具有带有形成常开式泄漏路径的堵塞缓解管道的压力感测系统的排气系统的制作方法

1.本发明总体上涉及用于内燃发动机的排气系统中的排气压力感测，并且更具体地涉及防止传感器管道被影响排气压力信号的准确性的沉积物堵塞。


背景技术：

2.监测、评估和控制内燃发动机排气系统中排气系统运行和状态的各个方面对于优化性能至关重要。近年来，已经实施了各种管辖权要求，这些要求限制了可以排放到大气中的某些排气成分的相对量。特别令人关注的是氮氧化物或nox以及颗粒物的排放。多年来，已经提出了各种监测系统和技术来监测诸如温度、绝对压力、压差、质量流量以及发动机排气的其他特性之类的因素，以用于许多不同的目的。
3.在一个示例压力感测实施方式中，监测排气系统中颗粒物过滤器上的压降，以使控制器能够确定用颗粒物填充颗粒物过滤器的相对状态。在发动机运行过程中，颗粒物(特别是烟灰(soot))被捕集在排气过滤器中，以防止这些颗粒物被排放到大气中。但是，随着颗粒物过滤器的填充，积聚的物质可能会开始限制排气流经过滤器的能力，并产生背压，如果不加以改善，背压可能会干扰发动机的运行。
4.已经提出了用于使颗粒物过滤器再生的各种技术，通常是通过利用驻留在颗粒物过滤器上的催化剂来促进烟灰的氧化，或者是通过用于使颗粒物过滤器主动地再生的各种手段来被动地进行。所谓的主动再生可以利用发动机操作的操纵来产生增加的排气温度，此排气温度有助于使被捕集的颗粒物氧化，将燃料输送到排气流中以辅助再生、电动电阻加热器，或其他技术。由于主动再生需要能量，并且会改变发动机目前的运行方式，因此，通常会有与再生相关联的效率损失。由于这个原因，已知有各种控制系统和感测策略试图以相对精密度确定何时需要再生，或者，何时存在再生的有利条件。在大多数主动再生策略中，通常需要监测排气系统中一个或多个位置处的排气压力。授予brinkmeyer等人的第8,968,443号美国专利提出了一种用于排气再生系统的示例闭环压力管理系统。brinkmeyer等人有各种各样的应用，但是，总是有改进和发展替代策略的空间。


技术实现要素：

5.在一方面，排气系统包括在上游排气入口和下游排气出口之间延伸的排气管道。排气系统还包括排气后处理装置，排气后处理装置流体定位在排气管道内，并且被构造成处理从上游排气入口输送到下游排气出口的排气。排气系统还包括排气压力传感器，以及流体连接到排气管道并延伸至排气压力传感器以使排气压力传感器暴露于排气的流体压力的传感器管道。排气系统还包括堵塞缓解管道，堵塞缓解管道由传感器管道形成常开式泄漏路径。
6.在另一方面，排气压力感测系统包括上游传感器管道，上游传感器管道具有被构造成在上游位置处流体连接到排气管道的第一入口端和与第一入口端相对的第一感测端。
排气压力感测系统还包括下游传感器管道，下游传感器管道具有被构造成在下游位置处流体连接到排气管道的第二入口端和与第二入口端相对的第二感测端。排气压力感测系统还包括压差传感器和堵塞缓解管道，压差传感器具有至少一个感测元件，至少一个感测元件在相应的第一感测端和第二感测端处暴露于上游传感器管道的流体压力和下游传感器管道的流体压力。堵塞缓解管道流体连接到上游传感器管道和下游传感器管道，并且包括限流部(flow
‑
restriction)，限流部在上游传感器管道和下游传感器管道之间流体流动，并且形成常开式泄漏路径，以将泄漏的排气流中的冷凝物从上游传感器管道输送到下游传感器管道。
7.在另一方面，一种排气系统中的排气压力感测的方法包括：将传感器管道流体连接到排气系统中的排气管道；以及将堵塞缓解管道流体连接到传感器管道，以便由传感器管道形成泄漏路径。所述方法还包括将排气从排气管道馈送到传感器管道中，以使得排气的流体压力撞击在排气压力传感器上，并且通过排气泄漏路径将排气从传感器管道泄漏出去。所述方法还包括：将泄漏的排气与冷凝物一起从传感器管道中排出；使泄漏的排气和排出的冷凝物返回至排气管道；以及基于排气的流体压力，利用排气压力传感器产生排气压力信号。
