具有反流腔的连接头、流体传感器和选择性催化还原系统的制作方法

本实用新型涉及布置在流体罐的孔口中的连接头和流体传感器，例如包括这种连接头的尿素传感器。另外，本实用新型还涉及用于净化柴油车的排放气体中的有害NOx成分的选择性催化还原(SCR) 系统。

背景技术：

流体性质传感器广泛用于车辆中。例如，它们用于检测流体的液位，例如燃料罐中的燃料液位，或者最近尿素罐中的尿素的液位和/或质量。这种流体，例如柴油机排出流体(DEF)或车用尿素(Adblue)，被用于用来减少柴油机排出气体中的有害NOx成分的还原系统。为了有效减少废气中的NOx，重要的是分析尿素溶液的质量及其在罐内的液位。

为了实现液位测量，例如，设置在印刷电路板上的一组簧片开关彼此并排排列，并且定位在管内，如由聚丙烯制成。磁性浮子围绕管，并且取决于它在尿素溶液上的位置，将导致对应的开关的切换。

除了液位测量之外，还可以感测溶液的其他性质，例如，温度、气泡的浓度或存在等。

传感器通常集成在管中，该管安装至并入罐的开口中的连接头。连接头通常包含用于其他管的开口。首先，需要管将流体从罐中吸出到其与NOx成分发生反应的地方。其次，需要另外的管来将已经被吸出但尚未用于还原过程的流体返回到罐中。第三，由于尿素在-10°时冻结，在环境温度较低的情况下需要加热装置来加热尿素。加热装置通常具有包括单个管的加热线圈。该加热线圈通常连接到车辆的冷却流体回路。

用于测量流体液位的管通常由不锈钢制成，其内壁由塑料(如聚丙烯)构成的管构成。管的内部沿着管的全部长度包含印刷电路板 (PCB)。印刷电路连接到车辆(例如，卡车)的电力线和接地，并经由两根电线连接到卡车的CAN总线。PCB由簧片开关组成，它们与具有垂直取向的管周围的磁性环形浮子相互作用，并且浮子随着流体液位上下移动。经由其磁场，其与簧片相互作用，簧片然后给予CAN 总线信号。

在WO 2016/027941 A1中描述了常规流体性质传感器的示例，其中呈现了用于测量尿素浓度的装置以及测量选择性催化还原系统中使用的尿素水的尿素浓度的装置。用于测量尿素浓度的装置设置在储存尿素水的尿素水罐中。用于测量尿素浓度的装置设置有超声波收发器和围绕通过超声波收发器的超声波传播的浓度测量区域的屏蔽构件。屏蔽构件具有多个贯通孔，这些贯通孔防止尿素水中的气泡侵入浓度测量区域，但是允许尿素水流入浓度测量区域。

用于溶液的另外的性质的传感器通常位于罐底部的流体液位传感器的下端，包括温度传感器以及用于测量尿素的浓度和质量的超声波发射器和传感器。这些传感器如同流体液位传感器一样连接到PCB，因此连接到卡车的电力线、接地和CAN总线。

不仅流体液位管及其内部电子元件，而且其他金属管(用于吸出流体并使流体返回的金属管，以及热流体的金属管)都需要接地，以避免流体中的电解。在早期的系统中，通过经由导线将每个管连接到接地连接来提供接地。该解决方案具有导线可能断裂的缺点。

因此，仍然需要提供一种在导电管和接地电位之间具有可靠电连接的连接头、流体传感器和SCR系统，其可以经济地制造，同时即使在具有挑战性的应用环境中也非常的鲁棒。

另外，用于尿素传感器的常规连接头在设计上是麻烦的，并且不能用于具有挑战性的场景。因此，需要一种连接头，其减少连接到连接头的管的数量。

在许多应用中，例如在内燃机中，流体从罐泵送到消费装置，例如内燃机。为了始终确保向消费装置的充足的流体供应，将比实际需要的量更多的流体泵送到消费装置。过量的未被消耗的流体被排放回罐中。

