CN103270360A - 可量产的介质导管及其在scr催化器***中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于引导流动介质的可批量生产的介质导管（1），其具有端部带有导管连接器（4,6）的流体导管（2），尤其用来在内燃机（M）的SCR催化器***中将还原添加剂的槽罐（T）与给料单元（D）连接到一起，其中，流体导管（2）至少部分地具有用来对流体进行加热的电加热装置（8）。流体导管（2）至少部分地具有利用调温液体进行流体调温的调温装置（16），其具有至少一个用以过渡到位于外部的调温液体输送导管（22）和/或排出导管（24）的过渡区（18,20）。

Description

可量产的介质导管及其在SCR催化器***中的应用

技术领域

本发明涉及一种用于导引流动介质的可批量生产的介质导管，其具有端部带有导管连接器的流体导管，其中，流体导管至少部分地具有用来对流体进行加热的电加热装置。

本发明还涉及在内燃机的选择性催化还原催化器***（SCR-Katalysator-System）中，将用于带有用于还原添加剂（Reduktionsaddtiv），特别是尿素水溶液（waessrige Harnstoffloesung）的槽罐与给料单元进行连接的此种介质导管的应用。

另外，本发明还涉及介质导管的一些具有特定发明意义的重要部件。

背景技术

此类可量产的、带有用来加热流体的电加热装置的介质导管已广为人知；在这里仅援引专利申请文件WO2008/131993A1作为范例。在环境温度很低时，利用流体导管的电加热装置以及端部导管连接器可以防止相应的介质冻结和/或通过供热还能使可能已冻结的介质融化。这种公知的介质导管同样被优选应用于在带有所谓的SCR催化器的柴油发动机中作为NOx还原添加剂的尿素溶液。

但是在介质导管的此种优选应用方式中存在如下特有问题：由于需与槽罐或泵浦连接在一起的SCR给料单元被安置在内燃机的排气管路上，而其在工作时具有极高的温度，介质导管与该给料单元相连的部分及其导管连接器也面临同样的问题。在今天的发动机技术中，特别是应用SCR催化器的情况下，有这样一种趋势，即，还原添加剂被置于排气管路上的越来越接近发动机的区域中。例如，在采用一种与柴油机微粒过滤器结合成一个部件或者说组件的SCR催化器的情况下，还原添加剂是在氧化催化器之后被导入的。这种做法导致的后果是给料单元被安置于越来越高的温度下，相应地，与之相连的介质导管和导管连接器也将如此。

发明内容

本发明的基本目的是对上述类型的可量产介质导管进行改良，使之尤其适用于前文述及的与SCR催化器的给料单元的插接连接应用。

根据本发明的独立权利要求1，这一目的是这样实现的：流体导管至少部分地，特别是在位于一端的第一插接区域中具有能够借助调温液体对连接或需连接在插接区上的部件进行流体调温的调温装置，该装置具有至少一个与位于外部的调温液体输送和/或排出导管相连的过渡区。在优选的应用方式中，调温液体被用来冷却需连接在插接区上的部件，特别是SCR给料单元，其中从排气管路通过给料单元间接地或者从排气管路直接传来的热量将由调温液体高效带出。在此方式中，尤其可应用内燃机冷却液作为调温液体。

除了总体的可量产的介质导管及其优选应用方式之外，本发明还涉及一些具有发明意义的零件。例如，权利要求16的对象是一导管零件，其带有流体导管的一个长度段和用于流体调温的调温装置。权利要求17涉及一种特殊的导管连接件，通过该连接件可将两条用于调温装置通流的调温导管彼此相连。

