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Die
Erfindung betrifft eine Injektionsvorrichtung für die Abgasanlage
eines Kraftfahrzeugs.
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Bei
einem Abgassystem eines Kraftfahrzeuges kann es z. B. zur Abgasnachbehandlung
notwendig sein, in den Abgasstrom einen Stoff wie Harnstoff zu injizieren.
Dafür ist eine spezielle Injektionsvorrichtung erforderlich,
die jedoch durch die auftretenden hohen Abgastemperaturen beschädigt
werden kann und daher vor der Wärme des Abgases geschützt
werden muss. Eine derartige Injektionsvorrichtung ist beispielsweise
aus der
US 2006/0107655 A1 bekannt.
Hierbei ist ein Injektor über einen Flansch an einem Abgasrohr
befestigt. Zur Vermeidung eines Wärmeübergangs
von dem Abgasrohr auf den Injektor ist zwischen ersterem und dem Flansch
ein thermischer Isolator angebracht. Die Verbindung der Bauteile
erfolgt über Verschraubungen, die durch den Isolator führen.
Dies hat zur Folge, dass über die Verschraubungen dennoch
ein Wärmeübergang zwischen Abgasrohr und Flansch
bzw. Injektor hergestellt wird. Um den Injektor vor Beschädigung
durch die vom Abgasstrang übertragene Wärme zu
schützen, ist es daher erforderlich, weitere aufwändige
Kühlmaßnahmen, wie beispielsweise eine Flüssigkeitskühlung,
zu ergreifen.
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Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben,
bei dem der Wärmeübergang vom Abgasstrang zum
Injektor weiter reduziert ist.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Injektionsvorrichtung mit den Merkmalen des
Patentanspruches 1 gelöst. Danach weist eine Injektionsvorrichtung
für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs ein zur Abgasführung
dienendes Innenrohr mit einer ersten Wandöffnung auf. Unter
Freilassung eines Spaltraums wird das Innenrohr von einem eine zweite
Wandöffnung aufweisenden Außenrohr umgriffen.
Die beiden Wandöffnungen sind koaxial zueinander angeordnet, wobei
der sich zwischen ihnen axial erstreckende Raum einen Injektionskanal
bildet. Zwischen den die Wandöffnungen umgreifenden Wandbereichen
ist ein vollumfänglicher Spalt vorhanden. Dies bedeutet, dass
sich Innen- und Außenrohr im Bereich der beiden Wandöffnungen
nicht berühren, um einen Wärmeübergang
von dem unmittelbar durch Abgas aufgeheizten Innenrohr zum Außenrohr
zu vermeiden. Weiterhin umfasst die Injektionsvorrichtung einen
am Außenrohr fixierten Injektor zur Injektion einer Wirksubstanz,
wie beispielsweise Harnstoff, im Falle einer einen SCR-Katalysator
umfassenden Abgasanlage, durch den Injektionskanal in das Innenrohr.
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Der
Träger für den Injektor, also das Außenrohr,
ist bei einer derartigen Ausgestaltung mit einem quer zum Innenrohr
wirksamen Formschluss an diesem fixiert. Eine Verbindung über
Schrauben oder dergleichen, die eine Wärmebrücke
zwischen dem Innenrohr und dem Träger bilden würde,
ist nicht erforderlich. Eine Fixierung des Außenrohrs in
Axialrichtung am Innenrohr lässt sich dabei z. B. durch
einen axial wirksamen Formschluss erreichen, etwa dadurch, dass
das Innenrohr eine radial abstehende, vom Außenrohr komplementär
umgriffene Ausbuchtung aufweist. Das Außenrohr weist eine – verglichen mit
dem Flansch der bekannten Vorrichtung – wesentlich größere
Oberfläche auf, die insbesondere im Fahrbetrieb eine wirksame
Kühlung gewährleistet.
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Durch
den zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr vorhandenen
Spaltraum und durch die Tatsache, dass sich Innen- und Außenrohr
im Bereich der Wandöffnungen nicht miteinander berühren,
ist eine Erwärmung des Außenrohrs und dementsprechend
der Wärmeeintrag in den Injektor verringert. Aufwändige
weitere Kühlmaßnahmen, wie beispielsweise eine
Flüssigkeitskühlung des Injektors sind nicht erforderlich.
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In
einer einfachen kostengünstigen Ausführungsform
ist der Spaltraum zwischen dem Innen- und dem Außenrohr
mit Luft als Isolationsmedium gefüllt.