通常，储罐设有传感器装置，该传感器装置可用于确定流体量和 /或流体质量。传感器装置的正常功能可能因流中气泡的存在而受损。气泡可能会通过回流到罐的过量流体引入。

技术实现要素：

本实用新型解决了用于测量尿素浓度的常规装置中的上述问题。本实用新型的反流腔(return cavity)被设计成使得过量的流体在连接头的边缘处被排放回罐中。这具有减少罐内气泡形成的效果，从而不会损害罐中的传感器的功能。

上述目的通过独立权利要求的主题来解决。本实用新型的有利实施例是从属权利要求的主题。

本实用新型基于以下想法，连接头设置有反流腔，该反流腔特别可以代替管(tube)以使已被吸出但尚未用于还原过程的流体返回到罐中。有利地，反流腔可以用可部分地集成到头部连接器的基部中的导管(duct)代替，使得它几乎完全被基部的隔离材料围绕。

另外，根据本实用新型的反流腔缩短了回流管，并且省去了对套管、热支架、螺钉和螺母的需求。

特别地，本实用新型涉及一种布置在流体罐的孔口中的连接头。连接头包括电绝缘的基部，其中基部设置有用于接收第一导电管的至少第一开口，以及具有至少第一容座的至少第一导电接地元件，其中该第一导电接地元件布置为使得该第一导电管电连接到该第一接地元件。根据本实用新型，第一接地元件电连接到第一导电接地引线的第一区域，并且基部包括电绝缘材料。第一接地引线被集成在基部内以便至少部分地被基部的绝缘材料围绕，并且其中第一接地引线的第二区域可连接到接地电位。

接地元件和集成的接地引线形成用于接地管的安全和鲁棒的方式，并且具有便利且经济的组装的附加优点。有利地，接地元件和接地引线形成为分离的金属部件。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，这两个部件也可以整体地制造为单个部件。

为了特别容易地组装连接头和管，第一接地元件的第一容座与基部的第一开口对齐以包围所述导电管。如果提供多个管，则可以为一些或所有管提供容座和开口的这种对齐。

根据本实用新型的有利实施例，第一接地引线由所述绝缘材料包覆模制。该技术允许管与地面的特别地鲁棒且稳定的连接。在提供多于一根接地引线的情况下，部分或全部的接地引线可以由所述绝缘材料包覆模制。另外，接地引线可以互连为引线框架。优选地，第一和 /或第二接地引线包括冲压和弯曲的金属片。

例如，当在SCR系统中将本实用新型与尿素传感器的连接头一起使用时，第一导电管可以是用于使流体返回到罐中的管。需要另一个管以形成加热线圈，以及第三管以用于将流体从罐中吸出。

因此，本实用新型还涉及如上所述的具有反流腔的连接头，其中基部设置有用于接收第二导电管的至少一个第二开口。根据该实施例，提供了第二导电接地元件，其具有至少第二容座，其中第二导电接地元件布置为使得第二导电管电连接到第二接地元件，并且其中第二接地元件电连接到第二导电接地引线的第一区域，并且其中基部包括电绝缘材料，第二接地引线集成在基部内，以便至少部分地由基部的绝缘材料围绕，并且其中第二接地引线的第二区域可连接到接地电位。

例如，在SCR系统中的尿素传感器的情况下，加热流体入口和 DEF出口可连接到一个公共接地元件，而加热流体出口和DEF入口连接到第二单独的接地元件。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，第一接地元件和第二接地元件也可以形成为单个集成元件，例如形成为一个金属板。当形成第一接地元件和/或第二接地元件包括金属板并且通过多个螺钉将其固定到基部时，可以实现基部和(多个)接地元件之间的特别牢固的连接。

为了提供从第一接地引线和第二接地引线的第二端到接地的电连接，可以提供螺钉和导线。也可以使用任何其他合适的连接装置，例如压配合销或铆钉螺栓。

在本实用新型的一个实施例中，基部还包括用于电接触至少一个流体传感器组件的电连接器。例如，连接器经由导线连接到电路的接地和电力线，且连接器也经由两根导线连接到CAN总线，其中所有的导线都由盖保护。盖具有保护导线免受机械损坏的优点。

