用于冷卻計量閥的裝置制造方法

用于冷卻計量閥的裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種計量模塊(10)，其包括計量閥(12)。所述計量模塊還包括冷卻裝置，冷卻流體流經所述冷卻裝置。所述冷卻裝置包括第一腔室(26)，其具有冷卻流體入口(42)。所述計量閥(12)具有附加的冷卻體(36)，其包含第二腔室(52)，所述第二腔室經由至少一個開口(50)以液壓方式與所述第一腔室(26)相連接。
【專利說明】用于冷卻計量閥的裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于冷卻計量模塊的裝置，該計量模塊尤其用于將例如尿素或尿素水溶液的還原劑配送到內燃機的廢氣系統中。
【背景技術】
[0002]DE4436397A1涉及一種廢氣后處理設備。這種廢氣后處理設備是一種用于處理自燃式內燃機的廢氣的設備，其中為了改善還原催化器的工作模式，還原劑被輸入到供送給催化器的廢氣中。還原劑的輸入在這里通過電力控制的計量閥進行，所述計量閥被布置在一個具有控制閥的共有殼體中。所述控制閥用于控制被供送的壓縮空氣的引入，其中通過所述計量閥制備預定量的還原劑，并且間隙地引入到所述廢氣中。所述間歇地引入還原劑除最優地制備被弓I入的還原劑外，尤其適于避免尿素沉淀以及避免粘貼在計量閥和控制閥上。
[0003]US20060108443A1具有一種用于還原劑的噴管形的噴射裝置，目的是降低NOx排放物。所述噴射裝置包括用于還原劑的管道，所述還原劑尤其是尿素水溶液，所述用于還原劑的管道被霧化器管道環繞。所述霧化器管道被管形的冷卻殼體環繞，所述冷卻殼體構成護套形的流體冷卻室。所述被構造為護套形的流體冷卻室延伸到所述霧化器管道的加長段上方。流體經入口流入到所述流體冷卻室中，又經出口流出。所述入口和出口位于所述噴射裝置的背離廢氣管的端部上。所述入口具有加長管，從而流體在所述入口和噴射端部之間的位置處進入到所述流體冷卻室中。
[0004]DE102009047375A1公開了 一種計量模塊，所述計量模塊容納了計量閥，所述計量閥用于將尿素配送到內燃機的廢氣管中。為了使所述計量閥的閥頭非常靠近例如廢氣流，在所述計量模塊中容納閥的容納部對所述計量閥主動進行冷卻。在這里，冷卻裝置配屬于所述計量模塊，所述冷卻裝置圍繞所述計量模塊的外罩表面并且被冷卻液體、冷卻流體流過。在這里，冷卻流體例如是從汽車的冷卻回路獲得的冷卻流體。盡管所述計量閥在所述廢氣流的較遠的附近，排出口(即用于將還原劑噴射到廢氣管中的噴射口)附近的溫度不高于120。。。
[0005]DE102005061145A1公開了一種廢氣后處理裝置，用于對內燃機廢氣系統中的廢氣進行后處理。所述廢氣后處理裝置包括計量閥，所述計量閥法蘭連接到廢氣管上。法蘭位于在側向上與所述廢氣管的外罩表面隔開的角架下側，從而所述計量模塊的不耐熱的閥頭與廢氣流間隔開一些距離。根據這個技術方案，所述計量閥局部由冷卻肋環繞以便散熱，所述冷卻肋由高熱導率的材料制成。對于這里描述的通過冷卻肋進行被動冷卻，出于位置的原因，不可能有利地更靠近廢氣通道安置計量閥。

【發明內容】

