发动机排气添加物储箱的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于储存内燃发动机排气的液体添加物的箱，所述箱包括：限定内部空间的壁；位于该内部空间内的电气部件(3)；以及至少一根电缆(4)，该电缆能够将所述部件连接到在箱外部的电压源，电缆的至少一部分插入中间部件(6)，该中间部件连接到安装在箱壁中开口上的基板(1)，其中基板包括以密封方式安装在基板中孔口周围的外壳，中间部件利用快速连接式联接紧固在该外壳中，并且该外壳还包括电连接器(11)，电缆借助于密封件(7)以密封的方式连接到该电连接器(11)，并且该电连接器从基板中的孔口延伸到箱的外部，该密封件插入中间部件和连接器之间并且/或者插入中间部件的容腔(8)。
【专利说明】发动机排气添加物储箱
【技术领域】
[0001 ] 本申请涉及一种发动机排气添加物储箱。
【背景技术】
[0002]针对车辆和卡车排放的法规尤其要求减少氮氧化物NOx向大气中的释放。实现此目的的一种已知途径是采用SCR (选择性催化还原)法，该方法能够通过将还原剂(通常是氨)喷射入排气管路而还原氮氧化物。可通过氨前驱体溶液的热分解而获得氨，该溶液的浓度可以是共晶浓度。这种氨前驱体通常是尿素溶液。
[0003]就SCR法而言，在以优化效率燃烧期间由发动机所产生的高水平NOx在离开发动机时在催化转化器中被处理。该处理要求以精确浓度使用非常高质量的还原剂。因此，对该溶液进行准确计量再将其注入排气流中，该溶液在将氮氧化物(NOx)转变成氮气(N2)和水(H2O)之前在排气流中被水解。
[0004]为了达到此目的，必须给车辆装备容纳添加物(通常为尿素)溶液的箱，并且装备用于计量出期望量的添加物并将其注入排气管路的装置。
[0005]为了能够对添加入排气中的添加物溶液进行正确计量，通常的做法是在添加物箱中设置电气部件(例如液位计、温度传感器、品质传感器、电阻加热元件等)。这些部件需要连到位于添加物储箱外部的、车辆或SCR系统的一根(或多根)线束或者一个(或多个)其它部件的电线，这会引起若干问题。首先，添加物溶液通常是具有腐蚀性的，并且标准导电材料对该溶液无耐腐蚀性或者耐腐蚀性差。其次，必须维持电线从箱中延伸出的位置的密封性，这也会导致问题，特别地在长期情况下。
[0006]申请WO 2008/138757提出了用于经过尿素箱的加热旋流罐(swirl pot)的盖进行的线连接的各种方案，其中线穿过所述盖并且装备有密封件，此密封件是采用弹性塞的形式，该弹性塞以密封的方式插入所述盖的容腔。
[0007]在上述专利文件所描述的所有方案中，由于以下措施而保持了密封性:使用了一个或多个密封件(各附图中的30);将密封件直接硫化在电缆上或者硫化在用于拉紧电缆周围的密封件的元件上(各附图中的38);以及使用了通过螺栓连接在盖上的保持器(各附图中的34)。因此，这种组件是相对复杂和高价的。
[0008]在一个变型中(图5)，将各装备有O型圈30的两根电缆安装在中间部件39中，其自身借助于密封件43被安装在盖中。这种方案并非意图持续地浸没在尿素水溶液类型的添加物溶液中。实际上，O型圈43和箱内部之间的部分是不密封的。如果发生冻结/融解循环，那么中间部件和容腔之间的添加物的膨胀会引起组件密封性的丧失并且/或者组件的损伤。此外，加热器电缆周围的两个密封件30没有通过中间部件与外界隔离。相反，这些密封件暴露到外部环境，并且它们仅在中间部件39的中心处被支撑。这种构造也会导致密封性的丧失，尤其对于浸没的溶液。此外，由于这两根线通过所述密封件从箱中延伸出，因此将箱安装到车辆上涉及仔细地形成这两根线与电压源的电连接。
