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Die
Erfindung betrifft ein Dosierventil für ein flüssiges Medium, insbesondere
ein Abgastraktdosierventil zum Einspritzen des Mediums in einen
Abgastrakt einer Brennkraftmaschine.
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Stand der Technik
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Zur
Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine ist es bekannt,
in den Abgastrakt ein Medium, wie zum Beispiel Kraftstoff und/oder
in Reduktionsmittel wie beispielsweise eine Harnstoff-Wasserlösung, beispielsweise
AdBlue, aus einem Vorratstank durch ein Fördermodul zu einem Dosierventil
zu fördern,
welches eine angeforderte Menge des Mediums in den Abgastrakt abgibt.
Das Dosierventil ist dabei derartig in den Abgastrakt integriert,
dass seine Spritzöffnung
in den Abgastrakt, beispielsweise in ein Abgasrohr gerichtet ist.
Die Spritzöffnung
kann dabei durch Betätigen
einer Ventilnadel freigegeben werden, sodass eine angeforderte Menge
des Mediums in das Abgasrohr gespritzt wird. In dem Abgasrohr zerfällt die
Harnstoff-Wasserlösung
und setzt Ammoniak als ein Reduktionsgas frei. Dies wirkt in einem
im Abgastrakt integrierten SCR-Katalysator (SCR = Selektive Catalytic
Reduction/Selektive katalytische Reduktion) reduzierend auf NOx, sodass sich zukünftige Abgasgrenzwerte für NOx einhalten lassen. Zur Regeneration eines
Abgasfilters wird anstelle des Reduktionsmittels als Medium Kraftstoff
verwendet.
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Im
Betrieb der Brennkraftmaschine treten an dem die Spritzöffnung aufweisenden
Dosierventilkopf des Dosierventils aufgrund der heißen Abgase sehr
hohe Temperaturen auf. Dadurch wird ebenfalls das in dem Dosierventil
befindliche flüssige
Medium aufgeheizt. Wird durch das Dosierventil Medium in das Abgas
eingespitzt, so kühlt
die dabei entstandene Medium-Strömung
das Dosierventil, insbesondere im Bereich des Dosierventilkopfes.
Wenn sich die Brennkraftmaschine im Schub- beziehungsweise Schleppbetrieb
befindet, sind sehr hohe Abgastemperaturen zu beobachten. Da in
diesem Fall vernachlässigbar
wenig Abgase vorhanden sind, pausiert die Medium-Einspritzung und das Dosierventil wird
nicht gekühlt.
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Um
das Dosierventil insbesondere im Bereich des Dosierventilkopfes
zu kühlen
sind üblicherweise
Zusatzeinspritzungen vorgesehen, die jedoch zu einem erhöhten Verbrauch
des Mediums führen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist ein
Dosierventil für
ein flüssiges
Medium, insbesondere ein Abgastraktdosierventil zum Einspritzen
des Mediums in einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, vorgesehen,
das einen Ventilkörper
mit einem Dosierventilkopf, einem Dosierventilfuß und mit einer Druckkammer
aufweist, die im Bereich des Dosierventilfußes mindestens eine erste Durchströmungsöffnung und
im Bereich des Dosierventilkopfes mindestens eine Spritzöffnung für das Medium
aufweist, wobei innerhalb des Ventilkörpers eine Ventilnadel zum
Freigeben der Spritzöffnung
durch mindestens ein in der Druckkammer angeordnetes Betätigungsmittel
verlagerbar ist und mindestens ein Kühlkanal zumindest den Dosierventilkopf
durchsetzt. Es ist also ein Dosierventil für ein flüssiges Medium vorgesehen, das
einen Ventilkörper
mit einer Druckkammer aufweist, die dosierventilkopfseitig die Spritzöffnung und
dosierventilfußseitig
die erste Durchströmungsöffnung aufweist,
wobei innerhalb der Druckkammer ein Betätigungsmittel zum Verlagern
der Ventilnadel angeordnet ist. Durch die Anordnung der Durchströmungsöffnung und
der Spritzöffnung
an zwei unterschiedlichen Enden (Kopf- und Fußende) der Druckkammer wird
das darin befindliche Betätigungsmittel
sowie die Ventilnadel bei einem Einspritzvorgang durch das durch
die Durchströmungsöffnung nachströmende Medium
gekühlt.
