CN104350250B - 用于连接件的冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于将还原剂计量到内燃机的废气系统中的计量模块(10)。该计量模块(10)包括至少一个冷却体(22，24)，该冷却体被冷却流体穿流。该计量模块(10)具有通过冷却流体主动冷却的连接接头(44)。
Description
背景技术
DE 44 36 397 A1涉及一种废气后处理设备。公开了一种用于对自点火式内燃机的废气进行后处理的设备，其中，为了改进还原催化器的工作方式，将还原剂输送到输入催化器中的废气中。还原剂的输入在此通过电控的计量阀进行，该计量阀与控制阀在共同的壳体中相结合。该控制阀用于受控地引入输入的压力空气(通过计量阀预给出的还原剂量在该压力空气中传播并且紧接着被间歇性地输送到废气中)。除了最佳地传播被引入的还原剂，这还尤其用于避免在计量阀和控制阀处的尿素沉积和粘结。
DE 198 56 366 C1涉及一种用于对借助过量空气进行工作的内燃机的废气进行后处理的装置和方法。建议了一种用于对废气进行后处理的装置，该装置包括用于还原在废气中的氮氧化物成分的还原催化转换器。此外，装置包括可电控的、用于受控地将还原剂引入到还原催化转换器上游的废气管路中的计量装置以及一种用于冷却计量装置的装置。计量装置包括喷射阀，该喷射阀被直接与废气管路相连的双层壁式阀件容纳体包围。此外，计量装置包括压力空气产生装置，该压力空气产生装置将压力空气吹进在阀件容纳体的外壁和内壁之间的气隙中，用于至少冷却喷射阀的近废气部分。
DE 10 2012 201 203涉及一种用于将还原剂计量到内燃机废气系统中的水冷计量模块。计量模块包括至少一个冷却体，该冷却体被可用于冷却内燃机的冷却流体穿流。在计量模块的上部区域有电触点。计量模块由全封闭护罩围住。全封闭护罩包括上部和下部冷却体，该冷却体被从阀尖区域出发朝电触点方向取向的冷却流体流穿流。
为了使计量模块的阀尖尽可能靠近废气流，在计量模块中对阀容纳部进行主动冷却。这一点通过将冷却体连接到例如交通工具制冷剂循环中而实现。由此确保了，即使在计量模块定位在废气附近的情况下，阀尖在工作时的温度也不超过120℃。但是，由于设计所限，计量模块的连接件处于环境温度下，待计量的工作/辅助介质、例如尿素水溶液或尿素等通过该连接件流入计量模块。在不利工作状态下，例如在工作时外部环境温度很高时或在热停机(或热浸)过程(Heiβabstell-Vorgang)中，该连接件可能以不希望的方式升温且由此将热量带入计量模块的内部。由于设计所限而暴露出的连接件区域在计量模块升温方面非常临界。
发明内容
根据本发明，用于将工作/辅助材料(例如尿素水溶液(HWL)，尿素等)计量到内燃机废气系统中的计量模块的连接件被主动冷却。这可例如通过以下方式实现，即可例如将连接件(其例如可以是注射成型件)构造成双壁式，从而使得构造成一件式或多件式的连接件(其通常制成塑料注射成型件)被冷却介质穿流，也就是说，一个穿过这个一件式或两件式构造的连接件的用于还原剂的输入管路被一冷却流体流围裹。由此有利地将构造成一件式或多件式的连接件在工作中所吸收的热量通过所述冷却循环从计量模块带走。附加地，通过根据本发明建议的一件式或多件式构造的连接件的主动冷却和存在于连接件内部的冷却流体外套提高计量模块的热质量，由此使得在停机情况(Abstellfall)下的升温更加迟缓。由此可尤其防止计量模块的不希望的突然升温，如其在内燃机的被称作“热停机”的关断过程中可能出现的那样。
这两种效果，即计量模块的主动冷却以及热质量的提高明显减少了进入计量模块内部的热量且因此防止在关键部件(例如用于密封的O形环或者过滤体)上的不允许的温度过高。
发明内容
