CN110593994A - 配量模块 - Google Patents

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Abstract

用于将还原剂馈入到排气系中的配量模块具有：用于调节还原剂输出量的喷射阀；配量模块基体，喷射阀布置在其上；配量模块基体中的至少一个环形冷却流体通道，用于供冷却流体流过并由此冷却配量模块；用于将冷却流体供应至冷却流体通道的冷却流体导入通道；用于将冷却流体从冷却流体通道导出的冷却流体导出通道；和导板，延伸通过冷却流体通道。导板将环形的冷却流体通道分成径向外部冷却流体通道区域和径向内部冷却流体通道区域。冷却流体导入通道水平地延伸至或倾斜地从下方延伸至配量模块基体上的冷却流体导入接头部位，冷却流体导出通道邻接到径向外部冷却流体通道区域地从配量模块基体上的冷却流体导出接头部位向上离开地延伸。

Description

配量模块
技术领域
本发明涉及一种用于将还原剂馈入到内燃发动机的排气系中的配量模块。本发明也涉及一种具有这种配量模块的排气系。
背景技术
在废气后处理领域中已知的是SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性氧化还原)系统，所述系统的任务是减少机动车的内燃发动机、尤其柴油发动机的废气中的氮氧化物(NOx)。
所述系统借助所谓的配量模块将尿素水溶液在SCR催化器之前喷射到内燃发动机的排气系中。在化学过程中，尿素在与SCR催化器的共同作用下被转化成氮气(N2)和水(H2O)。在此，废气中的氮含量减小。
在车辆运行中，在配量模块的位置处产生数百摄氏度的温度。因而在现有技术中，在配量模块处设有冷却器，以防止在那里的温度损害并保证配量模块能正常工作。现今不那么流行空冷，通常更多地借助水冷。
特别是在所谓的“热关停”的情况下(车辆被关停，并且冷却水在高温的废气设施的情况下不再在冷却回路中循环，因为冷却水泵随着内燃发动机的停止同样也已停机)，配量模块内部的喷射阀受强烈的热负荷，因为在该阶段仅提供减弱的冷却作用并且废气系统还很热。此外，在该情况下，仅配量模块自身中的冷却水还可用于冷却并且可能的是：该冷却水开始沸腾并且蒸汽将冷却水从配量模块挤出，这附加地不利于冷却作用。作为配量模块的一部分的喷射阀的正常工作性会由于过热而受损。
发明内容
因而，本发明的任务是：提供在内燃发动机关停时具有更好的冷却的配量模块。
该任务通过本发明的配量模块和排气系解决。本发明还提出有利的扩展方案。
根据本发明的用于将还原剂馈入到内燃发动机、尤其是柴油发动机的排气系中的配量模块具有以下构件：用于调节还原剂通过配量模块的输出量的喷射阀；配量模块基体，喷射阀布置在该配量模块基体上；在配量模块基体中的至少一个环形冷却流体通道，用于供冷却流体、尤其是冷却水流过并由此冷却配量模块；用于将冷却流体供应至冷却流体通道的冷却流体导入通道；用于将冷却流体从冷却流体通道导出的冷却流体导出通道；和导板，该导板走向通过冷却流体通道以用于对冷却流体进行流动引导。导板将环形的冷却流体通道至少区段式地分成在径向方向上的(径向)外部冷却流体通道区域和径向内部冷却流体通道区域。当配量模块安装在排气系上的运行准备就绪的装入位置中时，冷却流体导入通道水平地或倾斜地从下方延伸至配量模块基体上的冷却流体导入接头部位，并且，冷却流体导出通道与径向外部冷却流体通道区域邻接地从配量模块基体上的冷却流体导出接头部位向上离开地延伸，使得冷却流体中的可能的蒸汽可以在其中上升。
配量模块在机动车的排气系中布置在SCR催化器之前，SCR催化器的任务是减少内燃发动机、尤其是柴油发动机的废气中的氮氧化物(NOx)。借助配量模块将还原剂、例如尿素水溶液在SCR催化器之前馈入到排气系中。尿素在与SCR催化器的共同作用下被转化成氮气(N2)和水(H2O)。废气中的氮含量由此减小。
