用于后处理传感器的出口通道的制作方法

1.本技术总体上涉及用于排气后处理系统的传感器领域。
2.背景
3.排气后处理系统用于接收并且处理由内燃发动机产生的排气。通常，排气后处理系统包括用以降低存在于排气中的有害排气排放物的水平的几个不同的部件中的任何一个。例如，用于柴油动力内燃发动机的某些排气后处理系统包括选择性催化还原(scr)系统，该系统包括配制成在氨(nh3)存在的情况下将no
x
(一定比例的no和no2)转化为无害的氮气(n2)和水蒸气(h2o)的催化剂。通常在这样的后处理系统中，排气还原剂(例如，诸如尿素的柴油机排气处理液)被注入到scr系统内以提供氨的来源，并与排气混合在一起以部分地还原no
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气体。排气的还原副产物然后被流体地传送到被包括在scr系统中的催化剂以使基本上所有no
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气体分解成相对无害的副产物，该相对无害的副产物从后处理系统被排出。排气还包括颗粒物(pm)，诸如烟尘、灰烬、灰尘、碎片或其中夹带的无机pm。通常，在后处理系统中使用过滤器来过滤pm，并且在过滤器的下游使用pm传感器来测量残留在过滤器下游的排气中的pm量，该pm量可用于确定过滤器的过滤效率。其他传感器也可以设置在过滤器和/或scr系统的下游，以确定排气的各种操作参数。
4.概述
5.本文描述的实施例总体上涉及用于增强用于后处理系统的传感器的性能的系统和方法，并且特别涉及出口组件，该出口组件包括设置在出口导管内的出口通道，并且该出口通道被配置为接收流过出口通道的排气的一部分。传感器的感测末端被设置成穿过出口通道，使得传感器暴露于排气的所述部分。
6.在一些实施例中，一种用于后处理系统的出口组件包括：出口导管以及出口通道，该出口导管被配置成接收流过后处理系统的排气的排气流，该出口导管限定穿过其侧壁的第一孔口，该出口通道设置在出口导管内，该出口通道包括第一端部、第二端部和孔，第一端部面向出口导管的上游侧，第二端部位于第一端部的下游，第二端部流体联接到第一孔口，孔被限定为在靠近出口导管的侧壁的径向位置处穿过出口导管侧壁，孔被配置成允许传感器穿过该孔被插入到由出口通道限定的流动路径中，其中出口通道被配置成从出口导管接收排气的一部分，使得传感器暴露于排气的该部分。
7.在一些实施例中，一种后处理系统包括：排气导管，其限定内部体积，被配置成处理流过后处理系统的排气成分的至少一个后处理部件被设置在该内部容积内；出口组件，其流体联接到排气导管，并被配置成接收来自排气导管的排气，出口组件包括联接到排气导管的出口导管以及设置在出口导管内的出口通道，出口导管限定出穿过其侧壁的第一孔口，出口通道包括第一端部、第二端部以及孔，第一端部面向出口导管上游侧，第二端部位于第一端部的下游，第二端部流体联接到第一孔口，孔被限定为在靠近出口导管侧壁的径向位置处穿过出口通道侧壁。传感器穿过孔设置到由出口通道限定的流动路径中，其中出口通道被配置成从出口导管接收排气的一部分，使得传感器暴露于排气的该部分。
8.在一些实施例中，一种用于增强后处理系统的传感器的功能的方法包括：提供被
配置成容纳后处理系统的后处理部件的排气导管；将出口组件联接到排气导管，出口组件包括出口导管以及出口通道，出口导管限定穿过其侧壁的第一孔口，出口通道设置在出口导管内，出口通道包括第一端部、第二端部和孔，第一端部面向出口导管上游侧，第二端部位于第一端部的下游，第二端部流体联接到第一孔口，孔被限定为在靠近出口导管的侧壁的径向位置处穿过出口通道侧壁，其中出口导管联接到排气导管；以及将传感器穿过孔插入由出口通道限定的流动路径中，其中出口通道被配置成从排气导管接收排气的一部分，使得传感器暴露于排气的该部分。
9.应该认识到，前述构思的所有组合和以下更详细讨论的附加构思(假设这些构思不是互相不一致)被设想为本文公开的发明性主题的一部分。特别地，出现在本公开末尾处的所要求保护的主题的所有组合被设想为本文所公开的发明性主题的一部分。
附图说明
10.从下面的描述和所附的权利要求，结合附图，本公开的前述特征和其他特征将变得更加完全明显。应当理解，这些附图仅描绘了根据本公开的若干实施方式，并因此不被认为是对本公开的范围的限制，将通过使用附图以额外的具体内容和细节来描述本公开。
11.图1是根据实施例的后处理系统的示意性框图。
12.图2是根据实施例的用于后处理系统的出口组件的侧截面图。
13.图3是图2的出口组件的俯视图。
14.图4是根据另一实施例的用于后处理系统的出口组件的侧视图。