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Um
eine weitere Reduzierung des Wärmeübergangs vom
Innenrohr zum Außenrohr zu erreichen, ist der Spaltraum
zumindest teilweise mit einem thermischen Isolationsmaterial, das
vorzugsweise aus Mineralfasern gebildet ist, gefüllt. Eine
besonders gute Isolierung ergibt sich in dem Fall, wenn das Isolationsmaterial
den Spaltraum in Radialrichtung vollständig ausfüllt.
Durch Einlegen des Isolationsmaterials in den Spaltraum mit radialer
Vorspannung, lässt sich außerdem die Festigkeit
der Verbindung zwischen Innen- und Außenrohr erhöhen.
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Durch
den zwischen den Wandöffnungen vorhandenen vollumfänglichen
Spalt kann pulsierendes Abgas in den Spaltraum gelangen und auf
dort vorhandenes Isolationsmaterial eine mechanische Dauerbeanspruchung
ausüben, was im Laufe der Zeit zu einer Erosion des Materials
führen könnte. Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante
wird dies verhindert, indem in einem sich um den Injektionskanal
anschließenden Bereich des Spaltraums ein Isolationsmaterial
vorhanden ist, das gegenüber dem Isolationsmaterial des
restlichen Bereiches des Spaltraums erosionsfester ist. Es handelt
sich dabei beispielsweise um ein anorganisches, keramisches erosionsstabiles
Fasermaterial, dessen Fasern beispielsweise SiO2 enthalten.
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Wenn
ein eine Wandöffnung umgrenzender Bereich des Außenrohrs
oder des Innenrohrs in Form eines sich jeweils zum anderen Rohr
erstreckenden Kragens ausgebildet ist, wird der Spalt zwischen Innenrohr
und Außenrohr verkleinert und das im Spaltraum zwischen
Außenrohr und Innenrohr vorhandene Isolationsmaterial zusätzlich
in gewissem Ausmaß vor der Einwirkung pulsierenden Abgases
geschützt. Eine Erhöhung der Stabilität
der Fixierung des Injektors am Außenrohr kann erreicht
werden, wenn der Rand der zweiten Wandöffnung zu einem sich
zum Innenrohr erstreckenden Kragen umgeformt ist und der Injektor
mittelbar oder unmittelbar an diesem Kragen fixiert ist.
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Der
Spaltraum kann weiterhin vor dem Eindringen von Abgas geschützt
werden, indem im Injektionskanal ein hülsenförmiger,
sich zumindest über einen Teil von dessen Länge
erstreckender Schutzmantel koaxial angeordnet ist. Der Schutzmantel
hat dabei eine Doppelfunktion. Er schützt einerseits alle
radial außerhalb des Schutzmantels, in einem Bereich um
diesen herum liegenden Elemente der Injektionsvorrichtung vor direktem
Kontakt mit Abgas und damit vor einem Wärmeeintrag und
begünstigt andererseits den Wärmeeintrag in den
Injektionskanal durch seine Wärmeleitfähigkeit.
Dadurch wird insbesondere in einer Kaltstartphase erreicht, dass
im Injektionskanal bereits kurz nach einem Start des Motors die
Betriebstemperatur erreicht wird. Eine funktionsbeeinträchtigende,
irreversible Ablagerung der Wirksubstanz, wie beispielsweise Harnstoff,
die an kalten Oberflächen auftritt, wird durch den raschen
Wärmeeintrag über den Schutzmantel im Bereich
des Injektionskanals vermieden.
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Eine
weitere Reduzierung des Wärmeeintrags in die in einem Bereich
um den Schutzmantel herum liegenden Elemente wird erreicht, wenn
um den Schutzmantel ein vollumfänglicher Isolierspalt vorhanden
ist. Eine Erhöhung der Isolationswirkung ergibt sich, wenn
in diesem Isolierspalt statt Luft ein festes Isolationsmaterial,
das beispielsweise, wie das im Spaltraum zwischen Innen- und Außenrohr
vorhandene Isolationsmaterial, aus Mineralfasern gebildet ist.
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Der
Schutzmantel kann bei den oben beschriebenen Ausführungsformen
ein separates Teil darstellen. Dieses ist bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
mit seinem dem Innenrohr zugeordneten inneren Ende vollumfänglich
mit dem Innenrohr verbunden. Dadurch ergibt sich ein verbesserter
Wärmeeintrag in den Injektionskanal beispielsweise bei
einer Kaltstartphase, weil der Schutzmantel in direktem thermischen
Kontakt mit dem sich schnell erwärmenden Innenrohr steht.
