CN103917755B - 配量模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种配量模块(10)，用于将还原剂特别是尿素水溶液喷入到内燃机特别是自行点火内燃机的排气管中用以减少废气流中的氮氧化物，其中所述配量模块具有基本冷却体(12)，所述基本冷却体由特别是用于冷却用于还原剂的喷射阀(64)的冷却流体流过。按照本发明，一个同样由冷却流体穿过的附加冷却体(14)放置在所述基本冷却体(12)上，该附加冷却体特别是用于在电气插接连接端(22)和用于操作所述喷射阀(64)的电磁体(80)的区域中的冷却，其中在所述基本冷却体(12)中设置用于所述冷却流体的引导插件(30)。由于引导插件(30)实现了喷射阀(64)的端部部段(72)的优先冷却，所述端部部段与所述内燃机的热废气流直接接触。由此在160℃并且之上的环境温度下也确保了配量模块(10)的可靠运行。

Description

配量模块
技术领域
本发明涉及一种配量模块，用于将还原剂特别是尿素水溶液喷入到内燃机特别是自行点火内燃机的排气管中用以减少废气流中的氮氧化物。
背景技术
在具有自行点火的内燃机的现代机动车中必须基于日益加剧的废气边界值此外降低在废气流中的氮氧化物(NOx)。为此使用的方法是借助于NOx还原催化器的催化还原(所谓的“SCR方法＝选择性催化还原”)。在该废气再处理的过程中借助于泵将还原剂由储存容器输送到配量模块，该配量模块在内燃机的排气系统的区域中定位。借助于配量模块断续地将准确限定的量的还原剂给到在NOx还原催化器上游的废气流中。作为还原剂一般应有尿素水溶液(所谓的)。
为了可以尽可能近地在废气流上定位配量模块，主动冷却具有位于在配量模块中的用于还原剂的喷嘴的配量模块的下部段。由此确保了，由此在配量模块的接近废气的设置的情况下在喷嘴的区域中不超过120℃的温度。该实施形式的缺点在于配量模块的其余组件缺乏冷却，在配量模块中通常设置用于喷射阀的控制磁体并且配量模块的连接借助于电气插接连接件实现。基于仅仅部分冷却这样的配量模块不适用于160℃以上的环境温度，因为否则可以持久地损坏插接连接件和/或控制磁体的线圈。
由文献DE4436397A1已知一种用于废气再处理的装置。在此借助于配量装置在还原催化器上游将还原剂喷射到排气管中。
配量装置此外包括控制阀、配量阀以及冷却装置。冷却装置构成为冷却水套。该冷却水套与内燃机的冷却水回路并且用于配量装置的极为有效的冷却，该配量装置在机动车运行中经受在排气管上的高温。冷却水套然而允许仅仅部分冷却，由此可以导致电气控制阀体和/或插接连接端的持久的损坏。
文献EP2192280A1涉及排气系统中用于尿素水溶液的配量装置的热管理系统，其中冷却喷射器。出于该目的应用冷却流体，该冷却流体由发动机冷却回路取得。冷却流体流过在冷却剂通道中的喷射器。在喷射器的下游又将冷却流体提供给发动机冷却回路。
文献DE10129592A1公开了在机动车中用于车用还原剂的输出装置。该输出装置包括壳体，用于输出还原剂的泵位于在壳体中。该泵在运行中由压缩空气环流，其中导流板绕泵引导压缩空气流。在此压缩空气流的涡流的漩涡实现。这在一个区域中直接在压缩空气入口的下游发生。由此提高了压缩空气对环流的元件的冷却作用，并且再者实现了待喷射的还原剂的调温。在该排气装置中未设有主动水冷却。
发明内容
本发明的任务在于，实现一种完全水冷的配量模块，该配量模块也能够在自行点火内燃机的排气管的区域中持久地经受住高温。
在此公开了一种配量模块，用于将还原剂特别是尿素水溶液喷入到内燃机特别是自行点火内燃机的排气管中用以减少废气流中的氮氧化物，其中所述配量模块具有基本冷却体，所述基本冷却体由特别是用于冷却用于还原剂的喷射阀的冷却流体流过。按照本发明，一个同样由冷却流体穿过的附加冷却体放置在所述基本冷却体上特别是用于在电气插接连接端和用于操作所述喷射阀的电磁体的区域中的冷却，其中在所述基本冷却体中设置用于所述冷却流体的引导插件。