15.图5是根据实施例的用于增强后处理系统的传感器的性能的方法的示意性流程图。
16.在下面的详细描述中，参考了附图。在附图中，相同的符号通常标识相同的部件，除非上下文另有规定。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施方式并不意在是限制性的。在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围的情况下，可以使用其他实施方式，并且可以进行其他改变。容易理解的是，如在本文总体描述的以及在附图中图示的本公开的各方面可以被布置、替换、组合和设计成多种不同的配置，所有这些配置都明确地被设想为并成为本公开的一部分。
17.详细描述
18.本文描述的实施例总体上涉及用于增强用于后处理系统的传感器的性能的系统和方法，并且特别涉及出口组件，该出口组件包括设置在出口导管内的出口通道，并且该出口通道被配置为接收流过出口通道的排气的一部分。传感器的感测末端被设置成穿过出口通道，使得传感器暴露于排气的所述部分。
19.后处理系统包括设置在后处理系统的出口通道或尾管中的各种传感器，这些传感器被配置为测量在穿过后处理系统后被排放到环境中的排气中的各种操作参数，例如no
x
浓度、氧浓度、一氧化碳浓度或颗粒物(pm)浓度。pm传感器的功能，例如，灵敏度可以依赖于传感器的感测末端处的排气的流速和/或传感器的感测末端处的排气的采样体积。在传统的后处理系统中，传感器的感测末端暴露处的排气的流速和排气的采样体积由发动机和/或后处理系统的操作参数限定，并且不具有任何结构来改变这种后处理系统出口处的流速和/或采样体积，这些结构可以增强靠近后处理系统出口设置的传感器的功能。
20.此外，水(例如，雨水)有时可以穿过后处理系统的出口进入后处理系统。如果进入后处理系统的水接触设置在出口通道中的一个或更多个传感器，则水可能损坏设置在出口中的传感器，导致传感器更换并增加维护成本。
21.本文描述的出口导管组件的各种实施例可提供一个或更多个优点，例如，包括：(1)通过提供设置在出口导管内的出口通道来增强传感器，特别是pm传感器的功能，该出口通道容纳传感器的感测末端并通过增加出口通道内的流速和采样体积来增强传感器的功能；(2)保护传感器的感测末端免受水损害；以及(3)增加传感器寿命，从而降低维护成本。
22.图1是根据实施例的后处理系统100的示意图。后处理系统100被配置为接收来自发动机10的排气(例如，柴油机排气)并分解排气的成分，诸如，例如no
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气体、co等。后处理系统100包括还原剂储存罐110、还原剂注入组件112、还原剂喷射器120、其中设置有scr系统150的排气导管101、以及联接到排气导管101的出口组件104，并且还可以包括在排气导管101内设置在scr系统150上游的过滤器140。
23.发动机10可以是内燃发动机，例如，柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机、生物柴油发动机、双燃料发动机、乙醇发动机、e85或任何其他合适的内燃发动机。
24.还原剂储存罐110包含还原剂，该还原剂被制备成有助于排气的成分(例如，no
x
气体)通过被包括在scr系统150中的催化剂154而被还原。在排气是柴油机排气的实施例中，还原剂可包括提供氨的来源的柴油机排气处理液(def)。合适的def可以包括尿素、尿素的水溶液或任何其他def(例如，商标名下可购买的def)。在特定的实施例中，还原剂包括尿素水溶液，其包含32.5％的尿素和67.5％的去离子水。在特定的实施例中，还原剂包括尿素水溶液，其包含40％的尿素和60％的去离子水。
25.scr系统150被配置为在存在氨的情况下接收和处理流过scr系统150的排气(例如，柴油机排气)。排气导管101限定了排气流动路径，scr系统150设置在该排气流动路径中。在一些实施例中，排气导管101包括定位于scr系统150上游的入口管102，并且该入口管102被配置成接收来自发动机10的排气并将排气传送到scr系统150。出口组件104联接到排气导管101，并被配置成接收来自排气导管101的排气。
26.上游传感器103可以定位在入口管102中。上游传感器103可以包括例如no
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传感器(例如，物理或虚拟no
