用於製造具有至少一個傳感器支座的、用於車輛排氣設備的催化器殼體系統的方法與流程

2023-04-23 01:01:21

本發明涉及一種用於製造具有至少一個傳感器支座的、用於車輛排氣設備的催化器殼體系統的方法。

背景技術：

US2007/00178026A1公開了一種催化器系統，在該催化器系統上可以設置用於傳感器(例如氣體傳感器)的傳感器支座。所述催化器系統在圖1中示出，且總體上用10表示。所述催化器系統包括催化器殼體系統12，所述催化器殼體系統具有構造為例如帶有圓形橫截面的管狀的、也就是基本上圓柱形的殼體中心區域14，並且在殼體中心區域的兩個端部區域上分別具有一個圓錐形的殼體端部區域16、18。催化器殼體系統12的催化器殼體19的殼體中心區域14以及殼體端部區域16、18例如由板料製成。在催化器殼體19的內部空間中設置兩個催化器單元20、22。每個催化器單元20、22包括例如單獨構造的催化器塊24、26以及圍繞所述催化器塊且通過壓配合支承在殼體中心區域14中的支承襯墊28、30。通過殼體端部區域16的開口32，從內燃機噴出的廢氣可以進入催化器系統10中。通過殼體端部區域18的開口34，廢氣可以從催化器系統10中逸出。

在殼體中心區域14上設置例如環狀的凸肩36，構造為內螺紋元件的傳感器支座通過焊接固定在所述凸肩上。傳感器(例如氣體傳感器)可以擰入傳感器支座中並且由此穿過設置在催化器殼體19上的傳感器開口38接合在所述兩個催化器單元20、22之間構成的間隙40中，並且在那裡檢測氣體組成、例如氧氣含量或氮氧化物含量。

技術實現要素：

本發明的任務在於，提供一種方法，用此方法可以簡單地製造允許可靠保持至少一個傳感器的用於車輛排氣設備的催化器殼體系統。

根據本發明，此目的通過一種用於製造具有至少一個傳感器支座的、用於車輛排氣設備的催化器殼體系統的方法得以實現，包括如下步驟：

a)提供至少一個傳感器支座-板坯，

b)通過擠孔成形在傳感器支座-板坯中這樣形成至少一個傳感器接納開口，使得開口長度大於在實施步驟b)之前傳感器支座-板坯的材料厚度，

c)在所述至少一個傳感器接納開口中產生內螺紋以便提供傳感器支座。

在按照本發明的方法中，通過擠孔成形形成至少一個傳感器接納開口，在開口產生的同時也在包圍開口的區域中產生材料集聚。因此，所述開口具有大於傳感器支座-板坯的初始厚度的開口長度，從而可以提供用於產生足夠長的內螺紋的材料。

此外，按照本發明的方法可以包括如下步驟：

d)提供優選由板料製成的、具有至少一個傳感器開口的催化器殼體，

e)在步驟b)之前或在步驟c)之後或在步驟b)之後且在步驟c)之前，在催化器殼體上固定至少一個傳感器支座-板坯或傳感器支座。

因此在該操作方式中，傳感器支座-板坯還可以在產生開口前固定在其中或在引入內螺紋前固定在催化器殼體系統上。作為替代形式，已完成的、也就是已經設有開口和螺紋的傳感器支座可以固定在催化器殼體系統上。催化器殼體可以在此按照再加工的類型已經提供為由多個部件或區域組裝而成的殼體，或者可以以還未組裝成殼體的殼體零件提供，以用於後續加工，尤其還用於安裝一個或多個傳感器支座或傳感器支座-板坯。

為了能夠保證將傳感器支座穩定地且氣密地安裝到催化器殼體上，建議步驟e)包括通過焊接實現所述固定。

在此例如可以設定，步驟e)包括將至少一個傳感器支座-板坯或傳感器支座放置到催化器殼體的外表面上並且通過角焊實現所述固定。作為替代形式，為了使傳感器支座的過渡部與催化器殼體的外表面齊平而可以設置，步驟e)包括將至少一個傳感器支座-板坯或傳感器支座嵌入到在傳感器開口的區域中構成在催化器殼體上的傳感器支座凹窩中以及通過I型縫焊實現所述固定。

步驟d)可以包括提供如下催化器殼體，所述催化器殼體具有基本上圓柱形的殼體中心區域並且在殼體中心區域的至少一個端部上具有基本上圓錐形的殼體端部區域，或/和可以包括提供在殼體中心區域中具有至少一個傳感器開口的催化器殼體。尤其是，利用板料進行構造可以簡單且低成本地實施並通過焊接實現一個或多個傳感器支座的穩定連接。

此外，步驟d)可以包括在至少一個殼體端部區域中具有至少一個傳感器開口的催化器殼體，或/和可以包括提供在從殼體中心區域到殼體端部區域的至少一個過渡區域中具有至少一個傳感器開口的催化器殼體。

