CN108060959A - 车辆排气*** - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的排气***，除了入口和出口管以外，该排气***还包括催化转换器、排气歧管以及出口传感器。催化转换器限定入口和出口。排气歧管可以可操作地配置成经由入口管将至少一个车辆燃烧室联接于催化转换器的入口。出口管包括内部部分和外部部分。该出口管可粘附于催化转换器的出口。该出口管的内部部分在出口传感器的上游限定至少一个孔。

Description

车辆排气***
技术领域
本发明总地涉及一种车辆排气***，并且更具体地涉及一种经优化以更佳地监控和调节车辆发动机中的空燃比的排气***。
背景技术
内燃机利用来自废气氧(EGO)传感器的反馈，以至少在一些条件下维持燃烧期间的期望空燃比混合物。EGO传感器是排放物控制***的一部分，并且将数据反馈至发动机控制模块(ECM)以针对车辆发动机调节燃料与空气比。取决于包括何种加热器，可使用任何类型的EGO传感器，例如有时称为通用废气氧(UEGO)传感器的线性型传感器和诸如加热废气氧(HEGO)和废气氧(EGO)传感器的切换型传感器。
如众所周知地，车辆发动机在存在氧的情形下燃烧汽油。这证明，空气和汽油的特定比值是“较佳的”，且该比值是14.7:1。应理解的是，不同的燃料可具有不同的“较佳比值”，该比值取决于在给定燃料量中发现的氢和碳的量。如果存在比该较佳比值少的空气，则在燃烧之后会剩下燃料。这称为富燃混合物。富燃混合物是不佳的，因为未经燃烧的燃料会产生污染物。如果存在比该较佳比值多的空气，则存在过量的氧。这称为贫燃混合物。贫燃混合物区域产生更多的氮氧化物污染物，且在一些情形中，这会引起不良的性能且甚至导致发动机损坏。
氧传感器定位在排气管中，并且能在每个发动机汽缸中检测富燃和贫燃混合物。大多数传感器中的机制包含产生电压的化学反应。发动机的计算机观察该电压，以确定混合物是富燃还是贫燃，并且调节由此进入发动机的燃料量，以确保所有的发动机汽缸适当地操作并且处于均匀的条件下。
发动机需要氧传感器的原因是因为发动机能拉入的氧的量取决于各种因素，例如高度、空气温度、发动机的温度、气压、发动机上的负载等等。在装配有排气催化剂来减少不期望排放物的内燃机中，已发现将空燃比调节为富燃和贫燃化学计量条件也可改进催化剂在一些条件下的效率。EGO传感器的一种应用时提供反馈，在该反馈下可调节空燃比。一种现有应用包含使用来自诸如HEGO传感器的催化剂监控传感器(CMS)的反馈来调节空燃比，以识别所要围绕其进行调节的化学计量条件。
因此，在工业中会期望产生一种车辆排气***，该车辆排气***设计成将精确的后O2传感器数据反馈提供给发动机控制模块以适当地调节空燃比。
发明内容
因此，本发明提供一种用于车辆的排气***，除了入口和出口管以外，该排气***还包括催化转换器、排气歧管以及出口传感器。催化转换器限定入口和出口。排气歧管能可操作地配置成经由入口管将至少一个车辆燃烧室联接于催化转换器的入口。出口管包括内部部分和外部部分。出口管可粘附于催化转换器的出口。出口管的内部部分在出口传感器的上游限定至少一个孔。
本发明还设想排气***的非限制示例，该排气***具有催化转换器、出口传感器、设置在催化转换器内的混合构件以及入口/出口管。排气歧管能可操作地配置成经由前管将车辆燃烧室联接于催化转换器的进口。混合构件可在催化转换器的出口附近设置在催化转换器内。混合构件可限定至少一个孔，该至少一个孔可操作地配置成中断离开催化转换器的废气流。出口管可粘附于催化转换器的出口，且出口传感器可在混合构件的下游粘附于出口管。
从参照附图的以下详细描述中，本发明及其特定的特征和优点将变得显而易见。
附图说明
从较佳实施例的以下详细描述以及最佳模式、所附权利要求和附图中，本发明的这些和其它特征以及优点会显而易见，附图中：
图1是根据本发明各个实施例的排气***的第一示意图。
图2是根据本发明各个实施例的排气***的第二示意图。
图3是根据本发明第一实施例的排气管的内部部分的部分立体图。
图4是根据本发明第二实施例的排气管的内部部分的部分立体图。
在对附图的若干视图的全部描述中，类似的附图标记指代类似的部件。
具体实施方式