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传感器)、氧传感器、颗粒物传感器、一氧化碳传感器、温度传感器、压力传感器、任何其它传感器或其组合，这些传感器被配置为测量排气的一个或更多个操作参数。这些操作参数可以包括，例如，排气中no
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气体的量、排气的温度、排气的流速和/或压力。
27.scr系统150包括定位在由排气导管101限定的内部体积内的至少一种催化剂154。在一些实施例中，scr系统150可包括选择性催化还原过滤器(scrf)或被配置为在还原剂存在的情况下将流过排气导管101的排气的成分(例如，诸如一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮等的no
x
气体)分解的任何其他后处理组件，如本文所述。可使用任何合适的催化剂154，诸如例如基于铂、钯、铑、铈、铁、锰、铜、钒的催化剂(包括其组合)。
28.催化剂154可以设置在合适的衬底上，诸如，例如陶瓷的(例如，堇青石)或金属的(例如，铬铝钴耐热钢(kanthal))整体芯，其可以例如限定蜂窝结构。载体涂层(washcoat)也可以用作催化剂154的载体材料。这种载体涂层材料可以包括例如氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、任何其他合适的载体涂层材料或其组合。排气可在催化剂154之上和周围流动，使
得包括在排气中的no
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气体进一步被还原以产生基本上没有一氧化碳和no
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气体的排气。
29.在一些实施例中，过滤器140(例如，柴油机颗粒过滤器)可以设置在scr系统150上游的排气导管101内。过滤器140被配置为过滤在流过后处理系统100的排气中夹带的颗粒物，诸如烟尘或灰烬。在各种实施例中，后处理系统100还可以包括其他后处理部件，诸如，例如氧化催化器(例如，柴油机氧化催化器)、氨氧化催化器、混合器、挡板或任何其他合适的后处理部件。这些后处理组件可以定位在排气导管101内的scr系统150的上游或下游。
30.还原剂注入组件112流体联接到还原剂储存罐110，并且被配置成将还原剂提供到定位于scr系统150上游的还原剂喷射器120。还原剂注入组件112可以包括各种结构，以有助于从还原剂储存罐110接收还原剂并将其输送到还原剂喷射器120，如本文详细描述的。
31.在各种实施例中，还原剂注入组件112可以包括一个或更多个泵(例如，隔膜泵、容积式泵、离心泵、真空泵等)，用于以操作压力和/或流率将还原剂输送到还原剂喷射器120。还原剂注入组件112还可以包括过滤器和/或滤网(例如，以防止还原剂或污染物的固体颗粒流入一个或更多个泵)和/或阀(例如，止回阀)，该阀被配置为从还原剂储存罐110抽取还原剂。滤网、止回阀、脉动阻尼器或其它结构也可以定位在还原剂注入组件112的一个或更多个泵的下游，并且被配置成去除污染物和/或有助于还原剂输送到还原剂喷射器120。
32.在各种实施例中，还原剂注入组件112还可以包括旁路管线，该旁路管线被构造成提供还原剂从一个或更多个泵到还原剂储存罐110的返回路径。可在旁路管线中提供阀(例如，孔阀)以允许将还原剂选择性地返回到还原剂储存罐110(例如，当发动机10关闭时或在还原剂注入组件112的清扫操作期间)。
33.出口组件104联接到排气导管101。出口组件104包括被配置成接收来自后处理系统100的排气的出口导管106。出口导管106限定穿过出口导管106的侧壁107的第一孔口109。
34.出口组件104还包括设置在出口导管106内的出口通道160。出口通道160包括面向出口导管106上游侧的第一端部161和位于第一端部161下游的第二端部165。第二端部165流体联接到第一孔口109。在限定了第一孔口109的出口导管106的侧壁107附近的径向位置处限定穿过出口通道160的出口通道侧壁的孔。
35.该孔被配置成允许传感器105穿过该孔插入到由出口通道160限定的流动路径中。在一些实施例中，传感器105可以是pm传感器。在其他实施例中，传感器105可以是no
