CN103946501B - 用于冷却计量模块的设备及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于冷却计量模块的设备，所述计量模块特别是用于将燃料/辅料计量到内燃机的排气部中，例如用于将还原剂计量到内燃机的排气部中。给所述计量模块(10)配置一冷却装置，该冷却装置被冷却流体穿流。计量模块(10)的壳面(34)被冷却体(18,20,22)包围，该冷却体被冷却流体穿流。所述冷却体(18,20,22)多件式地构造并且包括用于输出(78)冷却流体的引流口(30)，用于将液体输出以避免在所述冷却体(18,20,22)中形成液池。

Description

用于冷却计量模块的设备及其应用

技术领域

本发明涉及一种用于冷却计量模块的设备以及该设备的应用。

背景技术

DE 44 36 397 A1涉及一种用于废气后处理的装置。根据这个解决方案，还原剂被输入到供应至催化器的废气内。在此，所述输入通过电控的计量阀实现，该计量阀在一个共同的壳体中与控制阀组合。控制阀用于受控地引入供给的压力空气，在这种引入中利用了经由计量阀预先设置还原剂的量并且间歇性地引入到废气中。由此可以避免了尿素在计量阀和控制阀上的沉积和胶着，并且可以实现了被引入的还原剂的优化利用。

US 2010 0313553涉及一种用于废气后处理的喷射器，该喷射器将用于降低NO_X-排放的尿素水溶液引入到废气系统中。在此，喷射器的喷射端由内壳体和外壳体包围。在内壳体与外壳体之间产生的缝隙用作温度屏障。外壳体构造成喷嘴状并且允许在排气管内部借助于法兰来安装该喷射器。

US 5,647,31涉及一种用于内燃机的喷射装置，该喷射装置用于将压力加载的流体引入到气缸室中。在此，喷射器包括第一阀和第二阀。第一阀用于喷射燃料，而第二阀用于引入辅料(例如水或者尿素水溶液)。借助于阀机构操作第二阀。这个阀机构通过液压管路来液压地控制。在阀机构上设有引流管道，利用该引流管道可以将多余的液压液体导出并且供应给一容器。

DE 10 2009 047 375 A1涉及一种具有液体冷却装置的计量模块。在此公开了一种用于冷却计量模块的设备，所述冷却计量模块特别是用于将还原剂计量到内燃机的排气部中。给计量模块配置一冷却装置，该冷却装置被冷却液体穿流。计量模块的壳面由冷却体包围，该冷却体被冷却液体穿流。

现有的冷却解决方案的缺点在于，在上部区域中、特别是在计量模块的喷射阀的电接触区域中缺乏冷却作用。由此缺乏这样的可能性：计量模块在环境温度水平高于160℃的情况下使用。电插塞连接部和喷射阀的线圈可能在温度水平高于160℃的情况下受到损害。

发明内容

根据本发明建议，特别是用于将燃料/辅料(例如还原剂)引入到内燃机的排气部中的计量模块由壳体包围，该壳体使得整个计量模块的冷却成为可能。通过设置至少一个引流口确保了，通过剩余液体沉积在一件式或者多件式构造的冷却体(该冷却体作为完整壳体包围计量模块)的一部分中所造成的液池形成被最小化并且在理想化的情况下被完全消除。

以有利的方式可以例如以90°分度或者以120°分度在一部件上(例如在罐状内置件的环状地构造的凸缘上)构造引流口。特别的是，如果沟状凹部在多件式构造的冷却体的罐状内置件的环面中沿径向方向延伸，则确保了液体的输出，该输出还可以通过沟状凹部由内向外的径向坡度来优化。

本发明的优点

通过根据本发明所建议的(可以以90°分度或以120°分度)设置引流口的解决方案可以避免在一件式或多件式构造的冷却体中形成液池。液池的形成一方面可能会导致腐蚀现象，另一方面除了冷却体上的腐蚀现象之外也可能在计量模块的电控部件上(特别是在电插塞接触区域中)出现短路，从而计量模块的功能作用不能在所有运行阶段、特别是在湿运行情况下同等地确保。