[0009]在本 申请人:名下的欧洲专利EP 2029865详细地公开了一种包括旋流罐的基板，经由箱下壁中的开口浸没(即安装)该旋流罐。为了加热箱特别是旋流罐中所容纳的尿素，此基板优选地还包括加热元件(如前述专利申请WO 2008/138757中所述)以及优选地柔性加热器(如也在本 申请人:名下的专利申请WO 2008/138960中所述，其内容以参考的方式并入本申请中)。
[0010]在此方案中，必须经过浸没基板中的开口形成电连接(不仅包括加热元件的电连接，而且包括以上列举的其它电气附件的电连接)，该浸没基板是由塑料制成的，优选地是注塑成型的。
[0011]本发明背后的想法是使得申请WO 2008/138757中所描述的紧固系统与浸没溶液相兼容，同时简化该系统。此目的通过以下方法而实现:确保密封件或者电线都不从箱中延伸出，这得益于一外壳的使用，在该外壳中可以容易地利用简单快速连接式的联接以密封的方式安装预先组装的连接组件。
【发明内容】
[0012]因此，本发明涉及一种用于储存内燃发动机排气液体添加物的箱，所述箱包括:限定内部空间的壁、位于该内部空间中的电气部件、能够将所述部件连接到在箱外部的电压源的至少一根电缆；该电缆的至少一部分被插入连接到安装在箱壁中的开口上的基板的中间部件。根据本发明，该基板包含以密封方式安装在基板中孔口周围的外壳，在该外壳中中间部件利用快速连接式联接进行紧固，并且该外壳还包括电连接器，电缆借助于密封件以密封的方式连接到该电连接器并且该电连接器从基板中的孔口延伸到箱外部。
[0013]本发明的添加物优选地是能够还原存在于内燃发动机排气中的NOx的还原剂。该添加物有利地是水溶液中的氨前驱体。使用尿素水溶液(特别是共晶水/尿素溶液(例如AdBluei8s的溶液))本发明获得良好的结果，该水溶液中的尿素含量是在31.8重量％和33.2重量％之间并且该水溶液含有大约18%的氨。本发明也可用于同样在水溶液中的尿素/甲酸铵混合物，该水溶液是以商标DeiwxiiMi8销售并且含有大约13%的氨。相对于尿素，
后者的优点是仅在低于_35°C的温度下冻结(而不是_11°C )，但缺点是与甲酸释放有关的腐蚀问题。
[0014]本发明可应用于有可能在其排气中产生NOx的任何内燃发动机。该发动机可以是具有或不具有燃料回流管路(也就是说，使未被发动机消耗的多余燃料回流至燃料箱的管路)的发动机。本发明有利地应用于柴油发动机、尤其是车辆柴油发动机、特别优选的是卡车的柴油发动机。
[0015]根据本发明的箱包括壁，该壁可由任何材料制成，优选对添加物为化学耐受的材料。一般来说，此材料是金属或者塑料。在尿素的情况下，聚烯烃树脂，尤其是聚乙烯(更具体地HDPE即高密度聚乙烯)、聚酰胺类(PA)以及聚缩醛(特别是Ρ0Μ(聚甲醛))是优选的材料。这些相同的材料也可用于根据本发明的箱的密封外壳并且也可用于基板和/或中间部件。应当指出的是，聚酰胺类(PA)尤其适用于这些部件，特别是PA-6，6。
[0016]根据本发明，箱的壁包括至少一个开口，安装在该开口上的是包括孔口的基板，在该孔口周围以密封的方式安装有外壳。
[0017]词语“基板”应被理解成表示包括安装板或扁平部(即它的厚度明显地小于它的其它尺寸(例如:是其它尺寸的至少五分之一或者甚至十分之一)并且大致是平面的)的部件，用于闭合其壁中的开口，优选在其上部或下部(分别称为上壁和下壁)中的开口。应当指出的是在优选的后一种变型中，基板可经由室或空心部延伸到箱的内部，该室或空心部经由至少一个孔口与箱相连通，添加物可经过该孔口循环，并且该室或空心部可用作旋流罐。优选地，根据本发明的外壳与基板模塑(优选注塑成型)为整体。然而，该外壳可被单独安装的盖所闭合。