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传感器、氧传感器、氨传感器、温度传感器或任何其他合适的传感器或传感器的组合。出口导管106可以在第一孔口109上游的靠近孔的位置处限定第二孔口，并且该第二孔口被配置成允许传感器105经由该孔插入到出口通道160中。第二孔口可以限定为穿过第一孔口109上游的出口导管106的侧壁107，并且传感器105可以被插入，使得传感器105的感测末端穿过在出口通道160中限定的孔插入并且被设置在由出口通道160限定的流动路径中。
36.出口通道160被配置成接收来自出口导管106的排气流的一部分，使得传感器105暴露于排气的该部分。如图1所示，出口通道160具有比出口导管106更小的截面宽度，但足够大以包含传感器105的至少一个末端。出口通道160的截面宽度确定排气的该部分的采样体积。排气的该部分的更快速度增强了传感器105的功能(例如，增加了灵敏度)。
37.进一步扩展，后处理系统100周围环境的大气压力基本上小于出口导管106内的压力。如果为排气逸出提供替代路径，则排气的流动和速度可以被有益地操纵。提供联接到第
一孔口109的出口通道160，为排气的该部分提供替代出口，并产生大的压力差。当发生从较高压力区域到较低压力区域的流动时，排气自然试图经由出口通道160逸出，因为它提供了相对于出口导管106更快和更短的逸出路线。
38.由于所产生的压力差，穿过出口通道160的排气流量和速度增加。出口通道160的位置被选择为在传感器105插入出口导管106的位置的径向内侧，从而允许传感器105的感测末端穿过孔插入由出口通道160限定的流动路径中。相对于流过出口导管106的排气的大部分，排气的该部分的流量和速度的增加以及由此在传感器105的感测末端上的流量和速度的增加增强了传感器105的功能。
39.如图1所示，出口通道可包括第一部分162和位于第一部分162下游的第二部分164。第一部分162基本上与出口导管的气体轴线对齐，并限定位于第一端部161处的第一部分入口，该第一部分入口被配置成接收排气的该部分。如本文所使用的，术语“基本对齐”暗示第一部分162的轴线在出口导管106的轴线的
±
5度内。第二部分164相对于第一部分162以一定角度倾斜，并限定位于第二端部165处的第二部分出口，该第二部分出口被配置为将排气的该部分经由第一孔口109排出到环境中。在一些实施例中，该角度在30度到90度的范围内。
40.在一些实施例中，尾管(例如，在图2中示出的尾管208)可以联接到出口通道160下游的出口导管106。除了增强传感器105的功能之外，出口通道160还保护传感器105的感测末端不与在出口导管106内流动的任何水接触。在一些实施例中，出口组件104还可以包括围绕第一孔口109的周边的至少一部分设置在出口导管106的侧壁107的外表面上的台阶(step)(例如，图4所示的台阶370)。该台阶可被配置为防止水经由第一孔口109进入出口通道160。例如，后处理系统100可以竖直地安装在安装结构上。在这种实施例中，台阶防止水(例如，雨水)流入出口通道160，从而提供对传感器105的感测末端的进一步保护。
41.图2-图3示出了根据另一实施例的出口组件204的各种视图。出口组件204被配置成联接到排气导管，例如排气导管101。出口组件204包括被配置成从后处理系统(例如，后处理系统100)接收排气211的出口导管206。尾管208可以联接到位于排气导管远侧的出口导管206的端部。出口导管206限定穿过出口导管206的侧壁207的第一孔口209。出口组件204还包括设置在出口导管206内的出口通道260。出口通道260包括面向出口导管206上游侧的第一端部261和位于第一端部261下游的第二端部265。第二端部265流体联接到第一孔口209。
42.在限定了第一孔口209的出口导管206的侧壁207附近的径向位置处限定穿过出口通道260的侧壁的孔268。该孔268被配置成允许传感器205(例如，pm传感器)穿过该孔268插入到由出口通道260限定的流动路径中。出口导管206可以在第一孔口209上游的靠近孔268的位置处限定第二孔口215，并且该第二孔口215被配置成允许传感器205插入该第二孔口215，使得传感器205的感测末端219可以经由孔268插入到出口通道260中。第二孔口215可以被限定为穿过第一孔口209上游的出口导管206的侧壁207。密封构件217(例如，垫圈)可以设置在传感器205的主体和第二孔口215之间，使得一旦传感器205插入第二孔口215就流体密封第二孔口215。
43.出口通道260被配置成接收来自出口导管206的排气211的一部分213，使得传感器205暴露于排气的该部分213。如图2所示，出口通道260具有比出口导管206更小的截面宽度
