CN105793532B - 用于计量AdBlue的计量模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种计量装置(10)，用于将运行或辅助物质引入到内燃机的通流管中，尤其用于将还原剂引入到排气管(12)中，所述计量装置包括喷射阀(22)和接收装置(50)，所述接收装置包括冷却体元件(46)和盖元件(48)，其中，所述喷射装置(22)和所述接收装置(50)借助材料锁合连接部(62，64)组合成一个结构单元。

Description

用于计量AdBlue的计量模块
技术领域
本发明涉及一种计量装置，其包括喷射阀和接收装置，所述喷射阀和接收装置借助材料锁合的连接组合成一个结构单元。
背景技术
在已知的用于液态还原剂的计量装置(例如由DE 10 2008 041 486已知)中，使用计量模块，所述计量模块包括用于将还原剂喷射到废气区域中的计量单元、例如喷射阀，并且由保持装置或适配器接收，借助所述保持装置实现连接到排气系上。为了能够将还原剂最佳地引入到废气中，所述计量模块必须定位得尽可能地靠近高温排气系，其中，在内燃机的排气系中，最高温度可达700℃。基于强制输入到计量模块中的高的热量输入，存在材料(所述材料例如是用于隔绝和密封的材料)过热的危险，这不利地损害计量单元的功能能力。由于构件强度和材料过热保护方面的原因，已知冷却装置，所述冷却装置应确保计量模块不会超过约150℃的极限温度。
由DE 10 2009 047 375 A1已知一种用于将还原剂计量地供应到内燃机排气系中的计量模块，所述计量模块被配属给冷却装置。除了通过计量模块上的冷却肋实现的被动冷却之外，还使用被充注以流体的冷却体。例如，冷却壳体包括金属套筒和塑料部件，所述冷却壳体可以多体式地构造并借助O型环进行密封并且安装在计量模块的接收套筒上。
由WO 2012/049175已知一种用于喷射器的保持件，所述喷射器例如用于将液态物质引入内燃机的废气中，其中，所述喷射器完全被接收在基体和盖罩中。所述基体由相互连接(例如通过钎焊或熔焊)的板材形成，这些板材共同形成一个环形腔，被接收在该环形腔中的喷射器被该环形腔径向包围并由此形成隔热屏障。部分地由喷射器壳体限界的环形腔被加载以冷却介质。基体和喷射器壳体在贴靠区域中相互粘接或借助卷边来形状锁合地连接。系统的密封性通过至少一个补充所述粘接的密封装置实现。用弹性体来密封、支承和/或隔绝使计量模块的最高允许温度受到限制。另外，仅受限制地确保安装在计量模块中的计量阀相对于周围环境受保护，不管是相对于喷水或是在排气侧上相对于还原剂。
发明内容
根据本发明提出一种计量装置，其用于将驱动物质或辅助物质引入到内燃机的通流管中，该计量装置包括喷射阀和接收装置，所述接收装置包括冷却体元件和盖元件，其中，所述喷射阀和所述接收装置借助材料锁合连接部组合成一个结构单元。这种计量装置尤其可使用在用于使内燃机废气脱氮的废气后处理系统的范畴中，其中，还原剂、例如尿素水溶液
Figure BDA0001009032910000021
被喷射到内燃机的排气管中。
所述计量装置还包括计量模块，所述计量模块具有布置在接收装置中的计量单元、例如喷射阀(也被称作计量阀或喷射器)。接收装置至少部分地包围、优选很大程度上完全包围喷射阀。另外，接收装置具有接头区域，地以将计量装置与排气管连接。
接收装置实施为多体式结构，包括至少一个冷却体元件以及包括盖元件，并且构造用于接收喷射阀。喷射阀在其面向排气管的下端部处借助焊接与接收装置或者说与接收装置的冷却体元件材料锁合地连接，在所述下端部处定位有喷射孔盘。所述焊接相对于废气密封并且确保冷却体元件与被接收在喷射阀下端部处的喷射孔盘之间的低热阻。
被接收在接收装置中的喷射阀也通过盖元件相对周围环境密封，所述盖元件是接收装置的一个元件。喷射阀借助焊接与盖元件在贴靠区域中连接，并且，所述盖元件又优选借助材料锁合连接部、尤其是借助焊缝与冷却体元件连接。各个部件之间借助焊接实现的材料锁合连接还提供喷射阀很大程度上完全被密封的优点，而不使用其他密封元件并从而不使用在热稳定性方面不利的材料。
