RU2645123C2 - Способ и устройство для эксплуатации датчика для определения компонентов отработавших газов, в частности, для автомобиля - Google Patents

Способ и устройство для эксплуатации датчика для определения компонентов отработавших газов, в частности, для автомобиля Download PDF

Info

Publication number
RU2645123C2
RU2645123C2 RU2013150109A RU2013150109A RU2645123C2 RU 2645123 C2 RU2645123 C2 RU 2645123C2 RU 2013150109 A RU2013150109 A RU 2013150109A RU 2013150109 A RU2013150109 A RU 2013150109A RU 2645123 C2 RU2645123 C2 RU 2645123C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
exhaust gas
sensor
measuring space
gas
exhaust
Prior art date
Application number
RU2013150109A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013150109A (ru
Inventor
Андреас ДЕРИНГ
Original Assignee
Ман Трак Унд Бас Аг
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ман Трак Унд Бас Аг filed Critical Ман Трак Унд Бас Аг
Publication of RU2013150109A publication Critical patent/RU2013150109A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2645123C2 publication Critical patent/RU2645123C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/10—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame
    • G01M15/102—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame by monitoring exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/008—Mounting or arrangement of exhaust sensors in or on exhaust apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/146—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration
    • F02D41/1463—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration of the exhaust gases downstream of exhaust gas treatment apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2550/00—Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
    • F01N2550/14—Systems for adding secondary air into exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/05—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being a particulate sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/16—Control of the pumps by bypassing charging air
    • F02B37/168—Control of the pumps by bypassing charging air into the exhaust conduit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F02D41/222—Safety or indicating devices for abnormal conditions relating to the failure of sensors or parameter detection devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области очистки отработанных газов двигателя внутреннего сгорания. Изобретение относится к способу и устройству для эксплуатации датчика (7), предусмотренного в системе выпуска отработавших газов двигателя (1) внутреннего сгорания для определения выбросов, содержащихся в потоке отработавших газов, в частности, оксидов азота, аммиака, кислорода и/или сажи. В промежутке между фазами измерения датчик (7) по меньшей мере в значительной степени освобождается от потока отработавших газов, причем длительность и/или частота фаз измерения устанавливается в зависимости от рабочих параметров двигателя (1) внутреннего сгорания и/или системы регулирования отработавших газов. Измерительное пространство (6), окружающее датчик (7), сразу же вслед за фазой измерения подвергается воздействию продувочного газа, находящегося под давлением, вследствие чего отработавший газ, присутствующий в измерительном пространстве, вытесняется из измерительного пространства в поток отработавших газов. При использовании изобретения продлевается срок службы датчика.3 н. и 14 з. п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к способу эксплуатации датчика, в частности датчика NOx (датчика оксидов азота), для определения компонентов отработавших газов, в частности для автомобиля, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, а также к устройству для эксплуатации такого датчика согласно ограничительной части пункта 11 формулы изобретения.
Наряду с твердыми частицами оксиды азота относятся к лимитированным компонентам отработавших газов, которые возникают во время процессов сгорания и допустимые выбросы которых все более сокращаются. Для минимизации содержания этих компонентов отработавших газов в двигателях внутреннего сгорания, эксплуатируемых в автомобилях, в настоящее время используются различные способы. Уменьшение содержания оксидов азота может осуществляться с помощью каталитических систем, причем в отработавший газ дополнительно вводятся восстановители. Эти способы известны под собирательным понятием способ SCR, причем SCR означает «селективное каталитическое восстановление». Подробное описание таких способов приводится в патенте DE 3428232 А1.
В качестве восстановителей на практике используются аммиак или соединения, содержащие аммиак, такие как мочевина или формиат аммония в твердом виде или в растворе.
Для проведения эффективной каталитической реакции, например с целенаправленной добавкой мочевины, с помощью датчиков NOx необходимо добиться определения выбросов NOx. В патенте DE 10100420 А1 описан способ управления системой нейтрализации отработавших газов, в которой в зависимости от состояния двигателя внутреннего сгорания и/или системы нейтрализации отработавших газов подводится задаваемое количество восстановителя.
Используемые датчики NOx очень чувствительны к щелочным и щелочно-земельным металлам, которые наносят им необратимые повреждения. Щелочные и щелочно-земельные металлы через топливо и моторное масло попадают в отработавший газ, а оттуда вступают в контакт с датчиками NOx, установленными в системе выпуска отработавших газов. В частности, при использовании тяжелого дизельного топлива, присутствующего в мощных судовых двигателях, в систему выпуска отработавших газов попадают большие количества металла, приводящие к повреждению установленных там датчиков NOx.
