JP5815138B2 - エアギャップ断熱部を備えた調量モジュール - Google Patents

Description

特許文献１は、排ガスを後処理する装置に関する。この装置は、内燃機関の排ガスのＮＯ_ｘ成分を還元する還元触媒を配置した排気集合システムを含んでいる。この装置はさらに調量装置を含み、この調量装置は、内燃機関ならびに触媒の様々な運転パラメータにおける排ガス中のＮＯ_ｘ含有量の特性マップに記憶された値に応じて、触媒に供給される排ガスの流れに還元剤を調量しながら供給する電気制御された調量弁を含んでいる。空気の供給を制御するための弁は電気制御された制御弁であり、これは前記調量弁の出口の下流側に配置され、出口が内燃機関の排ガス流に直接開口している。この制御弁は本体に収容されており、本体の周りを冷却媒体が流れることができるので、前記制御弁は冷却されている。

特許文献２は、車両の選択触媒還元の枠内で排ガス中のＮＯ_ｘ分を還元するために使用される噴射システムを開示している。この方法によれば、この噴射システムは、電気接続端子を介して電流が供給されるインジェクタを含んでいる。この電気接続端子内部には、接続配線のプラグを収容するために形成された電気接点がある。

特許文献３は、危険な範囲、例えば内燃機関の周囲のような、爆発の危険がある範囲に設けられた電気配線の接続システムを対象としている。開示されたこの接続システムは、様々なセンサおよび部品の配線を電気接続するのに適している。この接続システムは、ゴムスリーブと、雌ねじを備えたキャップを含んでいる。このとき、ゴムスリーブは電気絶縁体および断熱体として使用され、接続システムを組立てた状態で圧縮される。

特許文献４は、選択触媒還元（ＳＣＲ）に従って作動するＮＯ_ｘ還元装置内の尿素‐水‐溶液用液体配管を開示している。この液体配管は、熱による加硫物（ＴＰＶ）から製造されている。この熱による加硫物はゴム状の性質を有し、「熱可塑性エラストマー」の名称でも公知である。この熱による加硫物は、特に腐食性の液体に対する高い耐性に優れ、非常に高い柔軟性と優れた屈曲性を有する。熱による加硫物から製造された特許文献４に記載の液体配管は、タンク、ポンプ、噴射ノズルを接続するために、あるいはクラッチを収納するために使用される。

独国特許第４４３６３９７号明細書 米国特許出願公開第２００８／０２３６１４７号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０１０８０２０号明細書 独国特許出願公開第１０２００９０６００６５号明細書

本発明の課題は、内燃機関の運転中に生じる高い熱負荷に耐える排ガス後処理システム用調量モジュールを提供することである。

本発明では、調量モジュールを過熱から保護するために調量モジュール内でこの部材の壁面を断熱胴部で包囲すること、および／または、水冷を実現することが提案されている。断熱胴部を使用すれば、例えば、特にプラグ領域もしくは弁のコイル領域を過熱被害から守るエアギャップ断熱部が実現される。

本発明で提案された方法に従えば、前記調量部材は冷却体で包囲されており、この冷却体は、複数の部分を含んでおり、燃料／助剤、特に還元剤を内燃機関の排気経路に供給する調量弁を完全に包囲している。それにより、この冷却体は前記調量部材に対する収容部を表わす。本発明で提案された方法の有利な実施態様では、前記調量弁の収容部である冷却体は、複数の部分で構成されており、例えば、上側胴部、中央胴部、ならびに弾性を有する材料から製造され、例えばプラスチックスリーブまたはゴムスリーブとして形成されたプラグコンタクトカバーを含んでいる。さらに、前記調量モジュールの収容部は、中央胴部の下にある下側胴部を含み、このとき、前記調量モジュールの収容部である冷却体の下側胴部内には鉢形インサートが挿入されている。

特に複数の部分で構成された冷却体の上側胴部が、還元剤流入部と、さらに、冷却液が貫流せずエアギャップ断熱部を表わす空隙部を含んでいる一方、上側胴部の下に配置された中央胴部は、冷却液が貫流する空隙部も、空気だけで満たされているので電気プラグコンタクトのエアギャップ断熱部のエアギャップ部分を表わす空隙部も含んでいる。

