Патент на изобретение №2347083

(54) СНАБЖЕННЫЙ ПОКРЫТИЕМ СОТОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ С ДАТЧИКОМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в системах выпуска отработавших газов ДВС. Сотовый элемент содержит проходящие между двумя его торцами проточные для текучей среды каналы и по меньшей мере один датчик, который по меньшей мере частично входит внутрь сотового элемента. Первый торец сотового элемента и указанный по меньшей мере один первый датчик ограничивают при этом между собой первый частичный объем сотового элемента. В первом частичном объеме сотовый элемент обладает меньшей по сравнению с по меньшей мере одним другим своим частичным объемом способностью поглощать кислород. Приведена система выпуска отработавших газов с компактным расположением в ней подобного сотового элемента. Такое выполнение позволяет обеспечить длительную работу датчиков и системы. 2 н. и 19 з.п. ф-лы. 3 ил.

Настоящее изобретение относится к сотовому элементу с проходящими между двумя его торцами проточными для текучей среды каналами и с по меньшей мере одним датчиком, который по меньшей мере частично входит внутрь сотового элемента. Изобретение относится также к системе выпуска отработавших газов (ОГ) с подобным сотовым элементом.

Сотовые элементы, принципиальная конструкция которых известна, например, из ЕР 0245737, ЕР 0430945 и GB 1452982, широко используются в автомобилестроении в различных целях, главным образом в качестве носителя каталитического нейтрализатора в системе снижения токсичности ОГ. По мере постоянного ужесточения законодательно устанавливаемых норм на предельно допустимые показатели токсичности выбрасываемых в атмосферу ОГ автомобиля возрастает то значение, которое придается методам регулирования процесса снижения токсичности ОГ. Необходимые для подобного регулирования датчики, позволяющие определять, например, состав ОГ или же концентрацию в них вредных веществ, являются важным компонентом регулируемой системы снижения токсичности ОГ. По этой причине важным элементом таких систем являются, как это известно, например, из DE 8816154 U1, сотовые элементы, допускающие встраивание в них одного или нескольких датчиков, которые являются источником данных, необходимых для регулирования процесса каталитической обработки ОГ для снижения их токсичности.

В качестве датчиков в системах снижения токсичности ОГ используются, в частности, предназначенные для определения состава ОГ датчики, такие как кислородные датчики, а также углеводородные датчики, определяющие содержание углеводородов в ОГ. Помимо этого возможно также использование так называемых датчиков оксидов азота, определяющих содержание оксидов азота в ОГ.

Подобные датчики используются главным образом во взаимодействии с так называемой встроенной системой диагностирования (ВСД). Основное назначение ВСД состоит в постоянном контроле компонентов системы выпуска ОГ в автомобилях и немедленном распознавании фактов значительного повышения токсичности выбрасываемых в атмосферу ОГ и сигнализации о таких фактах в течение всего срока эксплуатации каждого автомобиля. Благодаря этому должна долговременно обеспечиваться низкая токсичность выбрасываемых в атмосферу ОГ.

Для контроля работоспособности каталитического нейтрализатора предпочтительно определять концентрацию кислорода в ОГ перед каталитическим нейтрализатором и за ним. Для этого перед и за каталитическим нейтрализатором обычно устанавливают по кислородному датчику для определения содержания кислорода в ОГ. Данные, получаемые от установленного перед каталитическим нейтрализатором кислородного датчика, позволяют прежде всего сделать вывод о составе поступившей в двигатель внутреннего сгорания (ДВС) горючей смеси. На основе же данных, получаемых от установленного за каталитическим нейтрализатором датчика, получают, например, контрольное значение концентрации кислорода в ОГ, позволяющее сделать вывод о работоспособности каталитического нейтрализатора. Кислород по меньшей мере частично используется для химического превращения содержащихся в ОГ вредных веществ в безвредные, и поэтому низкая концентрация кислорода на выходе из каталитического нейтрализатора свидетельствует об эффективном химическом превращении содержащихся в ОГ вредных веществ.

Особо серьезный недостаток подобных датчиков помимо того, что они занимают сравнительно много места, состоит также в их высокой чувствительности к изменению окружающих условий, происходящему в некоторых случаях и в системах выпуска ОГ. При этом прежде всего необходимо отметить чувствительность датчиков к воде, соответственно к водяному пару, а также к преобладающим в системах выпуска ОГ в агрессивной окружающей среде высоким температурам, которые в некоторых случаях могут привести к нежелательно быстрому старению датчика. Однако именно для обеспечения надежной работы ВСД датчики, используемые для регулирования параметров ОГ, соответственно для контроля компонентов системы выпуска ОГ, должны длительно оставаться работоспособными.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача устранить известные технические проблемы, связанные с размещением датчиков, соответственно измерительных преобразователей в системах выпуска ОГ. При этом необходимо прежде всего найти такое положение для размещения датчиков, соответственно предложить такую схему размещения датчиков, чтобы датчики могли бы длительно исправно работать в системе выпуска ОГ, образующихся при работе ДВС транспортных средств. Датчики при этом должны выдавать предельно точные результаты измерений, которые можно было бы использовать для регулирования содержания тех или иных компонентов в ОГ, т.е. состава ОГ. Еще одна задача изобретения состояла в том, чтобы предложить систему выпуска ОГ с особо компактным размещением в ней сотового элемента с датчиком с обеспечением длительной его работоспособности.

