本披露涉及包括还原剂传感器系统的排气后处理系统。
背景技术：
此部分提供与本披露相关的、不一定是现有技术的背景信息。
排气后处理系统可以将排气处理流体定量投加到排气流中，从而协助从排气中去除NOx的化学反应。排气处理流体可以被储存在与定量投加模块通信的储存储箱中，该定量投加模块将排气处理流体定量投加到排气流中。储存储箱可以包括不同传感器，以用于确定流体液位的温度、储箱内的流体液位、以及储箱内流体的浓度。当排气处理流体是尿素溶液时，该溶液在冷温下可能结冰。为了防止尿素溶液在定量投加模块内结冰，该定量投加模块可以被净化并且未使用的尿素溶液可以返回到该储箱。在被净化之后，该系统一般必须在尿素溶液的定量投加可以恢复之前进行准备。在准备过程中，尿素溶液从该储箱循环穿过定量投加模块、并且返回到该储箱。尿素溶液返回到储箱有时可能干扰储箱中各个传感器的运行。
技术实现要素：
此部分提供本披露的总体概述而不是其全部范围或其所有特征的综合性披露。
一种排气处理流体系统包括用于储存排气处理流体的储箱壳体。抽吸管包括定位在该壳体内的第一端以及与该壳体的抽吸端口连通的第二端。长形层流装置被固定至该壳体的排放端口上，从而使得当排气处理流体被返回至该储箱壳体时该排气处理流体沿着该长形层流装置的表面流动。该层流装置包括非圆形截面。
一种排气处理流体系统包括用于储存排气处理流体的储箱壳体。该储箱被适配成固定至车辆上。抽吸管被定位在该储箱内。该排气处理流体系统还包括注入器，该注入器包括与该抽吸管处于流体连通的入口、以及出口。长形层流装置被定位于该储箱壳体并且与该出口处于流体连通。该排气处理流体流经该出口并且被引导流过该层流装置的外表面。
根据本文所提供的描述将明白其他适用范围。本概述中的描述和特定的实例仅旨在展示的目的，而并不旨在限制本披露的范围。
附图说明
在此描述的附图仅用于所选择实施例的而不是对所有可能实施方式的说明性目的，并且不旨在限制本披露的范围。
图1是根据本披露原理的排气系统的示意图；
图2是根据本披露原理的还原剂储箱的截面视图；
图3是图2所展示还原剂储箱的局部分解透视图；
图4-9是根据本披露原理的层流装置和排放管的截面视图；
图10是根据本披露原理的包括抽吸管、排放管和层流装置的安装板的截面透视图；
图11是根据本披露原理的还原剂储箱的截面视图；
图12是根据本披露原理的还原剂储箱的截面视图；
图13是根据本披露另一原理的传感器组件的部分透视图；
图14和15是与图13中描绘的传感器组件相关联的裙围的透视图；
图16是根据本披露传授内容构造的替代性裙围的分解透视图；
图17是流程图，展示了与排气处理流体系统的这些传感器相关联的控制方案；
图18是流程图，展示了用于该排气处理流体系统的替代性控制方案；并且
图19是另一流程图，描绘了与排气处理流体系统的这些传感器相关联的另一替代性控制方案。
相应的参考数字贯穿这些附图的几个视图指示了相应的零件。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述多个示例性实施例。
图1示意性地展示了根据本发明的排气系统10。排气系统10可以包括至少一个与燃料源(未示出)联通的发动机12，燃料一旦消耗掉就产生排放气体，排放气体排入具有排气后处理系统16的排气通道14。发动机12的下游可以布置排气处理部件18，该排气处理部件可以包括DOC、DPF部件或、如图所示的SCR部件20。尽管本披露并未要求，但排气后处理系统16可以进一步包括诸如增热装置或燃烧器17的部件以便增加经过排气通道14的排放气体的温度。增加排放气体温度有利于在寒冷天气条件下并且在启动发动机12时实现排气处理部件18中的催化剂的点火，并且当排气处理部件18是DPF时激活排气处理部件18的再生。
