ДАТЧИКОВОЕ УСТРОЙСТВО И ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
SENSOR DEVICE AND MEASURING DEVICE FOR DETERMINING EXHAUST GAS TEMPERATURE OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к датчиковому устройству для определения температуры выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания и к измерительному устройству для определения температуры выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания.
Уровень техники
Датчиковые устройства, используемые для определения температуры выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, известны. Такое определение необходимо, например, чтобы иметь возможность выполнять соответствующую регулировку двигателя или компонентов, расположенных после него, таких как устройство рециркуляции выхлопных газов, каталитический нейтрализатор или турбокомпрессор. С этой целью известные датчиковые устройства имеют большое разнообразие возможных типов датчиков. В основном известны так называемые тепловые элементы, которые представляют собой комбинацию двух разных электропроводных материалов. Указанные разные материалы соединяются друг с другом в датчиковой части, в которой, таким образом, может определяться изменение наружной температуры при изменении сопротивлений и соответствующем изменении электрического тока. Такие тепловые элементы, таким образом, способны генерировать и выдавать сигнал температуры в зависимости от температуры. Известные тепловые элементы вставляются в виде штыря в выхлопную трубу двигателя внутреннего сгорания и могут, таким образом, определять температуру выхлопных газов.
Недостатком известных вариантов осуществления является то, что могут возникнуть ошибочные измерения, а также может иметь место механическая неисправность. В случае известных датчиковых устройств тепловой элемент располагается относительно незащищенным внутри выхлопной трубы. Потоки и частицы в выхлопной трубе могут соответственно отрицательно воздействовать на механическую устойчивость датчикового устройства. Также существует риск того, что, когда стенка выхлопной трубы нагревается, тепловое излучение от последней попадает на датчиковые части теплового элемента. Даже когда двигатель заглушен, вследствие теплового излучения это может привести к возникновению тепла, приводящего к ошибочному, чрезмерно завышенному измерению для измеряемой температуры потока выхлопных газов. Такие ошибочные измерения могут впоследствии привести к ошибочному регулированию. Основное применение экранирующих сеток защиты от излучения вокруг теплового элемента до сих пор имело результатом значительное уменьшение возможности выявления изменений температуры. Соответственно, непродолжительные колебания температуры выхлопных газов, которые могут иметь решающее значение для последующего регулирования, экранируются от теплового элемента такими экранирующими сетками защиты от излучения и выявляются с задержкой. Это имеет результатом то, что инерция датчикового устройства, известным образом, значительно увеличивается благодаря экранирующим сеткам защиты от излучения.
Раскрытие изобретения
Задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в том, чтобы по меньшей мере частично устранить вышеописанные недостатки. В частности, задачей настоящего изобретения является повышение точности измерения датчикового устройства недорогим и простым способом.
Поставленная задача решена посредством датчикового устройства, обладающего признаками по пункту 1 формулы изобретения, и измерительного устройства, обладающего признаками по пункту 10 формулы изобретения. Дополнительные признаки и особенности настоящего изобретения вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения, из описания и чертежей. При этом признаки и особенности, описанные в отношении датчикового устройства в соответствии с изобретением, само собой разумеется, также применяются в отношении измерительного устройства в соответствии с изобретением, и наоборот, так что по отношению к раскрытию всегда выполняется и может выполняться взаимная ссылка на отдельные аспекты настоящего изобретения.
В соответствии с изобретением предлагается датчиковое устройство для определения температуры выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Для указанного определения предусмотрен тепловой элемент, который генерирует сигнал температуры в зависимости от своей температуры. Указанный тепловой элемент снабжен датчиковой частью для расположения в потоке выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Датчиковое устройство в соответствии с изобретением отличается тем, что датчиковая часть полностью окружена экраном защиты от излучения для защиты датчиковой части от теплового излучения. При этом экран защиты от излучения содержит по меньшей мере одно впускное отверстие для входа потока выхлопных газов и по меньшей мере одно выпускное отверстие для выхода потока выхлопных газов. Датчиковая часть расположена по ходу движения потока выхлопных газов между впускным отверстием и выпускным отверстием.
