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Stand der Technik
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Dieselkraftstoff-Dosiersysteme
zur Regeneration von Partikelfiltern, insbesondere für
schwere Nutzfahrzeuge sind aus der
DE 10 2005 040 918 und der
DE 10 2006 057 425 bekannt.
Solche Dosiersysteme ermöglichen es, mit einer gezielten
Einspritzung von Dieselkraftstoff in das Abgas, den Partikelfilter
zu regenerieren. Eine kostspielige Beschichtung des Filters oder
ein Zusatz-Vorratsbehälter für ein Additiv sind
nicht erforderlich. Die Vorrichtung zur Eindosierung von Dieselkraftstoff
vor einem Oxidationskatalysator bzw. einem Partikelfilter kann in
den Niederdruck-Kraftstoffkreislauf integriert werden. Sie spritzt
eine genau dosierte Menge Kraftstoff vor dem Oxidationskatalysator
bzw. den Dieselpartikelfilter ohne Druckluftunterstützung
in den Abgasstrang ein. Die Abgastemperatur beim Durchströmen
des Oxidationskatalysators steigt hierdurch im Abgassystem stark
an. Dabei brennt der im Partikelfilter gespeicherte Ruß ab.
Die Durchflussrate wird entsprechend den aktuellen Anforderungen
variiert.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, eine Eindosierungsvorrichtung für Kraftstoff,
insbesondere Dieselkraftstoff, vor dem Oxidationskatalysator für eine
Einspritzanlage von Verbrennungskraftmaschinen an eine Kraftstoffleitung
anzuschließen. Diese weist zumindest ein Einspritzventil
auf. Die Einspritzanlage wird mit Hilfe einer Kühleinrichtung
auf eine bestimmte Betriebstemperatur eingestellt. Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung folgend wird die Kühleinrichtung für
die Einspritzanlage durch den zur Einspritzanlage geförderten
Kraftstoff gekühlt, so dass im Gegensatz zum bekannten
Dosiersystem kein separater Kühlkörper erforderlich
ist und ein Anschluss an das Kühlsystem der Verbrennungskraftmaschine
entfallen kann.
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Vorteilhaft
ist es, dass die Kühleinrichtung eine an einen Sammelbehälter
des Kraftfahrzeugs angeschlossenen Rücklaufleitung umfasst.
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Eine
zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung, dass die Kühleinrichtung zumindest teilweise
in die Einspritzanlage bzw. in das Einspritzventil integriert oder
in die Einspritzanlage eingeschraubt ist und ihr über die
Kraftstoffleitung, die durch eine Pumpe versorgt wird, direkt Kraftstoff
zugeführt wird. Die Kühleinrichtung ist zumindest
teilweise in die Einspritzanlage bzw. in das Einspritzventil integriert;
diese dient gleichzeitig auch als Halterung, so dass die Einspritzanlage
kostengünstiger hergestellt werden kann, da die Anzahl
der Bauteile begrenzt ist. Da das Einspritzventil über
den vorbeiströmenden Kraftstoff gekühlt wird,
können Bohrungen in der Kühleinrichtung eingespart
und die Herstellungskosten gesenkt werden, auch ist vorteilhafterweise
keine Medientrennung Kraftstoff/Kühlmedium vorzusehen für
den Fall, dass keine Wasserkühlung vorgesehen ist.
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Ferner
ist es vorteilhaft, dass die Rücklaufleitung vor dem Einspritzventil
an die Kraftstoffleitung angeschlossen und mit einem Sammelbehälter
verbunden ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Lösung ist schließlich vorgesehen, dass die Rücklaufleitung
vor dem Einspritzventil an die Kraftstoffleitung und über
die Rücklaufleitung an den Sammelbehälter zur
Aufnahme des Kraftstoffs angeschlossen ist.
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Von
besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung,
dass zumindest in der Kraftstoffleitung vor der Einspritzanlage
bzw. dem Einspritzventil ein schalt- und/oder steuerbares bzw. regelbares Schließventil
vorgesehen ist. Mit Hilfe des Schließventils kann die Kraftstoffzufuhr
je nach Betriebsbedingungen unterbunden werden, sodass nur dann Kraftstoff
eingespritzt wird, wenn es erforderlich ist. Dies verringert den
Kraftstoffverbrauch im Rahmen der Regeneration des Partikelfiltersystems.
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Im
Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung
und Anordnung ist es von Vorteil, dass zumindest in der Kraftstoffrücklaufleitung
nach der Einspritzanlage bzw. dem Einspritzventil ein schalt- und/oder
steuerbares bzw. regelbares Dosierventil vorgesehen ist. Hierdurch
kann das Ventil je nach Betriebsbedingungen oder Vorgaben schnell oder
langsam geschaltet und die Kraftstoffmenge bestimmt werden. So kann auch
vor dem Einspritzventil gegebenenfalls ein abweichender Druck erzeugt werden,
der die Durchflussrate des Kraftstoffs bestimmt.
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Vorteilhaft
ist es ferner, dass zumindest in der Kraftstoffleitung vor der Einspritzanlage
bzw. dem Einspritzventil das schalt- und/oder steuerbare bzw. regelbare
Schließventil und/oder in der Rücklaufleitung
das schalt- und/oder steuerbare bzw. regelbare Dosierventil und/oder
eine Drossel vorgesehen ist. Die Verwendung einer variablen Drossel
gegenüber einem Dosierventil bedarf keiner elektrischen
Ansteuerung. Über ein Federelement kann, je nach anliegendem
Druck, an der Drossel ein anderer Querschnitt in der Drosselöffnung
freigegeben werden. Hierdurch können Baukosten eingespart
werden.
