CN112177718A - 用于配量运行/辅助材料的配量模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将运行/辅助材料配量到废气流(46)中的配量模块(10)，所述废气流流过内燃机的排气系(42)。所述配量模块(10)借助冷却介质冷却。在被冷却介质从入口侧(52)向出口侧(54)流过的热交换器(50、110)和配量阀(18)之间延伸有至少一个热管(56、96)，所述热管引起从所述配量阀(18)到所述热交换器(50、110)的热流(68)。

Description

用于配量运行/辅助材料的配量模块

技术领域

本发明涉及一种用于将运行/辅助材料配量到废气流中的配量模块，该废气流流过内燃机的排气系，其中，该配量模块借助冷却介质冷却。此外，本发明涉及配量模块在内燃机的排气系中的使用，用于将运行/辅助材料、尤其是尿素-水溶液配量到乘用车或商用车的内燃机的废气流中。

背景技术

US 2016/0326925 A1涉及一种具有集成热管的配量模块。用于废气后处理系统的配量模块包括固定法兰，用于耦合到废气系统上。固定法兰包括具有空腔的热管系统，在该空腔中储存有流体。空腔通过固定法兰的区段与热源区段热耦合；此外，散热器也与冷却系统热耦合。流体将热从热源朝散热器的方向传递。

在当今所使用的废气后处理系统中，使用通常包括电配量阀和配量阀壳体以及用于引导冷却剂的导向板的配量模块。这种配量模块直接与排气系连接，通常使用可拧紧的法兰。这种连接由于要遵守的标准化措施而在可拧紧的法兰方面仅允许确定的尺寸。这又对配量阀壳体的内部结构产生不小的影响，这又可以影响迄今用于外部冷却介质的导向板的状态和位置。

发明内容

根据本发明提出一种用于将运行/辅助材料配量到废气流中的配量模块，该废气流流过内燃机的排气系并且配量模块借助冷却介质冷却。在被冷却介质从入口侧到出口侧流过的热交换器和配量阀之间延伸有至少一个热管，该热管引起从配量阀朝热交换器方向的热流。

在根据本发明提出的配量模块的一个构型变型中，至少一个热管以具有或不具有蜂窝结构的罐形构造，或以沿周向方向分布地布置的单个管的形式构造。

在根据本发明提出的解决方案的一个扩展方案中，至少一个热管的蒸发区域布置在配量阀的指向排气系的端部上，并且至少一个热管的冷凝区域布置在热交换器内。在根据本发明提出的配量模块中，至少一个热管可以实施为柱形形状和/或包括弯折的端部区域和/或存在以下可能性：至少一个热管这样地构造，使得该热管具有增大的传递面。

在根据本发明提出的配量模块中，至少一个热管穿过配量模块壳体的空腔延伸，在所述空腔中仅包含空气。至少一个热管有利地以屏蔽间距沿着配量阀延伸。

在根据本发明提出的配量模块中，可以在热交换器内接收有多个热管，这些热管具有柱形形状并且这些热管相对彼此具有轴线偏移并且垂直于流过热交换器的冷却介质的流动方向取向。

在根据本发明提出的配量模块的一个实施变型中，多个热管保持在可以实施为多件式的冷却体中。该冷却体包括沿着分界面相对彼此夹紧的第一冷却体部分和第二冷却体部分。此外，冷却体还可以在一个端侧或两个端侧上具有一个或多个扩宽部。这些扩宽部尤其用于增大散热面，以便实现改善的热传递。

根据本发明提出的解决方案，进一步可以在冷却体上接收有多个热管，其中，各个热管布置为相对彼此扭转一个定位角α。由此可以实现热交换表面的显著增大和从而实现改善的热流。

根据本发明提出的解决方案，进一步可以将定位角α在相对于冷却介质的流动方向的取向在20°至80°之间的范围内取向。

可以构造为多件式并且尤其具有第一冷却体部分和第二冷却体部分的冷却体在两个冷却体部分的分界面的区域中提供以下可能性：夹紧可能以柱形形状构造和/或可能构造有弯折的端部区域的至少一个热管。