通过可构造成一件式或多件式的连接件的根据本发明建议的主动冷却不仅可冷却输入到计量模块中的还原剂本身(该还原剂通常可以是尿素水溶液或其他工作-/辅助材料)，而且也可冷却计量模块本身，通过根据本发明建议的解决方案可将已冷却的工作-/辅助剂流输入该计量模块。通过连接件的一件式或两件式设计也可有利地实现计量模块热质量的提高，从而该计量模块的升温特性更迟缓，这特别是在“热停机”情况下是有利的。如果构造成一件式或多件式的连接件被主动冷却，也可从计量模块的上部区域中带走更多热量或者明显减少进入该区域的热量。
根据本发明建议的计量模块的又一优点在于，主动冷却式的连接接头可构造为一件或多件式。对于主动冷却式的连接接头构造成一件式的情况，该连接接头可例如制成塑料注射成型件，其中，该主动冷却式的连接接头中的还原剂管路被至少部分地包围该还原剂管路的冷却流体管路包围。可要么有利地应用单独的冷却流体、内燃机燃料、还原剂本身要么有利地应用内燃机的冷却流体作为冷却流体。如果根据本发明建议的主动冷却式的连接接头以逆流原理被穿流，即还原剂和冷却流体彼此逆向流动，则可实现特别好的热交换，即特别好地从计量模块中带走热量。
根据本发明建议的解决方案的又一优点在于，对于主动冷却式的连接接头构造成两件式的情况，塑料体可与一金属连接管材料配合地接合，从而对于汽车制造商来说，根据本发明建议的计量模块可视乎可用结构空间的不同分别装配在型号特有的装配位置中。
考虑到这种情况，存在的可能性是，根据本发明建议的主动冷却式的连接接头装备有咬合锁或卡锁件。该咬合锁或卡锁件允许将根据本发明建议的主动冷却式的连接接头安装在不同周向位置中，该周向位置可取决于制造商处于不同的角度位置中。
可通过卡锁或者通过构造咬合锁这样设计主动冷却式的连接接头的固定，即，在维修情况下也能很容易接近计量模块并且例如材料配合地产生的连接也不需再麻烦地加以破坏。
根据本发明建议的主动冷却式的连接接头-其可构造为一件式或多件式-包括塑料体，该塑料体制成塑料注射成型件。通过该制造技术，在通过冷却流体管路包围还原剂管路方面存在相对大的自由度。在可能的实施变型中，冷却流体管路可完全地、即以360°地包围还原剂管路，也就是完全围套或围裹该还原剂管路。然而也存在这样的可能性，即基本上环形构造的冷却流体流动通道仅部分地(例如以180°或以270°或以任意另一该数量级的角度)包围同轴于该流通通道延伸的还原剂管路。
通过例如借助于咬合锁使压力管路直接接触到计量阀上，可取消否则还需要的密封位置。通过取消密封位置可明显提高压力管路和计量阀之间的接触的鲁棒性，此外可通过取消否则还需要的接头或接管而减轻重量，尤其是，压力管路与计量阀的根据本发明建议的直接接触还可明显降低成本。
附图说明
接下来借助于附图进一步阐述本发明。
其中：
图1示出带有构造成一件式的主动冷却式的连接接头的计量模块，
图2示出实施为两件式的主动冷却式的连接接头的另一实施变型，
图3示出容纳在计量阀上的主动冷却式的连接接头的塑料体的截面图。
具体实施方式
图1示出用于容纳在用于在内燃机上使用的计量阀上的主动冷却式的连接接头的第一实施变型。
接下来描述的计量模块10尤其用于将还原剂计量到内燃机的废气系统中。还原剂可以是工作材料/辅助材料，例如尿素水溶液、尿素溶液，它现今以商品名被广泛使用。
从图1的图示可得出，用于将还原剂计量到内燃机废气系统中的计量模块10包括还原剂输入部12，该还原剂输入部12根据本发明构造为主动冷却式的连接接头44。计量模块10此外包括布置在计量模块10的下部区域中的冷却流体输入部14。冷却流体经由所述冷却流体输入部14流入计量模块10的内部以用于作用到至少一个冷却体22或24上。冷却流体例如可以是冷却用流体、即内燃机的冷却液，可以是燃料，可以是该还原剂本身或者可以是另一如图1所示的以其相对较低的温度流入计量模块10的阀尖18的流体。在遭受内燃机废气系统中的非常高的温度的阀尖区域18中出现最高温度，从而需要在该区域上进行最强冷却。