根据本实用新型的连接头有利地与流体传感器一起使用，还包括至少一个流体质量传感器单元，其与连接头隔开以布置在流体罐的内部。例如，连接头配置为位于罐的开口中，第一金属管位于罐内，其第一端容纳在连接头的第一容座中，并且其第二端敞开，使得第一金属管的内部和罐的内部相连接。该管道可以相对较短，其开口可以接近罐的顶部。该管适用于从罐吸回流体。根据本实用新型的返流腔适于将流体返回到罐中。此外，第二导电管可以由加热管形成，其第一端容纳在连接头的第二容座中，并且其第二端容纳在连接头的第四容座中，并且第二金属管形成环路，该环路的一部分形成线圈。这是用于加热流体的管。线圈形状具有使加热管和流体之间的界面特别大的优点。

流体传感器还可以包括位于罐内的第三金属管，其第一端容纳在连接头的第三容座中，并且其第二端是敞开的，使得第三金属管的内部和罐的内部连接。敞开端靠近罐的底部。该管可用于将流体从管中吸出。敞开端的位置便于将流体吸出，直到罐变空。

对于根据本实用新型的流体传感器，基部设置有用于容纳另一金属管的一端的另一开口，并且管支撑用于测量罐中的流体液位的传感器。该管包含沿其全部长度的PCB和簧片开关，并且簧片开关与布置在管的外表面处的磁性环形浮子相互作用。因此，浮子可以由流体致动。因此，流体液位被测量，并且相应的信号可以被发送到车辆(例如卡车)的CAN总线。

本实用新型还涉及用于净化柴油车的排放气体中的有害NOx成分的选择性催化还原(SCR)系统。特别地，本实用新型提供了一种 SCR系统，其具有连接头中的管的改进的锚定。在现有技术中，金属管在连接头中的这种锚定通常通过附接到金属管的连接器端口来实现，其中连接器端口包括螺纹。连接器端口然后拧入基部的相应的容座中。然而，降低成本的简化几何形状将是期望的。

在省略螺纹的本实用新型中选择这种简化的几何形状。相反，连接器端口通过接地元件固定到基部，该接地元件包括形成开口环的金属板，该开口环装配到连接器端口的凹口中。金属板经由螺钉固定至基部，并将连接器端口与接地引线连接。

特别地，本实用新型提供了一种SCR系统，其中每个连接器端口的外表面和其所焊接到的管形成圆柱体，连接器端口所焊接到的管的直径小于连接器端口的直径，并且每个连接器端口包括围绕其外周的凹口，并且其中第一和第二接地元件的第一和第二容座形成为与所述凹口接合的开口环。导电管包括可以各自焊接到连接器端口的金属管。

这简化了不再需要螺纹的连接器端口的几何形状。金属板可以经由多个螺钉固定到基部。与带有螺纹的常规连接器端口相比，在连接器端口处没有螺纹但具有用多个螺钉固定到基部的金属板的新几何形状使组装过程更简单。在将包括连接头和管的系统安装在车辆中之前，应该通过插塞保护基座处的管的开口不受污物影响。

此外，当连接头安装在罐的开口中时应被密封，以防流体流出。因此，至少一个连接器端口可以围绕其圆周具有第二凹口。第二凹口位于第一凹口和罐的内部容积之间，其中密封元件(例如弹性O形环)配合到第二凹口中。基部周围的另一个O形环可以密封基部和罐的开口之间的接口。

连接器端口可以用于连接加热管和用于将流体从罐中抽吸到连接头的管，即，与流体流入头部连接器相关的管。

此外，在浮动止动器处可设置多个翼片；翼片垂直于圆柱体的轴线延伸离开管的第一端，且翼片固定到连接头的基部。固定可以经由螺钉完成。

根据本实用新型的实施例，提供了一种用于布置在流体罐的孔口中的连接头，该连接头包括电绝缘的基部，其中该基部设置有用于接收管的至少第一开口，并且反流腔集成在连接头中。优选地，反流腔终止于连接头的外周(例如，弯曲)表面上的开口。

