Система для смешивания и смеситель потока отработавших газов - RU2717584C2
Код документа: RU2717584C2
Чертежи
Описание
Область техники
Настоящее раскрытие в целом относится к системам для смесителя.
Уровень техники/Сущность изобретения
Для обеспечения соответствия стандартам эмиссии, в состав выпускной системы двигателя могут включаться различные датчики для оценки выбросов из выхлопной трубы и/или обеспечения точного управления различными устройствами контроля выбросов отработавших газов. Точное измерение веществ, входящих с состав отработавших газов, может улучшить работу систем очистки отработавших газов, таких как устройства избирательной каталитической нейтрализации (ИКН), а также обеспечить точное управление воздушно-топливным отношением на основе обратной связи. Тем не менее, получение точных показаний датчика предполагает наличие равномерного распределения веществ в потоке отработавших газов, чтобы можно было экстраполировать выборочные измерения на их концентрацию в потоке в целом. Отработавшие газы в выпускном коллекторе или непосредственно за выпускным коллектором могут представлять собой неоднородную смесь компонентов, что связано с импульсным характером выпуска отработавших газов из каждого цилиндра. Например, отработавшие газы из одного цилиндра могут не смешиваться надлежащим образом с отработавшими газами из другого цилиндра пока каждый из соответствующих потоков газов не пройдет относительно большое расстояние по выпускному тракту. Поскольку условия сгорания в разных цилиндрах могут различаться (например, различный объем впрыска топлива, момент зажигания, давление в цилиндре, и т.д.), компоненты отработавших газов могут быть распределены по объему выпускного коллектора и/или выпускного тракта неравномерно. Следовательно, может иметься несоответствие между концентрацией компонентов отработавших газов, полученной с помощью датчика в потоке отработавших газов, и концентрацией компонента в отработавших газах в целом, особенно если датчик отработавших газов расположен вблизи от выпускного коллектора. Таким образом, точность датчика может ухудшиться, что приведет к ухудшению контроля выбросов двигателя.
Попытки решить проблему неоднородности газа в выпускном тракте двигателя включают в себя размещение статических смесителей потока в выпускном тракте, пример одного из них содержится патенте США 2014/0133268. В данном документе раскрыта кольцевая опора с радиальными лопатками, сходящимися в направлении к центральному отверстию, которая создает завихрения отработавших газов, стимулируя перемешивание отработавших газов с инжектируемым восстановителем при сведении к минимуму противодавления через центральное отверстие.
Однако авторы настоящего изобретения выявили возможные проблемы, связанные с подобными системами. В качестве примера, ниже по потоку от смесителя могут сохраняться локальные застойные зоны неперемешанных отработавших газов, обусловленные наличием центрального отверстия и перемешиванием отработавших газов только в одном направлении. Таким образом, возможная неоднородность отработавших газов может снижать точность выходного сигнала датчика.
Чтобы смягчить проблему плохого перемешивания отработавших газов в выпускном тракте, авторы настоящего изобретения раскрывают статический смеситель потока, включающий в себя несколько открытых каналов, соединенных с центральной опорной конструкцией, каждый открытый канал из нескольких открытых каналов снабжен входной частью, изгибающейся в первом направлении вдоль продольной оси, хвостовой частью, изгибающейся во втором направлении вдоль продольной оси, и набором выступов в хвостовой части.
В одном из вариантов осуществления несколько открытых каналов могут включать в себя по меньшей мере один расходящийся канал и по меньшей мере один сходящийся канал. Изгибы в сходящихся каналах и в расходящихся каналах могут создавать траектории потока, по которым отработавшие газы движутся от одной плоскости выпускного тракта ко второй плоскости выпускного тракта, например, из периферийной области к центральной области выпускного тракта и наоборот.
В этом случае открытые сходящиеся каналы и открытые расходящиеся каналы, соединенные с центральной опорой, способны улучшить смешивание потока газа путем перемещения газа от центра выпускного тракта на периферию выпускного тракта через расходящиеся каналы, и путем перемещения газа от периферии к центру выпускного тракта через сходящиеся каналы. Кроме того, сходящиеся и расходящиеся каналы могут содержать выступы в хвостовой части канала, которые могут направлять отработавшие газы, выходящие за хвостовую части каналов в направлении по часовой стрелке и против часовой стрелки, благодаря чему обеспечивается большая однородность газовой смеси и повышается точность выходного сигнала датчика.
Следует понимать, что вышеуказанное краткое описание приведено лишь для упрощенного представления концепций, которые далее раскрывают более подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Раскрытие изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивают вариантами осуществления, устраняющими какие-либо вышеуказанные недостатки или недостатки в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На ФИГ. 1 показан пример двигателя с выпускным трактом, в котором расположен смеситель потока.
На ФИГ. 2 показан пример потока отработавших газов через статический смеситель потока с несколькими открытыми криволинейными каналами, размещенными в выпускном тракте.
На ФИГ. 3 показан вид сзади на выходы каналов с выступами статического смесителя потока, размещенного внутри выпускного тракта.
На ФИГ. 4 показан открытый криволинейный сходящийся канал статического смесителя, изображенного на ФИГ. 2.
На ФИГ. 5 показан вид спереди впускного отверстия сходящегося канала, изображенного на ФИГ. 4.
На ФИГ. 6 показан вид сзади выпускного отверстия отработавших газов сходящегося канала, изображенного на ФИГ. 4.
На ФИГ. 7 показан открытый криволинейный расходящийся канал статического смесителя, изображенного на ФИГ. 2.
На ФИГ. 8 показан вид спереди впускного отверстия расходящегося канала, изображенного на ФИГ. 6.
На ФИГ. 9 показан вид сзади выпускного отверстия расходящегося канала, изображенного на ФИГ. 6.
На ФИГ. 10 показан пример способа, с помощью которого отработавшие газы направляются через статический смеситель потока.
Раскрытие изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам для равномерного смешивания отработавших газов с помощью статического смесителя потока, размещенного внутри выпускного тракта автомобиля. Пример двигателя автомобиля со связанным с ним выпускным трактом с размещенным в нем смесителем газов показан на ФИГ. 1. 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. Статический смеситель потока, размещенный внутри выпускного тракта, может направлять отработавшие газы через несколько сходящихся и расходящихся каналов, тем самым направляя отработавшие газы по различным направлениям для обеспечения надежного перемешивания отработавших газов. Один из примеров потока отработавших газов через статический смеситель потока с несколькими открытыми криволинейными каналами, размещенными в выпускном тракте, показан на ФИГ. 2. Вид сзади на выходы каналов с выступами статического смесителя потока, размещенного внутри выпускного тракта, показан на ФИГ. 3. Вид открытого криволинейного сходящегося канала показан на ФИГ. 4. На ФИГ. 5 и 6, показаны, соответственно, вид спереди и вид сзади сходящегося канала, изображенного на ФИГ. 4. Расходящийся канал показан на ФИГ. 7, а на ФИГ. 8 и 9 показаны, соответственно, вид спереди и вид сзади расходящегося канала. Пример способа смешивания газов в выпускном тракте при прохождении через статический смеситель потока со сходящимися и расходящимися каналами показан на ФИГ. 10.
На ФИГ. 2-9 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, по меньшей мере в одном примере. Аналогично, элементы, показанные как смежные или прилежащие друг к другу, могут быть смежными или прилежащими друг к другу соответственно, по меньшей мере в одном примере. В качестве примера, компоненты, контактирующие друг с другом торцами, могут называться компонентами с торцевым контактом. В качестве другого примера, элементы, размещенные отдельно друг от друга, только с пространством между ними и без других компонентов, могут так называться, по меньшей мере в одном примере. На ФИГ. 2-9 показаны в соответствии с масштабом, хотя могут быть использованы другие относительные размерности.