表述“水平”、“竖直”、“上”和“下”在说明书的范畴中理解为参照可运行地安装在机动车排气系上的配量模块而言。对此，机动车位于平地上，即不在斜坡上。
优选可使用冷却水作为冷却流体，即添加了防腐蚀剂、防锈剂、提高沸点剂和类似物的水。同样可使用例如在室温情况下是液态而在沸腾温度的情况下转变成其气相的其他流体来冷却配量模块。
冷却流体导入通道和冷却流体导出通道例如可以区段式地通过软管或管构成。
冷却流体通道中的蒸汽可在向上离开地延伸的冷却流体导出通道中向上上升，从而沿冷却流体的流动方向运动并且可由此促进或驱动冷却流体输送通过冷却流体导出通道。由此也改善冷却流体通道中的冷却流体循环。这对配量模块的冷却起积极作用。
因为冷却流体导入通道水平地或从下方延伸到配量模块基体上，所以蒸汽流入到冷却流体导入通道中的概率减小。从而避免由于逆着流动方向上升的蒸汽使冷却流体的流动减速并且对冷却流体流经冷却流体导入通道、冷却流体通道和冷却流体导出通道进行改善。
导板在冷却流体通道中走向并且用于对冷却流体或者说冷却水进行流动引导。通过导板将环形冷却流体通道至少区段式地分成径向外部冷却流体通道区域和径向内部冷却流体通道区域，使得冷却流体同样分成两个环形壳。在此，径向内部表示参照围绕喷射阀环形走向的冷却流体通道而言靠近喷射阀，径向外部表示远离喷射阀。排气系中的热从外部作用到配量模块上，由此蒸汽汽泡也优先在配量模块的外部环形壳中形成。导板将蒸汽汽泡保持在径向外部冷却流体通道区域的外部中，所述蒸汽汽泡从那里向上输出到冷却流体导出通道中。在此，蒸汽汽泡在冷却流体中向上上升、输送通过冷却流体通道并且优选到达连贯地衔接到冷却流体通道上的冷却流体导出通道上。蒸汽汽泡通过其在升高的冷却流体导出通道中的上升来驱动流体的输送。
导板例如构造为格栅并且一定程度上允许冷却流体穿流，其中，尽管如此仍实现径向外部变热的冷却流体与径向内部变热程度较小的冷却流体的分隔作用。同样，导板可仅设在冷却流体通道的上部区域中并且延伸直至冷却流体导入接头部位的刚好下方、例如其下方1cm处，以便使得在其下方实现在径向内部冷却流体通道区域和径向外部冷却流体通道区域之间的冷却流体交换。
根据配量模块的一实施方式，冷却流体导入通道通到径向内部冷却流体通道区域中。在此，冷却流体导入通道的一部分例如借助套筒构成，该套筒从径向外部伸入到配量模块基体中直至进入径向内部冷却流体通道区域中。冷却流体导入通道伸入到径向内部冷却流体通道区域中，这改善了流入到冷却流体通道中的冷却流体与可以在冷却流体通道中布置在径向外部的、强烈变热的并且由此含蒸汽的冷却流体的分离。由这种变热的径向外部的冷却流体形成的蒸汽流入到冷却流体导入通道中的概率由此减小。
根据配量模块的一实施方式，配量模块附加地包括储热器，该储热器与冷却流体导出通道导热地连接，以便将冷却流体导出通道冷却并从而使冷却流体中的可能的蒸汽冷凝。为了更有效地防止：蒸汽或汽泡会聚集在冷却流体导出通道中、尤其是在冷却流体导出通道的最高点的区域中并且所述蒸汽或汽泡对那里的通流造成阻碍，附加地设有储热器。储热器在运行中比暂时变热的冷却流体导出通道更冷并且从而可从该冷却流体导出通道接收热量并且将其冷却。通过将冷却流体导出通道冷却，使得在冷却流体导出通道中的汽泡冷凝并被去除。储热器例如布置在配量模块基体上方。此外，储热器优选布置在冷却流体导出通道的最高点处或最高点下方，以便在汽泡会在那里聚集之前将冷却流体中的汽泡通过冷凝而去除。储热器提供在技术上简单的、不易受干扰的构造和小的位置需求的优点。储热器与冷却肋的区别在于，所述储热器实心地构型，因而具有高热容并且可在短时间内接收大量热量。