在根据本发明提出的配量模块的一个替代的实施可能性中，该配量模块可以包括集成到配量模块壳体中的热交换器，这在要求最小安装空间的情况下提供非常紧凑的结构可能性。

在根据本发明提出的配量模块的一个替代的实施可能性中，分散的管沿所述配量阀的周向方向相对彼此间隔开地布置。

在根据本发明提出的配量模块的一个替代的实施可能性中，第一热管部分和第二热管部分在所述配量阀上彼此对置地布置。

在根据本发明提出的配量模块的一个替代的实施可能性中，在呈罐形的热管中实施有蜂窝结构，所述蜂窝结构沿周向方向看包括1...至n个彼此分隔开的腔。

在根据本发明提出的配量模块的一个替代的实施可能性中，具有蜂窝结构的呈罐形的热管在冷凝区域中被柱形的热交换区域包围。

最后，本发明涉及一种配量模块在内燃机的排气系中的使用，用于将运行/辅助材料、尤其是尿素-水溶液配量到可能是乘用车或可能是商用车的内燃机的废气流中。

在根据本发明提出的解决方案中，可以通过将热管直接附接到被接收在配量模块壳体中的电操纵的配量模块上，并且通过压紧两个在其表面方面相同大的且质量相同的冷却体元件实现：可以通过至少一个热管将热以相对较小的温度差进行传递。这意味着，从位于排气系上的、根据温度高负荷的配量模块尖端朝热交换器的方向能够快速地导出热。因此，所产生的热可以直接被输送，而不会发生被接收在配量模块壳体内的电操纵的配量阀被过度加热。

此外，能够实现较大的冷却介质横截面，使得提供大的热接收能力的热容可供使用。此外，能够通过冷却介质及其大体积流实现快速的热输送。此外，可以实现关于配属于配量模块的热交换器的几何上相对牢固的冷却介质接头。可以完全省去在根据现有技术的解决方案中通过在薄壁厚的情况下焊接而实现的材料锁合连接，该材料锁合连接非常容易出错而且可能导致密封问题。

此外，根据本发明提出的解决方案存在以下可能性：灵活地选择接头区域，即或者实现夹紧接触或通过快速连接器等建立连接。

此外，根据本发明提出的解决方案提供以下可能性：通过几何上选择相应的接触面来灵活地选择热交换区域。由此，根据本发明所提出的解决方案不但可以在乘用车中使用，而且可以在商用车中使用；存在以下可能性：在冷却介质方面和从而在可实现的热输入方面实现明显不同的通流量。与迄今根据现有技术已知的解决方案相比，根据本发明提出的配量模块也可以在高振动加速度下使用。

此外，在使用寿命和密封性方面可以有利地确保牢固地附接在有冷却介质流动的管路上。因为所使用的热管构造为中空体，所以根据本发明提出的配量模块的重量被非常有利地影响。在要使用的热管的材料选择方面可以提出，这些热管可以视应用领域而定例如由不锈钢、铜、黄铜、塑料或这些材料的组合制成。与迄今所使用的导向板相比，在将冷却功能集成到配量模块的壳体中时得到简化的制造。

热输入部、在当前情况下是配量模块的尖端和在当前情况下由配量模块的上侧得到的热输出部之间的相对于根据现有技术的解决方案增大的间距具有以下优点：仅在热交换器内发生冷却介质接触。相反，在根据现有技术的解决方案中，冷却介质在到配量阀尖端的路径上已经被加热，使得由于冷却介质之间的温度差而减少要导出的热量，因为在冷却介质尖端上的冷却介质温度低于在热交换器中的温度差。由此可以在根据本发明提出的解决方案中提高冷却性能。有利地，对于在壳体外部没有足够的安装空间可供用于热交换器的情况下，可以将热交换器转移到壳体中。

