用于測量廢氣中成分的儀器的制造方法
【專利摘要】在測量來自燃式發(fā)動機排氣管(6)中廢氣流(4)中的廢氣成分的情況下用來采樣的裝置(2)，所述裝置包括定位在測量室(10)中的傳感器(8)。裝置(2)還包括至少兩個采集管(12)，所述至少兩個采集管定位在排氣管(6)中并且具有面向廢氣流(4)并且定位在C-C平面中的孔(14)，所述平面大致垂直于廢氣流(4)的方向。采集管(12)適于將廢氣流的各種部分轉(zhuǎn)移至測量室(10)，以使傳感器(8)能夠監(jiān)測例如代表廢氣中NOX成分的平均值。利用廢氣中NOX成分的有代表性的平均值，能夠?qū)赟CR技術(shù)的廢氣清潔系統(tǒng)進行準確控制。
【專利說明】用于測量廢氣中成分的儀器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及依據(jù)獨立權(quán)利要求前序部分所述的裝置。本發(fā)明更具體地涉及主要適 合于改進對燃式發(fā)動機排出的廢氣中N0X成分進行測量的裝置，目的在于能夠?qū)U氣后處 理系統(tǒng)進行更精確的控制。

【背景技術(shù)】
[0002] 燃式發(fā)動機燃燒空氣和燃料的混合物并且產(chǎn)生廢氣，廢氣尤其包含氮氧化物 (N0X)、二氧化碳（C02)、一氧化碳（C0)以及顆粒物。N0X是復(fù)合術(shù)語，主要用來涵蓋一氧化 氮（N0)和二氧化氮（N02)。為了減少有害物質(zhì)的排出，通常會在發(fā)動機的排氣管線中配備 廢氣后處理系統(tǒng)。為減少N0X成分，就柴油發(fā)動機而言，廢氣后處理系統(tǒng)通常包括與用于向 催化劑上游噴射還原劑的系統(tǒng)相結(jié)合的SCR催化劑。在催化劑中，還原劑與氮氧化物反應(yīng) 從而減少釋放進大氣的氮氧化物含量。更具體地，還原劑分解并且產(chǎn)生氨氣（NH3)，氨氣再 與氮氧化物反應(yīng)產(chǎn)生水和氮氣（n2)。
[0003] 為了實現(xiàn)所述的氮氧化物減少，NH3必須儲存在SCR催化劑中。為使催化劑有效工 作，儲存級別必須適當。更詳盡地，氮氧化物的減少或換能效率取決于儲存級別。為了在不 同的運轉(zhuǎn)情況下維持高換能效率，應(yīng)當維持NH3級別。然而，隨著催化劑溫度升高，NH3級別 必須下降以避免NH3排出（也就是過剩的NH3從催化劑中釋放出來），所述NH3排出可能會 減少催化劑的轉(zhuǎn)換效率。
[0004] 因此，廢氣清潔策略需要滿足轉(zhuǎn)換足夠量的N0X并且與此同時為了環(huán)境和運轉(zhuǎn)經(jīng) 濟性的雙重原因，還要試圖不噴射太多的還原劑。
[0005] 由于還原劑在催化劑上游分布不均，因此來自SCR催化劑的廢氣具有穿過催化劑 橫截面的不同濃度的N0X。這導(dǎo)致在催化劑下游測量N0X成分的情況下，催化劑下游廢氣流 中N0X濃度分布發(fā)生偏離。使用N0X傳感器反饋并且正確控制針對N0X濃度而添加的還原 劑量涉及傳感器測量廢氣流中N0X成分的平均值，所述測量很難進行，因為測量通常只能在 廢氣流中的一點處進行。
[0006] 存在各種測量氣體成分的常規(guī)技術(shù)。
[0007] DD-249096涉及測量流經(jīng)管的各種氣體（例如呼吸空氣）的裝置。該裝置的三 個測量管全都具有相同的流阻，但是令氣體從管中的不同點流經(jīng)所述三個測量管到達測量 室，氣體在測量室中混合在一起并且進行測量。而后氣體經(jīng)由出口管被引導(dǎo)回管。
[0008] DE-1931170U涉及帶有不同長度測量管的測量裝置，測量管將氣體引入配置有過 濾器的混合殼體，過濾器將氣體經(jīng)管引入傳感器。而后氣體經(jīng)由出口管被引回。
[0009] EP-0658756涉及測量裝置，其中氣溶膠經(jīng)由五個導(dǎo)管被引入測量室。
[0010] GB2 135 462涉及使用皮托管將廢氣流中的廢氣引入傳感器。
[0011] US-6843104涉及為了從不同半徑范圍獲得廢氣并在所述廢氣進入傳感器前將所 述廢氣進行混合的解決方法，在該方法中，排風(fēng)管中的橫向管具有數(shù)個入口。而后廢氣被引 回排氣管。