Dies hat den Vorteil, dass im Bereich der beweglichen Elemente des
Dosierventils, wie dem Betätigungsmittel
und der Ventilnadel, eventuell entstandene Ablagerungen aufgrund
eines überhitzten Mediums
fortgespühlt
werden. Das Betätigungselement
ist dabei vorteilhafterweise als eine Magnetspule ausgebildet, die
mit einem an der Ventilnadel angeordneten Anker zusammenwirkt. Darüber hinaus
ist erfindungsgemäß mindestens
ein Kühlkanal vorgesehen,
der zumindest den Dosierventilkopf durchsetzt. Durch ein durch den
Kühlkanal
strömendes Medium
wird das Dosierventil, insbesondere im Bereich des Dosierventilkopfes,
ständig
gekühlt,
sodass eine Überhitzung
des einzuspritzenden Mediums und der Dosierventilkomponenten verhindert
wird. Darüber
hinaus erlaubt die Kühlung
im Bereich des Dosierventilkopfes die Verwendung von Materialien,
die eine nicht so hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen, sodass
Materialien gewählt
werden können,
die vor Allem in Bezug auf Kosten Vorteile aufweisen. Auch ermöglicht die
erfindungsgemäße Gestaltung des
Dosierventils eine Anordnung des Dosierventils an heißen Stellen,
wie zum Beispiel nahe an einem Turbolader. Vorteilhafterweise kann
das Dosierventil eine integrierte Komponente einer Brennkraftmaschine
darstellen. Dies führt
zu Vorteilen bei der Fertigung, Montage, Logistik und der Qualitätsüberwachung,
da das Dosierventil nicht separat bereitgestellt und verbaut werden
muss. Durch die vorteilhafte Ausbildung des Dosierventils wird Letzteres
so nicht nur während
eines Einspritzvorgangs, sondern auch im verschlossenen Zustand
der Spritzöffnung gekühlt.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist der Kühlkanal als ein separater Durchströmungskanal
ausgebildet. Das bedeutet, dass der separate Durchströmungskanal
in keiner direkten strömungstechnischen
Verbindung mit dem einzuspritzenden Medium, beispielsweise über die
Druckkammer, in Verbindung steht. Der separate Durchströmungskanal
bildet vorteilhafterweise einen Abschnitt eines Kühlkreislaufs
durch den Kühlmedium
gefördert
wird.
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Vorteilhafterweise
ist der separate Durchströmungskanal
in einen Kühlmittelkreislauf
der Brennkraftmaschine integrierbar oder von dem flüssigen,
einzuspritzenden Medium durchströmt.
Der Durchströmungskanal
wird also von dem Kühlmittel, welches
gleichzeitig zum Kühlen
der Brennkraftmaschine verwendet wird, durchströmt oder von dem einzuspritzenden
Medium selbst, wobei in letzterem Fall, der Durchströmungskanal
in einen Umwälzkreislauf
für das
Medium integrierbar ist. Das bedeutet, dass das Medium zum Einen
durch die Durchströmungsöffnung im
Bereich des Dosierventilfußes in
die Druckkammer einströmt
und zum Anderen entlang des separaten Durchströmungskanals den Dosierventilkopf
durchströmt.
Als Kühlmedium
können also
das Kühlmittel
oder das Medium verwendet werden. Durch die Kühlung des Ventilkopfes kann
das Dosierventil nahe an der Brennkraftmaschine, wie bereits gesagt,
verbaut werden, wodurch die Strecke, in der das Medium mit dem Abgas
in dem Abgastrakt vermischt wird, also zwischen Dosierventil und
zum Beispiel SCR-Katalysator, vergrößert wird, wodurch der NOx-Konvertierungs-Wirkungsgrad ansteigt. Darüber hinaus
verdampfen die eingespritzten Tröpfchen
des Mediums besser, wodurch die NOx-Konvertierungs-Rate
vergrößert wird.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung weist die Druckkammer im Bereich
des Dosierventilkopfes mindestens eine zweite Durchströmungsöffnung auf.
Die Druckkammer weist somit also drei Öffnungen auf: Die erste Durchströmungsöffnung,
die zweite Durchströmungsöffnung und
die Spritzöffnung.
Zweckmäßigerweise
ist eine der Durchströmungsöffnungen
als Einströmöffnung und
die andere als Ausströmöffnung ausgebildet,
sodass Medium durch die eine Durchströmungsöffnung in die Druckkammer einströmen kann
und durch die andere heraus. Zweckmäßigerweise ist die Einströmöffnung einer
Zulaufleitung und die Ausströmöffnung einer Rücklaufleitung
zuordenbar. Vorteilhafterweise bilden dabei die erste Durchströmungsöffnung,
die Druckkammer und die zweite Durchströmungsöffnung den Kühlkanal.
Hierbei ist der Kühlkanal
also nicht als ein separater Durchströmungskanal, sondern als ein
integrierter Durchströmungskanal
ausgebildet, der zumindest bereichsweise von der Druckkammer gebildet
wird.
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Vorteilhafterweise
bildet die erste Durchströmungsöffnung eine
Einströmöffnung oder
eine Ausströmöffnung und
die zweite Durchströmungsöffnung eine
Ausströmöffnung oder
eine Einströmöffnung für das Medium.