根据配量模块的另一实施方式，储热器实施为储热板，该储热板尤其基本上由钢或铝构成。通过板状构造可以将热量从冷却流体导出通道良好地导出。在此，储热器的与热容相关的体积可以设置成远离真正的冷却流体导出通道。这提供在空间布置方面的优点。此外，板状的、即扁平的储热器可特别良好地紧固在机动车上并且也用作为用于管或软管的保持件，在所述管或软管中构成冷却流体导出通道。储热器的材料厚度例如可为4至20mm，以提供大的导热能力。
借助储热器去除汽泡的高效能并不受气体量的限制。作为用于储热器的钢或铝具有高的比热容，使得储热器即使在希望的小尺寸的情况下也可提供高的热容。钢作为材料提供特别高的强度并使得能实现用于储热器的多样连接可能性，因为钢可以特别容易地焊接。在此，铝具有重量小的优点。也可以使用钢或铝的合金。
根据配量模块的另一实施方式，储热器具有的体积为20至90cm3。储热器的20至90cm3的体积在小安装空间的情况下提供良好的热容，以便将冷却流体导出通道处的温度峰值快速冷却，以便通过冷凝来减少冷却水中的蒸汽。
根据配量模块的另一实施方式，在冷却流体导出通道上设有冷却肋。冷却肋基于其大的表面积能够将热量从冷却流体导出通道良好地导出到周围环境。也可使用储热器和冷却肋的组合。
根据配量模块的另一实施方式，冷却流体导出通道在冷却肋和储热器之间延伸。通过该布置，实现对冷却流体导出通道的特别良好的冷却，因为在冷却流体导出通道外周的一侧上可将热量输出给储热器、例如储热板，而在冷却流体导出通道外周的另一侧上可将热量借助冷却肋输出。通过储热器和冷却肋实现的冷却在此良好地互补。在短暂的温度峰值可以良好地输出到由于其材料厚度而具有高热容的储热器中的同时，冷却肋可以通过其大的表面积每单位时间将大量热量输出到周围环境中。因而，通过该布置既在冷却流体中的温度峰值的情况下也在持续的导热方面得到冷却流体导出通道的冷却的良好的时间特性。
根据配量模块的另一实施方式，冷却流体导入通道以相对于水平方向的0至80°的第一角度延伸至配量模块基体和/或冷却流体导出通道以相对于竖直方向的0至80°的第二角度从配量模块基体离开地延伸。
根据配量模块的另一实施方式，冷却流体导入接头部位布置成，使得冷却流体通道的上部分高于冷却流体导入接头部位并且冷却流体通道的下部分低于冷却流体导入接头部位。如果出现：蒸汽不能完全被向上离开的冷却流体导入通道接收，则冷却流体导入通道的在侧面的接头防止冷却流体通道的整个冷却水体积的空转，因为至少在配量模块基体上的比在侧面连接的冷却流体导入通道的接头部位更低的区域中留有冷却流体。在此，蒸汽可以在冷却流体导入接头部位下方的区域中的剩余的冷却水体积上方流动而不会将其从冷却流体通道挤出。
用于导出内燃发动机、尤其柴油发动机的废气的根据本发明的排气系具有根据本发明的配量模块和SCR催化器。配量模块布置在SCR催化器之前。
附图说明
图1以示意图示出内燃发动机的排气系，其具有用于将还原剂馈入到排气系的排气通道中的配量模块。
图2以示意图示出根据现有技术的配量模块。
图3以示意图示出根据第一实施例的配量模块。
图4以示意图示出根据第一实施例的配量模块。
图5以示意图示出根据第一实施例的配量模块，其具有冷却流体导入通道和冷却流体导出通道的两个替代走向。
图6以示意图示出根据第二实施例的配量模块。
图7以示意性剖视图示出根据第二实施例的配量模块。
图8以示意性剖视图示出根据第三实施例的配量模块。
具体实施方式
在下面参照附图来描述本发明的多个实施例。
在附图中，只要没有相反说明，则相同的附图标记表征相同的或功能相同的零部件。
图1以示意图示出内燃发动机4的排气系2，其具有用于将还原剂馈入到排气系2的排气通道3中的配量模块1。
