专利名称：具有永久相联的寿命指示器的废气部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种废气部件，并且更特别地，涉及一种具有永久相联的寿命指示器的废气部件。
背景技术：
例如过滤器和催化器的流体处理部件被用于处理或调节通过的流体。这些部件通常包括流体处理涂层和/或基底，流体处理涂层和/或基底降解或被消耗，由此必须周期性地更换。在一些情况下，这些部件会无意中被暴露于极端的压力、温度、振动和/或腐蚀性条件，这会损坏部件，从而使得这些部件需要被过早更换。1998年6月28日授予Lund等人的美国专利No. 5785844(，844专利)中描述了一种示例性的流体处理系统。’844专利公开了一种用于水处理筒的寿命终止指示机构。寿命终止指示机构包括具有至少一个开口的壳体，所述至少一个开口用于使水通至由筒和壳体的内部形成的室。室包括安装到壳体的支撑构件。浮动件转动地安装在支撑构件上，以便在由于筒的每次循环导致浮动件每次转动时将浮动件的运动限制在预定的距离。一旦浮动件进行特定次数的转动并且随着水填满室和从室排空而行进支撑构件的完整距离，浮动件就位于经由壳体中的开口可见的位置，指示筒的寿命终止。
发明内容
本发明的一方面涉及一种废气部件。废气部件可以包括至少部分地限定入口和出口的壳体和由壳体支撑且与从入口通至出口的废气连通的处理装置。废气部件还可以包括与壳体和处理装置中的至少一个永久相联的寿命指示器。本发明的另一方面涉及一种指示废气部件的寿命的方法。该方法可以包括监视废气部件的操作条件并且将监视的操作条件等同为废气部件的寿命。该方法还可以包括将与废气部件的寿命相关联的信息永久地与废气部件保持在一起。
图1是一种示例性公开的功率系统的示意性图示；图2是可以结合图1的功率系统使用的一种示例性公开的废气部件的示意图；图3是可以结合图1的功率系统使用的一种示例性公开的废气部件的示意图；图4是可以结合图1的功率系统使用的一种示例性公开的废气部件的示意图；图5是可以结合图1的功率系统使用的一种示例性公开的废气部件的示意图；图6是可以结合图1的功率系统使用的一种示例性公开的废气部件的示意图；以及图7是可以结合图1的功率系统使用的一种示例性公开的废气部件的示意图。
具体实施方式
图1示出一种示例性功率系统10。出于这里公开的目的，功率系统10被描绘和描述为柴油燃料发动机。但是，可以设想，功率系统10可以具体化为任何其它类型的燃烧发动机，诸如汽油、液化煤或气体燃料供能的发动机。功率系统10可以包括至少部分地限定多个气缸14的发动机缸体12和设置在气缸14中的多个活塞组件(未示出)。可以设想， 功率系统10可以包括任何数量的气缸14，并且气缸14可以被设置成“直列式”结构、“V” 型结构、或任何其它传统的结构。功率系统10中可以包括多个独立的子系统，以支持气缸14中的燃烧过程。功率系统10可以包括废气系统16和控制系统18等。废气系统16可以将燃烧过程的副产物排至大气。控制系统18可以调控废气系统16的操作，以降低被调控的成分到大气的排放。废气系统16可以包括能够调节和引导废气从气缸14到大气的部件。例如，废气系统16可以包括废气通道20、由流过通道20的废气驱动的一个或多个涡轮22、以及流体地设置在通道20中并且连接到涡轮22的下游以在废气排至大气之前处理和/或调节废气的一个或多个废气部件26。可以设想，根据需要，废气系统16可以包括与上述部件不同的部件或除上述部件之外的附加部件，诸如旁通部件、制动部件、衰减部件和其它已知部件。涡轮22可以被定位成接收离开功率系统10的废气，并且可以经由公共轴连接至一个或多个压缩器以形成涡轮增压器。