Der Schutzmantel kann aber auch von einem sich zum Außenrohr
erstreckenden Kragen des Innenrohrs selbst gebildet werden, so dass
der Schutzmantel und der Kragen einstückig sind. Dadurch
wird der Herstellungsaufwand verringert, da für den Schutzmantel kein
separates Teil gefertigt werden muss und dieses nicht mit dem Innenrohr
verbunden werden muss.
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Wenn
sich der Schutzmantel über die Außenseite des
Außenrohrs hinaus und in einen eine Einspritzdüse
enthaltenden Innenraum des Injektors hineinerstreckt, ergibt sich
zusätzlich die Möglichkeit, in dem Innenraum des
Injektors vorhandene Bautei le vor anströmendem Abgas und
damit vor einem schädigenden Wärmeeintrag abzuschirmen.
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Eine
weitere Verbesserung der Abschirmeigenschaft des Schutzmantels ergibt
sich dadurch, dass sich das in den Innenraum des Injektors hineinragende
Ende des Schutzmantels verjüngt und mit Axialabstand vor
der eine Düsenöffnung tragende Stirnseite der
Einspritzdüse endet. Die Öffnung ist dabei vorzugsweise
dem Austrittskegel des Wirkstoffstrahls aus der Einspritzdüse
angepasst.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist am Außenrohr
eine sich koaxial zum Injektionskanal erstreckende Fixierhülse
angeordnet, deren Innenraum zumindest einen Teilabschnitt des Injektionskanals
bildet und die mit einem Ende über die Außenseite
des Außenrohrs hinaussteht und an diesem Ende einen radial
verbreiterten, zur Fixierung des Injektors dienenden Flansch trägt.
Dadurch ergibt sich eine leichtere Austauschbarkeit des Injektors,
da über den ausgebildeten Flansch eine Schnittstelle geschaffen
wird, die einen schnellen Wechsel des Injektors wie etwa bei dessen
Defekt ermöglicht. Außerdem muss bei einer baulichen Änderung
des Injektors das Außenrohr nicht an diesen angepasst werden.
Es muss dann lediglich die Hülse entsprechend der neuen
Verhältnisse abgeändert werden. Dies ermöglicht
eine hohe Flexibilität in Bezug auf den Gebrauch unterschiedlicher
Injektortypen bei gleichzeitig wenig Austauschaufwand.
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Die
Stabilität der Fixierung kann dadurch erhöht werden,
dass sich die Fixierhülse in den Kragen der zweiten Wandöffnung
hinein erstreckt und die Fixierhülse an diesem fixiert
ist.
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Zur
weiteren Reduzierung des Wärmeübergangs auf den
Injektor ist es vorteilhaft, wenn sich die Fixierhülse
und das Innenrohr nicht berühren. Dann bleibt die Fixierhülse
gegenüber dem relativ heißen Innenrohr thermisch
isoliert und kann diese Wärme nicht auf den Injektor übertragen.
Bei Kombination dieser Ausführungsform mit dem oben beschriebenen
Schutzmantel erstreckt sich die Fixierhülse in den zwischen
dem Schutzmantel und dem Kragen des Außenrohrs gebildeten
Isolierspalt. Auch hierbei ist es vorteilhaft, wenn sich Fixierhülse
und Schutzmantel nicht berühren, also wenn weiterhin um
den Schutzmantel ein vollumfänglicher Isolierspalt vorhanden
ist.
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Damit
ein problemloses Einspritzen des jeweiligen Wirkstoffs in den Abgasstrom
möglich ist, ohne dass z. B. Wirkstoff in den Spaltraum
eindringt, ist es vorteilhaft, wenn die Fixierhülse die
im Innenrohr vorhandene erste Wandöffnung durchgreift und in
den Innenraum des Innenrohrs hineinragt. Dies bietet außerdem
einen zusätzlichen Schutz des Spaltraums und des darin
befindlichen Isolationsmaterials vor eindringendem Abgas. Zwischen
der Fixierhülse und dem Rand der Wandöffnung ist
ein vollumfänglicher Spalt vorhanden, damit gewährleistet
wird, dass die Fixierhülse von dem Innenrohr vollständig
thermisch entkoppelt ist, was wiederum dazu führt, dass der
Injektor wirksam vor Wärme geschützt wird.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Fixierhülse
ist deren Innenwand zum Injektor hin konisch verengt und somit dem
Austrittskegel des Wirkstoffstrahls aus der Einspritzdüse
angepasst.