冷却体元件和盖元件优选由薄壁构件、尤其是板材制成，所述薄壁构件优选材料锁合地相互连接。冷却体元件也可以为包括多个相互连接的元件的多体式结构，其中，各个元件的贴靠区域中的材料锁合连接是优选的。
冷却体元件具有复杂地成形的结构，该结构还构成可被加载以冷却介质的空腔。这样形成的空腔提供环形腔，其中，冷却介质入口和冷却介质出口设置在冷却体元件上，以用冷却介质加载该环形腔。所述空腔至少部分包围、优选很大程度上完全包围所接收的喷射阀并且为冷却介质提供大的接收容积。另外，冷却体元件的环形腔可借助分隔元件这样划分，使得冷却介质在环形腔内沿通流路径被引导，该通流路径设计用于喷射阀的优化冷却。流入的低温冷却介质沿着所述通流路径例如到达存在较高温度的喷射阀区域中。基于温度关系实现喷射阀的改善的冷却效果。视应用情况和待提供的冷却功率而定，也可在喷射阀区域中为流入的冷却介质设定其他通流路径。另外，通过预先给定的通流路径影响冷却介质的流动，使得存在大多为紊流的流动并且在很大程度上避免死区，其中，热量导出被改善。所述冷却介质可为液体或为气体混合物，例如冷却水、水、燃料、还原剂或空气。
另外，所述接收装置这样构型，使得喷射阀由冷却体元件套筒状地包围，其中，构成于喷射阀与冷却体元件之间的径向套筒室尤其延伸直至喷射阀尖端的区域中。相对周围环境密封的所述套筒室可接收介质，例如空气、导热膏、油或接收合适的其他介质，所述合适的其他介质辅助喷射阀和冷却体元件之间的热传递。
为了喷射阀在接收装置中的径向保持还设置：在形成于喷射阀与冷却体元件之间的径向套筒室中布置有保持元件，所述保持元件使喷射阀径向定位。保持元件能以环状导热体的形式构型，使得从尖端进入到喷射阀中的热流通过热接触传导到保持元件上并且继续传导到冷却体元件上。因此，通过所述保持元件实现：喷射阀被简单地固定在接收装置上并且热量被有效地导出到接收装置的冷却体元件中。
在温度变化时，喷射阀和接收装置经受不同的长度应变，所述不同的长度应变尤其在连接部位处导致机械应力。为了弹性地补偿一方面喷射阀和另一方面接收装置的不同受热长度变化而设置至少一个应变补偿器件。例如集成在盖元件中的所述至少一个应变补偿器件优选补偿相互连接的部件所产生的总的长度差。在一种实施方式中，所述应变补偿器件可构造为弹性元件或波纹管并布置在喷射阀和接收装置之间。
计量装置的一种扩展方案设置：设置喷射阀的电接头和操控装置，所述操控装置用于控制还原剂的计量，其中，所述盖元件包括相应的贯通部，该贯通部带有相对于周围环境的密封装置。例如，可借助形状锁合连接通过卷边来实现固定。
本发明的优点
通过根据本发明提出的计量装置解决方案实现相对于外部介质、例如喷水的最佳保护，所述计量装置具有喷射阀和接收装置，所述接收装置与该喷射阀借助材料锁合连接部连接成一个结构单元。接收装置的简单的结构措施和低的制造耗费降低该结构的制造成本和重量，所述接收装置包括冷却体元件和盖元件。
对于优化地冷却的喷射阀，产生提高的相对于温度负载的稳健性。尤其因为从喷射阀引入到排气管中的还原剂在140℃至160℃以上的温度的情况下转变到蒸发阶段，所以可通过改善的热量导出来避免喷射阀内的沸腾。通过喷射阀的改善的冷却，并且结合相对于周围环境的隔绝，可优化用于还原剂的计量装置的布置。
喷射阀与接收装置通过材料锁合的焊接实现的连接在不使用附加密封装置的情况下提供最佳密封，所述附加密封装置在其温度稳定性方面是有问题的。
作为其他优点可举出的是：所述接收装置，或者说冷却体元件和盖元件，可由薄板材制成，由此可实现重量精简和简单制造。另外，冷却体元件通过分隔元件最佳地构型用于冷却介质的流过。
另外，可以简单地使得在根据本发明的计量装置中实现对喷射阀的支承和对由温度变化引起的应变的补偿。按照根据本发明提出的解决方案，喷射阀几乎完全被冷却介质包围。作为隔热屏障包围喷射阀的、由冷却介质形成的外罩在径向上几乎是全面的。通过根据本发明提出的解决方案还可以实现：可将喷射阀根据其安装位置和其运行条件以最佳方式进行安装。根据所述喷射阀是否使用在承受高温的安装位置或是否使用在在声学方面敏感的部位处而定，能以最佳方式在用于喷射阀的接收装置中实现喷射阀的相应连接。在要求耐热的安装位置方面，可以通过选择冷却介质的合适的材料及合适的温度水平来实现改善的热量导出。相对地，如果在声音敏感部位使用喷射阀，则可在喷射阀的接收装置中通过相应地优化的安装来实现声音传播，而不必构建声音传输桥。
