CN101516694B - 装备了具有一体化的加热元件的连接器的管线 - Google Patents

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Abstract

尿素送料或返回管线(2)包括使它能够被连接到尿素箱的一个中空连接器(1)，并且包括用于尿素的一个通道，此外，该连接器装备有一个加热丝(9)，该加热丝的至少一部分在为尿素配置的通道内自由延伸，该部分具有一个环或一个螺旋的形状，该形状也能够至少部分地延伸进入该箱和/或进入附接到其上的一个管子中。

Description

装备了具有一体化的加热元件的连接器的管线
本申请涉及带有一体化的加热元件的一种连接器，并且还涉及这种连接器用于将送料或返回管线连接到一个尿素箱的用途。
除其他事项外，车辆和重型货车排放方面的法律还规定了减少排入大气的氮氧化物NOx。实现这种目标的一种已知的方式是使用SCR(选择性催化还原)方法，该方法通过将一种还原剂(通常是氨)注入排气管线使氮氧化物能够减少。可以从一种氨前体溶液的高温分解得到这种氨，该溶液的浓缩物可以是低共熔的浓缩物。这种氨前体通常是一种尿素溶液。
采用SCR方法，发动机在以最佳效率的燃烧过程中所产生的高浓度NOx在离开发动机时在一种催化剂中进行了处理。这种处理要求以精确的浓度使用极端的品质的还原剂。因此，该溶液被精确计量并被注入排气流之中，在将这种氮氧化物(NOx)转化为氮气(N2)和水(H2O)之前，这种溶液在该排气流中被水解。
为了做到这一点，必须为这些车辆装备容纳了添加剂(通常是尿素)溶液的一个箱以及用于对所希望量值的添加剂进行计量并且将添加剂注入该排气管线中的一种器件。
在通常用于此目的的水性尿素溶液(低共熔的水/含有32.5wt％尿素的尿素溶液)在-11℃冻结的前提下，则为了在冻结条件下起动的情况下能够将该溶液注入该排气管线，必须提供一种加热器件以将这种溶液液化。
现有技术已经提供了用于这种目的的几种系统。这些系统通常包括相对昂贵的加热器件，这些加热器件涉及专用加热元件或者发动机冷却回路的一个旁路(例如，见本申请人名下的申请WO2006/064001)。
就专用加热元件的使用而言，已知将加热丝置于含尿素溶液的箱中以及任选地置于尿素的(若有必要，送料和返回)管线中。然而，本申请人已经观察到在这些尿素管线至该箱的连接处产生一个问题。这是因为在这些连接之中以及它们的周围易于形成一个冰栓(冻结的溶液)，而且，鉴于它们通常是由具有一定厚度的塑料制成的注塑模制零件，则通过一个外部加热丝的加热并不有效。
本申请的目的在于通过提供用于液体箱的一种连接器来解决这种问题，该连接器能够迅速除去可能在该液体箱内部已经形成的冻结液体的栓塞。
出于这种目的，本发明涉及一种中空的连接器，这种连接器使之有可能将一个管线连接到一个液体箱，该管线使该液体能够被输送，并且为此目的，该连接器装备有用于所述液体的一个通道，此外，该连接器还装备有一个加热丝，该加热丝的至少一部分在为该液体配置的通道内自由延伸。这种安排使之有可能确保该液体与一个大的加热表面积直接接触并因此而将该液体迅速加热。
在本发明的范围内所涉及的液体是在正常使用条件下为液态的一种化合物。优选这种化合物是能够将存在于内燃机废气中的NOx还原的一种还原剂。有利地的是，它是一种前体的溶液，该前体在这些废气中原位产生氨(一种有效的还原剂)。本发明用尿素特别是用尿素的水溶液作为一种前体得到了良好的结果。低共熔的水/尿素溶液(包括32.5wt％的尿素并且它在约-11℃时冻结)是非常适合的。
根据本发明的连接器旨在被连接到一个液体箱上。这个箱可以用任何材料制成，优选是化学上耐受所涉及的液体的一种材料。总体上，这种材料是金属或塑料。在尿素的情况下，聚烯烃树脂类特别是聚乙烯(并且更具体地是HDPE或高密度聚乙烯)构成优选的材料。
因此，根据本发明的连接器旨在将一个管线连接到这个箱上，该管线使液体能够被输送，例如，在尿素的情况下，是将这种液体传送到一种装置，这种装置将所述液体注入发动机的废气中。本发明的这种变体(根据这种变体，该箱是一个尿素箱)可被应用于能够在内燃机的废气中产生NOx的任何内燃机。它可以是带有或不带有一个燃料回流管线(即，将未被发动机消耗的剩余燃料返回到燃料箱的管线)的一种发动机。有利地是将它应用于柴油发动机，并且特别是应用于车辆的柴油发动机。