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 тракт 42 и может выпускать отработавшие газы сгорания через выпускной тракт 48. Впускной коллектор 44 и выпускной тракт 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 клапана (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 клапана, и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, предусматривающего систему ППК и/или систему ИФКР.
Топливная форсунка 69 показана в непосредственном соединении с камерой 30 сгорания для непосредственного впрыска в нее топлива пропорционально продолжительности импульса сигнала, полученного от контроллера 12. Таким образом, топливная форсунка 69 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 подаваться 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 тракт 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 тракт 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 трактом 48 выше по потоку от устройства 70 контроля выбросов в соответствии с направлением потока отработавших газов. Датчиком 126 может быть любой подходящий датчик для определения 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 выбросов показано установленным вдоль выпускного тракта 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов и смесителя 68. Устройством 70 может быть трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), уловитель оксидов азота, каталитический нейтрализатор избирательной каталитической нейтрализации (ИКН), различные устройства контроля выбросов или их сочетания. В некоторых примерах, во время работы двигателя 10, устройство 70 контроля выбросов 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 выбросов и датчика 126 отработавших газов. В некоторых вариантах осуществления, в качестве дополнения или альтернативы, второй датчик отработавших газов может быть расположен ниже по потоку от устройства контроля выбросов и/или смеситель может быть расположен ниже по потоку от датчика отработавших газов и непосредственно перед устройством контроля выбросов. 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. 2-9.
Система 140 рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять требуемую часть отработавших газов из выпускного тракта 48 во впускной коллектор 44 посредством тракта 152 РОГ. Количество отработавших газов, 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 способ управления моментом зажигания при некоторых режимах сгорания.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в качестве микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство (МПУ) 102, порты 104 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, показанную в качестве постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 106 (например, долговременной памяти) в данном конкретном примере, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 108, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 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 различных датчиков на ФИГ. 1 и задействует различные приводы на ФИГ. 1 для регулирования работы двигателя на основе принимаемых сигналов и инструкций, хранимых в памяти контроллера.
На ФИГ. 1 изображена примерная система, содержащая статический смеситель потока 68. Пример статического смесителя потока, который может быть размещен в выпускном тракте 48, соединенном с двигателем 10, показан на ФИГ. 2-9. Статический смеситель потока, размещенный в выпускном тракте, может смешивать отработавшие газы для обеспечения более равномерного распределения компонентов газовой смеси, повышения точности датчика газа и предотвращения ухудшения состава выбросов транспортного средства.
На ФИГ. 2 показан вид сбоку системы 200, включая статический смеситель потока 301, с центральной опорой 310, смонтированной внутри выпускного тракта 314 автомобиля. Статический смеситель потока 301 может представлять собой смеситель 68, изображенный на ФИГ. 1. Выпускной тракт 314 может иметь продольную ось 99. Также показаны вертикальная, горизонтальная и поперечная оси для системы 200, где горизонтальная ось параллельна продольной оси выпускного тракта, а вертикальная ось перпендикулярна продольной оси. Выпускной тракт 314 может включать в себя внутреннюю стенку 312b обращенную к внутренней поверхности выпускного тракта 314 и наружную стенку 312а, расположенную напротив и находящуюся в контакте с внутренней стенкой, образуя выпускной тракт 314 для вывода отработавших газов из двигателя. Выпускной тракт 314 может включать в себя центральную зону 314а и периферийные области 314b и 314с, примыкающие к внутренней стенке выпускного тракта 314. Отработавшие газы могут поступать в выпускной тракт 314 и двигаться вдоль выпускного тракта 314 в направлении указанном стрелками. Выпускной тракт может иметь верхнюю сторону 330 и нижнюю сторону 332 напротив верхней стороны. Хотя в некоторых примерах выпускной тракт может быть кольцевым, следует понимать, что верхняя сторона может быть в вертикальном направлении самой высокой стороной / поверхностью выпускного тракта, а нижняя сторона может быть в вертикальном направлении самой низкой стороной / поверхностью выпускного тракта, относительно уровня основания, на котором находится система двигателя, в которой размещен выпускной тракт.
Статический смеситель потока 301 может включать в себя несколько открытых криволинейных каналов. Открытые криволинейные каналы могут включать несколько сходящихся каналов 302 и несколько расходящихся каналов 304, соединенных с общей центральной опорой 310 смесителя отработавших газов 301. Центральная опора 310 выполнена в соединении с выпускным трактом 314 причем каждый открытый канал имеет верхнюю поверхность, обращенную к верхней стороне выпускного тракта, и нижнюю поверхность напротив верхней поверхности. Общая центральная опора 310 может быть прикреплена к внутренней стенке 314 выпускного тракта, благодаря чему статический смеситель потока 301 фиксируется внутри выпускного тракта 314. Согласно одному из примеров, центральная опора 310 может располагаться вдоль вертикальной оси выпускного тракта 314, перпендикулярно к центральной продольной оси 99 выпускного тракта 314. Согласно одному из примеров, несколько сходящихся каналов 302 и расходящихся каналов 304 могут быть радиально соединены с центральной опорой 310, хотя возможны и другие конфигурации. Например, центральная опора может располагаться вдоль поперечной оси и/или сходящиеся и расходящиеся каналы могут быть линейно или аксиально присоединены к опоре (например, по одной или нескольким прямым линиям).
Каждый сходящийся канал 302 может включать в себя входную часть 302а и выходную хвостовую часть 302b для отработавших газов, как показано на ФИГ. 2. Аналогичным образом, каждый расходящийся канал 304 может включать в себя входную часть 304а и выходную хвостовую часть 304b. Каждый сходящийся канал 302 может направлять поток отработавших газов, поступающих через входную часть сходящегося канала 302а и выходящих через выходную часть сходящегося канала 302b, тем самым перемещая газ из периферийных зон 314b и/или 314с выпускного тракта 314 к центральной области 314а выпускного тракта 314. На ФИГ. 2 показан пример траектории 320 потока, входящего через входную часть сходящегося канала 302а и выходящего через хвостовую часть сходящегося канала 302b, по которой отработавшие газы направляются от периферии 314b к центру 314а выпускного тракта 314. Аналогичным образом, пример траектории 321 потока может перемещать отработавшие газы вдоль сходящегося канала 302 от периферии 314с к центру 314а выпускного тракта 314. Напротив, несколько расходящихся каналов 304 прикрепленных к центральной опоре 310 статического смесителя потока 301 могут направлять поток газа из центральной области 314а к периферийной области 314а или 314b выпускного тракта 314. Пример траекторий 322 и 323 потока иллюстрирует поток газа вдоль расходящихся каналов 304 из центра 314а на периферию 314b и на периферию 314с выпускного тракта 314, соответственно. Кроме траекторий 320 и 321 потока через сходящиеся каналы 302, и траекторий 322 и 323 потока через расходящиеся каналы 304, газ может также протекать через выпускной тракт 314, не попадая в сходящиеся и/или расходящиеся каналы, что иллюстрируется траекториями 324 и 326 потока на ФИГ. 2. Хвостовые части сходящихся каналов 302b и хвостовые части расходящихся каналов 304b могут иметь выдающиеся выступы, которые могут направлять поток газа, выходящий через хвостовые части каналов, по часовой стрелке и против часовой стрелки. Выступы на хвостовых частях сходящихся каналов и расходящихся каналов подробно проиллюстрированы на ФИГ. 4-9.
