DE102008040476C5

DE102008040476C5 - Injektionsvorrichtung für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102008040476C5
Application number: DE102008040476.4A
Authority: DE
Inventors: Frédéric Gréber; Yohann Michel Perrot; Dr. Amon Bernd; Thomas Beckmann; Berthold Keppeler
Original assignee: Faurecia Abgastechnik GmbH
Current assignee: Faurecia Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2020-02-13
Anticipated expiration: 2028-07-17
Also published as: DE102008040476A1; DE102008040476B4

Abstract

Injektionsvorrichtung für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem zur Abgasführung dienenden, eine erste Wandöffnung (6) aufweisenden Innenrohr (2) und einem dieses unter Freilassung eines Spaltraums (11) umgreifenden, eine zweite Wandöffnung (14) aufweisenden Außenrohr (7), wobei die beiden Wandöffnungen (6, 14) koaxial zueinander angeordnet sind, der sich zwischen ihnen axial erstreckende Raum einen Injektionskanal (13) bildet und zwischen den die Wandöffnungen (6, 14) umgreifenden Wandbereichen ein vollumfänglicher Spalt (20) vorhanden ist, einem am Außenrohr (7) fixierten Injektor (8) zur Injektion einer Wirksubstanz durch den Injektionskanal (13) in das Innenrohr (2), dadurch gekennzeichnet, dass ein eine Wandöffnung (6, 14) umgrenzender Bereich des Außenrohrs (7) oder des Innenrohrs (2) in Form eines sich jeweils zum anderen Rohr (2, 7) erstreckenden Kragens (18) ausgebildet ist, sodass der Spalt (20) zwischen dem Innenrohr (2) und dem Außenrohr (7) verkleinert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Injektionsvorrichtung für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs.
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.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, bei dem der Wärmeübergang vom Abgasstrang zum Injektor weiter reduziert ist.
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.
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.
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.
In einer einfachen kostengünstigen Ausführungsform ist der Spaltraum zwischen dem Innen- und dem Außenrohr mit Luft als Isolationsmedium gefüllt.
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.
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.
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.
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.
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.
Der Schutzmantel kann ein separates Teil darstellen. Dieses ist beispielsweise 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.
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 Bauteile vor anströmendem Abgas und damit vor einem schädigenden Wärmeeintrag abzuschirmen.
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.
Es kann am Außenrohr eine sich koaxial zum Injektionskanal erstreckende Fixierhülse angeordnet sein, 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.
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.
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 dieses Beispiels 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.
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.
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.
Das Außenrohr weist im Fahrzeugbetrieb wegen der vorgesehenen thermischen Isolationsmaßnahmen und der Kühlung durch Fahrtwind 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.
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.
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.
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.
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.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen.
Es zeigen jeweils in einer schematischen Prinzipsskizze:

1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Injektionsvorrichtung,
2 einen Detailausschnitt des Bereichs der ersten und zweiten Wandöffnung mit einem einfachen Beispiel,
3 einen Detailausschnitt des Bereichs der ersten und zweiten Wandöffnung einer erfindungsgemäßen Injektionsvorrichtung, wobei das Außenrohr einen sich zum Innenrohr erstreckenden Kragen aufweist,
4 einen Detailausschnitt des Bereichs der ersten und zweiten Wandöffnung, wobei in dem Injektionskanal ein Schutzmantel angeordnet ist,
5 einen Detailausschnitt des Bereichs der ersten und zweiten Wandöffnung mit einer Fixierhülse,
6 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Injektionsvorrichtung mit Fixierflanschen jeweils am Ende des Außenrohrs.

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 Auswölbung 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.
2 zeigt ein besonders einfaches Beispiel, bei dem 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.
Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung 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 Injektiönsvorrichtung 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Injektionsvorrichtung für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem zur Abgasführung dienenden, eine erste Wandöffnung (6) aufweisenden Innenrohr (2) und einem dieses unter Freilassung eines Spaltraums (11) umgreifenden, eine zweite Wandöffnung (14) aufweisenden Außenrohr (7), wobei die beiden Wandöffnungen (6, 14) koaxial zueinander angeordnet sind, der sich zwischen ihnen axial erstreckende Raum einen Injektionskanal (13) bildet und zwischen den die Wandöffnungen (6, 14) umgreifenden Wandbereichen ein vollumfänglicher Spalt (20) vorhanden ist, einem am Außenrohr (7) fixierten Injektor (8) zur Injektion einer Wirksubstanz durch den Injektionskanal (13) in das Innenrohr (2), dadurch gekennzeichnet, dass ein eine Wandöffnung (6, 14) umgrenzender Bereich des Außenrohrs (7) oder des Innenrohrs (2) in Form eines sich jeweils zum anderen Rohr (2, 7) erstreckenden Kragens (18) ausgebildet ist, sodass der Spalt (20) zwischen dem Innenrohr (2) und dem Außenrohr (7) verkleinert ist.
Injektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spaltraum (11) mit Luft gefüllt ist.
Injektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spaltraum (11) zumindest teilweise mit einem thermischen Isolationsmaterial (12, 12a) gefüllt ist.
Injektionsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Isolationsmaterial (12, 12a) von Mineralfasern gebildet ist.
Injektionsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem sich an den Injektionskanal (13) anschließenden Bereich des Spaltraums (11) ein Isolationsmaterial (12a) vorhanden ist, das gegenüber dem Isolationsmaterial (12) des restlichen Bereiches des Spaltraums (11) erosionsfester ist.
Injektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ende des Außenrohres (7) mit der Außenfläche des Innenrohres (2) unter Ausbildung eines Schiebesitzes (24) in Kontakt steht.
Injektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des Außenrohres (7) mit der Außenfläche des Innenrohres (2) verschweißt ist.
Injektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Außenrohres (7) jeweils mit einem zum Anschluss an eine Abgasanlage dienenden Fixierflansch (26) versehen sind.
Injektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (7) mehrere separate Teile umfasst.
Injektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Außenfläche des Außenrohres (7) mit einer die Wärmeemission erhöhenden Schicht versehen ist.
Injektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Oberfläche des Außenrohrs (2) so geformt ist, dass die zur Kühlung dienende Fläche gegenüber einer glatten Oberfläche vergrößert ist.