此外，本發明涉及用於車輛排氣系統的催化器系統，包括具有按照本發明的方法製造的催化器殼體系統。

在此優選地，在至少一個固定在催化器殼體系統上的傳感器支座上通過螺紋接合承載至少一個傳感器。所述螺紋接合能夠實現一方面穩定地、另一方面氣密地將傳感器通過傳感器支座連接到催化器殼體系統上。

至少一個承載在所述催化器殼體系統上的傳感器可以是氣體傳感器，優選是O2傳感器或NOX傳感器，或/和至少一個承載在所述催化器殼體系統上的傳感器可以是溫度傳感器。因此原則上，在催化器殼體系統上，多個例如不同的傳感器也可以承載在不同的位置上，以便因此能夠提供關於燃燒廢氣的狀態或組成的全面信息。

在催化器殼體系統中可以承載至少一個催化器單元。

附圖說明

下面將藉助附圖詳細說明本發明。其中：

圖1示出由現有技術已知的催化器系統的縱剖面視圖；

圖2示出傳感器支座-板坯的剖面圖；

圖3示出在實施擠孔成形過程中圖2的傳感器支座-板坯；

圖4示出在螺紋切削過程中的傳感器支座-板坯；

圖5示出在催化器殼體上的傳感器支座，其具有支承在其上的傳感器；

圖6示出用角焊縫固定在催化器殼體上的傳感器支座；

圖7示出用I型焊縫固定在催化器殼體上的傳感器支座；

圖8示出固定在殼體中心區域的區域中的傳感器支座；

圖9示出固定在從殼體中心區域到殼體端部區域的過渡區域中的傳感器支座；

圖10示出固定在殼體端部區域中的傳感器支座；

具體實施方式

在接下來開始詳細說明催化器殼體系統、尤其是用於其的傳感器支座的製造方法之前，要指出的是，原則上這種要製造的催化器殼體系統或包括該催化器殼體系統的催化器系統的結構可以如在圖1中已示出的那樣及在先藉助圖1說明的那樣設置。因此，接下來在使用開頭已用的附圖標記的情況下也在本發明的上下文中涉及這樣的催化器殼體系統或催化器系統(如在圖1中示出的催化器殼體系統或催化器系統)的基本結構。

圖2示出總體上用42表示的傳感器支座-板坯42貼靠在催化器殼體19(這裡即殼體中心區域14)的外表面44上。傳感器支座-板坯42可以通過從例如金屬板的板材基本材料上進行分離、例如衝裁或剪切而作為首先基本上平面的構件被提供，然後例如通過擠壓、彎曲或深拉而變形為用於後續使用的期望形狀。在此，這樣提供具有成形為貼靠在催化器殼體19上的邊緣區域46的傳感器支座-板坯42，使得所述邊緣區域46可以貼靠在包圍傳感器開口38的整個區域中的外表面44上。

在接下來以及圖3形象說明的工作步驟中，通過擠孔成形在傳感器支座-板坯42中產生傳感器接納開口48。擠孔成形，普遍也已知為「流動鑽孔(Flow Drilling)」或「熱摩擦鑽孔(Thermal Friction Drilling)」，在使用加熱到高溫的且圍繞其縱軸線旋轉的芯軸狀工具50的情況下實施。工具50壓到傳感器支座-板坯42上。在此，在通過工具50加載的區域中傳感器支座-板坯42的金屬材料局部融化並且朝向側面排擠。在此，在包圍傳感器接納開口48的區域中產生在傳感器支座-板坯42兩側的材料加厚部52，使得貫穿所述材料加厚部52的傳感器接納開口48具有開口長度L，其大於傳感器支座-板坯42的板料的初始厚度D。通過工具50，在擠孔成形時可以提供在材料加厚部52的區域中也具有用於傳感器的基本上平面的貼靠面54的傳感器支座-板坯42。如接下來還描述的那樣，貼靠面54在已完成的催化器殼體系統12中位於外側。

在圖4中形象說明的接下來的工作步驟中，在形成在材料加厚部52的區域中的傳感器接納開口48中切削內螺紋56。內螺紋56可以通過對應的工具58直接在產生傳感器接納開口38後在傳感器支座-板坯42還熱的狀態中產生，或可以在傳感器支座-板坯42已經基本上冷卻時產生。