鉢形インサートを収容する前記下側胴部は、冷却液が貫流する空隙部を備えている。下側胴部の鉢形インサート内の冷却液の循環、もしくは中央胴部の冷却液が貫流する部分の冷却液の循環は、下側胴部に形成されている冷却液流入部によって、ならびに中央胴部の外周面にある冷却液還流部を介して行なわれる。下側胴部内に収容された鉢形インサートと、この上に配置された中央胴部の底部との間には貫通口があり、この貫通口により、冷却液が下側胴部の空隙部から上側胴部の空隙部へ流れ込むことが可能になる。

本発明で提案された方法に従えば、中央胴部は、一方では中央胴部を通る電気プラグコンタクトに対するエアギャップ断熱を可能にし、他方ではしかし、冷却液が貫流する領域を有するいわば「ハイブリッド部材」である。本発明で提案された方法では、冷却液をガイドする領域は、電気接点のエアギャップ断熱部である領域からは分離されており、必要なシール位置の数は最小値まで減少している。中央胴部内のエアギャップ断熱部であるエアギャップ部分を、中央胴部内に形成された冷却液をガイドする空隙部から分離するために、好適な方法では、傾斜して中央胴部を通る分離リブが挙げられ、この分離リブによってエアギャップ断熱部のエアギャップ部分が、冷却液をガイドする中央胴部の空隙部から分離される。

本発明で提案された方法に従えば、燃料／助剤、特に還元剤の出口領域にある調量モジュールの範囲だけが冷却液で冷却できるだけでなく、調量モジュールの他の領域も冷却することができ、これはエアギャップ断熱によって達成されるものである。特に好適な方法では、調量モジュールを制御する電気接点のエアギャップ断熱は、特に、調量弁の収容部を表わす複数の部分からなる冷却体の中央胴部内の領域で行なうことができる。なぜならば、電気接点は弾性を有する材料から製造されたプラスチックカバーによって囲まれているからである。このプラスチックカバーの弾性により、金属材料から製造された冷却体領域とプラスチック材料から製造された冷却体部分の異なる膨張係数を相殺することができる。一方で、例えばプラスチックスリーブまたはゴムスリーブとして形成されたプラグコンタクトカバーが、上側胴部の掛け留め具によって、およびこの部材に対向して形成された中央胴部のロック装置内で、着脱可能に取り付けられる。収容部を表わす複数の部分からなる冷却体の上側胴部および中央胴部に着脱可能に取り付けることができるプラスチックカバーによって、エアギャップ断熱部は効果的に密閉され、しかし同時に、溶接結合を行なわないことで、シール効果を損なうことなく相対運動を可能にすることができる。

本発明で提案された方法によれば、上部領域では対流によって、つまりエアギャップ断熱によって冷却を行なう一方、調量モジュールの下部領域では液体による冷却が実現できることによる組立て技術の簡素化が考慮されており、本発明で提案された方法に従えば、調量モジュール全体を冷却することができる。

その上、水冷した中央胴部を使用することにより、調量モジュールの上部領域の熱質量、つまり蓄熱容量が上昇する。これにより、冷却液の循環が中断した場合にも、弁の加熱を遅らせることができる。したがって、温度ピークが短時間であれば、たとえ冷却液循環が使用できなくても調量モジュールを損なうことはない。

本発明で提案された調量モジュールの収容部は、さらに、急激な冷却における熱衝撃に対する調量弁の保護装置を表わす。このような冷却は、例えば高温のエンジンにおけるエンジン洗浄のときや、水上運転のときに起こる。まず初めに大きな熱質量を持つ冷却体が冷却されるので、熱衝撃は回避される。それにより、冷却体によって包囲された調量弁はゆっくりと冷却され、それにより、異なる熱膨張係数による部材中の応力は回避される。

収容部を表わす複数の部分からなる冷却体に包囲されている調量弁を有する調量モジュールの斜視図である。 図１に図示した調量モジュールと複数の部分からなる冷却体の断面図である。 図３（１）はプラグコンタクトカバーの斜視図であり、図３（２）はプラグコンタクトカバーの斜視図である。