本发明的其他有利设计方案包含在各从属权利要求及随后的说明中。

附图说明

下面，通过附图以及其中阐明的优选实施和应用实例对本发明进行详细解释。其中：

图1为根据本发明的在第一实施例中带有给料单元的介质导管的示意性侧视图；

图2为根据本发明的介质导管的第一插接区的放大的局部剖视图，在图中，介质导管与给料单元是分开展示的；

图3为根据本发明的介质导管的变型实施例；

图4为介质导管的一个部分；

图5是沿图4中的面V-V剖开后的横剖图，

图6是介质导管的一种优选应用方案的高度示意性的示意图；

图7是以与图6类似的形式示出的一种应用方案变例；

图8插接壳体在打开状态下的透视图；

图9是图8所示的插接壳体的一种替代设计方案；

图10是作为根据本发明的介质导管的优选应用方式的带有SCR催化器的简化的示意性方块图；

图11为来自图10的根据本发明的介质导管的一种实施变例中的部分截图；

图12是与图11类似的根据本发明的介质导管的另一变型实施例的示例性示意图；

图13为用于图12所示的实施方案的在一实施例中的介质导管的部分截图的透视图；以及

图14是与图13相同的，在另一设计方案中的示图。

具体实施方式

在附图中不同的图示上，同样的部件都配以同样的附图标记。

对于后文的描述，需要强调的是：本发明并不限于这些实施例，因此也不限于所描述的特征组合中的全部或多个特征；实际上，任一实施例中阐明的每一单个子特征在与其他所有结合在一起描述的子特征分开时，无论各权利要求以及及援引相应权利要求的从属权利要求中有否提及，其本身抑或与其它实施例中的任一特征形成的组合，都是具有发明意义的。

根据本发明的可量产介质导管1包括尤其是用塑料制成的、呈软管（Schlauchleitung）或管道（Rohrleitung）状并且端部带有导管连接器4、6的流体导管2，所述导管连接器优选构造成流体插塞连接器件，确切地说，优选构造成插头或插头容纳件（即套头）。流体导管2至少部分地具有用来加热流体的电加热装置8。另外，优选将两个导管连接器4、6中的至少一个，尤其是导管连接器6设计成能够用电进行加热。当然，也可以选择将另一导管连接器4设计成能够用电加热。流体导管2的加热装置8优选包括至少一个尤其以螺旋线状在长度上延伸的线圈，所述线圈为用电阻丝制成的合适热导体8a。至少第二导管连接器6（在图1的右侧示出）同样配备有用来加热流体的电加热装置（图中未示出），该电加热装置可具有带连接插头9的被分岔开的电插接导体，所述连接插头用来插接到电源上或连接到其它加热装置（如另一介质导管的加热装置）上。

如图6、7和10所示，介质导管1优选用来在内燃机M的SCR催化器***中，使用于还原添加剂（特别是稀薄的尿素溶液）的槽罐T或安置在该槽罐上的泵浦P与给料单元D之间建立可导引流体的连接。缩写SCR意指“选择性催化还原（selective catalytic reduction）”。根据图10，给料单元D被安置在发动机M的排气管路10上，以便将还原添加剂导入到排气流中，也就是说给料单元被安置在SCR催化器12之前、氧化催化器14之后的区域中。SCR催化器12优选与柴油机微粒过滤器DPF组合成一结构单元。排气管路10在这一相当接近发动机的区域中会出现很高的温度，从而使插接的介质导管1在其与给料单元D相连的插接区域中须持续承受120°C-140°C的工作温度，甚至在短时间内（比如不超过15分钟）须承受高达220°C的温度。

为此，本发明采取这样的设计：介质导管1至少部分地，即至少在流体导管2的一端的插接区中具有能够借助调温液体进行流体调温的调温装置16（特别是冷却器），该装置具有至少一个与位于外部的调温液体输送导管22和/或排出导管24相连的过渡区18和/或20。

在示出的优选实施例中，调温装置16是由至少一条调温导管26或28，尤其是由两条调温导管26和28构成的，其中一条调温导管26形成调温装置的前流管，而另一调温导管28则形成调温装置的回流管。每一调温导管26、28皆以与流体导管2相邻的方式延伸在一定的长度段上。在示出的实施方式仅涉及单条的、紧密相邻的方式延伸的导管，但是可以考虑采用两条乃至三条彼此固定地、例如以材料适配的方式或采用一体式的多重管的方式连接在一起的导管。在相应的特定长度上，优选用导管包套30将所述调温导管26、28连同流体导管2一起包裹起来。这样，在这一区域中将形成由两条乃至三条单个导管或绑在一起的导管束形成的管捆。

