(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関において排ガス流の中の窒素酸化物を減少させるために還元剤を排ガス管に注入する配量モジュール（１０）であって、
前記還元剤のための噴射弁（６４）を冷却する冷却液が通流する基礎冷却体（１２）を具備しており、同じく冷却液の通流する補助冷却体（１４）が、前記噴射弁（６４）を作動させる電磁石（８０）と電気接続コネクタ（２２）の領域内の冷却のために前記基礎冷却体（１２）の上に載置されており、ここで、前記基礎冷却体（１２）の中に冷却液を導通するガイドインサート（３０）が配置され、
前記ガイドインサート（３０）が、第１のテーパセクション（３６）に移行する軸部（３４）を持つ周フランジ（３２）を付けており、
第１のテーパセクション（３６）に続いて、少なくとも２つの凹部（４２〜４６）を持つ第２のテーパセクション（４０）に移行する中央セクション（３８）が存在することを特徴とする配量モジュール。
【請求項２】
前記ガイドインサート（３０）の下縁（４８）に少なくとも２つの凹部（４２〜４６）が冠状に作られている請求項１に記載の配量モジュール（１０）。
【請求項３】
内燃機関において排ガス流の中の窒素酸化物を減少させるために還元剤を排ガス管に注入する配量モジュール（１０）であって、
前記還元剤のための噴射弁（６４）を冷却する冷却液が通流する基礎冷却体（１２）を具備しており、同じく冷却液の通流する補助冷却体（１４）が、前記噴射弁（６４）を作動させる電磁石（８０）と電気接続コネクタ（２２）の領域内の冷却のために前記基礎冷却体（１２）の上に載置されており、ここで、前記基礎冷却体（１２）の中に冷却液を導通するガイドインサート（３０）が配置され、
前記基礎冷却体（１２）と前記補助冷却体（１４）の間に少なくとも１つの排出口（２
４、２６）が設けられている配量モジュール（１０）。
【請求項４】
内燃機関において排ガス流の中の窒素酸化物を減少させるために還元剤を排ガス管に注入する配量モジュール（１０）であって、
前記還元剤のための噴射弁（６４）を冷却する冷却液が通流する基礎冷却体（１２）を具備しており、同じく冷却液の通流する補助冷却体（１４）が、前記噴射弁（６４）を作動させる電磁石（８０）と電気接続コネクタ（２２）の領域内の冷却のために前記基礎冷却体（１２）の上に載置されており、ここで、前記基礎冷却体（１２）の中に冷却液を導通するガイドインサート（３０）が配置され、
前記ガイドインサート（３０）が金属材料で作られている配量モジュール（１０）。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
最近の自己点火式内燃機関を備えた自動車では、厳しくなる一方の排ガス限界値のために特に排ガス流の中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を減らさなければならない。その目的に使用される方法のひとつが、ＮＯｘ還元触媒を使った接触還元（いわゆる“ＳＣＲ法＝選択的接触還元法”）である。この排ガス後処理の途中でポンプを使って還元剤を貯留タンクから、内燃機関の排ガスラインの領域内に配置された配量モジュールまで送る。この配量モジュールを使って、厳密に限定された量の還元剤を間欠的にＮＯｘ還元触媒の下流で排ガス流に投入する。還元剤として一般に使われるのは、尿素水溶液（いわゆる“ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）”）である。
【０００２】
配量モジュールを可能な限り排ガス流の近くに位置決めできるようにするため、配量モジュールの中にある還元剤噴射ノズルが位置する配量モジュールの下側のセクションを能動的に冷却する。そうすることにより、配量モジュールが排ガス流付近に配置されていても、噴射ノズルの領域内で温度は１２０℃を超えない。この実施形態の欠点は、配量モジュールにおいて、通常、噴射弁作動用磁石を中に配置し、電気接続コネクタを使って配量モジュールを接続する残りのアセンブリの冷却が欠如することにある。冷却が部分的でしかないことから、そのような配量モジュールは１６０℃超の周囲温度に適さない。それは、接続コネクタ及び／又は作動用磁石のコイルがそこで長時間損傷をこうむる可能性があるからである。