Dadurch kann das Medium auch im geschlossenen Zustand der Ventilnadel
des Dosierventils durch die Druckkammer und entlang der Betätigungseinrichtung
und der Ventilnadel strömen.
Durch die vorteilhafte Anordnung der zweiten Durchströmungsöffnung im
Bereich des Dosierventilkopfes ist ebenfalls eine Durchströmung im
Bereich des Ventilkopfes gewährleistet,
sodass das Dosierventil ebenfalls im Bereich des Dosierventilkopfes
gekühlt
wird. Natürlich
ist auch eine Kombination aus dem integrierten Durchströmungskanal
und dem separaten Durchströmungskanal
denkbar. Durch die Kühlung des
Dosierventils beziehungsweise des Mediums kann das Dosierventil
bei einem niedrigeren Betriebsdruck arbeiten, als ein nicht gekühltes Dosierventil,
wodurch die Tröpfchendurchmesser
des eingespritzten Mediums jedoch vergrößert werden. Aufgrund der hohen
Temperaturdifferenz, beziehungsweise da aufgrund des gekühlten Dosierventils
eine erhöhte
Abgastemperatur möglich
ist, wird die Verdampfung der Tröpfchen
gefördert,
sodass vergleichbare NOx-Konvertierungsraten
wie bei kaltem Abgas mit kleinen Tröpfchengrößen möglich sind. Da nunmehr größere Tröpfchendurchmesser
erlaubt sind, ist das Dosierventil einfacher und vor allem kostengünstiger
herstellbar. Darüber
hinaus sind auch die übrigen
Systemkomponenten des Dosierventils, wie beispielsweise das Betätigungsmittel
und Dichtungen des Dosierventils für ein niedrigeres Druckniveau kostengünstiger
herstellbar.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung weist das Dosierventil, bevorzugt
der Ventilkörper, mindestens
einen ersten Förderkanal
auf. Besonders bevorzugt ist der Förderkanal einstückig durch
den Ventilkörper,
beispielsweise in Form einer Bohrung oder einer sonstigen Aussparung,
ausgebildet. Zweckmäßigerweise
korrespondiert die zweite Durchströmungsöffnung mit dem ersten Förderkanal, sodass
durch die zweite Durchströmungsöffnung strömendes Medium
durch den ersten Förderkanal strömt. Führt der
Förderkanal
dabei in Richtung der Längserstreckung
des Dosierventils, so wird das Dosierventil zwei Mal von dem Medium
durchströmt, wodurch
die Kühlwirkung
verbessert wird. Besonders bevorzugt ist der erste Förderkanal
als Rücklaufkanal oder
als Zulaufkanal für
das Medium ausgebildet. Entsprechend bilden, wie bereits gesagt,
die erste Durchströmungsöffnung eine
Einström-
oder Ausströmöffnung und
die zweite Durchströmungsöffnung eine
Ausström-
oder Einströmöffnung für das Medium.
Hierbei strömt
also das Medium beispielsweise durch die erste Durchströmungsöffnung im
Bereich des Dosierventilfußes
in die Druckkammer ein, durch die zweite Durchströmungsöffnung im
Bereich des Dosierventilkopfes aus der Druckkammer heraus und in
den Rücklaufkanal.
Dadurch ist eine dauerhafte Durchströmung des Dosierventils insbesondere
im Bereich des Dosierventilkopfes auch bei geschlossenem Dosierventil,
also wenn die Ventilnadel auf ihrem Ventilsitz im Dosierventilkopf
beispielsweise auf einer Ventilscheibe aufsitzt, gewährleistet.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung weist die Druckkammer im Bereich
des Dosierventilkopfes eine dritte Durchströmungsöffnung auf, die als Einströmöffnung oder
Ausströmöffnung ausgebildet ist.
Es ist also eine dritte Durchströmungsöffnung im Bereich
des Dosierventilkopfes vorgesehen, durch die Medium in die Druckkammer
ein- oder aus ihr herausströmen
kann. Hierbei ist es möglich,
dass beispielsweise durch die erste Durchströmungsöffnung Medium in die Druckkammer
einströmt
und durch die zweite und die dritte Durchströmungsöffnung wieder ausströmt. Ebenso
ist es denkbar, dass Medium durch die zweite und die dritte Durchströmungsöffnung in
die Druckkammer einströmt
und durch die erste (dosierventilfußseitige) Durchströmungsöffnung wieder
herausströmt.
Der Kühlungseffekt
für das
Dosierventil ist dabei im Wesentlichen der gleiche.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung korrespondiert
die dritte Durchströmungsöffnung mit
dem ersten Förderkanal
oder mit einem zweiten Förderkanal.