Из патента US 2005/0262833 А1 известен способ эксплуатации датчика NOx, в котором датчик NOx лишь периодически подвергается воздействию потока отработавших газов в байпасном трубопроводе газоотводного канала. Во время перерывов между измерениями устанавливается сообщение с окружающим воздухом.
Документ US 7610142 B1 раскрывает самокалибрирующуюся сенсорную систему, в которой транспортное средство содержит двигатель, воздушный компрессор, датчик выхлопных газов и устройство самокалибровки для датчика отработавших газов. Если необходимо осуществить контроль самокалибровки, блок управления открывает клапан, чтобы осуществить обтекание чувствительного элемента датчика подаваемым газом с известной концентрацией газа. Сигналы концентрации газа от датчика сравниваются со значениями известной концентрации, причем результаты используются для повторной калибровки датчика.
В основу изобретения положена задача создания наиболее эффективного способа эксплуатации датчика для определения компонентов отработавших газов, в частности для определения NOx, в системе выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, в частности двигателя внутреннего сгорания автомобиля, с помощью которого может быть продлен срок службы датчика.
Решение этой задачи достигается с помощью признаков, приведенных в пункте 1 формулы изобретения. Особенно предпочтительные усовершенствованные варианты осуществления способа согласно изобретению раскрываются в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно пункту 1 формулы изобретения предусмотрено, чтобы измерительное пространство, окружающее датчик, в частности датчик NOx, сразу же вслед за фазой измерения подвергалась воздействию продувочного газа, находящегося под давлением, благодаря чему отработавший газ, присутствующий в измерительном пространстве, вытесняется из измерительного пространства в поток отработавших газов. Поток отработавших газов воздействует на датчик, например на датчик NOx, только во время заданных фаз измерения, причем датчик в промежутке между фазами измерения освобождается от отработавшего газа. При этом длительность и/или частота фаз измерения предпочтительно устанавливаются в зависимости от рабочих параметров двигателя внутреннего сгорания. В случае двигателей внутреннего сгорания, эксплуатируемых в течение длительных периодов времени с постоянной нагрузкой и частотой вращения, для фаз измерения достаточны большие интервалы времени, так что в относительно большие периоды времени между фазами измерения датчик не подвержен никакой нагрузке со стороны отработавших газов, благодаря чему достигается значительное увеличение срока его службы. Если же двигатель внутреннего сгорания, наоборот, находится в изменяемом, то есть не в стационарном, режиме работы, могут предусматриваться следующие друг за другом кратковременные фазы измерения. Однако в принципе существует также возможность продлевать фазы измерения настолько, чтобы критические режимы работы постоянно контролировались датчиком. Тем самым способ эксплуатации датчика может быть приспособлен к соответствующим требованиями таким образом, чтобы данные измерений, необходимые для нейтрализации отработавших газов, надежно и всеобъемлюще определялись даже при различных режимах работы двигателя внутреннего сгорания.
При этом особенно предпочтительно, чтобы датчик в промежутке между фазами измерения, в частности во время коротких перерывов между измерениями, когда он не подвержен воздействию отработавших газов, освобождался от окружающего его отработавшего газа с помощью продувочного газа, предпочтительно воздуха. Тем самым обеспечивается то, что во время перерывов между измерениями вредные составляющие отработавших газов практически не воздействуют на датчик и достигается повышение срока службы.
В способе согласно изобретению может быть также предусмотрено, чтобы во время калибровочных фаз калибровочный газ подавался в измерительное пространство, окружающее датчик. Эта калибровка может проводиться через большие интервалы времени для компенсации изменений качества измерений в результате калибровки датчика, зависящих, например, от срока службы.
Подача в датчик продувочного газа может осуществляться посредством воздуходувки или компрессора. Если в качестве продувочного газа используется воздух, то этот воздух может отбираться из воздушного потока компрессора, в частности, если он в любом случае предназначен для наддува двигателя внутреннего сгорания.
Длительность и/или частота фаз измерения могут осуществляться также в зависимости от системы выпуска отработавших газов, причем состояние всей системы предпочтительно используется для управления длительностью и/или частотой фаз измерения. Благодаря учету различных параметров всей системы может осуществляться очень точное определение длительности и/или частоты фаз измерения, чтобы, с одной стороны, получить информативные и возможно более точные результаты измерений, а, с другой стороны, чтобы не предусматривать излишне продолжительных и частых фаз измерения. Тем самым могут быть оптимальным образом достигнуты высокая точность измерений и длительный срок службы датчика.