【０００３】
特許文献１からは、排ガスを後処理する装置が知られている。ここでは、還元触媒の下流の配量装置を使って還元剤が排ガス管に注入される。
【０００４】
この配量装置は、特に制御弁、配量弁ならびに冷却装置を包含する。冷却装置は冷却ジャケットとして形作られている。これは、内燃機関の冷却水循環系と連結されており、自動車運転中に排ガス管の高温にさらされる配量装置を効果的に冷却する働きをする。しかしながら、冷却ジャケットが可能にするのは部分的冷却でしかなく、その結果、作動用電磁石及び／又は接続コネクタが損傷され続けることになりかねない。
【０００５】
特許文献２からは、排ガスシステムにおける尿素水溶液配量装置のためのサーモマネジメントシステムが知られており、ここではインジェクタを冷却する。この目的のために、モータ冷却循環系から取り出される冷却液を使用する。この冷却液が、クーラントチャンネル内のインジェクタを通流する。インジェクタの下流で冷却液は再びモータ冷却循環系に送られる。
【０００６】
特許文献３が開示しているのは、自動車に搭載された還元剤吐出装置である。これは、還元剤を吐出すポンプが収納されたハウジングを包含する。ポンプは、運転中にその周囲を圧縮空気が流れ、この圧縮空気流をバッフル板がポンプ周囲に導く。その際、圧縮空気の乱渦流が生じる。これは、圧縮空気吸込口の直下の領域で行われる。これにより、圧縮空気がこれに包囲されるコンポーネントに及ぼす冷却効果は高められ、加えて、噴射される還元剤の温度調節が達成される。この吐出装置では、能動的な水冷却が見込まれていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許第４４３６３９７Ａ１号公報
【特許文献２】欧州特許第２１９２２８０Ａ１号公報
【特許文献３】独国特許第１０１２９５９２Ａ１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、自己点火式内燃機関の排ガス管の領域内の高い温度にも持続的に耐え得る完全水冷式の配量モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、発明通り、内燃機関、特に自己点火式内燃機関において排ガス流の中の窒素酸化物を減らすために還元剤、特に尿素水溶液を排ガス管に注入する配量モジュール、詳記するならば、その還元剤のための噴射弁を冷却する冷却液が通流する基礎冷却体を具備する配量モジュールにより解決される。本発明によれば、同じく冷却液の通流する補助冷却体が、特に噴射弁を作動させる電磁石と電気接続コネクタの領域内の冷却のために基礎冷却体の上に載置されており、ここで、基礎冷却体の中に冷却液を導通するガイドインサートが配置されている。
【発明の効果】
【００１０】
このガイドインサートにより、排ガスと直接接触する噴射弁の端セクション（ここに還元剤吐出口も設けられている）の最適な冷却が行われる。これにより、周囲温度が１６０℃以上の時でも配量モジュールの支障のない連続運転が保証されている。基礎冷却体の上に載置された補助冷却体と連係して、排ガスと接触しない、通例冷たい方の配量モジュールの（上側の）アセンブリ、特に、噴射弁と電気接続コネクタと還元剤送り管を作動させる電磁石の能動的な冷却が行われる。
【００１１】
配量モジュールの一形態では、ガイドインサートが、噴射弁の端セクションの領域において冷却液のほぼＵ字形の流れ推移を生じさせる。
【００１２】
これにより、先ず優先的に、噴射弁において特に高温の、排ガスと直接接触する下端セクションが冷却液で周囲を洗われ、他方、配量モジュールの幾分冷たい方のゾーン、特に電磁石と接続コネクタと還元剤送り管が、その後ようやく流れてくる冷却液で冷却される。
【００１３】