Таким образом, в соответствии с изобретением предлагается, главным образом, известное датчиковое устройство, которое способно генерировать сигнал температуры посредством теплового элемента. Кроме того, датчиковая часть может располагаться в потоке выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания с целью точного преобразования температуры указанного потока выхлопных газов, как температуры теплового элемента, в сигнал температуры. Однако, в соответствии с изобретением, теперь дополнительно предусматривается экран защиты от излучения, при этом экран защиты от излучения полностью окружает указанную датчиковую часть. Указанный экран защиты от излучения теперь служит для экранирования от теплового излучения, которое в противном случае могло бы воздействовать на дачтиковую часть из окружающей среды, в частности от стенок выхлопной трубы. Полностью окружающее расположение экрана защиты от излучения прерывается только по меньшей мере одним впускным отверстием и по меньшей мере одним выпускным отверстием. Последние, будучи единственными отверстиями в экране защиты от излучения, служат для обеспечения соответствующей части для сквозного потока выхлопных газов. Таким образом, теперь возможно расположение всего датчикового устройства с экраном защиты от излучения в потоке выхлопных, газов. Часть потока выхлопных газов может протекать внутрь экрана защиты от излучения через по меньшей мере одно впускное отверстие и может обратно вытекать наружу через выпускное отверстие. Благодаря расположению в соответствии с изобретением датчиковой части по указанному ходу движения потока между впускным отверстием и выпускным отверстием, теперь обеспечивается то, что, несмотря на использование экрана защиты от излучения, на датчиковую часть незамедлительно и, самое главное, без задержки или с небольшой задержкой воздействует поток выхлопных газов. Благодаря расположению по ходу движения потока задержка в определении температуры сводится к минимуму. Однако в то же время экран защиты от излучения способен аналогичным образом уменьшать до минимума ошибочные измерения, возникающие вследствие регистрации теплового излучения от окружающих объектов.
Таким образом, ввиду вышесказанного, экран защиты от излучения предназначен для экранирования от соответствующего теплового излучения и, следовательно, для защиты датчиковой части от ошибочных измерений, возникающих вследствие указанного теплового излучения. Для того чтобы указанные экранирующие функции также не противодействовали сквозному движению потока выхлопных газов и чтобы исключить необходимость принимать определение температуры потока выхлопных газов с задержкой, теперь выполняется обеспечение согласования в соответствии с изобретением по меньшей мере одного впускного отверстия, по меньшей мере одного выпускного отверстия и размещения датчиковой части соответственно по ходу движения потока.
В контексте настоящего изобретения датчиковая часть представляет собой ту часть теплового элемента, которая активно обеспечивает соответствующую температурную контактную поверхность для потока выхлопных газов. Указанная часть может быть в виде отдельных точек или областей. Предпочтительно, чтобы тепловой элемент выполнялся с таким сужением, чтобы датчиковая часть представляла собой соответствующий штыреобразный выступ на осевом конце теплового элемента. Указанное сужение, кроме того, может легко обеспечиваться согласно изобретению, поскольку экран защиты от излучения одновременно обеспечивает механическую защиту датчиковой части от механического воздействий частиц. Таким образом, в качестве дополнительного преимущества тепловой элемент и, в частности, датчиковая часть могут быть выполнены более простыми, меньшими, более легкими и, таким образом, в частности, иметь более дешевую конструкцию. В то же время, как уже было рассмотрено, ошибки в измерении в соответствии с изобретением значительно уменьшаются. Даже если механическое повреждение приводит к откалыванию или отрыву фрагмента датчиковой части или теплового элемента, то экран защиты от излучения служит собирающей сеткой для таких фрагментов. Таким образом, обеспечивается то, что компоненты, расположенные в выхлопной трубе после указанного датчикового устройства по ходу движения потока, такие как, например, турбокомпрессорное устройство или устройство рециркуляции выхлопных газов, не могут быть повреждены или разрушены такими фрагментами.
