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CN103987556B - 传感器安装装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将至少一个电气构件安装到后处理模块的一部分上的装置，该装置包括：至少一个支托部件，该至少一个支托部件联接在电气构件与后处理模块的所述部分之间；和包封罩，该包封罩基本上包围了电气构件的至少三个面。

Description

传感器安装装置
技术领域
本发明涉及排气系统，更具体地涉及后处理模块和传感器安装件。
背景技术
包括柴油发动机、汽油发动机、气态燃料动力发动机和本领域中已知的其它发动机的内燃发动机产生排气气体与微粒/颗粒的复杂混合物。除了其它成分之外，排气气体的成分还会包括氮氧化物(NOx)。排气排放标准已经变得更加严格，可以按照发动机的类型、尺寸和/或等级来规定由发动机排放到大气中的NOx的量。
为了符合NOx的规定，一些发动机制造商已实行了被称为选择性催化还原(SCR)的策略。SCR是排气后处理过程，其中还原剂——最常见的是尿素((NH2)2CO)或水和尿素溶液——被选择性地喷射到发动机的排气气体流中并被吸附到下游基底上。被喷射的尿素溶液分解成氨(NH3)，其与排气气体中的NOx反应用以形成水(H2O)和双原子氮(N2)。
与SCR实施相关的温度可接近或超过200℃。特别地，高温排气气体和由在后处理构件内的放热反应产生的热量可加热SCR系统的封装。从SCR系统中除去热量尤其在通过系统的空气流可能不足以容易地冷却系统的固定/静止应用中成为问题。高温环境尤其对设置传感器和确保排放达标率所需的相关电子装置而言存在问题。
美国专利No.7,192,463公开了一种用于将传感器电子装置设置在柴油微粒过滤器上的装置。
发明内容
本发明提供了用于将至少一个电气构件安装到后处理模块的一部分上的装置，该装置包括：至少一个支托部件，该至少一个支托部件联接在电气构件与后处理模块的所述部分之间；和包封罩，该包封罩基本上包围了电气构件的至少三个面。
本发明的其它特征和方案将从以下描述和附图中显而易见。
附图说明
图1是所公开的动力系统的实施例的侧视图；
图2是所公开的动力系统的后处理模块的实施例的等距剖视图，其中示出了通过后处理模块的排气流动路径；
图3是图2的后处理模块的一部分的放大视图；
图4是所公开的后处理模块的传感器系统的实施例的侧视图；
图5是所公开的传感器系统的入口传感器电子控制单元(ECU)和安装装置的实施例的侧视图；
图6是所公开的传感器系统的入口传感器ECU和安装装置的分解图；
图7是所公开的传感器系统的出口传感器ECU和安装装置的实施例的侧视图；
图8是所公开的传感器系统的出口传感器ECU和安装装置的分解图。
具体实施方式
图1示出示例性的动力系统10。出于本发明的目的，动力系统10被描绘和描述为包括由多缸内燃发动机14提供动力的发电机12的发电机组。发电机12和发动机14一般可通过框架16联接。然而，设想到，如果需要的话，动力系统10可实施为另一类型的动力系统，例如包括与诸如机车的移动式机器或诸如泵的固定/静止机器相关联的柴油发动机、汽油发动机或气态燃料动力发动机的动力系统。
动力系统10内可包括多个单独的子系统以促进动力产生。例如，除了其它系统外，动力系统10还可包括空气引入系统18和排气系统20。空气引入系统18可构造成将空气或空气/燃料混合物导引至动力系统10的(多个)燃烧室内用于随后的燃烧。排气系统20可对燃烧过程的副产品进行处理并将其排放到大气中。空气引入系统18和排气系统20可借助一个或多个涡轮增压器21而机械地彼此联接。