配量モジュールの更なる一形態では、基礎冷却体の領域内に冷却液吸込管が、補助冷却体の領域内に冷却液吐出管が配置されている。
【００１４】
これにより、冷却水は配量モジュールの特に高温のゾーンに送られ、他方、熱せられた冷却液は、配量モジュールの幾分冷たい方のゾーンから吐出される。
【００１５】
配量モジュールの更に進んだ一形態によれば、吸込管と吐出管は内燃機関の冷却循環系に接続されており、内燃機関の冷却水が冷却液として働く。
【００１６】
これにより、内燃機関の既存の冷却循環系は単純な仕方で配量モジュールの温度調節のために共に利用できることになる。
【００１７】
更なる有利な一形態では、ガイドインサートが、第１のテーパセクションに移行する軸部を持つ周フランジを付けている。このフランジが、軸部と共にガイドインサートを配量モジュールの冷却装置、特に冷却体に構造上簡単に一体化できるようにする。ガイドインサートの軸部はほぼ中空円筒形に形作られており、これに対し、第１のテーパセクションはやや円錐の形をなしている。
【００１８】
配量モジュールの更なる一形態では、第１のテーパセクションに続いて、少なくとも２つの凹部を持つ第２のテーパセクションに移行する中央セクションが存在する。
【００１９】
第２のテーパセクションの下側に凹部があることから、冷却水は先ず噴射弁の特に熱い排ガス側の端セクションに接近し、そこを通流した後ようやく補助冷却体領域内の冷たい方のゾーンに到達する。ガイドインサートの中央セクションは、基礎冷却体から半径方向に包囲された噴射弁の端セクションの周囲を冷却水がＵ字形に流れるようにするため、ほぼ中空円筒形をなしている。中央セクションをこれと異なる形に作る――組込環境に応じて――ことも可能である。
【００２０】
配量モジュールの更に進んだ一形態では、ガイドインサートの下縁に少なくとも２つの凹部が冠状に作られている。
【００２１】
これにより、冷却液が取るに足らない速度でしか流れない領域が冷却体の中に作られることは回避される。第２の（下側の）テーパセクションの領域内に設けられた好ましくは少なくとも６つの凹部は、それぞれ、１つの分割楕円又は半円にほぼ相当する形状を持つ。
【００２２】
更なる一形態では、基礎冷却体と補助冷却体の間に少なくとも１つの排出口が設けられている。
【００２３】
この排出口により、特に噴射弁の電磁石は、外から浸入した時の飛沫から守られる。排出口が無ければ、浸入した飛沫はそのまま流れ出てしまうことになる。この排出口は、浸入した水が――弁を損傷し続ける危険なしに――最大限上昇することのできる高さを制限する。配量モジュールの更に進んだ一形態では、ガイドインサートが金属材料、特に金属板で作られている。
【００２４】
これにより、従来公知の製造方法と製造機械を使った単純な、とりわけ量産に適した製作が可能である。その上、金属材料が十分に高い耐温度性を保証する。場合によっては、金属材料の代わりに、熱に十分に耐えられる、必要に応じて強化繊維で補強されたデュロプラスト又は熱可塑性の高性能プラスチックも使用できる。
【００２５】
以下、本発明を図面に則して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】水冷式配量モジュールの概略的斜視図である。
【図２】ガイドインサートの等角側面図である。
【図３】発明通りのガイドインサートを斜め上から見た等角図である。
【図４】配量モジュールの排ガスに近い方の（下側の）基礎冷却体の、図１の切断線ＩＶ−ＩＶに沿った簡略的横断面図である。
【図５】水冷式配量モジュールの全体縦断面図である。
