CN102906388A - 用于向内燃机废气管路中配量流体介质的阀装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于向废气管路（22）中配量流体介质的阀装置（2），其包括：与封闭体（12）协同作用的阀座（10），在该阀座中构成阀通道（14）；布置在阀座（10）下游且封闭该阀通道（14）的孔盘（6），该孔盘在阀通道（14）的区域中具有至少一个轴向孔（8），流体介质通过该孔喷射到废气管路（22）中。该阀装置还包括使阀装置（2）流体密封地连接到废气管路（22）上连接法兰（16），其中，孔盘（6）从阀通道（14）延伸到连接法兰（16）并且这样构造：使得该孔盘在安装状态下使连接法兰（16）相对于废气管路（22）流体密封地密封。因此可以省去单独的密封件，因为所述孔盘承担了密封功能。

Description

用于向内燃机废气管路中配量流体介质的阀装置

技术领域

本发明涉及一种用于向内燃机、尤其是柴油发动机的废气管路中配量流体介质、尤其是尿素水溶液的阀装置。

背景技术

在现代内燃机的废气中包括一系列污染环境的组分，尤其是氮氧化合物（NO_x）。为了还原废气中的氮氧化合物，它们常常在内燃机的废气管路中被后处理。在该废气后处理时使用的一种方法是SCR方法（selectivecatalytic reduction，选择性催化还原），其中，还原剂、一般是尿素水溶液被喷射到废气管路中，使氮氧化合物（NO_x）被还原成氮气（N₂）和水蒸气（H₂O）。由此，内燃机废气中的氮氧化合物的排出可降低约90%。尿素水溶液，例如作为AdBlue已知的由32.5%高纯尿素溶解在去矿质水中形成的水溶液，在这里是一种用于废气净化的保护环境的化学物质。

用于对废气进行后处理的还原剂一般贮存在罐中，通过配量阀在压力下引入到内燃机废气管路中。这种配量阀一般包括一个孔盘，处于压力下的还原剂通过该孔盘喷射到废气管路中。

这种阀从DE 102007043532A1已知，其中说明了一种用于向汽车废气系统的废气管路中配量流体、尤其是还原有害物质的介质的阀装置。该阀装置包括一个流体入口、一个出口区域和一个可运动地安置的封闭体，该封闭体与在一个在保持体上构造的阀座协同作用以封闭出口区域，其中，当出口区域打开时，介质可从流体入口流到出口区域。在出口区域中还存在一个喷射孔盘，它固定在保持体上。该阀安装在一个设置于废气管路上的适配器中，并且利用一个相应的O形密封件密封。

从现有技术已知的具有喷射孔盘（还原剂通过该喷射孔盘供给到内燃机的废气管路中）的阀在制造和安装方面都是费事的。例如迄今在阀和废气管路之间需要单独的密封元件。此外在已知的阀中从所述废气输入到阀中的热量很高。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种用于将流体介质引入到废气管路中的阀装置，与已知的阀相比，该阀装置能够更简单地制造和安装，但仍能保证该阀和废气管路之间的可靠的流体密封的连接。

本发明的任务通过一种根据独立权利要求1的用于向废气管路中配量流体介质的阀装置解决。在从属权利要求中得到有利的改进方案。

根据本发明的用于向废气管路中配量流体介质的阀装置包括一个与一封闭体协同作用的阀座，在该阀座中构成一阀通道，该阀装置还包括一布置在该阀座下游并且封闭该阀通道的孔盘，该孔盘在阀通道的区域中具有至少一个轴向孔，所述流体介质可通过该轴向孔喷射到所述废气管路中。该阀装置还包括一个用于使该阀装置流体密封地连接到废气管路上的连接法兰，其中，所述孔盘从所述阀通道一直延伸到该连接法兰并且所述孔盘的构造使得所述孔盘在安装状态下使连接法兰以流体密封的方式相对于废气管路密封。因为孔盘承担密封功能，因而能够省去单独的密封件。