在本发明的另一优选设计方案中，每一调温导管26，28在流体导管2含有第一导管连接器4的第一插接区中分别具有一导管连接器32或34。在这里，若把调温导管26，28的导管连接器32，34与流体导管2的第一导管连接器4一起构造成多重连接器36，特别是构造成用于与给料单元D插接连接的多重连接器，则将进一步获益。多重连接器36优选构造成平板形的“多重联接板”，其中，如图2所示，每一连接器4、32、34各被构造成一流体插塞连接件（Fluid-Steckverbindung）的部件，优选如图中所示的那样构造成用于接纳给料单元D的凸式插头（Steckeransatz）38的接纳套头。为使每一插塞连接件沿圆周密封，设计了像图2一样示例性地布置在接纳套头内部的密封环40，该密封环当然也可以选择安置在相应的插头突出部38的周围。

在带有两条调温导管26和28的优选实施例中，如图1和2所示，这些调温导管通过它们的导管连接器32、34以及一在给料单元D上延伸的连接通道42彼此连接或可以相互连接在一起。因此在这一实施例中，调温液体也被引流过给料单元D，从而使给料单元D的温度也得到调节，尤其是得到冷却。

流体导管2通过其导管连接器4与给料单元D的给料通道44连接或者可以相互连接到一起。因此，通过流体导管2导入的还原添加剂可经由给料通道44注入到排气管路10中（比照图10）。

在图10中作为示例示出的实施例中仅设置有一条调温导管（如示例性示出的调温导管28），依据目的，多重连接器36具有一插接连接件46，用以直接插接调温液体的输送或排出导管（在示例中为输送导管48）。这样，平板状的多重连接器36在它与给料单元D相连的连接区域中仅具有用于流体导管2的导管连接器4以及用于调温导管（如28）的导管连接器。在这里，调温导管28的导管连接器通过给料单元D的连接通道42a与插接连接器46连接或者可以相互连接到一起。

从图2中还可看出，优选设置的多重连接器36与给料单元D彼此卡合或可以彼此卡合。为此，构造成塑料成型件的多重连接器36可具有带弹簧弹性的卡合臂50，当插塞连接件***接到一起时，该卡合臂的端部卡凸将啮合到给料单元D的卡槽52中。

就像在图1中进一步示出的那样，可以选择使多重连接器36具有额外的用来加热流体的电加热装置54。这样，在某些运行状态下，特别是在环境温度较低的情况下经过长时间的停机后，可根据需要对流体进行加热。

同样的设计也适用于流体导管2的具有流体调温装置16的长度区域

在这里，流体导管2也可以附加装配可按需调节的电加热装置56。

调温导管26,28在其与第一插接区和优选的多重连接器36保持间隔的过渡区18、20中同样具有导管连接器58,60，用来以可松开的方式插接外部的输送导管22或排出导管24。导管连接器58,60优选与一将流体导管2划分为两部分的流体连接器62一起构造成多重连接器64。这一多重连接器64可以与上述多重连接器36一样的方式来构造，也就是说同样构造成平板状的“多重联接板”。另外，可以选择使这一多重连接器64具有额外的电加热装置66。

从图1中可进一步看出，在这种被分开的实施方式中，流体导管2具有一插塞连接器件68，用以与流体连接器62相插接。相应地，调温液体的外部输送导管22和排出导管24也各具有一插塞连接器件70和72，以用来与对应的导管连接器58和60插接连接。

图3和7中展示了一种上述优选实施方式的替代方案，其中，每一调温导管26，28在其与第一插接区保持间隔的过渡区18和20中分别过渡到输送导管22/排出导管24上并保持贯通。为此，贯通的导管可被引导通过在图3中作为示例示出的导管包套30的分支段74并彼此分隔开。在这种情况下，流体导管2也可以不断开的方式通过。每一分岔开的导管均优选被导管包套76包围，就像图3中作为范例示出的排出导管24一样。导管22和24在各自端部分别具有一导管连接器78，其与图3中同样示出的仅用于排出导管24的连接器一样。流体导管2在其位于调温装置16与端部的导管连接器6之间的长度段中还具有一导管包套80（比照图1）。

如图2和3所示，导管包套30优选由一波纹管制成，且其一端与优选的多重连接器36相连，而另一端则与多重连接器64或分支段74（见图3）以形锁合的方式相连接（如互相卡合）。相应的方式也适用于依据图3的导管包套76的与分支段74的分支74a相连的区域。

