СИСТЕМА ВЫПУСКА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ВЫПУСКА Российский патент 2018 года по МПК F01N3/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к системе выпуска, имеющей смесительную пластину, расположенную в выпускном коллекторе выше по потоку от устройства снижения токсичности выхлопных газов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Системы выпуска используются в двигателях внутреннего сгорания, чтобы справляться с выхлопными газами, вырабатываемыми благодаря операции сгорания в цилиндрах двигателя. Системы выпуска могут включать в себя выпускные коллекторы, устройства снижения токсичности выхлопных газов, глушители и т.д. Однако конструкции транспортного средства могут накладывать компоновочные ограничения на систему выпуска, чтобы добиваться требуемого профиля или компактности транспортного средства. Однако, эти компоновочные ограничения могут находиться в противоречии с различными функциональными характеристиками системы выпуска, такими как работа устройства снижения токсичности выхлопных газов, работа турбины, формирование противодавления, и т.д. Например, укорачивание выпускного коллектора может приводить к повышенному формированию противодавления и/или созданию неравномерного распределения потока для расположенных ниже по потоку компонентов, таких как каталитический нейтрализатор. Поэтому компромиссы могут устанавливаться между компактностью транспортного средства и функциональными характеристиками системы выпуска.

В US 7997071 (МПК F01N3/02, F01N3/28, опубл. 16.08.2011) раскрыто устройство распределения потока выхлопных газов, расположенное в глушителе выше по потоку от встроенного устройства последующей очистки выхлопных газов, такого как каталитический нейтрализатор или дизельный сажевый фильтр. Устройство распределения потока разрывает поток выхлопных газов, проходящий через глушитель.

Авторы выявили несколько недостатков у устройства распределения потока выхлопных газов, раскрытого в US 7997071. Например, устройство распределения потока может не распределять выхлопные газы равномерно. Например, спутные струи могут формироваться за дефлекторами в устройстве распределения потока, тем самым усиливая распределение по скоростям выхлопных газов непосредственно за устройством распределения потока. Более того, это устройство годится для потоков выхлопных газов, которые выпускаются централизованно в симметричный впускной конус каталитического нейтрализатора, а не компактный выпускной коллектор.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Авторы в материалах настоящего описания выявили вышеприведенные проблемы и разработали систему выпуска для двигателя.

В одном из аспектов предложена система выпуска для двигателя, содержащая:

устройство снижения токсичности выхлопных газов;

выпускной коллектор, имеющий множество направляющих, соединяющихся в секции слияния, расположенной выше по потоку от устройства снижения токсичности выхлопных газов; и

смесительную пластину, расположенную в секции слияния, причем смесительная пластина включает в себя центральный проем и множество жалюзийных вентиляционных отверстий, расположенных аксиально вокруг центрального проема, причем жалюзийные вентиляционные отверстия имеют расположенные под углом проемы, обращенные в общем направлении вращения.

В одном из вариантов предложена система, в которой жалюзийные вентиляционные отверстия продолжаются в направлении вверх по потоку.

В одном из вариантов предложена система, в которой жалюзийные вентиляционные отверстия продолжаются в направлении вниз по потоку.

В одном из вариантов предложена система, в которой жалюзийные вентиляционные отверстия продолжаются в направлении вниз по потоку и направлении вверх по потоку.

В одном из вариантов предложена система, в которой проемы, образованные жалюзи, не продолжаются в радиальном направлении.

В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая датчик выхлопных газов, продолжающийся в центральный проем.

В одном из вариантов предложена система, в которой впуск центрального проема расположен выше по потоку от жалюзийных вентиляционных отверстий.

В одном из вариантов предложена система, в которой жалюзийные вентиляционные отверстия изогнуты аксиально.

В одном из вариантов предложена система, в которой ширина проемов в осевом направлении больше чем 3 мм.

В одном из вариантов предложена система, в которой отношение между диаметром центрального проема и наружным диаметром смесительной пластины составляет от 0,3 до 0,9.

В одном из вариантов предложена система, в которой жалюзийные вентиляционные отверстия образуют угол с касательной к внешней поверхности смесителя, который составляет от 45 до 135 градусов.

В одном из вариантов предложена система, в которой жалюзийные вентиляционные отверстия не являются равными по меньшей мере по одному из размера и геометрии.

В одном из вариантов предложена система, в которой устройство снижения токсичности выхлопных газов является трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором.

В одном из дополнительных аспектов предложен способ работы системы выпуска, присоединенной к двигателю, включающий в себя этапы, на которых:

осуществляют протекание выхлопных газов от множества выпускных направляющих в выпускном коллекторе в секцию слияния в выпускном коллекторе, где соединены множество выпускных направляющих;

осуществляют протекание выхлопных газов через смесительную пластину, перекрывающую секцию слияния и включающую в себя центральный проем и жалюзийные вентиляционные отверстия, расположенные аксиально вокруг центрального проема, причем жалюзийные вентиляционные отверстия имеют расположенные под углом проемы, обращенные в общем направлении вращения; и

осуществляют протекание выхлопных газов от смесительной пластины в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор непосредственно ниже по потоку от смесительной пластины.