随着离开功率系统10的热的废气流过涡轮22并且向着涡轮22的叶片(未示出)膨胀，涡轮22可以转动并且驱动与其相连的压缩器以对入口空气加压。可以设想，如果希望一种自然进气式功率系统，则可以省去涡轮22。废气部件沈可以接收来自涡轮22的废气并且调节废气的成分。如图1所示，废气部件沈可以包括至少部分地限定入口 30和出口 32的壳体观和由壳体观支撑的一个或多个处理装置34。入口 30可以被连接成接收来自涡轮22的废气并且将废气引入壳体观。出口 32可以被连接成将来自壳体观的废气引至大气。每个处理装置34可以随着废气从入口 30通至出口 32而与废气流体连通。处理装置34可以具体化为现有技术中已知的用于转化、还原、去除、捕集、吸收、 吸附、过滤、冷却或以其它方式调节废气成分的任何装置。处理装置34可以包括诸如颗粒过滤器(例如，柴油颗粒过滤器或DPF)、催化型颗粒过滤器(例如，催化型柴油颗粒过滤器或CDPF)、氧化催化器(例如，柴油氧化催化器或D0C)、还原催化器(例如，选择性催化还原装置或SCR装置)、清理催化器(例如，氨氧化催化器或ΑΜ0Χ)、成分吸收器或吸附器(例如， NOx吸收器或吸附器)和/或其它已知的处理装置。同样地，处理装置34 —般可以包括金属或陶瓷基底，在一些实施方式中，金属或陶瓷基底具有涂覆在其上、浸渍于其中或以其它方式与其相联的催化剂材料。随着废气在基底附近通过和/或经过基底，废气的成分可以被转化、还原、去除、捕集、吸收、吸附、过滤、冷却或以其它方式调节，使得排放至大气的废气含有希望量的成分。在操作过程中，随着废气在处理装置34附近通过或者经过处理装置34并且其成分被调节，基底中的催化剂材料和/或基底本身会被消耗或降解。并且，最终，处理装置34 中剩余的催化剂材料和/或基底的量可能不足以充分地调节成分。在这种情况下，可以更换废气部件26。在一种实施方式中，加热装置35可以与处理装置34相联。加热装置35可以被定位成选择性地提高处理装置34的温度以促进其操作。例如，加热装置35可以促进颗粒过滤器的再生(即，促进收集的颗粒物质被烧掉)，或者将处理装置34的温度提高至最佳的操作范围。这样，加热装置35例如可以具体化为燃料燃烧器、电栅极、或者现有技术中已知的能够选择性地加热流过处理装置34的废气的其它类似装置。替代地，如果希望的话，加热装置35可以被定位成直接加热处理装置34。在废气系统的维修过程中，可以将一个系统的部件从该系统移除，然后在相同或不同的系统中更换。并且，由于执行维修的技术人员难以确定部件剩余的可用寿命多长，因此可能将剩余寿命很短或者寿命终止的用过的部件没察觉地进行重新安装。替代地，也可能将剩余寿命相当长的部件过早丢弃。因此，希望一种有效地确定部件寿命且使不适当的再使用或丢弃最小化的方式。为了有助于追踪废气部件沈的寿命(即，消耗或剩余的催化剂材料或基底的量， 或者自开始使用或到建议或需要更换为止的时间量)，寿命指示器36可以与壳体观和/或处理装置34永久地相联。在一个例子中，寿命指示器36可以直接连接到壳体观和/或处理装置34。在另一个例子中，寿命指示器36可以经由系链38间接连接，使得寿命指示器 36可以被定位在与废气部件沈相距较远处，以助于保护寿命指示器不受极端条件的影响。如图2至7所示，寿命指示器36能够提供废气部件沈的有用寿命的机械、化学和 /或电气指示。在一种实施方式中，指示可以与已经消耗的寿命量相关。在另一种实施方式中，指示可以与在建议更换之前剩余的有用寿命量相关。图2示出寿命指示器36的一种示例性机械实施方式。在该例子中，寿命指示器 36可以是计数器，例如小时表(或者是与另一时块相关的计量表，例如分钟表或20小时时块表)。