Может быть предпочтительным, если в случае датчикового устройства в соответствии с изобретением экран защиты от излучения имеет по меньшей мере одну направляющую поток часть для управления направлением движения потока выхлопных газов между по меньшей мере одним впускным отверстием и по меньшей мере одним выпускным отверстием. Направляющая поток часть, таким образом, целенаправленно служит для управления направлением потока выхлопных газов внутрь экрана защиты от излучения и/или через внутреннее пространство экрана защиты от излучения. Таким образом, движение потока между впускным отверстием и выпускным отверстием изменяется и/или определяется посредством направляющей поток части. Так, например, направляющая поток часть может обеспечивать такую концентрацию потока выхлопных газов, что датчиковая часть соответственно подвергается воздействию потока выхлопных газов на достаточно высокой скорости. Такие направляющие поток части могут, например, представлять собой направляющие пластины, которые располагаются в соответствующем отверстии в экране защиты от излучения. Само собой разумеется, что направляющие поток части также могут быть частью основного корпуса экрана защиты от излучения. Таким образом, например, могут предусматриваться отогнутые части такого основного корпуса с целью обеспечения возможности осуществления соответствующих направляющих поток частей. Таким образом, изготовление экрана защиты от излучения с направляющей поток частью становится возможным при значительно более низкой стоимости. Помимо концентрирования или направления потока выхлопных газов таким образом также возможно осуществить ламинаризацию потока выхлопных газов. Соответственно, таким образом, например, возможно недорогим и простым способом избежать формирования турбулентности или нежелательно больших чисел Рейнольдса и, следовательно, турбулентных потоков в области датчиковой части. Это приводит к дополнительному улучшению точности измерения датчиковых устройств в соответствии с изобретением.
Аналогичным образом предпочтительно, если в случае датчикового устройства в соответствии с изобретением по меньшей мере одна направляющая поток часть выполнена в виде частичного выреза в экране защиты от излучения, при этом указанный частичный вырез ориентирован таким образом, чтобы отгибаться от основного корпуса экрана защиты от излучения. Следовательно, в процессе изготовления таким образом возможно предусмотреть, а затем снабдить линией разреза экран защиты от излучения. Например, резание может выполняться посредством классического механического способа или способа с удалением стружки. В контексте настоящего изобретения с этой целью могут также применяться способ лазерной резки или способ гидроабразивной резки. В дальнейшем, в частности, выполняется холодная деформационная обработка, которая приводит к сгибанию указанного частичного выреза вдоль линии сгиба. Впоследствии, например, посредством процесса деформационного упрочнения, указанной направляющей поток части может соответственно быть придана механическая устойчивость, достаточная для обеспечения соответствующей направляющей функции, и достаточная сила сопротивления воздействию потока выхлопных газов. Таким образом, соответствующий согнутый край остается частью поверхности оболочки основного корпуса с направляющей поток частью, проходящей от указанного согнутого края. Кроме такого варианта осуществления, в котором соответствующая направляющая поток часть выполняется единой, или неразъемной, или цельной с основным корпусом экрана защиты от излучения, однако, само собой разумеется, в контексте настоящего изобретения также возможны двухкомпонентные или многокомпонентные варианты выполнения.
Аналогичным образом предпочтительно, если в случае датчикового устройства в соответствии с изобретением по меньшей мере одна направляющая поток часть выполнена единой с экраном защиты от излучения, в частности с основным корпусом экрана защиты от излучения. Указанная единая, или неразъемная, или цельная форма служит для обеспечения еще более дешевого и более простого изготовления. Кроме того, таким способом значительно повышается механическая устойчивость экрана защиты от излучения и, в частности, направляющей поток части. В частности, это положительно влияет на потребность в материалах и, таким образом, на общий вес датчикового устройства. Искривление сводится к минимуму за счет использования того же самого материала, а также, в частности, одинаковой толщины материала между экраном защиты от излучения и направляющей поток частью. Это является предпочтительным, в частности, по причине больших перепадов температур между холодной выхлопной трубой и выхлопной трубой во время работы на полной мощности.
