集成传感器催化器的制作方法

本公开涉及用于内燃机的排气系统的集成传感器催化器。

背景技术：

各种排气后处理装置已被研发来有效地限制内燃机的排气排放。此类后处理装置通常作为发动机排气系统的一部分与专用后处理系统结合在一起。

现代柴油发动机后处理系统通常包括柴油机微粒过滤器(DPF)，其用于在排气排放至大气中之前收集和处理柴油发动机排放出的煤灰微粒物质或煤烟。典型的DPF包含有贵金属(诸如，铂和/或钯)，其作为用于进一步氧化存在于排气流中的煤灰微粒物质的催化剂。

在煤灰微粒物质被DPF捕获之前，各种其他布置在排气系统中的装置可与排气流中的煤烟进行接触。由于煤灰微粒物质收集在此类装置上，这些装置的操作可能会受到不利的影响。

技术实现要素：

公开了一种用于过滤内燃机排放出的排气流的用于后处理(AT)系统的集成传感器催化器。集成传感器催化器包括配置成检测排气流的参数的传感器元件。集成传感器催化器还包括配置成过滤排气流中的污染物的微催化器元件。此外，集成传感器催化器包括壳体，其配置成容纳传感器元件和微催化器元件并相对于传感器元件固定微催化器元件，使得微催化器元件被布置并保持在传感器元件上游处的排气流中。

传感器元件可配置成检测排气流的温度。

内燃机可为压燃式发动机。

污染物可为发动机排放出的煤灰微粒物质。

微催化器元件可包括由排气流的高温活化的贵金属。此类贵金属可为铂和/或钯。

发动机可流体地连接至配置成输送所排放出的排气流的排气通道。壳体可包括配置成将集成传感器催化器可拆卸地连接至排气通道的特征件。

壳体中的至少一个可包括第一特征件，其配置成指示微催化器元件在传感器元件上游处的排气流中的定向。

排气通道可包括第二特征件。第一特征件相对于第二特征件的对齐可指示集成传感器催化器在排气通道上的定向，并因此可指示微催化器元件在传感器元件上游处的排气流中的定向。

集成传感器催化器可另外包括加热元件，其由壳体固定和保持成邻近微催化器元件。加热元件可配置成再生微催化器元件。

还提供了一种包括这种具有集成传感器催化器的AT系统的车辆。

从以下结合附图和所述权利要求书对用于实施本公开的实施例和最佳方式进行的详细描述中，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是具有连接至排气系统的柴油发动机的车辆的示意性平面图，该排气系统具有采用集成传感器催化器的后处理(AT)系统。

图2是布置在图1所示的AT系统的排气通道上的集成传感器催化器的示意性透视图。

图3是图2所示的集成传感器催化器的示意性局部平面剖视图，其示出了传感器催化器壳体中的开口。

图4是图2所示的集成传感器催化器的示意性侧面剖视图。

图5是图2所示的集成传感器催化器的示意性底面剖视图。

图6是集成传感器催化器的可选实施例的示意性局部平面剖视图，其示出了指示集成传感器催化器在排气通道上的定向的特征件。

具体实施方式

参照附图，其中，在若干个附图中，相同的参考标号表示相同的部件。图1示意性地示出了机动车辆10。车辆10包括配置成经由从动轮14推进车辆的内燃机12。内燃机12可配置为火花点火或汽油发动机，在该发动机中，特定量的环境空气流16与计量量的由燃料箱20提供的燃料18相混合，且所得空气-燃料混合物经由发动机的汽缸(未示出，但其为本领域技术人员所理解)内的专用装置(诸如，火花塞(未示出))点燃。内燃机12还可配置为压燃式或柴油发动机，在该发动机中，环境空气流16与计量量的由燃料箱20提供的燃料18相混合，且所得空气-燃料混合物在发动机汽缸内被压缩。虽然本公开适用于两种发动机类型，但随后的描述将主要集中于本公开在柴油发动机上的应用。

如图所示，发动机12包括排气歧管22，并可包括涡轮增压器24。涡轮增压器24由排气流26提供动力，发动机12的各汽缸在每一次燃烧事件之后通过排气歧管22释放出排气流26。涡轮增压器24连接至接收排气流26并最终将气流释放至大气中的排气系统28，该排气系统28通常位于车辆10的侧部或尾部。因此，发动机12流体地连接至排气系统28。虽然发动机12示出为具有附接至发动机结构的排气歧管22，但发动机可包括排气通道(未示出)，诸如，通常形成在排气歧管中的排气通道。在这种情况下，上述通道可并入至发动机结构中，诸如，发动机的汽缸盖。此外，虽然示出了涡轮增压器24，但本文并不排除发动机12可在不具有这种功率增大装置的情况下进行配置和操作。