配量模块1布置在内燃发动机4和SCR催化器7之间，即布置在SCR催化器7之前。配量模块1包括用于调节还原剂10通过配量模块1的输出量的喷射阀6。通过预送泵8将待喷射的还原剂10从储备箱12中提取并且例如以2至3bar的压力供应给配量模块1。配量模块1将具有高压、例如10bar压力的还原剂10喷射到排气系2的排气通道3中。在排气通道2中，喷入的还原剂与流经排气通道3的废气14混合并且在布置在配量模块1下游的SCR催化器7中与废气14中包含的氮氧化物(NOx)反应，从而所述氮氧化物被还原成N2和H2O。
图2以示意图示出根据现有技术的配量模块1。
配量模块1具有冷却流体通道16，该冷却流体通道设在配量模块1的配量模块基体5中并且在图中环形地示出。配量模块1的冷却流体导入通道18和冷却流体导出通道20向上从配量模块基体5远离地突出。在图中，通过箭头G示出重力方向，即向下的方向。冷却流体通道16用于供冷却流体22流过并从而冷却配量模块1。由此可以冷却配量模块1并且使其在有利的温度范围中运行。根据该实施例，冷却流体22是冷却水，该冷却水例如从内燃发动机4的冷却装置的冷却回路分支出。
因此，在该已知的配量模块1中，冷却流体导入通道18以及冷却流体导出通道20均向上从配量模块基体5远离地突出。如果在冷却流体22中形成例如呈汽泡形式的蒸汽24，则蒸汽24既可能流入到冷却流体导入通道18中也可能流入到冷却流体导出通道20中。在该情况下，蒸汽24在冷却流体导入通道18中与冷却流体22的流动方向相反地流动，这会在冷却流体22的快速和无紊流的流动方面造成不利影响并从而对配量模块1的冷却造成不利影响。
图3以示意图示出根据第一实施例的配量模块1。配量模块1包括配量模块基体5，在该配量模块基体上设有用于调节还原剂10通过配量模块1的输出量的喷射阀6。用于供冷却流体22流过的冷却流体通道16走向通过配量模块基体5。根据该实施例，冷却流体22是冷却水。冷却流体导入通道18在图中从右边衔接到配量模块基体5上。在该实施例中，冷却流体导入通道18在最后的区段中大致水平走向，所述冷却流体导入通道在那里延伸至配量模块基体5。在图中，又通过箭头G示出重力方向。在该实施例中，冷却流体导入通道18大致水平地延伸至配量模块基体5上的冷却流体导入接头部位25a。配量模块基体5包括突起的第一接管26a，冷却流体导入通道18走向到该第一接管中。在该实施例中，冷却流体导入通道18区段式地由软管限制，该软管插套到接管26a上，以便将冷却流体导入通道18与冷却流体通道16密封地连接。第一接管26a由刚性材料制成并且使冷却流体导入通道18从配量模块基体5出发具有一水平方向。
在该实施例中，冷却流体导出通道20向上从配量模块基体5上的冷却流体导出接头部位25b离开地延伸。在该实施例中，配量模块基体5的第二接管26b大致竖直地向上突出并且将软管沿竖直方向向上保持，该软管在该实施例中限制冷却流体导出通道20。与冷却流体导入通道18一样，冷却流体导出通道20与冷却流体通道16在流体技术上连接。
在运行中，冷却流体22通过冷却流体导入通道18流入到配量模块基体5中，在那里尤其冷却配量模块1的喷射阀6，然后从配量模块基体5流入到冷却流体导出通道20中。冷却流体导入通道18和冷却流体导出通道20上的流动箭头S示出冷却流体22的流动方向。
蒸汽24在冷却流体导出通道20中向上升。由此蒸汽24沿与冷却流体22相同的方向流动经过冷却流体导出通道20并且因而促进冷却流体22的运动。此外，避免蒸汽24堵在冷却流体导出通道20中，因为蒸汽24随冷却流体22的流动一起运动。
因为仅冷却流体导出通道20向上定向，所以蒸汽24优先流入到冷却流体导出通道20中并且不流入到冷却流体导入通道18中，这有助于冷却流体22的循环。