该流体介质在这里例如可以由尿素水溶液组成，该尿素水溶液用于废气的后处理。例如经常使用作为AdBlue已知的、在去矿质水中具有32.5%含量的高纯尿素的溶液。

此外，与迄今已知的用于向废气管路中配量流体介质的阀装置相比还可得到下述优点：布置在阀座下游的孔盘不仅用于使阀相对于废气管路流体密封地密封，而且附加地用于在径向方向上固定该阀装置。孔盘例如可固定在具有该阀通道的保持体上，并由此实现径向固定，使得它从该阀通道延伸到连接法兰并且在那里在安装状态下牢固压紧在连接法兰和废气管路之间。孔盘形成废气管路和阀装置之间的连接并且通过所描述的固定阻止阀装置相对于废气管路径向运动。连接法兰和废气管路之间的固定例如可通过径向挤压实现，例如通过螺纹连接实施。

在一个实施方式中，孔盘是可变形的并且在安装状态中在出现挤压力的情况下适配于废气管路或连接法兰。该孔盘在安装状态下的变形可以基本上是塑性变形。但该孔盘在安装状态下的变形也可以在很大程度上是弹性的，使得孔盘在拆卸后又恢复它的初始形状。

通过该阀装置的开关产生可由阀装置传递到废气管路上的噪声和振动。如果使用可良好变形的孔盘则得到如下优点：没有或只有小的脉冲可从孔盘传递到废气管路上，因为可弯曲的孔盘能够阻尼脉冲传动。这明显有助于更好地抑制由该阀装置引起的开关噪声和振动。

在一个实施方式中，孔盘构造为薄的板，其壁厚小于0.3mm，尤其在0.1mm到0.3mm的范围内。

孔盘的小的壁厚此时提供良好的可变形性并同时保证，在运行中仅产生从废气管路流到阀的小的热流。由此，所述阀装置在运行中变热的强度较低。

根据本发明的进一步构型，孔盘可用金属材料制成，该金属材料尤其在壁厚小的情况下具有高的可变形性和低的导热率。已经表明，孔盘非常适于用金属制成。

根据本发明的一个构型，孔盘还具有至少一个收缩部。在收缩部的区域中，壁厚比在孔盘的邻接区域中小。孔盘中的这种局部收缩部在这里例如可以环形地实施，其中，该收缩部包围所述阀通道。必要是也可设想至少部分地径向延伸的收缩部。

这种收缩部减小了从废气管路到阀装置中的热流，因而形成附加的热闸。此外，壁厚较小的部位上的材料具有较小的弯曲刚度，孔盘由此承受更高的可变形性。

另一实施方式包括一个阀装置，在所述阀装置中，孔盘在一在安装状态下处于孔盘和连接法兰之间的区域中具有至少一个凹槽，该凹槽在安装状态下形成连接法兰和废气管路之间的流体密封的连接。该凹槽有利地例如环形地绕所述阀通道延伸。

通过连接法兰与废气管路的轴向挤压，例如通过螺纹连接，凹槽部位上的可弯曲的材料发生变形。由此，连接法兰和废气管路之间的区域被流体密封地密封，流体介质或废气从阀装置或废气管路向周围环境的流出被阻止。

在孔盘上形成这种凹槽导致可靠地密封的结构，其优点是，在阀装置和废气管路之间不必使用附加的密封元件，例如塑料密封环。有利地，在所述凹槽的区域中在所述孔盘的壁厚上不存在收缩部。

此外，通过设置在孔盘上的凹槽，使从废气管路到连接法兰的热量输入达到最小，因为废气管路和连接法兰之间的连接通过孔盘实现并且在所述凹槽的区域中存在这些部件的较小的接触面。该接触表面尤其可以是近似沟道形的，并且性成一种所谓“金属O形密封（Metallosealdichtung）”类型的密封。