车辆10还包括排气后处理(AT)系统30，其作为排气系统28的一部分操作，并采用各种配置成过滤排气流26中的污染物的排气后处理装置。在发动机12为柴油发动机的实施例中，AT系统30包括多个排气后处理装置，其配置成系统地去除排气流26中的微粒物质(PM)或煤烟(即发动机燃烧产生的主要含碳的副产物和排放物成分)。如图所示，AT系统30包括柴油机氧化催化器(DOC)32。DOC32的主要功能在于减少一氧化碳(CO)和非甲烷烃类(NMHC)。此外，DOC32配置成产生二氧化氮(NO₂)，这是布置在DOC32下游处的选择性催化还原(SCR)催化器34所需的。DOC32通常包含有由贵金属(诸如，铂和/或钯)制成的催化剂物质，该贵金属在DOC32中用以实现上述目的。一般而言，对于NO₂的产生，在高温下DOC32处于活跃状态中并达到操作效率。因此，虽然未示出，但DOC32可紧密地耦接至涡轮增压器24，以在气体到达DOC之前减少排气流26的热能损失。

另一方面，SCR催化器34配置成在由DOC32产生的NO₂的协助下，将NO_X转化成双原子氮(N₂)和水(H₂O)。当通用名为“柴油机排气处理液”(DEF)36的还原剂应用在柴油发动机中时，SCR转化过程还需要控制量或计量量的所述还原剂。DEF36可为包括水和氨(NH₃)的尿素水溶液。将DEF36从位于AT系统30中的某一位置处的储液器37喷入排气流26中，该位置位于DOC32的下游处，并位于SCR催化器34的上游处。因此，DEF36在排气流26流过SCR催化器时进入SCR催化器34。SCR催化器34的内表面包括用于吸收DEF36的封闭底漆，使得DEF可与排流26在NO和NO₂的存在下相互作用并产生化学反应来减少发动机12的NO_X排放物。

流过SCR催化器34之后，排气流26继续流向第二柴油机氧化催化器(DOC)38，其与柴油机微粒过滤器(DPF)40以串联的方式进行布置，并位于DPF40的上游处。如图1所示，DOC38和DPF40可容纳在单个罐42内。DOC38配置成将存在于排气流26中的烃类和一氧化碳氧化成二氧化碳(CO₂)和水。DPF40配置成在排气流26被排放至大气中之前收集和处理发动机12排放出的微粒物质。因此，DPF40充当用于去除排气流中的微粒物质(具体为煤烟)的捕集器。与上文所述的DOC32相类似，DOC38和DPF40中的每一个通常均包含有贵金属(诸如，铂和/或钯)，其在本装置中用作为催化剂，以实现其各自的目的。在流过罐42内的DOC38和DPF40之后，排气流26中的有害微粒物质被认为已被充分清除，因此排气流26可随后被允许排出排气系统28，并被排放至大气中。

AT系统30还可包括多个传感器元件，其中每一传感器元件都配置成检测排气流26的特定参数或特点。此类传感器元件可配置为温度探测器44、45、46、47和48，其意欲在发动机12下游处的各个点上感测排气流26的温度。这种传感器元件还可配置为探测器49，其配置成检测排气流26中的拉姆达(λ)参数。如本领域技术人员所理解的，拉姆达(λ)参数用作为指示器，其指示来自内燃机的排气流26中的燃料-空气比例。值为1.0的λ参数限定具有化学计量燃料-空气比的混合物；值大于1.0的λ参数限定贫混合物；且值小于1.0的λ参数限定富燃料混合物。在DPF40去除排气流26中的煤烟之前，这种煤烟可腐蚀上述传感器元件44至49，并干扰相应排气流参数的检测。

AT系统30还可包括控制器50。根据本公开，控制器50配置成调节发动机12的操作以及排气后处理装置(即DOC32、SCR催化器34、DOC38和DPF40)的操作。此外，在存在的情况下，探测器44、45、46、47、48和49中的每一个都与控制器50进行电气通信，以促进AT系统30的调节。例如，控制器50可配置成响应于温度探测器44、45、46、47和48检测到的排气温度调节发动机12的操作，以影响AT系统30的操作。此外，控制器50可配置成响应于探测器49在DPF的再生期间检测到的λ参数改变或调整专用喷射器52喷入DPF40上游处的排气流26中的柴油燃料量。

控制器50可包括中央处理单元(CPU)，其配置成调节内燃机12(在图1中示出)、混合动力传动系统(未示出)或其他可选类型的动力装置以及其他车辆系统或专用控制器的操作。为了适当地控制AT系统30的操作，控制器50包括存储器，其中该存储器的至少一部分是有形的和非瞬变的。存储器可为任何参与提供计算机可读数据或过程指令的可记录介质。这种介质可采取多种形式，包括但不限于：非易失性介质和易失性介质。

例如，用于控制器50的非易失性介质可包括光盘或磁盘以及其他永久性存储器。例如，易失性介质可包括动态随机存取存储器(DRAM)，其可构成主存储器。此类指令可由一个或多个传输介质进行传输，该一个或多个传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，其包括构成耦接至计算机处理器的系统总线的线缆。控制器50的存储器还可包括软盘、软磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD、任何其他光学介质等。控制器50可配置或配备有其他所需的计算机硬件，诸如，高速时钟、必要的模拟数字(A/D)和/或数字模拟(D/A)电路、任何必要的输入/输出电路和装置(I/O)以及适当的信号调节和/或缓冲电路。任何控制器50所需的或可通过控制器50进行访问的算法可存储在存储器中，并可自动执行来提供所需的功能。