(例如，直径)。出口通道260的截面宽度确定流过其中的排气的该部分的采样体积。排气的一部分213的更快速度增强了传感器205的功能(例如，增加灵敏度)，如本文前面所述。此外，出口通道260还保护传感器205的感测末端219免受水的损坏。
44.如图2所示，出口通道260可包括第一部分262和位于第一部分262下游的第二部分264。第一部分262基本上与出口导管206的轴线a
l
对齐，并限定位于第一端部261处的第一部分入口，该第一部分入口被配置为接收排气211的一部分213。第二部分264相对于第一部分262以角度α倾斜，并限定位于第二端部265处的第二部分出口，该第二部分出口被配置为将排气的该部分213经由第一孔口209排出到环境中。在一些实施例中，角度α在30度到90度的范围内。
45.图4是根据另一实施例的用于后处理系统(例如，后处理系统100)的出口组件304的侧视图。出口组件304包括出口导管206，该出口导管206具有设置在由出口导管206限定的流动路径内的出口通道260。出口组件304还包括围绕第一孔口209的周边的至少一部分设置在出口导管206的侧壁207的外表面上的台阶370。台阶370用作挡水罩，以防止水，例如雨水沿着出口导管206的外表面流入第一孔口209，经由第一孔口209进入出口通道260。
46.图5是根据实施例的用于增强后处理系统(例如，后处理系统100)的传感器的功能的示例性方法400的示意性流程图。方法400包括在402提供排气导管(例如，排气导管101)，该排气导管被配置成容纳后处理系统(例如，后处理系统100)的后处理部件(例如，scr系统150和/或过滤器140)。
47.在404，出口组件(例如，出口组件104、204、304)联接到排气导管。出口组件包括联接到排气导管的出口导管(例如，出口导管106、206)。出口导管限定穿过出口导管侧壁的第一孔口(例如，第一孔口109、209)。出口通道(例如，出口通道160，260)设置在出口导管内。出口通道包括面向出口导管上游侧的第一端部和位于第一端部下游的第二端部。第二端部与第一孔口流体联接。孔被限定成在靠近出口导管的侧壁的径向位置处穿过出口通道侧壁。
48.在406，传感器(例如，传感器105、205)穿过孔插入到由出口通道限定的流动路径中。出口通道被配置为接收来自排气导管的排气的一部分，使得传感器暴露于排气的该部分。在一些实施例中，在408处，尾管也可以联接到出口导管。
49.应注意，如本文用于描述各种实施例的术语“示例”意图指示，这类实施例是可能实施例的可能示例、代表和/或例证(并且这类术语不意图意味着这类实施例必须是特别的或极好的示例)。
50.本文使用的术语“联接”等是指两个构件直接或间接地彼此连结。这种连结可以是固定的(例如，永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。这种连结可以通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件彼此一体形成为单个整体来实现，或者通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件彼此附接来实现。
51.重要的是注意到，各种示例性实施例的结构和布置仅仅是说明性的。虽然在本公开中只详细描述了几个实施例，但审阅本公开的本领域技术人员将容易认识到，很多修改(例如，在各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、定向等上的变化)是可能的，而实质上不脱离本文所描述的主题的新颖教导和优点。此外，应当理解，来自本文公开的一个实施例的特征可以与本文公开的其它实施例的特征组
合，如本领域中的普通技术人员应理解的。也可在各种示例性实施例的设计、操作条件和布置上做出其它替代、修改、变化和省略，而不脱离本发明的范围。
52.虽然本说明书包含很多特定的实施细节，但这些不应被解释为对任何发明或可被要求保护内容的范围的限制，而是解释为特定发明的特定实施方式所特有的特征的描述。本说明书在不同实施方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合实施。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施方式中单独实施或在任何合适的子组合中实施。此外，尽管上述特征可以描述为在某些组合中起作用，甚至最初是这样要求保护的，但在某些情况下，来自要求保护的组合的一个或更多个特征可以从该组合中删除，并且所要求保护的组合可以指向子组合或子组合的变型。