[0012]US7497138涉及大致與US-6843104相似的解決方法。
[0013] 本發(fā)明的目的在于提供用于廢氣取樣的改良裝置，該裝置取得針對廢氣中物質(zhì)測 量成分的值，該值實質(zhì)上等于廢氣中物質(zhì)成分的平均值。這使得更準確控制廢氣清潔系統(tǒng) 成為可能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明的上述目的通過由獨立權(quán)利要求限定的發(fā)明來實現(xiàn)。優(yōu)選實施例由從屬權(quán) 利要求限定。
[0015] 在依據(jù)本發(fā)明的取樣裝置中，廢氣從在遍及廢氣流橫截面上的多個點被收集并且 在由傳感器進行測量前被混合。相對于僅基于從單點測量的值而言，結(jié)果是更有代表性的 測量氣體成分平均值。
[0016] 依據(jù)本發(fā)明的裝置特別適用于在測量來自燃式發(fā)動機的廢氣中N0X成分的情況下 使用。所述裝置包括有利地配置成皮托管的至少兩個采集管，所述至少兩個采集管配置有 朝向廢氣流的孔并且適合于臨近排氣管線，以便將部分廢氣流轉(zhuǎn)移至N0X傳感器。所述采 集管全部定位在與廢氣流主要流動方向成直角的同一平面內(nèi)，所述孔優(yōu)選在距排氣管線縱 向軸線的沿徑向方向預(yù)定距離處均勻分布在所述平面內(nèi)。
[0017] 所述裝置包括混合室，所述混合室如此布置使得以流動廢氣圍繞排氣管線。這樣 的混合室的優(yōu)點在于其不會占用過多空間，以及從不同的測量點到混合室的距離最小，因 為采集管可以徑向向外延伸至排氣管線的外殼表面。這導(dǎo)致管路在廢氣流中的長度較短， 因此流阻較小。
[0018] 依據(jù)本發(fā)明，使用所謂的文丘里效應(yīng)來將氣體從混合室引回排氣管線。該效應(yīng)通 過給排氣管線配置有靠近廢氣被引回位置的縮口來實現(xiàn)。結(jié)果是較好的流動性，因而使得 轉(zhuǎn)移氣體較好地混合。
[0019] 進一步的特點和優(yōu)點將通過列舉本發(fā)明的多個不同實施方式的所附具體實施方 式部分來表明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1描繪沿依據(jù)本發(fā)明第一實施方式的裝置所配置的排氣管線的縱向方向的剖 視不意圖；以及
[0021] 圖2-5描繪本發(fā)明的第一、第二、第三以及第四實施方式沿圖1中B-B線的剖視示 意圖。

【具體實施方式】
[0022] 在圖中，相同或相似的結(jié)構(gòu)使用相同的附圖標記。
[0023] 圖1和圖2描繪本發(fā)明的第一實施方式，在圖1中示出的是依據(jù)圖2的橫截面A-A， 在圖2中示出的是依據(jù)圖1的橫截面B-B。
[0024] 圖1和圖2描繪適用于在測量廢氣流4中的廢氣成分的情況下使用的采樣裝置2。 在一個實施例中，傳感器適于測量廢氣中的N0X成分。來自燃式發(fā)動機（例如柴油機）的 廢氣被引經(jīng)排氣管線（例如排氣管6)，裝置2定位在所述排氣管線上。裝置2包括定位在 測量室10中的傳感器8。
[0025] 裝置2還包括兩個采集管12,每個采集管部分地定位在排氣管6中，并且每個采集 管包括面向廢氣流4的至少一個孔14。在圖1中，廢氣流由箭頭代表?？?4優(yōu)選都具有相 同尺寸并且設(shè)置在平面C-C中，所述平面大體上垂直于廢氣流主要流動方向。所述孔優(yōu)選 均勻分布在所述平面C-C中。采集管12適于將部分廢氣流轉(zhuǎn)移至所述測量室10,傳感器8 在所述測量室中測量被轉(zhuǎn)移至測量室的廢氣中的諸如N0X成分。傳感器被連接到基于SCR 技術(shù)的廢氣清潔系統(tǒng)（未描繪）并且形成所述廢氣清潔系統(tǒng)的一部分，由此來自傳感器的 測量值尤其適用于定量供給還原劑。
[0026] 孔14均勻分布在垂直于廢氣流流動方向的平面C-C中的事實意味著，在多個不同 的實施方式中，所述孔平均分布在與廢氣流方向成直角的至少一個圓16上，所述圓的圓心 與排氣管6的縱向軸線18重合。參見在圖2、3、4和5中描繪的實施方式。