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Das
Außenrohr weist im Fahrzeugbetrieb wegen der vorgesehenen
thermischen Isolationsmaßnahmen und der Kühlung
durch Fahrt wind eine wesentlich geringere Temperatur auf als das
vom heißen Abgas direkt beaufschlagte Innenrohr. Eine Spannung
zwischen Innen- und Außenrohr, hervorgerufen durch unterschiedliche
Wärmedehnungen in Axialrichtung kann nun vermieden werden,
wenn zumindest ein Ende des Außenrohrs mit der Außenfläche
des Innenrohrs unter Ausbildung eines Schiebesitzes in Kontakt steht.
Ein solcher Schiebesitz gewährleistet eine praktisch freie
relative Beweglichkeit der Rohre in Axialrichtung. Eine derartige
Beweglichkeit ist nahezu ohne Einschränkung auch gegeben, wenn
nur ein Ende des Außenrohrs mit dem Innenrohr einen Schiebesitz
bildet, und das andere Ende, am Innenrohr fixiert, beispielsweise
mit diesem verschweißt ist. Ein reibungsarmes Aneinandergleiten der
genannten Rohre kann etwa dadurch bewerkstelligt werden, dass im
Bereich eines Schiebesitzes eine reibungsverringernde Zwischenlage
vorhanden ist. Die Zwischenlage kann dabei auch aus einem Material
mit geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen, um den
Wärmeeintrag in das Außenrohr im Schiebesitzbereich
zu verringern.
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Der
Anschluss der Injektionsvorrichtung an eine Abgasanlage erfolgt
mittels eines Fixierflansches, an dem ein Gegenflansch eines Abgasrohrs
fixiert wird. Dabei kann entweder das Ende des Innen- oder des Außenrohrs
mit einem Fixierflansch versehen sein. Befindet sich der Flansch
am Außenrohr, so wird die Dichtigkeit der Injektionsvorrichtung
erhöht, da ein Austreten von Abgasen, die durch den zwischen
Auslassdüse des Injektors und Innenrohr vorhandenen Radialspalt
in den Spaltbereich eingedrungen sind, in die Umgebung verhindert
wird. Der im Bereich eines Schiebesitzes vorhandene Trennspalt zwischen
Innen- und Außenrohr mündet nämlich nicht
in die Umgebung, sondern in den Innenraum des Abgasstrangs.
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Die
Montage des Außenrohres wird dadurch erleichtert, dass
es mehrere separate Teilabschnitte umfasst. Vorzugsweise wird das
Außenrohr aus zwei oder mehreren Teilschalen gebildet,
die jeweils einen Umfangsbereich, beispielsweise im Falle von zwei Halbschalen
von 180° abdecken. Die Trennlinie dieser Teilabschnitte
verläuft somit in axialer Richtung des Außenrohrs.
Es ist aber auch möglich, dass das Rohr in mehrere Abschnitte
unterteilt ist, deren Trennlinie in radialer Richtung verläuft.
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Um
eine weitere Reduzierung der Temperatur des Außenrohrs
zu erreichen, wird zumindest ein Teil der Außenfläche
des Außenrohrs mit einer die Wärmeemission erhöhenden
Schicht versehen. Diese Schicht kann beispielsweise durch das Aufbringen von
schwarzer Farbe gebildet werden, die die Emissionseigenschaften
des Außenrohrs erhöht. Bevorzugt werden die dem
Injektor zugewandte Bereiche nicht mit Farbe versehen, damit dieser
keiner zusätzlichen Wärmestrahlung ausgesetzt
ist.
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Eine
weitere Maßnahme, um das Außenrohr wirksamer zu
kühlen besteht darin, dass zumindest ein Teil dessen Oberfläche
so geformt ist, dass die zur Kühlung dienende Fläche
gegenüber einer glatten Oberfläche vergrößert
ist. Beispielsweise kann hierfür die Oberfläche
eine Rippenstruktur aufweisen.
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Zur
weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele
der Zeichnungen verwiesen.