Кроме того, предпочтительно, если в случае датчикового устройства в соответствии с изобретением по меньшей мере одна направляющая поток часть выполнена и ориентирована так, чтобы генерировать спиралеобразный поток вокруг датчиковой части. Например, винтообразная форма двух или более направляющих поток частей может обеспечивать такое равномерное обтекание проходящей в осевом направлении поверхности датчиковой части. Это дополнительно повышает точность измерения датчикового устройства в соответствии с изобретением. Ось датчиковой части в этом случае, в частности, параллельна, предпочтительно коаксиальна, по отношению к оси вращения указанной спирали потока. Кроме того, указанная спираль потока также может иметь протяженность в осевом направлении, если, например, входящий поток отклоняется и отводится вниз в виде спирали посредством направляющих поток частей. Когда указанная спираль поступает в выпускное отверстие далее ниже, для потока выхлопных газов затем возможен выход без потерь в потоке и, в частности, в установившемся ламинарном потоке. Предпочтительно, чтобы соответствующие направляющие поток части предусматривались как во впускных отверстиях, так и в выпускных отверстиях. Таким образом, посредством осевого смещения высоты даже возможно формирование по всей окружности выпускных отверстий и впускных отверстий.
Кроме того, предпочтительно, если в случае датчикового устройства в соответствии с изобретением по меньшей мере одна направляющая поток часть направляется внутрь от основного корпуса экрана защиты от излучения в направлении датчиковой части. Таким образом, соответствующая направляющая поток часть обеспечивает концентрирование потока выхлопных газов на датчиковой части, так что, кроме того, становится возможным уменьшение конструктивных размеров и общей протяженности датчикового устройства. Также осуществляется снижение образования турбулентности в потоке вокруг датчиковой части. В результате этого также улучшаются условия в потоке вокруг экрана защиты от излучения. В частности, таким образом, датчиковое устройство в соответствии с изобретением возможно вставить в осевом направлении в круглое отверстие в выхлопной трубе особенно простым и недорогим способом.
Кроме того, предпочтительно, если в случае датчикового устройства в соответствии с изобретением по меньшей мере одна направляющая поток часть направляется наружу от основного корпуса экрана защиты от излучения в сторону от датчиковой части. Следует понимать, что соответствующая направляющая поток часть нацелена наружу и, следовательно, может улавливать окружающий поток выхлопных газов. Таким образом, даже при компактных размерах датчикового устройства в целом и основного корпуса экрана защиты от излучения, в частности, возможно улавливание достаточного количества потока выхлопных газов. Снижается требование к размерам внутри экрана защиты от излучения, и, следовательно, такой вариант осуществления может быть целесообразным, в частности, в случае особо крупных датчиковых частей. Само собой разумеется, что также возможно комбинирование соответствующих направляющих поток частей в соответствии с настоящим абзацем с направляющими поток частями в соответствии с предыдущим абзацем.
Аналогичным образом предпочтительно, если в случае датчикового устройства в соответствии с изобретением по меньшей мере одна направляющая поток часть проходит между по меньшей мере одним впускным отверстием и по меньшей мере одним выпускным отверстием. Это означает, что возможно осуществление непрерывного направления на протяжении всего движения потока между впускным отверстием и выпускным отверстием. В этом случае полная протяженность в осевом направлении в направлении высоты тоже может обеспечивать соответствующее направление. Например, даже возможно нахождение в непосредственном контакте части края впускного отверстия и/или части края выпускного отверстия с направляющей поток частью так, чтобы поток выхлопных газов, таким образом, улавливался или отводился в соответствующее отверстие. Например, для такого варианта осуществления посредством соответствующих надрезов в основном корпусе может предусматриваться паз как направляющая поток часть.
Аналогичным образом предпочтительно, если в случае датчикового устройства в соответствии с изобретением по меньшей мере одно впускное отверстие и по меньшей мере одно выпускное отверстие имеют одинаковое или по существу одинаковое поперечное сечение отверстия, при этом все поперечные сечения отверстий располагаются, в частности, в соответствии с по меньшей мере одной из следующих ориентаций:
- продолговатые отверстия вдоль оси теплового элемента;
- продолговатые отверстия поперек оси теплового элемента;
- круглые отверстия, центральные точки которых, соединенные друг с другом, располагаются перпендикулярно друг к другу;
- продолговатые отверстия, которые располагаются под углом наклона в экране защиты от излучения.