[0027] 圖2中描繪的第一實施方式涉及有兩個相似采集管12的裝置。
[0028] 圖3和圖4中描繪的替代實施方式與圖2中的實施方式的區(qū)別僅在于采集管12 的數(shù)量不同。因此，圖3中描繪的實施方式涉及具有三個采集管的裝置2,以及圖4中描繪 的實施方式涉及具有四個采集管的裝置。重要的是至少存在兩個采集管，并且采集管數(shù)量 越多，測量準確性越高，但同時解決方法也越復(fù)雜。多于四個采集管僅僅導(dǎo)致測量準確度略 高，但如果還希望有更高的準確度，則替代的是所述采集管可以如下參照圖5所描繪的來 配置。
[0029] 每個采集管的孔14處于距排氣管6的軸18的預(yù)定距離處。圖中的距離是管半徑 的約一半。所述孔還沿圓周方向均勻分布。
[0030] 圖5描繪以下實施方式，其中每個采集管12具有沿各個管半徑的兩個孔14。特 定部分（諸如具有傳感器的測量室）在圖5中未描繪。在其它實施方式中，孔14同樣通過 處于距排氣管6的縱向軸線18沿徑向的預(yù)定距離處來均勻分布，并且也沿圓周方向均勻分 布。
[0031] 在圖1-4描繪的實施方式中，裝置2包括混合室20,采集管12適于經(jīng)由所述混合 室將被轉(zhuǎn)移的廢氣流4引至測量室10。所述混合室在排氣管6的橫截面上是環(huán)形的并且適 于圍繞所述排氣管。因此，來自各個孔14的廢氣被引至混合室20,所述混合室對所有采集 管是公用的，并且具有不同N0x成分的廢氣將在所述混合室中被混合。在這些具有不同N0X 濃度的廢氣已被混合之后，所述廢氣將通過傳感器8進行監(jiān)測以基于排氣管線的不同部分 中的不同N0X成分獲得排氣管線中的廢氣N0X成分的有代表性的平均值。
[0032] 采集管12全部具有基本上相同長度并且在排氣管6中相對于所述排氣管的基本 上徑向地延伸尺寸。這意味著來自各個采集管12的流體將在大致同一時間到達混合室20， 這有利于得到正確的測量值。
[0033] 如圖1所示，每個采集管12以徑向部分的形式部分地插入排氣管中，所述徑向部 分彎曲成90°后變?yōu)檩S向方向，徑向外部被連接到混合室20,以及徑向內(nèi)部在其端部具有 面向廢氣流的孔14。
[0034] 經(jīng)由采集管12被轉(zhuǎn)移至混合室20并且從而被轉(zhuǎn)移至測量室10的廢氣然后被引 回至排氣管6,所述引回經(jīng)過至少一個回路管24,所述至少一個回路管適于將廢氣從測量 室引回排氣管6。在圖1中，回路管采用來自測量室10的連接的形式并且簡單地作為穿過 排氣管壁的孔24。回路管/孔24在排氣管中定位在采集管的相應(yīng)孔14的下游位置。
[0035] 排氣管有利地配置有靠近廢氣從測量室10被引回的位置的收束部22。所述收束 部可以有利地在孔24處采用排氣管內(nèi)凸的形式，廢氣經(jīng)過所述孔被引回。所述收束部的目 的在于利用所謂的文丘里效應(yīng)，由此在收束部處的壓力將會小于收束部上游的壓力，導(dǎo)致 有助于廢氣更好地流經(jīng)傳感器8的抽吸效果。所述收束部無須處于廢氣被引回的孔24處， 而是例如可以在孔24所定位的橫截面處處于沿排氣管內(nèi)表面的任何地方。
[0036] 在本發(fā)明的針對重型車輛（諸如卡車）的柴油發(fā)動機的應(yīng)用中，排氣管的典型直 徑為約120mm-130mm，例如127mm。采集管12的尺寸需要盡可能地小，以便減小對來自發(fā)動 機的廢氣流的妨礙。所述采集管的直徑例如可以在2-10mm范圍內(nèi)。所述采集管的孔14優(yōu) 選全部為同一尺寸。
[0037] 采集管12沿其基本上整個延伸尺寸具有相同內(nèi)徑，以及所述采集管的靠近孔14 的配置與皮托管相似，這意味著所述采集管的外徑在圍繞孔的區(qū)域變窄并且從而逐漸變 細，以致未被引入孔中的廢氣從流體角度看能夠以有利方式流過。
[0038] 采集管12可以有利地定位在沿排氣管的在廢氣溫度處于150-450°C范圍內(nèi)的位 置處。
[0039] 在本發(fā)明概念的范圍內(nèi)，同樣可以省略混合室20并且使得廢氣從采集管被直接 引入測量室10。這與上述收束部22相結(jié)合導(dǎo)致更好地流經(jīng)傳感器8,因而得到更好的測量 結(jié)果。