通过根据本发明所建议的解决方案确保了液体(该液体可以是进入的水或者冷凝水)从一件式或多件式构造的冷却体内部输出。

附图说明

下面将依据附图详细地阐述本发明。在附图中：

图1示出了计量模块的立体俯视图，该计量模块由完整壳体以多件式构造的冷却体的构型包围；

图2示出了穿过图1所示出的计量模块的截面；和

图3示出了在除去中壳的情况下计量模块的立体俯视图；

图4示出了沟状的凹部，该凹部在环状地构造的凸缘上以坡度由径向内朝径向外延伸；

图5示出了具有以90°分度设置的沟状凹部的计量模块的立体图；和

图6示出了冷却流体通过计量模块下方区域的示图。

具体实施方式

图1示出了由壳体包围的计量模块的立体图，其中，壳体由多个构件形成。

图1示出了，计量模块10包括壳体12。在图1中未示出的位于计量模块10内部的电接触部由插塞盖14包围并且向外相对于喷水密封。此外，壳体12包括上壳18，在该上壳中设有弯成角度地构造的还原剂输入部16。在上壳18的下方设有中壳20，在该中壳下方又设有计量模块10的壳体12的可旋转式法兰22。

此外根据图1所示可知，一内部件28装入到可旋转式法兰22中。在中壳20或可旋转式法兰22的壳面的侧面上设有冷却流体入流部24以及冷却流体出流部26。例如在内燃机中循环的冷却流体经由冷却流体入流部24进入到壳体12的可旋转式法兰22中并且又通过冷却流体出流部26输出，该冷却流体出流部位于中壳20的壳面的侧面上。冷却流体将热量从计量模块12运走并且确保了计量模块10根据温度水平的冷却并且因此也能确保在约为120℃或者更高的温度水平的情况下同一功能能力的维持。

根据图1的示图可以得知，引流口30可以以沟状凹部的形式沿着可旋转式法兰22的环状地构造的凸缘60构造，参阅根据图3的详细视图。

图2示出了根据图1示出的计量模块的截面图，该计量模块的壳体构造成多件式。

由根据图2的截面图可知，壳体12包括上壳18以及弯成角度地构造的还原剂输入部16。上壳18位于中壳20的上方并且例如盖状地覆盖该中壳。中壳20就其而言包围了壳面34，即计量模块10的待冷却的面。中壳20的下方设有可旋转式法兰22，该法兰就其而言接收一内部件28，该内部件包围了计量阀32的端部，在计量模块10的运行中通过该计量阀将燃料/辅料(特别是还原剂)引入到内燃机的排气部中。

根据图2的截面图可知，还原剂输入部16穿过上壳18延伸并且在上端面上过渡成计量阀32。上壳18借助于密封圈36相对于计量阀32密封。燃料/辅料(特别是还原剂)穿过在此处未进一步示出的计量阀32的内部流至计量阀32的“热”部分，在该部分中接收有喷射阀，经由该喷射阀将燃料/辅料喷射到在此处未进一步示出的内燃机的排气部中。

如果还原剂输入部16根据图1和2的示图同样弯成角度地构造并且在参照冷却流体入流部24以及冷却流体出流部26的平面中取向，则存在这样的可能性：还原剂输入部16根据装配比例在水平面中设置在上壳18上的包括任意360°的位置中。这与可供使用的装配空间、连接软管或连接管道的长度以及其它装配参数相关。

根据图2中的截面图，计量阀32由冷却面34包围。设置在上壳18下方的中壳20一方面包括接收有冷却液体的中空腔44，另一方面包括不与冷却流体接触的中空腔42，也就是说，该中空腔联系上文可以看作是干燥的。

在中空腔42中设有电插塞接触部46，该电插塞接触部利用结合图1已知的插塞盖14来保护以防喷水以及污染。

图2示出了，一分离环38参照计量模块的冷却面34内置地延伸。计量模块10的冷却面34在外侧上与中壳20的内侧限界接收冷却流体的中空腔44。该中空腔绕着计量阀32沿周向延伸。所述中空腔44的部分也是一中空腔部分，该中空腔部分通过一分隔壁40与径向内置的不接触冷却流体的中空腔42分离。