经由冷却流体输入部14流入的冷却流体流到下部的冷却体22，在该冷却体的周面上容纳有可转动的法兰23。可转动的法兰23容纳所述冷却流体输入部14，从而该冷却流体输入部相对于下部冷却体22的周向位置可变。在下部冷却体22中有一导流板26以及一开口，流到阀尖18的冷却流体经由该开口作为被导向或被定向的冷却流体流34跨流到另一冷却体、即上部冷却体24中。下部的被冷却表面用参考标号28在下部冷却体22区域中标明，而上部的被冷却表面以参考标号30标明，其位于根据本发明建议的计量模块10的上部冷却体24中。已被导向的冷却剂流34从上部的被冷却表面30出发流到冷却流体回流部16，该冷却流体回流部16在图1所示的实施变型中构造在上部冷却体上，虚线表明了离开冷却流体回流部16的、被导向的流体流34如何流到一个构造在主动冷却式的连接接头44侧面的入口接头42(也参考图2的图示)。
在图1所示的实施变型中，主动冷却式的连接接头44一件式地构造并且包括侧向地从塑料体52分支出的还原剂输入部12。该还原剂输入部例如通过塑料注射成型工艺制造并且借助于图1未详细示出的卡锁连接或者咬合锁可脱开地固定在计量模块10的上侧(参考图3所示)。
此外图1示出：主动冷却式的连接接头44包括还原剂管路46，还原剂、例如尿素水溶液(HWL)或者尿素通过该还原剂管路流到计量阀36。一个冷却流体管路50同轴于还原剂管路46地延伸穿过所述主动冷却式的连接接头44，该冷却流体管路以护套形式至少部分地包围还原剂管路46。被导向的冷却剂流34通过已提及的侧面地注塑在主动冷却式的连接接头44的周面48上的入口接头42从还原剂回流部16出发流入连接接头44。比较还原剂和冷却流体的流动方向64，66发现：这两种流体在主动冷却式的连接接头44中根据逆流原理穿流，由此获得非常好的传热性。在还原剂管路46和至少部分地包围该还原剂管路的冷却流体管路50之间的分隔壁构建得越薄，则通过计量模块10上的连接接头44的根据本发明建议的主动冷却就可实现越好的散热性。
此外图1示出：在塑料体52上构造有空腔80。主动冷却式的连接接头44的该空腔80用于将该构件容纳在计量阀36的上端部上。为了实现计量模块10的计量阀36和主动冷却式的连接接头44的塑料体52之间的密封，示出一个环形构成的密封元件76。一方面，该密封元件通过以下方式以其内侧贴靠在计量阀36的喉部，即计量阀的喉部构造有减小的直径。此外，所述环形构成的密封元件76贴靠在塑料体52的内壁78上，从而在安装塑料体52时，所述环形构成的密封元件弹性变形且获得密封作用。
图2详细示出了根据本发明建议的主动冷却式的连接接头的又一实施可能性。不同于图1所示的主动冷却式的连接接头44构造为优选制成塑料注射成型件的一件式构件地，图2所示的实施例构造为多件式。主动冷却式的连接接头44在该实施变型中包括塑料体52，该塑料体容纳在计量阀36的上部区域中，这类似于图1所示的实施变型。
在图2所示的实施变型中，主动冷却式的连接接头44的塑料体52上附接有连接管56。连接管56可例如是汽车制造商给出的用于还原剂的供给管路，该供给管路例如构造为金属管或适合的塑料管。图2示出：塑料体52和连接管56通过材料配合连接58彼此相连。材料配合连接58尤其构造为环绕延伸的焊缝且包括内连接60，在该内连接60处，还原剂管路46在连接管56中和在塑料体52中的区段彼此相连，而在外连接处，冷却流体管路50在连接管56中和在塑料体52中的各区段材料配合地彼此相接。在软管连接的软管区段和入口接头42之间也产生一材料配合连接58(尤其为焊接)，在冷却流体回流部16处作为被导向的冷却流体流34离开上部冷却体24的冷却流体流到根据图2所示的主动冷却式的连接接头44。
通过冷却流体输入部14流到下部冷却体22的冷却流体跨流到上部冷却体中，从那里通过冷却流体回流部16进入相对于计量模块10来说在外部延伸的软管区段40中。除了在外部延伸的软管系统之外，也可借助于内部转接点构造冷却流体从计量模块本体到连接接头中的转接点，然而该转接点在附图中未详细示出。
