作为示例，可以形成同心的流动区，其中第二隔离装置形成圆柱形的中间管。另一个例子是由两个半圆柱形的半壳构成蜂窝体，其侧面由一壁限定。也可以不采用附加的结构措施实现流动区的分隔，例如通过与蜂窝体共同作用以形成迷宫形密封件的合适的连接装置。
此外，如果通过合适的连接装置保证形成一种迷宫形密封件，则第二隔离装置也可以由空腔壁本身组成。例如，这可以通过在蜂窝体端面上形成一槽以与相应的连接装置相互作用而保证。
根据排气系统的一种有利的实施形式，在第一隔离装置内，优选在至少一个蜂窝体的一个端面附近，设置至少一个测量传感器。
例如，第一隔离装置可以包括一公共壁，一测量传感器安装在该壁内，并且该壁将两个或多个排气管路隔开。如果仅形成一个蜂窝体用于多个排气管路，则至少一个测量传感器设置在蜂窝体的端面附近是有利的，因为在这种情况下不需要较大的结构费用就能够确保来自多个排气管路的废气与测量传感器接触。
根据本发明的排气系统的另一种有利的实施形式，在第二隔离装置内，优选在至少一个蜂窝体的一个端面附近，设置至少一个测量传感器。
在第二隔离装置内设置至少一个测量传感器是有利的，因为这样可以简单地使测量传感器与多个排气管路中的废气接触。以这种方式在蜂窝体的端面附近设置至少一个测量传感器可以有利地用以实质地在催化转化之前和/或之后确定废气的特征值。
根据排气系统的另一种有利结构，至少一个测量传感器设置在距离蜂窝体的端面一可预先规定的最小距离处。
尤其是在待确定的特征值是储存在蜂窝体内的废气组分例如氮氧化物(NOx)的浓度的情况下，在至少一个测量传感器与蜂窝体的一个端面、具体地气体出口侧的端面之间设置可预先规定的最小距离是有利的。如果该最小距离选择适当，则即使测量传感器检测出废气组分的预先规定的最小浓度，仍可以保证流过用作储存器的蜂窝体的这种组分不会中断。
根据本发明的排气系统的另一种有利的实施形式，至少一个测量传感器是λ传感器。
根据本发明的排气系统的另一种有利的实施形式，至少一个测量传感器是氮氧化物(NOx)浓度传感器。
根据本发明的排气系统的另一种有利的实施形式，至少一个测量传感器是温度传感器。
也可以将上述类型的传感器相互组合，使得例如第一测量传感器设计成λ传感器，第二测量传感器设计成温度传感器。设置例如作为λ传感器工作同时确定NOx浓度和/或温度的复合式测量传感器也是可行的，并包括在本发明的范围内。设置确定废气特征值的可能的其它类型的测量传感器也是可行的，并包括在本发明的范围内。
根据本发明的排气系统的另一种有利的实施形式，第一测量传感器设置在沿流动方向所述至少一个蜂窝体上游第一隔离装置内，或在距离第一端面一第一距离处设置在第二隔离装置内，第二测量传感器设置在沿流动方向所述至少一个蜂窝体下游第一隔离装置内，或在距离第二端面一第二距离处设置在第二隔离装置内。
根据本发明构思的另一方面，提供一种具有第一端面、第二端面和在第一端面与第二端面之间延伸并至少部分地允许流体流过的空腔的蜂窝体，该蜂窝体尤其用作内燃机的多路排气系统内的催化剂基体，其中第二隔离装置将蜂窝体的第一流动区与第二流动区隔开，其特征在于，在第二隔离装置的区域内形成至少一个用于测量传感器的凹槽，使得在第一流动区内流动的废气和在第二流动区内流动的废气都与安装在此凹槽内的测量传感器接触。
根据本发明的蜂窝体的一种有利的实施形式，在所述至少一个凹槽内安装至少一个测量传感器。
根据本发明的蜂窝体的另一种有利结构，所述至少一个测量传感器是λ传感器、氮氧化物(NOx)浓度传感器和/或温度传感器。
设置一个或多个组合了λ传感器、NOx浓度传感器和/或温度传感器的测量传感器尤其有利。优选将测量传感器设置在气体入口侧和气体出口侧附近相应的凹槽内。