При контроле всей системы для определения длительности и частоты фаз измерения могут учитываться, соответственно, текущие или же дифференцированные параметры двигателя внутреннего сгорания, такие как давление впрыскивания, начало впрыскивания, давление наддува, температура наддувочного воздуха, количество задействованных цилиндров, скорость вращения турбонагнетателей, неочищенные выбросы, количество впрыскиваний и/или системы выпуска отработавших газов, как, например, температуры отработавших газов, температуры катализаторов, используемое топливо, поддаваемое количество восстановителя.
Чтобы во время фаз измерения подавать в датчик отработавший газ как можно скорее, может быть целесообразным впускать отработавший газ в направлении датчика во время фаз измерения. Это может быть предусмотрено за счет гидравлической связи между измерительным пространством и стороной впуска приточного воздуха двигателя внутреннего сгорания ниже по потоку от фильтра приточного воздуха и выше по потоку от возможно имеющегося компрессора. В результате разрежения, преобладающего в этом месте во время эксплуатации, отработавший газ впускается в измерительное пространство, а затем в тракт для приточного воздуха. При этом во избежание возникновения коррозии двигателя из-за наличия сернистых соединений, таких как серная или сернистая кислоты, в это гидравлическое соединение между измерительным пространством и стороной впуска приточного воздуха двигателя внутреннего сгорания может быть встроена серная ловушка для отфильтровывания оксидов серы из отработавшего газа.
Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления предлагается, чтобы впуск отработавшего газа в измерительное пространство производился с помощью струйного насоса (часто обозначаемого также эжектором или реактивным насосом) или сопла Вентури и чтобы в качестве рабочей среды использовался сжатый воздух или в случае двигателей внутреннего сгорания с наддувом - сжатый наддувочный воздух. С помощью рабочей среды (наддувочного или сжатого воздуха из любого другого подходящего источника рабочей среды) отработавший воздух может впускаться в измерительное пространство, для чего измерительное пространство гидравлически соединяется со стороной впуска струйного насоса или сопла Вентури.
Другой задачей, лежащей в основе изобретения, является создание устройства для эксплуатации датчика, в частности датчика NOx, в системе выпуска отработавших газов, с помощью которого возможен щадящий режим эксплуатации датчика.
Данная задача решается с помощью признаков пункта 11 формулы изобретения. Особенно предпочтительные усовершенствованные варианты выполнения устройства согласно изобретению раскрываются в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно пункту 11 формулы изобретения датчик установлен в измерительном пространстве, имеющем экранирующее устройство относительно газоотводного канала двигателя внутреннего сгорания, причем посредством подающего устройства, например посредством насоса, компрессора или иного генератора давления, продувочный газ по газопроводу подается в измерительное пространство. Экранирующее устройство служит в этой связи для того, чтобы продувочный газ, впущенный в измерительное пространство в перерывах между измерениями, вытеснял из измерительного пространства отработавший газ, находящийся в измерительном пространстве, так чтобы датчик в перерывах между измерениями освобождался от вредных воздействий, наносимых составляющими отработавших газов. Таким образом, в общем, получается весьма щадящий режим эксплуатации для датчика, который благодаря этому имеет явно больший срок службы, по сравнению с тем, если бы датчик постоянно подвергался воздействию вредных составляющих отработавших газов.
В качестве экранирующего устройства может служить газопроницаемая мембрана, представляющая собой газопроницаемый экран между измерительным пространством и граничащим с ним газоотводным каналом. Таким образом, газопроницаемая мембрана проходит через отверстие, соединяющее измерительное пространство с газоотводным каналом. Если в измерительное пространство впускается продувочный газ, то продувочный газ через газопроницаемую мембрану вытесняет отработавший газ, находящийся в измерительном пространстве, благодаря чему датчик оказывается в состоянии перерыва между измерениями. Если теперь впуск продувочного газа в измерительное пространство заканчивается, то отработавший газ может снова проникнуть в измерительное пространство, так что измерение может быть проведено.
Однако измерительное пространство может быть выполнено также в виде измерительного пространства, полностью отделяемого от потока отработавших газов, которое открывается для впуска отработавшего газа только во время перерывов между измерениями. Такое измерительное пространство может быть образовано двумя концентрично установленными перфорированными цилиндрами, которые в результате вращения относительно друг друга являются проницаемыми или непроницаемыми для потока отработавших газов. Образование измерительного пространства посредством двух концентричных цилиндров создает очень простую и надежную в работе конструкцию для измерительного пространства, отгораживаемого от потока отработавших газов.
К измерительному пространству может быть подсоединено впускное устройство, которое во время перерыва между измерениями впускает в измерительное пространство отработавший газ. Предпочтительно впуск происходит через гидравлическое соединение между измерительным пространством и стороной впуска приточного воздуха двигателя.