附图说明

下面根据附图详细地说明本发明。附图示出：

图1迄今所使用的具有置入到配量模块壳体中的导向板的配量模块；

图2根据图1中的示图的配量模块附接到示意性示出的废气设备上；

图3具有至少一个热管和热交换器的根据本发明的配量模块的纵截面；

图4.1至4.4热管的不同几何形状；

图5热管在热交换器内的布置可能性；

图6不同结构类型的热管接收在构造为多件式的冷却体中；

图7在图6中示意性示出的多件式冷却体的俯视图，该冷却体具有接收在其中的热管，

图8热交换器的示图，在该热交换器中布置有具有增大的传递面的热管，

图9具有集成的热交换器的根据本发明提出的配量阀的一个实施变型，

图10和10.1作为分散的管沿周向方向分布地布置的、围绕配量阀的热管，

图11,11.1配量阀被两个围绕该配量阀的热管包围的布置方式，

图12在呈罐形的热管内部的蜂窝结构，和

图13具有根据图12的内置蜂窝结构的、呈罐形的热管和包围该构造为罐形的热管的、柱形的热交换区域。

在下面对本发明的实施方式的说明中，相同或相似的元件用相同的附图标记标明，其中，在个别情况下省去对这些元件的重复说明。附图仅示意性地示出本发明的内容。

具体实施方式

图1示出配量模块10，在该配量模块的配量模块壳体12中形成空腔14。在被配量模块壳体12的壳体壁16限界的空腔14中存在配量阀18。该配量阀通过电接口20被电操纵。配量模块壳体12具有用于冷却介质的入口22和用于冷却介质的出口24。此外，在配量模块壳体12上设置有用于运行/辅助材料的入口26，该运行/辅助材料通常是可冻结的尿素-水溶液。根据图1中的示图，在配量模块10的空腔14内存在第一导向板28和第二导向板30。

根据图1的配量模块10的配量模块壳体12通过在图1中示意性示出的固定法兰32与在图1中未示出的内燃机的排气系连接。

图2示出，根据图1的配量模块10的配量模块壳体12通过固定法兰32与排气系42的侧向分支的接管连接。排气系42被由乘用车或商用车的内燃机产生的废气流46流过。配量模块壳体12包括用于运行/辅助材料的流入口34，还包括冷却介质的在流入侧的软管36以及冷却介质的在回流侧的软管38。此外，根据图2中的示图，在配量模块10的配量模块壳体12上存在电接头40。

通常，配量模块10的配量模块壳体12通过固定法兰32与排气系42例如拧紧。

图3示出根据本发明提出的配量模块10的纵截面，该配量模块包括热交换器50，该热交换器被冷却介质从入口侧52朝出口侧54的方向流过。在配量模块10的上侧上的热交换器50内存在至少一个热管56的冷凝区域66。在根据图3的纵截面的示图中，在那里示出的至少一个热管56实施为罐形58。

在被配量模块壳体12的壳体壁16限界的空气体积78内存在配量阀18。在根据图3的示图中以罐形实施的热管56内出现热流68，该热流从在配量阀18的“热”端部上的蒸发区域64朝位于热交换器50内的冷凝区域66的方向指向。此外，如从图3可看到，至少一个热管56的冷凝区域66通过在热交换器50的壁72中的密封元件70密封。

此外，由根据图3的纵截面还得出，第一热管分支60和第二热管分支62在遵守关于配量阀18的屏蔽间距74的情况下穿过配量模块壳体12的空气体积78延伸。由屏蔽间距74在到配量阀18中的不希望的热输入方面得出优点，所述屏蔽间距一方面通过配量模块壳体12和至少一个热管56之间的空气层给出并且另一方面通过至少一个热管56和配量阀18之间的空气层给出。该配量阀通过构成屏蔽间距74的空气层相对于热输入绝缘。因此，电操纵的配量阀18仅部分地、即在连接区域中在接触部位76处直接暴露于具有高温的周围环境或被加热的冷却介质，使得热输入由于到被接收在配量模块10的空气体积78中的电操纵的配量阀18中的热传导而最小化。

从图4.1、4.2、4.3和4.4得到热管56的实施变型，这些实施变型关于图4.1例如包括孔80，或如在图4.2和图4.3中所示的那样可以具有齿部82。由此保持冷却介质流动尽可能无干扰，以便能够实现从热管56的这些区域的有效的热输送。