Указанные задачи решаются с помощью сотового элемента, заявленного в п.1 формулы изобретения, соответственно с помощью оснащенной подобным сотовым элементом системы выпуска ОГ, заявленной в п.20 формулы. Предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения. При этом необходимо отметить, что рассмотренные в зависимых пунктах формулы изобретения отличительные признаки можно использовать в любых технически целесообразных сочетаниях и прежде всего независимо от подчиненности зависимых пунктов формулы изобретения.

Предлагаемый в изобретении сотовый элемент имеет проходящие между двумя его торцами проточные для текучей среды каналы и по меньшей мере один датчик, который по меньшей мере частично входит внутрь сотового элемента. Первый торец сотового элемента и указанный по меньшей мере один – первый – датчик ограничивают между собой (первый) частичный объем сотового элемента. Подобный сотовый элемент отличается тем, что в первом частичном объеме он обладает меньшей по сравнению с по меньшей мере одним другим своим частичным объемом способностью поглощать кислород.

В принципе, сотовый элемент можно изготавливать из различных материалов, прежде всего из керамики или металла. Под сотовым элементом при этом предпочтительно подразумевается сотовый элемент со множеством расположенных рядом друг с другом и проходящих в основном параллельно друг другу каналов. Канал не обязательно представляет собой замкнутый проход для потока, а может представлять собой и любой проходящий иным образом путь движения потока через сотовый элемент. При этом важное значение преимущественно имеет разделение потока текучей среды, набегающего на торец сотового элемента, на множество частичных потоков, которые движутся отдельно друг от друга по меньшей мере вблизи входного торца сотового элемента, прежде всего на протяжении первых 2-3 мм после входа в сотовый элемент. Термин “текучая среда” является обобщающим и охватывает и газообразные, и жидкие среды, однако в предпочтительном варианте под текучей средой подразумевается газовый поток, прежде всего поток ОГ, образующихся при работе ДВС транспортного средства (двигателя с принудительным воспламенением рабочей смеси, дизельного двигателя либо иного аналогичного теплового двигателя).

Под по меньшей мере одним датчиком может подразумеваться датчик любого известного типа, используемый во взаимодействии с системой регулирования, соответственно контроля компонентов системы выпуска ОГ, образующихся при работе ДВС транспортных средств. К подобным датчикам относятся главным образом кислородные датчики, углеводородные датчики, датчики температуры, датчики содержания оксидов азота или иные датчики аналогичного назначения. Такой по меньшей мере один датчик по меньшей мере частично входит внутрь сотового элемента. Сказанное означает, что по меньшей мере один датчик закреплен на наружной боковой поверхности сотового элемента и проходит внутрь него предпочтительно в радиальном направлении. Собственно особенности размещения датчика в сотовом элементе более подробно рассмотрены в последующем описании.

Первый торец сотового элемента, представляющий собой с учетом применения сотового элемента в системе выпуска ОГ, образующихся при работе ДВС транспортного средства, входную сторону для ОГ, и по меньшей мере один датчик ограничивают между собой первый частичный объем сотового элемента. Этот частичный объем охватывает прежде всего все каналы, а также их стенки. В продольном направлении такой частичный объем занимает участок между первым торцом сотового элемента и расположенной параллельно этому торцу плоскостью поперечного сечения сотового элемента, проходящей через ближайшую к первому торцу сотового элемента точку выемки или углубления под датчик. В соответствии с этим первый частичный объем ограничен первым торцом сотового элемента, указанной непосредственно выше плоскостью его поперечного сечения, а также расположенной между ними наружной боковой поверхностью сотового элемента.

Согласно изобретению сотовый элемент в этом своем первом частичном объеме обладает меньшей по сравнению с по меньшей мере одним другим своим частичным объемом способностью поглощать кислород. Отсюда со всей очевидностью следует, что первый датчик располагается внутри сотового элемента, т.е. размещение датчика отличается от известного принципа размещения датчика перед, соответственно за сотовым элементом. Встраивание датчика в сотовый элемент позволяет избежать непосредственного воздействия на него экстремально высоких тепловых и динамических нагрузок в системе выпуска ОГ, образующихся при работе ДВС. Тем самым удается прежде всего уменьшить степень преждевременного теплового старения датчика, а также снизить опасность так называемого гидравлического удара, поскольку поток ОГ сначала набегает на сотовый элемент и лишь затем контактирует с датчиком. С учетом использования подобного датчика в ВСД важно обеспечить контакт первого датчика, представляющего собой, например, кислородный датчик, с потоком ОГ еще в тот момент, когда их состав позволяет сделать вывод о составе исходной горючей смеси. Именно по этой причине сотовый элемент в своем первом частичном объеме должен обладать низкой способностью поглощать кислород. При соблюдении этого условия количества кислорода в этом первом частичном объеме сотового элемента оказывается недостаточно для практически 100%-ного химического превращения содержащихся в ОГ вредных веществ в безвредные. Следовательно, в этом первом частичном объеме сотового элемента степень химического превращения содержащихся в ОГ вредных веществ гораздо ниже, чем в по меньшей мере одном другом частичном объеме сотового элемента, и составляет, например, менее 85%, прежде всего менее 75%, а при определенных условиях даже менее 50%. Благодаря этому первый датчик все еще позволяет с высокой точностью определять характеристические показатели ОГ, на основе которых можно сделать вывод о составе использованной горючей смеси.