[0006]本發明提出一種計量模塊，其包括計量閥，所述計量模塊裝配有冷卻裝置，其中所述冷卻裝置本身由冷卻流體流過，并且所述冷卻裝置具有至少兩個相互連接的腔室。冷卻流體或許是在內燃機冷卻回路中循環的冷卻流體或者與內燃機冷卻回路循環的冷卻流體分開的單獨的冷卻流體，其中這個與內燃機冷卻回路循環的冷卻流體分開的單獨的冷卻流體可在單獨的冷卻回路中循環。前述至少兩個腔室包括第一腔室和第二腔室，其中第一腔室配置在所述計量閥的端部區域，第二腔室配置在所述計量閥的中部區域。所述冷卻流體優選依次流經這兩個腔室。所述第一腔室位于所述計量閥的如下區域中，即所述計量閥的這個區域裝入內燃機的廢氣管中，并且在最接近廢氣管處出現最高溫度。所述第二腔室位于所述計量閥的中部區域中，并且冷卻例如除電短路外的、電力操縱的計量閥的電磁線圈接觸的電觸點。
[0007]所述冷卻流體在它的流動路徑上流經兩者之間以液壓方式相互連接的至少兩個腔室，因而在流經第一腔室且在那里出現最高熱負荷時，所述閥頭以最優的方式被冷卻，冷卻流體依照這個流經順序以相對低的溫度進入到所述第一腔室中。由此實現計量閥的閥頭區域的最優冷卻。此后，所述冷卻流體到達與第一腔室液壓連接的第二腔室，其中對更多敏感的區域，尤其是電插頭區域內部和/或計量閥線圈區域中的更多敏感區域進行冷卻。原則上還存在這樣的可能性:至少兩個所述腔室以相反的方向連續設置。考慮到冷卻流體沿相反的方向流經所述冷卻裝置的至少兩個腔室，在這個通流方向上在計量閥的插頭區域和/或線圈區域中獲得有效冷卻，因為具有相對低溫度的冷卻流體進入到那里，然而所述計量閥的熱負載特別高的閥頭區域可被更低強度地冷卻。
[0008]在運行中，廢氣系統的廢氣管中的溫度在典型區域中位于200°C和850°C之間。
[0009]所述閥頭，即計量閥的使還原劑進入到廢氣系統中的區域，是用熱導率差的材料制成的，優選用鋼制成，這種材料具有高的耐熱性，高的化學抗性，尤其是對于還原劑，例如AdBlue?及副產品(Folgeprodukte)而言,還具有對于廢氣冷凝液高的化學抗性。此外,制成所述閥頭優選選用的材料的特性是良好的焊接性能及良好的變形性。
[0010]主動利用還原劑冷卻的端部，即所述計量閥的閥頭，包括閥頭區域，所述還原劑優選被噴灑為尿素空氣混合物或者尿素水溶液隨著壓縮空氣一起排出，以便到達內燃機廢氣系統的廢氣管中。此外，本發明提出的技術方案是所述計量閥的中部區域附近，即用于操縱計量閥的電磁線圈及電插頭插口位于其中的計量閥的區域用冷卻流體冷卻。所述計量閥的中部區域可包括一個這樣的區域，這個區域被構造為用于將還原劑噴射到廢氣通道中的一段管，所述還原劑尤其是尿素或尿素水溶液，以及還具有這樣的區域，即所述區域在功能上連接到所述還原劑的輸入管上，例如電接觸也位于其中的一個區域。
[0011]所述計量閥的閥頭區域以有利的方式與流動管內部的流間隔開，從而所述閥頭區域不直接暴露于沿流動方向出現的最高溫度。在本發明提出的技術方案的一個優選實施例變型中，由冷卻流體流經的兩個腔室中的一個腔室包括一個這樣的區域，即用于操縱計量閥的電磁線圈的電插頭觸點位于這個區域中。根據本發明提出的技術方案，通過設置兩個由冷卻流體流經的腔室，所述計量閥的插頭區域被冷卻，從而計量模塊在更高的環境溫度下也可運行。如果所述具有計量閥的計量模塊不安裝在汽車的底層結構中，而是例如布置在汽車的發動機艙中，這是特別有意義的，其中在汽車的發動機艙中可能出現更高的溫度，然而根據本發明提出的技術方案不導致計量閥的工作模式及其使用壽命受到影響。電插座連接可能在高于160°c的溫度時受到損害，并且在不現存的冷卻時不考慮電接觸故障。因此考慮到因為第二腔室布置在計量閥的中部區域中，保證了電接觸區域的主動冷卻并且即使在高的環境溫度時也穩定地保持可靠的電接觸。