有利地，根据本实用新型的另一实施例，连接头可以被挤制 (extruded)，以形成终止于反流腔的径向导管。

有利地，根据本实用新型的另一实施例，径向导管沿着轴向方向倾斜。

有利地，根据本实用新型的另一实施例，接收在连接头中的管是导电的。

有利地，根据本实用新型的另一实施例，连接头包括具有至少第一容座的至少第一导电接地元件，其中第一导电接地元件布置为使得第一导电管电连接到第一接地元件。

有利地，根据本实用新型的另一实施例，第一接地元件的第一容座与基部的第一开口对齐，以包围所述导电管。

有利地，根据本实用新型的另一实施例，第一和/或第二接地元件包括金属板。

有利地，根据本实用新型的另一实施例，金属板通过至少一个螺钉固定到基部。有利地，根据本实用新型的另一实施例，基部还包括用于电接触至少一个流体传感器组件的电连接器。

有利地，根据本实用新型的另一实施例，提供一种流体传感器，其包括根据本实用新型的有利实施例的连接头，该体传感器还包括至少一个流体质量传感器单元，其与连接头隔开以布置在流体罐内。

有利地，根据本实用新型的另一实施例，流体传感器还包括流体液位传感器。

有利地，根据本实用新型的另一实施例，提供一种用于净化柴油车的排出气体中的有害NOx成分的选择性催化还原(SCR)系统，其具有尿素罐和根据本实用新型的有利实施例的并安装在该尿素罐中的流体传感器，用于测量该罐中的尿素溶液的一种或若干种性质。

附图说明

在下文中，将会参照附图更详细地描述本实用新型。附图中相似或对应的细节用相同的附图标记来表示。

附图并入说明书中并形成说明书的一部分以说明本实用新型的若干实施例。这些附图与描述一起用于解释本实用新型的原理。这些附图仅仅是为了说明如何制造和使用本实用新型的优选和替代实例的目的，而不应被解释为将本实用新型限制为仅示出和描述的实施例。此外，实施例的几个方面可以单独地或以不同的组合以形成根据本实用新型的解决方案。因此可以将以下描述的实施例单独考虑或以其任意组合考虑。所描述的实施例仅仅是可能的配置，并且应当记住，如上所述的各个特征可以彼此独立地提供，或者可以在实施本实用新型时完全省略。从以下对本实用新型的各种实施例的更具体的描述中，进一步的特征和优点将变得显而易见，如附图中所示，其中相同的附图标记指代相同的元件，并且其中：

图1示出了根据本实用新型的实施例的连接头的截面图；

图2示出了根据本实用新型的实施例的连接头的透视图；

图3示出了根据图1的连接头的仰视图；

图4示出了根据本实用新型的实施例的连接头的细节的示意透视图；

图5示出了根据图4的实施例的连接头的俯视图；

图6A示出了根据图5的连接头的另一截面图；

图6B示出了根据图5的连接头的另一俯视图；

图7示出了根据图5的连接头的放大截面图；

图8示出了根据图7的连接头的另一截面图；

图9示出了根据图7的具有反流腔的连接头的放大视图；

图10示出了根据本实用新型的实施例的流体传感器的透视图。

具体实施方式

在下文中，首先参照图1详细描述附图。图1示出了根据本实用新型的素传感器100的连接头的透视图。尿素传感器是SCR系统的一部分，且可以安装在在尿素罐(图中未示出)的壁中的孔口处。

连接头100附接至尿素罐和传感器单元(图中未示出)，该传感器单元与连接头100隔开且延伸到罐中。传感器单元包括用于测量流体性质(比如温度、尿素浓度和流体质量)的模块。