附图说明
本发明的主题的其他优点和实施方式通过附图被直观示出并且在后面的描述中被详细解释。附图示出：
图1计量装置的横截面，所述计量装置具有保持件和集成的喷射阀，
图2根据本发明提出的计量装置的一种实施方案变型的横截面。
具体实施方式
图1示出计量装置10，其使用在SCR系统中，用于将还原剂计量地供应到排气管12中，其中，废气流沿流动方向B流过排气管12。所述废气流来自图1中未示出的内燃机，所述排气管12在内燃机的排出侧衔接在该内燃机上。计量装置10包括基体14，该基体由第一板材16和第二板材17形成，所述第一板材和第二板材在贴靠区域或者说重叠区域中通过钎焊连接部18相互连接。板材16和17相互隔开间距并形成环形腔20。另外，在基体14中接收有喷射阀22，其壳体被标记以24。第一板材16的轮廓这样选择，使得形成用于喷射阀22的适应性接收部26。喷射阀22与第一板材16和第二板材17构成贴靠区域，所述贴靠区域实施为粘接部28和30，其中，环形腔20一方面通过第一板材和第二板材16、17并且另一方面通过喷射阀22的壳体24限界。此外，由于环形腔20的密封性原因，在粘接部28旁边设置有例如呈O型环形式的附加密封装置32。在第二板材17上设置有冷却介质入口34和冷却介质出口36，通过它们实现用冷却介质加载环形腔20。在基体14的上方设置有盖罩38，在该盖罩上设置有喷射流体接头40。盖罩38和基体14借助未详细示出的钎焊连接部相互连接。在基体14和盖罩38之间示出喷射阀22的电接头42，其中，控制线路也可被连接在那里。为了补偿位于计量装置10内的喷射流体的由于结冰而出现的体积变化，在盖罩38区域中设置有碟形弹簧作为应变补偿器件44。
实施方案变型
图2示出根据本发明提出的计量装置10的一种可能的实施方案变型，其中，相同的元件相应于图1所选的附图标记被标记。
在计量装置10中，冷却体元件46和盖元件48组合成接收装置50，所述冷却体元件和盖元件例如通过焊缝49相互密封连接。计量装置10布置在排气管12上，其中，例如设有凸缘连接部52，计量装置10和排气管12能借助所述凸缘连接部连接。替代地，也可以通过焊接或卷边建立该连接。计量装置10包括喷射阀22或喷射器，通过所述喷射阀或喷射器将还原剂、例如
Figure BDA0001009032910000061
引入到废气流中。沿流动方向B流动的废气的温度在该部位处可达700℃。相应地，排气管12在该部位处被加热，由此，喷射阀22并且尤其其下端部承受极高的热载荷，喷射孔盘54位于所述下端部处。因此，喷射阀22的冷却是必要的，所述冷却防止计量装置10损坏。
根据本发明，通过构造为薄壁结构的冷却体元件46实现冷却。所述冷却体元件46可由多个板材制成，这些板材具有或多或少复杂的结构并且在相应的贴靠区域处相互焊接。在根据图2的实施方案变型中，这些板材16、17构造成一个结构并且在焊接连接部56处材料锁合地相互连接。
这样相互连接的板材16、17限界环形腔20，所述环形腔20可通过冷却介质入口或冷却介质出口34、36被加载以冷却介质。可使用液体，例如水、冷却水、燃料或还原剂，作为冷却介质。在图2中还示出分隔元件58，该分隔元件将环形腔20进一步划分，其中，环形腔20的在此形成的各个区域经由设置在分隔元件58上的开口60相互处于通流接触。以该方式为冷却介质预先给定一个通流路径，该通流路径使得能优化冷却。
喷射阀22被接收在接收装置50中，其中，冷却体元件46很大程度上完全包围喷射阀22。喷射阀22在其下端部处在喷射孔盘54区域中借助实施为焊缝62的材料锁合连接部与接收装置50、即与冷却体元件46密封连接。另外，喷射阀22在其上端部处与接收装置50的盖元件48在贴靠区域中也借助焊接连接部64材料锁合地连接。因此，喷射阀22被接收在支撑元件50中，其中，所述喷射阀通过焊接连接部相对于周围环境密封，而不需要附加的密封元件。