[0012]有利的是，本發明提出的裝置可在高于160°C的環境溫度下運行，這是因為計量閥的電插座連接和電磁線圈在這樣的溫度下不受影響，但現有技術的裝置在這樣的溫度時可能出現閥或電插座連接發生故障。本發明提出的冷卻裝置因而能夠使所述計量模塊在高溫環境中運行，例如在前面提及的汽車發動機艙中運行。在本發明提出的技術方案的另一有利的實施例中，第二冷卻腔室位于所述計量閥的中部區域中，第二冷卻腔室包括所述計量閥的電磁線圈布置于其中的區域。所述電磁線圈在所述計量閥運行中受到非常大的負載并且尤其受制于材料疲勞。所述用于操縱計量閥的電磁線圈構成所述計量裝置的一個敏感構件，它的故障是通過根據本發明提出的、在所述計量閥的電磁線圈區域中設置第二冷卻腔室來考慮的。
[0013]冷卻流體流經的至少一個第一腔室和第二腔室能夠通過一個或多個通孔相互液壓連接。所述通孔位于兩個腔室的彼此界定的頂蓋或底部表面上，就兩個腔室而言優選用材料鎖合的連接進行連接。對此，沿著兩個相互材料鎖合地接合的腔室的所述區域的接觸表面或它們的被界定的構件的所述區域的接觸表面進行激光焊接是特別適當的。材料鎖合的連接被構造為激光焊接是成本特別低的實施方式。符合目的的是，冷卻流體流經的腔室被制造為深沖構件和/或折彎部件。此外，根據本發明提出的裝置存在被充分縮小的可能性，這是因為積聚的空氣不能到達所述敏感的構件。
[0014]對已存在產品的進一步改進被稱作本發明提出的技術方案的另一有利的性能，從而現存的構件和制造裝置僅僅進行少許修改基本上就能繼續使用，這帶來了不會顯著地提高制造成本的優點。此外，本發明提出的技術方案的優點還在于，根據本發明提出的技術方案存在冷卻流體沿軸向或至少大約沿軸向流入的可能性。因此關于徑向結構方向獲得了結構空間的優點，從而能夠服務于客戶，在這個技術方案中只提供了受限制的結構空間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面將參考附圖詳細說明本發明，其中:
[0016]圖1示出了一種具有計量閥的計量模塊，所述計量模塊具有指定為冷卻的和未冷卻的區域；
[0017]圖2示出了計量模塊的立體圖；
[0018]圖3示出了一種計量模塊，其具有位于計量模塊中部區域中的第二冷卻體以及冷卻流體入口；
[0019]圖4示出了位于供給冷卻流體的第一腔室和布置在第一腔室上部的、供給冷卻流體的第二腔室的視圖；和
[0020]圖5示出了通過一個具有指定為冷卻區域的計量模塊的剖面圖以及通過冷卻流體流經的第一腔室以及冷卻流體流經的第二腔室的截面。
【具體實施方式】
[0021]圖1的視圖示出了通過具有計量閥的計量模塊進行剖切的截面，在下部區域中具有由冷卻流體冷卻的冷卻區域，在中部區域具有未冷卻區域。
[0022]圖1的截面圖示出了計量模塊10，計量閥12容納在計量模塊10中。計量模塊12延伸到還原劑入口 14上方，所述還原劑入口 14在豎直方向上沿垂直方向從上方延伸到計量模塊12上，計量模塊12供給有還原劑。所述還原劑優選是例如尿素或尿素水溶液(已經熟知的、商標為AdBlue?的尿素水溶液)。作為如圖1所示的幾乎垂直地構造的還原劑輸送線的替代，所述還原劑輸送線也可以是具有90°彎曲的路線或者代替這里示出的一個還原劑入口 14，可以設置多個還原劑入口 14。計量裝置10的計量閥12密封到密封環16上。在計量模塊12側面上存在電插頭觸點18的插頭插口。
[0023]從圖1的視圖可知，在計量模塊10的這個實施例變型中，計量閥只有下部區域被冷卻，參考位置22，但計量裝置的計量閥12的中部區域標記為未冷卻區域20。