此外，该阀装置的另一实施方式包括一静止的保持体，它与封闭体协同作用并且阀座构造在其上。孔盘则可以安装在该静止的保持体上，尤其是焊接在保持体上。

由于孔盘固定在静止的保持体上，该阀装置固定在废气管路上，因为孔盘一方面被压紧在连接法兰和废气管路之间，另一方面固定在静止的保持体上。

进一步地，所述阀装置包括一个壳体，该壳体至少部分地包围阀座和封闭体并且与所述阀座固定连接，其中，连接法兰通过一个优选U形的弹簧盘固定在壳体上，使得该阀装置在安装状态下在轴向上固定在废气管路上。

除了所描述的、阀通过孔盘的固定外，所述阀装置可以附加地通过所述壳体在轴向方向上被固定夹紧，所述壳体与所述连接法兰相连接。优点是，通过进一步夹紧阀装置，使该阀在废气管路上的轴向固定和径向固定相互分开。

所述阀的轴向固定不仅需要通过孔盘或连接法兰来进行，而且可以附加地通过该阀在壳体上通过弹簧盘的第二夹紧而与连接法兰在轴向上隔开间距地进行。因为孔盘因其薄的壁厚而在轴向方向上可变形，有利的是，该连接不会引起阀装置在废气管路上在轴向方向上的固定夹紧。此外，通过孔盘的柔性可以避免该阀关于第二夹紧而言的超静定，该超静定会引起所述阀装置的不允许的变形。孔盘只能够在轴向方向上变形。在径向方向上，所述孔盘不发生变形，由此所述阀在径向上固定在所述废气管路上。

另一实施方式包含至少一个在轴向方向上延伸的腹板，它连接所述连接法兰和弹簧盘。

所述腹板和/或所述弹簧盘可以弹性地实施，以便尽可能抑制脉冲从所述阀到所述废气管路上的脉冲传递。

抑制从所述阀到废气管路的脉冲传递一方面可避免在废气管路中产生噪声，另一方面禁止废气管路的因振动引起的负荷，该振动由该阀的开关引发。

此外，所述腹板可以设有多个在径向方向上延伸的开口。有利地，这些开口具有2-4mm的直径并且交错地或以不规则相互距离地布置所述腹板中。

通过设有开口的或穿孔的腹板，从所述腹板到所述弹簧盘进而到所述壳体的热传递被降低。此外通过这种腹板还减小其声辐射。通过该阀的开关产生脉冲，该脉冲通过所述腹板传递。当腹板设置有开口时，声波在腹板中的传播被缓冲，因为声波必须围绕所述开口传播并因而被削弱。

附加地，通过穿孔的腹板可实现，可从周围环境侵入到所述阀装置中的液体、尤其是水可通过这些开口排出。因为液体大多从上面进入阀装置中，它们聚集在所述壳体和腹板之间。当腹板设有开口时，侵入到阀装置中的液体能够简单地再流出，减少通过液体引起的材料损坏，例如生锈。

附图说明

下面根据附图所示的实施例更详细地阐明本发明。

附图1示出根据本发明的一个实施例用于向废气管路中配量流体介质的阀装置的示意图。

具体实施方式

附图中所示的向废气管路22中配量流体介质的阀装置2具有一流体入口区域和一流体出口区域，该流体出口区域在阀装置2处于安装状态时与废气管路22相邻。在流体出口区域中设置有保持体4，它形成阀座10和围绕阀轴线A构造的阀通道14。阀座10这样布置在阀装置2中，使得它与封闭体12协同作用，该封闭体12在轴向方向上可运动地安置并且通过轴向运动能够封闭或打开阀通道14。

此外，阀装置2包含一包围保持体4和封闭体12的壳体24。有利地，壳体24与保持体4固定连接，尤其是焊接32，如附图中通过径向环绕的焊接连接32所示。

在这里优选，封闭体12在与阀座10协同作用的端部上球状地构造并且通过一个长形的导向体在阀壳体24中可轴向运动地被导向。所述导向体能够通过一个未示出的弹簧支承在阀壳体24上。

在阀通道14的下游端部布置有孔盘6。在孔盘6中布置有至少一个在轴向上延伸的孔8，流体介质通过孔8可喷射到废气管路22中。孔盘6安装在保持体4上。如图1所示，孔盘6可以焊接到保持体4上，例如通过环绕阀通道14的焊接连接32焊接在保持体4的面向废气管路22的端部上。