Чтобы из измерительного пространства со стороны впуска приточного воздуха двигателя в двигатель из отработавшего газа не попадали сернистые соединения, между измерительным пространством и стороной впуска приточного воздуха может быть установлен фильтровальный картридж. Такой фильтровальный картридж может обозначаться также серной ловушкой, содержащей для связи оксидов серы из отработавшего газа соответствующие соединения, как, например, Са(OH)2, активированный уголь или СаО.
В измерительную камеру, в которой находится датчик, предпочтительным образом по газопроводу может подаваться калибровочный газ, имеющий определенную концентрацию. Благодаря этому датчик может калибрироваться, предпочтительно через большие промежутки времени с тем, чтобы добиться компенсации так называемого дрейфа датчика вследствие долговременных воздействий. При этом измерительное пространство, экранированное от газоотводного канала, имеет также то преимущество, что для заполнения калибровочным газом измерительного пространства соответственно малого размера необходимы лишь небольшие количества калибровочного газа.
Ниже изобретение более подробно поясняется на примерах выполнения, изображенных на чертежах, на которых показано:
Фиг. 1 - схематичное изображение двигателя внутреннего сгорания с системой нейтрализации отработавших газов, к которой подсоединен датчик,
Фиг. 2а - установка датчика в измерительном пространстве, подсоединяющемся к газоотводному каналу,
Фиг. 2b - установка датчика в измерительном пространстве, подсоединяющемся к газоотводному каналу, согласно альтернативному варианту выполнения,
Фиг. 3 - измерительное пространство с датчиком, образованное в газоотводном канале,
Фиг. 4 - сечение по линии АА в области измерительного пространства согласно фиг. 3, образованного двумя цилиндрами, установленными друг в друге, и
Фиг. 5 - сечение по линии АА, как показано на фиг. 4, однако с внутренним цилиндром, повернутым на 90°.
На фиг. 1 в качестве примера изображен двигатель 1 внутреннего сгорания с турбонагнетателем 2, работающим на отработавших газах, к которому подсоединен газоотводный канал 4, ведущий к катализатору селективного каталитического восстановления SCR. Ниже по потоку от катализатора 3 селективного каталитического восстановления SCR находится газоотводный канал 5, к которому прилегает измерительное пространство 6 с датчиком NOx 7. В качестве восстановителя может быть использовано, например, соединение, расщепляющее аммиак, такое как мочевина или формиат аммония, в твердом виде или в растворе выше по потоку от катализатора 3 селективного каталитического восстановления SCR.
Измерительное пространство 6, как детально показано на фиг. 2а, гидравлически соединено с газоотводным каналом 5 через газопроницаемую мембрану 8. Для впуска в измерительное пространство 6 продувочного газа, воздуха или калибровочного газа к измерительному пространству 6 подсоединен газовый трубопровод 9, по которому в направлении стрелки 10 через управляемый клапан 11 в качестве продувочного газа может подаваться, например, воздух. Воздух на выходе компрессора 12, относящегося к турбонагнетателю 2, ответвляется и при открытом клапане 11 попадает в измерительное пространство 6. Компрессор 12 служит в данном случае в качестве генератора давления и является частью турбонагнетателя 2, работающего на отработавших газах, который приводится в действие отработавшим газом двигателя 1 внутреннего сгорания через турбину 13 турбонагнетателя 2.
В примере выполнения согласно фиг. 1 через второй управляемый клапан 14 калибровочный газ по газовому трубопроводу 9 подается в измерительное пространство 6. В этом случае клапан 11 закрыт. Калибровочный газ имеет заданную концентрацию NOx, благодаря чему может быть определен, например, поправочный коэффициент для датчика NOx, если измеренное значение, определенное датчиком NOx, отклоняется от фактического значения поданной концентрации NOx.
На фиг. 2 в увеличенном виде изображена область, где измерительное пространство 6 граничит с газоотводным каналом 5. Внутрь измерительного пространства 6 вдается датчик NOx, электрически соединенный с не показанной детально измерительной системой. Кроме того, к измерительному пространству подсоединены газовый трубопровод 9, изображенный на фиг. 1, и другой впускной трубопровод 15. Измерительное пространство 6 частично экранировано газопроницаемой мембраной 5, образующей экранирующее устройство, от потока отработавших газов, протекающего по газоотводному каналу 5 в направлении стрелки 16.