为协助对发动机12所产生的排放加以还原，排气后处理系统16可以包括定量投加模块22以用于周期性地将排气处理流体定量投加到排气流中。如图1所展示的，定量投加模块22可以是定位在排气处理部件18的上游、并且可运行来将排气处理流体注入到排气流中。在此方面，定量投加模块22包括注入器，该注入器具有借助于入口管线28而与试剂储箱24以及泵26流体相连通的入口，以便将诸如柴油燃料或尿素的排气处理流体定量投加到排气处理部件18上游的排气通路14中。定量投加模块22的注入器还可以包括经由返回管线30与试剂储箱24相连通的出口。返回管线30允许任何未被定量投加到该排气流中的排气处理流体得以返回试剂储箱24。该排气处理流体经过入口管线28、定量投加模块22、和返回管线30的流动还协助了冷却定量投加模块22的注入器从而使得定量投加模块22不会过热。定量投加模块22可以被构型成包括在定量投加模块22周围传送冷却剂以对其加以冷却的冷却套。
有效处理排气流所要求的排气处理流体的量也可能取决于发动机12的大小。就此而言，使用在火车机车、海洋应用、以及固定式应用中的大型柴油发动机可能具有超过单一定量投加模块22能力的排气流速。因此，虽然仅展示了单一定量投加模块22来用于尿素定量投加，但应理解的是本披露想象了将多重定量投加模块22用于尿素注入。
有效处理排气流所要求的排气处理流体的量还可以是随载荷、发动机速度、排放气体温度、排放气体流速、发动机燃料注入正时、所希望的NOx还原、气压计压力、相对湿度、EGR比率和发动机冷却剂温度而变化的。可以在SCR 20下游定位NOx传感器或量计32。NOx传感器32可运行来将指明排气NOx含量的信号输出给发动机控制单元34。可以经发动机/车辆的数据总线从发动机控制单元(ECU)34将所有或者一些发动机运行参数提供给排气后处理系统控制器36。控制器36也可作为包含于发动机控制单元34中的一部分。如在图1中指明，可以通过各个传感器测定排放气体温度、排放气体流量和排气背压以及其他车辆运行参数。
排气处理流体的温度还可以是由排气后处理系统控制器36监测的参数。为了监测该排气处理流体的温度，试剂储箱24可以包括定位在其中的温度传感器40。如图2中最佳示出的，试剂储箱24可以包括储箱外壳42。储箱外壳42可以由多种材料形成，例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、铝、钢或适于存储排气处理试剂流体44(例如尿素)的其他任何类型的材料。为了用排气处理流体重新填充储箱24，储箱24可以包括由螺纹颈部48限定的入口46，该螺纹颈部可以接收可移除盖50，该可移除盖具有与颈部48相对应的螺纹，如本领域中已知的。
在储箱外壳42之内对应地可以有一对抽吸管和排放管52和54。抽吸管52与下游的泵26相连通，这样使得当泵26启动时，尿素排气处理流体44被从储箱24吸到入口管线28中。如以上所指出的，入口管线28与定量投加模块22相连通，以便给该排气流提供排气处理流体。如果尿素排气处理流体44没有被定量投加到该排气流中，则尿素排气处理流体44可以通过返回管线30返回储箱24。返回管线30与排放管54相连通。抽吸管52和排放管54各自可以通过使用可以位于储箱24顶上的隔板或安装板55而固定在储箱24内。该隔板可以密封地接合延伸穿过储箱壳体42的单一开口(未示出)。
为了监测储箱24中的尿素排气处理流体44的量，可以将流体液位指示装置56联接到排放管54上。在所展示的实施例中，流体液位指示装置56可以包括发出超声波60的超声传感器装置58。超声传感器装置58可以定位在联接至抽吸管52上的支撑构件59上。超声传感器装置58朝向排气处理流体44的表面62发出超声波60，这些超声波接着被表面62朝超声传感器装置58反射回去。可以由控制器36测量超声波60反射离开表面62并回到超声传感器装置58所花的时间以确定储箱24中剩余的流体44的量。就此而言，超声传感器装置58与控制器36通信。