现在详细地参照本发明的目前较佳的组合物、实施例以及方法，它们构成发明人目前已知的实践本发明的最佳模式。附图并不一定是成比例的。然而，应理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，且本发明能以各种且替代的形式实施。因此，这里公开的特定细节并不解释为限制性的，而是仅仅作为本发明任何方面的代表性基础和/或作为用于教示本领域技术人员来以各种方式实施本发明的代表性基础。
除了在示例中或者另外清楚地指示以外，本说明中指示材料量或反应条件和/或使用的所有数值量应理解成由词语“约”所修饰，以描述本发明的最广泛范围。在所陈述的数值范围内的实践通常是较佳的。此外，除非明确进行相反的陈述：百分比、“份数”以及比值数值以重量计；对于结合本发明针对给定目的适合或较佳的材料组群或类别的描述暗指该组群或类别的任何两个或更多个构件的混合物同样是可适用或较佳的；首字母缩写或其它缩写的第一定义适用于本文中相同缩写的所有后续使用，并且比照适用于初始定义缩写的正常语法变体；并且，除非明确进行相反的陈述，通过之前或之后参照相同特性的相同技术来确定对特性的测量。
还应理解的是，本发明并不局限于下文描述的特定实施例和方法，因为特定的部件和/或条件当然可改变。此外，这里使用的术语仅仅用于描述本发明的特定实施例的目的并且并不旨在以任何方式进行限制。
还须注意的是，如说明书和所附权利要求中所使用地，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非上下文另有清楚地指示。例如，参照单数的部件旨在包括多个部件。
术语“包括”与“包含”、“具有”、“含有”或“特征在于”是同义词。这些术语是包括性的和开放性的并且并不排除附加的、未列举的元件或方法步骤。
措辞“由...构成”排除并未规定在权利要求中的任何元件、步骤或成分。当此种措辞出现在权利要求项的条款、而非紧跟在前序部分时，这仅仅限定在该条款中阐述的元件；其它元件并非作为整体从权利要求中排除。
措辞“基本上由...构成”将权利要求的范围限制为特定的材料或步骤，加上那些并不在材料上影响所要求主题的基本和新颖特征的材料或步骤。
能替代地使用术语“包括”、“由...构成”以及“基本上由...构成”。在使用这三个术语的一个的情形下，目前所公开和要求的主题可包括使用另外两个术语的任一者。
在本申请全文中，在参照公开文献的情形下，这些公开文献的全部内容的公开在此通过参照的方式纳入本申请，以更完整地描述本发明所属的现有技术。
以下详细描述在本质上仅仅是示例性的并且并不旨在限制本发明或本申请以及本发明的使用。此外，并不旨在受到前文背景技术中或者以下详细描述中呈现的任何理论的限制。
现参照图1和2，示出根据本发明各个实施例的排气***10的示意图。排气***10连接于发动机18的两个机组22、24，这两个机组安装在车辆上。那些机组22、24的每个分别连接于排气歧管14、16，以与设置在相应机组22、24处的多个燃烧室20连通。如图所示，图1和2中的燃烧发动机18可包括多个燃烧室20，这些燃烧室限定燃烧空间。除了在燃烧室20处联接于发动机的排气歧管14、16以外，排气***10可以是但并非必须地包括混合室(收集器26)或降液管28来作为***的一部分。
每个燃烧室20均连接于排气歧管14、16，由燃烧室20中燃烧反应产生的废气通过该排气歧管传输至催化转换器30、32。如前文所述，排气歧管14、16可在燃烧室20处联接于发动机18。然而，根据本发明的排气***并不局限于具有特定数量汽缸/腔室的燃烧发动机，并且能与各种类型的燃烧发动机一起使用。
排气歧管14、16的每个连接于对应的前管34、36，其中，催化转换器30、32设置成用于净化废气。消音器40设置在前管下游，以使得前管15、16的相应部分可延伸至消音器40的内部。消音器40粘附于出口管44，在此，废气42传递至大气。
为了确保车辆发动机18设有合适的空气和燃料混合物，实施排气监控***56，该排气监控***包括入口氧传感器48以及出口氧传感器50。入口氧传感器48和/或出口氧传感器50用于将进入发动机18的混合物的空燃比保持在最佳水平下，该最佳水平大约是14.7:1或者14.7份数空气比1份数燃料。当入口氧传感器48和/或出口氧传感器50感测高水平的氧含量60(图2中示出)时，发动机控制模块(ECM)46确保发动机18贫燃地(没有足够的燃料)运行，以使得ECM 46增加燃料。当排气中的氧水平变低时，ECM 46假定发动机18富燃地(过多燃料)运行并且减少燃料供给。