Если в измерительное пространство 6 по газовому трубопроводу 9 в направлении стрелки 17 подается воздух или иной продувочный газ, причем впускной трубопровод 15 заперт закрытым клапаном 18, то следствием этого является то, что имеющийся отработавший газ вытесняется из измерительного пространства 6 через мембрану 8 в газоотводный канал 5. В этом случае в измерительном пространстве находится только воздух или продувочный газ, так что датчик NOx 7 не подвергается вредным воздействиям отработавших газов. Это состояние сохраняется во время перерывов в измерениях до тех пор, пока не последует фаза измерения концентрации NOx. Для начала фазы измерения в примере выполнения, изображенном на фиг. 2а, по впускному трубопроводу 15 при открытом клапане 18 отработавший газ впускается в измерительное пространство 6 через мембрану 8. Газовый трубопровод 9 во время фазы измерения заперт. За счет впуска отработавшего газа в измерительное пространство 6 добиваются того, чтобы датчик NOx 7 быстро целиком заполнялся отработавшим газом. Осуществляют измерение концентрации NOx в расчете на предусмотренную длительность фазы измерения.
Длительность и частота фаз измерения устанавливаются, или соответственно изменяются, в зависимости от режима эксплуатации двигателя внутреннего сгорания и/или системы нейтрализации отработавших газов.
Фаза измерения заканчивается, как только будет произведено измерение NOx. При этом сначала закрывается клапан 18, а затем по газовому трубопроводу 9 в измерительное пространство 6 подается воздух или иной продувочный газ.
На фиг. 2b изображен альтернативный по сравнению с фиг. 2а вариант осуществления, в котором впуск отработавшего газа в измерительное пространство 6 происходит с помощью струйного насоса 24 (альтернативно могло бы быть предусмотрено также основывающееся на том же принципе действия устройство с соплом Вентури), а в качестве рабочей среды служит сжатый воздух или, как показано на данной фигуре в качестве примера, в случае двигателей внутреннего сгорания с наддувом - сжатый наддувочный воздух 10. Нагнетаемый, или соответственно сжатый, наддувочный воздух 10 выходит из насосного сопла 25 с максимально возможной скоростью, вследствие чего по закону Бернулли происходит динамичное падение давления, вызывающее впуск отработавшего газа (по стрелке 27) в струйный насос, вследствие чего отработавший газ впускается в измерительное пространство 6. Конкретно рабочая струя, образованная в смесительной камере 26 струйного насоса под действием сжатого, или соответственно наддувочного, воздуха 10 встречается с отработавшим воздухом, вследствие чего отработавший газ ускоряется и уносится. Поскольку отработавший газ в смесительной камере 26 ускоряется, возникает всасывающее действие, транспортирующее дополнительный отработавший газ по впускному трубопроводу 15, выполненному в данном случае в виде впускного патрубка. При необходимости для дальнейшего повышения давления подключен диффузор 29. В этом случае смешанный поток 30, покидающий струйный насос 24, может, например, снова подаваться в систему выпуска отработавших газов или использоваться как-либо иначе.
На фиг. 3 показан предпочтительный вариант выполнения измерительного пространства 19, расположенного в газоотводном канале 5 и образованного двумя концентрично установленными друг в друге перфорированными цилиндрами 20, 21. Датчик NOx 7 вдается внутрь измерительного пространства 19. К измерительному пространству 19 подсоединен газовый трубопровод 9, по которому в измерительное пространство 19 могут поступать воздух, или продувочный газ, или калибровочный газ. Газовый трубопровод 9 запирается посредством управляемого клапана 11.
Наружный цилиндр 20 и внутренний цилиндр 21 имеют в изображенном примере выполнения отверстия 22, 23 (фиг. 4), установленные соответственно со смещением на 180 градусов. На фиг. 3 эти отверстия 22, 23, как на виде в сечении согласно фиг. 4, установлены не соосно, так что измерительное пространство 19 заперто для потока отработавших газов. Однако внутренний цилиндр 21 в соответствии с изображенной двойной стрелкой поворачивается на 90 градусов в положение, изображенное на фиг. 5. В этом положении отверстия 22, 23 являются соосными, так что часть потока отработавших газов может протекать в измерительном пространстве 19 или через него. В положении на фиг. 5 измерительное пространство 19 для потока отработавших газов открыто, так что датчик NOx может производить измерение концентрации NOx. Если же, наоборот, внутренний цилиндр 21 находится в положении, как показано на фиг. 4, то система находится в состоянии перерыва между измерениями, в котором продувочный газ может впускаться в измерительное пространство 19 по газовому трубопроводу 9.
Для беспрепятственной подачи газа по газовому трубопроводу 9 при закрытом измерительном пространстве 19 к измерительному пространству 19 может быть подсоединен другой не показанный на данной фигуре впускной трубопровод. Однако цилиндры 20, 21 для ускорения процесса продувки с помощью продувочного газа могут иметь также газопроницаемые области.
