用于还原剂储存系统的过滤器组件的制作方法

1.本公开总体上涉及内燃式发动机系统，并且更具体地，涉及用于在发动机后处理系统中使用的还原剂储存系统的过滤器组件。


背景技术：

2.内燃式发动机可用于各种应用，包括移动机器和发电。内燃式发动机通常与一个或多个后处理装置结合使用，所述后处理装置接收来自发动机的排气并减少不希望的排放物例如氮氧化物(nox)的量。一种示例性后处理装置是选择性催化还原(scr)装置或scr催化剂。scr催化剂可以与nox反应生成氮和水。然而，该反应还需要在scr催化剂中存在还原剂。可以提供与后处理系统连通的储存系统以将可称为柴油机尾气处理液(def)的含还原剂流体供应至scr催化剂。该流体可能含有尿素，当加热时，尿素会产生使scr催化剂与nox发生反应的还原剂(氨)。
3.已使用各种装置来储存def以输送到后处理装置。为了保护def储存或输送装置的各种部件，def储存装置可以设置有一个或多个过滤器。例如，一些def储存装置包括设置在填充口内的过滤器。尽管设置在填充端口中的过滤器可以防止在填充储存装置期间引入污染物，但它们可能无法解决经由其他位置引入污染物。此外，在填充开口中放置过滤器可以降低def可以填充到储存装置中的速率。
4.osaku的美国专利第7,943,101 b2号(’101专利)中公开了一种示例性还原剂容器。’101专利中公开的容器包括用盖子或顶篷密封的上开口。连接到盖子的热交换器在容器的内部延伸。’101专利中的顶篷紧固到容器上表面上的开口，并且包括入口、出口和供应口。
5.尽管’101专利中描述的还原剂容器在一些情况下可能有用，但它可能往往会使污垢和碎屑积聚在容器内，例如，通过顶篷或填充口。该污垢和其他碎屑可能降低液体还原剂的功效，并且可能导致传感器磨损或损坏，或者导致用于将液体还原剂供应到scr催化剂的喷射系统磨损或损坏。例如，进入容器的污染物可能与流体一起进入喷射装置，在那里它可能积聚并减少喷射流体的量，甚至在注射器中造成堵塞。
6.所公开的过滤器组件和系统可以解决一个或多个上述问题和/或本领域的其他问题。然而，本公开的范围由所附权利要求限定，而不是由解决任何特定问题的能力限定。


技术实现要素：

7.在一方面，一种用于内燃式发动机系统的还原剂储存系统可以包括储存容器和过滤器组件，所述储存容器具有底壁，与所述底壁相对的顶壁，延伸通过所述顶壁的开口，以及由所述储存容器的中空内部形成的贮存器。所述过滤器组件可以延伸通过所述开口并且包括过滤材料和与所述过滤材料一体形成的垫圈。所述垫圈可以包括大于所述开口的近侧凸缘，并且包括与所述储存容器密封接触的密封表面。
8.在另一方面，一种用于内燃式发动机系统的还原剂贮存器的过滤器组件可以包括
过滤材料，所述过滤材料具有形成所述过滤器组件的远端的闭合端和与所述闭合端相对设置的敞开端。所述过滤器组件还可以包括固定到所述过滤材料的垫圈，所述垫圈具有连接到所述过滤材料的敞开端的远侧部分，包括形成所述过滤器组件近端的凸缘的近侧部分，以及在所述近侧部分和所述远侧部分之间延伸的中间部分，所述垫圈的远侧部分相对于所述中间部分径向向外延伸。
9.在另一方面，一种用于内燃式发动机系统的还原剂储存系统可以包括储存容器以及包括加热器和入口管的集管组件，所述储存容器具有底壁，与所述底壁相对的顶壁，延伸通过所述顶壁的开口，以及由所述储存容器的中空内部形成的贮存器，其中所述集管组件的一部分相对于所述开口径向向外延伸。所述还原剂储存系统还可以包括延伸通过所述开口的过滤器组件。所述过滤器组件可以包括过滤材料，所述过滤材料包括直径大于所述开口的直径的管状主体，闭合端和敞开端，以及与所述过滤材料一体形成的垫圈，所述垫圈包括直径大于所述开口的直径的近侧凸缘以及与所述储存容器的顶壁密封接触的密封表面。所述过滤器组件还可以包括将所述过滤材料附接到所述垫圈的附件。