在图4中还示例性地示出了介质导管1的导管段，其由流体导管2的一部分以及调温导管26、28的至少部分段组成。每一导管的两端均单独配置导管连接器。需要注意的是，在图1所示的实施方式中，流体导管2的导管连接器以附图标记4a和6a表示，而调温导管的导管连接器则以32a、34a和58a、60a标识。在这里，这些导管也由导管包套30包覆。如图5所示，导管包套可具有椭圆形的横截面。作为单个导管连接器的替代方案，可以至少在一端设置联合的多重连接器。

在图8和图9中示出的实施例中，流体导管2的第一导管连接器4具有一插接壳体82，在该插接壳体中，两条调温导管26、28是通过一额外的换向连接件84或者以贯通的方式通过一换向环86彼此连接在一起的。在这种情况下，通过调温液体进行的温度调节，特别是冷却是在插接壳体82之内实现的。在这里，导管连接器4被构造成从插接壳体82伸出的插栓。流体管2与导管连接器4用合适的方式连接在一起，例如，在图8中，两者通过可松开的导管插接件88相连，而在图9中，两者则不可松开，因为它们是通过导管容纳件90以材料适配的方式连接，尤其是焊接在一起的。在图8所示的实施例中，调温导管26、28也可以像图9那样以不可松开的方式来插接，或者像图8所示的那样通过可松开的导管插接件92、94来连接。在图8中还可以看到，换向连接件84可具有一额外的插接头96，在工作时该插接头用密封栓98封闭。调温***可以通过该插接头96实现比如充满和/或排风。

应补充说明的是，在导管包套30的内部，可通过合适的（图中未示出的）间距保持件来约束并固定各导管2、26、28。另外，可根据需要在单个导管之间布置隔热设施或者采用想要的、意图于热传导的装置。特别是两条调温导管26、28之间发生直接的热交换可以通过合适的装置来避免。而流体导管2与至少一条调温导管26和/或28之间则允许进行热交换。

下面将涉及的根据本发明的介质导管1的优选应用方案，对此需再次参照图10。根据本发明的介质导管1将槽罐T或给料泵浦P与给料单元D连接到一起，以便在SCR催化器中将液态的还原添加剂（特别是稀薄的尿素溶液）注入到排气管路10中。在这一优选应用方案中，调温液体采用的是内燃机M的冷却液。由于在排气管路10区域内会产生高温，因此采用内燃机冷却液将尤其起到冷却的作用。为进行冷却，尤其符合目的的是：使用来自冷却器回流管中的已经由发动机冷却器K冷却的冷却液，通过外部输送导管48或22将此冷却液输入根据本发明的调温装置16中。然后，冷却液将优选通流过给料单元D，并通过调温导管28以及排出导管24回流入发动机冷却回路中。因此，调温装置16须连接在发动机M的冷却剂回流管中。调温导管28可以如图10所示那样贯通地转入分岔开的排出导管24中，当然，分离点也可优选视作插塞连接件。

就像在图11中作为示例示出的那样，调温导管28在流体导管2的划分位置范围内可以往回拖曳，并且作为第二调温导管28a，它可以顺着流体导管2延伸过任意长度后再岔入排出导管24中。为实现调温导管28、28a的这种往回拖曳，可以使用一带有与图8或9中所示实施例一样的插接壳体82a的导管连接器。

处于槽罐T中的液体可被额外加热，确切地说，同样通过发动机冷却剂来加热，在这种情况下，可优选将来自冷却器前流管中的已经由发动机M加热的冷却剂引流过槽罐T。

在图6和7中还可以看出，流体导管2的整个长度被分成了两段。包含根据本发明的调温装置16的第一段以L1表示，剩下的第二段则以L2标识。子长度L1有利地显著小于子长度L2，设总长度L=L1+L2，则L1优选占L的5%至40%。在整个L2的长度上，流体导管2均配置有电加热装置8。在实际应用中，长度L1通常在0.2至1.0m的范围内，尤其约为0.5m。而长度L2则在0.5至10m的范围内，尤其在3至4m间。