図面に基づいて、本発明を以下に詳細に記載する。

以下に図１から図３（２）に基づいて記載した調量モジュールは、燃料／助剤、特に、例えば尿素や尿素‐水‐溶液のような還元剤を、内燃機関の排気経路に供給するための調量モジュールである。本発明で提案されている調量モジュール１０の設置環境は、１００℃から１６０℃の範囲の温度である。使用目的と設置場所に応じて、さらに高い温度レベルやさらに低い温度レベルも存在しうる。燃料／助剤、特に、例えば尿素や尿素‐水‐溶液のような還元剤によって、内燃機関の排ガスに存在するＮＯ_ｘ成分はＨ_２ＯおよびＮ_２に還元される。本発明で提案されている調量モジュール１０の冷却装置は、特定の温度範囲で作動する他の調量装置においても冷却装置として使用することができる。

図１に記載の図面から、調量モジュール１０の調量弁は、いわば第２のハウジングを表わす完全な収容部１２で包囲されているのがわかる。この完全な収容部１２は、例えばキャップの形に形成されていてもよい上側胴部２０と、特に、例えばプラスチック材料またはゴムのような弾性を有する材料から製造されていてもよいプラスチックカバー１７を含んでいる。さらに、収容部１２は、中央胴部２８、さらにこの下に配置されたガイドスリーブ３２、ならびにその下の下側胴部２９を含み、この下側胴部２９には、図１では部分的にしか図示していない鉢形インサート２４が挿入されている。

図１に記載の斜視図から明らかなように、調量モジュール１０の調量弁は、上に挙げた部材１７、２０、２８、２９に完全に包囲されている。鉢形インサート２４の下端部だけが、調量モジュール１０の完全な収容部１２の下側胴部２９の下に突出している。

図１に記載の斜視図からさらに明らかなように、下側胴部２９の外周面に冷却液流入部２２がある。これに対向して中央胴部２８の外周面に冷却液還流部２６がある。

図２に記載の図面では、図１に記載の調量モジュールの複数の部分からなる冷却体の構成の断面図を見ることができる。

図２に記載の断面図は、調量弁３０全体が完全な収容部１２に囲まれていることを示す。この完全な収容部１２は上側胴部２０を含んでいる。上側胴部２０を燃料／助剤流入部１８が通っており、これを介して、特に、例えば尿素や尿素‐水‐溶液のような還元剤が調量モジュール１０に供給される。図２は、この流入部１８が曲折して形成されており、フランジによって調量弁３０の上側端面を覆いながら上側胴部２０を通って封入されていることを示す。この上側胴部２０は空隙部４２を含み、この空隙部４２は、冷却液が貫流可能な空隙部４４を有する中央胴部２８に対して符号６４で示した分離リブ６４により冷却液から分離されている。さらに、図２に記載の断面図に見られるように、上側胴部２０は、プラグ１６もしくは電気プラグコンタクト３６の領域で、調量モジュール１０の電気プラグコンタクト１６もしくは３６のエアギャップ断熱部１４の部分であるエアギャップ部分５８を含んでいる。

調量モジュールの完全な収容部１２の部分である上側胴部２０の下には、符号２８で示した中央胴部がある。この中央胴部２８は、受容体４０を含んでおり、この中に、冷却液が貫流しない空隙部４２を含む上側胴部２０が挿入されている。

中央胴部２８は、同様に、保持板３４を介して中央胴部２８に収容されている調量弁３０を包囲している。中央胴部２８はガイドスリーブ３２上に載置している。ガイドスリーブ３２は、ほぼ鉢形に形成されたインサート２４上に設けられている。

図２に記載の断面図から、中央胴部２８が、冷却液が貫流し同時に第１のエアギャップ部分５４ならびに第２のエアギャップ部分５６を含む空隙部４４を含んでいることがわかる。第１のエアギャップ部分５４と第２のエアギャップ部分５６は、中央胴部２８内に形成された分離リブ６４によって、空隙部４４から分離されている。特に、第１のエアギャップ部分５４とそれに続く第２のエアギャップ部分５６が電気プラグコンタクト３６に沿ってプラグコンタクトカバー１７に向かって延びるように、中央胴部２８内の分離リブ６４の経路が選ばれる。冷却液が貫流する空隙部４４から第１のエアギャップ部分５４と第２のエアギャップ部分５６を分離する分離リブ６４は、中央胴部２８の壁面端部５２に合流している。そこにはロック接続部５０もあり、上側胴部の対向する側にも同様にあり、図２の位置４８を参照されたい。一方は上側胴部２０に、他方は中央胴部２８に形成されている、両方のロック位置４８もしくは５０には、プラスチックカバーが着脱可能にロックされている。すでに図１との関連で説明したように、プラスチックカバー１７は、ロック装置５８によって上側胴部２０に、これに対向するロック装置５０によって中央胴部２８の外側に取り付けられている。プラグカバー１７の材料の弾性によって温度差による膨張が補正できるように、プラグカバー１７の形状に基づいて、その開口部６２を区画する掛止接続部５０もしくは５２は対応する上側胴部２０と中央胴部２８の収容領域を超えて延びている。これにより、例えば、異なる熱膨張係数を有する材料がその部分同士の相対運動で起こる異なる膨張を相殺する場合に生じる漏れを回避することができる。