Korrespondiert die dritte Durchströmungsöffnung beispielsweise mit dem zweiten
Förderkanal,
so ist die erste Durchströmungsöffnung bevorzugt
als Einströmöffnung und die
zweite Durchströmungsöffnung ebenfalls
als Einströmöffnung ausgebildet,
sodass der erste Förderkanal
als Zulaufkanal und der zweite Förderkanal
als Rücklaufkanal
ausgebildet ist. Der vorteilhafte Kühlkanal wird hierbei durch
die drei Durchströmungsöffnungen
sowie durch die Druckkammer gebildet. Da das Medium im Betrieb ständig durch
das Dosierventil beziehungsweise den Dosierventilkörper strömt, führt ein
im Moment der Einspritzung auftretender Druckeinbruch (durch Verlagern
der Ventilnadel) im schlimmsten Fall nicht zur Kavitation in dem
Dosierventil.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist der erste Förderkanal
als Durchströmungskanal
ausgebildet. Das bedeutet, dass der erste Kanal wie der separate
Durchströmungskanal
von dem Medium durchströmt
wird, wobei jedoch durch die zweite und/oder dritte Durchströmungsöffnung eine
strömungstechnische
Verbindung zu dem Medium in der Druckkammer besteht, sodass Medium
aus der Druckkammer in den Durchströmungskanal strömen und
wegtransportiert werden kann.
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Vorteilhafterweise
ist die zweite und/oder dritte Durchströmungsöffnung seitlich oder längs zu der
Ventilnadel ausgerichtet. Durch die seitliche Anordnung/Ausrichtung
wird die Bruch-/Rissgefahr bei Eisdruckbelastung nach Gefrieren
eines gefüllten Dosierventils
wirksam verhindert.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Dosiersystem für eine Abgasnachbehandlung
einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Es
ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Dosiersystem ein Dosierventil,
wie es vorstehend beschrieben wurde, aufweist.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung weist das Dosiersystem einen Umwälzkanal
auf, der mit der ersten Durchströmungsöffnung und/oder
der zweiten und/oder der dritten Durchströmungsöffnung korrespondiert, wobei
dem Umwälzkanal
vorteilhafterweise eine Förderpumpe
zugeordnet ist, die das Medium durch den Umwälzkanal fördert. Dadurch kann lokal das
flüssige
Medium durch das Dosierventil gepumpt werden. Zusätzlich ist
dem Umwälzkanal vorteilhafterweise
eine Kühleinrichtung
zugeordnet, die das durchströmende/umgewälzte Medium
kühlt. Alternativ
zu der Förderpumpe
kann das Medium auch allein aufgrund von Dichteunterschieden durch den
Umwälzkanal
gefördert
werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden.
Dazu zeigen
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines vorteilhaften Dosierventils mit einem separaten Durchströmungskanal,
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2a und 2b ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines vorteilhaften Dosierventils mit drei Durchströmungsöffnungen,
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3a und 3b ein
zweites Ausführungsbeispiel
für ein
vorteilhaftes Dosierventil mit einem integrierten Durchströmungskanal,
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4 ein
drittes Ausführungsbeispiel
eines vorteilhaften Dosierventils mit einem integrierten Durchströmungskanal,
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5 ein
viertes Ausführungsbeispiel
eines vorteilhaften Dosierventils mit einem integrierten Durchströmungskanal,
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6a und 6b ein
fünftes
Ausführungsbeispiel
eines vorteilhaften Dosierventils mit einem integrierten Durchströmungskanal,
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7a und 7b ein
sechstes Ausführungsbeispiel
eines vorteilhaften Dosierventils mit einem integrierten Durchströmungskanal
und
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8 ein
Ausführungsbeispiel
eines vorteilhaften Dosiersystems.
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Ausführungsform(en)
der Erfindung
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Die 1 zeigt
in einem ersten Ausführungsbeispiel
ein Dosierventil 1 eines hier nicht näher dargestellten Dosiersystems
für die
Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine. Das Dosierventil 1 ist
vorteilhafterweise als Abgastraktdosierventil 2 ausgebildet.
Das Dosierventil 1 ist im Querschnitt ausschnittsweise
dargestellt. Das Dosierventil 1 weist einen Ventilkörper 3 mit
einem Dosierventilkopf 4 auf. Das dargestellte Dosierventil 1 ist
im Wesentlichen kreiszylinderförmig
ausgebildet. Im Inneren ist ein Hohlraum 5 angeordnet,
der eine Druckkammer 6 bildet. Die Druckkammer 6 weist
im Bereich des Dosierventilkopfes 4 eine Spritzöffnung 7 auf,
die in einer die Druckkammer 6 abschließende Ventilscheibe 8 ausgebildet
ist. Innerhalb des Ventilkörpers 3 beziehungsweise
der Druckkammer 6 ist eine Ventilnadel 9 axial
verschiebbar gelagert, wobei sie durch ein Federelement gegen die
Ventilscheibe 8 gedrückt
wird, sodass die Spritzöffnung 7 verschlossen
ist. In der Druckkammer 6 ist darüber hinaus ein Betätigungselement 10 angeordnet,
welches in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
als eine Magnetspule 11 ausgebildet ist. Die Magnetspule 11 wirkt
dabei zusammen mit einem hier nicht dargestellten Ventilnadel-Anker zum
Verlagern der Ventilnadel 9 in Richtung des Pfeils 12 entgegen
der Federkraft des Federelements, sodass die Spritzöffnung 7,
wie dargestellt, freigegeben wird. Im geschlossenen Zustand liegt
die Ventilnadel 9 dichtend auf der Ventilscheibe 8 auf. Durch
eine hier nicht dargestellte Durchströmungsöffnung in dem dem Dosierventilkopf
gegenüberliegenden
Bereich des Dosierventilfußes
strömt
ein flüssiges
Medium, im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ein Reduktionsmittel, wie zum Beispiel eine Harnstoff-Wasserlösung (AdBlue),
in Richtung des Pfeils 13 in die Druckkammer 6 ein.