还可以在储箱24中放置排气处理流体加热器64。流体加热器64被设计为特别是在排气处理流体44可能冻结的寒冷天气条件下提高排气处理流体44的温度。流体加热器64可以是电阻加热器，或可以被配置成允许、但不限于使得发动机冷却剂穿其而过流动。在发动机12的运行过程中，流体加热器64没有必要持续运行。而是，流体加热器64与控制器36通信从而使得流体加热器64可以在需要时被激活。就此而言，排气处理流体44的温度可以由温度传感器40发送给控制器36。如果感应到的温度过低，控制器36就可以命令流体加热器64激活来给排气处理流体44加热或解冻。
温度传感器40可以被定位在储箱24内的任何可以满足正确地确定排气处理流体44的温度的位置。例如，温度传感器40可以被附接到壳体42的内壁66上。替代地，温度传感器40可以被附接到抽吸管52或排放管54上。
储箱24还可以包括浓度传感器68。浓度传感器68可以固定至内壁66上、或者可以固定至抽吸管52、排放管54或另一个结构上，而不脱离本披露的范围。浓度传感器68可操作来确定排气处理流体44的浓度，这可以有利地用来确定是否已将除尿素排气处理流体44外的流体(例如，水)提供至储箱24。如果控制器36确定排气处理流体44的浓度高于或低于预定值，控制器36可以发出误差标志信号以阻止定量投加模块22进行定量投加或阻止发动机12运行直至达到流体44的正确浓度。替代地，控制器36可以考虑当前浓度调节定量投加量。
为了确定排气处理流体44的浓度，浓度传感器68可以是可操作来将超声波61发射到排气处理流体中的超声传感器。其他类型的非超声传感器也在本披露的范围之内。在所展示的示例性实施例中，浓度传感器68可以布置在超声传感器装置58附近处并且可以发出超声波61，该超声波接着可以被反射离开超声传感器装置58。替代地，可以将反射构件(未示出)布置在浓度传感器68与超声传感器装置58之间以反射超声波61。另一替代方案是使得浓度传感器68面朝内壁66并且朝该内壁发出超声波61以便从该内壁反射。尽管如此，基于超声波61的速度，控制器36可以确定排气处理流体44的浓度。虽然流体液位指示装置56和浓度传感器68被展示为储箱24内的不同部件，应理解的是，可以使用单一传感器(例如，超声传感器装置58)进行液位感测和浓度感测，而不脱离本披露的范围。
当发动机12或排气后处理系统16未运行时(即，没有排气处理流体被定量投加到排气流中)，定量投加模块22、入口管线28、返回管线30、和泵26中存在的任何排气处理流体44可以在冷的温度下结冰。为了防止定量投加模块22、入口管线28、返回管线30、和泵26中的排气处理流体44结冰，泵26可操作来反向运行来净化这些元件中的每一个元件。在净化之后，泵26可以准备来在排气处理流体44被定量投加到排气流中之前对入口管线28和定量投加模块22加压。在准备过程中，未使用的排气处理流体44从定量投加模块22经由返回管线30回到储箱24。
除了未使用的排气处理流体44之外，在之前位于储箱24内的未使用的排气处理流体44中也可能存在空气。由于在未使用的排气处理流体44中存在空气，当空气返回到储箱24时可能形成气泡。这些气泡接着可以穿过在排放管54中形成的穿孔57浮到表面62、并且留在表面62处一段时间而使得表面62变得多泡。这些气泡和多泡的表面62不利于超声传感器装置58确定储箱24内的恰当流体液位、或浓度传感器68确定恰当的浓度。即，这些气泡可能提供不准确的表面液位62，这妨碍了控制器36通过超声传感器装置58恰当地测量超声波60和61的反射。这些气泡还可能干扰浓度传感器68，因为这些气泡可能在排气处理流体44中保持悬浮并且致使排气处理流体44中正由浓度传感器68监测的密度发生改变。
为了有助于在排气处理流体44循环回到储箱24时防止气泡形成，可以将层流装置70布置在排放管54内。如图3中最佳所示，层流装置70可以是长度基本上等于排放管54长度的长形构件。层流装置70是总体上非圆形截面的、并且具有的直径小于排放管54的直径而使得层流装置70可以配合在排放管54内。层流装置的非圆形截面允许在层流装置70与排放管54的内表面74之间存在气隙72(图4)。