根据本发明的连接器的外形可以是任何形状的，而且，它的形状总体上随着该箱的对应位置以及该管线必须被连接的位置而变化。优选根据本发明的连接器是一种弯管连接器，即由两个基本上圆柱形的段形成，这样在它们之间形成基本上是直角的一个角度。其内部形状(即用于该液体的通道的形状)可以是任何形状，但从总体上来讲，这种形状基本上呈圆柱形。
根据本发明的连接器一方面能够以任何已知的方式连接到该箱，并且在另一方面被连接到该管线。然而，优选这是本领域中熟练的技术人员公知的快速连接器类型的一种迅速连接。出于这种目的，优选根据本发明的连接器在其两端配备有一种适当的凹凸部(在内部或在外部)。优选所述凹凸部在旨在被连接到该箱的侧面的内侧；例如，它可以是带有突出密封件的一个或多个凹槽，这些密封件例如是O型环类型的密封件。还优选该凹凸部在旨在被连接到该管线的侧面的外侧，并且(例如)是由该凹凸部内的几个凹槽构成。
根据本发明，该连接器包括一个加热丝，该加热丝的至少一部分在该通道内自由地延伸。术语“自由地”应理解为是指该丝(任选地配备有一个保护涂层)直接与存在于该通道内的液体(尿素)相接触，并且不被嵌入例如像一个柔性管子这样的绝缘结构中。总体上，它是基于一种导电金属的一种电阻丝，该金属是耐尿素的和/或配备有向其提供这种耐受性的一个涂层(PFA、FEP、PTFE)。
优选这个“自由”零件具有一个环或一个螺旋的形状，可以将该零件的两个端连接到一个电气端子上(以便能够有效地将该液体加热)。优选该环或螺旋从连接器的旨在连接到该箱的侧面延伸，并且特别优选它还至少部分地延伸进入该箱中和/或进入附接到其上的一个管子中(见下面的描述)。优选的是，该环/螺旋透入直到该箱并且以这种方式迅速熔化存在于该箱中的冻结液体的栓塞。换言之：在本发明的范围内，优选该环/螺旋从该连接器(并且实际上从该管线)“伸出”，以便能够延伸进入该箱(或进入这个箱的一个管子中)。透入该箱几厘米的一个环/螺旋提供了良好的结果。
为了有助于将该环引入连接器(以及引入箱，如果必要的话)，有利的是用一个导向件来支撑它，该导向件是任何形状的，例如是指形的，并且装备有使它能够附接到该环上的至少一个紧固凹凸部(夹子、凹口等)，优选仅周期性地进行这种附接，以使用于热交换的表面积不损失太多。优选这个导向件基本上是刚性的，以保持该环在连接器/箱中的位置。优选至少一个紧固凹凸部是旨在用于该环的顶部。
根据本发明一个特别有利的变体，将一个电接线电子附接到该连接器上，以使该加热丝的自由端能够被连接到一个供电电路。在一个更特别优选的方式中，根据本发明连接器的加热丝包括一个额外的长度，该长度并非旨在自由延伸进入该连接器，而是要使例如该管线的另一个部分能够被加热。
同样在一种更特别优选的方式中，该电气端子可以使一个第二加热丝(盘绕在该管线的外表面上)能够独立于该环/螺旋的加热丝的而被连接到该供电电路上。
可替代地，可以使用该接线端子来并联或串联地连接另一个加热元件。优选这个加热元件包括至少一个柔性加热零件(这就是说，装备有使它能够升温的一个器件，如一个电阻元件)。优选该柔性零件是一个柔性加热器，这就是说它包括插在两个柔性薄膜之间或附到一个柔性薄膜上的至少一个电阻条。可替代地，它可以是能够盘绕到一个待加热零件上的一个简单的加热丝或一个PTC元件。
优选地，该电气端子是被附接到该连接器上，出于这种目的，该连接器配备有一个开口，该开口允许该加热丝的通过，并且有利地位于为此目的而设在该连接器上的一个赘物中。当该连接器是一个弯管连接器时，该赘物大体上位于该角(该弯管的顶点)上。优选通过一种快速连接进行该接线端子到该赘物的附接，并且，出于这种目的，该赘物和/或该接线端子配备有多个适当的凹凸部。
具体地，为了获得一种不可渗透的附接，对该接线端子而言有利的是它还包括一个赘物，该赘物旨在被插入连接器的赘物的开口中并且装备有至少一个密封件，例如，该密封件被插入为此目的配置的一个凹槽中。