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Es
zeigen jeweils in einer schematischen Prinzipsskizze:
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1 einen
Längsschnitt einer erfindungsgemäßen
Injektionsvorrichtung,
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2 einen
Detailausschnitt des Bereichs der ersten und zweiten Wandöffnung
mit einer einfachen Ausführungsform,
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3 einen
Detailausschnitt des Bereichs der ersten und zweiten Wandöffnung,
wobei das Außenrohr einen sich zum Innenrohr erstreckenden Kragen
aufweist,
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4 einen
Detailausschnitt des Bereichs der ersten und zweiten Wandöffnung,
wobei in dem Injektionskanal ein Schutzmantel angeordnet ist,
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5 einen
Detailausschnitt des Bereichs der ersten und zweiten Wandöffnung
mit einer Fixierhülse,
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6 einen
Längsschnitt einer erfindungsgemäßen
Injektionsvorrichtung mit Fixierflanschen jeweils am Ende des Außenrohrs.
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Die
in den Figuren dargestellte Injektionsvorrichtung umfasst ein Innenrohr 2,
durch welches Abgas in Strömungsrichtung 3 strömt.
Im Wesentlichen ist das Innenrohr 2 zylinderförmig
ausgebildet, es weist jedoch in einem Bereich eine Auswölbung 4 auf,
die einen Wandabschnitt 5 umfasst, der schräg
in Strömungsrichtung 3 verläuft und eine
erste Wandöffnung 6 aufweist. Das Innenrohr 2 wird
von einem Außenrohr 7 umgriffen, welches eine
zweite Wandöffnung 14 aufweist. Die beiden Wandöffnungen 6, 14 sind
koaxial zueinander angeordnet. Durch den sich axial zwischen den
beiden Wandöffnungen erstreckenden Raum wird ein Injektionskanal 13 gebildet.
Am Außenrohr 7 ist ein Injektor 8 fixiert,
wobei in den 1 und 5 lediglich
eine Fixierhülse 9 dargestellt ist, an die der
Injektor 8 befestigt werden kann. Der Injektor 8 dient
dazu, einen Wirkstoff, beispielsweise Harnstoff im Falle einer einen
SCR-Katalysator umfassenden Abgasanlage, durch den Injektionskanal 13 in
den Abgasstrom zu injizieren, wobei durch die Aus wölbung 4 und
die damit verbundene Schrägstellung des Wandabschnittes 5 des
Innenrohrs 2 die Injektionsrichtung 10 mit der
Strömungsrichtung 3 des Abgases einen sich gegen
die Strömungsrichtung 3 öffnenden spitzen
Winkel einschließt. Das Außenrohr 7 ist
von dem Innenrohr 2 in radialer Richtung beabstandet, wodurch
zwischen den beiden Rohren 2, 7 ein Spaltraum 11 gebildet wird.
Das Außenrohr 7 muss nicht aus einem Stück gefertigt
sein, sondern besteht aus zwei oder mehreren Teilschalen, deren
Trennebenen in axialer Richtung verlaufen. Dadurch wird eine Montage
erleichtert bzw., in vorliegendem Fall im Bereich der Auswölbung 4 des
Innenrohres 2 überhaupt erst ermöglicht. Auch
in axialer Richtung kann das Außenrohr 4 aus mehreren
Segmenten bestehen. Innerhalb des Spaltraums 11 ist ein
thermisches Isolationsmaterial 12 vorhanden, das vorzugsweise
aus Mineralfasern gebildet ist und dazu dient, den Wärmeübergang
vom Innenrohr 2 zum Außenrohr 7 zu reduzieren
um damit den Injektor 8 vor Wärme zu schützen.
Dieses füllt den Spaltraum 11 in Radialrichtung
vollständig aus und wird mit einer radialen Vorspannung
in den Spaltraum 11 eingebracht, so dass die Festigkeit
der Verbindung zwischen Innenrohr 2 und Außenrohr 7 erhöht
wird. Es kann z. B. ein Mattenmaterial verwendet werden, das zur
Lagerung von keramischen Katalysatorkörpern in Abgasanlagen
eingesetzt wird.
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2 zeigt
eine besonders einfache Ausführungsform der Erfindung,
bei der der zur Injektion einer Wirksubstanz dienende Injektor 8 direkt
auf der Oberfläche des Außenrohres 7 beispielsweise
durch Verschweißen befestigt ist. Dazu ist die Oberfläche des
Außenrohres 7 entsprechend der zu befestigenden
Oberfläche des Injektors 8, wie im Beispiel zu
sehen planeben, ausgestaltet. Die jeweiligen Rohre 2, 7 enden
stumpf an den Wandöffnungen 6, 14. Der
Injektionskanal 13 wird dabei durch die die Wandöffnungen 6, 14 bildenden
Enden der Rohre 2, 7 und das in dem Spaltraum 11 befindliche
Isolationsmaterial 12 begrenzt. Um einen Wärmeübergang
vom Innenrohr 2 auf das Außenrohr 7 zu
vermeiden, ist zwischen den Wandbereichen der Rohre ein vollumfänglicher
Spalt 20 vorhanden, der in diesem Fall dem durch den Spaltraum 11 gebildeten
Abstand der beiden Rohre 2, 7 entspricht. Dies
bedeutet, dass sich die beiden Rohre 2, 7 im Bereich
der beiden Wandöffnungen 6, 14 nicht
berühren und der Injektor 8 vor einem Wärmeeintrag
geschützt ist.