В следующем варианте выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента в первом частичном объеме он по меньшей мере частично имеет первое покрытие. Подобное покрытие предпочтительно нанесено на стенки каналов и само обладает способностью поглощать кислород. По таким своим параметрам, как толщина, тип, площадь поверхности или иные параметры, это покрытие может быть одинаковым или различным по всему поперечному сечению, а также по всей длине первого частичного объема сотового элемента. В пределах первого частичного объема сотового элемента могут также иметься участки без покрытия. В качестве покрытия могут использоваться, например, и слои-подложки для каталитически активных материалов, в частности, покрытие из -оксида алюминия.

В следующем варианте выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента в его первом частичном объеме обеспечивается обмен потоками текучей среды между соседними каналами. Иными словами, образовавшиеся вблизи входного торца сотового элемента частичные потоки ОГ по меньшей мере частично смешиваются, соответственно перемешиваются между собой в первом частичном объеме сотового элемента. Для этого в соседних каналах должны быть предусмотрены средства, обеспечивающие подобный обмен потоками текучей среды.

В этом отношении в по меньшей мере первом частичном объеме сотового элемента в стенках каналов предпочтительно предусмотреть проходы, прежде всего со средним диаметром в пределах от 2 до 10 мм. Такие проходы в принципе могут иметь любую возможную форму и прежде всего могут представлять собой отверстия, прорези, перфорированные отверстия или иные проходы для текучей среды круглой, многоугольной, овальной или иной аналогичной формы. С учетом столь многообразных возможностей выполнения подобных проходов под их средним диаметром подразумевается среднее значение расстояния между противоположными точками кромок проходов, которое лежит в пределах между максимальной и минимальной величинами этого расстояния. При этом необходимо отметить, что в пределах всего первого частичного объема сотового элемента проходы не обязательно должны иметь единообразное исполнение, а могут варьироваться по своему типу, размерам или же распределению.

Для обеспечения обмена потоками текучей среды между соседними каналами предлагается далее предусматривать в каналах, проходящих через по меньшей мере первый частичный объем сотового элемента, микропрофильные структуры, предназначенные предпочтительно для отклонения потока текучей среды в направлении, поперечном оси сотового элемента. Под микропрофильной структурой подразумеваются прежде всего такие профильные структуры, которые выступают от стенок каналов во внутреннюю часть каналов или в направлении стенок соседних каналов. При этом такие микропрофильные структуры предпочтительно имеют высоту, которая меньше высоты самого канала. В качестве примера подобных микропрофильных структур можно назвать утолщения, рельефные выдавленные элементы, направляющие поверхности, “крылышки”, желобки, выпуклости или иные аналогичные элементы.

Преимущество, связанное с наличием подобных микропрофильных структур, состоит в создании ими перепада давлений между соседними каналами, из-за которого частичный поток текучей среды принудительно перетекает из одного канала в соседний с ним канал. При правильном расположении микропрофильных структур друг относительно друга обеспечивается равномерное перемешивание текучей среды. Благодаря этому удается, например, избежать образования в потоке текучей среды зон с особо высокой концентрацией тех или иных веществ, в частности образования в потоке ОГ зон с особо высокой концентрацией вредных веществ. Более того, микропрофильные структуры при правильном их расположении обеспечивают практически равномерное распределение концентраций некоторого компонента текучей среды, соответственно содержащегося в ОГ вредного вещества практически по всему поперечному сечению сотового элемента. Подобное перемешивание потока текучей среды позволяет при последующем ее контакте с расположенным далее по ходу потока датчиком повысить точность определения им состава текучей среды.

В следующем варианте выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента на долю его первого частичного объема приходится менее 30%, прежде всего от 10 до 25%, от общего объема сотового элемента. Под общим объемом сотового элемента при этом подразумевается его объем, ограниченный обоими его торцами, а также его наружной боковой поверхностью и охватывающий каналы, их стенки, соответственно возможно предусмотренные на них покрытия и т.д. В этом отношении следует также отметить, что сотовый элемент не обязательно должен иметь цилиндрическую форму. Более того, из уровня техники известны сотовые элементы овальной в сечении формы, конической формы, многоугольной в сечении формы или иной аналогичной формы. При наличии у сотового элемента кожуха он не учитывается при определении общего объема сотового элемента.

В следующем варианте выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента его первый частичный объем имеет измеряемую от первого торца сотового элемента длину в пределах от 10 до 40 мм. Такой длины первого частичного объема сотового элемента в некоторых случаях вполне достаточно для того, чтобы обеспечить контакт содержащегося в потоке ОГ водяного пара, соответственно переносимой с потоком ОГ воды со стенками каналов по поверхности достаточно большой площади и одновременно с этим (прежде всего при наличии проходов в стенках каналов) достаточное перемешивание потока ОГ. Указанные выше значения длины первого частичного объема преимущественно относятся к сотовым элементам общей длиной более 100 мм.

В предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента у него предусмотрен единственный датчик, который представляет собой кислородный датчик. Иными словами, в этом варианте осуществления изобретения в нем предлагается сотовый элемент с единственным датчиком, который выполнен в виде кислородного датчика, но который позволяет также использовать его во взаимодействии с СВД. Этот единственный кислородный датчик позволяет, например, определять наличие в ОГ не сгоревших углеводородов, которые попадают в них прежде всего после повторного, соответственно очередного пуска ДВС транспортного средства (так называемого пуска холодного двигателя).

В следующем варианте выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента он имеет начинающуюся от его наружной боковой поверхности и проходящую радиально внутрь в направлении к его оси выемку под датчик, имеющую предпочтительно максимальную ширину в пределах от 15 до 35 мм и/или глубину в пределах от 15 до 40 мм. Под “наружной боковой поверхностью” сотового элемента подразумевается прежде всего его огибающая между обоими его торцами. Под “осью” сотового элемента подразумевается прежде всего его центральная ось, проходящая предпочтительно через центры обоих его торцов. В соответствии с этим “выемка”, соответственно ее центральная ось проходит от наружной боковой поверхности сотового элемента предпочтительно в радиальном направлении к его оси. При этом следует отметить, что хотя такая выемка и может также располагаться под углом, соответственно наклонно к оси сотового элемента, тем не менее в данном случае выемку предпочтительно располагать в радиальном направлении, поскольку при этом датчик оказывается “утоплен” внутрь сотового элемента на относительно большую глубину.

С целью обеспечить утапливание датчика внутрь сотового элемента на достаточно большую глубину, но без создания при этом нежелательно большого сопротивления потоку необходимо выдерживать указанные выше размеры. При этом “максимальная ширина” выемки измеряется в основном в ее поперечном сечении и соответствует расстоянию между расположенными на максимальном удалении друг от друга, противолежащими точками выемки. “Глубина” выемки измеряется от наружной боковой поверхности сотового элемента радиально внутрь и соответствует размеру выемки в этом направлении. Количество подобных выемок в сотовом элементе выбирается в зависимости от количества встраиваемых в него датчиков. Однако при определенных условиях в одной выемке можно также размещать несколько датчиков.

В следующем варианте выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента выемку в нем выполняют овально-цилиндрической, четырехугольной или конически сужающейся в направлении к оси сотового элемента формы. Выполнение подобных выемок в сотовых элементах, изготавливаемых из множества листов по меньшей мере частично профилированной фольги, описано, в частности, в публикации WO 02/075126, которая в этом отношении в полном объеме включена в настоящее описание в качестве ссылки.

Помимо этого выемку в сотовом элементе предлагается по меньшей мере частично окружать краевой зоной, в которой невозможен обмен потоками текучей среды между соседними каналами, прежде всего отсутствуют проходы в стенках каналов, и ширина которой составляет предпочтительно от 1 до 5 мм. Благодаря выполнению выемки с подобной краевой зоной исключается ограничение выемки с внешней стороны особо рельефными и испещренными неровностями стенками каналов. В противном случае особо филигранные отдельные участки стенок каналов могли бы непосредственно подвергаться воздействию экстремальных окружающих условий. Возникающие в этих местах колебания давления могли бы привести к отделению отдельных фрагментов фольги от остальной ее части, соответственно к образованию в ней трещин и их дальнейшему распространению в стенке канала. Окружение же выемки указанной краевой зоной означает наличие у каналов стабильных краевых участков вблизи выемки и соответственно возможность длительной эксплуатации подобных сотовых элементов.

В следующем варианте осуществления изобретения в нем предлагается сотовый элемент, в котором предусмотрен второй датчик, который размещен между расположенным вблизи первого торца сотового элемента первым датчиком, выполненным в виде кислородного датчика, и вторым торцом сотового элемента и который ограничивает между собой и первым датчиком второй частичный объем сотового элемента, а также ограничивает между собой и вторым торцом сотового элемента третий частичный объем сотового элемента.

В соответствии с этим вариантом сотовый элемент снабжен двумя датчиками, по меньшей мере частично входящими внутрь сотового элемента в разных его частях. При этом датчики, каждый из которых предпочтительно расположен в плоскости поперечного сечения сотового элемента, параллельной по меньшей мере одному его торцу, ограничивают разные частичные объемы сотового элемента. В предпочтительном варианте назначение первого датчика состоит в измерении определенных характеристических показателей, которые достаточно достоверно отражают различные параметры поступающей в сотовый элемент текучей среды. Сказанное означает, что на основании полученных с помощью первого датчика данных можно получить информацию о составе текучей среды, различиях в концентрации в ней тех или иных компонентов, ее температуре и иных параметрах. Второй же датчик используется главным образом для определения средствами измерительной техники функционального состояния сотового элемента, соответственно его покрытия. При этом с помощью второго датчика определяют, например, те же параметры, которые определялись с помощью первого датчика, и полученные значения сопоставляют с полученными с помощью первого датчика значениями. В соответствии с этим возрастание, соответственно уменьшение измеряемого параметра позволяет сделать вывод, например, о каталитической активности сотового элемента. Вместе с тем оба датчика можно использовать и для отслеживания изменения различных параметров потока текучей среды, соответственно ОГ.