Сходящиеся каналы 302 и расходящиеся каналы 304, показанные на ФИГ. 2, представляют собой открытые криволинейные каналы. Согласно одному из примеров, сходящиеся каналы 302 и расходящиеся каналы 304 могут проходить вдоль продольной оси 99 выпускного тракта 314 (например, сходящиеся и расходящиеся каналы могут каждый иметь продольную ось, параллельную продольной оси выпускного тракта). Согласно другому примеру, каждый сходящийся канал 302 может располагаться под наклоном к продольной оси в направлении к центральной оси 99 выпускного тракта, а каждый расходящийся канал 304 может располагаться под наклоном к продольной оси в направлении от продольной оси 99, изгибая каналы относительно продольной оси 99 выпускного тракта 314. Дальнейшее описание конфигурации изгиба сходящихся каналов 302 и расходящихся каналов 304 обсуждается со ссылкой на ФИГ. 4 и 7, соответственно.
Статический смеситель потока 301 может представлять собой единую обработанную деталь или может быть сварен из нескольких частей и может изготавливаться из материала, допускающего изгибание с целью сформировать статический смеситель потока 301. Смеситель 301 может быть выполнен из одного или нескольких керамических материалов, металлического сплава, производного кремния, или других подходящих материалов, способных выдерживать высокие температуры отработавших газов. В качестве дополнения или альтернативы, смеситель 301 может содержать или более покрытий и материалов, чтобы отработавший газ мог вступать в контакт с поверхностями смесителя 301 без отложения сажи или других компонентов отработавших газов на смесителе 301. В некоторых вариантах осуществления выпускной тракт 314 может включать в себя более одного смесителя 301. Например, выпускной тракт 314 может иметь два статических смесителя потока 301. В одном из вариантов осуществления, между первым и вторым смесителем в выпускном тракте могут отсутствовать какие-либо компоненты. В других вариантах осуществления, между первым и вторым смесителями могут находиться один или несколько компонентов выпускной системы, таких как датчики состава отработавших газов.
На ФИГ. 3 показан вид сзади статического смесителя потока 301 с четырьмя сходящимися каналами 302, 311, 313 и 315 и четырьмя расходящимися каналами 304, 305, 307 и 309, расположенными радиально на центральной опоре 310 и размещенными внутри выпускного тракта 314. Однако возможно использование другого количества сходящихся и/или расходящихся каналов, например, три сходящихся канала и три расходящихся канала. В одном из вариантов осуществления сходящиеся каналы и расходящиеся каналы могут быть прикреплены чередующимся образом к центральной опоре 310, так, что каждый сходящийся канал может быть расположен между двумя расходящимися каналами и наоборот. Центральная опора 310 со сходящимися и расходящимися каналами может быть вставлена и закреплена к внутренней стенке выпускного тракта, параллельно вертикальной оси 399 выпускного тракта 314. В одном из вариантов осуществления, центральная опора 310 может включать в себя две точки/зоны контакта, предназначенные для соединения с внутренней стенкой выпускного тракта 314. Согласно одному из примеров, центральная опора может быть непрерывной и проходить по диаметру выпускного тракта 314. В других вариантах осуществления, центральная опора 310 может не проходить через весь диаметр выпускного тракта.
В одном из примеров сходящиеся и расходящиеся каналы, соединенные с центральной осью 310, могут быть ориентированы таким образом, что каждый канал может следовать кривизне внутренней стенки выпускного тракта 314, как показано на ФИГ. 3. Например, расходящийся канал 304 может быть ориентирован так, что его поперечная ось будет расположена под углом 90° относительно вертикальной оси 399 выпускного тракта 314. Расходящийся канал 305 может быть ориентирован под углом 0°, параллельно вертикальной оси 399. Например, расходящийся канал 307 может быть ориентирован так, что его поперечная ось будет расположена под углом 90° (например, повернутым вертикально относительно расходящегося канала 304), относительно вертикальной оси 399 выпускного тракта 314. Четвертый расходящийся канал 309 может быть ориентирован так, что его поперечная ось будет расположена под углом 0° относительно вертикальной оси 399 выпускного тракта 314. В других примерах сходящиеся и расходящиеся каналы могут быть соединены с центральной осью в других ориентациях, например, каждый сходящийся и каждый расходящийся каналы могут иметь одну и ту же ориентацию по отношению друг к другу. Например, каждый сходящийся канал может быть ориентирован так, что каждая поперечная ось будет иметь одну и ту же ориентацию.
Вид 300 показывает выходы / хвостовые части каналов нижнего по потоку конца выпускного тракта 314 вмещающего в себя статический смеситель потока 301 (например, ниже по потоку относительно направления отработавших газов). Согласно одному из примеров, хвостовая часть сходящегося канала 302 может включать в себя первый выступ 303а хвостовой части сходящегося канала и второй выступ 303b хвостовой части сходящегося канала. Аналогичным образом, хвостовая часть расходящегося канала 304 может включать в себя первый выступ 304а хвостовой части расходящегося канала и второй выступ 304b хвостовой части расходящегося канала. Как показано на ФИГ. 2, отработавшие газы выходят из каналов через хвостовые части. Согласно одному из примеров, выступы хвостовой части расходящегося канала 307 могут направлять газ, выходящий из расходящегося канала по траектории 306а потока против часовой стрелки и по траектории 306b потока по часовой стрелке, смешивая газ, выходящий через хвостовую часть. Выступы хвостовой части сходящегося канала 315 могут аналогичным образом направлять выходящие отработавшие газы по траектории 308а потока против часовой стрелки и по траектории 308b потока по часовой стрелке. Радиальные траектории потока, показанные на ФИГ. 2 в сочетании с траекториями потока, задаваемыми выступами в хвостовой части каналов, как показано на ФИГ. 3 могут обеспечивать более равномерное распределение компонентов в газе, выходящем из статического смесителя потока, по сравнению с распределением в газе, поступающем в статический смеситель потока.
Примеры сходящихся и расходящихся каналов статического смесителя потока (например, статического смесителя потока 301 на ФИГ. 2 и 3) подробно изображены на ФИГ. 4-9. На ФИГ. 4 показан открытый криволинейный сходящийся канал 400 вдоль центральной продольной оси 199. Показаны также вертикальная, поперечная и горизонтальная оси сходящегося канала 400. Сходящийся канал 400, расположенный внутри проходного тракта (например, выпускного тракта), может направлять текучее вещество (например, отработавшие газы) из периферийной области проходного тракта к центральной области проходного тракта. Сходящийся канал 400 может состоять из одного гнутой детали и может включать в себя входную часть 400а канала, формирующую вход 418 и хвостовую часть 400b канала, формирующую выход 420, напротив входа 418. Газ может входить в сходящийся канал 400 через вход 418 во входной части 400а сходящегося канала и двигаться по длине сходящегося канала 400, чтобы выйти через хвостовую часть 400b сходящегося канала. На ФИГ. 5 показан вид 401 спереди входной части 400а сходящегося канала со входом 418, а на ФИГ. 6 показан вид 403 сзади хвостовой части 400b сходящегося канала с выходом 420. Для целей обсуждения ФИГ. 4-6 будут описаны совместно.