附图说明
10.并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出了各种示例性实施例，并与描述一起用于解释公开的实施例的原理。
11.图1是示出根据本公开的方面的具有还原剂储存系统的内燃式发动机系统的示意图。
12.图2是图1中所示的还原剂储存系统的横截面图。
13.图3是图2中所示的过滤器组件的透视图。
14.图4是图2和3的过滤器组件的一部分的横截面图。
15.图5是图2和3的过滤器组件的替代配置的横截面图。
具体实施方式
16.前面的一般描述和下面的详细描述都仅是示例性和说明性的，并且不限制所要求保护的特征。如本文所使用，术语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包括(including)”或其其它变型旨在涵盖非排他性包含，使得包括元素列表的过程、方法、制品或设备不仅仅包括那些元素，而且可包括未明确列出或此类过程、方法、制品或设备固有的其它元素。此外，在本公开中，相对术语，例如，如，“约”、“基本上”、“大体上”和“大约”用于指示所述值的
±
10％的可能变化。
17.图1示出了内燃式发动机系统10，所述内燃式发动机系统可以包括内燃式发动机12和接收和处理来自内燃式发动机12的排气的排气后处理系统14。尽管内燃式发动机12可以是柴油内燃式发动机，但是用于燃烧液体燃料(例如，汽油、柴油等)或气体(例如，天然气)燃料的任何合适的燃烧式发动机可以用作内燃式发动机12。后处理系统14可以包括一个或多个后处理装置18、24、26和一个或多个还原剂(例如柴油机尾气处理液(def))储存系统30。示例性后处理装置18、24、26包括柴油机氧化催化剂、微粒过滤器和选择性催化还原(scr)催化剂。第一后处理装置18可以经由第一排气通道16连接到内燃式发动机12的下游。第二和第三后处理装置24、26可以经由第二排气通道20与第一后处理装置18流体连通并且
在其下游。第三排气通道28可以在第二和第三后处理装置24、26的下游延伸，并且可以包括用于将处理过的废气引导至出口的一个或多个合适通道。第一、第二和第三后处理装置18、24、26可以相对于发动机12产生的排气路径串联连接。
18.后处理系统14的第一后处理装置18可以包括微粒过滤器并且可以经由第一排气通道16连接到内燃式发动机12。然而，第一后处理装置18可以包括柴油机氧化催化剂来作为微粒过滤器的替代或附加。第二排气通道20可以设置在第一后处理装置18的下游并且可以延伸到一个或多个附加的后处理装置，例如第二后处理装置24和第三后处理装置26。第二后处理装置24可以包括scr催化剂。第三后处理装置26可以包括氧化催化剂，例如氨氧化催化剂，或另一合适的后处理装置。第三后处理装置26可以设置在与第二后处理装置24相同的壳体中，如图1中所示，或者可以设置在单独的壳体中。
19.还原剂储存系统30可以形成用于还原剂的容纳、过滤和加热装置，其包括储存容器120和过滤器组件40。储存容器120可以是形成还原剂的贮存器的任何合适的容纳装置。过滤器组件40可以在储存容器120内延伸并且可以在储存容器120的上开口处提供密封，如下所述。储存系统30可以经由还原剂(def)喷射器22和还原剂(def)供应通道32连接到第二排气通道20。还原剂喷射器22可以设置在还原剂供应通道32的远端处并且固定到第二排气通道20。一个或多个还原剂泵(未示出)可以设置在还原剂供应通道32中以将还原剂从储存系统30泵送到还原剂喷射器22。