根据本实用新型的实施例，反接腔108集成在连接头100中，其将未使用的尿素溶液反馈回罐中。抽吸管110允许将尿素溶液从罐中取出。此外，设置加热线圈112，以加热传感器单元106和抽吸管110 附近的尿素溶液，以避免尿素溶液的冻结，或解冻已经冻结的尿素溶液。用于将流体从罐102中吸出的抽吸管110经由接地元件128固定到加热线圈112，以保证被吸出的流体具有适合的操作温度。当然，夹具也可以由塑料材料制成。根据本实施例的反流腔配置为布置在连接头中的导管的形式。应注意，根据本实用新型的反流腔不限于导管形形式。在本实用新型的其他实施例中设想了反流腔的替代变型。

支撑管114容纳一系列簧片继电器(图中不可见)，并允许浮子 (图中未示出)沿方向118滑动。浮子包括磁性元件，从而通过浮子沿着支撑管114的运动来致动簧片继电器，由此提供指示罐中的尿素溶液的液位的信号。

连接头100包括由电绝缘材料制成的基部120。基部120通过其周缘上的凸起122安装在尿素罐上，凸起122装配到罐的开口中相应的凹口(图中未示出)，从而一旦连接头100位于罐的开口中，确保连接头100的正确的方位取向。

支撑管114容纳一系列簧片继电器(图中不可见)，并允许浮子 (图中未示出)沿方向118滑动。浮子包括磁性元件，从而通过浮子沿着支撑管114的运动来致动簧片继电器，由此提供指示罐中的尿素溶液的液位的信号。支撑管114机械稳定并固定至基部120。

连接头100包括由电绝缘材料制成的基部120。基部120通过其周缘上的凸起122安装在尿素罐上，凸起122装配到罐的开口中相应的凹口(图中未示出)，从而一旦连接头100位于罐的开口中，确保连接头100的正确的方位取向。支撑管114机械稳定并固定至基部 120。

图2示出了如图1所示的上述实施例的连接头100的详细截面侧视图。从该图中可以看出，反流腔108在连接头100的弯曲表面上的开口处基本上具有径向导管的形状。从图3中可以更详细地看出，反流腔108是通过挤制连接头的基部而形成的，正如从连接头的基部的详细视图中可见。挤制基部120不是形成反流腔108的唯一方法。它也可以通过按压基部120或将外部部件附接到基部120来形成。此外，如从图6可见，基部120从面向尿素罐102的一侧通过盖子134 被封闭，盖子134通过多个弹性闩锁136附接到基部120，弹性闩锁 136与对应的锁定凸起138相互作用。

图4和图5示出了连接头200的透视图，其中呈现了连接头的内部结构。下面仅描述与图1至3中所示的与先前实施例的不同之处。否则，请参考前面的文字。

根据该实施例的反流腔以连接头中的直接开口的形式呈现。

图6A和图6B从顶部示出了图4和图5的连接头200。提供通气元件246用于压力平衡。相应的管是导电的并分别连接到第一接地元件252和第二接地元件254。接地元件252、254中的每一个通过多个螺钉256附接到基部220。根据图3所示的实施例，每个接地元件用三个螺钉256附接。然而，显然也可以仅使用两个螺钉或者四个或更多个螺钉来固定接地元件252、254。因为第一接地元件252和第二接地元件254不完全围绕相应的管，而是形成部分敞开的容座，其中存在足够的弹性以允许卡扣配合安装管。

图7示出了根据反流腔在连接头中直接敞开的实施例的放大视图。

图8和9示出了连接头200的细节，没有示出绝缘管。在该开放示意图中，可以看出反流腔在设计和功能上与抽吸管相比完全不同。根据本实用新型，第一和第二接地引线158由基部120的电绝缘材料包覆模制，并且仅在螺钉156和160的接触区域中敞开。

图1示出了根据本实用新型的尿素传感器300的透视图。尿素传感器是SCR系统的一部分，且可以安装在尿素罐302的壁中的孔口处。尿素传感器300包括连接头304和传感器单元306，连接头304 附接到尿素罐302，传感器单元306布置成与连接头304间隔开并且延伸到罐302中。连接头304可以根据上面参考图1至9所解释的实施例中的一个形成。