为了喷射阀22在接收装置50中的径向定位还设置有保持元件66，所述保持元件设置在构成于喷射阀22与冷却体元件46之间的径向套筒室68中。所述保持元件66可构型为环形导热体并且通过过盈配合保持在接收装置50中或者说径向套筒室68中。通过这种方式，喷射阀22也至少间接地保持在接收装置50中并形成热量导出。借助构造为焊缝62和64的焊接连接部受密封的套筒室68可被充注以介质，所述介质用于将从下端部输入到喷射阀22中的热量更好地导出。合适的介质为空气、导热膏、油等，其中，为了基于改善的热传递来实现有效冷却，导热介质很大程度上直至喷射孔盘54区域中地包围喷射阀22。
在温度变化时，喷射阀22和接收装置50显示出不同的体积或长度变化。为了实现对不同的受热长度变化的补偿，在接收装置50与喷射阀22之间、尤其是在盖元件48与该喷射阀之间接收有应变补偿元件70。该应变补偿元件70能以碟形弹簧的形式构型或如在图2中表明的那样构型为褶皱管(Faltenbalg)，其中，可实现用于压力卸载的相对运动。
在盖元件48上还设置有电操控装置的贯通部72，所述电操控装置通过喷射阀22的电接头74表示，其中，贯通部72带有密封装置76。
本实施方式的主要优点在于：通过计量装置10的各个部件之间的材料锁合连接而不必设置附加的密封元件。另外，通过接收装置50的轻质结构有利地产生：可实现成本有利的结构，所述结构在被接收在该结构中的喷射阀22的冷却方面被优化。
本发明并不局限于在这里所述的实施例以及在这些实施例中强调的方面。更确切地说，在通过权利要求给出的范围内，处于本领域专业人员涉及的范畴内的多种变型都是可能的。

Claims (10)

1.计量装置(10)，其用于将驱动物质或辅助物质引入到内燃机的通流管中，所述计量装置包括喷射阀(22)和接收装置(50)，所述接收装置包括冷却体元件(46)，其中，所述喷射阀(22)和所述接收装置(50)借助至少一个材料锁合连接部(62，64)组合成一个结构单元，其中，所述喷射阀(22)在下端部处在喷射孔盘(54)区域中借助第一焊缝(62)与所述冷却体元件(46)材料锁合地且密封地连接，所述喷射阀(22)在上端部处借助第二焊缝(64)与所述接收装置(50)的盖元件(48)材料锁合地且密封地连接，被接收在接收装置中的喷射阀通过盖元件相对周围环境密封，其中，冷却体元件(46)和盖元件(48)相互密封连接，其中，冷却体元件(46)的外壁和内壁之间形成环形腔，其中，由冷却体元件(46)的内壁和盖元件(48)以及喷射阀(22)限界出套筒室(68)，该套筒室借助第一焊缝(62)和第二焊缝(64)受密封。
2.如权利要求1所述的计量装置(10)，其特征在于，所述接收装置(50)包括盖元件(48)，所述盖元件借助焊缝(49)与所述冷却体元件(46)连接。
3.如权利要求1至2之一所述的计量装置(10)，其特征在于，所述冷却体元件(46)为由薄壁构件(16，17)组成的多体式结构，所述薄壁构件材料锁合地相互连接，使得形成环形腔(20)，该环形腔能够与冷却介质入口(34)以及与冷却介质出口(36)连接，以用冷却介质加载所述环形腔(20)，其中，为所述冷却介质设定通过分隔元件(58)限定的通流路径。
4.如权利要求1或2所述的计量装置(10)，其特征在于，所述套筒室(68)被充注以有利于热传导的介质。
5.如权利要求1或2所述的计量装置(10)，其特征在于，所述喷射阀(22)在套筒室中由保持元件(66)在径向上定位。
6.如权利要求5所述的计量装置(10)，其特征在于，所述保持元件(66)以环形导热体的形式构型，所述环形导热体被接收在套筒室(68)区域中。
7.如权利要求1或2所述的计量装置(10)，其特征在于，为了补偿喷射阀(22)和接收装置(50)的不同受热长度应变，设置有应变补偿元件(70)。
8.如权利要求7所述的计量装置(10)，其特征在于，所述应变补偿元件(70)以弹簧元件或波纹管的形式构造。
9.如权利要求1或2所述的计量装置(10)，其特征在于，在盖元件(48)上设置有能够密封的贯通部(72)，所述贯通部用于所述喷射阀(22)的电操控装置。
10.如权利要求1或2所述的计量装置(10)，其特征在于，所述计量装置用于将还原剂引入到排气管(12)中。
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