排气监控过程持续。ECM 46和发动机18恒定地在略微贫燃和略微富燃条件之间循环，以将空燃比保持在最佳水平下。该过程称为闭环操作。参照图2，检验来自入口氧传感器电压信号58和出口氧传感器电压信号54的ECM可证明入口/出口氧传感器48、50可在一定程度上在0.2伏特(贫燃)和0.9伏特(富燃)之间循环。
例如图1和2中示意地示出，入口氧传感器48可在催化转换器30、32之前安装在排气歧管16中或者安装在前排气管34、36中。例如图2中的放大示意图中所示，出口氧传感器50可在催化转换器30、32之后安装在出口管44中。因此，返回参照图1，V6和V8车辆可具有总共所示的至少四个氧传感器48、50。还应理解的是，具有4汽缸发动机的汽车具有至少两个氧传感器48、50。在图2中示出的发动机计算机(发动机控制模块或ECM 46)使用来自入口氧传感器48的输出信号58，以通过增加或减去燃料来调节空燃比。传递输出信号54的出口氧传感器50还可用于监控催化转换器30、32的空燃比和/或性能。
出口氧传感器50测量从催化转换器30、32出来的废气42中的氧60的量。来自出口氧传感器50的信号54用于监控催化转换器30、32的效率以及测量废气42中的空燃比。ECM46恒定地比较来自入口氧传感器和出口氧传感器48、50的输出信号54、58。基于这两个信号，ECM 46了解催化转换器30、32和/或车辆发动机18正在执行的程度如何。例如，来自第一和第二氧传感器48、50的数据可用于测量来自每个燃烧室20的空燃比，以使得确保每个燃烧室20在均匀的条件下操作。
为了允许出口氧传感器50能精确地读取来看催化转换器30、32的废气42的组分，本发明提供出口管44，该出口管具有设置在催化转换器内部的内部部分64，其中，出口管44的内部部分64在催化转换器30、32的出口92附近设置在催化转换器的腔室62内。内部部分64限定至少一个孔66，该至少一个孔可操作地配置成在废气流42离开催化转换器30、32时(刚好在废气流42通过出口氧传感器50之前)、在废气流42中引起一定程度的漩涡或湍流。因此，假定废气流42的组成部分刚好在到达出口氧传感器50之前混合，具有至少一个孔66的内部部分64允许排气***10经由出口氧传感器50能精确地读取废气42的组分(各种组成部分)。
因此，由于废气流42中的漩涡或湍流，设置在催化转换器30、32下游且设置在限定于内部部分64中的孔66的下游的出口氧传感器50可获得对废气流42中氧含量水平的更精确读数。由于改进出口氧传感器50的检测率，此种布置消除在排气管中实施较低效率(且更高成本)的鞍座和凸台的需求。出口氧传感器50然后将输出数据信号54传递至ECM 46，以使得ECM 46可将经优化的燃料和空气混合物信号/指令输送至车辆发动机18。
如图3中所示，本发明设想这样一个实施例，其中，至少一个孔可至少限定在内部部分64的周向表面120的分段部分100中。应理解的是，至少一个孔或多个孔66可沿着内部部分64的大约25％或更少的周向表面120的分段部分100限定。多个孔可以是四个孔、四个以上的孔或少于四个的孔。虽然图3中示出的孔是圆形的，但应理解的是，这些孔可呈现各种形状，即方形、圆形、椭圆形等等。在又一个非限制示例中，还可理解的是，本发明的排气***10可包括任何形状的多个孔66，其中，这些孔66围绕内部部分64的整个(100％)周向表面120限定。
因此，本发明提供一种用于车辆的排气***，除了入口和出口管34、36、44以外，该排气***包括催化转换器、排气歧管以及出口传感器。催化转换器30、32限定入口92和出口94。排气歧管14、16能可操作地配置成经由入口管34、36将至少一个车辆燃烧室20联接于催化转换器的入口92。出口管44包括内部部分64和外部部分68。出口管44可粘附于催化转换器30、32的出口92。出口管44的内部部分64在出口传感器50的上游限定至少一个孔66。