传感器单元306包括用于测量流体性质(比如温度、尿素浓度和流体质量)的模块。

形成在连接头304中的反流腔(在该图中不可见)将未使用的尿素溶液反馈到罐302中。抽吸管310允许将尿素溶液从罐302中取出。此外，设置加热线圈312，以加热传感器单元306和抽吸管310 附近的尿素溶液，以避免尿素溶液的冻结，或解冻已经冻结的尿素溶液。用于将流体从罐302中吸出的抽吸管310经由接地元件328固定到加热线圈312，以保证被吸出的流体具有适合的操作温度。当然，夹具328也可以由塑料材料制成。

支撑管314容纳一系列簧片继电器(图中不可见)，并允许浮子 316沿方向318滑动。浮子316包括磁性元件，从而通过浮子316沿着支撑管314的运动来致动簧片继电器，由此提供指示罐302中的尿素溶液的液位的信号。

连接头304包括由电绝缘材料制成的基部320。基部320通过其周缘上的凸起322安装在尿素罐302上，凸起322装配到罐302的开口中相应的凹口(图中未示出)，从而一旦连接头304位于罐302的开口中，确保连接头100的正确的方位取向。

在基部320的顶部上设置有盖324，用于保护电力线、接地线和 CAN总线。附接到车辆(例如卡车)的配线系统的电连接器(在附图中未示出)可以连接到盖。在盖324旁边，可以看到用于保护管开口免污物影响的保护插塞。在附接来自车辆的管道之前，这些保护插塞 326被移除。

支撑管314通过浮动止动件330机械稳定并固定至基部320。

应该理解的是，尽管术语第一、第二等等可以在本文用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件、部件、区域、层和/或部分与另一个元件、部件、区域、层和/或部分。因此，在不脱离本实用新型的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。如图所示，为了便于描述，可以在本文中使用诸如“近侧”、“远侧”、“下”、“上”、“上部”等空间相关术语来描述一个元件或特征与另一个(或多个)元件或特征的关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包括除了附图中描绘的取向之外的装置在使用或操作中的不同取向。

例如，如果附图中的装置翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件将被取向为在其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方两种取向。装置可以以其他方式取向(旋转90°或以其他取向)，并且相应地解释本文使用的空间相对描述符。

如本文所使用的，除非另有明确指示，否则单数形式“一”，“一个”和“所述”也旨在包括复数形式。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。应该理解，当元件被称为“连接”或“联接”到另一元件时，它可以直接连接或联接到另一元件，或者可以存在中间元件。如本文所使用的，术语“和 /或”包括相关所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。

除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域的技术人员通常理解的相同含义。应进一步理解的是，诸如在通用字典中定义的那些术语应该被解释为具有与其在本说明书和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且将不被理解为理想化的或过分正式的意义，除非在本文明确地如此定义。

应该理解的是，以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可以彼此组合使用。另外，在不脱离其范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本实用新型的教导。本文描述的尺寸、材料类型、各种部件的取向、以及各种部件的数量和位置旨在限定某些实施例的参数，并且绝不是限制性的，并且仅仅是示例性实施例。

在阅读以上描述后，在权利要求的理念和范围内的许多其他实施例和修改对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。因此，本实用新型的范围应该参照所附的权利要求以及这些权利要求的等同物的全部范围来确定。在所附权利要求中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包含”和“在其中”的纯英语等同物。此外，在随附的权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅被用作标签，并且不旨在对其对象施加数字要求。

虽然已经参照本实用新型的示例性实施例具体示出和描述了本公开，但是本领域技术人员将理解的是，可以在其中进行形式和细节上的各种改变，而不偏离由所附权利要求限定的本公开的意图。示例性实施例应该仅被认为是描述性的，而不是为了限制的目的。因此，本公开的范围不是由本实用新型的上述描述限定，而是由所附权利要求限定，并且该范围内的所有差异将被解释为包含在本实用新型中。

附图标记列表