20.图2是示出处于组装状态的还原剂储存系统30的横截面图，所述还原剂储存系统包括过滤器组件40、集管组件100和储存容器120。储存容器120可以包括底壁122、侧壁124和顶壁126，它们共同限定用于容纳诸如def的还原剂的贮存器128。当组装时，过滤器组件40的上端或近端80可以延伸到容器120的该贮存器128之外，而远端或下端46可以在贮存器128内延伸到与底壁122相邻的位置。集管组件100可以可移除地固定到近端80并且可以包括在贮存器128内延伸的一个或多个部件。
21.储存容器120可以具有任何合适的形状，例如燃料罐(矩形)形状。容器120可以包括填充开口130以接收储存在贮存器128中的还原剂，并且可以用可移除帽(未示出)密封。顶壁126可以包括集管开口132，所述集管开口尺寸确定成接收过滤器组件40和集管组件100两者，所述集管组件包括在贮存器128内延伸以监测、供应和返回还原剂的部件的组件。开口132可以由形成为顶壁126的压纹部分的缘边134限定和围绕。
22.过滤器组件40可以通过开口132并在贮存器128内延伸。过滤器组件40的近端80可以包括垫圈70，而过滤器组件40的其余部分可以由过滤器或过滤材料42形成，其可以形成袋型过滤器。在一方面，过滤材料42和垫圈70一体形成。因此，过滤器组件40的近端80可以由垫圈70的近端形成，并且过滤器组件40的远端46可以由过滤材料42的远端形成。
23.如图2-4中所示，垫圈70可以包括形成近端80的凸缘72。凸缘72可以形成周向延伸的环形突起，其具有足够的宽度(在近侧到远侧或轴向方向上)和厚度(在径向方向上)以提供密封。凸缘72(直径)大于由容器120的缘边134限定的开口132。垫圈70的中间或圆柱形部分74可以在远侧方向上从凸缘72的内圆周周边延伸。圆柱形部分74可以具有约1mm的(径向)厚度，以及与开口132的直径大致相同的直径。在图2中可以看出，圆柱形部分74的厚度可以小于凸缘72的厚度。过渡部分76可以从圆柱形部分74的远端延伸。过渡部分76可以具有大致裙形轮廓，其沿着从近侧到远侧方向在直径上逐渐增加。过渡部分76可以终止于形
成垫圈70的远侧部分的径向加宽部分78。加宽部分78的直径可以大于圆柱形部分74、过渡部分76和开口132的直径。加宽部分78的远端可以形成垫圈70的远端82。
24.垫圈70可以由任何合适的密封材料形成，例如橡胶。其他合适的材料可以包括，例如，硅树脂、软木、毡、氯丁橡胶、丁腈橡胶和聚合物(例如，聚四氟乙烯或ptfe)。不管为垫圈70提供的材料如何，垫圈70都可以配置为柔顺的和/或可折叠的垫圈。例如，垫圈的至少过渡部分76和加宽部分78可以在不使用工具的情况下折叠或压实，使得部分76和78的直径可以小于开口132的直径。部分76和78可以有足够的弹性以在释放折叠或压缩力时恢复到图2中所示的形状。
25.过滤材料42可以具有大致圆柱形或管状形状，包括直径大于圆柱形部分74和开口132的直径的管状过滤器主体48。过滤材料42的近端44可以形成敞开端或过滤器开口52(图4)。过滤材料42的远端46可以形成闭合端50。闭合端50可以通过缝合或通过本文所述的任何合适的附接机构将大致圆形的过滤材料片固定到管状过滤器主体48而形成。过滤材料42可以由任何合适的过滤材料形成，例如毡，其可自由渗透还原剂，同时阻止污染物(例如污垢、微粒和其他碎屑)的通过。过滤器开口52、管状主体48和闭合端46可以形成大致圆柱形的内部空间，其直径大于开口132的直径。过滤材料42可以通过任何合适的附接机构(例如下面描述并在图3-5中示出的附接材料60)附接到垫圈70。