本発明で提案された方法によれば、一方では冷却液が外に漏れるのを防止し、他方では確実に冷却液を電気プラグコンタクト３６から遠ざけるので、この範囲で電気的短絡は起こりえない。電気接点３６の領域では、本発明で提案された方法で、図２に図示したように、エアギャップ断熱部１４のエアギャップ部分３８、５４および５６により冷却が実現される。

図２に記載の図面から、中央胴部２８が、電気プラグコンタクト３６の領域でエアギャップ断熱部を実現し、他方で冷却液が貫流する少なくとも１つの空隙部４４を有する「ハイブリッド部材」であることが明らかである。

図２に記載の図面の下側範囲に見られるように、ガイドスリーブ３２の下に、下側胴部２９がある。下側胴部２９は、符号２４で示した鉢形インサートを収容している。

調量モジュール１０の下端部では、１２０℃以上の温度が生じるかもしれない。この理由から、下側胴部２９の領域に冷却液流入部２２があり、この中を通って冷却液が下側胴部２９へ流れ、そこから鉢形インサート２４の空隙部６６に流れ込む。調量弁３０の下側領域には噴射ノズルがあり、これを介して燃料／助剤からの噴霧および空気が内燃機関の排気経路に噴射される。

ここでは運転条件によって最高温度が生じるので、本発明で提案された調量モジュール１０のこの部分での冷却効果を最適にする冷却液流入部２２は、ここで生じる高温の範囲内で最適な放熱を保証するために設けられている。

さらに、図２に記載の断面図から、冷却液が冷却液流入部２２を通って入った後、鉢形インサート２４の空隙部６６を貫流し、その後、貫通口４６を介して中央胴部２８の底部の上にある空隙部４４に流入することが明らかである。図２に示しているように、貫通口４６は、ガイドスリーブ３２内および中央胴部２８の底部内で互いに一直線に並んでいるので、冷却液は鉢形インサート２４を貫流した後、中央胴部２８の空隙部４４に流れ込む。分離リブ６４によってエアギャップ部分５４、５６から液密に分離されている中央胴部２８の空隙部４４を通過した後、調量モジュール１０の周りを流れてその排熱で加熱された冷却液は、図２に示すように、冷却液還流部２６で中央胴部２８の空隙部４４から離れる。

貫通口４６により、冷却液は鉢形インサート２４の空隙部６６から、収容部２の中央胴部２８の少なくとも１つの空隙部４４に確実に流れ込む。図２に記載の組立て状態からわかるように、好ましくは弾性を有する材料から製造されたプラグカバー１７は、エアギャップ断熱部を表わすことができる、つまり、調量モジュール１０の上側部分の電気プラグコンタクト３６の領域で対流に基づく冷却を行なうことができる。他方、他の部材では、特に高い熱負荷にさらされる調量弁１０の噴射部分では、熱の排出を極めて良好に実現できる水冷を行なうことが可能である。本発明で提案された方法によれば、調量モジュール１０の全ての部材の冷却が実現される。本発明で提案された方法によれば、特に、異なるかもしれない材料の熱膨張係数によって漏れや疲労亀裂が起こることなく、これら材料をそれぞれその使用目的に対して最適に使用することができる。

図３（１）および図３（２）では、図１および図２の断面図で示されたようなプラグカバーの斜視図を見ることができる。

図３（１）は、プラグカバー１７がケーブル出口６０を包囲しており、開口部６２を有していることを示す。開口部６２は、相互に向かい合って形成されたロック装置４８、５０によって区画されており、ロック装置４８、５０の形状に対して補完的に、上側胴部２０に、もしくは中央胴部２８のプラグ領域に、凹部もしくは凸部を形成することができる。図３（２）は、プラスチックカバー１７の開口部６２を例えば正方形や長方形に形成してもよいことを示しており、これはロック接続部４８、５０の構成上有利である。これらが互いに向かい合っていれば、プラグカバー１７をロックして初期負荷が生じるとき、収容部１２を表わす複数の部分から形成された冷却体の上側胴部２０と中央胴部２８にプラスチックカバー１７を確実にシールしながら、しかし着脱可能に取り付けることができる。