可旋转式法兰22包括已知的冷却流体入流部24，该冷却流体入流部侧向沿着径向方向从可旋转式法兰22的壳面起延伸。冷却流体经由冷却流体入流部24流至内部件28并且到达该内部件的中空腔56中。流入的冷却流体从那里经由转移口64溢流到中壳20的中空腔44中。一旦冷却流体经由至少一个转移口64从内部件28的中空腔56溢流到通过中壳20形成的中空腔44中，则计量阀32的这个区域通过冷却面34或分隔壁40的冷却流体的湿润来冷却。由于其变热的原因具有较高温度的冷却流体从位于中壳20内部的中空腔44经由至少一个冷却流体出流部26例如又回流到内燃机的冷却流体循环中或流到一单独的冷却流体循环中。

根据图2的截面图得知，通过以下方式避免在这些冷却面34或分隔壁40之间的内腔42下方区域中形成液池：在内腔的下端部处，冷却流体通到至少一个引流口30中，这些引流口作为沟状凹部冲压到环状地构造的凸缘60中或者以其它方式制造。理想的是，所述至少一个用作引流口30的沟状凹部具有从径向内朝着径向外的坡度，从而使液体能从内腔42流出。

在图2右部分中并没有示出另一个在罐状内置件50的、环状地构造的凸缘60中构造为沟状凹部的引流口30，因为该引流口根据图2不在截面平面内。

此外根据图2得知：计量阀32朝着阀尖端76方向的下方变窄区域通过支撑环68支撑或定心在罐状内置件50中。承受最高热负载的阀尖端76穿过构造在罐状内置件50中的第一开口72延伸到位于内部件28的底面上的另一个第二开口74中。在图2中未示出的内燃机的排气部中的废气流经过参照计量模块10最远外置的第二开口74，从而阀尖端76不直接承受废气流的温度。废气流的温度根据内燃机的运行温度典型地处于数量级200℃至750℃之间的温度范围内。

根据图2的示图得知：罐状内置件50包括环状地构造的凸缘60，形成引流口30的单个沟状凹部装入到该凸缘中。此外，根据图2得知：在(内置的)罐状内置件50与内部件28的内壁之间可以设有导向板。

以位置30在图2左侧的所述冷却流体入流部24上方标示出一径向延伸的沟状凹部，该沟状凹部形成引流口30并且设置在环状地构造的凸缘60中。

最终从图2中得知：包括上壳18和中壳20的壳体12的可旋转式法兰22具有夹环48，利用该夹环将多件式构造的、形成壳体12的冷却体18、20、22固定在此处未进一步示出的内燃机排气部上。

由于冷却流体首先经由冷却流体入流部24进入到可旋转式法兰22中这样的情况，可以实现在计量模块10的计量阀32的端部上显著的冷却作用，在计量模块10的运行中在该端部上出现最高的运行温度(也就是在计量阀32的阀尖端76的区域中)，然而不会在上方区域中冷却所述计量模块10(也就是忽略所述电插塞接触部46的区域)。通过根据本发明所建议的解决方案可以对计量模块10的所有对温度敏感的区域进行冷却。

图3示出了环状地构造的凸缘的立体俯视图，该凸缘在多件式构造的冷却体的罐状内置件上实施。

为了更好的示图表达，在根据图3的立体图中没有示出壳体12的中壳20以及计量模块10的冷却面34。由于这个原因，在图3中可识别出六边部62，该六边部在计量阀32上构造。如图3所示，计量阀32由环状地构造的凸缘60包围，在该环状凸缘中例如以120°分度(参照位置58)构造有单个沟状凹部，该沟状凹部形成引流口30。在根据图3的引流口30的实施变形方案中，这些引流口以120°分度58构造在环状地构造的凸缘60中，然而也可以以90°分度(参照根据图5的位置66)或者以其它分度实施。形成引流口30的沟状凹部可以在罐状内置件50的凸缘状地构造的面60中也以从径向内朝着径向外的坡度延伸，例如图4的示例所示。

回顾示出了计量模块10的截面图的图2，例如以120°分度58设置在中壳20下方的沟状凹部64在凸缘状地构造的面60中延伸，从而液体可以在避免形成液池的情况下从中壳20沿着径向方向从内朝外流出。因此确保了：可能存在的液体可以从内腔42(该内腔通过分离环38、冷却面34的内侧以及计量阀32的外侧形成)由于重力作用朝着向下的方向流到构造在环状地构造的凸缘60中的引流口30(例如构造为冲压的沟状凹部)中，从而有效地阻碍腐蚀的出现。