可以设想，作为机械计数器，寿命指示器36可以是电池供电的、经由外部导线(未示出)供电的、经由振动和运动自供电的、经由预缠绕弹簧(未示出)供电的、或以任何其它方式供电的。作为计数器，寿命指示器36能够响应于监视的废气部件沈的操作而推进 (advance)数值拨动装置40或以其它方式可视地显示时间或时块。在一个例子中，监视的操作可以与经过的时间段和/或废气部件沈的性能参数相关。特别地，寿命指示器36能够每小时、发动机运行的每小时、当处理装置34的温度超过希望的温度范围时发动机运行的每小时、当处理装置34的振动超过希望的振动水平时发动机运行的每小时等推进数值拨动装置40。替代地，寿命指示器36能够不管时间在每次处理装置34的温度或振动超过希望的温度范围或振动水平时推进数值拨动装置40。在这些情况的任意一种中，寿命指示器36可以监视废气部件沈的操作、将所监视的操作等同到或指向废气部件26的寿命，并且显示废气部件沈所消耗的寿命和/或剩余的寿命。可以设想，在一个例子中，寿命指示器36可以是可变电阻装置，如果希望的话，其能够被调节成反映小时或另外的适当的时块。图3示出寿命指示器36的另一种示例性机械实施方式。在该例子中，寿命指示器 36可以包括双金属磨损机构。特别地，寿命指示器36可以包括由第一金属制成并且具有突出的柄脚44的螺旋弹簧42。随着螺旋弹簧42在废气部件沈的操作过程中变热，螺旋弹簧 42可以展开并解绕，导致柄脚44接合由第二金属制成的磨损板46。随着时间，柄脚44与磨损板46的接合会导致磨损板46被侵蚀。并且，这种磨损可以周期地测量并且与废气部件沈的(已消耗或剩余)寿命相关联。图4示出寿命指示器36的又一种示例性机械实施方式。在该例子中，寿命指示器
536可以包括机械熔断机构。特别地，寿命指示器36可以包括一系列金属条48，金属条48 的一端经由共同的基部50连接到废气部件沈，金属条48的远端52独立地连接到废气部件 26。每个金属条48沿着其长度可以具有与每个金属条的疲劳强度相关的不同的截面几何结构。该几何结构可以被明确定义，并且与基于金属条48经受的周期性加热和/或振动的不同的期望操作时间段关联。当达到每个时间段时，相关的金属条48可能已经达到其疲劳极限并断裂。由于金属条48可以直接连接到废气部件沈，因此其断裂可以对应于废气部件 26所消耗或剩余的寿命量。因此，通过视觉上观察哪些(或多少)金属条48已经断裂，以及哪些(或多少)金属条48仍完好，就可以确定与废气部件沈所消耗或剩余的寿命相关的值。图5示出寿命指示器36的一种示例性化学实施方式。在该例子中，寿命指示器36 可以包括容器M，其容纳流体56，例如塑胶、蜡、石蜡或油。在功率系统10(参照图1)的操作过程中，通过废气部件沈的废气对处理装置34和/或壳体洲加热和提温，容器M中的流体56可以熔化、蒸发、改变颜色和/或从容器M逃逸。当所有流体56都已熔化、蒸发、 改变颜色和/或从容器讨逃逸时，废气部件26的使用寿命可能已经终止。因此，通过观察流体56的状态，可以确定废气部件沈的(已消耗或剩余)寿命。图6示出寿命指示器36的一种示例性电气实施方式。在该例子中，寿命指示器36 可以包括串联连接到外部功率源的一组电熔断器58。随着废气部件沈随时间老化，功率脉冲可以选择性地弓I导至寿命指示器36，这导致电熔断器58断开电路或者以其它方式短路。 这些脉冲可以仅仅基于时间、基于温度升高时的时间、基于达到的最高温度、基于振动或基于功率系统10的任何其它操作条件而发送。可以设想，随着每个熔断器58断开电路，该熔断器58的状态改变的指示可见。因此，通过视觉上观察哪些(或多少)熔断器58已经断开电路，以及哪些(或多少)熔断器58仍完好，可以确定与废气部件沈的已消耗或剩余寿命相关的值。图7示出寿命指示器36的另一种示例性电气实施方式。