导板27设置成经过冷却流体通道16走向以用于对冷却流体22进行流动引导。导板27将环形的冷却流体通道16在一区段中分成径向外部冷却流体通道区域16a和径向内部冷却流体通道区域16b。在该实施例中，冷却流体导入通道18直接通到径向内部冷却流体通道区域16b中。在该实施例中，冷却流体导入通道18的一部分例如借助作为接管26a的套筒构成，该套筒在径向方向上从外部伸入到配量模块基体5中直至径向内部冷却流体通道区域16b中。冷却流体导入通道18伸入到径向内部冷却流体通道区域16b中，这改善了流入到冷却流体通道16中的冷却流体22与可以在冷却流体通道16中布置在径向外部的、强烈变热的并且由此含蒸汽的冷却流体22的分离。由变热的径向外部的冷却流体22构成的蒸汽24流入到冷却流体导入通道18中的概率由此减小。
在对配量模块1的外部加热作用下优选在配量模块1的径向外部冷却流体通道16a中形成的蒸汽汽泡24由导板随着流动保持在外部，从那里出发所述蒸汽汽泡向上输出到冷却流体导出通道20中。
图4以示意图示出根据第一实施例的配量模块1。在这里示出以下状态，蒸汽24不能完全被向上引导的冷却流体导出通道20接收。如果蒸汽24不能完全被向上引导的冷却流体导出通道20接收，则冷却流体导入通道18的侧向接头防止冷却流体通道16的整个冷却水体积的空转，因为至少在冷却流体通道16的比在第一接管26a的区域中的冷却流体导入通道18低的区域中留有冷却流体22。
图5以示意图示出根据第一实施例的配量模块1，其具有冷却流体导入通道18和冷却流体导出通道20的两个替代走向。冷却流体导入通道18的变化以双向箭头W1表征。在此，冷却流体导入通道18既可以直接水平地延伸至配量模块基体5也可以首先从下方以角度W1达到水平地延伸至该配量模块基体。冷却流体导出通道20的变化以双向箭头W2表征。冷却流体导出通道20在这里在走向上是示例性变化的并且直接竖直向上走向或可替代地从配量模块基体5以角度W2离开地延伸。
图6以示意图示出根据第二实施例的配量模块1。除了由第一实施例已知的元件之外附加地，在该实施例中在冷却流体导出通道20上设有储热器28。储热器28与冷却流体导出通道20导热地连接，以便冷却冷却流体导出通道20并且使冷却流体22中的蒸汽冷凝。在该实施例中，冷却流体导出通道20构造在管中，该管与储热器28焊接，使得该储热器同时承担使冷却流体导出通道20位置固定的功能。储热器28由于其热容可以快速接收大量热量并且从而避免在冷却流体导出通道20中的温度峰值。在该实施例中，储热器28由钢制成、呈方形的形状、具有5cm至10cm的棱边长度、0.5cm的厚度并从而具有25cm3的体积。储热器28与常规冷却器的区别在于其更大的材料体积和从而更好的接收热量的能力。即使该储热器并不具有特别大的用于输出热的表面，也可通过储热器28实现快的临时冷却。由此可以提供对冷却流体导出通道20的技术简单的、在安装空间方面紧凑的、运行可靠的并且有效的冷却。
在该实施例中，储热器28布置在冷却流体导出通道20的最高点处。该最高点特别关键，因为蒸汽24更倾向于在这里聚集、阻碍冷却流体22的流出并且甚至会导致冷却流体导出通道20的堵塞。通过储热器28，蒸汽24在那里又冷凝，并且冷却流体导出通道20的由于蒸汽24造成的堵塞被有效地抑制。
图7以示意剖视图示出根据第二实施例的配量模块1。
实施为钢板的储热器28在图左边作为矩形可良好地识别出。冷却流体导出通道20在右边示出为圆。焊接连接部20将储热器28和冷却流体导出通道20连接。在该实施例中，板状储热器28同时承担使冷却流体导出通道20位置固定的任务。