В одном из вариантов предложен способ, в котором датчик выхлопных газов продолжается через центральные проемы.

В одном из вариантов предложен способ, в котором жалюзийные вентиляционные отверстия продолжаются в осевом направлении.

В одном из еще дополнительных аспектов предложена система выпуска для двигателя, содержащая:

трехкомпонентный каталитический нейтрализатор;

выпускной коллектор, имеющий множество направляющих, соединяющихся в секции слияния, расположенной непосредственно выше по потоку от трехкомпонентного каталитического нейтрализатора; и

смесительную пластину, продолжающуюся поперек секции слияния, причем смесительная пластина включает в себя центральный проем и жалюзийные вентиляционные отверстия, расположенные аксиально вокруг центрального проема, при этом жалюзийные вентиляционные отверстия имеют расположенные под углом проемы, обращенные в общем направлении вращения.

В одном из вариантов предложена система, в которой смесительная пластина и корпус выпускного коллектора выполнены из разных материалов.

В одном из вариантов предложена система, в которой жалюзийные вентиляционные отверстия изогнуты аксиально.

В одном из вариантов предложена система, в которой смесительная пластина выровнена аксиально с центральной осью трехкомпонентного каталитического нейтрализатора.

Смесительная пластина может давать потоку выхлопных газов, выдаваемому в расположенное ниже по потоку устройство снижения токсичности выхлопных газов, возможность распределяться равномернее. Как результат, работа устройства снижения токсичности выхлопных газов может улучшаться. Более точно, в одном из примеров, направленный по касательной поток выхлопных газов, формируемый посредством выпускных направляющих, работает вместе с расположенными под углом жалюзийными вентиляционными отверстиями для уменьшения изменчивости скорости выхлопных газов. Как результат, поток газов из отдельных направляющих компактного выпускного коллектора мене вероятно должен использовать отдельные зоны брикета катализатора, тем самым улучшая эффективность нейтрализации устройства снижения токсичности выхлопных газов. Это в особенности справедливо, когда топливно-воздушное соотношение из цилиндра не является стехиометрическим. Кроме того, следует принимать во внимание, что смесительная пластина может незначительно повышать противодавление в впускном коллекторе, которое может ухудшать нагрузочную характеристику на высокой нагрузке (например, нагрузочную характеристику на полной нагрузке), обусловленное центральным проемом в смесительной пластине. Как результат, компактный выпускной коллектор может использоваться в системе выпуска, если требуется, без значительного повышения противодавления или понижения эффективности нейтрализации выхлопных газов в устройстве снижения токсичности выхлопных газов. Таким образом, традиционные компромиссы между требуемыми характеристиками в системе выпуска, обсужденной выше, могут обходиться.

Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего подробного описания, когда воспринимаются по отдельности или в связи с прилагаемыми чертежами.

Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, представлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания. Дополнительно, вышеприведенные проблемы были выявлены авторами в материалах настоящего описания и не признаются известными.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 показывает схематичное изображение транспортного средства, имеющего двигатель и систему выпуска;

фиг. 2 показывает примерный выпускной коллектор, имеющий смесительную пластину, расположенную в нем, и устройство снижения токсичности выхлопных газов;

фиг. 3 и 4 показывают детальный вид смесительной пластины, показанной на фиг. 2;

фиг. 5 показывает еще один примерный выпускной коллектор, имеющий смесительную пластину;

фиг. 6 показывает детальный вид смесительной пластины, показанной на фиг. 4;

фиг. 7 и 8 показывают разные виды еще одного примерного выпускного коллектора; и

фиг. 9 показывает детальный вид смесительной пластины, показанной на фиг. 7 и 8; и