通过引导插件产生了喷射阀的与废气接触的端部部段的优化的冷却，在该端部部段中也定位用于还原剂的出口。由此也在160℃或之上的环境温度下确保了配量模块的持久无干扰的运行。结合放置到基本冷却体上的附加冷却体，提供了配量模块、特别是用于操作喷射阀的电磁体、电气插接连接件以及还原剂提供装置的与废气接触的(上面的)通常更冷的组件的主动冷却。
配量模块的一种设计方案设定，所述引导插件引起在所述喷射阀的端部部段的区域中冷却流体的基本上u形的流动过程。
由此首先优先地由冷却流体在周围冲涮喷射阀的特别热的——与废气直接接触——下端部部段，而配量模块特别是电磁体的略微更冷的区域、插接连接件以及还原剂提供装置仅仅次要地由冷却流体流过和冷却。
在配量模块的另一设计方案中设定，在所述基本冷却体中设置入口管接头，并且在所述附加冷却体的区域中设置用于冷却流体的出口管接头。
由此将冷却水提供给在一个特别高温的区域中的配量模块，而加热的冷却流体的导出在配量模块的略微更冷的区域中实现。
根据配量模块的一种改进的说明，入口管接头和出口管接头连接到所述内燃机的冷却回路，并且所述内燃机的冷却水用作冷却流体。
由此可以通过简单的方式和方法共同地利用内燃机存在的冷却回路用于配量模块的调温。
按照另一有利的设计方案，引导插件具有包括轴的环绕的法兰，所述轴过渡到第一变细部段。法兰连同轴允许简单地在构造上集成到冷却装置中，特别是配量模块的冷却体。引导插件的轴基本上构成为空心圆柱体，与之相对地第一变细部段具有轻微锥形的形状。
在配量模块的另一设计方案中，一个中间部段连接到第一变细部段，所述中间部段过渡到具有至少两个凹槽的第二变细部段。
由于在第二变细部段中位于下面的凹槽将冷却水首先引导到喷射阀的特别热的在废气侧的端部部段并且仅仅在流过该端部部段之后到达附加冷却体的区域中的更冷的区域中。引导插件的中间部段具有大约空心圆柱形的成形，以便引起喷射阀的由基本冷却体径向包围的端部部段的u形的环流。中间部段的与此不同的成形——根据安装比例——同样可能。
在配量模块的一种改进中，所述引导插件的下边缘由所述至少两个凹槽冠状地穿过。
由此避免了在冷却体中这样的区域的构成，在这样的区域中仅仅存在冷却流体的微小的流动速度。优选至少六个在第二(下)变细部段中设置的凹槽分别具有一个几何结构，其大约相应于一个分开的椭圆或半圆。
另一设计方案设定，在所述基本冷却体与附加冷却体之间设有至少一个引流开口。
通过该开口特别是保护喷射阀的电磁体免于可能由外部进入的喷射水，否则该喷射水可能不受控制地流出。该开口限制一个直至进入的水——没有阀的持久损坏的危险——最高可能升高的高度。配量模块的一个改进设定，所述引导插件以金属材料特别是以板材形成。
由此借助于已知的制造方法和机器简单的并且主要是大批量制造是可能的。除此之外金属材料确保了足够的热稳定性。如果必要也可以代替金属材料而应用足够热负荷的、如果必要配有加强纤维的热固性或热塑性的高性能塑料。
附图说明
以下根据附图更详细地阐述本发明。
附图示出：
图1：水冷的配量模块的示意透视图；
图2：引导插件的等尺寸侧视图；
图3：由斜上方的按照本发明的引导插件的等尺寸视图；
图4：沿着图1中的截面线IV-IV配量模块的接近废气的(下)基本冷却体的简化横截面；
图5：水冷的配量模块的完全纵截面；以及
图6：图5中的部分VI的放大视图。
具体实施方式