如图7所示，输送导管22和排出导管24也可以根据需要或者根据相应车辆之内的不同结构比例，在流体导管2的长度上间隔开的不同位置上分岔而出。

从图12至14中还可以看出，输送导管22和排出导管24也可连接到给料单元D上，此时，它们通过作为通道延伸过给料单元D的过渡区18、20转入调温导管26、28。因此在这一实施例中，也连带着调节了给料单元D的温度。根据图13和14，导管在上文提及的流体导管2的划分位置的范围内延伸过导管壳壳体，在这种情况下，调温导管26、28通过换向环86a贯通地连接在一起。作为可选方案，也可以设置如8所示的换向连接件84。为能看到内部，这里仅画出了导管壳体82b的下部，而省略了其盖状的上部。在导管壳体82b之内，根据本发明的调温装置16和电加热装置8可以像图中示出的那样在长度L3上重叠（见图12）。电加热装置8固定在流体导管2上，也可优选固定在导管壳体82b的范围内，例如借助于胶粘带卷绕的方式和/或通过合适的固定件固定在导管壳体82之中。在这一实施例中，流体导管2在导管壳体82b的范围内可以通过连接器，例如插塞连接器（未示出）分开，或者以不中断的方式延伸穿过导管壳体82b。导管包套30、80的端部可被保持在导管壳体82b中。如图14所示，在导管壳体82b的内部安置有至少一个用于电加热装置8的热导体8a的接头（Verbindungsstelle）100，所述接头100可被构造成加紧连接器，并优选带有合适的，例如用热收缩胶粘软胶管制成的绝缘包封。另外，在导管壳体82b之内优选设置有用来固定各导管2、26、28以及换向环86a的装置。除此之外的设计请参照已经阐述的实施例以及对应的附图标记。特别是关于长度L1、L2的划分方式，也请参照前述实施例。

由于可以有选择地对加热及调温装置进行控制，因而根据本发明的介质导管1能够有选择地实现冷却和/或加热功能。在不同的部分分别采取的电加热方式和流体加热或冷却方式可以组合应用。根据不同的工作状态，根据本发明的调温装置16也可以承担起加热的功能。调温装置16也可以例如被调节成恒温器。通过输送导管22（见图1,3,6,7和12）或48（见图10,11）既可以导入全部的发动机冷却剂质量流量，也可以只导入少量的冷却剂质量流量。另外，在输送导管22或48中可根据需要设置一额外的泵浦（未示出）。

本发明并不限制于前面已经说明和描写过的实施例，其也包括所有在发明意义上起同样功能的结构。需要强调的是，本发明的实施例并不限于将全部特征组合在一起，确切地说，每一单个子特征在与其他所有子特征分开时仍然具有发明上的意义。另外，本发明迄今为止也不限于在独立权利要求中限定的特征组合，其也可以被定义为已被全部公开的单个特征的一定特征的任意一种其他的组合方式。这意味着，原则上并在实践中，独立权利要求中所述的每一个单个特征都可以删去或者至少一个由在本申请文件的其他地方所公开的单个特征来取代。就此而言，各权利要求仅应被理解为对于一个发明的一种最初表述尝试。

Claims (20)

1.一种用于引导流动介质的可批量生产的介质导管（1），其具有端部带有导管连接器（4,6）的流体导管（2），尤其用来在内燃机（M）的SCR催化器***中将还原添加剂的槽罐（T）与给料单元（D）连接到一起，其中，所述流体导管（2）至少部分地具有用来对流体进行加热的电加热装置（8），

其特征在于，所述流体导管（2）至少部分地具有借助调温液体进行流体调温的调温装置（16），调温装置具有至少一个用以过渡到位于外部的调温液体输送导管（22）和/或排出导管（24）的过渡区（18,20）。

2.根据权利要求1所述的介质导管，其特征在于，所述调温装置（16）由至少一条调温导管（26或28）构成，优选由两条调温导管（26和28）构成，其中一条形成前流管，而另一条则形成回流管，其中，所述调温导管（26,28）以与所述流体导管（2）相邻的方式延伸一定的长度段。