Вышеописанные варианты осуществления согласно изобретению детально описывались на основе датчика NOx лишь в качестве примера. Однако настоящее изобретение не ограничено этим и может использоваться для увеличения срока службы не только датчиков NOx, но и других датчиков для определения компонентов отработавших газов. К ним, в числе прочего, если указать лишь несколько примеров, относятся датчики NH3, лямбда-датчики и датчики сажи.

Claims (19)

1. Способ эксплуатации датчика (7), предусмотренного в системе выпуска отработавших газов двигателя (1) внутреннего сгорания для определения выбросов, содержащихся в потоке отработавших газов, в частности оксидов азота, и/или аммиака, и/или кислорода, и/или сажи, причем поток отработавших газов во время фаз измерения воздействует на датчик (7), а в промежутке между фазами измерения датчик (7) по меньшей мере в значительной степени освобождается от потока отработавших газов, отличающийся тем, что измерительное пространство (6, 19), окружающее датчик (7), сразу же вслед за фазой измерения подвергают воздействию продувочного газа, предпочтительно, продувочного газа, находящегося под давлением, вследствие чего отработавший газ, присутствующий в измерительном пространстве (6, 19), вытесняют из измерительного пространства в поток отработавших газов.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве продувочного газа используют воздух.
3. Способ по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что к датчику (7) во время калибровочных фаз подают калибровочный газ.
4. Способ по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что продувочный газ подают в измерительное пространство (6, 19) посредством воздуходувки или компрессора.
5. Способ по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что продувочный воздух отбирают со стороны нагнетания компрессора (12) турбонагнетателя (2), работающего на отработавших газах двигателя внутреннего сгорания.
6. Способ по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что длительность и/или частоту фаз измерения определяют в зависимости от текущих или дифференцированных рабочих параметров двигателя внутреннего сгорания и/или системы нейтрализации отработавших газов, в частности в зависимости от давления впрыскивания, и/или от начала впрыскивания, и/или давления наддува, и/или температуры наддувочного воздуха, и/или количества задействованных цилиндров двигателя, и/или скорости вращения турбонагнетателя, и/или неочищенных выбросов соответствующей рассматриваемой компоненты отработавших газов, и/или количества впрыскиваний, и/или температуры отработавших газов, и/или температуры катализатора, и/или используемого топлива, и/или подаваемого количества восстановителя.
7. Способ по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что во время фаз измерения отработавший газ впускают в измерительное пространство (6, 19).
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что впуск отработавшего газа в измерительное пространство (6, 19) происходит с использованием разрежения со стороны впуска приточного воздуха.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что отработавший газ, впущенный со стороны впуска приточного воздуха двигателя через измерительное пространство (6, 19), пропускают через серную ловушку, в частности через серную ловушку, содержащую соединение, подходящее для связи оксидов серы из отработавшего газа, предпочтительно Са(OH)2, активированный уголь или СаО, посредством которых поток отработавших газов по меньшей мере частично освобождается от сернистых соединений.
10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что подачу отработавшего газа в измерительное пространство (6, 19) производят с помощью струйного насоса (24) или сопла Вентури, а в качестве рабочей среды используют сжатый воздух или, в случае наддувочных двигателей внутреннего сгорания, сжатый наддувочный воздух (10).
11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерительное пространство (6, 19) датчика (7) образовано концентрично установленными цилиндрами (20, 21) с отверстиями (22, 23) или другими перфорационными отверстиями в качестве вариабельно закрываемых пропускных отверстий в стенках своих цилиндров, причем для экранирования датчика пропускные отверстия закрывают.
12. Устройство с датчиком (7), предусмотренным в системе регулирования отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (1) для определения выбросов, содержащихся в потоке отработавших газов, в частности, для осуществления способа по одному из пп. 1-11, причем датчик (7) установлен в измерительном пространстве (6), экранированном от потока отработавших газов посредством по меньшей мере частично газопроницаемого экранирующего устройства, причем по газовому каналу (9) посредством подающего устройства и/или генератора (12) давления в измерительное пространство (6) подводится продувочный газ, отличающееся тем, что к измерительному пространству (6) подсоединен впускной трубопровод (15), по которому отработавший газ впускается в измерительное пространство (6) и
- впускной трубопровод (15) через управляемый клапан (18) соединен со стороной впуска приточного воздуха двигателя внутреннего сгорания, или
- впуск отработавшего газа в измерительное пространство (6) происходит с помощью струйного насоса (24) или сопла Вентури, а в качестве рабочей среды используется сжатый воздух или, в случае наддувочных двигателей внутреннего сгорания, сжатый наддувочный воздух (10).