在该例子中，寿命指示器 36可以包括电计数器或存储器模块60。存储器模块60能够电保持和/或显示有关已经从内部或外部数据源接收的寿命指示器36的(已消耗或剩余)寿命的信息。寿命信息可以与操作时间量、在温度下的操作时间、偏移过特定温度的次数、序列号、维修历史(例如，安装、拆除、重新安装)、指令等相关。以此方式，寿命信息可以被观察、下载和/或甚至使用来控制功率系统10的操作(例如，响应于废气部件沈寿命终止或接近终止而用来禁止或以其它方式影响功率系统10的操作)。在一种实施方式中，寿命指示器36可以是不可重置的。特别地，仅仅废气部件沈的操作会影响寿命指示器36的显示。以此方式，可以防止将用过的废气部件沈的寿命指示器36错误地调节为读取比实际寿命低或高的值。控制系统18可以与寿命指示器36协作以利于废气部件沈的有效使用。特别地， 控制系统18可以包括能够感测与处理装置34和/或加热装置35相关的参数的一个或多个感测装置62，以及与感测装置62通信的控制器64。在一种实施方式中，如果希望的话， 控制器64也可以与寿命指示器36通信。控制器64能够监视、确定和/或记录来自感测装置62的信息，并且/或者响应于该信息更新寿命指示器36。控制器64可以具体化为单个或多个微处理器、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)等，其包括用于响应于从感测装置62接收的信号监视、确定、记录和/ 或控制废气部件沈、寿命指示器36和/或功率系统10的操作的装置。多种商业上可以获得的微处理器能够执行控制器64的功能。应当理解的是，控制器64可以容易地具体化为与控制其它非废气相关的功率系统功能的微处理器分离的微处理器，或者控制器64可以与总的功率系统微处理器一体成形并且能够控制功率系统的多种功能和操作模式。如果与总的功率系统微处理器分离，控制器64可以经由数据链或其它方法与总的功率系统微处理器通信。各种其它已知的电路可以与控制器64相联，包括电源电路、信号调节电路、致动器驱动电路(即，电路供电螺线管、马达或压电致动器)、通信电路和其它适当的电路。在一种实施方式中，每个感测装置62可以是能够产生指示废气温度的信号的温度传感器。感测装置62可以定位在废气系统16中的任何位置以产生信号，例如位于处理装置34的上游、与处理装置34接触和/或位于处理装置34的下游。控制器64可以利用温度信号来确定处理装置34的时效，例如确定处理装置34是否已经暴露于能够造成诸如断裂或熔化等损坏的极端温度。控制器64也能够与在温度升高或振动过程中经历的时间相关，并且将处理装置34的时效与该时间关联。控制器64然后可以将该信息通信到图6 和7的寿命指示器36(即，基于电的寿命指示器36)。在另一种实施方式中，感测装置62之一、例如位于处理装置34上游的感测装置62 可以是诸如射频发射器的发射器，而其它感测装置62、例如位于处理装置34下游的感测装置62可以是诸如射频接收器的接收器，其能够接收从射频发射器发送的信号。控制器64 可以与这两个感测装置62通信，以将发射的信号的特征与接收的信号的特征进行比较。基于该比较，控制器64能够作出有关处理装置34的确定，例如，处理装置34是否已经安装或遗漏、处理装置34的煤烟负载、剩余的可消耗材料的量等。基于这些确定，控制器64可以将这些确定等同于处理装置34的时效，并且将该信息传送至寿命指示器36。工业实用性本发明的废气部件可以应用于需要部件时效的永久性消息的任何废气系统中。该消息可以经由永久地附接到废气部件26的寿命指示器36来提供。废气部件沈可以具有多个优点。