Фиг. 10 показывает способ приведения в действие системы выпуска. Фиг. 2-9 начерчены в масштабе, хотя, если требуется, могут использоваться другие относительные размеры.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В материалах настоящего описания описана система выпуска. Система выпуска включает в себя выпускной коллектор, имеющий множество выпускных направляющих, соединяющихся в секции слияния, и устройство снижения токсичности выхлопных газов, присоединенное непосредственно к секции слияния. Система выпуска дополнительно включает в себя смесительную пластину, перекрывающую секцию слияния, смесительная пластина включает в себя центральный проем и множество жалюзийных вентиляционных отверстий, расположенных аксиально вокруг центрального проема. Жалюзийные вентиляционные отверстия расположены, чтобы они имели расположенные под углом проемы, обращенные в общем направлении вращения. Направленный по касательной поток воздуха, сформированный во выпускных направляющих, и жалюзийные вентиляционные отверстия работают вместе, чтобы уменьшать изменчивость скорости в потоке выхлопных газов. Как результат, выхлопные газы могут равномерно распределяться по расположенному ниже по потоку устройству снижения токсичности выхлопных газов, тем самым улучшая работу устройства снижения токсичности выхлопных газов. Таким образом, смесительная пластина уменьшает зонирование потока из отдельных цилиндров по расположенному ниже по потоку брикету катализатора и предоставляет потоку из разных цилиндров возможность перекрываться. Таким образом, эффективность нейтрализации устройства снижения токсичности выхлопных газов повышается, когда есть неравномерное распределение топливно-воздушного соотношения в двигателе, и воздействие двигателя на окружающую среду уменьшается. Дополнительно, смесительная пластина не повышает значительно противодавление в выпускном коллекторе вследствие положения центрального проема, тем самым уменьшая вероятность ухудшения нагрузочной характеристики на высокой нагрузке (например, нагрузочной характеристики на полной нагрузке), вызванного противодавлением в системе выпуска. Дополнительно, в одном из примеров, датчик выхлопных газов, присоединенный к выпускному коллектору, может продолжаться внутри центрального проема. Как результат, интенсивность сигнала с датчика может улучшаться вследствие большого количества выхлопных газов, текущих через центральный проем.

Фиг. 1 показывает схематичное изображение транспортного средства 10, включающего в себя двигатель 12. Двигатель 12 выполнен с возможностью реализовывать операцию сгорания. Например, может быть реализован четырехтактный цикл сгорания, включающий в себя такт впуска, такт сжатия, рабочий такт и такт выпуска. Однако, другие типы сгорания могут использоваться в других примерах. Таким образом, движущая сила может вырабатываться в транспортном средстве 10. Следует принимать во внимание, что двигатель может быть присоединен к трансмиссии для передачи мощности вращения, вырабатываемой двигателем, на колеса в транспортном средстве.

Транспортное средство 10 включает в себя систему 14 впуска, выдающую всасываемый воздух во множество цилиндров 16 в двигателе 12. Сообщение по текучей среде между системой 14 впуска и цилиндрами 16 обозначено посредством стрелок 18. Система 14 впуска может включать в себя многообразие компонентов, таких как впускные трубопроводы, фильтры, дроссель, впускной коллектор, и т.д. Три цилиндра изображены в рядной конфигурации, где цилиндры расположены на прямой линии, на фиг. 1. Хотя изображены три цилиндра, следует принимать во внимание, что предполагались двигатели, имеющие альтернативное количество цилиндров. Например, двигатель может включать в себя два ряда цилиндров. В одном из примеров, три изображенных цилиндра могут быть включены в первый ряд цилиндров. Дополнительно, цилиндры могут иметь разные компоновки. Например, цилиндр может быть расположен в горизонтально оппозитной конфигурации, V-образной конфигурации, и т.д. Цилиндры 16 могут быть механически присоединены к коленчатому валу (не показан).

Каждый из цилиндров 16 включает в себя два впускных окна 19 и два выпускных окна 21 в изображенном примере. Впускные окна и выпускные окна могут включать в себя клапаны, выполненные с возможностью разрешать и запрещать впускной и выпускной поток, соответственно, в цилиндрах 16. Следует принимать во внимание, что предполагались двигатели, имеющие альтернативное количество впускных и/или выпускных окон. Впускные окна 19 находятся в сообщении по текучей среде с системой 14 впуска, а выпускные окна 21 находятся в сообщении по текучей среде с системой 20 выпуска.

Транспортное средство 10 включает в себя систему 20 выпуска. Система 20 выпуска выполнена с возможностью принимать выхлопные газы из цилиндров 16, а более точно, выпускных окон 21. Система 20 выпуска включает в себя выпускной коллектор 22 в сообщении по текучей среде с каждым из цилиндров 16. Выпускной коллектор 22 включает в себя множество выпускных направляющих 24. Выпускные направляющие 24 соединяются, чтобы формировать секцию 26 слияния во впускном коллекторе 22.

Смесительная пластина 28 расположена в секции 26 слияния. Более точно, смесительная пластина 28 может перекрывать секцию 26 слияния. Смесительная пластина 28 выполнена с возможностью усиливать распределение потока выхлопных газов, проходящих через нее, для улучшения работы расположенного ниже по потоку устройства 30 снижения токсичности выхлопных газов. Таким образом, смесительная пластина 28 выполнена с возможностью уменьшать зональный поток. Специфичные конструктивные характеристики смесительной пластины 28, которые дают возможность повышения распределения потока выхлопных газов, подробнее обсуждены в материалах настоящего описания со ссылкой на фиг. 2-9.