Приведенный выше перечень не является исчерпывающим перечислением. Само собой разумеется, что также возможно комбинирование друг с другом разных поперечных сечений отверстий. Кроме того, соответствующее отверстие может комбинироваться с соответствующим образом описанной направляющей поток частью. Соответствующее отверстие предпочтительно меньше датчиковой части с целью предотвращения выпадания фрагментов в случае разрушения теплового элемента.
Настоящее изобретение также относится к измерительному устройству для определения температуры выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, содержащему по меньшей мере одно датчиковое устройство в соответствии с изобретением и содержащему выхлопной тракт двигателя внутреннего сгорания. В этом случае по меньшей мере одно датчиковое устройство располагается по меньшей мере в одном из следующих мест в выхлопном тракте:
- в коллекторе выхлопного тракта;
- в выхлопной трубе выхлопного тракта;
- перед турбокомпрессором в выхлопном тракте;
- после турбокомпрессора и/или перед каталитическим нейтрализатором в выхлопном тракте;
- после каталитического нейтрализатора в выхлопном тракте.
Вышеприведенное перечисление не является исчерпывающим. Благодаря применению соответствующего датчикового устройства измерительное устройство согласно изобретению дает такие же преимущества, как те, что были рассмотрены подробно со ссылкой на датчиковое устройство в соответствии с изобретением.
Краткое описание чертежей
Дополнительные преимущества, признаки и особенности настоящего изобретения станут ясны из нижеследующего описания, в котором варианты осуществления настоящего изобретения описаны подробно со ссылкой на чертежи. Здесь признаки, упомянутые в формуле изобретения и в описании, могут быть существенными для изобретения в каждом случае по отдельности или в любом сочетании. На чертежах во всех случаях схематично:
на фиг. 1 показаны различные возможные места расположения датчиковых устройств в соответствии с изобретением;
на фиг. 2 показан вариант осуществления датчикового устройства в соответствии с изобретением;
на фиг. 3 показан вариант осуществления, приведенный на фиг. 2, в закрытом виде;
на фиг. 4 показан вариант осуществления датчикового устройства в соответствии с изобретением;
на фиг. 5 показан вариант осуществления, приведенный на фиг. 4, в закрытом виде;
на фиг. 6 показан вариант осуществления датчикового устройства в соответствии с изобретением;
на фиг. 7 показан вариант осуществления, приведенный на фиг. 6, в закрытом виде;
на фиг. 8 показан поперечный разрез варианта осуществления датчикового устройства в соответствии с изобретением;
на фиг. 9 показан вариант осуществления, приведенный на фиг. 8, в закрытом виде;
на фиг. 10 показан вариант осуществления датчикового устройства в соответствии с изобретением;
на фиг. 11 показан вариант осуществления, приведенный на фиг. 10, в закрытом виде;
на фиг. 12 показан вариант осуществления датчикового устройства в соответствии с изобретением в поперечном сечении;
на фиг. 13 показан вариант осуществления, приведенный на фиг. 12, в закрытом виде;
на фиг. 14 показан вариант осуществления датчикового устройства в поперечном сечении; и
на фиг. 15 показан вариант осуществления, приведенный на фиг. 14, в закрытом виде.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 схематически изображен двигатель 100 внутреннего сгорания, содержащий выхлопной тракт 110. В этом случае датчиковые устройства 10 изображены в различных местах. Указанное датчиковое устройство 10 может располагаться, например, непосредственно в коллекторе 112 выхлопной трубы 114. Также возможно расположение датчикового устройства 10 далее после выхлопной трубы 114 непосредственно смежно с коллектором 112. Само собой разумеется, также возможно, чтобы датчиковое устройство 10 было расположено непосредственно перед или непосредственно после турбокомпрессора 116. Также возможно расположение датчикового устройства 10 непосредственно перед или непосредственно после каталитического нейтрализатора 118.