优选地，在孔盘6中，至少在一在安装状态下封闭阀通道14的区域中，布置多个轴向孔8，以使流体介质在喷射到废气管路22中时精细地雾化。

图中所示的阀装置2还包括连接法兰16，连接法兰16用于将阀装置2固定到废气管路22上（例如固定到在废气管路上构成的适配器上），通过该连接法兰16能够将阀装置2连接到废气管路22上。该连接法兰环形地围绕阀壳体24，但不直接固定在阀壳体24上。

孔盘6在径向方向上扩展并且从阀通道延伸到连接法兰16。此时，孔盘16形成连接法兰16和废气管路22之间的密封装置，其方式是，孔盘6在轴向方向上压紧在连接法兰16和废气管路22之间。这种压紧例如可以通过螺纹连接30实现。通过使孔盘布置在从阀通道14延伸到连接法兰16的区域上，能够省去连接法兰16和废气管路22之间的附加的密封元件，例如塑料密封环。

附加地，通过孔盘6固定在静止的保持体4上并且孔盘6夹紧在连接法兰16和废气管路22之间，使阀装置2径向固定。

孔盘6可以用可变形的材料、例如可弯曲的金属制成，并且在安装状态下可弹性或塑性地变形。孔盘6的变形主要可在轴向方向上实现。在径向方向上孔盘6不变形或者只极小地变形，因而有助于将阀装置2在废气管路22上的良好径向固定。

阀装置2还包括一个在轴向方向上延伸的腹板28，腹板28固定在连接法兰16上并且平行于阀壳体24取向。通过支承在阀壳体24上的弹簧盘26，腹板28与阀壳体24相连接。腹板28和弹簧盘26用于使连接法兰16在轴向方向上支承在阀壳体24上并因此使阀装置2轴向固定。如图中所示，弹簧盘26在壳体24上的安置区域优选位于装置2的流体入口区域附近。

此外可设想省去轴向腹板28并且连接法兰16直接与阀壳体24相连接，尤其是焊接。

阀装置2在两方面在轴向方向上固定：一方面，阀装置2通过连接法兰16、通过腹板28和弹簧盘26在流体入口区域上轴向固定。另一方面，阀装置2通过连接法兰16、孔盘6和保持体4在轴向方向上固定。因此适宜的是，阀装置2的轴向固定通过孔盘6尽可能可运动地实施，以避免阀装置2的超静定和由此导致的应力。阀装置2的可运动的轴向固定能够通过使用可良好变形的孔盘6实现。

腹板28和弹簧板26在这里有利地用弹性材料制成，由此阻止从该阀到废气管路22的脉冲传递。

阀装置2和废气管路22之间的连接的柔性设计提供的优点是，由阀装置2产生的、通过该阀装置的开关造成的噪声和振动能够不传递到废气管路22上，因而能够使将流体介质喷射到废气管路22中时的噪声达到最小。由阀装置产生的脉冲在很大程度上由柔性的弹簧盘26和柔性的腹板28承受，不传递到废气管路22上。

腹板28可设有或穿有多个在径向方向上延伸的开口。有利地，这些开口具有2-4mm的直径并且错开地或者相互间距不均匀地布置在腹板28中。通过设有这些开口的腹板能够减小从腹板28到弹簧盘26进而到阀壳体24的热传递。附加地，穿孔的腹板28提供的优点是减小腹板28的声辐射。通过阀的开关产生的脉冲经腹板28传递到废气管路22上。在腹板28穿孔的情况下，声波在腹板28内部的扩散被阻止，因为声波必须围绕开口传播，因而被削弱。

此外，布置在腹板中的孔使可能从周围进入到阀装置中的液体、尤其是水更好地流出。因为液体大多从上部进入到阀装置中，它们聚集在壳体和腹板之间。当腹板设置设有开口时，侵入到阀装置中的液体能够简单地再流出，减少因液体引起的材料损坏，例如生锈。