本发明的构思的另一方面提供一种运行内燃机的多路排气系统的方法，该方法使用至少两个测量传感器测量分别在一个测量位置处废气的至少一个特征值，其中使用至少一个测量传感器测量至少两个排气管路中的废气的特征值。
根据本发明的方法的另一种有利的实施形式，确定废气中的氧气/燃料比、氮氧化物含量和/或温度。
根据本方法的另一种有利的实施形式，根据内燃机的运行数据和排气系统的状态数据使测量传感器的测量数据与排气管路相对应。
由内燃机的运行数据可以容易地确定废气从其进入特定的排气管路的气缸的点火时刻，因此可以知道，什么时间哪个排气管路有废气流过。由排气系统的状态数据，例如排气管路的长度和形状，以及内燃机相应的运行数据，可以确定废气到达测量传感器的运行时间，从而确定特定排气管路的废气与测量传感器接触的时刻，由此使由测量传感器测量的数据与该排气管路相对应。在这种情况下，上述废气到达测量传感器所需的时间可以通过经验法或分析法确定。因此可以以简单的方式使用一个测量传感器确定两个或多个排气管路内的废气的特征值。
针对根据本发明的排气系统所述的所有优点同样也适用于根据本发明的蜂窝体和根据本发明的方法，反之亦然。
附图说明
下面参照附图说明本发明的其它优点和尤其优选的实施例，但本发明并不局限于这些实施例。图中：
图1示出根据本发明的蜂窝体的端侧视图；
图2示出蜂窝体的局部；以及
图3示意性示出根据本发明的排气系统的剖视图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的蜂窝体1的端侧视图。蜂窝体1包括固定在管状壳体3内的蜂窝结构2。如图2详细所示，蜂窝结构2由基本上光滑的金属板层4和形成结构的金属板层5构成，所述金属板层形成废气可流过的通道6。为了清楚起见，在图1中没有示出形成构造的金属板层5。
在本示例性实施例中，蜂窝结构2通过交替堆叠光滑金属板层4和形成结构的金属板层5，然后使两个堆叠沿相同方向卷绕在一起而形成。然而，也可以使用金属或陶瓷蜂窝体1的其它结构形式，它们也包括在本发明的范围内。
第一隔离装置9的第一部分8安装在蜂窝体1的第一端面7上，该第一隔离装置将两个排气管路10、11相互隔开。从内燃机的特定气缸排出的废气流过各排气管路10、11。在该示例性实施例中，第一部分8设计成紧靠在端面7上的金属板。蜂窝体1被分为第一流动区12和第二流动区13，它们形成排气系统的不同排气管路10、11的一部分。两个流动区12、13通过第二隔离装置14隔开，在本示例性实施例中该第二隔离装置由通道6的壁构成，所述通道6由光滑金属板层4和形成结构的金属板层5形成并位于第一隔离装置9的第一部分8的下游。由于第一部分8不是与相应通道6的壁完全重叠，在第一流动区12与第二流动区13之间可能会发生轻微的泄漏，但是这种泄漏是无关紧要的，因为在两个流动区12、13内都进行废气转化，因此不会导致未转化废气的损失，即不希望的有害物质排放。为了提高密封性，第一端面7可以这样开槽，使得通过与嵌入其内部的第一隔离装置9的第一部分8共同作用而形成一种迷宫形密封。
从图3中可以看出，在第一隔离装置9的第一部分8内设置有第一测量传感器15，该传感器在轴向上位于蜂窝体1的第一端面7的前面，因此在蜂窝体1上游。从而第一测量传感器15既与在第一排气管路10中流动的废气接触，又与在第二排气管路11中流动的废气接触，因此可以仅用一个测量传感器15确定在多个排气管路10、11内的废气在蜂窝体1内催化转化之前的特征值。