[0040] 本發(fā)明并不限于上述實施方式?？梢允褂酶魇礁鳂拥奶娲?、改型以及等同方案。
[0041] 本發(fā)明在上文中以如下實施例來描述，即所述裝置是用于廢氣清潔的SCR系統(tǒng) 的一部分，以及測量N0X成分被用于調(diào)節(jié)還原劑噴射參數(shù)。這樣的還原劑的實施例是作為 AdBlue?.商用的液體尿素水溶液。這種液體是無毒尿素溶液，其用于在化學(xué)上減少氮氧化 物（N0X)排放，特別是減少來自配備柴油發(fā)動機的重型車輛的氮氧化物排放。
[0042] 在針對替代目的的替代實施方式中，所述裝置可以在排氣管線中定位在SCR催化 劑之前或之后，以及在排氣管線中可以在所述裝置之前和之后存在其它部件。
[0043] 在其它申請中，所述裝置可以用于測量來自燃式發(fā)動機廢氣流中的除N0X外的組 分。此外，所述傳感器無需是直接監(jiān)測N0X濃度的N0X傳感器，因為所述傳感器也可以是能 夠間接監(jiān)測N0X濃度的其它任何形式的傳感器。所述傳感器也可以例如是監(jiān)測N0或N02濃 度的傳感器。所述傳感器也可以適合于測量廢氣中碳氫化合物（HC)成分。
[0044] 所述裝置在替代實施方式中可以在具有除由排氣管示出的圓形以外的橫截面形 狀（例如任何期望的橫截面形狀）的排氣管線中類似地使用。
【權(quán)利要求】
1. 用于對廢氣進行采樣并且在測量燃式發(fā)動機的廢氣流（4)中廢氣成分的情況下使 用的裝置，所述裝置（2)定位成鄰近排氣管（6)、包括定位在測量室（10)中的傳感器（8)并 且具有至少兩個孔（14)，所述至少兩個孔面向廢氣流（4)以便將部分廢氣流轉(zhuǎn)移并且經(jīng)由 混合室（20)引入所述測量室（10)中，所述混合室是環(huán)形的并且適于圍繞所述排氣管（6)， 所述裝置適于在孔（14)的下游位置將廢氣從所述測量室（10)引回排氣管（6)內(nèi)，其特征 在于，所述孔采用至少兩個采集管（12)的形式，每個采集管至少部分地定位在排氣管（6) 中，以及所述裝置具有收束部（22)，所述收束部靠近排氣管（6)中的從測量室（10)將廢氣 引回排氣管（6)的位置，以便利用文丘里效應(yīng)來改善經(jīng)過傳感器（8)的流動。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述孔（14)位于大致垂直于廢氣流（4)主要流動 方向的平面（C-C)中，并且均勻分布在所述平面（C-C)中。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，孔（14)通過平均分布在與廢氣流成直角的至少一 個圓（16)上來均勻分布，以及圓（16)的圓心與排氣管（6)的縱向軸線（18)重合。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的裝置，其中，孔（14)通過處于距排氣管（6)的縱向軸線 (18)沿徑向的預(yù)定距離處來均勻分布。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項所述的裝置，包括兩個、三個或四個相似的采集管（12)。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一項所述的裝置，其中，每個采集管（12)從徑向外端朝向徑 向內(nèi)端徑向延伸，所述徑向內(nèi)端是斜角的并且朝向廢氣流（4)延伸。
7. 如權(quán)利要求1至6中任一項所述的裝置，包括適于將廢氣從所述測量室（10)引回至 排氣管（6)的至少一個回路管（24)。
8. 如上述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置，其中，所述傳感器（8)適于測量廢氣中NOx 成分。
【文檔編號】F01N13/00GK104271913SQ201380023530
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月4日
【發(fā)明者】M·麥凱阿爾德納 申請人:斯堪尼亞商用車有限公司