Сходящийся канал может включать в себя первую длинную сторону 430 и вторую длинную сторону 432, проходящие по всей длине сходящегося канала 400 параллельно продольной оси 199. Сходящийся канал 400 может включать в себя первую короткую сторону 434 во входной части 400а сходящегося канала и вторую короткую сторону 436 сходящегося канала в хвостовой части 400b сходящегося канала. Первая короткая сторона 434 и вторая короткая сторона 436 могут располагаться вдоль поперечной оси, перпендикулярно продольной оси 199. Первая длинная сторона 430 и вторая длинная сторона 432 сходящегося канала 400 могут не соприкасаться друг с другом по длине сходящегося канала, не закрывая таким образом проход через сходящийся канал 400, благодаря чему канал является открытым. Согласно одному из примеров, первая длинная сторона 430 и вторая длинная сторона 432 могут быть параллельны друг другу по длине сходящегося канала 400, формируя открытый сходящийся канал без закрытия прохода вдоль сходящегося канала. Кроме того, первая короткая сторона 434 и вторая короткая сторона 436 могут не иметь контакта друг с другом или с первой длинной стороной 430 и второй длинной стороной 432 сходящегося канала 400, за исключением углов канала, где первая короткая сторона встречается с первой и второй длинными сторонами, и где вторая короткая сторона встречается с первой и второй длинными сторонами. Любая поверхность вдоль первой короткой стороны 434 может не иметь касания с какой-либо другой поверхностью на первой короткой стороне 434. Аналогичным образом, любая поверхность вдоль второй короткой стороны 436 может не иметь касания с какой-либо другой поверхностью на второй короткой стороне 436. Согласно одному из примеров, край первой длинной стороны 430, встречающийся с краем первой короткой стороны 434, может быть выгнут наружу в качестве первого отворота 440, а край второй длинной стороны 432, встречающийся с краем первой короткой стороны 434, может быть выгнут наружу в качестве второго отворота 442. Сходящийся канал 400 может иметь верхнюю поверхность 402 и нижнюю поверхность 412 напротив верхней поверхности 402. Верхняя поверхность 402 может быть обращена в одну и ту же сторону по всей длине канала. Точно также, нижняя поверхность может быть обращена в одну и ту же сторону по всей длине канала. Например, когда статический смеситель потока установлен в выпускном тракте, верхняя поверхность 402 сходящегося канала 400 может быть обращена к внутренней стенке выпускного тракта, а нижняя поверхность 412 может быть обращена к центру выпускного тракта по всей длине сходящегося канала 400. Верхняя поверхность 402 и нижняя поверхность 412 сходящегося канала 400 могут быть изогнуты относительно продольной оси 199 сходящегося канала 400, чтобы придать каналу изогнутую форму. Изогнутая форма сходящегося канала 400 позволяет направить газ из периферийной области соответствующего проходного тракта к центральной области проходного тракта, как показано на примерах траекторий 320 и 321 потока на ФИГ. 2.
Сходящийся канал 400 может быть изогнут по изгибам по нескольким осям канала, так, что входная часть 400а канала может находиться в плоскости, поднимающейся вверх, а хвостовая часть 400b канала может находиться в плоскости, опускающейся вниз относительно продольной оси 199. Таким образом, входная часть 400а канала в одной плоскости может выходить из хвостовой части 400b канала в другой плоскости, тем самым обеспечивая сходящийся поток и смешивание газа в соответствующем проходном тракте. Согласно одному из примеров, показанных на ФИГ. 4, сходящийся канал 400 может включать в себя три изгиба. Первый изгиб С1 сходящегося канала может изгибать канал в направлении вниз вдоль вертикальной оси, приближаясь к продольной оси 199, а второй изгиб С2 сходящегося канала может изгибать канал в направлении вверх вдоль вертикальной оси, приближаясь к продольной оси 199. Третий изгиб СЗ сходящегося канала может изгибать канал вдоль поперечной оси в переходном сочленении 422 первого изгиба С1 сходящегося канала и второго изгиба С2 сходящегося канала.
Первый изгиб С1 сходящегося канала может изгибать верхнюю поверхность 402 в направлении вниз относительно вертикальной оси и вдоль продольной оси 199, что приводит к вогнутости входной части относительно плоскости вдоль самого низкого по вертикали положения входной части. В результате наличия первого изгиба С1 в направлении вниз, первая длинная сторона 430 и вторая длинная сторона 432 сходящегося канала 400, которые проходят вдоль всей длины канала, во входной части канала расположены по вертикали выше, чем в середине канала. Вдоль первого изгиба С1 в направлении к переходной области 422, степень изгиба может уменьшаться, пока средняя и длинная стороны канала не окажутся в одинаковой вертикальной позиции.
Первая короткая сторона 434 сходящегося канала 400 может изгибаться кверху в направлении к продольной оси 199. Угол первого изгиба С1 сходящегося канала может определять глубину r1 входной части 400а сходящегося канала. Согласно одному из примеров, первая короткая сторона 434 изгибается кверху на первом изгибе С1, так что первая короткая сторона 434 с обеих сторон первого изгиба С1 может быть разделена шириной h1 в основании входной части 400а канала и шириной h2 в верху входной части 400а канала. Согласно одному из примеров, ширины h1 и h2 могут быть одинаковыми. Согласно другому примеру, ширина h1 может быть меньше ширины h2. Согласно одному из примеров, первый изгиб С1 сходящегося канала может придать входной части 400а канала перевернутую U-образную форму, как показано на ФИГ. 5. Согласно другому примеру, первый изгиб С1 сходящегося канала может иметь перевернутую V-образную форму. В еще одном примере, изгиб С1 сходящегося канала может быть симметричным как показано на ФИГ. 4, так что первая короткая сторона 434 вдоль первого изгиба С1 сходящегося канала может быть симметрична на обеих сторонах первого изгиба С1. Согласно другому примеру, первый изгиб С1 сходящегося канала может не быть симметричным, тем самым делая кривизну входной части 400а канала асимметричной. Первый изгиб С1 сходящегося канала может продолжаться вдоль продольной оси 199 до переходного сочленения 422, делая верхнюю поверхность 402 выпуклой, а нижнюю поверхность 412 - вогнутой поверхностью сходящегося канала 400. В месте переходного сочленения 422 второй изгиб С2 сходящегося канала и третий изгиб С3 сходящегося канала могут пересекаться с первым изгибом С1 сходящегося канала.
В месте переходного сочленения 422 кривизна канала может менять направление, так что хвостовая часть будет выпуклой относительно плоскости вдоль самой нижней по вертикали части входа канала. В месте переходного сочленения 422 второй изгиб С2 сходящегося канала может изгибать канал в направлении вверх относительно вертикальной оси и вдоль продольной оси 199. В результате наличия второго изгиба С2 в направлении вверх, две длинных стороны сходящегося канала 400, которые проходят вдоль всей длины канала, в хвостовой части канала расположены по вертикали выше, чем в середине канала. По длине второго изгиба С2 на удалении от области перехода 422, степень изгиба может увеличиваться.
Второй изгиб С2 сходящегося канала может определять глубину r2 хвостовой части 400b канала. Согласно одному из примеров, ширина h3 и ширина h3 второй короткой стороны 436 в хвостовой части 400b канала может определять кривизну хвостовой части 400b канала. Согласно одному из примеров, в результате второго изгиба С2, изгибающего вторую короткую сторону 436 кверху, ширина h3 может быть равна ширине h4, что придаст хвостовой части 400b канала U-образную кривизну. В других примерах второй изгиб С2 может иметь V-образную форму или другую подходящую кривизну. Согласно одному из примеров, глубина r1 входной части 400а канала может быть равной глубине r2 хвостовой части 400b канала. Согласно другому примеру, ширина h1 и ширина h2 во входной части 400а канала может быть равна ширине h3 и ширине h4 хвостовой части 400b канала, соответственно.
Переход от первого изгиба С1 ко второму изгибу С2 может приводить к третьему изгибу С3 сходящегося канала в месте переходного сочленения 422, где третий изгиб С3 изгибает канал в поперечном направлении. Третий изгиб С3 может изгибать сходящийся канал 400 в направлении вверх относительно вертикальной оси, так что верхние поверхности 402 входной части 400а сходящегося канала и хвостовая часть 400b сходящегося канала приводятся навстречу друг к другу. Однако в некоторых примерах угол третьего изгиба С3 может быть равен 0°.