例如通过已知哪个排气管路10、11在什么时刻有废气流过，由测量传感器15提供的测量数据与排气管路10、11相对应。还可以根据内燃机的运行数据确定废气以怎样的平均流动速度流过相应的排气管道10、11。然而，由于排气管路10、11的长度和几何形状是已知的，因此能够容易地使第一测量传感器15采集数据的时刻与废气到达第一测量传感器15采集数据的测量位置的运行时间相关联，从而通过这种方式还可以知道在特定时刻第一测量传感器15的数据与哪个排气管路10、11相对应。
此外，如图3所示，存在至少一个在本示例性实施例中设置在第二隔离装置14内的第二测量传感器16。第二隔离装置14仅以虚线表示，以便表明，在本示例性实施例中第二隔离装置并非由附加的单独的部件组成，而是由位于第一隔离装置9的第一部分8下游或之间的通道6的壁形成。然而，将第二隔离装置14设计成附加部件，例如隔板或者在流动区12、13同心布置时做成隔离管，同样是可以的，这些选择同样包括在本发明的范围内。在这种情况下应该指出，在第二隔离装置同心设置的情况下，所述至少一个测量传感器15、16也具有环形截面。
第二测量传感器16既可采集来自作为第一排气管路10一部分的第一流动区12的数据，又可采集来自作为第二排气管道11一部分的第二流动区13的数据。第二测量传感器16的数据可以以与上面对第一测量传感器15所述相类似的方式分与排气管路10、11相对应，但是，在将两个测量传感器15、16的数据与排气管路10、11相对应时，也可以采用其它部件例如流量传感器等。
在该示例性实施例中，第一测量传感器15设置在第一隔离装置9内，第二测量传感器16设置在第二隔离装置14内。同样可以将两个测量传感器15、16都设置在第一隔离装置9内或第二隔离装置14内，或者将第一测量传感器15设置在第二隔离装置14内而将第二测量传感器16设置在第一隔离装置9内，这同样属于本发明的范围。在测量传感器15、16设置在第一隔离装置9内的情况下，它/它们设置在第一部分8内还是排气管路10、11之间的隔板17内则是无关紧要的。
测量传感器15、16可以是例如λ传感器、温度传感器和/或氮氧化物(NOx)浓度传感器。每个测量传感器15、16也可以是这些和/或其它传感器的组合。
在特定的应用场合下，可能需要将蜂窝体1设计成用于废气的一种或多种组分的储存器，例如可再生的NOx储存器。尤其在这种情况下，将第二测量传感器16设置在距离气体出口侧的第二端面19一可预先规定的最小距离处可能是有利的。在这种情况下，当第二测量传感器16处超过最小浓度时，可以起动NOx储存器的再生，而不使NOx通过蜂窝体1的第二端面19流出。
根据本发明的排气系统具有至少一个用来确定两个或多个不同排气管路10、11中的废气的至少一个特征值的测量传感器15、16，因此与在每个排气管路10、11内都设置测量传感器15、16相比，可以显著减少用以监测在多个排气管路10、11内的至少一个特征值所需的设计费用。
附图标记
1  蜂窝体
2  蜂窝结构
3  管状壳体
4  基本上光滑的金属板层
5  形成结构的金属板层
6  通道
7  第一端面
8  第一隔离装置的第一部分
9  第一隔离装置
10 第一排气管路
11 第二排气管路
12 第一流动区
13 第二流动区
14 第二隔离装置
15 第一测量传感器
16 第二测量传感器
17 隔板
18 最小距离
19 第二端面

Claims (16)

1.一种多路排气系统，该系统具有至少两个基本上相互隔开的排气管路(10，11)和至少一个用于测量废气的至少一个特征值的测量传感器(15，16)，其特征在于，至少一个测量传感器(15)可与至少两个排气管路(10，11)接触。
2.根据权利要求1所述的排气系统，其特征在于，在所述至少两个排气管路(10，11)内设置有至少一个蜂窝体(1)，该蜂窝体具有第一端面(7)、第二端面(19)和在所述端面之间延伸并至少部分地允许流体流过的空腔(6)。