[0018]实际上词语“下壁”应被理解成表示当箱安装在车辆上时该箱的下半部分(无论它是否模塑为整体或者由两个型坯片或者切割件(CUt-OUt)而形成)。
[0019]根据此变型的基板特别地非常适于支撑穿过箱壁并且/或者位于箱内部的附件。该基板具有自身闭合的任意形状的周边。通常，该基板的周边为圆形形状。
[0020]优选地，电气部件(其至少一部分是在根据本发明的箱中)选自下列元件:液位计、温度传感器、品质传感器、压力传感器、压力调节器、加热元件。这些元件可并入箱的旋流罐。当附件包括两根电缆时本发明尤其有用，例如加热元件通常就是这种情况。本发明已成功地应用于如前所述的柔性加热器。
[0021]此部件的电缆必须耐添加物的腐蚀并且/或者必须包括对组件赋予此耐腐蚀性的涂层。使用硅酮涂覆的电缆已获得良好结果。类似地，使用被含氟聚合物(例如PFA即全氟烷氧基)包覆并且优选地具有涂层(例如硅酮)的金属电缆(优选地由不锈钢制成)已获得良好结果。
[0022]必要时，根据本发明的中间部件是空心部件，即包括用于电缆和其密封件的至少一个容腔。它通常具有圆柱形形状。
[0023]根据本发明，电缆必须能够将电气部件连接到电压源并且这些电缆连接到电连接器，该电连接器的至少一部分也在密封的外壳内，以便通过与至少部分地集成在密封外壳内的连接器互补的连接器而使得与电压源的连接更容易。
[0024]根据本发明的连接器优选地也是由PA-6，6制成，优选地用例如玻璃纤维增强，这在实践中获得良好的结果。
[0025]优选地使电缆压接(crimp)在触头上，该触头自身紧固到电连接器。就连接器而言，它优选地几乎完全地并入密封外壳内(使得仅其用于连接到互补连接器上的部分从箱中延伸出)。
[0026]可借助于包含互补连接器及优选地用于部件的电子控制单元(即E⑶)的电子外壳而实现与电压源的连接。
[0027]确保连接器与电缆之间密封性的密封件可插入中间部件与连接器之间并且/或者插入中间部件的容腔。优选地，该密封件插入中间部件与连接器之间，或者插入中间部件的容腔。因此，后一种的变型优选地涉及使用额外的密封件，该额外的密封件是用于以密封方式将中间部件连接到外壳。因此它是优选的，因为它实际上涉及双重密封。不论是何种变型，该密封件优选地由弹性体材料制成(例如EPDM或者硅酮，后者是优选的)。
[0028]由Tyco公司以名称“single wire seal (单线密封件)”销售的密封件给出良好的结果，特别是在中间部件包括用于各配备有一个密封件的两根电缆的两个容腔的变型中。这些密封件包括提供一定的运动/轴向灵活性的波纹状(有环纹的)部分、以及用于强制安装在起伏部(relief)上的直部分。在此变型中，有利的是(为了节省高度方向的空间并且减小部件的尺寸)从所述密封件中去除用于强制安装并且在本发明背景下不一定有用的部分。
[0029]根据本发明，基板包含外壳。术语“包含(incorporate)"应被理解成表示此外壳或者紧固到孔口的周边(通过焊接、粘接、机械紧固等)，或者与其模塑为整体。后一种变型是优选的，特别是对于由塑料制成的基板。
[0030]根据定义，根据本发明的外壳是尤其用于接收中间部件的空心部件，该空心部件的尺寸和形状使得可利用快速连接式联接将此中间部件附接到该空心部件。词语“快速连接式联接”应被理解成表示一个部件与另一个部件的强制连接(forcible connection),其不必需要将组件保持在一起的额外部件。此类型连接的商业例子有“fir-tree (揪树式)”和“quick-connect (快速连接式)”连接，以及适合于简单的夹持紧固的起伏部。