根据图3的立体俯视图得知：凸缘状地构造的面60位于罐状内置件50的上端部上并且在这个实施变形方案中齐平地包围可旋转式法兰22的壳面。在可旋转式法兰22的壳面中设有冷却流体入流部24。此外可识别出，上壳18的部分和还原剂输入部16的部分，同样可识别出上壳18的对置于冷却流体出流部26的侧上的电插塞接触部46。此外，在图3中获悉在图2中仅部分示出的分离环38，该分离环朝上限制了计量阀32与冷却面34的内侧之间的内腔42。

图4可知构造为沟状凹部的引流口的实施可能性。

根据图4的示图得知：以120°分度58设置的引流口30在罐状内置件50的环状地构造的凸缘60的上平面中延伸。这些引流口例如冲压到环状地构造的凸缘60的平面中或以切削加工的方式制成。如根据图4的立体图可知：在有利的实施变形方案中，构造为沟状凹部的引流口30具有从内向外的坡度。由于具有从径向朝内到径向朝外的引流口30的斜度的原因确保了，从内腔42流出的液体由于重力向外流尽并且排除了在计量模块10的内部的液池形成。由根据图4的示图得知：依据图1和图2，在环状地构造的凸缘60下方布置了可旋转式法兰22，在图4中部分地表示的冷却流体入流部24从那里起径向地侧向延伸。

由图4可知，构造为沟状凹部的引流口30的几何形状具有漏斗形的外观并且沿径向观察从内向外逐渐变宽。构造为沟状凹部的引流口30在环状地构造的凸缘60中延伸的倾斜角可以在生产技术方面被优化。存在这样的可能性：将构造为沟状凹部的引流口30以成型技术例如冲压到环状地构造的凸缘60中，或者使引流口30也切削加工地制成。这与生产技术的已知条件相关。

图5示出了根据本发明所建议的计量模块的另一实施变形方案。

为了更好的表示，在根据图5的示图中类似于根据图3的示图那样去除中壳20，从而可以实现环状地构造的凸缘60的平面更好的视图。

由图5可知，在这个实施变形方案中，四个引流口30以90°分度66在环状地构造的凸缘60中延伸。在这种情况下，这些单独的引流口30也构造为冲压到环状地构造的凸缘60中的沟状凹部。在以90°分度66布置的引流口30示图变形方案中，这些引流口也可以具有沿着径向方向从内向外延伸的坡度，以便使得液体的输出变得简便。在图5中，90°分度66(这些单独的引流口30在环状地构造的凸缘60中以该分度相互取向)通过参考标号66标记。在环状地构造的凸缘60下方可以识别出可旋转式法兰22的壳面，在该壳面上沿径向方向构造有至少一个冷却流体入流部24。在可旋转式法兰22的下方可以识别出所述内部件28，该内部件位于计量模块10的下端部上。

此外图5示出了，在这个构型变形方案中还原剂输入部16和至少一个冷却流体入流部24在可旋转式法兰22上在沿着竖直方向延伸的假想平面中相互叠置。在此，当然也可以是其它几何形状，这与计量模块10相应的装配比例相关，可以在车辆的马达室中或者在车辆的底盘中安装在内燃机的排气部附近。

参考标号62标识了这样的六边部：该六边部在计量阀32上实施，位置46标识了从计量阀32侧向向下的电插塞接触部。插塞接触部46的上方设有插塞盖14。侧向地构造成有角度的下坡的还原剂输入部16注塑成形在上壳18上，其中，通常涉及制造为塑料注塑成形铸件的构件。

图6可获悉冷却流体穿过计量模块的单个区域的走向，该计量模块由壳体包围。如图6所示，计量模块或在其内布置的计量阀32由壳体12包围，从而可以使计量模块10的所有对温度敏感的区域都被有效地冷却。

根据图6的示图得知：冷却流体流70通过至少一个侧向构造在可旋转式法兰22上的冷却流体入流部24流入到内部件28的中空腔56中。内部件28的中空腔56一方面通过所述内部件28并且另一方面通过罐状内置件50的壳面来限界，在该罐状内置件的上端部上设有已多次提及的环状地构造的凸缘60。冷却流体作为冷却流体流70通过经由至少一个冷却流体入流部24流入到中空腔56中。因此可以实现：计量阀32的承受高的热负载的阀尖端76能够最优地被冷却，因为冷却流体在至少一个冷却流体入流部24上以相对最冷的温度进入到计量模块10中。冷却流体在充满所述中空腔56之后经由至少一个转移口64溢流到计量模块10的上部分中。冷却流体流入到中空腔44中，从而在电插塞接触部46的区域中有效地冷却所述分隔壁40并且另一方面同样可以冷却部分地限制了内腔42的冷却面34。从所述中空腔44起，被加热的冷却流体从现在开始经由至少一个冷却流体出流部26回流到冷却流体循环中，其中，或是可以涉及内燃机的冷却流体循环或是可以涉及单独的冷却流体循环。