例如，由于寿命消息可以与废气部件沈永久地关联，因此将剩余寿命很少或没有剩余寿命的部件不知晓地安装用于后续使用或者将剩余寿命相当长的部件丢弃的可能性较小。此外，废气部件可以适用于大多数环境，甚至是存在极端温度、压力、振动和/或腐蚀剂的环境。本领域技术人员清楚的是，在不脱离本发明范围的情况下可以对本发明的废气部件进行多种变型和改变。通过考虑这里公开的废气部件的说明和实践，本领域技术人员也清楚其它实施方式。例如，虽然这里讨论控制器64使用温度传感器和射频传感器来确定处理装置34的时效，可以设想，如果希望的话，控制器64可以与附加的和不同的感测装置通信以确定时效。此外，虽然寿命指示器36已经被描述为能够显示寿命(终止或剩余)，但可以设想，如果希望的话，寿命信息可以仅仅或附加地存储在内部并且可通过连接到寿命指示器36的维修工具获得。另外，如果希望的话，除了寿命信息外的信息也可以存储在寿命指示器36中和/或通过寿命指示器36显示，诸如部件识别号码、序列号信息和其它追踪信息。本说明书和例子仅仅被认为是示例性的，本发明的真正范围由权利要求书及其等效指明。
权利要求
1.一种废气部件(沈)，包括:壳体( )，其至少部分地限定入口 (30)和出口 (32)；处理装置(34)，其由所述壳体支撑并且与从所述入口通至所述出口的废气连通；以及寿命指示器(36)，其与所述壳体和所述处理装置中的至少一个永久地相联。
2.根据权利要求1所述的废气部件，其中，所述寿命指示器能够基于所述处理装置的历史操作条件提供所述处理装置的寿命的指示。
3.根据权利要求2所述的废气部件，其中，所述寿命指示器能够机械地指示所述处理装置的寿命，并且包括机械熔断器(48)、机械计数器00)和磨损机构02-46)中的一个。
4.根据权利要求2所述的废气部件，其中，所述寿命指示器能够化学地指示所述处理装置的寿命并且包括容器(M)，所述容器(54)容纳在所述处理装置的寿命中从所述壳体逃逸的流体(56)。
5.根据权利要求2所述的废气部件，其中，所述寿命指示器能够电指示所述处理装置的寿命并且包括电熔断器(58)、电计数器(60)和存储器模块(60)中的一个。
6.根据权利要求1所述的废气部件，其中 所述寿命指示器经由系链(38)永久地附接；并且所述寿命指示器是不能重置的。
7.根据权利要求1所述的废气部件，其中，所述处理装置是颗粒过滤器。
8.一种指示废气部件06)的寿命的方法，包括 监视所述废气部件的操作条件；将所监视的操作条件等同为所述废气部件的寿命；并且将与所述废气部件的寿命相关联的信息永久地与所述废气部件保持在一起。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括机械地、化学地或电气地显示所述寿命的指示。
10.一种功率系统(10)，包括发动机(12)，其能够燃烧燃料并且产生废气流； 废气通道(20)，其从所述发动机通至大气；以及如权利要求1至7中任意一项所述的废气部件( )，其能够处理流过所述废气通道的废气。
全文摘要
公开了一种用于燃烧发动机(12)的废气部件(26)。该废气部件可以具有至少部分地限定入口(30)和出口(32)的壳体(28)和由壳体支撑并且与从入口通至出口的废气连通的处理装置(34)。废气部件还可以具有与壳体和处理装置中的至少一个永久地相联的寿命指示器(36)。
文档编号F01N3/18GK102209841SQ200980145091
公开日2011年10月5日 申请日期2009年11月12日 优先权日2008年11月12日
发明者A·C·罗德曼, A·J·埃格, D·J·卡帕罗斯, J·K·布罗姆斯, K·D·埃赫恩哈特, M·E·勒斯特克, M·道德, R·塞文斯二世, T·S·格莱夫蒂, 张艳钗 申请人:卡特彼勒公司