Датчик 29 выхлопных газов присоединен к выпускному коллектору 22, а более точно, может продолжаться внутри окна датчика в коллекторе. Дополнительно, датчик 29 выхлопных газов может продолжаться через смесительную пластину 28 и подробнее обсужден в материалах настоящего описания. Датчик 29 выхлопных газов находится на электронной связи с контроллером 100. Датчик 29 выхлопных газов может быть датчиком кислорода, датчиком состава выхлопных газов и т.д.

Система выпуска дополнительно включает в себя устройство 30 снижения токсичности выхлопных газов. Устройство 30 снижения токсичности выхлопных газов может быть встроено в выпускной коллектор 22, образуя единый непрерывный компонент, в одном из примеров. Устройство 30 снижения токсичности выхлопных газов расположено непосредственно ниже по потоку от смесительной пластины 28. Устройство 30 снижения токсичности выхлопных газов, например, может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором. Дополнительно, следует принимать во внимание, что компоненты системы выпуска изображены схематично на фиг. 1, и что компоненты имеют дополнительную конструктивную сложность, которая показана на фиг. 2-9 и обсуждена подробнее в материалах настоящего описания.

Транспортное средство 10 дополнительно включает в себя систему подачи топлива (не показана), выполненную с возможностью выдавать топливо в цилиндры 16. Система подачи топлива может быть выполнена с возможностью обеспечивать оконный и/или непосредственный впрыск топлива. Система подачи топлива может включать в себя различные компоненты, такие как топливные насосы, топливные баки, топливные форсунки, и т.д.

Контроллер 100 может быть включен в транспортное средство 10. Контроллер 100 может быть выполнен с возможностью принимать сигналы с датчиков в транспортном средстве, а также отправлять командные сигналы в компоненты. Различные компоненты в транспортном средстве 10 могут управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 100, и входными сигналами от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере, устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Контроллер 100 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя процессор 102 (например, микропроцессорный блок), порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве постоянного запоминающего устройства 106 (например, микросхемы постоянного запоминающего устройства) в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110 и шину данных. Постоянное запоминающее устройство 106 запоминающего носителя может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 102 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены. Как показано, контроллер 100 принимает сигнал с датчика 29 выхлопных газов, присоединенного к выпускному коллектору 22.

Фиг. 2 показывает примерный выпускной коллектор 200. Выпускной коллектор 200 может быть более подробным изображением выпускного коллектора 22, показанного на фиг. 1. Выпускной коллектор 200 включает в себя выпускные направляющие 202. Выпускные направляющие 202 могут иметь компактную конструкцию, которая может формировать наклонный поток газов (например, в основном наклонный поток газов). Без смесительной пластины, наклонный поток газов, выходящий из направляющих, давал бы в результате зонирование потока, которое ухудшало бы работу расположенного ниже по потоку каталитического нейтрализатора или другого устройства снижения токсичности выхлопных газов. Однако+ смесительная пластина исправляет плохое в других отношениях качество потока компактной конструкции коллектора и уменьшает наклонный поток газов, выходящий из выпускного коллектора.

Каждая из выпускных направляющих 202 находится в сообщении по текучей среде с цилиндром, таким как цилиндры 16, показанные на фиг. 1, через впуски 203 коллектора. Таким образом, выпускной коллектор 200, показанный на фиг. 2, может быть выпускным коллектором 22, показанным на фиг. 1. Продолжая по фиг. 2, выпускные направляющие 202 соединяются, чтобы формировать секцию 204 слияния выпускного коллектора 200. Смесительная пластина 206 расположена внутри секции 204 слияния. Более точно, смесительная пластина 206 перекрывает (например, перекрывает радиально) секцию 204 слияния. Смесительная пластина 206, показанная на фиг. 2, может быть более детальным изображением смесительной пластины 28, показанной на фиг. 1. Смесительная пластина 206 выполнена с возможностью уменьшать изменчивость скорости выхлопных газов, текущих из выпускного коллектора 200 в устройство 208 снижения токсичности выхлопных газов (например, каталитический нейтрализатор). Устройство 208 снижения токсичности выхлопных газов включает в себя по меньшей мере один брикет 211 катализатора в одном из примеров. Следует принимать во внимание, что секция 204 слияния расположена непосредственно выше по потоку от устройства 208 снижения токсичности выхлопных газов. Таким образом, выпуск выпускного коллектора присоединен непосредственно к устройству снижения токсичности выхлопных газов в изображенном примере. Однако, предполагались другие компоновки компонентов. Смесительная пластина оказывает влияние только на качество потока в секции слияния непосредственно выше по потоку от устройства снижения токсичности выхлопных газов. Таким образом, нет мешающих компонентов между секцией слияния и устройством снижения токсичности выхлопных газов. Таким образом, компактность системы выпуска может быть повышена. Однако в других примерах могут быть мешающие компоненты между секцией слияния и устройством снижения токсичности выхлопных газов. Кроме того, в одном из примеров, смесительная пластина и корпус выпускного коллектора у выпускного коллектора 200 содержат разные материалы.