排气系统20可包括对来自发动机14的气缸的排气进行调整并将其引导到大气中的构件。例如，排气系统20可包括：与发动机14的气缸流体地连接的一个或多个排气通路22，被流过排气通路22的排气驱动的涡轮增压器21的一个或多个涡轮，以及连接成用于接收和处理来自排气通路22的排气的后处理模块24。随着离开发动机14的气缸的热的排气气体移动通过一个或多个涡轮并且抵着所述涡轮的叶片(未示出)膨胀，一个或多个涡轮可转动并驱动空气引入系统18的涡轮增压器21的一个或多个压缩机，以对进入空气加压。后处理模块24可在排气被排放到大气中之前处理、调整和/或以其它方式减少由发动机14产生的排气的成分。
如图2所示，后处理模块24可包括：基部支承件30，基本上盒状的壳体32(该壳体的元件被图示为透明的，以清楚地显示后处理模块24的内部元件)，一个或多个入口34，以及一个或多个出口36。基部支承件30可由例如低碳钢制成，并刚性地连接到动力系统10的框架16(参照图1)上。壳体32可由例如焊接的不锈钢制成，并以这样的方式连接到基部支承件30上，即，使得在壳体32暴露于升高的温度中时壳体32可以相对于基部支承件30以一定程度热膨胀。入口34和出口36可位于壳体32的一个端部上，使得排气流可以沿着与进入壳体32的排气流基本上相反的方向离开壳体32。入口34可以可操作地联接到排气通路22(参照图1)上，而出口36可以可操作地连接到通向大气的通路——例如，通向外部空间的附加排气管(未示出)上。一个或多个检修窗——例如一对氧化催化剂检修窗40和一对SCR催化剂检修窗42——可位于在壳体32上的策略位置，用以为后处理模块24的内部构件提供维修通道。
后处理模块24可安置有多个排气处理装置。例如，图2示出后处理模块24安置有包含一列或多列柴油氧化催化剂(“DOCs”)44的第一后处理装置、包含还原剂定量供给装置46的第二后处理装置以及包含一列或多列SCR催化剂48的第三后处理装置。设想到，后处理模块24可按需包括数量更多或更少的本领域中已知的任何类型的后处理装置。DOCs44可位于入口34的下游，并且在一个实施例中，也位于与入口34相关联的扩散器50的下游。还原剂定量供给装置46可位于DOCs44的下游和SCR催化剂48的上游。
图2示出通过后处理模块24的排气流。排气经由入口34进入后处理模块24。排气通过扩散器50并进入到DOCs44中。在通过DOCs44之后，排气通过混合管道51而暴露到还原剂定量供给装置46中。在经过还原剂定量供给装置46之后，排气流过SCR催化剂48。接下来，排气可在经出口36离开后处理模块24之前流过净化/清理催化剂55。
DOCs44均可包括多孔陶瓷蜂巢状结构、金属网、金属或陶瓷泡沫，或涂覆有或以其它方式包含例如贵金属的催化材料的其它合适的基底，所述催化材料催化用以改变通过DOCs44的排气的组分的化学反应。在一个实施例中，DOCs44可包括有利于NO转化为NO2的钯、铂、钒或它们的混合物。在另一实施例中，DOCs44可替代地或附加地执行微粒捕集功能(即，DOCs44可以是催化微粒捕集器)、烃还原功能、一氧化碳还原功能和/或本领域中已知的其它功能。
在所示的实施例中公开了，单独的两列DOCs44布置成从一对入口34接收平行的排气。每列DOCs44可包括两个或更多个基底，所述两个或更多个基底串联设置且构造成接收来自一个入口34和一个相关的扩散器50的排气。在所示的实施例中，扩散器50构造为锥体或多个同轴的锥体，但是也可采用本领域中已知的任何扩散器几何形状。在图2和3的布置中，每个扩散器50都可构造成以基本上均匀的方式将从对应的入口34接收到的排气分布在相关联的一列DOCs44的前面基底的整个正面上。在一个示例中，如果需要的话，单列DOCs的基底之间可存在一定空间，该空间同时促进排气分布和声衰减。设想到，可以在后处理模块24内按需使用包括串联或并联布置的任意数量的基底的任何列数的DOCs44。