被导向的冷却流体流34在经过例如划出270°圆弧的软管区段之后流入侧向地注塑在塑料体52上的入口接头42且流入主动冷却式的连接接头44的冷却流体管路50中。通过选择的入口位置获得还原剂管路46中的还原剂逆向于沿流动方向64流动的冷却流体流的流动，该冷却流体流穿流同轴于还原剂管路46延伸的冷却流体管路50。主动冷却式的连接接头44中的逆流原理的实现使得高效地从遭受高温的部件中带走热量成为可能，从而可避免在例如O形环或过滤体等使用在计量模块10中的关键部件中出现不允许的温度过高。
为了完整性应提及，根据图1和2中的两个实施变型的计量模块10在侧面具有电触点20，该电触点用于计量模块10的电接触。如图2此外所示，被导向的冷却流体流34经由冷却流体输入部14流至下部冷却体22，并且在冷却流体在导流板26的支持下跨流到上部冷却体24中之前高效地冷却计量模块10的下部区域中的阀尖18。布置在下部冷却体22中和在上部冷却体24中的被冷却表面以参考标号28或者30标明。不同于图1所示，在根据图2的实施变型中，构造在上部冷却体24周面上的冷却流体回流部16有利地略微朝下弯曲，从而可更容易将软管连接件40固定在该冷却流体回流部16上。在入口接头42处实施有在软管区段40的插在那里的端部和入口接头42之间的材料配合连接58。替代材料配合连接58地，也可在入口接头42和软管区段40之间应用卡箍/软管连接，即力配合连接。
从图3的图示可得出主动冷却式的连接接头的塑料体的详细视图。
如图3所示，塑料体52设有咬合锁或卡锁件54。这使得从外部以简单的方式将塑料体52安装在计量模块10的计量阀36的上部上成为可能。卡锁件或咬合锁54具有的优点是，实现一种可脱开的连接，该连接在维修情况下也可较容易被拆卸，这一点对于材料配合连接来说则不然。由于塑料体52在计量阀36上的所选的固定可能性，塑料体52可安装在不同的周向位置上，该位置可以是制造商特有的，从而对安装可能性起决定作用的结构空间比例可与制造商的不同位置相匹配，由此确保了在安装根据本发明建议的计量模块10时相对较高的灵活性。为了能手动安装塑料体52，在卡锁钩后面实施有自由空间，以便允许咬合锁或卡锁件54进行偏转运动。
位置76表示密封元件，该密封元件构造在计量阀36的变细区域处，并且在安装状态下以形成密封的方式贴靠在塑料体52的内壁78上。在安装状态下，环形构成的密封元件76变形，并且一方面贴靠在塑料体52的内壁78上且另一方面贴靠在计量阀36的颈部上并形成实际的密封。
如还从图3的剖面图中得出的那样，还原剂管路46基本中心地在塑料体52中延伸。在根据图3的剖面图中示出了还原剂管路46的部分，该部分沿竖直方向向下朝计量阀36的方向伸展(参考图1所示)。图3示出：在该剖视图中，冷却流体管路50相对于还原剂管路46同轴延伸且在该实施变型中冷却流体管路50以180°的圆弧72部分地围裹还原剂管路46。代替图3所绘的180°圆弧72(在该实施变型中冷却流体输入管路50的横截面以所述圆弧围绕还原剂管路46)，也可选择另外的圆弧值，例如选择270°或全包围(即360°的环形横截面)。在生产技术层面，塑料注射成型工艺在此具有最大的自由度。视乎在主动冷却式的连接接头44中的在还原剂管路46和在冷却流体管路50之间的分隔面74的所能制得的厚度的不同，得到不同的可实现的从计量模块10的热带出量。通过在主动冷却式的连接接头44中在还原剂和冷却流体之间实现逆流原理有助于从计量模块10中带出热量，如前文已多次提及的那样。在逆流原理的情况下，在这里提及的流体、即还原剂和冷却流体之间获得特别好的传热性。传热性可通过设计得尽可能薄的分隔面74得到改进，然而还应考虑机械稳定性，原因是必须绝对确保这两种流体、即还原剂和冷却流体的分隔。