排气处理流体44将趋向于沿着层流装置70的表面76流动，而回流中存在的任何空气可以在位于层流装置70与内表面74之间的气隙72中前进。当空气在气隙72中前进时，该空气可以在流体44液位62下方前行之前被穿过穿孔57逐入储箱24中。以此方式，阻止了可能干扰超声传感器装置58的气泡出现或至少基本上将气泡的出现减到最少。应理解的是，虽然上述示例性实施例描述了结合排放管54来使用层流装置70，但本披露不应局限于此。在此方面，本披露考虑到了使用层流装置70代替排放管54的构型。
虽然在图4中将层流装置70展示为包括星形截面，但本披露不应局限于此。层流装置70可以包括本领域技术人员已知的任何非圆形截面。例如，图5展示了具有三角形截面的层流装置70。图6展示了具有Y形截面的层流装置70。图7展示了平面的层流装置70。图8展示了具有十字形截面的层流装置70。图9展示了具有方形截面的层流装置70。
如图10中最佳示出的，层流装置70可以包括螺纹端78。螺纹端78可以与在安装板55的孔口82中形成的螺纹80协作。在层流装置70与安装板55螺纹地相接合之后，排放管54可以围绕层流装置滑动配合。在图10所示的安排中，排放管54是压力装配在安装板55的沉孔83内的。与和安装板55螺纹接合的同层流装置70不同，抽吸管52可以是压力装配在安装板的孔口84内的。替代地，抽吸管52和孔口84各自可以包括螺纹来将抽吸管52固定至孔口84。在另一构型中，层流装置70可以压力装配在排放管54内。
图10还包括具有外实线的箭头，描绘了当泵在运行以将加压流体提供至定量投加模块22时的尿素流。具有虚线的箭头指示了当泵26在以净化模式运行以将未使用的排气处理流体44朝储箱24驱动时穿过该系统的空气流。一对孔口85a、85b定位在安装板55附近以提供空气从储箱24到排放管54的路径。
现在参见图11，展示了储箱24的另一示例性构型。储箱24包括排放管54，该排放管被配置来允许空气从其中形成的穿孔57逸出、同时允许返回的排气处理流体沿着其内表面流动。就此而言，排放管54可以被配置成具有锯齿形构型。虽然展示的是锯齿形构型，但应理解的是，排放管54可以是螺旋形或螺线形，而不背离本披露的范围。
在图12所绘的本披露的另一示例性实施例中，可以围绕超声传感器装置58和浓度传感器68布置保护裙围或围栏86。如上所述，浓度传感器68可以被设计成朝向超声传感器装置58发出超声波61(图2)，该超声传感器装置接着将超声波朝浓度传感器68反射回去。如果通过使排气处理流体44循环回到储箱24中而产生的气泡存在在浓度传感器68和超声传感器装置58附近的位置，则由于排气处理流体的密度变化和超声波61的不必要的反射，可能出现不恰当的浓度度数。
保护裙围86可以固定至储箱24的底表面88、并且周向地环绕超声传感器装置58和浓度传感器68。由此提供了由裙围86的内部所限定的区域90，超声传感器装置58和浓度传感器68可以定位在该区域中。裙围86具有高度H，该高度延伸超过了超声传感器装置58和浓度传感器68所在的位置。因此，阻止了气泡进入区域90并干扰超声传感器装置58和浓度传感器68。应理解的是，虽然裙围86被展示位固定至储箱24的底表面88上，但本披露不应局限于此类构型。相比之下，裙围86可以固定至其他构件例如抽吸管52上、或者可以固定至支撑构件59上，只要阻止气泡进入超声传感器装置58与浓度传感器68之间的空间92即可。
虽然在图12中明确示出，但应理解的是，排放管54中可以包括层流装置70。即，储箱24被配置成包括裙围86和层流装置70中的每一者。还应了解的是，裙围86可以包括多个穿孔，以允许排气处理流体44进入区域90、同时阻止气泡进入。