Согласно одному из примеров, переходное сочленение 422 может находиться на одинаковом расстоянии от входной части 400а канала и хвостовой части 400b канала. В других примерах переходное сочленение 422 может находиться ближе к входной части 400а канала или может находиться ближе к хвостовой части 400b канала. В показанном примере переходное сочленение 422 может находиться на 60% длины сходящегося канала 400 по отношению к входной части 400а канала, и поэтому входная часть сходящегося канала может быть длиннее хвостовой части сходящегося канала. Согласно одному из примеров, входная часть 400а сходящегося канала может находиться ближе к внутренней стенке выпускного тракта 314, так что более длинная входная часть канала может переносить больший объем отработавших газов от периферии к центру выпускного тракта 314. Расположение переходного сочленения 422 по длине сходящегося канала 400 может определять, в каком месте в канале меняется ориентация верхней поверхности 402 и нижней поверхности 412 (например, выпуклой или вогнутой). Описанный выше пример является не носящим ограничительного характера примером сходящегося канала. Сходящийся канал может иметь дополнительные и/или альтернативные изгибы для получения такого изгиба сходящегося канала, чтобы он мог направлять газ из периферийной области к центральной области соответствующего проходного тракта.
В дополнение к перемещению газа из периферийной области к центральной зоне, сходящийся канал может также перемещать газ, выходящий из хвостовой части канала в направлении по часовой стрелке и против часовой стрелки. Хвостовая часть 400b канала может включать в себя первый выступ 406а и второй выступ 406b для придания кругового направления движению газа, выходящего из хвостовой части канала. В одном из вариантов осуществления, первый выступ 406а и второй выступ 406b могут быть образованы путем изгиба участка верхней поверхности 402, на расстоянии от продольной оси 199 в хвостовой части 400b сходящегося канала, с образованием двух выступов с обеих сторон хвостовой части как показано на ФИГ. 6. Размах выступов 406а и 406b может определяться углом и площадью верхней поверхности 402 выгнутой из концов хвостовой части 400b канала. Согласно одному из примеров, первый выступ и второй выступ могут представлять собой треугольные отвороты, которые могут быть в значительной мере прямыми по отношению к изгибу хвостовой части. Согласно одному из примеров, два выступы могут быть симметричными, так что размах двух выступов может быть одинаковым и противоположно направленным (например, первый выступ 406а может быть зеркальным отражением второго выступа 406b). Согласно другому примеру, выступы 406а и 406b могут иметь различный размах. Размах выступов хвостовой части сходящегося канала может составлять приблизительно одну пятую общей ширины канала. Выступы хвостовой части могут быть относительно плоскими с минимальной кривизной или без таковой на обоих краях выступа хвостовой части.
Первый выступ 406а сходящегося канала в хвостовой части 400b канала может придавать завихрение выходящему газу в направлении против часовой стрелки, а второй выступ 406b сходящегося канала может придавать завихрение в направлении по часовой стрелке, смешивая газ, выходящий из хвостовой части канала. Благодаря кривизне нижней поверхности 412, отработавшие газы поступают на вход в относительном центре канала, когда газы протекают вдоль нижней поверхности 412, они разделяются на два потока на каждой из сторон выступов хвостовой части. На первом выступе 406а, на виде сзади, отработавшие газы могут направляться от нижней поверхности 412, образуя поток, направленный против часовой стрелки. На втором выступе 406b отработавшие газы могут направляться от нижней поверхности 412, образуя поток, направленный по часовой стрелке.
На ФИГ. 7-9 показан расходящийся канал 500, расположенный вдоль центральной продольной оси 299. Показаны также вертикальная, поперечная и горизонтальная оси расходящегося канала 500. Расходящийся канал 500 может включать в себя входную часть 500а расходящегося канала и хвостовую часть 500b сходящегося канала. Газ может поступать во входную часть 500а расходящегося канала через вход 518, и выходить через хвостовую часть 500b расходящегося канала через выход 520, напротив входа 518. Расходящийся канал 500 может обеспечивать перемещение газа из центральной области к периферийной области канала, вмещающего в себя расходящийся канал, такой как выпускной тракт 314, вмещающий в себя расходящийся канал 304. На ФИГ. 8 показан вид 501 спереди входной части 500а расходящегося канала со входом 518, а на ФИГ. 9 показан вид 503 сзади хвостовой части 500b расходящегося канала с выходом 520. Для целей обсуждения ФИГ. 7-9 будут описаны совместно.
По аналогии со сходящимся каналом 400, расходящийся канал 500 может представлять собой открытый криволинейный канал, как показано на ФИГ. 7. Однако, как показано на ФИГ. 4, пространственное положение входной части 500а расходящегося канала и хвостовой части 500b расходящегося канала относительно продольной оси 299 расходящегося канала может быть обратным по сравнению с пространственным положением входной части 400а сходящегося канала и хвостовой части 400а сходящегося канала относительно продольной оси 199 сходящегося канала 400. Согласно одному из примеров, криволинейная конфигурация расходящегося канала 500 может быть такой, что входная часть 500а расходящегося канала со входом 518 может находиться в плоскости, опускающейся вниз относительно продольной оси 299. По длине расходящегося канала 500, канал может изгибаться, так что хвостовая часть 500b расходящегося канала с выходом 520 может находиться в плоскости, поднимающейся вверх относительно продольной оси 299 расходящегося канала 500. Согласно одному из примеров, канализация газа расходящимся каналом 500 может осуществляться от периферии к центральной области соответствующего проходного тракта, как показано траекториями 322 и 323 потока через расходящийся канал 304 на ФИГ. 2.
Расходящийся канал 500 может включать в себя первую длинную сторону 530 и вторую длинную сторону 532, проходящие по всей длине расходящегося канала 500 параллельно продольной оси 299. Расходящийся канал 500 может также включать в себя первую короткую сторону 534, граничащую с входной частью 500а расходящегося канала, и вторую короткую сторону 436 сходящегося канала граничащую с хвостовой частью 500b расходящегося канала. Первая короткая сторона 534 и вторая короткая сторона 536 могут располагаться вдоль поперечной оси, перпендикулярно продольной оси 299. Первая длинная сторона 530 и вторая длинная сторона 532 расходящегося канала 500 могут не соприкасаться друг с другом по длине расходящегося канала, не закрывая таким образом проход через расходящийся канал, благодаря чему канал является открытым. Согласно одному из примеров, первая длинная сторона 530 и вторая длинная сторона 532 могут быть параллельны друг другу по длине расходящегося канала 500, формируя открытый расходящийся канал. Кроме того, первая короткая сторона 534 и вторая короткая сторона 536 могут не иметь контакта друг с другом или с первой длинной стороной 530 и второй длинной стороной 532 расходящегося канала 500, за исключением углов канала, где первая короткая сторона 534 встречается с первой длинной стороной 530 и второй длинной стороной 532, и где вторая короткая сторона 536 встречается с первой длинной стороной 530 и второй длинной стороной 532. Любая поверхность вдоль первой короткой стороны 534 может не иметь касания с какой-либо другой поверхностью на первой короткой стороне 534. Аналогичным образом, любая поверхность вдоль второй короткой стороны 536 может не иметь касания с какой-либо другой поверхностью на второй короткой стороне 536. Согласно одному из примеров, край первой длинной стороны 530, встречающийся с краем первой короткой стороны 534, может быть выгнут наружу в качестве первого отворота 540, а край второй длинной стороны 532, встречающийся с краем короткой стороны 534, может быть выгнут наружу в качестве второго отворота 542. Расходящийся канал 500 может иметь верхнюю поверхность 502 и нижнюю поверхность 512 напротив верхней поверхности 502. Верхняя поверхность 502 может быть обращена в одну и ту же сторону по всей длине расходящегося канала. Точно также, нижняя поверхность 512 может быть обращена в одну и ту же сторону по всей длине канала. Например, когда статический смеситель потока установлен в выпускном тракте, нижняя поверхность 512 расходящегося канала 500 может быть обращена к внутренней стенке выпускного тракта, а верхняя поверхность 502 может быть обращена к центру выпускного тракта по всей длине расходящегося канала 500. Верхняя поверхность 502 и нижняя поверхность 512 расходящегося канала 500 могут быть изогнуты относительно продольной оси 299 расходящегося канала 500, чтобы придать каналу изогнутую форму. Изогнутая форма расходящегося канала 500 позволяет направить газ из центральной области соответствующего проходного тракта к периферийной области проходного тракта. По аналогии со сходящимся каналом 400, показанным на ФИГ. 4-6, расходящийся канал 500 может быть изогнут по изгибам на верхней поверхности 502 и связанной с ним нижней поверхности 512. Однако в отличие от сходящегося канала 400, расходящийся канал 500 может изгибаться так, что входная часть 500а расходящегося канала может находиться в плоскости, опускающейся книзу относительно продольной оси 299, а хвостовая часть 500b канала может находиться в плоскости, поднимающейся кверху относительно продольной оси 299, как показано на ФИГ. 7. Таким образом, входная часть 500а канала в одной плоскости может выходить из хвостовой части 500b канала в другой плоскости, тем самым обеспечивая расходящийся поток и смешивание газа в соответствующем проходном тракте.