混合管道51具有与DOCs44的输出部流体连通的上游开口端52和与一列或多列SCR催化剂48流体连通的下游端53。还原剂喷射器54可位于上游开口端52处或其附近，并且构造成将还原剂喷射到流经混合管道51的排气中。气态或液态还原剂——最常见的是水/尿素溶液、氨气、液化无水氨、碳酸铵、氨合物盐或诸如柴油机燃料的烃——可被喷射或以其它方式进入到流经混合管道51的排气中。
还原剂喷射器54可位于SCR催化剂48上游的一定距离处和混合管道51的入口部分处，以允许所喷射的还原剂有足够的时间与来自动力系统10的排气混合并在进入SCR催化剂48之前充分地分解。亦即，充分分解的还原剂在通过SCR催化剂48的排气内的均匀分布可增强其中的NOx还原。还原剂喷射器54与SCR催化剂48之间的距离可增强其中的NOx还原。还原剂喷射器54与SCR催化剂48之间的距离(即，混合管道51的长度)可基于离开动力系统10的排气的流量和/或混合管道51的截面积。在图2和3所示的示例中，混合管道51可沿着壳体32的大部分长度延伸，其中还原剂喷射器54位于上游开口端52。
各SCR催化剂48的形状、尺寸和组分可基本上相同。特别地，各SCR催化剂48可包括大体圆柱形的基底，所述基底由诸如二氧化钛的陶瓷材料、诸如钒和钨的碱金属氧化物、沸石和/或贵金属制成，或以其它方式涂覆有上述这些材料。通过所述构成成分，夹带在流过混合管道51的排气内的已分解的还原剂可被吸附到各SCR催化剂48的表面上和/或被吸附到各SCR催化剂内，在此还原剂可与排气中的NOx(NO、NO2或这两者)反应而生成水(H2O)和双原子氮(N2)。
为了监控后处理模块24的操作和/或满足由各种排放规定确定的特定要求，可遍布后处理模块24设置各种传感器和相关联的电子装置。特别地，图2-4示出用于监控后处理模块24中的排气气体的成分的传感器系统60。在所示的实施例中，传感器系统60包括用于分别将至少一个电气构件安装在后处理模块24上的两个安装装置。第一安装装置70包括在此作为第一传感器电子控制单元(ECU)71示出的至少一个电气构件，和联接到第一传感器ECU71上的第一传感器热绝缘装置72(为清楚起见，图3和4中的后处理模块24和第一传感器热绝缘装置72的一些部分被图示为透明的，以更容易显示第一传感器ECU71)。第二安装装置80包括在此作为第二传感器ECU81示出的至少一个电气构件，和联接到第二传感器ECU81上的第二传感器热绝缘装置82(为清楚起见，图3和4中的后处理模块和第二传感器热绝缘装置82的一些部分被图示为透明的，以更容易显示第二传感器ECU81)。在所示的实施例中，第一安装装置70包括排气入口NOx传感器73，第二安装装置80包括排气出口NOx传感器83。然而，替代实施例包括这样的构型，即，其中传感器系统60可包括附加的和/或替代的传感器——例如温度传感器、湿度传感器、微粒传感器等。
如图2和3所示，第一安装装置70设置在自壳体32延伸的安装托架33(在图3中为清楚起见被图示为透明的)上。在一个实施例中，安装托架33可通过热隔离件35与壳体32热绝缘。在所示的实施例中，第二安装装置80设置在壳体32的正面上。然而，替代实施例包括这样的构型，即，其中第一安装装置70和第二安装装置80可不同地设置在后处理模块24上。
第一传感器ECU71和第二传感器ECU81分别从入口NOx传感器73和出口NOx传感器83接收输入信号。第一传感器ECU71和第二传感器ECU81对接收到的输入信号进行处理，并且将处理后的信号经由线束90传输到后处理控制ECU(未示出)。后处理控制ECU可解译来自ECU71和81的经处理的信号，用以控制发动机运转特性和/或还原剂定量供给特性，从而维持后处理模块24的期望性能。实施例包括这样的构型，即，其中后处理控制ECU可以是单独构件，后处理控制可被结合到用于所有发动机控制的主ECU中；或包括多种其它类似的构型。