本发明还涉及用于装备有上述连接器的液体箱的一种管线，所述管线包括基本上覆盖其整个长度的一个加热丝，该加热丝是与该连接器的加热丝由一个零件制成或者与该连接器的加热丝串联或并联连接的一个分离的加热元件制成。可以将该丝(元件)定位于该管线的内侧或其外表面。出于腐蚀方面的原因，优选将它定位于该管线的外表面上。在一种更特别优选的方式中，该元件是处于一种盘绕在该管线的外表面上的丝的形式。
本发明的一个特别有利的变体是这样一种变体，即根据变体，将该加热丝盘绕在该管线的外表面上，其端部之一被直接连接到电气端子的一个接线柱上，并且另一端在被连接到该电气端子的另一接线柱上之前在该连接器内遵循一个环。
本发明可特别有利地应用于用塑料制成的一个连接器并且优选基于注塑模制的塑料。具体地，可用聚酰胺(PA-11、PA-12或PA-6，6)制成的连接器获得良好的结果，优选是经过强化(尤其是用玻璃纤维)。若有必要，该同一材料还适合于电气端子。在这种情况下，有利的是用形成该接线端子的塑料对加热丝的各端进行包覆模制。
本发明还涉及装备有上述连接器的一种箱，并且特别涉及用于一种尿素溶液的箱，这种箱旨在用于机动车辆的废气。特别地，这个箱装备有与在后面描述的一个潜没的基板模制为一个零件的管子，并且该连接器附接到该基板上。
可以通过在中空体的情况下以任何已知的转换工艺制造这种箱。特别是在该箱是用塑料(尤其是用HDPE)制成时，一个优选的加工方法是挤出-吹塑模制工艺。在这种情况下，通过挤出获得一个型坯(处于一个或多个部分)，然后该型坯在一个模具里通过吹塑模制被成形。用一个单一型坯的该箱的一个部分的模制产生了良好的结果。
为了使该连接器能够被连接到该箱上，该箱有利地装备有一种类型的凸缘或管子，在其上或其中附接了该连接器。可将这个管子与箱或连接到箱的一个零件模制为一个零件。根据一个优选的变体，该管子与一个基板或安装板模制为一个零件，该基板或安装板是旨在将箱壁上的一个开口密封的一个平板零件。具体地，该基板非常适合于穿过中空体壁的配件的支架。它具有任何形状的将其本身闭合的一种外周。通常，其周边具有圆的形状。
在一种特别优选的方式中，这个基板是一个潜没的安装板，即密封该箱下部壁的一个开口。事实上，在本发明的范围内，表述“下部壁”应理解为是指该箱的下半部分(无论它是模制为一个零件或者用两个型坯板材或切块来模制)。优选该基板位于该箱的下三分之一中，并且更特别优选在下四分之一中，或甚至在这个箱的底部。它可以部分在下部侧壁上，在这种情况下，一旦安装在车辆上，它便会略微倾斜。即该基板的位置和/或方向取决于该箱在车辆中的位置，并且取决于在其周围被占用的空间(考虑到在该空间有待一体化的这些部件)。
根据本发明的这个变体，优选该基板还整合至少一个有效的储存和/或注入部件。这应理解为是指将该部件附接到或与该基板制造成一个零件。该部件可以被整合到该箱的内侧，或者整合到该箱的外侧上，若有必要，该外侧带有通过该基板的连接。这种变体是本申请人名下的申请FR 06/05082的主题，且该申请内容通过引用结合在本申请之中。
优选地，根据本发明的这种变体的基板将几个有效的储存和/或计量部件一体化，并且更特别优选它将所有的有效部件一体化，这些有效部件与存在于该添加剂箱中、从其离开或进入其中的液体添加剂发生接触。
优选该部件选自以下元件：一个泵；一个液面计；一个加热器；一个温度传感器；一个品质传感器；一个压力传感器以及一个压力调节器。在添加剂储存和/或注入系统中，这些元件各自具有一个有效作用，并且将它们整合入一个“潜没的”安装板(即只要该箱不是空的，总是处于存在的添加剂之中)的事实具有特别的优点：
-对于液面计：更好地限定了低点，并因此使测量较小地受箱的变形的影响；
-对于加热器：在冻结的情况下，通过与该加热系统结合的安装板的设计，一个隔室的逐渐形成使之有可能输送在车辆制造商所需要的时间段内(例如：在三十分钟内100ml)污染控制系统的运行所要求的添加剂溶液的体积；
-对于温度传感器或品质传感器、或该添加剂的其他的一种或多种特征的传感器：使之有可能容易地将它定位在用于向该注入系统送料的一个关键性的区域中。
该液面计可以是任何类型的。优选它是没有活动零件的一个量具，如电容类型的量具。
就加热器而言，它可以包括具有给定容量的一个热交换器，或者优选包括由一个腔室环绕(以产生上述隔室)的加热元件。优选这个腔室与该基板是一个零件(在适当的情况下，用一个零件模制)。