Расходящийся канал 500 может быть изогнут по изгибам по нескольким осям канала. На ФИГ. 7 показан пример расходящегося канала 500 включая три изгиба. Первый изгиб D1 расходящегося канала может изгибать канал в направлении вверх вдоль вертикальной оси, приближаясь к продольной оси 299, а второй изгиб D2 расходящегося канала может изгибать канал в направлении вниз вдоль вертикальной оси, приближаясь к продольной оси 299. В месте переходного сочленения 522, первый изгиб D1 расходящегося канала и второй изгиб D2 расходящегося канала могут пересекаться третьим изгибом D3 расходящегося канала, который может изгибать расходящийся канал 500 вдоль поперечной оси.
Первый изгиб D1 расходящегося канала может изгибать верхнюю поверхность 502 в направлении вверх относительно вертикальной оси и вдоль продольной оси 299, что обеспечивает выпуклость. В результате наличия первого изгиба D1 в направлении вверх, две длинных стороны расходящегося канала 500, которые проходят вдоль всей длины канала, во входной части канала расположены по вертикали ниже, чем в середине канала. Вдоль первого изгиба D1 в направлении от переходной области 522, степень изгиба может уменьшаться пока средняя и длинная стороны расходящегося канала 500 не окажутся в одинаковой вертикальной позиции.
Угол первого изгиба D1 расходящегося канала 500 может определять глубину r3 входной части расходящегося канала 500а. Первая короткая сторона 534 может изгибаться кверху в направлении к продольной оси 299. Согласно одному из примеров, первая короткая сторона 534 с обеих сторон первого изгиба D1 может изгибаться кверху, приближаясь к продольной оси 299, так что первая короткая сторона 534 может быть отделена шириной w1 в основании входной части канала 500а и шириной w2 от верха входной части канала 500а. Согласно одному из примеров, ширины w1 и w2 могут быть схожими. Согласно другому примеру, ширина w1 может быть меньше ширины w2. Согласно одному из примеров, первый изгиб D1 расходящегося канала может придать входной части канала 500а U-образную форму, как показано на ФИГ. 7 и 8. Угол первого изгиба D1 расходящегося канала может также определять радиус кривизны входной части расходящегося канала 500а. Первый изгиб D1 расходящегося канала 500 может продолжаться вдоль продольной оси 299 до переходного сочленения 522, делая верхнюю поверхность 502 выпуклой, а нижнюю поверхность 512 - вогнутой поверхностью расходящегося канала 500 до переходного сочленения 522. В месте переходного сочленения 522, первый изгиб D1 расходящегося канала и второй изгиб D2 расходящегося канала могут образовывать третий изгиб D3 расходящегося канала в поперечном направлении. Третий изгиб D3 расходящегося канала может изгибать расходящийся канал 500 в направлении вниз относительно вертикальной оси, так что верхняя поверхность 502 входной части расходящегося канала 500а и хвостовая часть расходящегося канала 500b приводятся навстречу друг к другу. Однако в некоторых примерах угол третьего изгиба D3 может быть равен 0°.
В месте переходного сочленения 522 выпуклость входной части переходит в вогнутость хвостовой части. В месте переходного сочленения 522 второй изгиб D2 может изгибать канал в направлении вниз относительно вертикальной оси и вдоль продольной оси 299. В результате наличия второго изгиба D2 в направлении вниз, две длинные стороны расходящегося канала 500, которые проходят вдоль всей длины канала, в хвостовой части канала расположены по вертикали ниже, чем в середине канала. По длине второго изгиба D2 на удалении от области перехода 522, степень изгиба может увеличиваться.
Первый изгиб D1 расходящегося канала и второй изгиб D2 расходящегося канала определяют кривизну, симметрию и размах входной части расходящегося канала 500а и хвостовой части расходящегося канала 500b, соответственно. Согласно одному из примеров, угол расходящегося канала первого изгиба D1 может быть таким, что входная часть 500а расходящегося канала может иметь U-образную кривизну. Аналогичным образом, второй изгиб D2 расходящегося канала может придавать хвостовой части 500b расходящегося канала перевернутую U-образную форму. Второй изгиб D2 расходящегося канала может определять глубину r4 хвостовой части 500b канала. Согласно одному из примеров, изгиб второй короткой стороны 536 на обеих сторонах второго изгиба D2 может быть отделен шириной w3 и шириной w4 в хвостовой части 500b канала и может определять кривизну хвостовой части 500b канала. Согласно одному из примеров, в результате второго изгиба D2, изгибающего вторую короткую сторону 536 книзу, ширина w3 может быть равна ширине w4, что придаст хвостовой части 500b канала U-образную кривизну. Первый изгиб D1 расходящегося канала и второй изгиб D2 расходящегося канала могут быть такими, что глубина r3 входной части 500а канала и глубина r4 хвостовой части 500b канала расходящегося канала 500 могут быть одинаковыми.
Согласно одному из примеров, переходное сочленение 522 может находиться на одинаковом расстоянии от входной части 500а канала и хвостовой части 500b канала. В других примерах переходное сочленение 522 может находиться ближе к входной части 500а канала или может находиться ближе к хвостовой части 500b канала. Расположение переходного сочленения 522 по длине расходящегося канала 500 может определять, в каком месте в канале меняется ориентация верхней поверхности 502 и нижней поверхности 512 (например, выпуклой или вогнутой). В показанном примере переходное сочленение 522 может находиться на 60% длины расходящегося канала 500 по отношению к входной части 500а канала, и поэтому входная часть расходящегося канала может быть длиннее хвостовой части расходящегося канала. Описанный выше пример является не носящим ограничительного характера примером расходящегося канала. Расходящийся канал может иметь дополнительные и/или альтернативные изгибы для получения такого изгиба расходящегося канала, чтобы он мог направлять газ из центральной области к периферийной области соответствующего проходного тракта.