Wird die Ventilnadel 9 durch die Magnetspule 11 in
Richtung des Pfeils 12 verlagert, wodurch die Spritzöffnung 7 freigegeben
wird, kann das Medium durch die Spritzöffnung 7 in Richtung
des Pfeils 14 in den Abgastrakt der Brennkraftmaschine
gespritzt werden. Beim Durchströmen
der Druckkammer 6 kühlt
dabei das Medium sowohl das Betätigungselement 10,
sowie die Ventilnadel 9 und den Dosierventilkopf 4 und
spült eventuelle
Ablagerungen aus der Druckkammer heraus.
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Um
ein Kühlen
des Dosierventilkopfes 4 auch im nichtbetätigten Zustand
der Ventilnadel 9 zu gewährleisten, ist ein Kühlkanal 15 vorgesehen,
der als separater Durchströmungskanal 16 den
Dosierventilkopf 4 durchsetzt. Dazu weist der Ventilkörper 3 im
Bereich des Dosierventilkopfes 4 eine Einlassöffnung 17 und
auf der gegenüberliegenden
Seite eine Auslassöffnung 18 auf,
sodass ein Kühlmedium
entlang der Pfeile 19 durch den Durchströmungskanal 16 strömen kann.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird der Durchströmungskanal 16 dadurch
gebildet, dass der Ventilkörper 3 eine
Außenwand 20 aufweist,
die beabstandet zu einer die Druckkammer 6 umschließenden Innenwand 21 angeordnet
ist, sodass zwischen Innenwand 21 und Außenwand 20 ein Freiraum 22 besteht.
Damit das Kühlmedium
vorteilhaft den Dosierventilkopf 4 durchströmt ist ein
Dichtelement 23 vorgesehen, das in dem Hohlraum 22 zwischen
Innenwand 21 und Außenwand 20 des Ventilkörpers 3 liegt
und den separaten Durchströmungskanal 16 dadurch
nach oben schließt.
Im nichtbetätigten
Zustand des Dosierventils 1 wird also der Dosierventilkopf 4 weiterhin
durch das durch den Förderkanal 16 strömende Kühlmedium
gekühlt.
Dabei kann der separate Durchströmungskanal 16 in
einen Kühlmittelkreislauf der
Brennkraftmaschine integriert sein, sodass er von Brennkraftmaschinen-Kühlmittel (als Kühlmedium)
durchströmt
wird. Alternativ dazu kann durch den Förderkanal 16 das einzuspritzende Medium
mittels eines extra Förderkreislaufs
für das Medium
geführt
werden.
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Der
Dosierventilkopf 4 ist im Betrieb der temperaturmäßig am stärksten belastete
Bereich und damit der empfindlichste Bereich des Dosierventils 1. Dementsprechend
muss dort kontinuierlich Wärme abgeführt werden.
Durch die vorteilhafte Kühlung
des Dosierventils 1 beziehungsweise des Dosierventilkopfes 4 wird
eine ungewollte „Wärmebehandlung" des Ventilmaterials
bei Betrieb verhindert und somit Festigkeits- und Funktionsbeeinträchtigungen
vermieden.
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Die 2a und 2b zeigen
in einem Ausführungsbeispiel
ein vorteilhaftes als Abgastraktdosierventil 24 ausgebildetes
Dosierventil 25. Die 2a zeigt
das Dosierventil 25 in einem Querschnitt. Das Dosierventil 25 weist
einen im Wesentlichen (auf dem Kopf stehenden) T-förmigen Ventilkörper 26 auf,
in dem eine Ventilnadel 27 axial verschiebbar gelagert
ist. Im dargestellten Zustand verschließt die Ventilnadel 27 eine
im Dosierventilkopf 28 angeordnete Spritzöffnung 29.
Der Dosierventilkopf 28 wird dabei von dem Querbalken des
T-förmigen Ventilkörpers 26 gebildet.