现在参照图4-6，第一安装装置70包括入口NOx传感器73、第一传感器ECU71和第一传感器热绝缘装置72。第一传感器ECU71包括用于接纳线束90的端口74和与入口NOx传感器73连接的连接结构。在本实施例中，第一传感器热绝缘装置72包括如下文详述的多个构件。
第一传感器热绝缘装置72包括两个支托部件(standoff member)100。两个支托部件100可相对于它们所联接的安装托架33由热绝缘的材料制成。虽然所示的实施例包括两个支托部件100，但替代实施例可包括额外的支托部件(未示出)或更少的支托部件(未示出)；总体上，数量更少的支托部件减少了用于在后处理模块24的同所述支托部件接触的部分与第一传感器ECU71之间热传导的流动路径；然而，支托部件的数量还必须足以为第一传感器热绝缘装置72提供定位刚性。在本实施例中，两个支托部件100均具有高度“H1”。
两个支托部件100联接到第一对热绝缘隔离件101上。在一个实施例中，第一对热绝缘隔离件101可由诸如云母的热绝缘材料或具有类似特性的其它材料制成。第一对热绝缘隔离件101与包括底板103和顶板104的包封罩102接触。除了通向入口NOx传感器73和端口74的面之外，包封罩102基本上包围了第一传感器ECU71。在图4-6所示的实施例中，包封罩102包围了第一传感器ECU71的四个面。包封罩102可由反射热辐射的材料——例如，铝、抛光的不锈钢等——制成。实施例包括这样的构型，即，与壳体32相比，包封罩相对地不导热。
第一传感器ECU71联接到包封罩102上，其中第二对热绝缘隔离件105设置在第一传感器ECU与包封罩之间。第二对热绝缘隔离件105可具有与第一对热绝缘隔离件101基本上相同的特性。
一对紧固件106将第三对热绝缘隔离件107、第一传感器ECU71、第二对热绝缘隔离件105、包封罩102、第一对热绝缘隔离件101和两个支托部件100联接到后处理模块24的适当部分(例如，安装托架33)上。在本实施例中，一对紧固件106的每一个都包括螺栓108和垫片109。当组装第一传感器热绝缘装置72时，一对紧固件106的螺栓108穿过垫片109、第三对热绝缘隔离件107的隔离件、第一传感器ECU71中的通孔、第二对热绝缘隔离件105的隔离件、包封罩102中的通孔、第一对热绝缘隔离件101的隔离件和两个支托部件100中的一个支托部件。螺栓108的远端部(例如，螺栓108的头部)与第三对热绝缘隔离件107的隔离件接触。在一个实施例中，紧固件106可延伸成插入到安装托架33中。
两个支托部件100以及第一和第二对热绝缘隔离件101和105可在它们所直接相邻的构件之间形成空气间隙。例如，两个支托部件100和第一对热绝缘隔离件101可在安装托架33与包封罩102之间形成空气间隙，而第二对热绝缘隔离件105可在包封罩102与第一传感器ECU71之间形成空气间隙。这些空气间隙减少了用于使热能从后处理模块24的联接有安装装置70的部分传导到第一传感器ECU71的路径。在这样的间隙中的空气，在气流不流动时用作绝热体，在气流流动通过所述间隙时用作散热体。这种布置的益处将在下文关于本发明的工业适用性中更详细地说明。
现在参照图4、7和8，第二安装装置80包括出口NOx传感器83、第二传感器ECU81和第二传感器热绝缘装置82。第二传感器ECU81包括用于接纳线束90的端口84和与出口NOx传感器83连接的连接结构。在本实施例中，第二传感器热绝缘装置82包括如下文详述的多个构件。
第二传感器热绝缘装置82包括两个支托部件200。两个支托部件200可相对于它们所联接的壳体32由热绝缘的材料制成。虽然所示的实施例包括两个支托部件200，但替代实施例可包括额外的支托部件(未示出)或更少的支托部件(未示出)；总体上，数量更少的支托部件减少了用于在后处理模块24的同所述支托部件接触的部分与第二传感器ECU81之间热传导的流动路径；然而，支托部件的数量还必须足以为第二传感器热绝缘装置82提供定位刚性。在本实施例中，两个支托部件200均具有高度“H2”。高度H2不同于两个支托部件100的高度H1；支托部件100和200的高度被预先确定成用于各自在第一传感器ECU71和第二传感器ECU81处产生期望的温度。