13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что в качестве экранирующего устройства между измерительным пространством (6) и газоотводным каналом (5) установлена газопроницаемая мембрана (8).
14. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что цилиндры (20, 21), концентрично установленные для экранирования датчика, образуют измерительное пространство (19), имеющее отверстия (22, 23) или другие перфорационные отверстия в качестве вариабельно закрываемых пропускных отверстий в стенках своих цилиндров.
15. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что отработавший газ, впущенный через впускной трубопровод (15), через фильтровальное устройство, служащее в качестве серной ловушки, протекает в сторону впуска приточного воздуха двигателя (1) внутреннего сгорания.
16. Устройство по одному из пп. 12 или 13, отличающееся тем, что по газовому трубопроводу (9) в измерительное пространство (6; 19) впускается калибровочный газ.
17. Транспортное средство, в частности транспортное средство промышленного назначения, с устройством по одному из пп. 12-16 для осуществления способа по одному из пп. 1-11.
RU2013150109A 2012-11-09 2013-11-08 Способ и устройство для эксплуатации датчика для определения компонентов отработавших газов, в частности, для автомобиля RU2645123C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012021929.6A DE102012021929A1 (de) 2012-11-09 2012-11-09 Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Sensors zur Bestimmung von Abgaskomponenten, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
DE102012021929.6 2012-11-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013150109A RU2013150109A (ru) 2015-05-20
RU2645123C2 true RU2645123C2 (ru) 2018-02-15

Family

ID=49303679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013150109A RU2645123C2 (ru) 2012-11-09 2013-11-08 Способ и устройство для эксплуатации датчика для определения компонентов отработавших газов, в частности, для автомобиля

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9140625B2 (ru)
EP (1) EP2730763B1 (ru)
CN (1) CN103808782B (ru)
BR (1) BR102013028682B1 (ru)
DE (1) DE102012021929A1 (ru)
RU (1) RU2645123C2 (ru)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2502588A (en) * 2012-05-31 2013-12-04 Multronic N V Sensor arrangement for use in an exhaust gas system
EP3155248B1 (en) * 2014-06-13 2018-07-04 Wärtsilä Finland Oy Monitoring system for gas engine
DE102015211169A1 (de) * 2015-06-17 2016-12-22 Mtu Friedrichshafen Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems, Abgasnachbehandlungssystem und Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem
DK178780B1 (en) * 2015-06-19 2017-01-23 Man Diesel & Turbo Filial Af Man Diesel & Turbo Se Tyskland Large two-stroke turbocharged compression ignited internal combustion engine with an exhaust gas purification system
US9617944B2 (en) * 2015-07-28 2017-04-11 GM Global Technology Operations LLC Over-fueling control based on oxygen sensor feedback
CN106151007B (zh) * 2016-08-31 2018-01-30 广西玉柴机器股份有限公司 喷射泵喷射精度的测试装置
DE102016119713B3 (de) 2016-10-17 2018-03-08 Avl Emission Test Systems Gmbh Gaszuführeinheit für eine Abgasanalyseeinheit zur Messung von Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen
US11098631B2 (en) * 2019-07-26 2021-08-24 Caterpillar Inc. NOx sensor protection system
KR102262883B1 (ko) * 2020-03-18 2021-06-09 단국대학교 산학협력단 일정한 공간속도 제어가 가능한 필터 성능 실험장치
CN113049261B (zh) * 2021-03-08 2022-05-24 中国科学院力学研究所 直连实验平台及测量冲压发动机推力的方法
CN113685255B (zh) * 2021-08-19 2023-06-02 合肥江淮汽车制管有限公司 一种具备压力监控的汽车管路
GB202203750D0 (en) * 2022-03-17 2022-05-04 Cummins Ltd Turbine nox sensor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19524018A1 (de) * 1994-06-30 1996-01-04 Dresser Ind Abgassensor
US20050262833A1 (en) * 2004-05-27 2005-12-01 Andrews Eric B System for measuring NOx content of exhaust gas
DE102007038516A1 (de) * 2007-08-16 2009-02-19 Robert Bosch Gmbh Abgasanlage und Verfahren zum Betrieb der Abgasanlage
US7610142B1 (en) * 2008-06-13 2009-10-27 Ford Global Technologies, Llc Sensor self-calibration system and method