Der Ventilkörper 26 weist
ferner eine Druckkammer 30 auf, in der die Ventilnadel 27 und
ein Betätigungsmittel 31,
durch das die Ventilnadel 27 verlagert werden kann, angeordnet
sind. Das Betätigungsmittel 31 ist
dabei als Magnetspule 32 ausgebildet, die mit einem hier
nicht dargestellten Magnetanker der Ventilnadel 27 zusammenwirkt.
Das Betätigungsmittel 31 verlagert
die Ventilnadel bei Betätigung
entgegen einer Federkraft eines Federelements 33. Die Ventilnadel 27 ist
im Querschnitt ebenfalls T-förmig
ausgebildet, wobei ihr Querbalken 34 mit dem Federelement 33 zusammenwirkt
und an seinem Außenumfang
in einem im Wesentlichen kreiszylinderförmigen Abschnitt 35 des Ventilkörpers 26 gelagert
ist. Der Abschnitt 35 bildet dabei – im Querschnitt gesehen – den Längsbalken, des
(auf dem Kopf stehenden) T-förmigen
Dosierventils 24. In dem Abschnitt 35 ist ebenfalls
das Betätigungsmittel 31 angeordnet.
An einem Dosierventilfuß 36,
der von dem Abschnitt 35 des Ventilkörpers 26 gebildet
wird, ist an dem Abschnitt 35 eine Durchströmungsöffnung 37 ausgebildet.
Ein den Querbalken 38 bildender Abschnitt 39 des
Ventilkörpers 26 weist an
seinen Enden 40 und 41 jeweils eine Durchströmungsöffnung 42 beziehungsweise 43 auf.
In dem Querbalken 34 der Ventilnadel 27 sind mehrere über den
Umfang verteilt angeordnete Durchbrüche 44, zum Beispiel
Durchbohrungen, längs
zu der Ventilnadel 27 ausgebildet. Die Durchströmungsöffnungen 37, 42 und 43 können jeweils
als Einlass- oder Auslassöffnung
ausgebildet sein. Dabei kann das einzuspritzende Medium jeweils
in Richtung einer der Pfeilgruppen 45, 46 oder 47 durch
das Dosierventil 1 strömen.
Strömt
das Medium in Richtung der Pfeile 45 so sind die Durchströmungsöffnungen 37 und 42 als
Einlassöffnung
und die Durchströmungsöffnung 43 als
Auslassöffnung
ausgebildet. Das durch die Durchströmungsöffnung 37 in die Druckkammer 30 einströmende Medium
strömt
an dem Betätigungselement 31 entlang,
durch die Durchbrüche 44 der Ventilnadel 27 und
anschließend
durch die Durchströmungsöffnung 43 aus
dem Dosierventil heraus. Gleichzeitig strömt durch die Durchströmungsöffnung 42 das
Medium in die Druckkammer 30 ein. In diesem Fall bildet
die Druckkammer 30 zusammen mit den Durchströmungsöffnungen 42 und 43 einen integrierten
Durchströmungskanal 48.
Wobei die Durchströmungsöffnung 43 beispielsweise
derart gestaltet ist, dass sie mit einer Rücklaufleitung des Dosierventilsystems
verbindbar ist, über
die das Medium zurück
befördert
wird. Die 2b zeigt das Dosierventil 24 in
einer Draufsicht, wobei der integrierte Durchströmungskanal 48 gestrichelt
angedeutet ist. Bei jeder der drei Durchströmungsvarianten 45, 46 oder 47 wird
eine stetige Kühlung
des Ventilkopfes 28 durch das einzuspritzende Medium gewährleistet. Dies
führt zu
den oben bereits genannten Vorteilen.
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Die 3a und 3b zeigen
ein Dosierventil 49, das im Wesentlichen dem Dosierventil 25 der 2a und 2b entspricht,
sodass für
die bereits bekannten Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet
werden und nur auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Im
Querschnitt weist das Dosierventil 49 ebenfalls eine (auf
dem Kopf stehende) T-Form auf, wobei hier der Abschnitt 35 den
Abschnitt 39 durchsetzt, sodass letzterer in zwei Förderkanäle 50 und 51 geteilt
wird, wobei die Durchströmungsöffnungen 42 und 43 in
dem Abschnitt 35 ausgebildet sind. Das Medium kann das
Dosierventil 1 ebenfalls in jeweils eine der durch die
den Verlauf des Kühlkanals 15 definierenden
Pfeilgruppen 45, 46 oder 47 angezeigten
Richtungen durchströmen.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
der 3a und 3b liegt
ein weiterer Vorteil darin, dass der Abschnitt 35 auf einfache
Art und Weise in den Abschnitt 39 eingebracht, beispielsweise
eingepresst, werden kann. So kann der Abschnitt 39 beispielsweise
ein Teil eines Dosierventil-Leitungssystems sein, welches das Medium
fördert.