根据图6的立体截面图可知：液体从计量阀32的外表面与冷却面34的内侧之间的内腔42中沿着输出方向78经由构造在环状地构造的凸缘60中的引流口30根据标示的箭头来输出。由于重力的作用，液体从内腔42沿着竖直方向向下输送并且经由引流口30沿径向方向侧向向外地到达支撑环68上方，这些引流口以相应的数量在环状地构造的凸缘60的平面中沿径向方向向外地构造。因此可以避免在计量模块10的内部中的液池形成，特别是有效地阻碍了腐蚀的出现。

在计量模块10的下方区域中可识别的是：计量阀32的逐渐变窄地构造的阀尖端76穿过第一开口72伸出，该第一开口在罐状内置件50中构造。此外，在内部件28中构造有第二开口74，在图6中未示出的废气流沿着该第二开口延伸。因此，阀尖端76并不直接承受废气流，该废气流可以根据内燃机的运行温度而具有200℃至750℃之间范围内的温度。

如图6所示，阀尖端76更确切地说是内置地布置并且不直接伸入到内燃机的废气流中。

Claims (16)

1.一种用于冷却计量模块(10)的设备，所述计量模块是用于将燃料/辅料计量到内燃机的排气部中，其中，给所述计量模块(10)配置一冷却装置，所述冷却装置被冷却流体穿流，所述计量模块(10)的至少一个面(34)由冷却体包围，所述冷却体被冷却流体穿流，其特征在于，所述冷却体多件式地构造；并且设置用于输出下述液体的引流口(30)，该液体是所述至少一个面(34)的内侧所形成的内腔(42)中的冷凝水或者进入的水，并且该液体由于重力作用从所述引流口(30)排出。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述燃料/辅料是还原剂。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述引流口(30)在所述计量模块(10)的圆周上以120°分度(58)或者以90°分度(66)设置。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述引流口(30)在环状地构造的凸缘(60)中延伸。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述环状地构造的凸缘(60)位于一中壳(20)的下方，所述中壳是所述冷却体的一部分。

6.根据前述权利要求5所述的设备，其特征在于，所述引流口(30)构造成沟状凹部。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述构造成沟状凹部的引流口(30)是冲压在所述环状地构造的凸缘(60)中的。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，形成所述引流口(30)的沟状凹部是以切削加工的形式构造在所述环状地构造的凸缘(60)中的。

9.根据权利要求4-8中任一项所述的设备，其特征在于，所述引流口(30)在所述环状地构造的凸缘(60)中具有从内向外的径向坡度。

10.根据权利要求4-8中任一项所述的设备，其特征在于，由一被冷却的面并且由计量阀(32)限界的内腔(42)在所述引流口(30)的上方敞开，所述引流口在所述环状地构造的凸缘(60)中延伸。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，液体从所述被冷却的面与所述计量阀(32)之间的所述内腔(42)的输出经由所述引流口(30)沿径向方向向外进行。

12.根据权利要求1-8中任一项所述的设备，其特征在于，由一内部件(28)以及一罐状内置件(50)限界的第一中空腔(56)通过至少一个转移口(64)与中壳(20)的第二中空腔(44)液压地连接。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，进入到所述中壳(20)的第二中空腔(44)中的冷却流体使被冷却的面和分隔壁(40)冷却，所述分隔壁毗邻电插塞接触部(46)。

14.根据权利要求1-8中任一项所述的设备，其特征在于，通过冷凝水从所述内腔(42)的输出避免了腐蚀。

15.根据前述权利要求中任一项所述的用于冷却计量模块(10)的设备的应用，所述计量模块用于将还原剂引入到载重汽车或者客车的内燃机的排气部中。

16.根据前述权利要求1至14中任一项所述的设备的应用，其中，使用车辆的内燃机的冷却循环中的冷却流体作为冷却流体。