在內螺紋56產生後，傳感器支座-板坯42基本上完成加工，使得提供總體用60表示的傳感器支座。所述傳感器支座在圖5中形象說明的工作步驟中以其邊緣區域46通過焊接固定在催化器殼體19的外表面44上(在示出的、殼體中心區域14的示例中)。在圖5和圖6示出的通過焊接固定的類型中，邊緣區域46放置到基本上無臺階的、但基於殼體中心區域14的管狀構型而彎曲的外表面44上。在邊緣區域46與外表面44之間成角度的過渡區域中，通過角縫焊可以產生包圍整個邊緣區域46的且所述邊緣區域因此連接到催化器殼體19上的焊縫62。因此在傳感器支座60與催化器殼體19之間產生穩定的且尤其是氣密的連接。

然後，在傳感器支座60中可以擰入總體用64表示的傳感器，使得在其上設置的外螺紋66與內螺紋56螺紋接合。傳感器64可以擰入為直到在其上例如構造為外六角的止擋件68可能在中間放置環狀的密封元件的情況下氣密地貼靠在傳感器支座60的貼靠面54上。

在製造或固定傳感器支座60時也可以以其他時間順序來實施不同的上述工作步驟。這樣在提供具有期望形狀的傳感器支座-板坯42之後可以通過焊接將傳感器支座-板坯固定在催化器殼體19上。然後接下來可以通過擠孔成形提供傳感器接納開口48，然後在所述傳感器接納開口中產生內螺紋56。作為替代形式，當通過擠孔成形在傳感器支座-板坯中產生傳感器接納開口48時，但在傳感器接納開口38中切削內螺紋56之前，傳感器支座-板坯42可以通過焊接固定在催化器殼體19上。

圖7示出傳感器支座60或傳感器支座-板坯42按照工作步驟的順序連接到催化器殼體19上的可替代形式。在此變型方案中，在催化器殼體19上、例如在殼體中心區域14上設置傳感器支座凹窩70，其圓周輪廓對應於傳感器支座60或傳感器支座-板坯42的圓周輪廓。在傳感器支座凹窩70中嵌入傳感器支座60或傳感器支座-板坯42，使得在邊緣區域46和包圍傳感器支座凹窩70的壁72之間留有間隙。在所述間隙中引入包圍整個邊緣區域46的且基本上完全填充所述間隙的I型焊縫64，也稱為雙面全焊縫。傳感器支座60或傳感器支座-板坯42的邊緣區域46因此基本上齊平地、也就是基本上無臺階地通過焊縫74過渡到催化器殼體19的外表面44中。

圖8-10示出傳感器支座60在催化器殼體19上的定位的不同形式。在圖8中示出的定位基本上也對應於如用於圖1結構中的傳感器支座的定位。傳感器開口38設置在殼體中心區域14中，尤其是設置在構造在兩個催化器單元20、22之間的間隙40的區域中。要固定在傳感器支座60上的傳感器可以接合到間隙40中或檢測在所述區域中的氣體組成或氣體溫度。

在根據圖9的構型方式中，傳感器支座60設置在殼體中心區域14和例如殼體端部區域18之間的過渡區域76中。在該變型方案中，傳感器開口38例如部分地構造在殼體中心區域14中並且部分地構造在殼體端部區域18中。傳感器支座60或傳感器支座-板坯42的邊緣區域46例如通過角焊固定在催化器殼體19的外表面44上。

在圖10中示出的構型變型方案中，傳感器支座60或傳感器支座-板坯42完全例如設置在殼體端部區域18上。傳感器開口38完全設置在殼體端部區域18的圓錐形區域中。

對於在圖9中形象說明的傳感器支座60的定位有利的是，在傳感器支座60被安裝在過渡區域76上之前，催化器殼體19的不同區域或元件、也就是殼體中心區域14和殼體端部區域16、18例如通過焊接或/和壓配合相互連接。在圖8和10中示出的定位中，在催化器殼體19的區域或元件被組裝之前或之後，傳感器支座60可以固定在催化器殼體19的相應的區域或相應的元件上。

對此要指出的是，在催化器殼體19上可以設置多個傳感器支座60。所以例如可以在兩個殼體端部區域16、18中的每個殼體端部區域上分別設置至少一個傳感器支座60，以便能夠例如檢測在兩個催化器單元20、22的上遊區域中以及在所述催化器單元20、22的下遊區域中的氣體組成或氣體溫度，或能夠分別檢測在這些區域中的不同的測量參數。替代地或附加地，也可以在殼體中心區域14上例如沿圓周方向相繼地設置多個傳感器支座60。

此外，在至少一個傳感器載體中可以設置多個傳感器接納開口，例如並排設置兩個傳感器接納開口，使得多個傳感器可以被承載在一個唯一的傳感器支座上，所述傳感器例如構造用於檢測不同的測量參數。在這種情況中，一方面傳感器支座以及另一方面配設給該傳感器支座的、設置在催化器殼體上的傳感器開口能夠相應較大地確定尺寸。進一步可以在催化器殼體上設置不同造型的傳感器支座，以便能夠例如根據安裝地點為了分別要在那裡配置的傳感器保證合適的安裝位置。