潜没在这个箱中的基板(当该箱在其中包括一个时)也可以通过任何已知的方式获得，但优选通过注塑模制获得这种基板，此方法使之有可能获得高尺寸精度。
优选地，该基板是基于一种耐燃料的材料，例如聚缩醛，特别是POM(聚甲醛)或聚酰胺类，以及特别是强化(例如，用玻璃纤维)的聚酰胺的等级。优选地，该基板是用聚酰胺制成并且它包括一个管子，该管子与该基板模制成一个零件并且旨在连接到如前所述的连接器上。
本发明是通过图1以一种非限制性方式进行说明。
在图中可以看出，根据本发明的一个特别优选的变体的一个连接器(1)连接到用于将尿素加到一个注入器或一个尿素泵(未示出)中的一个管线(2)。它是一个弯管连接器，该弯管连接器的一端(3)是旨在卡扣紧固到一个尿素箱(未示出)的一个管子上，并且该弯管连接器的另一端(4)被固定到尿素管线(2)中。为此目的，这些端分别配备有插入内凹槽(6)中的突出密封件(5)以及外突出凹槽(7)。该连接器(1)以及管线(2)用塑料制成。
同样用塑料制成的一个电气端子(8)被卡扣紧固到该连接器(1)上。这个连接器对一个加热丝(9)的两个端(9′、9″)进行包覆模制，该加热丝在该连接器(1)内遵循一个环，而且还进一步地围绕管线(2)进行一种脊式螺旋的盘绕(10)。
使用一个支架(11)将该丝环(9)插入连接器(1)中，该支架是指状的并且被固定到端子的一个赘物(12)上，该端子被插入一个孔口中，该孔口是为此目的而设在该连接器的角度/弯管中，出于这种目的，该角度/弯管也包括一个赘物(13)。这个指形件(11)在其顶端配备有一个紧固凹凸部(未示出)，该紧固凹凸部使其能够被紧固到环的顶部。
使用一个密封件(14)实现了电气端子(8)的赘物(12)与连接器(1)的赘物(13)内的开口之间的密封。
总体上，管线(2)与连接器(1)是预组装的，并且该组件被安装在一个尿素箱(或者如上所述在这个箱的一个管子)上。

Claims (10)

1.尿素送料或返回管线(2)，该管线包括使它能够被连接到一个尿素箱的一个中空连接器(1)，并且该管线包括用于尿素的一个通道，此外，该连接器装备有一个加热丝(9)，该加热丝的至少一部分在为尿素配置的通道内自由延伸，该部分具有一个环或一个螺旋的形状，该形状也能够至少部分地延伸进入该箱中和/或进入附接到尿素箱上的一个凸缘中。
2.根据前一权利要求所述的管线，其特征在于，该连接器(1)是基于注塑模制的塑料。
3.根据以上权利要求中的任何一项所述的管线(2)，其特征在于，该连接器(1)是由两个基本上圆柱形的段形成，这样在它们之间形成基本上是直角的一个角度。
4.根据以上权利要求中的任何一项所述的管线(2)，其特征在于，该连接器(1)配备有多个凹凸部(6，7)，这些凹凸部允许一方面至该箱而另一方面至该管线(2)的快速连接。
5.根据以上权利要求中的任何一项所述的管线(2)，其特征在于，该环/螺旋是由一个导向件(11)支撑的，该导向件有助于将其插入该连接器(1)中。
6.根据以上权利要求中的任何一项所述的管线(2)，其特征在于，将一个电气端子(8)连接到该环/螺旋上并且附接到该连接器(2)的一个赘物(13)上，该赘物配备有一个开口，该开口允许该加热丝(9)的通过，该赘物(13)和/或该电气端子(8)为此目的配备有使它们能够迅速地相互连接的一个或多个凹凸部(12)。
7.根据以上权利要求中的任何一项所述的管线(2)，所述管线包括基本上覆盖其整个长度的一个加热丝(9)，该加热丝是与该连接器(1)的加热丝由一个零件制成或者是由与该连接器(1)的加热丝串联或并联连接的一个分离的加热元件制成。
8.根据前一权利要求所述的管线，其特征在于，将该加热丝(9)绕在该管线的外表面上，该加热丝的一端(9’)被直接连接到一个电气端子的一个接线柱上而另一端(9″)在被连接到该电气端子的另一个接线柱上之前在该连接器内遵循该环。
9.配备有根据以上权利要求中任何一项所述的一个管线(2)的尿素箱。
10.根据前一权利要求所述的箱，其特征在于，将该连接器(1)连接到一个管子上，该管子与一个基板模制为一个零件，该基板将该箱壁中的一个开口密封。
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