图4.4以示意性的方式示出在仅部分示出的热交换器50中的热管56的一个实施变型。在根据图4.4的示图中，热管56具有弯折的端部区域84，该弯折的端部区域提供了增大的热传递面88(参见图4.4中的虚线示图)。冷却介质沿流动方向86流过热交换器50并且从而沿着弯折的端部区域84的平行于流动方向86延伸的区域流动。然而，弯折的端部区域84垂直于冷却介质的流动方向86延伸，因此，该弯折的端部区域强烈地暴露于沿流动方向86流动的冷却介质并且出现显著的热输送。

图5示出热交换器50，在该热交换器中接收有多个构造为柱形的热管56。

如图5所示，在那里所示的热交换器50从入口侧52出发朝出口侧54的方向被冷却介质流过。在被热交换器50限界的空腔内存在多个热管56，这些热管实施为柱形形状90。实施为柱形形状90的各个热管56相对彼此以轴线偏移92示出并且基本上垂直于流动方向86延伸，该流动方向表示冷却介质从入口侧52朝出口侧54的方向。

图6示出构造为多件式的冷却体94的示意性俯视图。在图6中示意性示出的多件式冷却体94包括第一冷却体部分102和第二冷却体部分104。在冷却体部分102和104的每一个中接收有热管56、96。此外，根据图6中示图的多件式冷却体94例如可以关于根据图6的第一冷却体部分102在一个端侧或两个端侧上分别具有扩宽部112。

通过例如构造为杆形的扩宽部112实现，增大第一冷却体部分102的散热表面。用于增大散热表面的扩宽部112能够以任意几何形状实施；意义和目的是增大第一冷却体部分102上的散热表面。

如图6所示，在构造为多件式的冷却体94的冷却体部分102和104中不但延伸有热管56而且接收有具有弯曲部的热管96。

从根据图7的示图得出多件式冷却体94。在图7中所示的多件式冷却体94的俯视图示出，第一冷却体部分102沿着在这里垂直延伸的分界面100与第二冷却体部分104连接。多件式冷却体94的两个冷却体部分102、104在导入部位106处连接，在该导入部位处例如可以借助拧紧导入压紧力，使得在分界面100的区域中相应地构型开口的情况下，例如可以在分界面100的区域中夹紧具有弯曲部的热管96。此外，用附图标记112示出在示图平面内垂直示出的扩宽部。通过能够以任意的分布布置在第一冷却体部分102上，但也可以布置在第二冷却体部分104上的各个扩宽部112实现增大的传递面108，使得可以从冷却体部分102或104接收更大的热量值。

在第一冷却体部分102和第二冷却体部分104之间的分界面100的区域中，构造为与热管形状互补的开口夹紧具有弯曲部的热管96，同时如进一步从根据图7的俯视图得出，例如在第二冷却体部分上，具有弯曲部的热管96可以相对彼此以不同的定位角98布置。通过具有弯曲部的各个热管96的取向可以显著地增大热交换表面，因为具有弯曲部的各热管96的暴露于流动方向86的表面视定位角98的度数而定更大或更小。如在图6中所示的那样，在图7中示例性示出的定位角98可以位于相对于冷却介质的流动方向86成20°至80°的范围内。

在导入部位106的区域中例如可以通过两个冷却体部分102和104的相互拧紧实现压紧力。在两个冷却体部分102和104拧紧时，沿着分界面100实现接触，使得被夹紧的具有弯曲部的热管96保持和固定在多件式冷却体94的两个冷却体部分102和104之间。

图8以示意性方式示出具有热管56、96的热交换器50，该热交换器具有增大的传递面108。类似于前面所说明的附图，热交换器50被冷却介质从入口侧52出发朝热交换器50的出口侧54的方向流过。沿流动方向86流动的冷却介质通过布置在热交换器50的空腔中的至少一个热管56、96，该热管可以在其周边上在冷凝区域66区域中具有例如通过肋表示的、增大的传递面108。在热交换器50的位于入口侧52或出口侧54的端部上，可以布置有用于冷却介质软管的、能够灵活选择的接头，例如也可以考虑夹紧接触或拧紧或也可以考虑连接螺纹。