附图说明
8.图1是根据一个实施例的发动机系统的图解视图；
9.图2是图1的发动机系统的一部分的图解视图；
10.图3是根据一个实施例的包括排气压力感测系统的服务包的图解视图；以及
11.图4是根据一个实施例的用替换排气压力感测系统来替换排气系统中的用过的排气压力感测系统的图解视图。
具体实施方式
12.参照图1，示出了根据一个实施例的内燃发动机系统10，内燃发动机系统10包括内燃发动机12，内燃发动机12具有发动机壳体14，发动机壳体14中以通常的常规方式形成多个气缸16。内燃发动机系统10(在下文中称为“发动机系统10”)可以包括被构造成，例如，以柴油馏出燃料运行的直喷式压缩点火柴油发动机12，但是，本发明并不因此受到限制。气缸16可以包括任何适当布置的任何数量的气缸。发动机系统10还可以包括具有压缩机20和涡轮机22的涡轮增压器18。空气通过进气口24被馈送到压缩机20，并且通过后冷却器26被提供给气缸16，以在其中进行燃料燃烧。
13.来自气缸16的排气通过涡轮机22被馈送到排气系统30中。排气系统30包括在上游排气入口34和下游排气出口36之间延伸的排气管道32。
14.排气后处理装置38流体定位在排气管道32内，并且被构造成处理从上游排气入口34输送到下游排气出口36的排气。如本文所用，术语“上游”是指在排气系统30中朝向内燃发动机12的方向，而下游是指相反的方向。排气后处理装置38可包括具有壳体42的排气颗粒物过滤器组件39的过滤介质。壳体42形成排气管道32的一部分，并且被构造成通过排气后处理装置38来输送来自内燃发动机12的排气，从而捕集其中的颗粒物，诸如，烟灰和灰分。壳体42可包括壳体入口44和壳体出口46，排气后处理装置38流体定位在壳体入口44和
壳体出口46之间。在许多实施方式中，附加的排气后处理装置和部件可定位在上游排气入口34和下游排气出口36之间，诸如，柴油机氧化催化剂或doc，以及选择性催化还原或scr装置、硫酸盐捕集器，或这些的组合和替代物。
15.排气系统30还包括排气压力感测系统50，排气压力感测系统50，例如，被构造成监测装置38上的压降，以便确定再生装置38的时序或合适性，监测或修改内燃发动机12的操作，或用于其他目的，这将在本文中进一步讨论。排气系统30还包括再生控制系统70，再生控制系统70包括与燃料喷射器74耦接的电子控制单元72。可以通过泵76从燃料箱78向燃料喷射器74供应燃料，例如，柴油馏出燃料。电子控制单元72可以包括具有中央处理单元，诸如，微处理器、微控制器或其他的任何合适的计算机化装置。再生控制系统70可以被构造成基于在一个或多个感测位置处测量的绝对排气压力或排气压差中的一者或多者来可控制地再生排气后处理装置38，这将在本文中进一步讨论。
16.排气压力感测系统50(以下称为“感测系统50”)包括上游传感器管道52，上游传感器管道52具有被构造成在上游位置处流体连接到排气管道32的第一入口端54，以及与第一入口端54相对的第一感测端56。感测系统50还包括下游传感器管道58，下游传感器管道58具有被构造成在下游位置处流体连接到排气管道32的第二入口端60以及与第二入口端60相对的第二感测端62。感测系统50还包括排气压力传感器64，例如，压差传感器，其包括至少一个感测元件66，至少一个感测元件66暴露于传感器管道中的排气的流体压力，包括在相应的第一感测端56处的上游传感器管道52中的排气的流体压力和在相应的第二感测端62处的下游传感器管道58中的排气的流体压力。
17.至少一个感测元件66可包括隔膜和可操作地耦接至感测元件66的一个或多个应变仪68，隔膜暴露于上游传感器管道52的流体压力和下游传感器管道58的流体压力。一个或多个应变仪68可以电连接到电子控制单元72，使得电子控制单元72可以计算、观察、推断或以其他方式确定指示排气系统30中的排气压力的值。如上所述，排气压力可以包括压差，且压差传感器64可以产生输出到电子控制单元72的排气压差信号。