Смесительная пластина 206 включает в себя жалюзийные вентиляционные отверстия 210. Жалюзийные вентиляционные отверстия 210, показанные на фиг. 2, продолжаются аксиально. Ось 250 предусмотрена для начала отсчета. Более точно, жалюзийные вентиляционные отверстия 210 продолжаются в направлении вверх по потоку и вниз по потоку. Более точно, жалюзийные вентиляционные отверстия 210 перенаправляют направленный по касательной поток выхлопных газов, сформированный в выпускных направляющих 202, для уменьшения изменчивости скорости в выхлопных газах, текущих ниже по потоку от смесительной пластины 206. Жалюзийные вентиляционные отверстия 210 расположены аксиально вокруг центрального проема 212. Центральный проем 212 может быть выровнен с центральной осью 250. Ось 250 является центральной осью устройства 208 снижения токсичности выхлопных газов. Центральный проем 210 уменьшает величину противодавления, формируемого в системе выпуска. Таким образом, нагрузочная характеристика на высокой нагрузке (например, нагрузочная характеристика на полной нагрузке) может не ухудшаться смесительной пластиной. Окно 214 датчика выхлопных газов также включено в выпускной коллектор 200. Датчик выхлопных газов может продолжаться внутри окна 214 датчика выхлопных газов.

Детальный вид смесительной пластины 206 показан на фиг. 3 и 4. Изображены центральный проем 212 и жалюзийные вентиляционные отверстия 210. Как обсуждено ранее, жалюзийные вентиляционные отверстия 210 продолжаются в направлении вверх по потоку и вниз по потоку. Однако предполагались другие геометрии жалюзийных вентиляционных отверстий. Каждое из жалюзийных вентиляционных отверстий 210 включает в себя расположенный под углом проем 300, обращенный в общем направлении вращения.

Угол 350 одного из проемов 300 проиллюстрирован на фиг. 3. Угол 350 определен пересечением линии 352, касательной к периферии смесительной пластины 206, и линии 354, продолжающейся от внутренней кромки 302 жалюзийного вентиляционного отверстия до внешней кромки 304 жалюзийного вентиляционного отверстия. Угол 350 имеет значение 90 градусов. Однако в других примерах угол может иметь значение между 45 и 135 градусов. Расположенные под углом жалюзийные вентиляционные проемы позволяют скорости потока выхлопных газов равномернее распределяться ниже по потоку от смесительной пластины 206. Ширина проемов 300 аксиально может быть большей, чем 3 мм в одном из примеров.

Отношение между радиусом 360 центрального проема 212 и наружным радиусом 362 смесительной пластины 206 может иметь значение от 0,3 до 0,9. Следует принимать во внимание, что, когда центральный проем 212 наделен размерами таким образом, величина противодавления, формируемого посредством смесительной пластины 206, может не быть значительной.

Жалюзийные вентиляционные отверстия 210, показанные на фиг. 3 и 4, имеют подобные геометрию, размер и ориентацию. Однако, геометрия, размер и/или ориентация жалюзийных вентиляционных отверстий 210 могут меняться. Следует принимать во внимание, что жалюзи функционируют для перенаправления периферийного потока через смесительную пластину. Дополнительно, смесительная пластина 206 включает внутреннюю периферийную поверхность 320 в наружную периферийную поверхность 322. Внутренняя периферийная поверхность 320 определяет границу центрального проема 212. Дополнительно, осевая высота внутренней периферийной поверхности 320 (которая может находиться в диапазоне от 1 до 20 мм), расположенные под углом проемы 300 могут находиться в диапазоне от 25 до 700 квадратных мм, осевое положение смесительной пластины относительно переднего торца каталитического нейтрализатора, которое может находиться в диапазоне от 5 мм до 50 мм, также оказывает влияние на распределение потока, расположенного ниже по потоку каталитического нейтрализатора.

Жалюзийные вентиляционные отверстия не создают проемы, перпендикулярные центральной оси смесительной пластины 206. Скорее, жалюзийные вентиляционные отверстия создают проемы, продолжающиеся аксиально. Поэтому линия, параллельная оси смесительной пластины не может проходить через жалюзийные вентиляционные отверстия. Таким образом, жалюзийные вентиляционные отверстия 210 повышают закручивание потока выхлопных газов, тем самым повышая распределение потока выхлопных газов для каждой отдельной направляющей. Жалюзийные вентиляционные отверстия перенаправляют поток выхлопных газов некоторым образом, который добавляет мощную радиальную составляющую в области выше по потоку от торца каталитического нейтрализатора. Поскольку закручивание потока газов не может проникать в осевые каналы брикета катализатора без осевой составляющей скорости, поток имеет тенденцию закручиваться выше впускного торца каталитического нейтрализатора до тех пор, пока не перераспределено давление. Это выравнивает распределение потока по каналам брикета катализатора одинаково для каждого из потоков направляющих.