图9示出根据本发明提出的具有集成的热交换器110的配量模块10的一个实施变型。如从图9中所示的纵截面得到，集成的热交换器110集成到配量模块壳体12或者说该配量模块壳体的壳体壁16中。这意味着根据本发明提出的配量模块10的安装得特别低的实施可能性。类似于根据图3的示图的热交换器50，位于配量模块壳体12的上侧上的、集成的热交换器110从其入口侧52朝出口侧54的方向被冷却介质流过。在此，冷却介质通过在图9中构造为罐形58的至少一个热管56的冷凝区域66。存在以下可能性：代替呈罐形58的热管56，在围绕着配量阀18的周向方向上布置有多个分散的管59、60、61、62(参见图10.1)。代替在图9中所示的、构造为罐形58的热管56，热管部分114、116也可以布置为关于配量阀18彼此对置。

类似于根据图3的根据本发明提出的配量模块10的示图，热管56的蒸发区域64布置在电操纵的配量阀18的“热”端部上。在根据图9的具有集成的热交换器110的配量模块10的实施变型中，在遵守相对于配量阀18的屏蔽间距74的情况下，热管56穿过配量模块壳体12的空腔78延伸。包含在配量模块壳体12的空气体积78中的空气形成绝热的空气层，使得尤其从配量模块10的下侧、即配量模块10的“热”端部到被接收在该配量模块中的配量阀18中的热输入最小化。

附图标记76标明配量阀18与其在配量模块10上的“热”端部连接的接触部位。

根据前面所说明的图3至9所示的热管56或者说96可以构造为柱形的、扁平的、摆动的或超扁平的，并且与相同尺寸的固体或流动的液体相比，具有极低的热阻。与例如能够通过压紧或通过以焊接形式的材料锁合连接而施加合适的紧固力相协调地，可以显著提高在要防热保护的对象，即布置在空腔78中的电操纵的配量阀18和热管56、96之间的热流68。

通过使用压抵着热管56、96的凝结区域66的冷却体，可以再次显著提高到热交换器50或者说到集成的热交换器110中的热导出。

图10和10.1示出一个实施变型，在该实施变型中，多个离散的热管59、60、61、62被接收在壳体壁16内。图10示出，在配量阀18的外周面上在接触点76处分别贴靠有第一离散管59、第二离散管60和第三离散管61。在根据图10的示图中仅示出离散管59、60、61的位于下方的蒸发区域64。在图10.1中示出截面X.1-X.1，从该截面得到，在壳体壁16内的配量阀18的周边上，沿着配量阀18的周边以90°分布的方式布置有总共4个离散的管59、60、61、62。相应于围绕着配量阀18的空间关系，也可以在绕着配量阀18的周向方向上布置有更多或更少的数量。离散的管59、60、61、62的各蒸发区域64位于各接触部位76处，即在配量阀18的“热”端部上。

从图11和11.1得出热管的另一实施变型。从图11和11.1可看到，在配量模块10的壳体壁16内，第一热管部分114和第二热管部分116相对于居中布置的配量阀18彼此对置地布置并且基本上包围配量阀18。图11.1示出，彼此对置的热管部分114或者说116以其蒸发区域64位于配量阀18的“热”端部上的接触部位76处。

从根据图12和13的示图得到呈罐形58的热管56的一个实施变型，在该实施变型中集成有蜂窝结构118。蜂窝结构118的特点基本上在于，沿周向方向分布地布置的多个腔120。以数量为1至n构造在蜂窝结构118中的各个腔120通过各个壁区段彼此分开。壳体壁16的内径用附图标记122标明，壳体壁的外径通过附图标记124标识。在图12中放大示出的蜂窝结构118例如集成到如在图13中安装的、呈罐形58的热管56中。在这里，热管56这样地布置，使得其蒸发区域64在下端部、即“热”端部上接触配量模块10并且热介质将热输送到冷凝区域66中。在柱形的热交换区域128内，被输送的热被散发给冷却介质。柱形的热交换器部128通过入口22被供给以冷却介质，该冷却介质在出口24处以提高的温度又离开柱形的热交换区域128。附图标记68表示出现的从接触部位76出发朝向柱形热交换区域128中的冷凝区域66的热流68。经冷却的热输送介质流回到在热管56的下方区域中的蒸发区域64。

本发明不局限于在此说明的实施例和在此突出的方面。而是，在由权利要求给定的范围内可以实现多个变型方案，这些变型方案在本领域技术人员的能力范围内。

Claims (19)