图1示出按照本发明的水冷的用于将还原剂喷射到自行点火内燃机的废气流中的配量模块的原理图。配量模块10此外具有基本冷却体12，附加冷却体14放置到其上。基本冷却体12具有用于提供冷却流体的管形的入口管接头16，冷却流体优选涉及来自在此未示出的自行点火内燃机的冷却回路的冷却水。此外附加冷却体14设有用于导出提供的冷却水的出口管接头18。从入口管接头16开始冷却水首先穿过基本冷却体12并且由那里到达附加冷却体14并且又通过出口管接头18离开附加冷却体。冷却水相对于在配量模块10中存在的温度曲线(温度梯度)由更热的基本冷却体12流到与之相比更冷的附加冷却体14中。基本冷却体12和放置的附加冷却体14在此构成为至少两件式的由冷却水可流过的由适合壁厚的成形的板材组成的冷却水套。具有分别大约圆柱形外几何结构的中空的冷却体12、14确保了，在160℃或更高的范围中的环境温度——如其在废气流的区域中或者在内燃机的排气管的附近容易出现的那样——下也可以持久并且可靠地运行配量模块10。
除此之外，用于还原剂的提供装置20以及电气插接连接端22在上侧与附加冷却体14连接。通过提供装置20给配量模块10供以适合的还原剂，特别是液态的尿素水溶液(所谓的)。还原剂借助于泵从储存箱提供到一个未示出的连接管路中，该连接管路连接到提供装置20。借助于配量模块10将还原剂在时间上断续地以准确的配量喷射到内燃机的一个同样未示出的排气管中。还原剂借助于配量模块10的喷射在此在上游在一个对于在SCR方法中化学反应过程的进行必要的还原催化器之前实现。小的引流口位于在基本冷却体12与附加冷却体14之间，引流口中的两个在前面是可见的并且才子具有附图标记24和26。
在描述的进一步连续过程中同时参照的图2和3示出了在透视侧视图中以及在由斜上方的等尺寸视图中的按照本发明的(冷却水)引导插件。用于冷却水的基本上管形的引导插件30此外包括圆环形的法兰32，其朝下延伸到一个空心圆柱形的轴34。通过轴34此外简化了在下冷却体内引导插件30的定心。轴34过渡到一个稍微锥形的第一变细部段36，一个基本上空心圆柱形的中间部段38连接到其上。与中间部段38的示出的空心圆柱形的形状不同地该中间部段可以特别是根据基本冷却体的几何关系具有不同的空间形状。第二变细部段40与中间部段38邻接。在示出的实施例中总共六个凹槽引入到第二变细部段40中，其中仅仅设有三个具有附图标记的前凹槽42、44、46。这些凹槽通过或穿透引导插件30的(下)边缘48，也就是说凹槽向下是打开的。由此此外避免了在冷却体内这样的空间区域的产生，在这样的空间区域中冷却水的流动速度下降到一个非常小的值或直至零。
凹槽在此具有几何形状，该几何形状大约相应于几乎在中间分开的椭圆并且优选均匀地超越第二变细部段40的圆周分布地引入到其中。一个备选的几何设计方案例如半圆形的凹槽同样可能。除此之外可以设有不同数量的如果必要附加地不同地超越圆周分布的凹槽。凹槽的数量和/或横截面积如此确定大小，使得在内燃机的所有运行状态下确保对于配量模块的冷却最优的冷却水通道。在配量模块的运行中产生冷却水的流动过程50，该冷却过程首先平行于引导插件30的外面52，随后穿过六个凹槽并且最后平行于引导插件30的内面54，通过引导插件30的中间开口56又向回。
图4示出了沿着图1中的截面线IV-IV配量模块的接近废气的(下)基本冷却体的简化(部分)横截面。配量模块10借助于卡箍60在内燃机的未进一步示出的排气管的排气管接头62上固定。在配量模块10内设置的喷射阀64此外包括阀针66，其垂直可移动地容纳在引导件68中。借助于阀针66可以断续地打开和关闭出口70，以便实现准确限定量的还原剂的喷入。阀针66的垂直移动借助于在图4中未示出的电磁体实现。引导件68、阀针66的未表示的下尖端以及用于还原剂的出口70在喷射阀64的端部部段72中定位，该端部部段与内燃机的废气流直接接触并且因此经受非常高的温度。来自内燃机的冷却回路的冷却水通过入口管接头16到达基本冷却体12并且通过引导插件30的作用沿以点线标明的大约U形的流动过程50的方向绕喷嘴64的特别热的端部部段72环绕引导。由此按照本发明实现了喷嘴64的经受高温的端部部段72的优先冷却，从而配量模块10在160℃或之上的环境温度下也可靠地运行。冷却水再次首先沿着引导插件30的外貌52流动，流动通过引导插件30的位于下面的凹槽42、46并且随后回到其内面54，继续向上到达在放置到基本冷却体12上然而在此未描绘的附加冷却体的区域中的配量模块10的在图4中未进一步示出的更冷的组件。