[0024]圖1示出了計量裝置10在冷卻區域22中包括一個罐形結構24。罐形結構24包括筒狀部分28。這個筒狀部分28又由覆蓋部分30覆蓋，覆蓋部分30與筒狀部分28界定第一腔室26，第一腔室26由還原劑加載。從圖1的視圖得知，計量閥12的構造得下部纖細的區域由定中結構或覆蓋部分30中的支撐部分32置中。在計量閥12的下端部，即覆蓋部分30的底部以及筒狀部分28的底部和罐形結構24的底部上混雜、存在計量閥12的閥頭，即計量閥12的熱負荷最高的點，在這點上，還原劑，尤其是作為霧化的細小的點滴噴霧，被噴射到內燃機廢氣系統內的廢氣流中，在這里，所述還原劑是指尿素或尿素水溶液。
[0025]從圖1的視圖還得知，在未冷卻區域20中存在附加的冷卻體。沿著接觸表面38，附加的冷卻體36位于計量閥12的中間部分中，以及它與顯示覆蓋部分30的頂蓋面34相互材料鎖合地連接。選擇激光焊接作為材料鎖合的連接，激光焊接能夠非常簡單并且在大批量生產中成本非常低進行生產。
[0026]圖2示出了計量模塊的立體俯視圖。
[0027]圖2的立體俯視圖的計量模塊10示出了基本上沿豎直方向延伸的還原劑入口 14和側面的插頭插口 18，附加的冷卻體36位于插頭插口 18下側，下面將仍然根據后續視圖對其進行詳細說明。沿著接觸表面38，附加的冷卻體36和覆蓋部分30材料鎖合地并且密封地相互連接到頂蓋面34，其中頂蓋面34構造為平面。從圖2的立體俯視圖得知，在覆蓋部分30的環形凸緣上存在定位凹口 40，這些定位凹口 40用于使本發明提出的計量模塊10在安裝到內燃機廢氣系統中時對齊。這些定位凹口 40用于以有利的方式將計量模塊10安裝在Lkw區域中。計量模塊10利用螺紋法蘭固定在載重卡車上，其中這些定位凹口 40提供固定螺栓所需要的位置。
[0028]從圖3的視圖得悉冷卻流體的入口，參考位置42，位于覆蓋部分30的凸緣的頂蓋面34中。為了減輕傳輸冷卻流體的管道的接口，附加的冷卻體36的外罩表面被軟化，以便提供接管或連接軟管所用的結構空間，從而能夠更簡單地操縱這些接管或連接軟管的連接安裝。從圖3還得知電觸點18通過保護蓋62覆蓋。因為覆蓋部分30的頂蓋面34構造為平面46，冷卻流體入口 42也構造為平面形狀的。在覆蓋部分38的凸緣下側存在罐形結構24，罐形結構24不僅圍繞插接部分28，還圍繞覆蓋部分30，其中在覆蓋部分30的凸緣中設置定位凹口 40。
[0029]圖4示出了計量模塊10，其位于與前圖相比旋轉了 90°的另一位置。從圖4的視圖得知，計量模塊10包括附加的冷卻體36，附加的冷卻體36通過供冷卻流體穿過的至少一個開口，即至少一個開口 50，與第一腔室26形成液壓連接，從而冷卻流體從第一腔室26通過至少一個開口 50流出到第二腔室52中，其中第一腔室26是通過覆蓋部分30構成的，第二腔室52構造在附加的冷卻體36中。
[0030]從圖4的剖面圖得知，附加的冷卻體36位于覆蓋部分30上側，尤其是它的頂蓋面上，其中覆蓋部分30的頂蓋面由平面46構成。覆蓋部分30和附加的冷卻體36通過材料鎖合的連接38相互密封地連接，其中材料鎖合的連接38優選構造為激光焊接。圖4示出了第一腔室26和第二腔室52通過至少一個開口 50連接，其中第一腔室26由插接部分28和覆蓋部分30界定，第二腔室位于附加的冷卻體36中。冷卻流體通過至少一個開口 50沿流出方向48從第一腔室26流入到第二腔室52中，其中至少一個開口 50在一側形成在頂蓋部分66中，在另一側位于附加的冷卻體36的底部部分64中。在覆蓋部分30的頂蓋部分66的平面中存在另外的用于冷卻流體進入的開口 42。如前面所提及的，首先進入到第一腔室26中的冷卻流體是指在內燃機冷卻回路中循環的冷卻流體以及單獨積聚在單獨的循環回路中循環的冷卻流體。