По аналогии со сходящимся каналом 400, расходящийся канал 500 может иметь выступы в хвостовой части 500b расходящегося канала для перемещения выходящего газа в хвостовой части 500b канала по часовой стрелке и против часовой стрелки (на виде сзади). В хвостовой части 500b расходящегося канала могут иметься первый выступ 506а расходящегося канала и второй выступ 506b расходящегося канала, как показано на ФИГ. 7 и 9. Первый выступ 506а и второй выступ 506b расходящегося канала 500 могут быть образованы изгибом наружу нижней поверхности 512 расходящегося канала, на расстоянии от продольной оси 299. Размах хвостовых выступов 506а и 506b расходящегося канала может определяться углом и площадью нижней поверхности 512, изгибающейся кнаружи в хвостовой части расходящегося канала 500b. В одном из вариантов осуществления первый выступ 506а и второй выступ 506b могут быть симметричными, так что размах двух выступов может быть одинаковым и противоположно направленным (например, первый выступ 506а может быть зеркальным отражением второго выступа 506b). Согласно другому примеру, выступы 506а и 506b могут иметь различный размах. Выступы хвостовой части расходящегося канала могут включать в себя треугольные отвороты, которые могут быть в значительной мере прямыми по отношению к изгибу хвостовой части. Размах хвостовых выступов может составлять приблизительно одну пятую общей ширины канала. Хвостовые выступы могут быть относительно плоскими с минимальной кривизной или без таковой на обоих краях выступов хвостовой части.
Длина каналов может лежать в диапазоне от 50 мм до 80 мм, а ширина каналов - от 10 мм до 20 мм, в зависимости от диаметра выпускного тракта. Как в сходящихся, так и в расходящихся каналах могут иметься изгибы двух различных видов, изгиб первого типа может быть расположен по центру канала в продольном направлении (в горизонтальной вертикальной плоскости), например, первый изгиб С1 сходящегося канала 400 и первый изгиб D1 расходящегося канала 500, формирующие, соответственно, перевернутую U-образную или U-образную входную часть канала. Изгиб второго типа (например, изгибы С2 и D2 сходящегося и расходящегося каналов, соответственно) может располагаться в вертикально-горизонтальной плоскости, образуя U-образную форму в хвостовой части сходящегося канала и перевернутую U-образную форму в хвостовой части расходящегося канала. Третий изгиб может присутствовать вдоль поперечной плоскости в месте переходного сочленения входной и хвостовой частей каналов. Согласно одному из примеров, третий изгиб СЗ сходящегося канала 400 и третий изгиб D3 расходящегося канала 500 могут быть минимальными, например, под углом 0°.
Таким образом, для обеспечения смешивания газа в проходном тракте в канал может быть установлена комбинация сходящихся и расходящихся каналов, соединенных с центральной опорой. Канализация газа от периферии к центру проходного тракта сходящимися каналами, и из центра на периферию расходящимися каналами, наряду со смешиванием газа по часовой стрелке и против часовой стрелки выступами в хвостовых частях каналов, может обеспечить повышение однородности газовой смеси в проходном тракте, где расположен статический смеситель потока.
На ФИГ. 10 показан пример способа 600 смешивания газов статическим смесителем потока, установленным в выпускном тракте, который соединен с двигателем транспортного средства. Способ 600 является не ограничивающим примером способа смешивания отработавших газов статическим смесителем потока, размещенным в выпускном тракте. Способ 600 может быть приспособлен для смешивания газа статическим смесителем потока в любом проходном тракте, в том числе связанном с двигателем, или не имеющем отношения к двигателю. Статический смеситель потока может включать в себя несколько сходящихся каналов и несколько расходящихся каналов, смонтированных на центральной опоре.
Каналы могут включать в себя входную часть канала для входа газа в канал, и хвостовую часть канала для выхода газа из канала. Хвостовые части каналов могут включать в себя два выступы с обеих сторон хвостовой части канала для дополнительного смешивания выходящего из канала газа.
На шаге 604 способ содержит направление отработавших газов из двигателя в присоединенный выпускной тракт. Отработавшие газы могут поступать в выпускной тракт до места расположения соответствующих смесителей потока и газовых датчиков. На шаге 606 отработавшие газы могут поступать в статический смеситель потока, размещенный в выпускном тракте. Статический смеситель потока может включать в себя несколько открытых криволинейных каналов, отработавшие газы могут поступать в каналы через входную часть соответствующего канала. Открытые криволинейные каналы могут представлять собой несколько сходящихся каналов и несколько расходящихся каналов. После того, как отработавшие газы попадут в статический смеситель потока через входные части каналов, способ 600 может перейти к шагу 608, где отработавшие газы могут быть направлены статическим смесителем потока в радиальном направлении. Для смешивания газов в радиальном направлении, статический смеситель может направлять отработавшие газы в первом направлении через набор расходящихся каналов на смеситель потока. Расходящиеся каналы могут направлять отработавшие газы из центра на периферию выпускного тракта, вмещающего в себя статический смеситель потока. Статический смеситель может направлять отработавшие газы во втором направлении через набор сходящихся каналов на смеситель потока, направляя отработавшие газы к центральной области выпускного тракта.
На шаге 610 отработавшие газы могут далее направляться к выходу статического смесителя потока через хвостовые части каналов. На шаге 612 выступы в хвостовых частях каналов могут направлять выходящий поток отработавших газов по траекториям по часовой стрелке и против часовой стрелки, задаваемых на каждой из соответствующих хвостовых частей набора расходящихся каналов и набора сходящихся каналов. На шаге 614 за статическим смесителем потока может быть обеспечена большая однородность смеси отработавших газов по сравнению с однородностью газовой смесью до статического смесителя потока. Смесь отработавших газов может далее перемещаться к газовым датчикам и/или устройствам контроля выбросов, размещенным в выпускном тракте за статическим смесителем потока. Например, смесь отработавших газов после их выхода из статического смесителя потока может направляться к датчику NO2, датчику НС и т.д., и может проходить через устройства контроля выбросов, такие как устройства ИКН, размещенные в выпускном тракте за статическим смесителем потока. В выпускном тракте могут быть также размещены газовые датчики, как до статического смесителя потока, так и за ним, так что состав отработавших газов могут определяться газовыми датчиками выше по потоку перед входом в статический смеситель потока и газовыми датчиками ниже по потоку, после того как отработавшие газы пройдут статический смеситель потока. В одном из примеров, в выпускном тракте могут быть размещены более одного статического смесителя потока.
Таким образом, отработавшие газы, проходящие через статический смеситель потока, размещенный в выпускном тракте, в который направляются отработавшие газы от соответствующего двигателя, могут смешиваться в радиальном направлении расходящимися и сходящимися каналами статического смесителя потока. Кроме того, для обеспечения большей однородности газовой смеси за статическим смесителем потока, размещенным в выпускном тракте, выступы в хвостовых частях каналов могут направлять отработавшие газы в направлении против часовой стрелки и по часовой стрелке.
Технический эффект от использования описанного выше статического смесителя потока в выпускном тракте состоит в том, что на газовые датчики, размещенные в выпускном тракте за статическим смесителем потока, поступает более однородная газовая смесь, что идеально подходит для получения точных показаний датчика. Точное измерение составляющих в отработавших газах может повышать эффективность систем очистки отработавших газов, таких как устройства избирательной каталитической нейтрализации (ИКН), связанных с выпускным трактом, тем самым уменьшая деградацию выбросов транспортного средства.