【図６】図５の切取り部分ＶＩの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、還元剤を自己点火式内燃機関の排ガス流に注入する発明通りの水冷式配量モジュールの原理図を示す。配量モジュール１０は、特に、補助冷却体１４が上に載置された基礎冷却体１２を包含する。基礎冷却体１２は、冷却液を送るための吸込管１６を具備し、好ましくは、その冷却液が、ここに図示されていない自己点火式内燃機関の冷却循環系からの冷却水である。更に、補助冷却体１４は、送られてきた冷却水を外へ導くための吐出管１８を備えている。吸込管１６から出発して、冷却水は先ず基礎冷却体１２を通流し、そこから補助冷却体１４の中に到達し、ここを出て再び吐出管１８を通過する。冷却水は、配量モジュール１０の内部を支配する温度推移（温度勾配）に沿って高温の基礎冷却体１２から比較的冷たい方の補助冷却体１４に流れ込む。基礎冷却体１２とその上に載置された補助冷却体１４は、ここで、適当な材厚の成形板から、冷却水が通流できる少なくとも二分割された冷却ジャケットとして形作られている。それぞれほぼ円筒形の輪郭を持つ中空の冷却体１２、１４は、周囲温度が１６０℃以上――排ガス流の領域ないしは内燃機関の排ガス管の付近に現われ易い――の時でも、配量モジュール１０が信頼できる状態で連続運転されることを保証する。
【００２８】
その上、還元剤のための送り管２０ならびに電気接続コネクタ２２が上側で補助冷却体１４と連結されている。送り管２０を介して、配量モジュール１０は適当な還元剤、特に尿素水溶液（いわゆる“ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）”）を供給される。還元剤は、ポンプを使って貯留タンクから、送り管２０に接続された、図示されていない連結ラインに送り込まれる。配量モジュール１０を使って、還元剤は間欠的に、正確に配分された量だけ、同じく図示されていない内燃機関の排ガス管に注入される。この配量モジュール１０を使った還元剤の注入は、ＳＣＲ法における化学還元プロセスの進行に不可欠の還元触媒の手前の上流で行われる。基礎冷却体１２と補助冷却体１４の間に小さい排出口があり、そのうちの手前の２つが図示されており、ここでは参照符号２４と２６を付けている。
【００２９】
続く説明の中で参照する図２及び３は、発明通りの（冷却水）ガイドインサートの斜視側面図ならびに斜め上から見た等角図を示す。ほぼ管状の冷却水ガイドインサート３０は、特に円環状のフランジ３２を包含し、これが下向きに中空円筒形のシャフト３４の中まで続く。シャフト３４により、特にガイドインサート３０を下側の冷却体の中で心出しすることが容易にできる。シャフト３４は、やや円錐形の第１のテーパセクション３６に移行し、これに、ほぼ中空円筒形の中央セクション３８が続く。中央セクション３８は、その中空円筒形の形からはずれて、特に基礎冷却体の幾何形状に応じて別様の立体形を有してよい。中央セクション３８と境界を接するのが、第２のテーパセクション４０である。図示された実施例では、テーパセクション４０に合計６つの凹部が刻み込まれており、そのうち手前の３つの凹部４２、４４、４６だけが参照符号を付けている。これらの凹部は、ガイドインサート３０の（下）縁４８を突き抜ける、すなわち、下向きに開いている。これにより、特に、冷却体内部で冷却水の流速が極めて低い値又はゼロにまで低下する空間領域が発生する事態は回避される。
ここで、凹部は、ほぼ二分割された楕円に近い幾何形状を有し、好ましくは第２のテーパセクション４０の周囲全体にわたって均一に分布するように刻み込まれている。あるいは代わりの幾何形状、例えば半円形の凹部も同じく可能である。その上、前述と異なる数だけ、必要に応じて追加的に周囲全体にわたって不均一に分布する凹部が設けてあってもよい。この凹部の数及び／又は横断面積は、内燃機関のあらゆる運転状態のもとで配量モジュールの冷却にとって最適な冷却水通流が確保されるように決められている。配量モジュール作動時、冷却水の流れ５０は、先ずガイドインサート３０の外面５２に平行に推移し、その後、６つの凹部を通過し、最後にガイドインサート３０の内面５４に平行に推移し、ガイドインサート３０の中心開口５６を通って再び戻っていく。
【００３０】