Auch hier wird der Dosierventilkopf 28 bei einem geschlossenen
Dosierventil 49 durch das strömende Medium gekühlt, wobei
für den
Fall, dass das Medium in Richtung der Pfeile 45 strömt, der
Förderkanal 50 als
Zulaufkanal 52 und der Förderkanal 51 als Rücklaufkanal 53 ausgebildet
ist. Die 3b zeigt das Dosierventil 49 in einer
Draufsicht.
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Alternativ
zu den in den 2a bis 3b dargestellten
Dosierventilen 49 und 25 ist auch ein beispielsweise
L-förmiges
Dosierventil denkbar mit nur einer Durchströmungsöffnung 37 und einer
zweiten Durchströmungsöffnung 42,
wobei der Kühlkanal 15 durch
die Durchströmungsöffnung 37,
die Druckkammer 30 und die Durchströmungsöffnung 42 gebildet
wird.
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4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
vorteilhaften Dosierventils 54 in einer Querschnittsdarstellung.
In der 4 dargestellte, aus den vorherigen Figuren bekannte
Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Im Folgenden
soll nur auf die wesentlichen Unterschiede eingegangen werden. Das
Dosierventil 54 entspricht im Wesentlichen dem Dosierventil 25 der 2a und 2b.
Ein wesentlicher Unterschied besteht in der Form des Dosierventils 54.
Der Dosierventilkopf 28 des Ventilkörpers 26 weist eine
abgeschrägte,
eine etwa V-förmige
Spitze bildende Form auf, sodass im eingebauten Zustand das Dosierventil 54 zumindest bereichsweise
von heißen
Abgasen abschirmbar ist. Darüber
hinaus wird der Ventilkörper 26 aus
einem Innenkörper 55,
in dem das Betätigungselement 31 angeordnet
und die Ventilnadel 27 verschiebbar gelagert ist, und einem
Außenkörper 56 gebildet.
Zwischen Innenkörper 55 und
Außenkörper 56 sind über dem
im Wesentlichen kreiszylinderförmigen
Umfang des Dosierventils 54 beziehungsweise des Ventilkörpers 26 mindestens
zwei Förderkanäle 50 angeordnet,
mit denen jeweils eine Durchströmungsöffnung 42 oder 43 korrespondiert.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
strömt
das Medium entlang der Pfeile 47 durch das Dosierventil 54,
sodass die Durchströmungsöffnung 37 als
Einlassöffnung 58 und
die Durchströmungsöffnungen 42 und 43 jeweils als
Auslassöffnung 59 beziehungsweise 60 ausgebildet
sind. Der das Dosierventil 54 beziehungsweise den Dosierventilkopf 28 kühlende Kühlkanal 15 wird dabei durch
die Einlassöffnung 58,
die Druckkammer 30, sowie die Auslassöffnungen 59 und 60 und
die damit korrespondierenden, als Rücklaufkanäle 61 beziehungsweise 62 ausgebildeten
Förderkanäle 50 gebildet.
Vorteilhafterweise sind der Innenkörper 55 und der Außenkörper 56 einstückig miteinander
ausgebildet. Darüber
hinaus wird die Ventilnadel 27 durch einen zusätzlichen
in der Druckkammer 30 angeordneten Stützring 63 geführt. Natürlich sind
auch andere als die hier dargestellten, einen Kühlkanal definierende Durchströmungsrichtungen
(entsprechend der Pfeile 45 oder 46 der 2a und 3a)
möglich.
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5 zeigt
in einem weiteren Ausführungsbeispiel
ein Dosierventil 64, das im Wesentlichen dem Dosierventil 54 aus
der 4 entspricht, wobei der Dosierventilkopf 28 keine
Schräge
aufweist und in den Rücklaufkanälen 61 und 62 vorteilhafterweise Kühlrippen 65 vorgesehen
sind, die zur besseren Wärmeübertragung
dienen. Wie beim Dosierventil 54 in der 4 sind
auch die Durchströmungsöffnungen 42 und 43 des
Dosierventils 64 seitlich zu der Ventilnadel 27 angeordnet,
wodurch die Bruch-/Rissgefahr bei Eisdruckbelastung nach Gefrieren
des Mediums (durch die Längsschlitzung)
wirksam verhindert wird. Auch hier sind andere Durchströmungsrichtungen entsprechend
der 2 oder 3 (46/45)
als die dargestellte Durchströmungsrichtung 47 möglich.