图13-15描绘了一部分的传感器组件100，这部分的传感器组件可以作为与抽吸管52和排放管54分开的结构而被定位在储箱24内。传感器组件100可以固定至任何数量的部件上，这些部件包括安装板55、储箱24、抽吸管52和/或排放管54。传感器组件100包括本体102，该本体包括基本上竖直地且平行于第二管106地延伸的第一管104。本体102可以由塑料材料模制而成，从而使得第一管104是与第二管106一体形成的。梁110被构造成单独部件并且联接至第一管104和第二管106、或者可以与本体102一体形成。
当安装在储箱24内时，第一管104经由延伸穿过第一管104的孔口108接收排气处理流体44。第二管106接收联接至浓度传感器68上的电线109以及可以联接至梁110上的任何其他电气元件。例如，想到的是温度传感器112是固定至梁110上的。另一可选的构型可以包括联接至梁110上的加热元件114。取决于温度传感器112所感测到的排气处理流体44的温度，可以选择性地将加热元件114通电。电线109以及可能的一个或多个控制器可以定位在第二管106内。
裙围118被可移除地联接至本体102上。裙围118基本上类似于之前描述的裙围86起作用。裙围118优选地是可以用卡扣配合方式联接至本体102上的一件模制的塑料盖。其他附接形式(包括螺钉或压力配合)也在本披露的范围之内。裙围118包括连续壁120、顶部122、第一支腿124和第二支腿126。基本上数字8形状的孔口128延伸穿过顶部122以允许第一管104和第二管106穿其而过。凹口130沿着孔口128的边缘定位、其大小和位置被确定成与从第一管104延伸的突出部相接合，以限制裙围118相对于本体102的旋转。孔口132、134延伸穿过顶部122以允许可能位于裙围118下方的空气逸出。肋138将侧壁120与顶部122相连以向裙围118提供预定的刚度。该预定的刚度小于用完全刚性的结构所可以提供的。相应地，标示为参考号140a、140b的侧壁120的相对部分可以相对于彼此挠曲，以适应当排气处理流体44在储箱24内结冰时储箱的体积增大。提供了柔性裙围118，该挠性裙围在由于排气处理流体44的结冰而施加力时不会破裂。
裙围118是由柔性材料构造而成，该柔性材料允许支腿124、126短暂地弹性变形，从而使得第一卡件144和第二卡件146从自由态位置移位来而绕过梁110。一旦经过了梁110的范围，支腿124、126弹性地回到其自由态取向，以便将卡件144和卡件146邻近于梁110的固位表面148定位。
孔口150、152延伸穿过壁120并且允许排气处理流体44穿过裙围118并接触该浓度传感器68。穿过孔口150、152的部分流体也可以经由孔口108进入第一管104。在侧壁120的边缘154与梁110的表面158之间的空间153中提供了另一个排气处理流体通路。通过这种安排，边缘154的一部分接合梁110的表面160，而边缘154的另一部分与梁110间隔开以允许有限流量的流体44在裙围118下方从储箱24的主体流动。孔口150、152和空隙153经大小确定以允许流体流动、但限制气泡进入裙围118下方。孔口132、134也具体地经大小确定成相对小，以允许可能陷在裙围118下方的空气离开而还将气泡的侵入最小化。应了解的是，包括向内延伸的卡件144、146的卡扣配合联接仅是示例性的，并且用于将裙围118固定至第一管104、第二管106或梁110中任一者的其他机构也在本披露的范围之内。
图16描绘了替代性的裙围118a。裙围118a基本上类似于裙围118，例外之处在于，第一半件168是与第二半件170可分开的。多个尖刺172从第一半件168延伸。尖刺172被配置用于卡扣配合联接到第二半件170中的多个接收部174。当尖刺172被接收在接收部174中时，第一半件168被固定至第二半件170上。裙围118a的其余特征与裙围118大致相同。用包含后缀“a”的类似数字来表示类似的特征。通过将裙围118a配置为两件式组件，可以在形成第一管104、第二管106和梁110以及将这些部件与裙围118a互连方面简化制造过程。