На фиг. 2 и 3 показан первый вариант осуществления датчикового устройства 10 согласно изобретению, которое снабжено тепловым элементом 20. При этом датчиковая часть 22 теплового элемента 20 полностью окружается экраном 30 защиты от излучения, который имеет единый и, следовательно, цельный основной корпус 38. В данном случае образовано несколько обращенных по направлению к потоку AG выхлопных газов впускных отверстий 32, которые располагаются по существу напротив выпускных отверстий 34. Таким образом, теперь возможно поступление потока AG выхлопных газов во внутреннее пространство экрана 30 защиты от излучения через впускные отверстия 32 и обтекание там датчиковой части 20. Таким образом, датчиковая часть 22 может определять соответствующую температуру потока AG выхлопных газов и обеспечивать доступность указанной температуры для последующего регулирования посредством сигнала температуры.
На фиг. 4 и 5 показан возможный вариант осуществления впускных отверстий 32 и выпускных отверстий 34 в форме продолговатых отверстий. В этом случае функционирование касательно определения и, в частности, касательно воздействия потока AG выхлопных газов по существу идентично тому, которое описывается в отношении фиг. 2 и 3.
На фиг. 6 и 7 показаны поперечно расположенные продолговатые отверстия, которые также предусмотрены одинаковыми как для впускных отверстий 32, так и выпускных отверстий 34. В этом случае согласно изобретению также возможен сквозной поток согласно изобретению и, следовательно, возможно определение температуры потока AG выхлопных газов с небольшой задержкой в соответствии с изобретением.
На фиг. 8 теперь показана возможность направляющей функции для потока AG выхлопных газов. В данном случае как во впускных отверстиях 32, так и в выпускных отверстиях 34 предусматриваются соответствующие направляющие поток части 36, которые, в данном случае, располагаются так, чтобы сгибаться внутрь экрана 30 защиты от излучения. Сгибание, таким образом, приводит к прохождению направляющих поток частей в направлении датчиковой части 22 теплового элемента 20. В вариантах осуществления, приведенных на фиг. 8 и 9, это приводит к спиралеобразному потоку вокруг датчиковой части 22 и к улучшению окружающего потока, которое таким образом возможно, применительно к более быстрому определению температуры потока AG выхлопных газов с меньшей задержкой. Такой вариант осуществления может получаться, например, путем формирования соответствующих С-образных разрезов в основном корпусе 38 экрана 30 защиты от излучения таким образом, чтобы впоследствии соответствующее, в частности, холодное сгибание могло дать окончательный вариант осуществления согласно фиг. 8 и 9.
На фиг. 10 и 11 изображена по существу комбинация фиг. 4-7. Соответственно, в данном случае продолговатые отверстия располагаются по существу под углом или таким образом, чтобы быть наклоненными под углом таким образом, чтобы также стал возможным сквозной поток согласно изобретению через внутреннее пространство экрана 30 защиты от излучения.
На фиг. 12 и 13 показан вариант осуществления, в котором направляющие поток части 36 отогнуты наружу. Направляющие поток части, таким образом, направляются наружу в сторону от датчиковой части 22 теплового элемента 20. Это приводит к большему количеству пространства внутри экрана 20 защиты от излучения, так что в этом случае могут применяться даже большие датчиковые части 22. Кроме того, таким путем может осуществляться фактически улавливание потока AG выхлопных газов недорогим и простым способом посредством направленных наружу направляющих поток частей 36.
Вариант осуществления согласно фиг. 14 и 15 показывает значительно более сложную возможную конструкцию направляющих поток частей 36. В этом случае предусматриваются две направляющие поток части 36, которые расположены под углом к впускному отверстию 32 и к выпускному отверстию 34. Кроме того, в то же время предусматриваются две направляющие поток части 36 для направленного вниз отверстия, при этом направляющие поток части в этом случае проходят по существу по всей длине между соответствующими отверстиями 32 и 34. Это ведет к полной направляющей функции для потока AG выхлопных газов между соответствующими отверстиями и, следовательно, мимо датчиковой части 22 теплового элемента 20.
Приведенное выше рассмотрение вариантов осуществления описывает настоящее изобретение исключительно в виде примеров. Само собой разумеется, что можно свободно комбинировать друг с другом отдельные признаки вариантов осуществления там, где это технически целесообразно, без отклонения от объема настоящего изобретения.