3.根据权利要求2所述的介质导管，其特征在于，所述调温导管（26,28）与所述流体导管（2）一起被一导管包套（30）包裹。

4.根据权利要求2或3所述的介质导管，其特征在于，所述流体导管（2）的导管连接器（4）具有一插接壳体（82），在该插接壳体中，两条调温导管（26,28）彼此连接成一体贯通的形式，或者通过一额外的连接件（84）彼此相连。

5.根据权利要求2或3所述的介质导管，其特征在于，所述调温导管（26,28）在其第一插接区中具有一导管连接器（32,34）。

6.根据权利要求5所述的介质导管，其特征在于，所述调温导管（26,28）的导管连接器（32,34）与流体导管（2）的导管连接器（4）一起构造成多重连接器（36），该多重连接器尤其能够与给料单元（D）形成插塞连接。

7.根据权利要求6所述的介质导管，其特征在于，在带有两条调温导管（26,28）的实施方式中，所述调温导管通过它们的导管连接器（32，34）以及给料单元（D）的连接通道（42）彼此连接或可以相互连接在一起。

8.根据权利要求6所述的介质导管，其特征在于，在带有一条调温导管（28）的实施方式中，多重连接器（36）具有用来插接调温液体的输入或排出导管（48）的插接连接件（46），其中，所述调温导管（28）的导管连接器（34）通过给料单元（D）的连接通道（42a）与该插接连接器（46）彼此连接或可以彼此连接在一起。

9.根据权利要求6至8之一所述的介质导管，其特征在于，所述多重连接器（36）与给料单元（D）彼此卡合或者可以彼此卡合在一起，并优选具有能够对液体进行加热的电加热装置（54）。

10.根据权利要求2至9之一所述的介质导管，其特征在于，所述调温导管（26，28）在其与第一插接区保持间隔的过渡区（18，20）中分别具有一个能够以可松开的方式插接到外部的输入或排出导管(22,24)上的导管连接件（58，60）。

11.根据权利要求10所述的介质导管，其特征在于，所述导管连接器（58，60）优选与一将流体导管（2）划分成两部分的流体连接器（62）一起构成多重连接器（64），其中，所述多重连接器（64）优选具有能够对液体进行加热的电加热装置（66）。

12.根据权利要求3至9之一所述的介质导管，其特征在于，所述调温导管（26,28）在其与第一插接区保持间隔的过渡区（18，20）中以贯通的方式引导通过导管包套（30）的分支段（74）。

13.根据权利要求3至12之一所述的介质导管，其特征在于，所述导管包套（30）优选由一波纹管制成，并与多重连接器（36，64）和/或分支段（74）以形锁合的方式互相连接，尤其是卡合在一起。

14.根据权利要求1至13之一所述的介质导管，其特征在于，流体导管（2）在其包含调温装置（16）的区域中也具有电加热装置（56）。

15.一种在内燃机（M）的SCR催化器***中，应用如前述权利要求之一所述的可量产的介质导管（1）将还原添加剂的槽罐（T）与给料单元（D）连接起来的方法，其特征在于，使用内燃机（M）的冷却液作为调温液体。

16.一种如权利要求1至14之一所述的可量产的介质导管（1）的导管件，其包括流体导管（2）的长度段以及借助调温液体进行流体调温的调温装置（16），其中，所述调温装置（16）优选由至少一条与所述流体导管（2）相邻延伸的调温导管（26和/或28）构成。

17.根据权利要求16所述的导管件，其特征在于，作为调温装置（16）设置有由两条调温导管（26和28），其中一条调温导管形成调温液体的前流管，而另一调温导管则形成调温液体的回流管。

18.根据权利要求16或17所述的导管件，其特征在于，所述流体导管（2）与所述调温导管（26,28）至少在一端，优选在两端配置有导管连接器，所述导管连接器或构造成分开的单个连接器，或构造成联合的多重连接器。

19.根据权利要求16至18之一所述的导管件，其特征在于，具有权利要求3至14中至少一个权利要求所述的特征。

20.一种用来连接如权利要求1至14之一所述的可量产的介质导管（1）的导管连接器（4），其具有一插接壳体（82），在该插接壳体中可以插接一流体导管（2），并且在该插接壳体中，两条调温导管（26，28/28,28a）是通过一额外的连接件(84)可以彼此相连的。

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