RU2394993C2 (ru) * 2005-02-11 2010-07-20 Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх Способ позиционирования датчика в сотовом элементе, соответствующий сотовый элемент и транспортное средство

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3428232A1 (de) 1984-07-31 1986-02-06 Süd-Chemie AG, 8000 München Katalysator zur entfernung von stickoxiden aus abgasen
JP3375645B2 (ja) * 1991-05-14 2003-02-10 株式会社日立製作所 内燃機関の制御装置
US5426934A (en) * 1993-02-10 1995-06-27 Hitachi America, Ltd. Engine and emission monitoring and control system utilizing gas sensors
US6360732B1 (en) * 2000-08-10 2002-03-26 Caterpillar Inc. Exhaust gas recirculation cooling system
DE10100420A1 (de) 2001-01-08 2002-07-11 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems
US7255098B1 (en) * 2006-04-27 2007-08-14 Caterpillar Inc. Engine emissions control system
US8250865B2 (en) * 2008-11-05 2012-08-28 Ford Global Technologies, Llc Using compressed intake air to clean engine exhaust gas recirculation cooler
US8707935B2 (en) * 2009-10-28 2014-04-29 Ford Global Technologies, Llc Exhaust gas recirculation system with a NOx sensor
CN102216573B (zh) * 2010-01-28 2013-07-03 丰田自动车株式会社 内燃机的控制装置、及与窜缸混合气一起回流至进气通道的NOx的质量流量的计测装置
DE102012021928A1 (de) * 2012-11-09 2014-05-15 Man Truck & Bus Ag Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung eines Abgassensors

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19524018A1 (de) * 1994-06-30 1996-01-04 Dresser Ind Abgassensor
US20050262833A1 (en) * 2004-05-27 2005-12-01 Andrews Eric B System for measuring NOx content of exhaust gas
RU2394993C2 (ru) * 2005-02-11 2010-07-20 Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх Способ позиционирования датчика в сотовом элементе, соответствующий сотовый элемент и транспортное средство
DE102007038516A1 (de) * 2007-08-16 2009-02-19 Robert Bosch Gmbh Abgasanlage und Verfahren zum Betrieb der Abgasanlage
US7610142B1 (en) * 2008-06-13 2009-10-27 Ford Global Technologies, Llc Sensor self-calibration system and method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013150109A (ru) 2015-05-20
US9140625B2 (en) 2015-09-22
EP2730763A1 (de) 2014-05-14
BR102013028682B1 (pt) 2020-05-19
DE102012021929A1 (de) 2014-05-15
CN103808782B (zh) 2019-08-13
EP2730763B1 (de) 2017-04-19
US20140130589A1 (en) 2014-05-15
CN103808782A (zh) 2014-05-21
BR102013028682A2 (pt) 2014-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2645123C2 (ru) Способ и устройство для эксплуатации датчика для определения компонентов отработавших газов, в частности, для автомобиля
US8161808B2 (en) Exhaust treatment diagnostic system and method
CN101988422B (zh) 用于对scr催化剂的工作进行检验的方法和系统
KR101147588B1 (ko) 배기 정화 시스템의 이상 진단 장치
US7216478B2 (en) Exhaust treatment diagnostic using a temperature sensor
US8286419B2 (en) Exhaust diagnostic systems and methods for resetting after operation with poor reductant quality
CN103362614B (zh) 柴油后处理系统的二氧化氮产生诊断
US8132449B2 (en) Procedure for diagnosing an exhaust gas treatment device and device for implementing the procedure
US20130263575A1 (en) System and method for controlling an exhaust system having a selective catalyst reduction component
US20130298533A1 (en) System for Indicating Quality of a Diesel Exhaust Fluid ("DEF")
US8652410B2 (en) Control method and arrangement for selective catalytic reduction
RU2647302C2 (ru) Способ и устройство для калибровки датчика отработавших газов
KR20180122945A (ko) 내연기관용 배기 시스템, 그리고 상기 배기 시스템의 작동 방법
KR20150024356A (ko) 차량용 배기 가스 후처리 시스템에서 유압 누출-방지성을 검사하기 위한 방법 및 장치
US9145818B2 (en) Exhaust gas sampling device
US20110146239A1 (en) Method for monitoring a pollutant conversion capacity in an exhaust gas aftertreatment system
JP2007051924A (ja) 排ガスのＮＨ３及びＮＯｘの計測装置
CN107250517B (zh) 基于缸内内容确定发动机排出nox的系统和方法
EP2284369B1 (en) Diagnosis apparatus for reducing agent supply apparatus
JP2007100508A (ja) 内燃機関の排気浄化装置、及び内燃機関の排気浄化方法
US20150240683A1 (en) Reductant supply system
CN108506070B (zh) 用于监测scr催化剂的还原剂输送性能的方法和系统
KR100929585B1 (ko) 버너를 이용한 차량용 후처리 장치의 성능 시험장치
JP2007100510A (ja) 内燃機関の排気浄化装置、及び内燃機関の排気浄化方法
EP2905443B1 (en) Exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine