專利名稱：用于汽車內(nèi)燃機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用汽車內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)節(jié)探測(cè)器調(diào)節(jié)燃料混合物的方法。此外還涉及一種包括一汽車內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)。這種排氣系統(tǒng)和方法的優(yōu)選應(yīng)用領(lǐng)域在汽車領(lǐng)域中。
背景技術(shù)：
已知，在汽車內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)中采用傳感器和/或探測(cè)器，以得到關(guān)于內(nèi)燃機(jī)和內(nèi)置在排氣系統(tǒng)內(nèi)的廢氣處理裝置運(yùn)行狀況的詳細(xì)信息。
例如已知，借助于一連接在電子控制器上的氧氣傳感器確定廢氣催化器的老化狀態(tài)。傳感器具有一用來測(cè)量廢氣中氧氣分壓力的氧氣敏感區(qū)。借助于該測(cè)量值由控制器獲知催化器的老化狀態(tài)，因?yàn)榇呋鞯难鯕庳?fù)載可以用作其功能性的特征值(所謂的車載診斷)。
此外還已知，監(jiān)測(cè)排氣系統(tǒng)中廢氣的至少一種組成成分，從而控制對(duì)內(nèi)燃機(jī)的燃料輸入。因此在內(nèi)燃機(jī)預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)或達(dá)到規(guī)定廢氣溫度后采用氧氣傳感器進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)的λ-調(diào)節(jié)。所謂的過剩空氣系數(shù)/空氣數(shù)(Luftzahl)“Lambda”(λ)描述實(shí)際空氣燃料比與化學(xué)計(jì)量學(xué)的空氣燃料比的比例，并通常用作表征燃燒過程的特征值。這里設(shè)置在催化器上游的第一氧氣傳感器用作調(diào)節(jié)探測(cè)器，而連接在廢氣催化器后面的第二氧氣傳感器用作微調(diào)探測(cè)器(Trimmsonde)。借助于第一氧氣傳感器測(cè)出具有一定幅度和頻率的λ-波動(dòng)，由內(nèi)燃機(jī)內(nèi)的燃燒過程導(dǎo)致所述波動(dòng)。所述波動(dòng)由設(shè)置在催化器之前的第一氧氣傳感器測(cè)量。這里這種方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，這里不需要詳細(xì)說明。
在催化器入口側(cè)存在的廢氣成分的λ-波動(dòng)在通過催化器時(shí)由于其氧氣儲(chǔ)存能力逐漸變得平緩。結(jié)果是λ-波動(dòng)的幅度沿著催化器降低。在氧氣儲(chǔ)存能力高時(shí)，例如在催化器的輸口側(cè)，幾乎不再能驗(yàn)證到λ-波動(dòng)。因此在廢氣穿過一段或整個(gè)催化器后還能夠檢測(cè)到的λ-波動(dòng)的幅度是衡量催化器段或整個(gè)催化器的氧氣儲(chǔ)存能力的尺度。
在這種情況下，λ值通常在催化器前面存在的λ-波動(dòng)的恒定平均值左右擺動(dòng)。這個(gè)平均值由催化器下游的第二傳感器測(cè)量，即所謂的微調(diào)探測(cè)器。現(xiàn)在利用微調(diào)探測(cè)器調(diào)節(jié)λ的平均值，所述平均值借助于設(shè)置在(催化器)前面的氧氣傳感器或者說調(diào)節(jié)傳感器不能精確地確定和調(diào)整。其原因是例如所謂的“中毒”，即由于高的氧氣濃度造成的負(fù)面影響，或未處理的廢氣對(duì)設(shè)置在前面的調(diào)節(jié)傳感器的其它影響。因此在其測(cè)量性能上改變?cè)O(shè)置在前面的調(diào)節(jié)傳感器，從而雖然繼續(xù)良好地測(cè)量動(dòng)態(tài)的波動(dòng)性能，但是如果沒有微調(diào)探測(cè)器，在設(shè)置在前面的調(diào)節(jié)傳感器使用較長(zhǎng)時(shí)間后就不可能對(duì)(平均)λ值本身得出精確的結(jié)果。
在化學(xué)平衡中，λ值直接由氧氣分壓引起。因此通過利用設(shè)置在催化器下游的第二氧氣傳感器(微調(diào)探測(cè)器)測(cè)量氧氣分壓可以測(cè)出λ值，并由此得出催化器的氧氣儲(chǔ)存能力?，F(xiàn)在可以安裝一“緩慢的”校正程序，該程序補(bǔ)償設(shè)置在前面的調(diào)節(jié)傳感器的老化/中毒。
由氧氣傳感器確定的、描述廢氣成分的氧氣分壓或其它參數(shù)的變化還給出關(guān)于在內(nèi)燃機(jī)各燃燒室內(nèi)燃燒效率和規(guī)模的結(jié)論。因此由此產(chǎn)生的數(shù)值也可以用于內(nèi)燃機(jī)的λ調(diào)節(jié)，其中例如對(duì)燃料空氣混合物的成分、點(diǎn)火時(shí)刻、在燃燒時(shí)產(chǎn)生的壓力等造成影響。
在采用這種氧氣傳感器或其它調(diào)節(jié)探測(cè)器時(shí)，問題在于其對(duì)水的敏感性，如果調(diào)節(jié)探測(cè)器的敏感區(qū)與水接觸，則通常不能再保證調(diào)節(jié)探測(cè)器的功能性。由于這個(gè)原因已經(jīng)建議了大量不同的調(diào)節(jié)探測(cè)器或λ探測(cè)器的設(shè)計(jì)方案，所述方案應(yīng)該防止敏感區(qū)與水接觸。通常借助于電加熱導(dǎo)體結(jié)構(gòu)將這種氧氣傳感器或λ探測(cè)器加熱到工作溫度。此外已知，設(shè)置起阻止水作用的專門的屏蔽部、格柵或涂層。由于所述探測(cè)器或傳感器與排氣管接觸或穿過排氣管這一事實(shí)，它們通常具有比廢氣低的溫度。此外應(yīng)該考慮，由于內(nèi)燃機(jī)不同的運(yùn)行狀態(tài)廢氣溫度是劇烈變化的。因此始終存在這樣的危險(xiǎn)，即傳感器或包圍傳感器的殼體達(dá)到可能從廢氣中冷凝出水的溫度。

發(fā)明內(nèi)容
由此出發(fā)，本發(fā)明的目的是，提供一種利用汽車內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)節(jié)探測(cè)器調(diào)節(jié)燃料混合物的簡(jiǎn)化的方法。特別應(yīng)該至少部分地減少參考現(xiàn)有技術(shù)所述的問題。此外應(yīng)該提供一種可經(jīng)濟(jì)和方便地制造的排氣系統(tǒng)。
利用具有權(quán)利要求1特征的、用來調(diào)節(jié)燃料混合物的方法以及具有獨(dú)立的裝置權(quán)利要求的特征的排氣系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)所述目的。本發(fā)明其它有利的實(shí)施形式在各從屬權(quán)利要求中說明。應(yīng)該補(bǔ)充的是，在各權(quán)利要求中單獨(dú)列出的特征可按技術(shù)上合理的方式任意組合并給出本發(fā)明的其它實(shí)施形式。
為了調(diào)節(jié)汽車內(nèi)燃機(jī)的燃料混合物，在排氣系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置一調(diào)節(jié)探測(cè)器，其中排氣系統(tǒng)在排氣管內(nèi)包括至少一個(gè)催化器。本方法的特征是，利用在至少一個(gè)催化器內(nèi)的單個(gè)調(diào)節(jié)探測(cè)器進(jìn)行調(diào)節(jié)。
首先本發(fā)明與本領(lǐng)域的先入之見不同，即利用多個(gè)調(diào)節(jié)探測(cè)器(一個(gè)用于動(dòng)態(tài)λ-波動(dòng)，一個(gè)用于遲緩的/慣性的(trge)微調(diào))來調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的燃料混合物。因此用較少的成本費(fèi)用和電子裝置費(fèi)用便可以實(shí)現(xiàn)本方法的實(shí)施，其中自動(dòng)地減小燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)的易發(fā)生故障性(Stranflligkeit)。為了提供保護(hù)以不受冷凝水、由于未處理廢氣產(chǎn)生的腐蝕性環(huán)境條件和高的溫度波動(dòng)的影響，將所述一個(gè)調(diào)節(jié)探測(cè)器布置在至少一個(gè)催化器內(nèi)部。這特別是指，調(diào)節(jié)探測(cè)器的部件延伸到催化器的內(nèi)部區(qū)域中。顯然，調(diào)節(jié)探測(cè)器必須從排氣系統(tǒng)或排氣管中穿出，因此調(diào)節(jié)探測(cè)器不是完全設(shè)置在催化器內(nèi)部。催化器本身形成一種用于溫度、有害物質(zhì)濃度等的緩沖環(huán)節(jié)。所述催化器特別是一種熱質(zhì)量，從而這里存在一種遲緩的熱性能。因此由于內(nèi)燃機(jī)不同運(yùn)行狀態(tài)造成的廢氣溫度波動(dòng)對(duì)調(diào)節(jié)探測(cè)器影響的程度與調(diào)節(jié)探測(cè)器自由地/懸空地伸入排氣管的情況不同。調(diào)節(jié)探測(cè)器優(yōu)選是氧氣傳感器或所謂的λ探測(cè)器。
這里研究出人意料地證明，將單個(gè)調(diào)節(jié)探測(cè)器內(nèi)置在催化器內(nèi)可在長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)確保精確的結(jié)果。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，廢氣的影響(例如溫度波動(dòng)、壓力波動(dòng)等)在催化器的前幾個(gè)毫米上便已經(jīng)顯著降低，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)節(jié)探測(cè)器顯著的“防老化或中毒保護(hù)”。對(duì)此下面還將給出詳細(xì)的信息。同時(shí)還存在足夠的、可用于內(nèi)燃機(jī)λ調(diào)節(jié)的λ波動(dòng)。在這種實(shí)施形式中，可以有利地采用相應(yīng)類型的調(diào)節(jié)探測(cè)器。例如在在催化器中“出現(xiàn)的”λ波動(dòng)在減小最大50％的范圍內(nèi)，還可以采用所謂的跳躍探測(cè)器(Sprungsonde)(例如在λ值約為1時(shí)具有輸出信號(hào)的跳躍性變化的二氧化鋯(Zirkon)探測(cè)器)，因?yàn)檫@種探測(cè)器價(jià)格特別低并且足夠靈敏。在λ波動(dòng)幅度進(jìn)一步減小時(shí)，例如達(dá)到5％時(shí)，最好采用所謂的線性探測(cè)器。
這里應(yīng)該指出，這并不是指，在排氣系統(tǒng)內(nèi)根本不允許設(shè)置其它傳感器。而是例如在催化器后面可以連接氮氧化物傳感器，這種傳感器在與催化器接觸后確定廢氣內(nèi)的氮氧化物濃度。但是由此得到的測(cè)量值不用于內(nèi)燃機(jī)的λ調(diào)節(jié)。
按照本方法的另一種實(shí)施形式，在內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)后這樣來加熱調(diào)節(jié)探測(cè)器，使它在至少一個(gè)催化器達(dá)到95℃[攝氏度]之前具有至少70℃的溫度。這里調(diào)節(jié)探測(cè)器的加熱可以無源地(主要僅通過與其接觸的廢氣的溫度)和/或有源地(例如通過一加熱元件，一電加熱器等)進(jìn)行。如開頭所述，這種調(diào)節(jié)探測(cè)器通常對(duì)于水具有特別強(qiáng)的敏感性?，F(xiàn)在這里建議，在催化器達(dá)到95℃之前，調(diào)節(jié)探測(cè)器具有至少70℃的溫度(在該溫度下，由于這里如所建議的布置在催化器內(nèi)，不再會(huì)大程度地發(fā)生冷凝)。催化器除了形成熱質(zhì)量外還提供大的可用于積存水或水蒸汽的表面。即換言之，催化器或特別是其涂層對(duì)于水起類似海綿的作用，并可較長(zhǎng)時(shí)間地結(jié)合水。
現(xiàn)在，在內(nèi)燃機(jī)(重新)起動(dòng)時(shí)，流過催化器的廢氣逐漸加熱催化器載體和涂層。這時(shí)在催化器內(nèi)沿廢氣流動(dòng)方向形成一溫度分布，從而廢氣入口側(cè)首先存在最高的溫度，然后沿流動(dòng)方向溫度逐漸降低?，F(xiàn)在這里特別建議，在催化器或催化器基體在離廢氣入口側(cè)10mm距離的平面內(nèi)達(dá)到95℃[攝氏度]的溫度前，調(diào)節(jié)探測(cè)器便已經(jīng)具有至少70℃，特別是至少90℃的溫度。在平均溫度超過95℃的區(qū)域內(nèi)積存的水越來越多地蒸發(fā)，并沿催化器的流動(dòng)方向傳播，此時(shí)如果碰到較冷的區(qū)域，則重新凝結(jié)。因此產(chǎn)生一種穿過催化器的“水蒸汽前鋒(Wasserdampffront)”。通過保證調(diào)節(jié)探測(cè)器具有一定的溫度可以確保，在這里出現(xiàn)水的凝結(jié)。由此保證單個(gè)調(diào)節(jié)探測(cè)器的功能性。
特別建議，調(diào)節(jié)探測(cè)器確定廢氣的以下至少一種成分碳?xì)浠衔?，一氧化碳，氧氣。此外還可以借助于此調(diào)節(jié)探測(cè)器測(cè)量分壓，溫度或其它物理測(cè)量值。
按照本方法的另一種實(shí)施形式，調(diào)節(jié)探測(cè)器是λ探測(cè)器，其中該探測(cè)器同時(shí)還用來檢驗(yàn)所述至少一個(gè)催化器的轉(zhuǎn)化能力。這里所述探測(cè)器特別是一種所謂的寬帶λ-探測(cè)器(λ探測(cè)器)，它根據(jù)廢氣中的氧氣含量在λ＝1左右的區(qū)域內(nèi)(例如公差為+/-0.005)發(fā)出一連續(xù)的、例如線性的輸出信號(hào)。利用該信號(hào)按照額定規(guī)定值調(diào)節(jié)混合物。在這里所建議的調(diào)節(jié)探測(cè)器實(shí)施形式中，所述探測(cè)其可以布置在催化器內(nèi)比較靠后的位置，特別是具有25mm至60mm的距離。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)λ波動(dòng)通常已減小或者平滑(gltten)了50％以上，一些情況下甚至減小90％以上。同時(shí)使用這種寬帶-λ探測(cè)器還允許實(shí)現(xiàn)更高的測(cè)量精度，并由于其在催化器內(nèi)的位置允許確定極小的中毒傾向，從而可以在較長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)精確地確定λ平均值。此外用λ探測(cè)器確定的氧氣含量也可以用作催化器轉(zhuǎn)化能力的尺度。關(guān)于這個(gè)處理過程可以參照開頭給出的說明。利用這種λ探測(cè)器可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)車載診斷。由此提供了一種方法，這種方法的構(gòu)成特別簡(jiǎn)單，同時(shí)可以進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)的λ-調(diào)節(jié)和車載診斷。
此外還建議，由內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的廢氣在到達(dá)調(diào)節(jié)探測(cè)器之前在排氣管內(nèi)混合。由于調(diào)節(jié)探測(cè)器在排氣管內(nèi)的地點(diǎn)或者說位置，始終只能測(cè)量和評(píng)估廢氣確定的邊緣流。為了保證得到代表整個(gè)廢氣流的結(jié)果，廢氣流在到達(dá)調(diào)節(jié)探測(cè)器之前發(fā)生混合。這樣便可以假設(shè)，單個(gè)調(diào)節(jié)探測(cè)器相對(duì)于排氣管的位置對(duì)測(cè)量結(jié)果沒有明顯的不利影響。為了混合廢氣可以設(shè)置單獨(dú)的混流器(靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的)和/或特殊的催化器結(jié)構(gòu)和/或其它廢氣處理裝置。
按照本方法的另一種實(shí)施形式，所述至少一個(gè)催化器用來處理廢氣的至少一種以下組分碳?xì)浠衔?，一氧化碳，氮氧化物，顆粒。這里所述催化器特別是金屬催化器基體或陶瓷蜂窩體，它設(shè)有對(duì)上述組分中的至少一種起催化作用并有助于其轉(zhuǎn)化的涂層。除了催化功能以外，催化器例如還可以具有吸附和/或過濾和/或其它功能。這里涂層有利地對(duì)于氧氣是中性的，以不對(duì)測(cè)量結(jié)果造成不利影響。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，建議一種包括汽車內(nèi)燃機(jī)的帶至少一個(gè)排氣管的排氣系統(tǒng)，在所述排氣管內(nèi)設(shè)置至少一個(gè)催化器，以及建議一種調(diào)節(jié)探測(cè)器和與所述探測(cè)器連接的、用來調(diào)節(jié)用于內(nèi)燃機(jī)的燃料混合物的調(diào)節(jié)單元。這里排氣系統(tǒng)在所述至少一個(gè)催化器內(nèi)部只具有唯一一個(gè)調(diào)節(jié)探測(cè)器。調(diào)節(jié)探測(cè)器的測(cè)量結(jié)果通過調(diào)節(jié)單元處理，并根據(jù)儲(chǔ)存在調(diào)節(jié)單元中的額定規(guī)定值主要改變?nèi)剂匣旌衔锏某煞郑匾獣r(shí)還改變點(diǎn)火時(shí)間、噴射壓力等。因此也不采用設(shè)置在前面的調(diào)節(jié)探測(cè)器和連接在后面的微調(diào)探測(cè)器(組成)的系統(tǒng)，并代替以包括唯一一個(gè)伸入所述至少一個(gè)催化器內(nèi)部區(qū)域的調(diào)節(jié)探測(cè)器的系統(tǒng)。從而顯著降低易發(fā)生故障性，裝備費(fèi)用和成本。
按照排氣系統(tǒng)的一種改進(jìn)方案，調(diào)節(jié)探測(cè)器設(shè)置在距所述至少一個(gè)催化器的廢氣入口側(cè)10mm至80mm的距離處。試驗(yàn)表明，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的不同這里所給出的距離足以在內(nèi)燃機(jī)冷起動(dòng)和同時(shí)電加熱調(diào)節(jié)探測(cè)器時(shí)保證，調(diào)節(jié)探測(cè)器在上面所述的水蒸汽前鋒達(dá)到之前具有70℃以上的溫度。調(diào)節(jié)探測(cè)器有利地定位在距廢氣入口側(cè)25mm至60mm的距離處。
此外建議，調(diào)節(jié)探測(cè)器是可加熱的λ探測(cè)器。原則上調(diào)節(jié)探測(cè)器可以僅通過在冷起動(dòng)后從旁邊流過的廢氣加熱到需要的溫度，同時(shí)這里有利地建議，λ探測(cè)器可以特別是借助于內(nèi)置在λ探測(cè)器內(nèi)的電加熱導(dǎo)體結(jié)構(gòu)加熱。隨著內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)，給這個(gè)加熱導(dǎo)體結(jié)構(gòu)加載電流，從而使λ探測(cè)器伸入排氣管內(nèi)并與廢氣接觸的部件迅速達(dá)到70℃以上的溫度。
此外建議，在廢氣入口側(cè)和調(diào)節(jié)探測(cè)器之間，在所述至少一個(gè)催化器的至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)設(shè)置一用來降低水或水蒸汽傳播速度的裝置。這特別是指，水或水蒸汽不能以相同的速度穿過催化器的所述區(qū)域。在下一段中說明幾個(gè)降低水或水蒸汽傳播速度的可能性。
因此所述至少一個(gè)催化器的、在廢氣入口側(cè)和調(diào)節(jié)探測(cè)器之間的至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)設(shè)計(jì)成帶有通道和以下特征中的至少一個(gè)。
-600至1200cpsi[每平方英寸通道數(shù)]的通道密度；-在通道的通道壁上的開口；-混合器結(jié)構(gòu)；-通道多孔性的表面；-至少對(duì)于水或水蒸汽具有儲(chǔ)存能力的涂層；-厚度在40μm至110μm(微米)范圍內(nèi)的金屬通道壁。
具有通道的催化器結(jié)構(gòu)是已知的。所述催化器最好是具有多個(gè)基本上相互平行設(shè)置的通道的所謂的蜂窩體。所述通道原則上可以由金屬或陶瓷的通道壁構(gòu)成。
“通道密度”是指催化器或蜂窩體單位橫截面上的通道數(shù)。“cpsi”是指在本技術(shù)領(lǐng)域中常用的單位“每平方英寸通道數(shù)”。這里1cpsi相當(dāng)于每平方厘米約6.4516個(gè)通道。這里給出的600cpsi至1200cpsi的范圍是較高的，并代表非常大的表面積以及在這個(gè)區(qū)域內(nèi)較大的熱質(zhì)量。因此一方面提供大的用于水或水蒸汽接觸面，另一方面同時(shí)提供較大的熱容量，從而特別是在內(nèi)燃機(jī)冷起動(dòng)階段可在這里很好地結(jié)合或者說滯留水或水蒸汽。
在通道壁上制備孔使的流過各通道的廢氣支流可以充分混合。因此實(shí)現(xiàn)催化器橫截面上廢氣溫度和濃度的平衡，從而借助于調(diào)節(jié)探測(cè)器可以與其在排氣設(shè)備內(nèi)的位置無關(guān)地對(duì)于整個(gè)廢氣流得到特征性的測(cè)量值。
為了有助于這種混合效應(yīng)建議，在所述至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)設(shè)置混合器結(jié)構(gòu)?；旌掀鹘Y(jié)構(gòu)特別是指突起、導(dǎo)流面等。它們至少部分地伸入通道的內(nèi)部區(qū)域或以其它方式造成壓力差或流動(dòng)轉(zhuǎn)向。它們迫使廢氣支流流向相鄰?fù)ǖ溃瑥亩ＷC廢氣支流充分的完全混合。
通道的多孔表面為水或水蒸汽提供充分的積存和儲(chǔ)存可能性。這里特別是指通道壁本身的、例如也指催化器基體或蜂窩結(jié)構(gòu)的多孔表面或材料。
此外，通道或者說其表面可以設(shè)有涂層，所述涂層至少對(duì)于水或水蒸汽具有儲(chǔ)存能力。這意味著，所述涂層例如是吸濕的。由此在時(shí)間上可以延遲水蒸汽前鋒的傳播，從而又給調(diào)節(jié)探測(cè)器提供了達(dá)到相應(yīng)的溫度本身所需要的時(shí)間。在一些情況下，如果設(shè)置在前面的區(qū)域內(nèi)的儲(chǔ)存能力大于調(diào)節(jié)探測(cè)器下游的分段內(nèi)的儲(chǔ)存能力，則是有利的。
作為另外的措施，還可以將催化器設(shè)計(jì)成具有金屬催化器基體。在這種情況下優(yōu)選具有40μm至110μm(微米)范圍內(nèi)的厚度的金屬通道壁。這又提供有利的大的熱容量，所述熱容量阻止積存或儲(chǔ)存的水迅速蒸發(fā)。
原則上應(yīng)該指出，將上述特征中的至少兩個(gè)相互組合是有利的。
按照排氣系統(tǒng)的一種改進(jìn)方案，調(diào)節(jié)探測(cè)器具有一至少對(duì)于水或水蒸汽具有儲(chǔ)存能力或相對(duì)于廢氣的至少一種組成成分具有催化活性的涂層。在有利的實(shí)施形適中，涂層具有這兩種功能。這里最好直到激活催化活性的溫度之前都存在這種儲(chǔ)存能力。
此外還建議，由車輛包括如按本發(fā)明上面所介紹的排氣系統(tǒng)。車輛特別是指乘用車，載重汽車，摩托車，汽艇，機(jī)動(dòng)飛行器等。
與到此為止所介紹的調(diào)節(jié)探測(cè)器無關(guān)，測(cè)量傳感器、特別是λ探測(cè)器可以設(shè)有防護(hù)罩，它以有利的方式保護(hù)測(cè)量傳感器免受水的影響(Wasserschlag)。這里水的影響理解為在測(cè)量傳感器上出現(xiàn)水滴或水蒸汽在測(cè)量傳感器上面凝結(jié)。特別是λ探測(cè)器的功能由于水的影響至少受到損害，甚至由于水的影響使探測(cè)器完全無法使用。
如果防護(hù)罩比安裝有測(cè)量傳感器的蜂窩結(jié)構(gòu)或蜂窩體更迅速地加熱，則可以有利地防止水的影響。尤其是防護(hù)罩盡可能快地具有可靠地避免水蒸汽在測(cè)量傳感器表面上凝結(jié)的溫度。這例如這樣來實(shí)現(xiàn)，即防護(hù)罩由具有比構(gòu)成蜂窩體的材料低得多的熱容量、特別是比熱容量的材料制成。優(yōu)選選擇具有這樣的比熱容量的材料，即在正常運(yùn)行時(shí)保證，當(dāng)蜂窩體沿流動(dòng)方向在測(cè)量傳感器之前具有高于水沸點(diǎn)的溫度時(shí)，甚至當(dāng)蜂窩體在流動(dòng)方向上與測(cè)量傳感器直接相鄰的下游處還具有低于沸點(diǎn)的溫度時(shí)，防護(hù)罩同樣具有超過水的沸點(diǎn)的溫度。同樣有利的是，當(dāng)蜂窩體沿流動(dòng)方向在測(cè)量傳感器之前具有水的沸點(diǎn)以上的溫度時(shí)，這樣來選擇防護(hù)罩的熱容量、特別是比熱容量，即，使所述防護(hù)罩具有這樣的溫度，即在正常運(yùn)行條件下，可靠地避免在測(cè)量傳感器或防護(hù)罩上達(dá)到水的露點(diǎn)，從而有效避免水在測(cè)量傳感器或防護(hù)罩上的凝結(jié)。
形成相應(yīng)防護(hù)罩的另一種可能性是改變防護(hù)罩的導(dǎo)熱系數(shù)α。通過對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)α進(jìn)行匹配同樣可以實(shí)現(xiàn)，使測(cè)量傳感器或防護(hù)罩迅速達(dá)到可有效地防止由于蜂窩體內(nèi)的蒸發(fā)形成的水蒸汽凝結(jié)的溫度。防護(hù)罩可設(shè)計(jì)成單獨(dú)的構(gòu)件或一體地形成在測(cè)量傳感器上。防護(hù)罩也可以和本發(fā)明的調(diào)節(jié)探測(cè)器組合。


下同借助于附圖詳細(xì)說明本發(fā)明及其技術(shù)背景。這里應(yīng)該指出，附圖部分地示出本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施形式，但是本發(fā)明并不限于此。其中圖1示出帶排氣系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)車輛的示意圖；圖2示出帶調(diào)節(jié)探測(cè)器的催化器的示意圖；圖3示出催化器的示意性橫向剖視圖；圖4示出催化器另一種實(shí)施形式的示意圖；圖5示出圖4中的催化器的局部視圖；圖6示出關(guān)于調(diào)節(jié)探測(cè)器的測(cè)量質(zhì)量隨其相對(duì)于催化器的位置變化的示意圖表；以及圖7示出調(diào)節(jié)探測(cè)器結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1的透視圖示意性示出具有內(nèi)燃機(jī)3和所屬的排氣系統(tǒng)2的機(jī)動(dòng)車輛17。特別是可以設(shè)置柴油機(jī)和汽油機(jī)作為內(nèi)燃機(jī)3。由內(nèi)燃機(jī)3產(chǎn)生的廢氣通過排氣管5排放到周圍環(huán)境中。為此使廢氣與廢氣處理裝置例如催化器、吸附器、顆粒陷阱等接觸，其中廢氣的有害物質(zhì)至少部分地轉(zhuǎn)化成至少危害較小的組分。
在圖1中，廢氣在輸送給催化器4之前首先流過一混合器20。催化器4設(shè)有用來調(diào)節(jié)燃料混合物或用于催化器4的車載診斷的調(diào)節(jié)探測(cè)器1，探測(cè)器伸入催化器4的內(nèi)部區(qū)域。調(diào)節(jié)探測(cè)器1與調(diào)節(jié)單元6，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置連接。現(xiàn)在調(diào)節(jié)單元6根據(jù)由調(diào)節(jié)探測(cè)器1測(cè)出的參數(shù)及儲(chǔ)存在其中的規(guī)定值改變?nèi)剂匣旌衔锍煞帧?br> 圖2示意性示出帶調(diào)節(jié)探測(cè)器1的催化器4。調(diào)節(jié)探測(cè)器1穿過排氣管5插入催化器4的內(nèi)部區(qū)域。這里催化器4設(shè)計(jì)成具有殼體18，殼體內(nèi)設(shè)有廢氣可流通的蜂窩結(jié)構(gòu)。蜂窩結(jié)構(gòu)由大量通道壁12構(gòu)成，所述通道壁提供廢氣可流通的通道10。廢氣沿流動(dòng)方向19流動(dòng)并到達(dá)廢氣入口側(cè)8，在廢氣入口側(cè)8和調(diào)節(jié)探測(cè)器1之間設(shè)置區(qū)域9，該區(qū)域具有用來限制在內(nèi)燃機(jī)(重新)起動(dòng)時(shí)穿過催化器傳播的水蒸汽前鋒的傳播速度的結(jié)構(gòu)。為了確保，在冷起動(dòng)后在，水蒸汽前鋒到達(dá)調(diào)節(jié)探測(cè)器1之前，調(diào)節(jié)探測(cè)器1達(dá)到70℃以上的溫度，調(diào)節(jié)探測(cè)器1定位在10至80mm的距離7處。這里應(yīng)該指出，這里所標(biāo)注的距離7是示意性示出的，即不反映催化器4沿流動(dòng)方向19的總長(zhǎng)度的比例。
圖3以橫向剖視圖示出催化器4的另一種實(shí)施形式。催化器4也具有一殼體18及一從廢氣入口側(cè)8出發(fā)在距離7上延伸的區(qū)域9。這里催化器4具有一金屬催化器基體，從而這里通道壁12是源自金屬的(金屬制成的)。
在區(qū)域9內(nèi)，通道10由相對(duì)于催化器的其它區(qū)域具有較大厚度16的通道壁12限定。同時(shí)設(shè)置開口11及混合器結(jié)構(gòu)13，所述開口和混合器結(jié)構(gòu)使得相鄰的廢氣支流可以充分混合。由此可以保證，插入缺口23內(nèi)的調(diào)節(jié)探測(cè)器1可提供高質(zhì)量的關(guān)于廢氣成分的結(jié)果。
在區(qū)域9的下游，通道由較薄的通道壁12限定，其中表面14例如也可以設(shè)計(jì)成具有涂層15的。在這里所示的實(shí)施形式中，在位于下游的區(qū)域內(nèi)通道壁12同樣設(shè)有孔11。必要時(shí)，催化器4的不同區(qū)域9也可以通過不同的、單獨(dú)的(有時(shí)相互以縫隙隔開)蜂窩結(jié)構(gòu)或基體構(gòu)成。
圖4和5示出具有調(diào)節(jié)探測(cè)器1的催化器4的另一種實(shí)施形式。這里催化器4也具有殼體18，其中位于內(nèi)部的蜂窩結(jié)構(gòu)由光滑薄板21和波紋薄板22構(gòu)成，所述薄板漸開線形地相互卷繞并相互釬焊(特別是高溫釬焊)。由端側(cè)的視圖可以看到，光滑薄板21和波紋薄板22分別構(gòu)成層24，其中也可以在所述層24內(nèi)進(jìn)行相鄰?fù)ǖ?0的混合。在細(xì)部視圖(圖5)中可以看到，光滑薄板21和波紋薄板22相互交替地定位，并以這種方式形成通道10。在通道10的表面14上設(shè)置催化活性的涂層15。
圖6示意性地示出關(guān)于調(diào)節(jié)探測(cè)器測(cè)量質(zhì)量與相對(duì)于催化器的位置的關(guān)系的圖線。橫向坐標(biāo)以毫米示例性示出調(diào)節(jié)探測(cè)器1距廢氣入口側(cè)8的距離7?？v坐標(biāo)以百分比示例性示出λ調(diào)節(jié)波動(dòng)的減小?，F(xiàn)在由此得到，在幾毫米、例如10mm之后，便已經(jīng)存在λ波動(dòng)的顯著減小，特別是至少減小50％。一些情況下，在距離為40mm處已存在80％以上的減小，或者在距離為60mm處甚至減小95％。所示曲線25是示意性的，應(yīng)該示出變化過程。為了對(duì)于λ調(diào)節(jié)得到足夠精確的測(cè)量結(jié)果，這里建議，在一些情況下可以根據(jù)調(diào)節(jié)探測(cè)器的位置選擇不同的實(shí)施形式。為此標(biāo)注一被視為調(diào)節(jié)探測(cè)器靈敏度的尺度的界限值26。用“I”表示的區(qū)域應(yīng)該表示跳躍式探測(cè)器的使用區(qū)，用“II”表示的區(qū)域表示寬帶線性探測(cè)器的使用區(qū)。由此看出，例如到約20mm的距離為止(在其它情況下也可直至40mm)跳躍式探測(cè)器是有利的(低成本，足夠精確)，在超過這個(gè)數(shù)值的距離時(shí)應(yīng)該采用寬帶線性探測(cè)器來進(jìn)行調(diào)節(jié)。
圖7示意性示出在安裝位置的調(diào)節(jié)探測(cè)器1的結(jié)構(gòu)，其中下面說明的調(diào)節(jié)探測(cè)器1表示一種特別優(yōu)選的實(shí)施形式，這種探測(cè)器必要時(shí)也可以作為單獨(dú)的調(diào)節(jié)探測(cè)器1例如安裝在催化器4后面。所述調(diào)節(jié)探測(cè)器具有一螺母27和一螺紋段28以固定在殼體18上。這里敏感區(qū)域29伸入催化器4的缺口23內(nèi)，缺口位于構(gòu)成通道10的通道壁12內(nèi)。
由于穿過催化器4的作為緩沖環(huán)節(jié)(例如涉及溫度、有害物質(zhì)濃度、壓力波動(dòng)、廢氣中的水含量)的敏感區(qū)域29的上述防護(hù)措施，調(diào)節(jié)探測(cè)器1可以直接經(jīng)受廢氣流的作用，因此可以省去通常使用的防護(hù)罩。但是出于在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、裝配等期間保護(hù)敏感區(qū)域29的原因，在一些情況下仍需要設(shè)置防護(hù)罩30。但是所述防護(hù)罩設(shè)計(jì)成使其對(duì)于熱量具有特別小的吸收能力，特別是小于1J/K(每開爾文焦耳)，甚至小于0.8J/K。這例如可以通過特別薄壁的罩30、多孔性罩30、具有大量開口32的罩30、非常小的罩30等來實(shí)現(xiàn)。所述罩30優(yōu)選由鋼材料制成，并特別是借助于成形加工方法(例如深拉)制造。此外可以設(shè)置導(dǎo)流面，所述使廢氣可以合適地沖流敏感區(qū)域29，必要時(shí)還促使廢氣在罩30內(nèi)逗留較長(zhǎng)時(shí)間。對(duì)于罩30至少局部設(shè)有涂層的情況，上面所規(guī)定的參數(shù)是指包括涂層的罩30。也可以有利地與這里所述的調(diào)節(jié)方法無關(guān)地使用調(diào)節(jié)探測(cè)器1的這種實(shí)施形式，特別是與這種調(diào)節(jié)探測(cè)器1設(shè)置在催化器4后面的排氣系統(tǒng)一起使用。
附圖標(biāo)記表1 調(diào)節(jié)探測(cè)器 2 排氣系統(tǒng)3 內(nèi)燃機(jī) 4 催化器5 排氣管 6 調(diào)節(jié)單元7 距離 8 廢氣入口側(cè)9 區(qū)域 10通道11開口 12通道壁13混合器結(jié)構(gòu) 14表面15涂層 16厚度17機(jī)動(dòng)車輛 18殼體19流動(dòng)方向 20混合器21光滑薄板 22波紋薄板23缺口 24層25曲線 26極限值27螺母 28螺紋段29區(qū)域 30罩31導(dǎo)流面 32開口
權(quán)利要求
1.用于利用汽車內(nèi)燃機(jī)(3)的排氣系統(tǒng)(2)中的調(diào)節(jié)探測(cè)器(1)調(diào)節(jié)燃料混合物的方法，其中排氣系統(tǒng)(2)包括至少一個(gè)在排氣管(5)內(nèi)的催化器(4)，其特征為利用一個(gè)單獨(dú)的、在所述至少一個(gè)催化器(4)內(nèi)部的調(diào)節(jié)探測(cè)器(1)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2.按權(quán)利要求1的方法，其特征為在內(nèi)燃機(jī)(3)起動(dòng)后這樣加熱所述調(diào)節(jié)探測(cè)器(1)，即，在所述至少一個(gè)催化器(4)達(dá)到95℃之前，使所述調(diào)節(jié)探測(cè)器具有至少70℃的溫度。
3.按權(quán)利要求1或2的方法，其特征為調(diào)節(jié)探測(cè)器(1)確定廢氣以下組成成分中的至少一個(gè)碳?xì)浠衔?、一氧化碳、氮氧化物、氧氣?br> 4.按權(quán)利要求1至3之任一項(xiàng)的方法，其特征為所述調(diào)節(jié)探測(cè)器(1)是λ探測(cè)器，其中該λ探測(cè)器同時(shí)用來檢測(cè)所述至少一個(gè)催化器(4)的轉(zhuǎn)換能力。
5.按權(quán)利要求1至4之任一項(xiàng)的方法，其特征為使由內(nèi)燃機(jī)(3)產(chǎn)生的廢氣在到達(dá)所述調(diào)節(jié)探測(cè)器(1)之前在排氣管(5)內(nèi)混合。
6.按權(quán)利要求1至5之任一項(xiàng)的方法，其特征為所述至少一個(gè)催化器(4)用來處理廢氣下列組分中的一種碳?xì)浠衔?、一氧化碳、氮氧化物、顆粒。
7.包括一具有至少一個(gè)排氣管(5)的汽車內(nèi)燃機(jī)(3)的排氣系統(tǒng)(2)，在排氣管內(nèi)設(shè)置至少一個(gè)催化器(4)，所述排氣系統(tǒng)還包括一調(diào)節(jié)探測(cè)器(1)和一與該調(diào)節(jié)探測(cè)器連接的、用于調(diào)節(jié)用于內(nèi)燃機(jī)(3)的燃料混合物的調(diào)節(jié)單元(6)，其特征為在所述至少一個(gè)催化器(4)的內(nèi)部設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的調(diào)節(jié)探測(cè)器(1)。
8.按權(quán)利要求7的排氣系統(tǒng)(2)，其特征為所述調(diào)節(jié)探測(cè)器(1)設(shè)置在距所述至少一個(gè)催化器(4)的廢氣入口側(cè)(8)10mm至80mm[毫米]的距離(7)處。
9.按權(quán)利要求7或8的排氣系統(tǒng)(2)，其特征為所述調(diào)節(jié)探測(cè)器(1)是可加熱的λ探測(cè)器。
10.按權(quán)利要求7至9之任一項(xiàng)的排氣系統(tǒng)(2)，其特征為在所述至少一個(gè)催化器(4)的、廢氣入口側(cè)(8)和調(diào)節(jié)探測(cè)器(1)之間的至少一個(gè)區(qū)域(9)內(nèi)設(shè)置用來降低水或水蒸汽傳播速度的結(jié)構(gòu)。
11.按權(quán)利要求7至10之任一項(xiàng)的排氣系統(tǒng)(2)，其特征為所述至少一個(gè)催化器(4)的、在廢氣入口側(cè)(8)和調(diào)節(jié)探測(cè)器(1)之間的至少一個(gè)區(qū)域(9)設(shè)計(jì)成具有通道(10)和以下特征中的至少一個(gè)-600至1200cpsi[每平方英寸通道數(shù)]的通道密度；-通道(10)的通道壁(12)中的開口(11)；-混合器結(jié)構(gòu)(13)；-通道(10)的多孔性表面(14)；-至少對(duì)水或水蒸汽具有儲(chǔ)存能力的涂層(15)；-厚度(16)在40μm至110μm[微米]范圍內(nèi)的金屬的通道壁(12)。
12.按權(quán)利要求7至11之任一項(xiàng)的排氣系統(tǒng)(2)，其特征為所述調(diào)節(jié)探測(cè)器(1)具有一至少對(duì)水或水蒸汽有至少一種儲(chǔ)存能力的或?qū)τ趶U氣的至少一種組分具有催化活性的涂層(15)。
13.包括按權(quán)利要求7至12之任一項(xiàng)的排氣系統(tǒng)(2)的機(jī)動(dòng)車輛(17)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于利用汽車內(nèi)燃機(jī)(3)的排氣系統(tǒng)(2)內(nèi)的調(diào)節(jié)探測(cè)器(1)調(diào)節(jié)燃料混合物的方法，其中排氣系統(tǒng)包括至少一個(gè)在排氣管(5)內(nèi)的催化器(4)，利用在所述至少一個(gè)催化器(4)內(nèi)部的一個(gè)單獨(dú)的調(diào)節(jié)探測(cè)器(1)來進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外還涉及一種適于實(shí)施所述方法的排氣系統(tǒng)(2)。
文檔編號(hào)F01N11/00GK1993542SQ200580026806
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月9日
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