18.本领域技术人员将理解，可以采用，例如，多个隔膜，多个应变仪或各种其他感测设备基于来自不同压力感测位置的绝对压力信号来计算压差。应当理解，本发明适用于但不限于排气压力的感测，与所使用的特定传感器硬件配置或系统无关。还应当理解，尽管本说明书着重于感测压差，但是本文的教示可以应用于感测绝对压力，以用于确定过滤器再生时序、过滤器状态、排气背压大小，或在内燃发动机系统的操作和控制中可能关注的各种其他压力参数。还应当理解，在本上下文中可以适当地应用其他再生技术，例如，电动加热器主动再生技术、被动再生，或被动再生和主动再生的组合，并且再生控制系统70的示例描述仅用于说明性目的。
19.在某些排气压力感测系统中，已经观察到传感器读数错误，校准偏差，不准确，故障代码记录，或压力传感器故障，其中沉积物积聚在将排气馈送到传感器的流体管道中。可以相信，在某些情况下，在存在原始发动机排气的情况下，传感器管路中产生的冷凝物会导致形成沉积物，这些沉积物可能会使感测元件免受压力或压力变化的影响，或者干扰压力传感器的正常运行。例如，当发动机启动时，载有水蒸气的相对较热的排气会遇到排气系统中设备(包括传感器管路)的相对较冷的表面，从而导致排气中的水发生冷凝。随着时间的流逝，冷凝物重复产生，与排气中携带的其他材料混合，形成固体沉积物，从而可能触发相
关控制系统中的故障代码，导致传感器读数不准确或引起其他问题。这些挑战有时会因封装方面的限制而变得更加复杂，传感器管道必须沿相对水平的方向放置，这会促进冷凝物的积聚。
20.根据本发明，在传感器管道内并通过传感器管道提供受控的正排气压力会限制或消除导致上述问题的冷凝物的积聚。为此，感测系统50可以包括与上游传感器管道52和下游传感器管道58流体连接的堵塞缓解管道80，并且在上游传感器管道52和下游传感器管道58之间具有限流部82。堵塞缓解管道80形成常开式泄漏路径，以将泄漏的排气流中的冷凝物从上游传感器管道50输送到下游传感器管道58。常开意味着泄漏路径不会被可移动阀或类似物打开、关闭或限制，而是提供了连续的畅通流动路径。
21.在图1的实施例中，限流部82包括如图所示的孔板，其中，尺寸减小的孔或端口插入流体定位在上游传感器管道52和下游传感器管道58之间的相对较大的流动通路。在其他实施例中，如本文进一步讨论的，堵塞缓解管道80本身的尺寸可以提供所需的流量限制。应当理解，由堵塞缓解管道80形成的泄漏路径可以提供泄漏的排气的相对较小的连续流，其在上游传感器管道52和下游传感器管道58之间连续流动。在其他实施例中，例如，可以通过将与上游管道52分开的供应管路连接到排气系统30中的另一个位置，或来自压缩机20的供应管路，或另一种布置来提供附加的正压源，以增加通过堵塞缓解管道80的流体流量。
22.现在还参照图2和图3，示出了感测系统50的附加特征，包括图2中的示例安装构型。感测系统50可以至少部分地包括在传感器组件51中，传感器组件51安装在壳体42上并布置成使得上游传感器管道52和下游传感器管道58基本水平定向。在传感器组件51中，还使用了仅由于其尺寸而提供流量限制的堵塞缓解管道180。图2描绘了从上游排气系统部件40穿过壳体42的一般排气流型式，上游排气系统部件40可包括另一后处理装置或定位成，例如，将排气输送到壳体入口44中的管道(piping)。从图3还可以看出，感测系统50可以作为服务包84来提供，其中传感器组件51被组装以用于服务，或者设置有在容器86(诸如，盒子、衬垫外壳(padded envelope)等)中以拆开状态提供的几个部件。