26.过滤器组件40可以由过滤器组件40的一体垫圈70固定到储存容器120。例如，垫圈70的凸缘72可以包括多个附接孔88，诸如螺钉的紧固件可以通过所述附接孔插入。缘边134可以包括匹配的多个附接孔138。当过滤器组件40通过开口132插入时，缘边138的内圆周表面136可以与圆柱形部分74接触。过渡部分76可以向远侧延伸超过开口132的内圆周表面136，并且相对于开口132和内圆周表面136径向向外逐渐延伸。
27.集管组件100可以包括接收在贮存器128内和过滤器组件40内部的多个部件。除了贮存器128内的部件之外，集管组件100可以包括具有集管凸缘118的集管102，所述集管凸缘配置成覆盖开口132和闭合凸缘72处的过滤器组件40的敞开端。集管102可以形成集管组件100的近端并且可以经由与孔88和138对准的集管附接孔112可移除地固定(例如，用螺栓)到凸缘72。延伸到贮存器128中的集管组件100的部件可以包括还原剂入口管104、加热器106、贮槽108和粗滤器110。集管组件100还可以包括在贮存器128内的一个或多个传感器，例如液位传感器114。集管102可以包括与还原剂喷射器22连通的出口，以及为加热器106供应冷却剂的入口和出口通道。为了清楚起见，在图2中仅示出一个冷却剂通道。
28.当集管组件100固定到储存容器120时，还原剂入口管104可以从集管102延伸到贮存器128的远侧部分内的贮槽108。还原剂入口管104的远端可以包括入口开口116，所述入口开口配置成从贮存器128内抽吸还原剂。贮槽108可以提供围绕入口开口116的边界，使得还原剂入口管104经由粗滤器110与贮存器128连通。与过滤材料42相比，粗滤器110可以具有相对粗的孔结构，并且可以配置成防止将冰泥(部分冷冻的还原剂)引入入口管104。液位传感器114可以是可滑动地定位在还原剂入口管104或单独的支撑杆上的浮子式液位传感器，并且可以配置成检测还原剂的液位。当集管组件100固定到凸缘72时，还原剂入口管104、贮槽108和粗滤器110可以延伸到与过滤器组件40的远端46相邻的位置。贮存器128内的集管组件100的一个或多个部件(例如，加热器106、贮槽108和/或粗滤器110)可以尺寸确定成和定位成从开口132径向向外延伸。在图2所示的示例性配置中，在集管组件100的远端
处的加热器106的一部分可以从开口132径向向外延伸(径向大于开口)。例如，加热器106的一个或多个环可以包括从开口132径向向外延伸的部分。在图2所示的示例性配置中，加热器106的两个环可以从开口132向外延伸。如果需要，加热器106的一个或多个环可以略大于开口132并且可以通过在插入期间倾斜集管组件100而通过开口132插入。因此，集管组件100的一个或多个部件可以从垫圈70的一部分(例如，圆柱形部分74)径向向外延伸。
29.图3是过滤器组件40的透视图，所述过滤器组件可以包括周向延伸的附接表面84，所述附接表面形成面向集管凸缘118的凸缘72的近侧面。附接表面84可以成形为与集管凸缘118的面向远侧的表面配合和密封。凸缘72的远侧面可以形成密封表面86，所述密封表面定位在缘边134的面向近侧的表面上，并配置成与其形成密封。因此，凸缘72可以夹在集管凸缘118和缘边134之间并与其直接接触(图2)。附接孔88可以沿着凸缘72的圆周以规则间隔的间距设置，并且可以以足以确保凸缘72在集管102和过滤器组件40组装(例如，用螺栓)到容器120时形成紧密密封的任何数量设置。