图5示出了水冷的配量模块的完全纵截面。
配量模块10借助于入口管接头16和出口管接头18磨配到内燃机的未示出的冷却回路中。入口管接头16安装在基本冷却体12上，而出口管接头18与附加冷却体14液压连接。还原剂的供应通过提供装置20实现，而给配量模块供以电能经由水密封的插接连接端22实现。具有凹槽42、46的引导插件30容纳在基本冷却体12中。借助于电磁体80可以在引导件68中垂直地往复移动阀针66，以便实现喷射阀64的出口70的断续的打开和关闭。电磁体80并由此阀针66的控制借助于未示出的控制和/或调节装置根据自行点火内燃机的运行状态实现。通过引流开口24阻止由外部进入的喷射水可以持久地停留在特别是以电气绝缘体封装的电磁体80的区域中。
图6示出了图5中的部分VI的放大视图。引流开口24位于在具有引导插件30的基本冷却体12与放置的附加冷却体14之间。通过引流开口24此外实现了由外进入到配量模块中的喷射水82可能暂时地上升到一个最大水平84。当超过最大水平84时否则可能导致在配量模块内喷射阀64或封装的电磁体80的持久的损坏。静止地喷射水82不可以超过一个最小水平86。

Claims (11)

1.配量模块(10)，用于将还原剂喷入到内燃机的排气管中，用以减少废气流中的氮氧化物，其中所述配量模块具有基本冷却体(12)，所述基本冷却体由用于冷却用于还原剂的喷射阀(64)的冷却流体流过，其中，一个同样由冷却流体穿过的附加冷却体(14)放置在所述基本冷却体(12)上，其中在所述基本冷却体(12)中设置用于所述冷却流体的引导插件(30)，引导插件(30)具有包括轴(34)的环绕的法兰(32)，所述轴过渡到第一变细部段(36)中，以及一个中间部段(38)连接到第一变细部段(36)，所述中间部段过渡到具有至少两个凹槽(42-46)的第二变细部段(40)中。
2.根据权利要求1所述的配量模块(10)，其中，所述引导插件(30)引起在所述喷射阀(64)的端部部段(72)的区域中冷却流体的基本上u形的流动过程(50)。
3.根据权利要求1或2所述的配量模块(10)，其中，在所述基本冷却体(12)中设置入口管接头(16)，并且在所述附加冷却体(14)的区域中设置用于冷却流体的出口管接头(18)。
4.根据权利要求3所述的配量模块(10)，其中，入口管接头(16)和出口管接头(18)连接到所述内燃机的冷却回路上，并且所述内燃机的冷却水用作冷却流体。
5.根据权利要求1或2所述的配量模块(10)，其中，所述引导插件(30)的下边缘(48)由所述至少两个凹槽(42-46)冠状地穿过。
6.根据权利要求1或2所述的配量模块(10)，其中，在所述基本冷却体(12)与附加冷却体(14)之间设有至少一个引流开口(24、26)。
7.根据权利要求1或2所述的配量模块(10)，其中，所述引导插件(30)以金属材料形成。
8.根据权利要求1或2所述的配量模块(10)，其中，所述内燃机是自行点火内燃机。
9.根据权利要求1或2所述的配量模块(10)，其中，所述引导插件(30)以金属板材形成。
10.根据权利要求1或2所述的配量模块(10)，其中，所述还原剂是尿素水溶液。
11.根据权利要求1或2所述的配量模块(10)，其中，该附加冷却体用于在电气插接连接端(22)和用于操作所述喷射阀(64)的电磁体(80)的区域中的冷却。
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