根据本公开，AT系统30还包括集成传感器催化器54。集成传感器催化器54还包括配置成检测排气流26的参数的传感器元件。出于示例性的目的，虽然集成传感器催化器54在图2中示出为包括位于作为组成部分的传感器元件中的探测器44，但探测器(诸如，探测器44、45、46、47、48和49)中的任一个都可并入来作为集成传感器催化器的组成部分。集成传感器催化器54还包括微催化器元件56，其配置成过滤排气流26中的污染物(诸如，发动机12排放出的煤灰微粒物质)。微催化器元件56可包括由排气流26的高温活化的贵金属。具体地，微催化器元件56可配置成类似于DOC32，但在尺寸上小于DOC32，其中所采用的贵金属可为铂和/或钯。

如图2至图5所示，微催化器元件56位于相应的传感器元件(即探测器44)的上游处，以最小化传感器元件被排气流26中的煤烟腐蚀的可能性。反过来，由于煤烟对传感器元件造成的腐蚀被降低至最低程度，因此该煤烟对排气流26的参数的检测造成的干扰也得以降低，其中该检测由传感器元件执行。集成传感器催化器54还包括壳体58，其配置成容纳和保持传感器元件和微催化器元件56并相对于传感器元件固定微催化器元件，使得微催化器元件被布置并保持在传感器元件上游处的排气流26中。排气系统28包括排气通道28A，其配置成输送所排放出的排气流26，且其中，集成传感器催化器54安装至排气通道。壳体58限定开口58A，其配置成在气流已先后流过微催化器元件56和传感器元件并回流进入排气通道28A之后释放排气流26。

传感器催化器54的组装和集成可始于将微催化器元件56安装在壳体58内。之后，壳体58可在预定的定向上安装在由排气通道限定的孔62上，使得在最后的组装中，微催化器元件56位于相应的传感器元件的上游处。具体地，壳体58可焊接至排气通道28A的内表面60。在将壳体58安装至排气通道28A之后，传感器元件(诸如，探测器44、45、46、47、48和49中的任一个)可插入穿过孔62，并固定至排气通道。具体地，壳体58可包括固定至排气通道28A的附接工具64(诸如，互补螺纹(在图4中示出))，其配置成促进传感器元件至壳体的可拆卸连接。

可选地，如图所示，在集成传感器催化器安装至(诸如，焊接或螺纹连接至)排气通道28A之前，集成传感器催化器54可预组装有安装在壳体58内的微催化器元件56，其微催化器元件56固定至集成传感器催化器54。在该实施例中，排气通道28A和/或壳体58可包括相应的特征件，其配置成指示和/或设定集成传感器催化器54在排气通道28A上的定向，且微催化器元件56处于传感器元件上游处的排气流26之中。相应的特征件可包括布置在壳体58上的第一特征件66-1和布置在排气通道28A上的第二特征件66-2。例如，第一特征件66-1和第二特征件66-2可为对齐识别标记或与互补接合销一起使用的键槽。因此，第一特征件66-1相对于第二特征件66-2的对齐可指示微催化器元件56在传感器元件(诸如，探测器44)上游处的排气流26中的定向。此外，在集成传感器催化器54螺纹连接至排气通道28A的实施例中，第一特征件66-1可用作为抵靠在第二特征件66-2上的前档块(未示出)，进而对集成传感器催化器进行定位，使得微催化器元件56布置在传感器元件上游处的排气流26中。

集成传感器催化器可另外包括加热元件68。加热元件68可由壳体58固定并保持成邻近微催化器元件56。加热元件68可配置成在微催化器元件56充满煤灰微粒物质时再生微催化器元件56。加热元件68可与控制器50进行电子通信。控制器可被编程成再生微催化器元件56，并以预定时间帧70燃尽任何收集在微催化器元件56上的煤烟。例如，如由计算装置或其他以经验为依据的装置所验证的，当来自特定传感器元件(诸如，探测器44、45、46、47、48或49)的信号开始不再指示实际的排气参数时，该预定时间帧70可在AT系统30的性能测试和验证期间依据经验进行确定。

具体实施方式和附图或图支持并描述本公开，但本公开的范围仅由权利要求书限定。虽然已详细描述了一些用于实施要求保护的本公开的最佳方式和其他实施例，但存在有各种用于实践所附权利要求书限定的本公开的可选设计和实施例。此外，附图中所示的实施例或本说明书中提及的各种实施例的特点不一定要理解为彼此独立的实施例。相反，可能的是，在实施例的示例的其中之一中进行描述的各特点可与来自其他实施例的一个或多个其他所需特点进行组合，这得到不通过文字或不参照附图进行描述的其他实施例。因此，此类其他实施例落入所附权利要求书的范围的构架之内。