参照图4，本发明还设想排气***10的第二实施例的非限制示例，该排气***具有催化转换器30、32、出口传感器50和设置在催化转换器30、32内的混合构件70以及入口/出口管34、36、44。混合构件可粘附于出口管44或者催化转换器30、32。排气歧管16能可操作地配置成经由至少前管34、36将发动机燃烧室20联接于催化转换器30、32的进口。在图4中示出的非限制示例中，混合构件70可在催化转换器的出口92附近设置在催化转换器内。还可理解的是，混合构件70可设置在催化转换器30、32外部、但设置在出口传感器50上游。与混合构件70位于催化转换器30、32内部还是催化转换器30、32外部无关，混合构件70应设置在出口传感器50上游，以在废气42行进至出口传感器50之前适当地混合废气42。
因此，混合构件70可限定至少一个孔66，该至少一个孔可操作地配置成中断离开催化转换器30、32的废气流42。出口管44可以但非必须经由焊接过程粘附于催化转换器30、32的出口92，并且出口传感器50可在混合构件70下游粘附于出口管44。
如图4中所示，本发明的第二实施例设想至少一个孔66，该至少一个孔限定在混合构件70的周向表面132的至少分段部分100中。混合构件70可以但非必须呈环形表面的形式，该弧形表面与催化转换器30、32的出口92的全部周缘或一些周缘相对应。应理解的是，至少一个孔或多个孔66可沿着混合构件70的大约25％或更少的周向表面132的分段部分130限定。多个孔可以是四个孔66、四个以上的孔66或少于四个的孔66。虽然图4中示出的孔66是圆形的，但应理解的是，这些孔可呈各种形状，即方形、圆形、椭圆形等等。在又一非限制示例中，还应理解的是，本发明的排气***10可包括任何形状的多个孔66，其中，在混合构件围绕催化转换器30、32的出口92的周缘的情形中，这些孔66围绕混合构件70的整个(100％)周向表面132限定。应理解的是，混合构件70、72可围绕催化转换器30、32的出口92的一部分周缘。
虽然已在前文详细描述中呈现至少一个示例性实施例，但应意识到的是，存在各种各样变型。还应意识到的是，示例性实施例或多个示例性实施例仅仅是示例，并且并不旨在以任何方式限制本发明的范围、可适用性或配置。而是，前文详细描述会为那些本领域技术人员提供便利的指示，来用于实施示例性实施例或多个示例性实施例。应理解的是，在元件的功能和布置方面能作出各种改变，而不会偏离在所附权利要求及其合法等效物中阐述的本发明范围。

Claims (10)

1.一种用于车辆的排气***，所述排气***包括：
催化转换器，所述催化转换器具有进口和出口；
排气歧管，所述排气歧管可操作地配置成经由前管将车辆燃烧室联接于所述催化转换器的进口；
出口管，所述出口管粘附于所述催化转换器的出口，所述出口管具有内部部分和外部部分，且所述内部部分在所述出口管的内部部分中限定至少一个孔；以及
出口传感器，所述出口传感器粘附于所述出口管并且在所述出口管的所述内部部分下游。
2.根据权利要求1所述的排气***，进一步包括入口传感器，所述入口传感器在所述催化转换器上游粘附于所述前管，其中，所述入口传感器和所述出口传感器与发动机控制模块连通。
3.根据权利要求1所述的排气***，其中，所述出口传感器可操作地配置成确定所述废气流的氧含量并且与所述发动机控制模块连通。
4.根据权利要求1所述的排气***，其中，所述出口管的所述内部部分设置在所述催化转换器的腔室内。
5.根据权利要求4所述的排气***，其中，限定在所述出口管的内部部分中的所述至少一个孔可操作地配置成在所述废气流离开所述催化转换器时中断所述废气流。
6.根据权利要求5所述的排气***，其中，所述至少一个孔限定在所述内部部分的周向表面的至少分段部分中。
7.根据权利要求6所述的排气***，其中，所述至少一个孔限定在所述内部部分的大约25％或更少的周向表面的分段部分中。
8.根据权利要求6所述的排气***，其中，所述至少一个孔是围绕所述内部部分的整个周向表面形成的多个孔。
9.根据权利要求7所述的排气***，其中，所述至少一个孔是限定所述分段部分的四个孔。
10.一种用于车辆的排气***，所述排气***包括：
催化转换器，所述催化转换器具有进口和出口；
排气歧管，所述排气歧管可操作地配置成经由前管将车辆燃烧室联接于所述催化转换器的进口；
混合构件，所述混合构件在所述催化转换器的出口附近设置在所述催化转换器内，且所述混合构件限定至少一个孔；
出口管，所述出口管粘附于所述催化转换器的出口；以及
出口传感器，所述出口传感器粘附于所述出口管并且在所述混合构件的下游。
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