[0031]為了完整性起見，已經提及插接部分28由罐形結構24圍繞，同樣電插頭觸點18由保護蓋62環繞，其中保護蓋62可由橡膠或塑料材料制成。
[0032]圖5的視圖以縱向截面圖的形式示出了計量模塊。
[0033]計量模塊10的計量閥12通過垂直地沿豎直方向從上方進入到計量閥12的本體中的還原劑入口 14加載還原劑,所述還原劑是尿素或尿素水溶液(已經熟知的名稱為AdBlue?的尿素水溶液)。在計量閥12的側面存在電插頭觸點18，電插頭觸點18由已經提及的保護蓋62環繞。還原劑入口 14用密封環16密封，其中密封環16位于計量閥12上方。圖5示出了附加的冷卻體36沿著接觸表面38與覆蓋部分30的該表面34材料鎖合地連接。在圖5中示出的截面中沒有示出至少一個開口 50，其中至少一個開口 50使第一腔室26與附加冷卻體36中的第二腔室52相互液壓連接。冷卻流體通過圖5中未示出的冷卻流體入孔進入到第一腔室26中，冷卻覆蓋部分30的殼形凸起的用附圖標記58標記的冷卻表面，其中第一腔室26通過插接部分28和覆蓋部分30構成，殼形凸起平行于計量閥12的逐漸變細的軸進行延伸。定中結構或支撐部分32被置于覆蓋部分30內部，計量閥12的沿豎直方向向下延伸的閥頭置中在覆蓋部分30中并且被密封。計量閥12的端面朝向插接部分28的開口 56以及通過位于罐形結構24中的開口 54突出到圖5中未示出的內燃機的廢氣系統中，內燃機的非常熱的廢氣流(包含NOx成分)流過所述內燃機的廢氣系統。
[0034]冷卻流體因冷卻被冷卻表面58而被加熱，該冷卻流體從第一腔室26流出，通過在圖4的截面圖中示出的至少一個開口 50流入到第二腔室52中，其中第二腔室52位于附加的冷卻體36的第一腔室26上側。在這里，用附圖標記60標示的表面被冷卻，從而在計量閥10的整個中部區域中，尤其是在電插頭觸點18的區域中，調整冷卻作用，電插頭觸點18由保護蓋62圍繞。通過本發明提出的第二腔室52，電插頭觸點18區域中的溫度限值達到160°C的溫度水平，其中第二腔室52位于附加的冷卻體36中。這意味著因為通過本發明提出的技術方案保證計量模塊10的計量閥12的中部區域的冷卻，排除了電插頭觸點18的區域中的故障現象，這是因為例如與空氣隙絕緣相比，通過冷卻流體可實現有效的冷卻。
[0035]圖5示出了附加的冷卻體36利用它的底部表面64平整地上升到覆蓋部分30的頂蓋面34的平面46上，由此保證這兩個部件之間良好的熱傳遞，即在附加的冷卻體36和覆蓋部分30之間良好的熱傳遞。所述的部分，即附加的冷卻體36以及覆蓋部分30可以利用制造技術特別簡單地制造為深沖部件。材料鎖合的連接，即所述的部分，附加的冷卻體36和覆蓋部分30的連接沿著接觸表面38在圓周方向上在這兩個部件之間優選進行周緣激光焊接。已經證明這個方法在大批量生產時成本特別低且效率特別高。