上述示例性实施例有助于防止在净化/准备周期过程中产生的气泡在液位传感器装置58和浓度传感器68测量排气处理流体44的液位和浓度时干扰这些传感器。然而，如果储箱24不带有层流装置70或裙围86，气泡的产生就可能干扰传感器58和68。为了进一步最小化对传感器58和68的干扰，控制器36可以在准备周期结束之后使得传感器58和68的运行延迟预定的时间量。例如，控制器36可以使得传感器58和68的运行延迟十到二十分钟范围内的时间段。在此情况下，在准备过程中产生的任何气泡得以耗散到基本上不干扰超声传感器装置58或浓度传感器68的程度。
从准备周期结束时延迟传感器58和68的运行的另一替代方案是从准备周期开始时使得传感器58和68延迟预定的时间段。例如，并且如图17所绘，该准备过程可以由控制器36控制在“按键开启”条件200下开始。泵准备在框210处开始。在框220处计时器计算第一预定时间段(例如，五分钟)。已知该准备过程花费某个时间量才完成，可以在该第一预定时间段期间忽略来自传感器58和68的输出，直到该计时器在框230处关掉(例如，十五至二十五分钟)。一旦设定的时间过去，控制前进到框240。控制对来自传感器58、68的输出进行评估并基于从传感器58、68接收到的信号来确定每个标准运行程序中是否应当发出新的故障代码。
图18提供了与之前关于图17描述的控制基本上类似的替代性控制方案的流程图。相应地，类似的要素用增大100的类似参考号标示。例如，“按键开启”框300基本上类似于框200。在框315处，将之前描述的这些传感器之一(例如浓度传感器68或超声传感器装置58)的当前值与来自同一传感器的最后存储的值进行比较。在框320处，控制确定最近获取的传感器值与最后存储的值之间的差值是否超出预定范围。如果是，则控制启动定时器并且如之前描述的忽略这些传感器输出。一旦定时器关掉，就在框335处将最近获取的传感器值与之前存储的值进行比较。在框340处，控制基于在框335处进行的比较来确定是否应当发出新的故障代码警报。图18中阐述的控制方案可以如所希望的应用于该排气处理流体储存储箱内的任何一个或多个传感器。
图19提供了与关于图18描述的控制基本上类似的另一替代性控制方案的流程图。相应地，类似的要素用增大100的类似参考号标示。框415与框315的不同之处在于，将来自浓度传感器68和超声传感器装置58二者的当前值与来自这些传感器之一的历史值进行比较。在框420处，控制确定这两个当前确定的值是否超出了它们相对于历史数据的相应范围。如果是，则开始这些故障代码被忽略所持续的时间段。通过实施要求这两个传感器具有超出范围的当前度数的控制策略，发出错误故障代码警报的可能性被最小化。例如，如果在该控制中仅利用了排气处理流体液位传感器数据，则可能基于车辆操作者在框400处“按键启动”之前用排气处理流体来加注储箱24而发出故障代码警报。参见图19，一旦在框430处定时器被关掉，则控制在框435处将该品质传感器和液位传感器二者的当前传感器值与历史值进行比较。如果希望的话，在框440处发出新的故障代码警报。
已经出于展示和说明的目的提供了以上对实施例的描述。其并不旨在穷举或是限制本文所披露的内容。具体实施例的单独的元素和特征通常并不受限于该具体实施例，而是在适用时可以互相交换，而且可以用于甚至并未特别示出和阐述的选定实施例中。例如，替代性的流体液位指示装置56a可以联接至传感器组件100。如图13所示，流体液位指示装置56a包括定位在第一管104内的浮子180。浮子180休止在第一管104内的排气处理流体表面上。如之前提到的，流体可以经由裙围118上的孔口150和延伸穿过第一管104的壁的孔口108而进入第一管104。浮子180可以联接至开关(未示出)或传感器上，该开关或传感器指示浮子180在第一管104内的位置。该开关或相关联的传感器可操作来输出指示储箱24内的排气处理流体的液位的信号。也可以用多种方式来对其加以变化。这样的变化并不被视作是脱离了本披露内容，而且所有这样的改动都旨在包括在本披露内容的范围之内。