В этом отношении в следующем варианте выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента во втором его частичном объеме по меньшей мере частично предусмотрено второе покрытие, которое обладает большей по сравнению с первым покрытием в первом частичном объеме способностью поглощать кислород. В соответствии с этим второй частичный объем сотового элемента предпочтительно образует ту его часть, в которой происходит особо эффективное химическое превращение содержащихся в ОГ вредных веществ в безвредные. Эффективность подобного химического превращения содержащихся в ОГ вредных веществ в безвредные предпочтительно превышает 99%. Повышенная способность второго, окисляющего покрытия поглощать кислород обеспечивает достаточно полное взаимодействие вредных веществ с соответствующим реагентом.

Помимо этого в третьем частичном объеме сотового элемента предлагается по меньшей мере частично предусмотреть третье покрытие, которое обладает меньшей по сравнению с покрытием в по меньшей мере первом частичном объеме и/или втором частичном объеме каталитической активностью. Сказанное означает, в частности, что в этом третьем частичном объеме сотового элемента предусматривают меньшее количество каталитически активного материала. В качестве подобных катализаторов используются прежде всего платина, родий или редкоземельные элементы (т.е. прежде всего и слабоосновные оксиды редкоземельных металлов).

В следующем варианте выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента в по меньшей мере его втором частичном объеме и/или третьем частичном объеме обеспечивается обмен потоками текучей среды между соседними каналами. При определенных условиях может оказаться целесообразным исключить обмен потоками текучей среды между соседними каналами во втором частичном объеме сотового элемента. Необходимость в исключении обмена потоками текучей среды между соседними каналами во втором частичном объеме сотового элемента может возникнуть, например, в том случае, когда первый и второй датчики должны выдавать сравниваемые между собой измеряемые значения. Поскольку в этом случае мимо первого и второго датчиков должны проходить одни и те же потоки текучей среды, необходимо исключить перемешивание частичных потоков между собой. Если же измеряемые обоими датчиками значения не сравниваются между собой, то при определенных условиях может оказаться предпочтительным обеспечить перемешивание частичных потоков и во втором частичном объеме сотового элемента.

В следующем варианте выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента второй датчик располагают от второго торца сотового элемента на расстоянии в пределах от 10 до 30 мм. Указанное расстояние является минимальным расстоянием, на котором от второго торца, который в автомобильной системе выпуска ОГ обычно представляет собой выходную сторону сотового элемента, должен располагаться второй датчик. Преимущество, связанное с соблюдением этого расстояния, состоит в том, что при установлении во втором месте измерения факта выхода измеряемого параметра за некоторое заданное верхнее, соответственно нижнее пороговое значение за вторым датчиком в сотовом элементе все еще имеется его третий частичный объем, в котором при необходимости еще протекает химическое превращение вредных веществ до тех пор, пока система управления двигателем для восстановления работоспособности сотового элемента соответствующим образом не изменит состав горючей смеси. Обусловлено это помимо прочего тем, что работоспособность сотового элемента в различных его частях обычно изменяется с некоторой временной задержкой. Поскольку, например, ОГ всегда входят в сотовый элемент со стороны одного из его торцов, именно с этой части сотового элемента обычно начинается ухудшение его работоспособности. При этом речь может идти, например, об ухудшении способности сотового элемента аккумулировать оксиды азота, о скоплении сажи или иных аналогичных компонентов. Подобное “дефектное состояние” с течением времени постепенно распространяется во внутренние части сотового элемента до тех пор, пока в конечном итоге такое изменение работоспособности сотового элемента не достигнет второго места измерения и не начнет проявляться в нем. Указанное же выше минимальное расстояние, соответственно минимальная протяженность третьего частичного объема все еще гарантирует в соответствии с этим соблюдение законодательно установленных норм на предельно допустимые показатели токсичности выбрасываемых в атмосферу ОГ даже при внезапном выходе сотового элемента из строя (например, используемого в качестве носителя каталитического нейтрализатора).

В качестве второго датчика наиболее предпочтительно использовать датчик для контроля содержания оксидов азота в потоке текучей среды. Уже достаточно хорошо известно, что, например, в системе выпуска ОГ дизельного двигателя или работающего на обедненных смесях двигателя используют накопитель NO_x, способный накапливать образующиеся в процессе работы двигателя оксиды азота в течение определенного промежутка времени. Подобный накопитель NO_x до исчерпания им своей способности накапливать оксиды азота подвергают регенерации, подавая в систему выпуска ОГ не сгоревшие углеводороды. Эти углеводороды взаимодействуют, при необходимости в присутствии пригодных для этого катализаторов, с накопленными оксидами азота с образованием обычно таких продуктов реакции, как диоксид углерода, оксид азота и вода. Возможно поданные в систему выпуска ОГ в избытке углеводороды или не прореагировавшие с оксидами азота углеводороды окисляются в системе выпуска ОГ, соответственно в сотовом элементе содержащимся в ОГ остаточным кислородом и в результате при определенных условиях превращаются лишь в диоксид углерода и воду.

Каталитическое превращение может протекать в каталитически активном покрытии самого накопителя NO_x или в установленном за ним окислительном катализаторе. Как уже указано выше, сам сотовый элемент может иметь различные покрытия, например, окислительное покрытие с очень высокой способностью накапливать кислород или покрытие, способное накапливать NO_x. Контроль способности накапливать NO_x позволяет прежде всего сделать вывод о работоспособности сотового элемента, соответственно о процессах сгорания, происходящих в прогретом ДВС.