两个支托部件200联接到第一对热绝缘隔离件201上。在一个实施例中，第一对热绝缘隔离件201可由诸如云母的热绝缘材料或具有类似特性的其它材料制成。第一对热绝缘隔离件201与包括底板203和顶板204的包封罩202接触。除了通向出口NOx传感器83和端口84的面之外，包封罩202基本上包围了第二传感器ECU81。在图4、7和8所示的实施例中，包封罩202包围了第二传感器ECU81的四个面。包封罩202可由反射热辐射的材料——如铝、抛光的不锈钢等——制成。实施例包括这样的构型，即与壳体32相比，包封罩相对地不导热。
第二传感器ECU81联接到包封罩202上，其中第二对热绝缘隔离件205设置在第二传感器ECU与包封罩之间。第二对热绝缘隔离件205可具有与第一对热绝缘隔离件201基本上相同的特性。
一对紧固件206将第三对热绝缘隔离件207、第二传感器ECU81、第二对热绝缘隔离件205、包封罩202、第一对热绝缘隔离件202和两个支托部件200联接到后处理模块24的适当部分上。在本实施例中，一对紧固件206的每个紧固件都包括螺栓208和垫片209。当组装第二传感器热绝缘装置82时，一对紧固件206的螺栓108穿过垫片209、第三对热绝缘隔离件207的隔离件、第二传感器ECU81中的通孔、第二对热绝缘隔离件205的隔离件、包封罩202中的通孔、第一对热绝缘隔离件201的隔离件和两个支托部件200中的一个支托部件。螺栓208的远端部(例如，螺栓208的头部)与第三对热绝缘隔离件207的隔离件接触。在一个实施例中，紧固件206可延伸成插入到壳体32中。
两个支托部件200以及第一和第二对热绝缘隔离件201和205可在它们所直接相邻的构件之间形成空气间隙。例如，两个支托部件200和第一对热绝缘隔离件201可在壳体32与包封罩202之间形成空气间隙，而第二对热绝缘隔离件205可在包封罩202与第二传感器ECU81之间形成空气间隙。这些空气间隙减少了用于使热能从后处理模块24的联接有第二安装装置80的部分传导到第二传感器ECU81的路径。在这样的间隙中的空气，在气流不流动时用作绝热体，在气流流动通过所述间隙时用作散热体。这种布置的好处将在下文关于本发明的工业适用性中更详细地说明。
工业适用性
本发明的后处理模块24可适用于期望对排气气体进行调节的任何动力系统10构型。包括第一安装装置70和第二安装装置80两者的传感器系统60可用于这类后处理模块24中，用以防止相关联的电子/电气构件过早失效。
后处理模块24可在超过200℃的温度下运转。第一传感器ECU71和第二传感器ECU81可能具有比后处理模块24的温度低得多的失效临界温度，例如，第一传感器ECU71和第二传感器ECU81可能在超过85℃的温度下失效。包括第一传感器热绝缘装置72的第一安装装置70通过一个或多个机构来将第一ECU71的温度维持在失效临界温度以下。第一，两个支托部件100将第一传感器ECU71垫高而离开后处理模块24的表面，由此限制它们之间的热传导。第二，第一传感器ECU71在至少三个面上被包封罩102基本上包围，其中包封罩102反射热辐射使之离开第一传感器ECU71，例如，包封罩102可至少在电磁波谱的红外线波长内具有反射性。第三，第一传感器ECU71通过成对热绝缘隔离件101、105和107与支托部件100和包封罩102热绝缘。此外，热绝缘隔离件101、105和107形成和/或扩大了第一传感器ECU71与包封罩102之间和包封罩102与后处理模块24之间的空气间隙。这些空气间隙可用作第一传感器ECU71与相邻的构件之间的绝热体，并且与不存在空气间隙的构型相比，所述空气间隙可允许第一安装装置70的其它表面在气流在它们之间移动时用作热交换器。