１０ 調量モジュール
１２ 収容部
１４ エアギャップ断熱部
１６ プラグ
１７ プラグコンタクトカバー
１８ 燃料／助剤流入部
２０ 上側胴部
２２ 冷却液流入部
２４ 鉢形インサート
２６ 冷却液還流部
２８ 中央胴部
２９ 下側胴部
３０ 調量弁
３２ ガイドスリーブ
３４ 保持板
３６ プラグコンタクト
３８ エアギャップ部分
４０ 受容体
４２ 空隙部
４４ 空隙部
４６ 貫通口
４８ ロック装置
５０ ロック装置
５２ 中央胴部壁面端部
５４ エアギャップ部分
５６ エアギャップ部分
５８ エアギャップ部分
６０ ケーブル出口
６２ 開口部
６４ 分離リブ
６６ 空隙部

Claims (12)

1. 燃料／助剤を内燃機関の排気経路に供給するための調量モジュール（１０）を冷却する装置であって、前記調量モジュール（１０）に、冷却液が貫流する冷却体（１７、２０、２４、２８、２９）を含む冷却装置が付設されており、前記冷却体（１７、２０、２４、２８，２９）が調量弁（３０）の収容部（１２）を形成しており、第１の部分群（１７、２０、２８）は電気接点（１６、３６）においてエアギャップ部分（３８；５４、５６、５８）を形成し、第２の部分群（２８、２９）には冷却液が貫流している形式のものにおいて、
   前記冷却体が、上側胴部（２０）、ロック可能なプラグコンタクトカバー（１７）、中央胴部（２８）、下側胴部（２９）および前記下側胴部（２９）に挿入された鉢形インサート（２４）を含み、
   前記第１の部分群が、前記ロック可能なプラグコンタクトカバー（１７）、前記上側胴部（２０）、前記中央胴部（２８）、を含み、
   前記第２の部分群が、前記中央胴部（２８）、前記下側胴部（２９）を含むことを特徴とする、調量モジュール（１０）を冷却する装置。
2. 前記上側胴部（２０）が、少なくとも部分的に冷却液が貫流する前記中央胴部（２８）から液密に分離されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記中央胴部（２８）が、冷却液をガイドする空隙部（４４）を有し、前記ロック可能なプラグコンタクトカバー（１７）によって前記エアギャップ断熱部（１４）のエアギャップ部分（５８）を形成していることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記中央胴部（２８）が、冷却液が貫流する空隙部（４４）を有し、これにより分離されたエアギャップ断熱部（１４）の第１および第２のエアギャップ部分（５４、５６）を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記中央胴部（２８）が、前記空隙部（４４）から始まる冷却液還流部（２６）を含むことを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記中央胴部（２８）が、前記空隙部（４４）を前記第１および第２のエアギャップ部分（５４、５６）から分離する分離リブ（６４）を含むことを特徴とする、請求項４または５に記載の装置。
7. 前記中央胴部（２８）と、前記下側胴部（２９）に挿入された前記鉢形インサート（２４）との間に、ガイドスリーブ（３２）が収容されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
8. 冷却液流入部（２２）が、冷却液をガイドする下側胴部空隙部（６６）を含む前記下側胴部（２９）に開口していることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記ガイドスリーブ（３２）内および前記中央胴部（２８）の底部内に貫通口（４６）が設けられており、これにより、前記鉢形インサート（２４）の空隙部（６６）から前記中央胴部（２８）の空隙部（４４）へ冷却液が流れ込むことが可能になっていることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
10. 前記プラグコンタクトカバー（１７）が、温度による上側胴部（２０）と中央胴部（２８）の膨張を調整するために、弾性を有する材料から製造されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記プラグコンタクトカバー（１７）が、前記冷却体（１７、２０、２４、２８、２９）の前記上側胴部（２０）に係合する第１のロック装置（４８）と、前記冷却体（１７、２０、２４、２８、２９）の前記中央胴部（２８）に係合する第２のロック装置（５０）を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
12. 前記第２の部分群がさらに受容体（４０）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。

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