30.如上所述，垫圈70的远端部分可以固定到过滤材料42。图3示出了用于固定过滤材料42和垫圈70的示例性附接材料60。附接材料60可以由缝合环形成。尽管在图3中示出了两个示例性的缝合环，但可以使用三个或更多个缝合环来提供更牢固的连接。如果需要，可以使用单个缝合环或以不同图案(例如加强图案)缝合来固定过滤材料42和垫圈70。附加地或替代地，可以通过超声焊接过滤材料42和垫圈70、施加粘合剂或任何其他合适的方法而形成附接材料60。如图3中所示，附接材料60可以设置在一个以上的位置处。
31.图4是过滤器组件40的放大横截面图，示出了过滤材料42和垫圈70的近侧部分。如图4中所示，垫圈70的附接表面84和密封表面86可以沿着从近侧到远侧的方向彼此相对。圆柱形部分74可以从密封表面86延伸以形成内圆柱形表面94和外圆柱形表面96。外圆柱形表面96可以围绕和封闭集管开口132，并且可以接触缘边134的内圆周表面136(图2)。过渡部分76可以形成连续加宽的壁，所述壁在垫圈72和圆柱形部分74的远侧延伸，以便从圆柱形部分74向外凸出。
32.在圆柱形部分74的远端处，加宽部分78可以从过渡部分76的最宽点延伸并且形成圆柱形状。垫圈70的加宽部分78可以与过滤材料42形成重叠部分或重叠区域62。该重叠区域62可以在贮存器128内向远侧延伸(图2和4)。加宽部分78可以包括在内周边上的内加宽表面90，以及在部分76的外周边上的外加宽表面92。类似地，过滤材料42可以包括在过滤材料42的敞开近端处的内表面54和外表面56。在图4所示的示例性配置中，外加宽表面92可以与内表面54接触。替代地，通过增加加宽部分78的直径，内加宽表面90可以改为设置成与过滤材料42的外表面56接触。
33.附接材料60可以设置在重叠区域62内的一个或多个位置处。在图3和4的示例性配置中，附接材料60作为重叠区域62内的一对缝线排被提供，并且还可以在贮存器128内延伸。这些缝线可以延伸通过表面54、56、90和92。当粘合、超声焊接或类似的附接方法形成附接材料60时，材料60可以仅设置在表面54和92之间，或设置在表面56和90之间，并且可以由粘合剂材料、过滤材料42的材料和/或垫圈70的材料形成。
34.图5是包括垫圈70a和过滤材料42a的过滤器组件40a的替代配置的放大横截面图。垫圈70a可以包括相对的附接和密封表面84、86以及从密封表面86延伸的圆柱形部分74a。过渡部分76a可以提供面向外的凹形轮廓，使得加宽部分78a包括面向近侧的外加宽表面
92a和面向远侧的内加宽表面90a。在该配置中，内加宽表面90a可以与过滤材料42a的内表面54a接触，并且可以为加宽部分78a提供环形形状而不是加宽部分78的圆柱形状。过滤材料42的外表面56a可以形成在过滤材料42的近端44处的面向远侧的表面。
35.重叠区域62a可以由加宽部分78a和过滤材料42之间的重叠形成，其中内表面54a接触内加宽表面90a。附接材料60可以设置在重叠区域62a内的一个或多个位置处。当附接材料60通过在重叠区域62a内缝合而形成时，这些缝线可以以环形方式延伸并且可以在从近侧到远侧的方向上延伸通过表面54a、56a、90a和92a。替代地或附加地，粘合剂、超声焊接或类似的附接材料60可以仅设置在表面54a和90a之间。
36.工业适用性
37.还原剂储存系统30和过滤器组件40的公开方面可以用于多种机器和/或载具中。例如，还原剂储存系统30和过滤器组件40可以包括在具有后处理系统的任何移动或固定载具或机器中，所述后处理系统具有流体储存和供应系统，例如还原剂储存和供应系统。还原剂储存系统30和过滤器组件40可以配置成通过供应诸如def的还原剂来减少任何内燃式发动机的nox和co排放。