[0031]因此，为了此目的，中间部件优选地设置有用于快速紧固的起伏部，该起伏部与外壳中相应的起伏部互补。中间部件的外表面上的凹槽与外壳内表面上的互补通道能够提供有效的夹持紧固。
[0032]本发明还涉及一种用于如上所述箱的基板，为了此目的其包括以密封方式安装在基板中的孔口周围的外壳，该外壳具有合适的尺寸和形状使得可以经由快速连接式联接将中间部件紧固到该外壳并且使得该外壳还接收电连接器。
[0033]本发明还涉及一种方法，用于借助于电缆并且经过安装在箱壁中的开口上的基板将用于储存内燃发动机排气液体添加物的箱的电气部件连接到在箱外部的电压源，根据该方法:
[0034]将电缆的至少一部分插入中间部件；
[0035]借助于密封件，将电缆连接到电连接器；
[0036]将组件插入以密封方式安装在基板中的孔口周围的外壳，并且利用快速连接式联接将中间部件紧固到该外壳，使得连接器从基板中的孔口延伸到箱的外部。
[0037]在此方法中，可以在将电气部件安装在箱中之前，将电缆/中间部件/连接器这一组件连接到该电气部件，从而使得该组件的安装和连接对于箱的制造者而言特别容易。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]以非限制性方式利用图1至图6来说明本发明，各图分别显示:
[0039]图1是根据本发明一个变型的经过箱基板的竖直中平面(median plan)中的剖面图。
[0040]图2是经过图1的基板的一个变型的密封外壳的竖直中平面中的剖面图。
[0041]图3是经过图1的基板的另一个变型的密封外壳的竖直中平面的剖面图。
[0042]图4是包含在图3的密封外壳中的中间部件的三维放大前视图。
[0043]图5是该同一中间部件的俯视图。
[0044]图6中示出可以如何有利地修改图3至图5中所示系统以减小其竖直空间要求。
[0045]在这些图中，通过举例而给出尺寸，相同的数字代表相同的部件，SP:
[0046]I是用于尿素水溶液箱的浸没基板
[0047]2是密封的外壳
[0048]3是柔性加热器[0049]4是给加热器提供电力的电缆
[0050]5是覆盖电缆与加热器间的焊缝的贴片
[0051]6是中间部件
[0052]7是柔性密封件
[0053]7’是“单线密封件”类型的密封件
[0054]8是用于密封件和电缆的容腔
[0055]9是O型圈
[0056]10是起夹具作用的凹槽
[0057]11是电连接器
【具体实施方式】
[0058]在图1中，可以看到安装在基板I上的柔性类型的加热器3 (即包括至少一个插在两个柔性膜之间或者附着到一个柔性膜上的电阻轨，优选地由硅酮制成)，基板I用于浸没在尿素箱中，即用于闭合此箱下壁中的开口(未图示)。此加热器3由2根电缆4提供电力，电缆4的两端被焊接到加热器的电阻轨的端部，所形成的焊缝被贴片5覆盖，该贴片5优选地也是由硅酮制成。这些电缆的相对端连接到电连接器，该电连接器在此图中不可见，因为该电连接器被包含在与基板整体模塑的密封外壳2内。
[0059]图2 (经过外壳2的一个变型的竖直中平面的剖面)中示出加热器3的电缆4的一部分如何插入中间部件6，该中间部件6借助于凹槽10夹持紧固在所述外壳2中，凹槽10与外壳2中的互补通道相互作用从而形成快速连接式的联接，利用强制安装在所述外壳2中的密封件7来确保所述联接的密封性，同时确保电缆7与电连接器11间的联接的密封性。
[0060]图3(经过外壳2的另一变型的竖直中平面的剖面)中示出如何借助于凹槽10将中间部件6(此时设置有用于“单线密封件”类型的两个密封件7’的容腔8)夹持紧固在所述外壳2中，该凹槽10与外壳2中互补通道相互作用从而提供快速连接式联接，利用容纳于中间部件6凹槽中的O型圈9来确保所述联接的密封性。