В изобретении предлагается также сотовый элемент, который изготовлен из по меньшей мере частично профилированной фольги, ограничивающей каналы. При этом в предпочтительном варианте сотовый элемент имеет как гладкие, так и структурированные или профилированные листы фольги, набранные в пакет и совместно свернутые в рулон. Листы фольги могут быть свернуты в рулон по спирали, S-образно или иным аналогичным образом (если смотреть в поперечном сечении сотового элемента). Плотность расположения ячеек в этих сотовых элементах составляет предпочтительно от 200 до 1000 каналов на кв.дюйм поперечного сечения, прежде всего от 400 до 800 каналов на кв.дюйм. При этом толщина листов фольги составляет предпочтительно менее 100 мкм, прежде всего от 20 до 80 мкм. В предпочтительном варианте предлагается использовать фольгу, изготовленную из термо- и коррозионно-стойких материалов, таких как сплавы алюминия с хромом.

В следующем варианте выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента он заключен в кожух с по меньшей мере одним сквозным отверстием для газонепроницаемой фиксации в нем по меньшей мере одного датчика. Кожух обеспечивает в основном конструкционную целостность сотового элемента. Стенки каналов, соответственно листы фольги предпочтительно неразъемно соединены с кожухом, при этом под таким соединением подразумевается то, что после соединения сотовый элемент можно отделить соответственно от кожуха лишь путем их повреждения, соответственно разрушения. В качестве кожуха предлагается также использовать металлический трубчатый кожух, при этом стенки каналов соединены с кожухом предпочтительно сваркой или пайкой. При этом сквозное отверстие располагается в основном над выемкой, благодаря чему в эту выемку снаружи можно ввести по меньшей мере один датчик. Для обеспечения герметичности сквозного отверстия можно использовать особые герметики. Существует также возможность помещать на кожух, соответственно приваривать к нему дополнительный кожух, соответственно гильзу, расположенную также над сквозным отверстием.

В настоящем изобретении предлагается также система выпуска ОГ, выпускной трубопровод которой имеет участок для размещения компонентов, предназначенных для снижения токсичности ОГ, и в которой предусмотрен по меньшей мере один предлагаемый в изобретении сотовый элемент, который описан выше. Участок выпускного трубопровода имеет при этом продольную ось и дно, которые пересекает вторичная ось, проходящая через низшую точку дна, в пределах расположенного напротив которой угла в 270° размещен по меньшей мере один датчик.

Под системой выпуска ОГ подразумевается прежде всего система выпуска ОГ, образующихся при работе ДВС транспортных средств, т.е. ДВС легковых автомобилей, мотоциклов, грузовых автомобилей или иных аналогичных транспортных средств. Обычно система выпуска ОГ с одной стороны соединена с ДВС, а с другой стороны имеет открытое в окружающую среду выпускное отверстие, из которого в атмосферу выходит поток образовавшихся при работе ДВС ОГ, предварительно подвергнутых обработке для снижения их токсичности. В выпускном трубопроводе на его указанном выше участке, который предпочтительно выполнен расширенным, в некоторых случаях расположено целое множество разнообразных компонентов для обработки ОГ с целью снижения их токсичности, например, фильтрующих элементов, адсорберов, нагревательных элементов, улавливателей твердых частиц, каталитических нейтрализаторов и т.д. При необходимости такая система выпуска ОГ может быть снабжена дополнительными форсунками, зондами или подающими трубопроводами для восстановителей или окислителей.

Расположение по меньшей мере одного датчика описывается в привязке к продольной оси сотового элемента и к низшей точке дна соответствующего участка выпускного трубопровода. Согласно изобретению по меньшей мере один датчик можно размещать в пределах особо широкого угла, составляющего 270°. До настоящего времени подобные датчики располагали в очень ограниченных угловых пределах напротив низшей точки дна указанного участка выпускного трубопровода. При выборе места расположения датчиков учитывали прежде всего возможность образования в выпускном трубопроводе вблизи дна его вышеуказанного участка конденсата воды, отрицательно влияющего на выдаваемые по меньшей мере одним датчиком результаты измерений. Однако благодаря наличию в сотовом элементе имеющей определенную форму выемки под датчик, а также благодаря наличию проходов в стенках каналов такую опасность скапливания жидкостей в выпускном трубопроводе удается существенно уменьшить. Поэтому в данном случае датчик можно располагать в особо широком угловом диапазоне.

В этом отношении по меньшей мере один датчик наиболее предпочтительно располагать в пределах угла в 45°, отсчитываемого от проходящей перпендикулярно вторичной оси и пересекающей продольную ось третичной оси в направлении к низшей точке дна указанного участка выпускного трубопровода. Сказанное, в частности, означает, что по меньшей мере один датчик расположен ниже горизонтали, проведенной через продольную ось соответствующего участка выпускного трубопровода. Более детально подобное расположение по меньшей мере одного датчика описано ниже со ссылкой на чертежи.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи. На этих чертежах показаны наиболее предпочтительные варианты осуществления изобретения, которые, однако, не ограничивают его объем. На прилагаемых к описанию чертежах, в частности, показано:

на фиг.1 – схематичный вид в продольном разрезе выполненного по первому варианту сотового элемента,

на фиг.2 – схематичный вид в поперечном разрезе фрагмента выполненного по другому варианту сотового элемента и

на фиг.3 – схематичный вид выполненного по одному из вариантов сотового элемента в смонтированном в системе выпуска ОГ состоянии.