Фиг. 5 показывает еще один примерный выпускной коллектор 500. Выпускной коллектор 500 может быть более подробным изображением выпускного коллектора 22, показанного на фиг. 1. Выпускной коллектор 500 включает в себя выпускные направляющие 502. Каждая из выпускных направляющих 502 включает в себя впуск 504. Впуски 504, а потому выпускные направляющие 502 находятся в сообщении по текучей среде с цилиндрами, такими как цилиндры 16, показанные на фиг. 1. Соединительная пластина 506 присоединена к впускам выпускных направляющих 502. Соединительная пластина 506 включает в себя крепежные отверстия 508, которые могут быть присоединены к головке блока цилиндров (не показана). Окно 507 выпускного клапана включено в выпускной коллектор 500. Клапан выхлопных газов (не показан) может простираться внутри окна 507. Смесительная пластина 510 также изображена на фиг. 5. Часть выпускного коллектора 500 удалена, чтобы дать возможность обзора смесительной пластины 510.

Смесительная пластина 510 выполнена с возможностью уменьшать изменчивость скорости выхлопных газов, текущих через нее. Смесительная пластина 510 включает в себя центральный проем 512 и множество жалюзийных вентиляционных отверстий 514, расположенных аксиально вокруг центрального проема. Смесительная пластина 510 включает в себя периферийную поверхность 515. Периферийная поверхность 515 параллельна центральной оси смесительной пластины 510 и устройства 516 снижения токсичности выхлопных газов. Периферийная поверхность 515 смесительной пластины 510. Устройство 516 снижения токсичности выхлопных газов показано присоединенным непосредственно к выпускному коллектору 500. Устройство 516 снижения токсичности выхлопных газов, например, может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором. Следует принимать во внимание, что компоненты, показанные на фиг. 5, могут быть включены в систему выпуска, показанную на фиг. 1. Детальный вид смесительной пластины 510 показан на фиг. 6. Центральный проем 512 и жалюзийные вентиляционные отверстия 514 изображены на фиг. 6. Жалюзийные вентиляционные отверстия 514 расположены аксиально вокруг центрального проема 512 и имеют расположенные под углом проемы 518, обращенные в общем направлении вращения.

Фиг. 6 показывает детальный вид смесительной пластины 510. Изображены жалюзийные вентиляционные проемы 514, центральный проем 512 и периферийная поверхность 515 смесительной пластины. Вновь, смесительная пластина повышает распределение потока в расположенном ниже по потоку течении выхлопных газов, тем самым, улучшая работу устройства 516 снижения токсичности выхлопных газов, показанного на фиг. 5.

Фиг. 7 показывает примерный выпускной коллектор 700. Выпускной коллектор 700 может быть подобным выпускному коллектору 22, показанному на фиг. 1. Выпускной коллектор 700 включает в себя впуски 702 и выпускную направляющую 704. Впуски 702 находятся в сообщении по текучей среде с выпускными окнами, такими как выпускные окна 21, показанные на фиг. 1. Выпускной коллектор 700 включает в себя секцию 706 слияния, где соединяются выпускные направляющие 704. Устройство 708 снижения токсичности выхлопных газов, присоединенное (например, непосредственно присоединенное) к секции 706 слияния, также изображено. Устройство 708 снижения токсичности выхлопных газов, например, может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором.

Смесительная пластина 710 расположена в секции 706 слияния. Более точно, смесительная пластина 710 может быть присоединена к секции слияния. Соединение может быть реализовано посредством сварки, литья, склейки, и т.д. Следует принимать во внимание, что смесительная пластина 710 может быть приварена или присоединена иным образом к выпускному коллектору 700 на поздней стадии в производственном процессе. Таким образом, смесительная пластина 710 может использоваться некоторым количеством разных выпускных коллекторов, тем самым, повышая применимость пластины. Поскольку пластина очень компактна и умещается внутри, она может использоваться, когда есть ограниченное имеющееся в распоряжении пространство между выпусками головки блока цилиндров и торцом устройства снижения токсичности выхлопных газов (например, каталитического нейтрализатора). Таким образом, пластина предоставляет возможность использования очень компактной конструкции выпускного коллектора без плохого распределения потока каталитического нейтрализатора, типично связанного с компактной конструкцией.