[0061]图4(前视图)和图5(俯视图)示出了中间部件6的几何构造。在图5中(略微偏离中心的视图)，能够看到穿过密封件7'的孔口，该孔口用于使电缆穿过。
[0062]图6示出了如何通过去除在某些应用中用于强制安装密封件7的密封件部分(左侧视图中的7")(在此应用中是多余的)，而获得右侧视图中所示的更紧凑(更短)的版式。
【权利要求】
1.一种用于储存内燃发动机排气的液体添加物的箱，所述箱包括:限定内部空间的壁、位于所述内部空间内的电气部件、以及至少一根能够将所述部件连接到在所述箱外部的电压源的电缆；所述电缆的至少一部分插入中间部件，所述中间部件连接到安装在所述箱的壁中的开口上的基板，其中所述基板包含以密封方式安装在所述基板中的孔口周围的外壳，所述中间部件利用快速连接式联接紧固在所述外壳中，并且所述外壳还包括电连接器，所述电缆借助于密封件以密封的方式连接到所述电连接器，并且所述电连接器从所述基板中的孔口延伸到所述箱的外部，所述密封件插在所述中间部件和所述连接器之间并且/或者插入所述中间部件的容腔。
2.如权利要求1所述的箱，其特征在于，被所述基板闭合的所述开口位于所述箱的下壁，并且所述基板经由室或空心部延伸至所述箱的内部，其中所述室或空心部经由至少一个孔口与所述箱相连通，所述添加物能够经过所述孔口而循环，并且所述室或空心部起旋流罐的作用。
3.如前述权利要求中任一项所述的箱，其中，所述外壳与所述基板模塑为整体。
4.如前述权利要求中任一项所述的箱，其中，所述电气部件是柔性加热器。
5.如前述权利要求中任一项所述的箱，其中，所述电缆是被含氟聚合物包覆且具有硅酮树脂涂层的不锈钢电缆。
6.如前述权利要求中任一项所述的箱，其中，借助于与至少部分地并入所述密封外壳中的所述连接器互补的连接器而实现与所述电压源的连接。
7.如前述权利要求中任一项所述的箱，其中，所述电缆被压接到所述连接器的电触头。
8.如前述权利要求中任一项所述的箱，包括用于以密封方式将所述中间部件连接到所述外壳的额外密封件。
9.如权利要求8所述的箱，其中，所述中间部件包括用于两根电缆的两个容腔，每根电缆配备有一个包括波纹状(有环纹的)部分的密封件。
10.如前述权利要求中任一项所述的箱，其中，所述快速连接式联接是夹持紧固，所述夹持紧固涉及在所述中间部件外表面上的凹槽以及在所述外壳的内表面上的互补通道。
11.一种用于如前述权利要求中任一项所述的箱的基板，所述基板包含以密封方式安装在所述基板中的孔口周围的外壳，所述外壳具有合适的尺寸和形状使得能够通过快速连接式联接将中间部件紧固到所述外壳并且使得所述外壳还接收电连接器。
12.一种用于制造如权利要求1至10中任一项所述的箱的方法，根据该方法: 将所述电缆的至少一部分插入所述中间部件； 借助于所述密封件以密封的方式将所述电缆连接到所述电连接器； 将组件插入所述外壳并且利用快速连接式联接将所述中间部件紧固到所述外壳，使得所述连接器从所述基板中的所述孔口延伸至所述箱的外部。
13.如权利要求12所述的方法，其中，在将所述电气部件安装在所述箱中之前，将所述电缆/中间部件/连接器组件连接到所述电气部件。
【文档编号】H01R13/52GK103429863SQ201180065687
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2011年11月21日 优先权日:2010年11月24日
【发明者】多米尼克·马杜, 斯蒂芬·伦纳德, Jj·范夏夫汀根 申请人:英瑞杰汽车系统研究公司