孔盘6具有至少一个收缩部18。孔盘6在该收缩部的区域中比在孔盘6的其他邻接区域中具有更小的壁厚。优选地，在孔盘6中构成多个收缩部18，其中，它们例如可以在径向上或在圆周方向上延伸。收缩部18使孔盘6相对于在轴向方向上作用的力的弯曲刚度降低。附加地，收缩部18具有热量缓冲功能，减小从废气管路22流到阀装置22中的热流。

孔盘6还设有凹槽20，它布置在一个在安装状态下位于连接法兰16和废气管路22之间的挤压区域中。凹槽20例如能够在圆周方向上连续地或逐段地在孔盘6中延伸。

在安装状态下，凹槽20被轴向挤压在连接法兰16和废气管路之间并因此变形。通过孔盘6在凹槽20的区域中变形，孔盘6最优地适配于连接法兰16的贴靠面和废气管路22的贴靠面，由此在废气管路22和阀装置2之间形成流体密封的连接。这种密封也称作金属O形密封。

通过在孔盘上突出的凹槽20使从废气管路22到连接法兰16上的热输入达到最小，因为废气管路22和连接法兰16之间的连接通过孔盘进行并且在凹槽20的区域中存在这些部件的较小接触面。凹槽与孔盘6一侧的连接法兰16和孔盘6另一侧的废气管路22之间的接触面优选构造成沟道形的。

孔盘6具有小的壁厚，优选小于0.3mm，尤其是在0.1到0.3mm范围中。通过孔盘6的小的壁厚，孔盘6的弯曲刚性减小并且它容易变形。

在孔盘6的在安装状态下处于连接法兰16和废气管路22之间的区域中，优选不构成孔8，以保证阀相对于废气管路22的流体密封的密封。

Claims (10)

1.用于向内燃机的废气管路（22）中配量流体介质的阀装置（2），其包括：

与封闭体（12）协同作用的阀座（10），在该阀座中构成一阀通道（14）；

布置在所述阀座（10）下游且封闭所述阀通道（14）的孔盘（6），该孔盘在所述阀通道（14）的区域中具有至少一个轴向的孔（8），所述流体介质能够通过该孔（8）喷射到所述废气管路（22）中；以及

连接法兰（16），用于使所述阀装置（2）流体密封地连接到所述废气管路（22）上，

其中，所述孔盘（6）从所述阀通道（14）延伸到所述连接法兰（16）并且这样构造：使得该孔盘在安装状态下使所述连接法兰（16）相对于所述废气管路（22）流体密封地密封。

2.根据前述权利要求所述的阀装置，其特征在于，所述孔盘（6）是可变形的。

3.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置，其特征在于，所述孔盘（6）具有小于0.3mm的壁厚，尤其具有0.1mm到0.3mm范围内的壁厚。

4.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置，其特征在于，所述孔盘（6）用金属材料制成。

5.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置，其特征在于，所述孔盘（6）具有至少一个收缩部（18）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置，其特征在于，所述孔盘（6）在一在安装状态下处于所述孔盘（6）和连接法兰（16）之间的区域中具有至少一个凹槽（20），所述凹槽（20）在安装状态下形成所述连接法兰（16）和废气管路（22）之间的流体密封的连接。

7.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置，其特征在于，所述孔盘（6）安装在、尤其焊接在一静止的保持体（4）上，所述阀座（10）构造在该保持体（4）上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置，其特征在于，该阀装置还具有一壳体（24），该壳体（24）至少部分地包围所述阀座（10）和所述封闭体（12）并且与所述阀座（10）固定连接，其中，所述连接法兰（16）通过一优选U形的弹簧盘（26）固定在所述壳体（24）上，使得该阀装置（2）在安装状态下在轴向上固定在所述废气管路（22）上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置，其特征在于，该阀装置还具有至少一个在轴向方向上延伸的腹板（28），该腹板连接所述连接法兰（16）和所述弹簧盘（26）。

10.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置，其特征在于，所述腹板（28）和/或弹簧盘（26）是弹性的，以便阻止从所述阀到所述废气管路（22）上的脉冲传递。

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