На фиг.1 схематично в продольном разрезе показан выполненный по первому варианту предлагаемый в изобретении сотовый элемент 1 с проходящими между двумя его торцами 3, 4 проточными для текучей среды каналами 2. Сотовый элемент 1 имеет кожух 28, в выполненные в котором сквозные отверстия 29 вставлены два проходящих во внутреннюю часть сотового элемента 1 датчика 5, 21. Оба датчика 5, 21 соединены с блоком 38 сбора данных, который в предпочтительном варианте взаимодействует с системой управления двигателем, соответственно с не показанным на чертеже ДВС.

Сотовый элемент 1 имеет общий объем 13, условно разделенный на первый частичный объем 6, расположенной по середине второй частичный объем 22 и третий частичный объем 23. Размеры частичных объемов 6, 22, 23 сотового элемента определяются в основном положением датчиков 5, 21, соответственно обоих торцов 3, 4 сотового элемента. Первый частичный объем 6 имеет длину 14, измеряемую от первого торца 3 сотового элемента 1 до плоскости его поперечного сечения, которая определяется в основном положением, соответственно позицией первого датчика 5. Второй частичный объем 22 сотового элемента расположен между первым датчиком 5 и вторым датчиком 21 и имеет протяженность, которая также определяется положением этих датчиков. Протяженность третьего частичного объема 23 равняется расстоянию 26 между вторым датчиком и вторым торцом 4 сотового элемента.

В каждом из частичных объемов 6, 22, 23 сотовый элемент 1 имеет покрытие, отличное от покрытий в двух других частичных объемах. В первом частичном объеме 6 сотового элемента предусмотрено первое покрытие 7 с низкой способностью поглощать кислород. Во втором частичном объеме 22 предусмотрено второе покрытие 24, которое обладает большей по сравнению с покрытием 7 в первом частичном объеме 6 способностью поглощать кислород. В третьем частичном объеме 23 предусмотрено третье покрытие 25, которое обладает меньшей по сравнению с покрытием 24 каталитической активностью.

Сотовый элемент 1 имеет множество каналов 2, которые проходят в основном параллельно друг другу и предпочтительно, как в данном случае, параллельно оси 12 сотового элемента 1 через всю его внутреннюю часть. В показанном на чертеже варианте каналы 2 выполнены в первом частичном объеме 6 таким образом, что между соседними каналами 2 обеспечивается обмен потоками текучей среды. Для этого в стенках 9 каналов предусмотрены проходы 8 и микропрофильные структуры 11.

На фиг.2 схематично в поперечном разрезе показан фрагмент выполненного по другому варианту сотового элемента 1, образованного листами гладкой и профилированной фольги 27. В листах фольги 27 выполнены проходы 8 со средним диаметром 10 в пределах от 2 до 10 мм. Листы по меньшей мере частично профилированной фольги 27 в свою очередь ограничивают каналы 2.

Сотовый элемент 1 имеет начинающуюся от его наружной боковой поверхности 15 и проходящую радиально внутрь в направлении к его оси 12 выемку 16 под датчик 5, имеющую максимальную ширину 17 и глубину 18. Датчик 5 расположен в выемке 16 не вплотную к ее стенке, а на определенном расстоянии от нее, которое предпочтительно составляет от 3 до 20 мм. Вокруг выемки 16 по всей ее глубине предусмотрена краевая зона 19 шириной 20 предпочтительно в пределах от 1 до 5 мм. В пределах этой краевой зоны 19 невозможен обмен потоками между соседними каналами, поскольку на этом участке, соответственно в этой краевой зоне 19 листы фольги 27 не имеют проходов 8 и/или микропрофильных структур 11.

На фиг.3 схематично показан сотовый элемент, смонтированный в системе 30 выпуска ОГ, которая крепится к опорной поверхности 40 типа той, которая может быть предусмотрена, например, в автомобиле. Выпускной трубопровод системы 30 выпуска ОГ имеет участок 31, на котором размещаются компоненты, которые предназначены для снижения токсичности ОГ, в частности условно показанный на чертеже сотовый элемент 1. Участок 31 выпускного трубопровода имеет продольную ось 32 и дно 33, которые пересекает вторичная ось 35, проходящая через низшую точку 34 дна 33. Датчик 5 расположен в пределах угла 36, составляющего 270° и расположенного напротив низшей точки 34 дна 33. В показанном на чертеже варианте датчик 5 расположен даже в пределах угла в 45°, отсчитываемого от проходящей перпендикулярно вторичной оси 35 и пересекающей продольную ось 32 третичной оси 37 в направлении к низшей точке 34 дна 33. Расположение датчика 5 в пределах угла 36 исключает контакт датчика с жидкостью 41, скапливающейся вблизи низшей точки 34 дна 33. Одновременно с этим подобное размещение датчика позволяет располагать участок 31 выпускного трубопровода вблизи опорной поверхности 40, поскольку расположенная точно напротив низшей точки 34 дна часть выпускного трубопровода не обязательно должна использоваться для размещения датчика 5.