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Das
in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich von dem in 2 dargestellten Beispiel dadurch,
dass der die zweite Wandöffnung 14 umgrenzende
Bereich des Außenrohrs 7 zu einem sich in Richtung
des Innenrohrs 2 erstreckenden Kragen 18 ausgebildet
ist. Der zwischen dem Innen- und Außenrohr 2, 7 gebildete
Spalt 20 ist dadurch gegenüber dem in 2 dargestellten
Spalt 20 verkleinert. Dies dient dazu, den Spaltraum 11 und das
darin enthaltene Isolationsmaterial 12 in einem gewissen
Ausmaß vor eintretendem Abgas zu schützen. Dennoch
kann, wenn auch nur in verringertem Ausmaß, auch durch
diesen verkleinerten Spalt 20 Abgas in den Spaltraum eindringen.
Durch Druckunterschiede des durch das Innenrohr 2 der Injektionsvorrichtung
in den Spaltraum 11 eintretende Abgas, die insbesondere
bei pulsierenden Abgasströmen auftreten, wird das Isolationsmaterial 12 in
einem Bereich um den Injektor 8 in Schwingungen versetzt
und dadurch in besonderem Maße mechanisch beansprucht.
Dies kann dazu führen, dass dort das Isolationsmaterial 12 mit
der Zeit seine mechanische Festigkeit verliert und somit erodiert.
In diesem Ausführungsbeispiel wird daher in diesem Bereich
ein Isolationsmaterial 12a verwendet, das aus keramischen Fasern
gebildet ist und gegenüber dem Isolationsmaterial 12 in
dem restlichen Bereich des Spaltraums 11 erosionsfester
ist.
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Gemäß dem
Ausführungsbeispiel der 4 weist
die Injektionsvorrichtung einen hülsenförmigen Schutzmantel 21 auf,
der sich im Injektionskanal 13 koaxial erstreckt. Das dem
Innenrohr 2 zugeordnete Ende des Schutzmantels 21 ist
hierbei ein separates Teil, das mit dem Innenrohr 2 vollumfänglich
verbunden ist. Es wäre aber auch möglich, dass
der Schutzmantel 21 eine Verlängerung des Innenrohrs 2 darstellt
und somit von diesem gebildet wird. Das andere Ende des Schutzmantels 21 ragt über
die Außenseite des Außenrohrs 7 hinaus
und erstreckt sich in den Innenraum des Injektors 8 hinein.
Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, im Innenraum des
Injektors 8 vorhandene Bauteile vor Abgas abzuschirmen.
Eine weitere Verbesserung der Abschirmung von Bauteilen des Injektors 8 vor
Abgas und damit vor Wärme ergibt sich, wenn die Enden des
Schutzmantels 21 verjüngt sind, wie es in 4 durch
die gestrichelten Linien dargestellt ist. Die Öffnung des
Schutzmantels 21 ist so ausgestaltet, dass sie an den Austrittskegel
des Wirkstoffstrahls der Einspritzdüse 23 angepasst
ist. Zwischen dem Schutzmantel 21 und dem Kragen 18 des
Außenrohrs 7 ist ein Isolierspalt 17 vorhanden, der
das Außenrohr 7 vor einem Wärmeübergang
von dem Schutzmantel 21 schützt. Dieser Isolierspalt 17 ist
in diesem Beispiel mit Luft gefüllt. Um eine verbesserte
Isolierung zu erreichen, kann er auch mit thermischem Isolationsmaterial
gefüllt sein. Neben den genannten Schutzfunktionen übt
der Schutzmantel 21 jedoch noch eine weitere Funktion aus,
nämlich die der schnellen Wärmeversorgung des
Bereiches um den Injektor 8 in einer Kaltstartphase. Bei
niedrigen Temperaturen der um den Injektor 8 befindlichen Bauteile
kann es passieren, dass sich der durch den Injektor 8 versprühte
Wirkstoff, wie beispielsweise Harnstoff, an diesen irreversibel
ablagert und somit einerseits zu keiner katalytischen Wirkung beitragen kann
und andererseits den Injektionskanal 13 verschmutzt. Durch
die Wärmeleitfähigkeit des Schutzmantels 21 wird
nach einem Kaltstart jedoch erreicht, dass sich der Bereich um den
Schutzmantel 21 schnell erwärmt, da dieser mit
dem Innenrohr 2 in Kontakt steht und dadurch eine Ablagerung
des Wirkstoffes an kalten Oberflächen verhindert wird.