1.一种用于将运行/辅助材料配量到废气流(46)中的配量模块(10)，所述废气流流过内燃机的排气系(42)，其中，所述配量模块(10)借助冷却介质冷却，其特征在于，在被冷却介质从入口侧(52)到出口侧(54)流过的热交换器(50、110)和配量阀(18)之间延伸有至少一个热管(56、96)，所述热管引起从所述配量阀(18)到所述热交换器(50、110)的热流(68)。

2.根据权利要求1所述的配量模块(10)，其特征在于，所述至少一个热管(56、96)构造为罐形(58)或包括多个分散的管(59、60、61、62)或由第一热管部分(114)和第二热管部分(116)构成。

3.根据权利要求2所述的配量模块(10)，其特征在于，所述至少一个热管(56、96)或所述多个分散的管(59、60、61、62)或所述热管部分(114、116)的蒸发区域(64)位于所述配量阀(18)的指向所述排气系(42)的端部上，并且所述至少一个热管(56、96)的冷凝区域(66)位于所述热交换器(50、110)内。

4.根据权利要求1所述的配量模块(10)，其特征在于，所述至少一个热管(56、96)实施为柱形形状(90)和/或包括弯折的端部区域(84)，和/或所述至少一个热管(56、96)具有增大的传递面(108)。

5.根据权利要求1所述的配量模块(10)，其特征在于，所述至少一个热管(56、96)穿过配量模块壳体(12)的空腔(78)延伸。

6.根据权利要求5所述的配量模块(10)，其特征在于，所述至少一个热管(56、96)与所述配量模块(10)隔开屏蔽间距(74)地延伸。

7.根据权利要求1所述的配量模块(10)，其特征在于，在所述热交换器(50、110)内接收有多个呈柱形形状(90)的热管(56、96)，所述热管相对彼此具有轴线偏移(92)并且垂直于冷却介质的流动方向(86)取向。

8.根据权利要求1所述的配量模块(10)，其特征在于，多个热管(56、96)保持在一个多件式冷却体(94)中。

9.根据权利要求8所述的配量模块(10)，其特征在于，所述多件式冷却体(94)具有沿着分界面(100)彼此夹紧的第一冷却体部分(102)和第二冷却体部分(104)。

10.根据权利要求8所述的配量模块(10)，其特征在于，所述多件式冷却体(94)具有至少一个扩宽部(112)，用于增大传递面(108)。

11.根据权利要求8所述的配量模块(10)，其特征在于，在所述多件式冷却体(94)上接收有多个热管(56、96)，所述热管相对彼此扭转一个定位角α(98)，用于增大热交换的表面。

12.根据权利要求11所述的配量模块(10)，其特征在于，所述定位角α(98)相对于冷却介质的流动方向(86)在20°至80°之间范围内取向。

13.根据权利要求8和9中任一项所述的配量模块(10)，其特征在于，在所述多件式冷却体(94)中在所述分界面(100)的区域中夹紧至少一个热管(56、96)。

14.根据权利要求1所述的配量模块(10)，其特征在于，该配量模块包括集成到配量模块壳体(12)中的热交换器(110)。

15.根据权利要求2所述的配量模块(10)，其特征在于，所述分散的管(59、60、61、62)沿所述配量阀(18)的周向方向相对彼此间隔开地布置。

16.根据权利要求2所述的配量模块(10)，其特征在于，所述热管部分(114、116)在所述配量阀(18)上彼此对置地布置。

17.根据权利要求2所述的配量模块(10)，其特征在于，在呈罐形(58)的热管(56)中实施有蜂窝结构(118)，所述蜂窝结构沿周向方向看包括1...至n个彼此分隔开的腔(120)。

18.根据权利要求17所述的配量模块(10)，其特征在于，具有所述蜂窝结构(118)的所述呈罐形(58)的热管(56)在所述冷凝区域(66)中被柱形的热交换区域(128)包围。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的配量模块(10)在内燃机的排气系(42)中的使用，用于将运行/辅助材料、尤其是尿素-水溶液配量到乘用车或商用车的内燃机的废气流(46)中。

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