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Die 6a und 6b zeigen
in einem weiteren Ausführungsbeispiel
ein Dosierventil 66, welches dem Dosierventil 1 aus
der 1 ähnlich
ist. Es unterscheidet sich dahingehend, dass in der Ventilscheibe 8 zwei
Durchströmungsöffnungen 67 und 68 ausgebildet
sind, die von der Druckkammer 6 in den Kühlkanal 15 führen. Die
Durchströmungsöffnungen 67 und 68 sind
dabei aus Auslassöffnungen
ausgebildet, sodass das in der Druckkammer 6 befindliche Medium
durch die Durchströmungsöffnungen 67 und 68 aus
der Druckkammer 8 heraus in den Kühlkanal 15 strömt, wobei
in Unterschied zu dem Dosierventil 1 aus der 1 die
Einlassöffnung 17 und
Auslassöffnung 18 nicht
vorgesehen sind, sodass das Medium beziehungsweise das Reduktionsmittel
entlang der Pfeile 69 durch den Hohlraum 22 zwischen
der Innenwand und der Außenwand
zurückströmt. Das Dichtelement 23 ist
hierbei ebenfalls nicht vorgesehen.
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Die 6b zeigt
einen Schnitt durch das Dosierventil 66 aus der 6a entlang
der Linie A-A, die durch die Ventilscheibe 8 führt. Dabei
weist die Ventilscheibe 8 jeweils zwei Durchströmungsöffnungen 67 und 68 auf.
Jeweils zwei Durchströmungsöffnungen 67 und 68 münden dabei
in einer Aussparung 70 beziehungsweise 71 der
Ventilscheibe 8. Hierbei kann das Medium beziehungsweise
das Reduktionsmittel also auch im geschlossenen Zustand der Spritzöffnung 29 durch
den Dosierventilkopf 4 in oder entgegen der Richtung der
Pfeile 69 strömen und
diesen kühlen.
Natürlich
ist auch eine Kombination der Dosierventile 1 und 66 denkbar,
bei der mindestens eine Durchströmungsöffnung 67 oder 68 in der
Ventilscheibe 8 ausgebildet ist, und in den Durchströmungskanal 16 mündet, sodass
letzterer nicht als separater Durchströmungskanal 16, sondern
wie in der 2a durch die Pfeile 45 gezeigt
als integrierter Durchströmungskanal
ausgebildet ist. Die Aussparungen 70 und 71 bilden
dabei einen die Spritzöffnung 29 aufweisenden
Steg 72.
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Die 7a und 7b zeigen
in einem weiteren Ausführungsbeispiel
ein geöffnetes
Dosierventil 73, welches im Wesentlichen dem Dosierventil 66 der 6a und 6b entspricht.
Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass das Medium (anders herum)
durch das Dosierventil entlang der Pfeile 74 strömt. Darüber hinaus
weist die Ventilscheibe 8 anstatt der zwei Aussparungen 70 und 71 eine
kreisringsförmige
Aussparung 75 auf, die einen ebenfalls kreisringförmigen Steg 76 bildet,
der die Spritzöffnung 29 aufweist.
Anstelle der in der 2 dargestellten
Durchströmungsöffnungen 67 und 68,
die in dem vorliegenden Beispiel der 7a und 7b als
Einlassöffnungen
ausgebildet sind, können
auch weniger oder, wie in der 6b dargestellt,
mehr Durchströmungsöffnungen
vorgesehen sein. Durch die kreiszylinderförmige Ausbildung des Stegs 76, der
die Spritzöffnung 29 aufweist,
wird der Dosierventilkopf 4 besonders vorteilhaft gekühlt. Darüber hinaus
ist es denkbar, die Ventilscheibe 8 und/oder die Spritzöffnung kegelförmig auszubilden,
um die Wärmeabfuhr
zu verbessern.
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Die 8 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für ein
vorteilhaftes Dosierventilsystem mit einem Dosierventil 77,
welches einem der vorstehenden beschriebenen Dosierventile 1, 25, 49, 54, 64, 66 oder 73 entspricht.
Das Dosierventil 77 ist an eine Zulaufleitung 78 angeschlossen, über die
dem Dosierventil 77 ein Reduktionsmittel zugeführt wird. Über einen Rücklaufkanal 79,
der eine Förderpumpe 80 aufweist,
wird das Medium durch das Dosierventil gefördert beziehungsweise umgewälzt, um
das Dosierventil 77 zu kühlen. Denkbar ist auch lediglich
die Rücklaufleitung 79 ohne
die Förderpumpe 80 zu
verwenden, und aufgrund der Temperatur und damit einhergehenden
Dichteunterschiede ein Umwälzen
des Mediums zu bewirken. Auch kann in der Rücklaufleitung 79 ein
Kühler
integriert sein, der das hindurchströmende Medium vorteilhaft kühlt. Durch
die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele eines vorteilhaften
Dosierventils wird es möglich,
das Dosierventil, insbesondere den Dosierventilkopf, zu kühlen, auch
wenn die Spritzöffnung
verschlossen ist. Wie bereits gesagt, kann das Medium ein Kraftstoff,
insbesondere der Kraftstoff der Brennkraftmaschine sein.