通过前文借助于图1至3所述的解决方案，迄今为止应用的连接件可通过根据本发明建议的主动冷却式的连接接头44所代替，该连接接头44可从还原剂罐出发连接到输入管路上，就像连接到内燃机冷却水循环上那样。为了考虑到对于客户来说较小的可用结构空间，主动冷却式的连接接头在理想情况下直接与冷却流体输入管路或者还原剂进入管材料配合地相连、优选焊接。由此避免结构过大(例如在使用O形环时可造成结构过大)，从而可考虑到结构空间的局限。此外可通过根据本发明建议的解决方案实现以下结果：确保更好的温度特性，即确保工作时的主动冷却且实现计量模块10的热质量的提高，这尤其可在出现“热停机”时对所应用的构件的使用寿命具有重大意义。
Claims (12)
1.一种计量模块(10)，用于将还原剂计量到内燃机的废气系统中，其中，所述计量模块(10)包括具有阀尖(18)的计量阀(36)和至少一个冷却体(22,24)，所述冷却体被冷却流体穿流，其中，所述至少一个冷却体(22,24)至少部分地包围所述计量阀(36)，其中，所述计量模块(10)具有连接接头(44)，所述连接接头包括一还原剂管路(46)，所述还原剂管路使还原剂沿着流动方向(66)朝向所述计量阀(36)流动，其特征在于，所述还原剂管路(46)至少部分地被一冷却流体管路(50)围套，从而使得所述连接接头通过所述冷却流体主动冷却，其中，所述至少一个冷却体(22,24)和所述连接接头(44)布置为使得所述冷却流体进入所述至少一个冷却体(22,24)并且从所述至少一个冷却体(22,24)中流出，并且在流出后流入所述连接接头(44)的一入口(42)并且流入到所述连接接头(44)中，然后逆着还原剂的所述流动方向(66)穿流所述冷却流体管路(50)。
2.根据权利要求1所述的计量模块(10)，其特征在于，主动冷却式的所述连接接头(44)一件式地构造为塑料注射成型件或多件式地构造，并且包括一连接管(56)和一塑料体(52)。
3.根据权利要求2所述的计量模块(10)，其特征在于，所述冷却流体管路(50)以至少180°的圆弧(72)包围塑料体中的还原剂管路(46)。
4.根据权利要求2所述的计量模块(10)，其特征在于，所述连接管(56)和所述塑料体(52)材料配合地彼此接合。
5.根据权利要求4所述的计量模块(10)，其特征在于，材料配合的接合部位(58)实施为环绕的焊缝。
6.根据权利要求1所述的计量模块(10)，其特征在于，一处于所述冷却体(22,24)之一上的冷却流体回流部(16)和所述入口(42)通过一软管连接(40)液压地彼此连接。
7.根据权利要求2所述的计量模块(10)，其特征在于，所述连接接头(44)的塑料体(52)具有卡锁结构或咬合锁(54)。
8.根据权利要求7所述的计量模块(10)，其特征在于，主动冷却式的所述连接接头(44)在所述计量模块(10)上能够被卡锁在该计量模块(10)的不同周向位置中。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的计量模块(10)，其特征在于，所述冷却流体为所述还原剂、内燃机燃料或内燃机冷却液。
10.根据权利要求6所述的计量模块(10)，其特征在于，所述计量模块(10)由被导向的冷却流体流(34)从阀尖(18)出发穿过所述至少一个冷却体(22,24)、穿过一软管连接(40)和主动冷却式的所述连接接头(44)穿流。
11.根据权利要求1-8、10中任一项所述的计量模块(10)，其特征在于，所述计量模块(10)通过在主动冷却式的所述连接接头(44)中构造冷却流体外套而具有更高的热惯性。
12.根据权利要求1-8、10中任一项所述的计量模块(10)，其特征在于，在主动冷却式的所述连接接头(44)的区域中通过利用制冷剂沸腾时的汽化热而在热停机情况下得到最佳冷却。
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