Формула изобретения

1. Сотовый элемент (1) с проходящими между двумя его торцами (3, 4) проточными для текучей среды каналами (2) и с по меньшей мере одним датчиком (5, 21), который по меньшей мере частично входит внутрь сотового элемента (1), первый торец (3) которого и указанный по меньшей мере один – первый – датчик (5) ограничивают между собой первый частичный объем (6) сотового элемента (1), отличающийся тем, что в первом частичном объеме (6) он обладает меньшей по сравнению с по меньшей мере одним другим своим частичным объемом (22, 23) способностью поглощать кислород.

2. Сотовый элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что в первом частичном объеме (6) он по меньшей мере частично имеет первое покрытие (7).

3. Сотовый элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что в первом частичном объеме (6) обеспечивается обмен потоками текучей среды между соседними каналами (2).

4. Сотовый элемент (1) по п.3, отличающийся тем, что в по меньшей мере первом частичном объеме (6) в стенках (9) каналов предусмотрены проходы (8), прежде всего со средним диаметром (10) в пределах от 2 до 10 мм.

5. Сотовый элемент (1) по п.3 или 4, отличающийся тем, что в каналах (2), проходящих через по меньшей мере первый частичный объем (6), предусмотрены микропрофильные структуры (11), предназначенные предпочтительно для отклонения потока текучей среды в направлении, поперечном оси (12) сотового элемента (1).

6. Сотовый элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что на долю первого частичного объема (6) приходится менее 30%, прежде всего от 10 до 25%, от общего объема (13) сотового элемента (1).

7. Сотовый элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что первый частичный объем (6) имеет измеряемую от первого торца (3) сотового элемента длину (14) в пределах от 10 до 40 мм.

8. Сотовый элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что предусмотрен единственный датчик (5), который представляет собой кислородный датчик.

9. Сотовый элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что он имеет начинающуюся от его наружной боковой поверхности (15) и проходящую радиально внутрь в направлении к его оси (12) выемку (16) под датчик (5, 21), имеющую предпочтительно максимальную ширину (17) в пределах от 15 до 35 мм и/или глубину (18) в пределах от 15 до 40 мм.

10. Сотовый элемент (1) по п.9, отличающийся тем, что выемка (16) имеет овально-цилиндрическую, четырехугольную или конически сужающуюся в направлении к оси (12) форму.

11. Сотовый элемент (1) по п.9 или 10, отличающийся тем, что выемка (16) по меньшей мере частично окружена краевой зоной (19), в которой невозможен обмен потоками текучей среды между соседними каналами, прежде всего отсутствуют проходы (8), и ширина (20) которой составляет предпочтительно от 1 до 5 мм.

12. Сотовый элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что предусмотрен второй датчик (21), который размещен между расположенным вблизи первого торца (3) сотового элемента первым датчиком (5), выполненным в виде кислородного датчика, и вторым торцом (4) сотового элемента и который ограничивает между собой и первым датчиком (5) второй частичный объем (22) сотового элемента, а также ограничивает между собой и вторым торцом (4) сотового элемента третий частичный объем (23) сотового элемента.

13. Сотовый элемент (1) по п.12, отличающийся тем, что во втором частичном объеме (22) по меньшей мере частично предусмотрено второе покрытие (24), которое обладает большей по сравнению с первым покрытием (7) в первом частичном объеме (6) способностью поглощать кислород.

14. Сотовый элемент (1) по п.12, отличающийся тем, что в третьем частичном объеме (23) по меньшей мере частично предусмотрено третье покрытие (25), которое обладает меньшей по сравнению с покрытием в по меньшей мере первом частичном объеме (6) и/или втором частичном объеме (22) каталитической активностью.

15. Сотовый элемент (1) по п.12, отличающийся тем, что в по меньшей мере втором частичном объеме (22) и/или третьем частичном объеме (23) обеспечивается обмен потоками текучей среды между соседними каналами (2).

16. Сотовый элемент (1) по п.12, отличающийся тем, что второй датчик (21) расположен от второго торца (4) на расстоянии (26) в пределах от 10 до 30 мм.

17. Сотовый элемент (1) по п.12, отличающийся тем, что второй датчик (21) представляет собой датчик для контроля содержания оксидов азота в потоке текучей среды.

18. Сотовый элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что он изготовлен из по меньшей мере частично профилированной фольги (27), ограничивающей каналы (2).

19. Сотовый элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что он заключен в кожух (28) с по меньшей мере одним сквозным отверстием (29) для газонепроницаемой фиксации в нем по меньшей мере одного датчика (5, 21).

20. Система (30) выпуска отработавших газов (ОГ), выпускной трубопровод которой имеет участок (31) для размещения компонентов, предназначенных для снижения токсичности ОГ, и в которой предусмотрен по меньшей мере один сотовый элемент (1) по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что участок (31) выпускного трубопровода имеет продольную ось (32) и дно (33), которые пересекает вторичная ось (35), проходящая через низшую точку (34) дна (33), в пределах расположенного напротив которой угла (36) в 270° размещен по меньшей мере один датчик (5, 21).

21. Система (30) выпуска ОГ по п.20, отличающаяся тем, что по меньшей мере один датчик (5, 21) расположен в пределах угла (36) в 45°, отсчитываемого от проходящей перпендикулярно вторичной оси (35) и пересекающей продольную ось (32) третичной оси (37) в направлении к низшей точке (34) дна (33) указанного участка выпускного трубопровода.

РИСУНКИ