类似地，包括第二传感器热绝缘装置82的第二安装装置80通过一个或多个类似的机构来将第二传感器ECU81的温度维持在失效临界温度以下。第一，两个支托部件200将第二传感器ECU81垫高而离开后处理模块24的表面，由此限制它们之间的热传导。第二，第二传感器ECU81在至少三个面上被包封罩202基本上包围，其中包封罩202反射热辐射使之离开第二传感器ECU81，例如，包封罩202可至少在电磁波谱的红外线波长内具有反射性。第三，第二传感器ECU81通过成对热绝缘隔离件201、205和207与支托部件200和包封罩202热绝缘。此外，热绝缘隔离件201、205和207形成和/或扩大了第二传感器ECU71与包封罩202之间和包封罩202与后处理模块24之间的空气间隙。这些空气间隙可用作第二传感器ECU81与相邻的构件之间的绝热体，并且与其中不存在空气间隙的构型相比，所述空气间隙可允许第二安装装置80的其它表面在气流在它们之间移动时用作热交换器。
实质上，本发明公开了一种用于将至少一个电气构件——诸如第一传感器ECU71——安装在后处理模块24内的方法，该方法包括：提供第一传感器ECU71，使第一传感器ECU71与后处理模块24的表面热绝缘，以及反射热能使之离开第一传感器ECU71。
对本领域技术人员来说将显而易见的是，可以对本发明的排气系统20和后处理模块24做出各种修改和变更而不脱离本发明的范围。根据本说明书以及对本文中公开的系统和模块的实践，其它实施例对本领域的技术人员来说将显而易见。所有说明和示例都应当被认为仅仅是示例性的，本发明真正的范围由所附权利要求及其等同方案指出。

Claims (8)

1.一种用于将至少一个电气构件(71，81)安装到后处理模块(24)的一部分上的装置(70，80)，所述装置包括：
至少一个支托部件(100，200)，所述支托部件联接在所述电气构件与所述后处理模块的所述部分之间；
包封罩(102，202)，所述包封罩基本上包围了所述电气构件的至少三个面；
设置在所述电气构件与所述包封罩之间的至少一个第一隔离件(105，205)；
至少一个紧固件(106，206)，所述紧固件构造成用于联接电子控制单元和所述包封罩；和
至少一个第二隔离件(107，207)，所述至少一个第二隔离件设置在所述至少一个紧固件的远端部与所述电气构件之间，
其中，所述至少一个第二隔离件包括热绝缘材料。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括至少一个第三隔离件(101，201)，所述至少一个第三隔离件分别设置在所述至少一个支托部件中的每一个与所述包封罩之间。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述至少一个第三隔离件包括热绝缘材料。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述热绝缘材料是云母。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个第一隔离件包括热绝缘材料。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述热绝缘材料是云母。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述包封罩基本上包围了电气构件的至少四个面。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括布置在所述电气构件与所述包封罩之间的空气间隙。
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