Датчик 712 выхлопных газов показан продолжающимся внутри центрального проема 714 смесительной пластины 710. Датчик выхлопных газов может быть датчиком кислорода, подогреваемым датчиком кислорода выхлопных газов, и т.д. Следует принимать во внимание, что интенсивность сигнала датчика выхлопных газов может улучшаться, когда датчик расположен в центральном проеме вследствие большой величины потока выхлопных газов, проходящего через него. Смесительная пластина 710 также включает в себя жалюзийные вентиляционные отверстия 716, расположенные вокруг центрального проема 714. Как обсуждено выше, жалюзийные вентиляционные отверстия 716 уменьшают изменчивость скорости в потоке выхлопных газов ниже по потоку от смесительной пластины.

Фиг. 8 показывает еще один вид примерного выпускного коллектора 700, показанного на фиг. 7. Как показано, смесительная пластина 710 включает в себя центральный проем 714, окруженный жалюзийными вентиляционными отверстиями 716. Жалюзийные вентиляционные отверстия 716 имеют расположенные под углом проемы 800, обращенные в общем направлении вращения. Угол 810 линии, продолжающейся поперек проемов, и линии, касательной к внешней кромке смесительной пластины 710 может иметь значение от 45 до 135 градусов в одном из примеров. Выпускные направляющие 702 и впуски 702 также показаны на фиг. 8. Жалюзийные вентиляционные отверстия 716 продолжаются в направлении вниз по потоку.

Фиг. 9 показывает детальный вид смесительной пластины 710, показанной на фиг. 7 и 8. Изображены жалюзийные вентиляционные отверстия 716, расположенные под углом проемы 800, центральный проем 714 и датчик 712. Жалюзийные вентиляционные отверстия 800 изогнуты в направлении, продолжающемся от внутренней стороны вентиляционного отверстия к внешней стороне вентиляционного отверстия. В одном из примеров, жалюзийные вентиляционные отверстия могут быть изогнуты аксиально. Однако, предполагались другие геометрии жалюзийных вентиляционных отверстий.

Фиг. 10 показывает способ 1000 для работы системы выпуска. Способ 1000 может быть реализован посредством систем выпуска, обсужденных выше со ссылкой на фиг. 1-9 или может быть реализован посредством других пригодных систем выпуска.

Способ включает в себя на этапе 1002 осуществление потока выхлопных газов из множества выпускных направляющих в выпускном коллекторе в секцию слияния в выпускном коллекторе, где соединяются множество выпускных направляющих.

Затем, на этапе 1004, способ включает в себя осуществление потока выхлопных газов через смесительную пластину, перекрывающую секцию слияния и включающую в себя центральный проем и жалюзийные вентиляционные отверстия, расположенные аксиально вокруг центрального проема, жалюзийные вентиляционные отверстия имеют расположенные под углом проемы, обращенные в общем направлении вращения. На этапе 1006, способ включает в себя осуществление потока выхлопных газов из смесительной пластины в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор непосредственно ниже по потоку от смесительной пластины. В одном из примеров, датчик выхлопных газов продолжается через центральные проемы. В еще одном примере, жалюзийные вентиляционные отверстия продолжаются аксиально.

В одном из примеров, система выпуска для двигателя включает в себя устройство снижения токсичности выхлопных газов, имеющее корпус, подложку и монолитный брикет катализатора, расположенные в нем. Выпускной коллектор, имеющий множество направляющих, соединяющихся в секции слияния, может быть расположен непосредственно выше по потоку от устройства снижения токсичности выхлопных газов, причем, выпускной коллектор установлен прямо на корпус устройства снижения токсичности выхлопных газов, исключительно со смесительной пластиной между ними. Смесительная пластина может быть расположена в секции слияния. Смесительная пластина может включать в себя всего лишь один центральный проем, но множество симметричных радиальных жалюзийных вентиляционных отверстий вокруг центрального проема, без каких бы то ни было других проемов в пластине. Жалюзийные вентиляционные отверстия каждое может включать в себя расположенный под углом проем, причем, каждое обращено в общем направлении вращения, центральный проем не придает никакого вращения потоку через любые расположенные под углом вентиляционные отверстия или жалюзи. Жалюзийные вентиляционные отверстия каждое может продолжаться вверх по потоку и/или вниз по потоку от плоскости смесительной пластины, в которой заключен центральный проем. Смесительная пластина может быть расположена ниже по потоку от всех окон выпускных направляющих, которые ведут из цилиндра в группе цилиндров, присоединенных к коллектору. В одном из примеров, одна смесительная пластина может быть предусмотрена в каждом ряду V-образного двигателя. Передний торец брикета каталитического нейтрализатора может быть обращен к расположенной ниже по потоку стороне смесительной пластины, без каких бы то ни было других препятствий между ними.

Следует принимать во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по природе, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и не очевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания.

Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего раскрытия.