图8以示意性剖视图示出根据第三实施例的配量模块1。该第三实施例与第二实施例的区别在于，除了储热器28之外附加地设有冷却肋32，该冷却肋与冷却流体导出通道20导热地连接。储热器28和冷却肋32的组合使得能够将热量从冷却流体导出通道20特别快地导出到储热器28中并能通过冷却肋32实现将热量导出到周围环境中的良好能力。

Claims (10)

1.一种用于将还原剂(10)馈入到内燃发动机(4)、尤其是柴油发动机的排气系(2)的排气通道(3)中的配量模块(1)，具有：
用于调节还原剂(10)通过所述配量模块(1)的输出量的喷射阀(6)；
配量模块基体(5)，所述喷射阀(6)布置在该配量模块基体上；
在所述配量模块基体(5)中的至少一个环形的冷却流体通道(16)，用于供冷却流体(22)、尤其是冷却水流过，以便使所述配量模块(1)冷却；
用于将所述冷却流体(22)供应至所述冷却流体通道(16)的冷却流体导入通道(18)；
用于将所述冷却流体(22)从所述冷却流体通道(16)导出的冷却流体导出通道(20)；
导板(27)，该导板走向通过所述冷却流体通道(16)，以用于对所述冷却流体(22)进行流动引导，
其中，所述导板(27)将环形的冷却流体通道(16)至少区段式地分成径向外部冷却流体通道区域(16a)和径向内部冷却流体通道区域(16b)，
其中，当所述配量模块(1)安装在所述排气系(2)上的运行准备就绪的装入位置中时，所述冷却流体导入通道(18)水平地或倾斜地从下方延伸至所述配量模块基体(5)上的冷却流体导入接头部位(25a)，并且，
其中，当所述配量模块(1)安装在所述排气系(2)上的运行准备就绪的装入位置中时，所述冷却流体导出通道(20)从冷却流体导出接头部位(25b)向上离开地延伸，所述冷却流体导出接头部位邻接所述配量模块基体(5)中的径向外部冷却流体通道区域(16a)。
2.根据权利要求1所述的配量模块(1)，其特征在于，所述冷却流体导入通道(18)通入到所述径向内部冷却流体通道区域(16b)中。
3.根据权利要求1或2所述的配量模块(1)，其特征在于，所述配量模块(1)附加地包括储热器(28)，该储热器与所述冷却流体导出通道(20)导热地连接，以便使所述冷却流体导出通道(20)冷却并从而使所述冷却流体(22)中的可能的蒸汽(24)冷凝。
4.根据权利要求3所述的配量模块(1)，其特征在于，所述储热器(28)实施为储热板，尤其是基本上由钢或铝制成。
5.根据权利要求3或4所述的配量模块(1)，其特征在于，所述储热器(28)具有20cm3至90cm3的体积。
6.根据前述权利要求之一所述的配量模块(1)，其特征在于，在所述冷却流体导出通道(20)上设有冷却肋(32)。
7.根据权利要求6所述的配量模块(1)，其特征在于，所述冷却流体导出通道(20)在所述冷却肋(32)和所述储热器(28)之间走向。
8.根据前述权利要求之一所述的配量模块(1)，其特征在于，所述冷却流体导入通道(18)以相对于水平方向的0至80°的第一角度(W1)延伸至所述配量模块基体(5)和/或所述冷却流体导出通道(20)以相对于竖直方向的0至80°的第二角度(W2)从所述配量模块基体(5)离开地延伸。
9.根据前述权利要求之一所述的配量模块(1)，其特征在于，所述冷却流体导入接头部位(25a)布置成，使得所述冷却流体通道(16)的上部分高于所述冷却流体导入接头部位(25a)并且所述冷却流体通道(16)的下部分低于所述冷却流体导入接头部位(25a)。
10.一种排气系(2)，其具有用于导出内燃发动机(4)、尤其是柴油发动机的废气的排气通道(3)，该排气系具有根据权利要求1至9之一所述的配量模块(1)，其中，该排气系具有SCR催化器(7)并且所述配量模块(1)布置在所述SCR催化器(7)之前。
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