Один вариант осуществления смесителя потока содержит несколько открытых каналов, соединенных с центральной опорной конструкцией, при этом каждый открытый канал из множества открытых каналов снабжен входной частью, изгибающейся в первом направлении вдоль продольной оси, хвостовой частью, изгибающейся во втором направлении вдоль продольной оси, и набором выступов в хвостовой части. Первый вариант осуществления смесителя потока содержит несколько открытых каналов, включающих по меньшей мере один расходящийся канал и по меньшей мере один сходящийся канал. Второй пример смесителя потока опционально содержит первый пример, причем по меньшей мере один сходящийся канал и по меньшей мере один расходящийся канал имеют одинаковую длину. Третий пример смесителя потока опционально содержит первый и второй примеры, или оба указанных примера вместе, и дополнительно отличается тем, что для каждого из по меньшей мере одного расходящегося канала входная часть, изгибающаяся в первом направлении, представляет собой входную часть, изгибающуюся в направлении вниз, а хвостовая часть, изгибающаяся во втором направлении, представляет собой хвостовую часть, изгибающуюся направлении вверх. Четвертый пример смесителя потока опционально содержит первый, второй и третий примеры, или любую комбинацию из указанных примеров, и дополнительно отличается тем, что для каждого из по меньшей мере одного сходящегося канала входная часть, изгибающаяся в первом направлении, представляет собой входную часть, изгибающуюся в направлении вверх, а хвостовая часть, изгибающаяся во втором направлении, представляет собой хвостовую часть, изгибающуюся направлении вниз. Пятый пример смесителя потока опционально содержит примеры с первого по четвертый, или любую комбинацию из указанных примеров, и дополнительно отличается тем, что по меньшей мере один расходящийся канал имеет наклон под первым углом относительно центральной опорной конструкции, и по меньшей мере один сходящийся канал имеет наклон под вторым углом, противоположным первому углу, относительно центральной опорной конструкции, причем первый угол охватывает входную часть по меньшей мере одного расходящегося канала, направленную к центру центральной опорной конструкции, и хвостовую часть по меньшей мере одного расходящегося канала, направленную от центра. Шестой пример смесителя потока опционально содержит примеры с первого по пятый, или любую комбинацию из указанных примеров, и дополнительно отличается тем, что каждый выступ из набора выступов содержит треугольный отворот, который является по существу прямым по сравнению с изгибом хвостовой части. Седьмой пример смесителя потока опционально содержит примеры с первого по шестой, или любую комбинацию из указанных примеров, и дополнительно отличается тем, что входная часть переходит в хвостовую часть в переходной области открытого канала, и при этом входная часть изгибается в первом направлении по всей длине входной части, а хвостовая часть изгибается во втором направлении по всей длине хвостовой части. Восьмой пример смесителя потока опционально содержит примеры с первого по седьмой, или любую комбинацию из указанных примеров, и дополнительно отличается тем, что центральная опорная конструкция выполнена с возможностью соединения с проходным трактом, имеющим верх и низ, причем каждый открытый канал имеет верхнюю поверхность, обращенную к верху проходного тракта, и нижнюю поверхность напротив верхней поверхности, причем каждая верхняя поверхность каждого открытого канала обращена к верху тракта по всей длине каждого соответствующего открытого канала. Девятый пример смесителя потока опционально содержит примеры с первого по восьмой, или любую комбинацию из указанных примеров, и дополнительно отличается тем, что проходной тракт является выпускным трактом, выполненным с возможностью приема отработавших газов из двигателя. Десятый пример смесителя потока опционально содержит примеры с первого по девятый, или любую комбинацию из указанных примеров, и дополнительно отличается тем, что входная часть каждого открытого канала определяет вход для потока выполненный с возможностью приема отработавших газов, и при этом хвостовая часть каждого открытого канала определяет выход для потока выполненный с возможностью выброса отработавших газов. Одиннадцатый пример смесителя потока опционально содержит примеры с первого по десятый, или любую комбинацию из указанных примеров, и дополнительно отличается тем, что несколько сходящихся и расходящихся каналов соединены с центральной опорной конструкцией в радиальной конфигурации.
В одном варианте осуществления система содержит выпускной тракт, имеющий внутреннюю стенку и выполненный с возможностью принимать поток отработавших газов из двигателя; и смеситель потока, расположенный в выпускном тракте и содержащий набор расходящихся проходных каналов, выполненных с возможностью направлять поток отработавших газов из центральной области выпускного тракта в направлении к внутренней стенке, и набор сходящихся проходных каналов, выполненных с возможностью направлять поток отработавших газов от внутренней стенки в направлении к центральной области, причем каждый проходной канал содержит входную часть, определяющую вход для отработавших газов, и хвостовую часть, определяющую выход для отработавших газов, причем каждая хвостовая часть выполнена с возможностью придавать вращательное движение потоку отработавших газов. Первый пример системы отличается тем, что каждая входная часть каждого расходящегося проходного канала изгибается в первом направлении вдоль продольной оси расходящегося проходного канала, а каждая хвостовая часть каждого расходящегося проходного канала изгибается во втором направлении вдоль продольной оси расходящегося проходного канала. Второй пример системы опционально содержит первый пример, и дополнительно отличается тем, что каждая входная часть каждого сходящегося проходного канала изгибается во втором направлении вдоль продольной оси сходящегося проходного канала, а каждая хвостовая часть каждого сходящегося проходного канала изгибается в первом направлении вдоль продольной оси сходящегося проходного канала. Третий пример системы опционально содержит первый и/или второй примеры, и дополнительно отличается тем, что каждый расходящийся проходной канал имеет наклон по отношению к продольной оси выпускного тракта в направлении к внутренней стенке в направлении потока отработавших газов, а каждый сходящийся проходной канал имеет наклон по отношению к продольной оси выпускного тракта в направлении к центральной области. Четвертый пример системы опционально содержит примеры с первого по третий, или любую комбинацию указанных примеров, и отличается тем, что смеситель потока является первым смесителем потока, а система дополнительно содержит второй смеситель потока, расположенный в выпускном тракте. Пятый пример системы опционально содержит примеры с первого по четвертый, или любую комбинацию указанных примеров, и дополнительно отличается тем, что между первым смесителем потока и вторым смесителем потока в выпускном тракте расположен газовый датчик.
Пример способа статического смесителя потока, радиально смешивающего поток отработавших газов, проходящий из двигателя через смеситель потока, содержит направление отработавших газов в первом направлении через набор расходящихся каналов смесителя потока, и направление отработавших газов во втором направлении через набор сходящихся каналов смесителя потока, и далее содержит смешивание потока отработавших газов по траекториям по часовой стрелке и против часовой стрелки, задаваемых на каждой из соответствующих хвостовых частей набора расходящихся каналов и набора сходящихся каналов. Способ может далее отличаться тем, что направление отработавших газов в первом направлении содержит направление отработавших газов в направлении внутренней стенки выпускного тракта, соединенного с двигателем и содержащего смеситель потока, причем направление отработавших газов во втором направлении содержит направление отработавших газов к центральной области выпускного тракта.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку 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 храниться как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполняться управляющей системой, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, приводами и другими компонентами 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. Точно так же, 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. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в управляющей системе двигателя, причем раскрытые действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании 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 содержит 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.
Реферат
Изобретение может быть использовано в выхлопных системах двигателей внутреннего сгорания. Смеситель потока отработавших газов содержит несколько открытых каналов (400), соединенных с центральной опорной конструкцией. Каждый открытый канал (400) снабжен входной частью (400a), изгибающейся в первом направлении вдоль продольной оси (199) выпускного тракта, и хвостовой частью (400b), изгибающейся во втором направлении вдоль продольной оси (199). Каждый открытый канал (400) снабжен набором выступов (406a), (406b) в хвостовой части (400b). Каждый открытый канал (400) параллелен продольной оси (199), вдоль которой протекают отработавшие газы. Раскрыта система для смешивания потока отработавших газов. Технический результат заключается в улучшении смешивания потока газа путем перемещения газа от центра выпускного тракта на периферию выпускного тракта. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 10 ил.