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Wie
einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß 5 zu
entnehmen ist, weist die Injektionsvorrichtung eine zylinderförmige,
sich koaxial zum Injektionskanal 13 erstreckende Fixierhülse 9 auf,
an der der Injektor 8 befestigt werden kann. Somit ist
eine einfache Schnittstelle zum Injektor 8 geschaffen,
so dass sich der Injektor 8 leicht austauschen lässt. Auch
bei einer Änderung der Geometrie des Injektors 8 braucht
das Außenrohr 7 nicht an den neuen Injektortyp
angepasst zu werden, sondern es genügt hierbei eine Anpassung
lediglich der Fixierhülse 9. Diese ragt durch
die erste Wandöffnung 6 in das Innere des Innenrohrs 2 hinein.
Fixiert ist die Fixierhülse 9 in der zweiten Wandöffnung 14 des
Außenrohres 7. Um eine bessere Stabilität
der Fixierung der Fixierhülse 9 zu gewährleisten,
ist der Rand der zweiten Wandöffnung 14 zu einem
Kragen 18 ausgebildet, an den die Fixierhülse 9 angeschweißt
ist. Damit wird die Kontaktfläche zwischen Fixierhülse 9 und
Außenrohr 2 vergrößert und ihr
dadurch ein besserer Halt gegeben. Der Kragen 18 erstreckt
sich dabei zum Innenrohr 2. Gegenüber einer Erstreckung
des Kragens 18 in entgegengesetzter Richtung, also von
dem Innenrohr 2 weg, hat dies den Vorteil, dass der zwischen den
beiden Rohren vorhandene Spalt 20 verkleinert ist und somit
ein Eindringen von Abgas in den Spaltraum 11 durch den
Spalt 20 reduziert wird.
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Die
Fixierhülse 9 des Injektors 8 kommt lediglich
mit dem Außenrohr 7 in Kontakt. Da der Innendurchmesser
der ersten Wandöffnung 6 des Innenrohrs 2 größer
als der Außendurchmesser der Fixierhülse 9 im
Bereich der ersten Wandöffnung 6 ist, ist zwischen
der Fixierhülse 9 und dem Innenrohr 2 ein
vollumfänglicher Radialspalt 16 ausgebildet, der einen
Wärmeübergang zwischen Innenrohr 2 und Auslassdüse 9 und
damit dem Injektor 8 reduziert. Wie schon aus dem Beispiel
der 3 bekannt, ist auch hier zur Vermeidung eines
Wärmeübergangs zwischen dem Innenrohr 2 und
dem Außenrohr 7 zwischen dem Freiende des Kragens 18 und
dem Lochrandbereich der ersten Wandöffnung 6 ein
Spalt 20 vorhanden. Der Kragen 18 ist also nicht
in direktem Wärmekontakt mit dem Innenrohr 2.
Zur einfachen Fixierung des Injektors 8 weist die Fixierhülse 9 an
dem über die Außenseite des Außenrohrs 7 hinausstehenden
Ende einen radial verbreiterten Flansch 19 auf.