38.在内燃式发动机系统10的操作期间，内燃式发动机12燃烧燃料(例如柴油)并生成含nox的排气。排气可以离开发动机12以由后处理系统14处理，其中后处理装置18、24、26可以减少来自排气的一种或多种不希望的成分。第一排气通道16可以提供排气从发动机12流动到第一后处理装置18的路径。还原剂可以从入口开口116(图2)经由还原剂泵抽吸到还原剂供应通道32，并且供应到还原剂喷射器22。第二排气通道20可以接收来自第一后处理装置18的排气和由喷射器22喷射的还原剂。排气和还原剂可以从第二排气通道20行进到后处理装置24和26，其中的至少一个可以包括scr催化剂，所述scr催化剂通过涉及催化剂和还原剂的反应还原nox。排气可以经由第三排气通道28离开后处理系统14。
39.当在寒冷条件(例如，环境温度接近或低于诸如def的还原剂的冰点)下操作时，发动机冷却剂可以在发动机12和集管组件100的加热器106之间行进。发动机冷却剂可以由发动机12产生的热量加热。因此，可以迅速地加热和/或熔化还原剂。
40.在将过滤器组件40和集管组件100安装在储存容器120上期间，过滤器组件40可以首先通过容器120的开口132插入贮存器128中。由于包括管状过滤器主体48和闭合端50的过滤材料42的整体可以比开口132大，因此当使过滤材料42穿过开口132时，过滤材料42可以折叠或塌缩。垫圈70的过渡部分76和加宽部分78在通过开口132插入期间可以折叠或塌缩，并且可以弹性地返回到其释放时的原始形状。
41.一旦过滤器组件40被插入并且凸缘72搁置在缘边134上，可以将集管组件100的远侧部分插入到贮存器128中。在该插入期间，由于集管组件100的远侧部分(例如，加热器106的远侧部分)可以从缘边132向外延伸(大于缘边)，集管组件100可以成角和旋转。一旦集管组件100的远侧部分被插入，组件100可以被拉直并且凸缘118可以与凸缘72接触。孔88、112和138可以相对于彼此对准，并且可以插入和拧紧诸如螺栓的紧固件以使凸缘72与缘边134和集管凸缘118两者密封接触。
42.通过提供具有比储存容器的集管开口更大的直径的内部空间的过滤器组件40，可以提供高容量过滤机构以保护还原剂泵和还原剂喷射器。因此，即使当碎屑被引入贮存器128时，也可以可靠地防止这样的碎屑与诸如传感器、泵或喷射器的敏感设备相互作用。通
过提供直径大于集管开口直径的过滤材料42，可以使用更大的集管组件100而无需更换或重新设计储存容器。因此，集管组件100可以设置有扩大的加热器，以及一个或多个附加传感器。通过提供可折叠的过滤器和垫圈，过滤器组件可以具有比容器中的开口更大的直径，从而提供用于在贮存器内接收集管部件的增加面积。通过将垫圈与过滤材料集成，可以消除在集管组件和过滤器之间安装单独垫圈的需要，这可以进一步增加用于插入集管组件部件的可用空间。而且，通过提供一体垫圈和过滤器，还原剂可以仅在穿过过滤介质之后行进到还原剂入口管104，从而降低碎屑到达集管组件100的可能性。除了用于储存还原剂的系统之外，过滤器组件40可以用于各种流体储存系统中。例如，过滤器组件40可以用于燃料、油、冷却剂或任何其他合适流体的储存系统中。
43.在不偏离本公开的范围的情况下，可以对所公开的装置和系统进行各种修改和更改，这对本领域技术人员是显而易见的。考虑到本文公开的装置和系统的说明和实践，装置和系统的其它实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。说明书和示例旨在仅被认为是示例性的，本公开的真实范围由下文的权利要求书及其等同物限定。