Изобретение относится к области очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Предложены система выпуска для двигателя и способ ее работы. Система выпуска включает в себя устройство снижения токсичности выхлопных газов и выпускной коллектор, имеющий множество направляющих, соединяющихся в секции слияния, расположенной выше по потоку от устройства снижения токсичности выхлопных газов. Система выпуска дополнительно включает в себя смесительную пластину, расположенную в секции слияния, смесительная пластина включает в себя центральный проем и множество жалюзийных вентиляционных отверстий, расположенных аксиально вокруг центрального проема, жалюзийные вентиляционные отверстия имеют расположенные под углом проемы, обращенные в общем направлении вращения. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Система выпуска для двигателя, содержащая: трехкомпонентный каталитический нейтрализатор;

выпускной коллектор, имеющий выпуск, непосредственно соединенный с трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором, и множество направляющих, соединяющихся в секции слияния, расположенной выше по потоку от трехкомпонентного каталитического нейтрализатора; и

смесительную пластину, расположенную в секции слияния, причем смесительная пластина включает в себя центральный проем и множество жалюзийных вентиляционных отверстий, расположенных аксиально вокруг центрального проема, причем жалюзийные вентиляционные отверстия имеют расположенные под углом проемы, обращенные в общем направлении вращения.

2. Система выпуска по п. 1, в которой жалюзийные вентиляционные отверстия продолжаются в направлении вверх по потоку.

3. Система выпуска по п. 1, в которой жалюзийные вентиляционные отверстия продолжаются в направлении вниз по потоку.

4. Система выпуска по п. 1, в которой жалюзийные вентиляционные отверстия продолжаются в направлении вниз по потоку и направлении вверх по потоку.

5. Система выпуска по п. 1, в которой проемы, образованные жалюзи, не продолжаются в радиальном направлении.

6. Система выпуска по п. 1, дополнительно содержащая датчик выхлопных газов, продолжающийся в центральный проем.

7. Система выпуска по п. 1, в которой впуск центрального проема расположен выше по потоку от жалюзийных вентиляционных отверстий.

8. Система выпуска по п. 1, в которой жалюзийные вентиляционные отверстия изогнуты в аксиальном направлении.

9. Система выпуска по п. 1, в которой ширина проемов в осевом направлении больше чем 3 мм.

10. Система выпуска по п. 1, в которой отношение между диаметром центрального проема и наружным диаметром смесительной пластины составляет от 0,3 до 0,9.

11. Система выпуска по п. 1, в которой жалюзийные вентиляционные отверстия образуют угол с касательной к внешней поверхности смесительной пластины, который составляет от 45 до 135 градусов.

12. Система выпуска по п. 1, в которой жалюзийные вентиляционные отверстия не являются равными по меньшей мере по одному из размера и геометрии.

13. Система выпуска по п. 1, в которой смесительная пластина содержит внешнюю периферийную поверхность, расположенную в и непосредственно соединенную с выпуском выпускного коллектора.

14. Способ работы системы выпуска, присоединенной к двигателю, включающий в себя этапы, на которых:

осуществляют протекание выхлопных газов от множества выпускных направляющих в выпускном коллекторе в секцию слияния в выпускном коллекторе, где соединены множество выпускных направляющих;

осуществляют протекание выхлопных газов через смесительную пластину, перекрывающую секцию слияния и включающую в себя центральный проем и жалюзийные вентиляционные отверстия, расположенные аксиально вокруг центрального проема, причем жалюзийные вентиляционные отверстия имеют расположенные под углом проемы, обращенные в общем направлении вращения, причем датчик выхлопных газов продолжается через центральный проем; и

осуществляют протекание выхлопных газов от смесительной пластины в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор непосредственно ниже по потоку от смесительной пластины.

15. Способ по п. 14, в котором жалюзийные вентиляционные отверстия продолжаются в осевом направлении.

16. Система выпуска для двигателя, содержащая:

трехкомпонентный каталитический нейтрализатор;

выпускной коллектор, имеющий множество направляющих, соединяющихся в секции слияния, расположенной непосредственно выше по потоку от трехкомпонентного каталитического нейтрализатора; и

смесительную пластину, продолжающуюся поперек секции слияния, причем смесительная пластина включает в себя центральный проем и жалюзийные вентиляционные отверстия, расположенные аксиально вокруг центрального проема, при этом жалюзийные вентиляционные отверстия имеют расположенные под углом проемы, обращенные в общем направлении вращения.

17. Система выпуска по п. 16, в которой смесительная пластина и корпус выпускного коллектора выполнены из разных материалов.

18. Система выпуска по п. 16, в которой жалюзийные вентиляционные отверстия изогнуты аксиально.

19. Система выпуска по п. 16, в которой смесительная пластина выровнена аксиально с центральной осью трехкомпонентного каталитического нейтрализатора.