23.如上所述，上游传感器管道52包括第一入口端54和第一感测端56，第一入口端54可以配备有配件55，第一感测端56配备有另一个配件69。下游传感器管道58可以包括第二入口端60和第二感测端62，第二入口端60可以配备有配件61，第二感测端62配备有配件71。压力传感器64包括传感器主体83，传感器主体83通过配件87和配件89流体连接到第一感测端56和第二感测端62。与上述感测元件相似的感测元件和应变仪可以被容置在传感器主体83内或与传感器主体83耦接。电连接器在图3中以85示出，并且可以被构造成与电插头65连接，如图2中所示。传感器组件51还包括具有多个紧固件81的安装支架67，被构造成用于将紧固件组件51附接到壳体42。还应该回想到的是，堵塞缓解管道180的管路尺寸提供所需的流量限制。在图3中，上游传感器管道52和下游传感器管道58中的每一者具有较大的管路尺寸，如88所示，而堵塞缓解管道180具有较小的管路尺寸，如91所示，这形成了流量限制。较大的管路尺寸88与较小的管路尺寸91之比可以是至少5∶1，并且在一些情况下可以是大约6∶1。管路尺寸是指外径维尺寸(outer diameter dimensional size)，并且应当理解，形成各种管道的内部流动区域的内径维尺寸将大体对应于外径尺寸维管路尺寸。换句话说，在一些实施例中，上游传感器管道52、下游传感器管道58和堵塞缓解管道180的内部流动区域的横截面可具有上述比率。在某些情况下，可能希望在可行的情况下尽可能靠近传感器主
体83连接堵塞缓解管道180，并且在所示情况下，堵塞缓解管道180在第一连接位置处流体连接到上游传感器管道52，与第一入口端54相比，第一连接位置更靠近第一感测端56，并且在第二连接位置处流体连接到下游传感器管道58，与第二入口端60相比，第二连接位置更靠近第二感测端62。
24.工业实用性
25.根据本发明的排气系统中的排气压力感测包括将包括，例如，上游传感器管道52的传感器管道流体连接到排气系统中的排气管道。排气压力感测还包括将如本文所述的堵塞缓解管道流体连接到传感器管道，以便由传感器管道形成泄漏路径。当排气系统被操作时，排气将从排气管道被馈送到传感器管道中，使得排气的流体压力撞击在排气压力传感器上。以这种方式馈送排气将导致排气通过排气泄漏路径从传感器管道中泄漏出来。冷凝物(包括由原始排气冷凝的水和其他材料)将易于与泄漏的排气一起从传感器管道中排出。如本文中进一步讨论的，在一些实施例中，泄漏的排气和排出的冷凝物返回到排气管道。排气压力传感器64可以被操作以基于撞击在感测元件66上的排气的流体压力来产生排气压力信号。如本文中所讨论的，预期本发明可应用于绝对压力传感器以及压差传感器。
26.现在还参照图4，可以看出传感器组件51被组装起来，以用于服务并且被定位成可替换用过的传感器组件151。还可以注意到，用过的传感器组件151，包括一个或多个用过的传感器管道和用过的排气压力传感器，已经与壳体42解耦。第一端口90和第二端口92形成在壳体42中，并被构造成分别与配件55和配件61配合。紧固件开口94也形成在壳体42中并且被构造成容纳附接到传感器组件5的支架67上的紧固件81。以这种一般方式，可以以预定的服务间隔或在另一时间将用过的传感器组件替换为新的紧固件组件51，其中传感器组件51具有合适的尺寸、配件和构型，以用作嵌入式替换系统。应当理解，在其他情况下，可以在服务包中提供较少数量的零件，包括，例如，仅合适的配件和堵塞缓解管道，诸如，图3中所示的配件69和71以及堵塞缓解管道180，且被安装，以与现有的上游传感器管道、下游传感器管道、排气压力传感器和安装硬件一起使用。
27.本描述仅出于说明性目的，并且不应被解释为以任何方式缩小本发明的范围。因此，本领域技术人员将理解，可以在不背离本发明的完整且适当的范围和精神的情况下，对当前公开的实施例进行各种修改。通过检查附图和所附权利要求书，其他方面、特征和优点将变得显而易见。如本文所使用的，冠词“一”和“一个”应包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。在仅打算使用一个项目的情况下，使用词语“一个”或类似语言。另外，如本文所使用的，词语“具有(has)”、“具有(have)”、“具有(having)”等应是开放式词语。此外，除非另有明确说明，否则短语“基于”应表示“至少部分地基于”。