3.根据权利要求2所述的排气系统，其特征在于，形成有具有至少两个以彼此接近气密地封闭的流动区(12，13)的蜂窝体(1)，其中至少第一流动区(12)与第一排气管路(10)连接，第二流动区(13)与第二排气管路(11)连接，并且排气管路(10，11)通过第一隔离装置(9)相互隔开，流动区(12，13)通过第二隔离装置(14)相互隔开。
4.根据权利要求3所述的排气系统，其特征在于，在所述第一隔离装置(9)内，优选在所述至少一个蜂窝体(1)的端面(7，19)附近，设置有至少一个测量传感器(15)。
5.根据权利要求3或4所述的排气系统，其特征在于，在所述第二隔离装置(14)内，优选在所述至少一个蜂窝体(1)的端面(7，19)附近，设置有至少一个测量传感器(16)。
6.根据权利要求5所述的排气系统，其特征在于，所述至少一个测量传感器(16)设置在距离所述蜂窝体的一个端面(7，19)一可预先规定的最小距离(18)处。
7.根据上述权利要求中任一项所述的排气系统，其特征在于，至少一个测量传感器(15，16)是λ传感器。
8.根据上述权利要求中任一项所述的排气系统，其特征在于，至少一个测量传感器(15，16)是氮氧化物(NOx)浓度传感器。
9.根据上述权利要求中任一项所述的排气系统，其特征在于，至少一个测量传感器(15，16)是温度传感器。
10.根据上述权利要求3至9中任一项所述的排气系统，其特征在于，第一测量传感器(15，16)沿流动方向在至少一个蜂窝体(1)的上游设置在第一隔离装置(9)内，或在距离第一端面(7)第一距离处设置在第二隔离装置(14)内；第二测量传感器(15，16)沿流动方向在至少一个蜂窝体(1)的下游设置在第一隔离装置(9)内或在距离第二端面(19)第二距离处设置在第二隔离装置(14)内。
11.一种蜂窝体，具有第一端面(7)、第二端面(19)和在第一端面(7)与第二端面(19)之间延伸并至少部分地允许流体流过的空腔(6)，该蜂窝体尤其用作内燃机多路排气系统中的催化剂基体，其中第二隔离装置(14)将蜂窝体(1)的第一流动区(12)与第二流动区(13)隔开，其特征在于，在第二隔离装置(14)区域内形成有至少一个用于测量传感器(15，16)的凹槽，从而在第一流动区(12)内流动的废气和在第二流动区(13)内流动的废气都与可装在该凹槽内的测量传感器(15，16)接触。
12.根据权利要求11所述的蜂窝体，其特征在于，在所述至少一个凹槽内安装有至少一个测量传感器(15，16)。
13.根据权利要求12所述的蜂窝体，其特征在于，所述至少一个测量传感器(15，16)是λ传感器、氮氧化物(NOx)浓度传感器和/或温度传感器。
14.一种用来运行内燃机的多路排气系统的方法，该方法使用至少两个测量传感器(15，16)测量分别在一个测量位置处废气的至少一个特征值，其中使用至少一个测量传感器(15，16)测量至少两个排气管路(10，11)中的废气的特征值。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在所述方法中确定废气中的空燃比、氮氧化物浓度和/或温度。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，在所述方法中，根据内燃机的运行数据和排气系统的状态数据使所述测量传感器(15，16)的测量数据与排气管路(10，11)相对应。
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