[0036]通過本發明提出的技術方案能夠實現計量模塊10的充分冷卻。以特別有利的方式使所述區域通過第一腔室26充滿冷卻流體實現與最高熱負荷中斷，充滿第一腔室26的冷卻流體具有相對低的溫度。通過包含第二腔室52的附加的冷卻體36，電接觸區域18能夠被冷卻，從而它的可靠功能即使在更高的環境溫度水平時也能得到保證。這又使本發明提出的計量裝置10不僅可布置在汽車的底層結構區域中，即布置在緊靠廢氣系統附近，而且還可按照設計要求和OEM要求布置在汽車的發動機艙中。通過充分冷卻計量裝置10，尤其是通過位于計量閥12中部區域中的附加冷卻體36的第二腔室52，電觸點18可被加熱，從而排除了電接觸出現故障。
【權利要求】
1.一種計量裝置(10)，其具有計量閥(12)和冷卻裝置，所述冷卻裝置由冷卻流體流經并且包括至少一個第一腔室(26)，所述第一腔室(26)具有冷卻流體入口(42)，其特征在于，所述計量閥(12)支配一附加的冷卻體(36)，所述附加的冷卻體(36)包括第二腔室(52)，所述第二腔室(52)通過至少一個開口(50)與所述第一腔室(26)液壓連接。
2.根據前項權利要求所述的計量裝置(10)，其特征在于，所述冷卻流體從所述第一腔室(26)沿流出方向(48)流入到所述第二腔室(52)中。
3.根據前述權利要求中任一項所述的計量裝置(10)，其特征在于，所述附加的冷卻體(36)包圍所述計量閥(12)的中部區域，尤其是電接觸部(18)。
4.根據前述權利要求中任一項所述的計量裝置(10)，其特征在于，接收所述冷卻流體的第一腔室(26)通過插接部分(28)和覆蓋部分(30)界定。
5.根據前述權利要求中任一項所述的計量裝置(10)，其特征在于，所述附加的冷卻體(36)與所述覆蓋部分(30)相連接。
6.根據前項權利要求所述的計量裝置(10)，其特征在于，在所述附加的冷卻體(26)和所述插接部分(30)的平面(46)之間構造材料鎖合的連接(38)。
7.根據前項權利要求所述的計量裝置(10)，其特征在于，所述材料鎖合的連接被構造為激光焊接。
8.根據前述權利要求中任一項所述的計量裝置(10)，其特征在于，所述材料鎖合的連接被構造為硬釬焊連接或釬焊連接。
9.根據前述權利要求中任一項所述的計量裝置(10)，其特征在于，所述附加的冷卻體(36)利用插座平面支承在所述覆蓋部分(30)的構造為平面(46)的頂蓋面(34)上。
10.根據前述權利要求中任一項所述的計量裝置(10)，其特征在于，所述計量閥(12)通過定中結構或支撐部分(32)支承在所述覆蓋部分(30)中。
11.根據前述權利要求中任一項所述的計量裝置(10)，其特征在于，至少一個冷卻流體入口(42)位于所述覆蓋部分(30)中，尤其是所述覆蓋部分(30)的頂蓋面(34)中。
12.根據前述權利要求中任一項所述的計量裝置(10)，其特征在于，在冷卻流體入口(42)附近在所述附加的冷卻體(36)上設置缺口(44)以簡化安裝。
13.根據前述權利要求中任一項所述的計量裝置(10)，其特征在于，使所述第一腔室(26)和第二腔室(52)相互液壓連接的至少一個開口(50)延伸穿過所述附加的冷卻體(36)的底部部分(64)和所述覆蓋部分(30)的頂蓋部分(66)。
14.根據前述權利要求中任一項所述的計量裝置(10)，其特征在于，至少一個冷卻流體入口(42)基本上軸向布置。
15.根據前述權利要求中任一項所述的計量裝置(10)使用于載客汽車和載貨汽車中的用途。
【文檔編號】F01N3/20GK103946499SQ201280055950
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2012年11月8日 優先權日:2011年11月22日
【發明者】M·基翁特克, J·溫克勒 申請人:羅伯特·博世有限公司