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Im
Fahrzeugbetrieb weist das Außenrohr 7 auf Grund
der thermischen Isolationsmaßnahmen und der Kühlung
dessen Oberfläche durch den Fahrtwind eine deutlich geringere
Temperatur auf als das Innenrohr 2, das direkt mit den
heißen Abgasen in Berührung kommt. Durch diesen
Temperaturunterschied dehnen sich die beiden Rohre 2, 7 in
unterschiedlichem Maße aus. Wären die beiden Rohre 2, 7 an
beiden Enden starr miteinander verbunden, so würden die
unterschiedlichen Ausdehnungen zu Spannungen im Material führen,
was eine Beschädigung des Materials durch Rissbildung zur
Folge haben kann. Um eine derartige Beschädigung zu vermeiden,
ist daher in vorliegendem Fall gemäß 1 nur
ein Ende des Innenrohrs 2 an einer Fixierstelle 22 mit
dem Außenrohr 7 fest verschweißt. Das
andere Ende des Innenrohrs 2 hingegen steht mit dem Außenrohr 7 unter
Ausbildung eines Schiebesitzes 24 in Kontakt. Dieser Schiebesitz 24 zeichnet
sich dadurch aus, dass eine axiale Beweglichkeit des Außenrohrs 7 auf
dem Innenrohr 2 und damit eine relative Bewegung der beiden
Rohre 2, 7 zueinander gewährleistet ist
womit sich die beiden Rohre 2, 7 in unterschiedlichem
Maße ausdehnen können, ohne dass dabei gegenseitige
Materialspannungen auftreten. Um eine reibungsarme Beweglichkeit
der beiden Rohre 2, 7 zu ermöglichen,
ist im Bereich des Schiebesitzes 24 zwischen Innenrohr 2 und
Außenrohr 7 eine hier nicht dargestellte reibungsverringernde
Zwischenlage vorhanden. Diese Zwischenlage besteht dabei aus einem
wärmeisolierenden Material, so dass der Wärmeübergang
vom Innenrohr 2 zum Außenrohr 7 reduziert
ist.
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Zur
Befestigung der Injektionsvorrichtung an einer Abgasanlage ist an
der Injektionsvorrichtung ein Fixierflansch 26 vorhanden,
der zum Anschluss an einen Gegenflansch einer Abgasanlage dient.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind
die Enden des Innenrohrs 2 mit dem Fixierflansch 26 versehen. Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist
der Fixierflansch 26 an den Enden des Außenrohrs 7 angebracht.
Dies hat den Vorteil, dass der Fixierflansch 26 den im
Bereich eines Schiebesitzes 24 vorhandenen Trennspalt 28 zwischen
Innenrohr 2 und Außenrohr 7 abdichtet.
Wie oben beschrieben, können durch den Spalt 20 Abgase
durch den dort vorhandenen relativen hohen Gasdruck in den Spaltraum 11 eindringen.
Diese Abgase werden durch den Spaltraum 11 bis zum Schiebesitz 24 gedrückt und
können, sofern der Fixierflansch 26 am Innenrohr 2 befestigt
ist, durch den zwischen Innenrohr 2 und Außenrohr 7 vorhandenen
und in die Umgebung mündenden Trennspalt 28 aus
dem Außenrohr 7 austreten. Ist jedoch der Fixierflansch 26 am
Außenrohr 7 angebracht, so mündet der
Trennspalt 28 zwischen Innenrohr 2 und Außenrohr 7 in
das Innere des Abgasrohrs und das in dem Spaltraum 11 befindliche Abgas
wird wieder in das Abgasrohr zurückgeführt.
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In 6 ist
ferner der Injektor 8 vollständig dargestellt,
der in diesem Ausführungsbeispiel eine im Inneren zum Injektor 8 hin
konisch verlaufende Fixierhülse 9 aufweist, durch
die der Wirkstoff in das Innenrohr 2 unter Ausbildung eines
Austrittskegels 30 injiziert wird.
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Eine
weitere Maßnahme, um das Außenrohr 7 wirksamer
zu kühlen besteht darin, dass zumindest ein Teil dessen
Oberfläche so geformt ist, dass die zur Kühlung
dienende Fläche gegenüber einer glatten Oberfläche
vergrößert ist. Dies kann beispielsweise durch
Kühlrippen 32 erfolgen, wie es in 6 angedeutet
ist. Bevorzugt werden die dem Injektor 8 zugewandten Bereiche
nicht mit Kühlrippen 32 versehen, damit dieser
keiner zusätzlichen Wärmestrahlung ausgesetzt
ist.
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Ein ähnlicher
Effekt lässt sich auch durch Aufbringen einer die Wärmeemission
erhöhenden Schicht auf die Oberfläche des Außenrohrs 7 erzielen,
was hier jedoch nicht dargestellt ist. Diese Schicht kann beispielsweise
durch das Aufbringen von schwarzer Farbe gebildet werden, die die
Emissionseigenschaften des Außenrohrs erhöht.
Diese Maßnahme kann auch mit der oben beschriebenen Oberflächenvergrößerung
kombiniert werden. Außerdem kann eine derartige Schicht
auch auf den Injektor selbst aufgetragen werden, damit auch bei
diesem die Wärmeemission erhöht ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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A1 [0002]