図４は、配量モジュールの排ガスに近い方の（下側の）基礎冷却体の、図１の切断線ＩＶ−ＩＶに沿った簡略的（部分）横断面を示す。配量モジュール１０は、クランプ６０を使って内燃機関の詳細に図示されていない排ガス管の排ガス管ソケット６２に固定されている。配量モジュール１０の中に配置された噴射弁６４が、特に弁体６６を包含し、これがガイド６８の中に垂直方向に摺動できるように受容されている。弁体６６を使って流出口７０が間欠的に開閉でき、これで、正確に限定された量の還元剤が注入できるようになっている。弁体６６の垂直方向の摺動は、図４に描かれていない電磁石を使って行われる。ガイド６８、弁体６６の図示されていない下側尖端、ならびに、還元剤流出口７０は、噴射弁６４の端セクション７２の中に位置する。端セクション７２は、内燃機関の排ガスと直接接触するので、極めて高い温度にさらされている。内燃機関の冷却循環系からの冷却水は、吸込管１６を通って基礎冷却体１２の中に到達し、ガイドインサート３０の働きにより、点線で描かれたほぼＵ字形の流れ推移５０の方向に導かれ、噴射ノズル６４の特に高温の端セクション７２の周囲に通される。これにより、発明通り、噴射ノズル６４の高温にさらされる端セクション７２は優先的に冷却され、これで、配量モジュール１０は、周囲温度が１６０℃以上の時でも信頼できる状態で機能することになる。冷却水は、ここで先ずガイドインサート３０の外面５２に沿って流れ、ガイドインサート３０の下側にある凹部４２、４６を通流し、そこからその内面５４に戻り、更に上へ、配量モジュール１０の、図４に詳細に描かれていない冷たい方のアセンブリに向かい、基礎冷却体１２の上に載置された補助冷却体（ここでは描き入れられていない）の領域に到達する。
【００３１】
図５は、水冷式配量モジュール全体の縦断面を示す。
【００３２】
配量モジュール１０は、吸込管１６と吐出管１８を使って、内燃機関の図示されていない冷却循環系に嵌合されている。吸込管１６が基礎冷却体１２に取付けられているのに対し、吐出管１８は補助冷却体１４と連通している。還元剤の給送は送り管２０を介して行われ、配量モジュール１０への給電は水密型の接続コネクタ２２を介して行われる。凹部４２、４６を付けたガイドインサート３０は、基礎冷却体１２の中に受容されている。噴射弁６４の流出口７０の間欠開閉を実現させるため、弁体６６は、電磁石８０を使ってガイド６８の中を垂直方向に上下移動できる。電磁石８０の始動制御、従ってまた、弁体６６の始動制御は、図示されていない電子制御装置及び／又は電子規制装置を使って、自己点火式内燃機関の運転状態に応じて行われる。排出口２４により、外から浸入する飛沫が特に電気絶縁体で密閉された電磁石８０の領域内に長時間残留することは阻止される。
【００３３】
図６は、図５の切取り部分ＶＩの拡大図である。ガイドインサート３０を付けた基礎冷却体１２とその上に載置された補助冷却体１４の間に排出口２４がある。この排出口２４により特に達成されるのは、外から配量モジュールに浸入する飛沫８２が精々一時的に最大面位８４まで上昇できることである。さもなければ、最大面位８４を超えた場合、配量モジュール内部の噴射弁６４ないしは密閉電磁石８０が損傷され続ける事態になりかねない。静的に、飛沫８２は最小面位８６を超えることができない。
【符号の説明】
【００３４】
１０  配量モジュール
１２  基礎冷却体
１４  補助冷却体
１６  吸込管
１８  吐出管
２０  送り管
２４  排出口
２６  排出口
３０  ガイドインサート
３２  フランジ
３４  シャフト／軸部
３６  第１のテーパセクション
３８  中央セクション
４０  第２のテーパセクション
４２、４４、４６  凹部
５０  冷却水の流れ
５２  ガイドインサート外面
５４  ガイドインサート内面
５６  ガイドインサート中心開口
６０  クランプ
６２  排ガス管ソケット
６４  噴射弁
６６  弁体
６８  ガイド
７０  還元剤流出口
８０  電磁石
８２  飛沫
８４  飛沫の最大面位
８６  飛沫の最小面位
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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