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Außerdem
ist es vorteilhaft, dass das Dosierventil und/oder das Schließventil über
eine Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs getaktet angesteuert werden
kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
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Anhand
der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 ein
Blockschaltbild eines Beispiels ienes Systems zur Eindosierung von
Kraftstoff vor einem Oxidationskatalysator, mit Kühlung über
das Kühlsystem der Verbrennungskraftmaschine;
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1.1 die schematische Wiedergabe des Wärmeaustausches
zwischen Kraftstoffleitung und Kühlmedium des Kühlkreislaufes
der Verbrennungskraftmaschine;
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2 ein
Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Dosiersystems,
wobei die Versorgung mittels einer Pumpe erfolgt und nach dem Einspritzventil
die Rücklaufmenge und dadurch auch die Dosiermenge/Einspritzmenge
zum Sammelbehälter mittels eines in einer Rücklaufleitung
vorgesehenen Dosierventils eingestellt wird;
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3 ein
Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels des
Dosiersystems gemäß 2, wobei
anstelle eines Dosierventils im Rücklauf, Druck und Menge über
eine variable Drossel im Zulauf eingestellt werden.
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Ausführungsformen
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Der
Darstellung gemäß 1 ist zu
entnehmen, dass die Kraftstoffversorgung eines Dosiersystems über
eine Abgriffstelle eines Niederdruckkreislaufes 3 eines
in der Zeichnung nicht weiter dargestellten Kraftstoffeinspritzsystems
einer Verbrennungskraftmaschine erfolgt. Über eine in einer
Kraftstoffleitung 2 vorgesehene Drossel 1 strömt
der Kraftstoff zu einer Zumesseinheit 4, die in 1 durch eine
rechteckförmige Umrahmung dargestellt ist.
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In
Regenerationspausen unterbricht ein nach der Drossel 1 vorgesehenes
Schließventil 5 den Zufluss von Kraftstoff, insbesondere
Dieselkraftstoff, zur Zumesseinheit 4. Das Schließventil 5 ist
Bestandteil der Zumesseinheit 4. In Regenerationspausen strömt
der Kraftstoff über ein Überdruckventil 6 zurück
in einen Sammelbehälter 7. Das Überdruckventil 6 ist
in einer Rücklaufleitung 7.1 vorgesehen, die stromab
der Drossel 1 und vor der Zumesseinheit 4 an die
Kraftstoffleitung 2 angeschlossen ist.
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Ein
erster Drucksensor 5.1 ist ebenfalls Bestandteil der Zumesseinheit 4 und
in der Kraftstoffleitung 2 zwischen dem Schließventil 5 und
einem Dosierventil 8 angeordnet. Der erste Drucksensor 5.1 kann
auch einen Temperatur-Sensor enthaltend, als kombinierter Druck-/Temperatur-Sensor
ausgebildet sein. Durch die direkte Anbindung des Druck-/Temperatur-Sensors
ist dieser Druckschwankungen und Kavitationsereignissen nach dem
Schließventil 5 ausgesetzt und registriert somit
möglicherweise auftretende Versorgungsdruckschwankungen.
Das Schließventil 5 senkt durch eine Drosselstelle
im Inneren den Versorgungsdruck, der vor der Zumesseinheit 4 anliegt,
weiter ab. Dieser tatsächlich zur Dosierung vor dem Dosierventil 8 anliegende
Druck kann dadurch gemessen werden. Um Druckspitzen vor dem ersten
Drucksensor 5.1 zu vermeiden, können folgende
Maßnahmen getroffen werden:
- a) Anbinden
des ersten Drucksensors 5.1 oder – alternativ – des
Druck-/Temperatur-Sensors an die Drossel 1;
- b) Schaffung eines großzügig ausgelegten Kraftstoffvolumens
zu Dämpfungszwecken im Sensorbereich zur Dämpfung
von Kavitations- und Versorgungsdruckspitzen. Die Dosierung der
Einspritzung erfolgt mit Hilfe des Dosierungsventils 8.
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Mit
Hilfe des ersten Drucksensors 5.1 wird eine genauere Mengenregelung
ermöglicht. Ein weiterer, zweiter Druck-Sensor 8.1 kann
nach dem Dosierventil 8 zu Diagnosezwecken vorgesehen werden,
z. B. kann über den weiteren, zweiten Drucksensor 8.1 ein
Störsignal aktiviert werden, wenn eine Leitung abreißt
oder Undichtigkeiten auftreten sollten. Mit dem weiteren, zweiten
Drucksensor 8.1, der am Ausgang der Zumesseinheit 4 angeordnet
ist, wird der Druck in der Leitung zum Einspritzventil 9 kontinuierlich überwacht.
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Die
Drucksensoren 5.1 bzw. 8.1 sind optional einsetzbar,
je nach Ausführungsform können die Sensoren auch
entfallen.
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Das
Schließventil 5 unterbricht in Regenerationspausen
den Zufluss zum Dosierventil 8. In diesem Fall strömt
der Kraftstoff über ein Überström- bzw. Überdruckventil 6 in
den Sammelbehälter 7 zurück. Wird das
Schließventil 5 geöffnet, kann der Kraftstoff
weiter zum Dosierventil 8 gelangen. An der Verbindungsbohrung
zwischen Schließventil 5 und Dosierventil 8 ist
zur optimalen Bestimmung der erforderlichen Kraftstoff-Dosiermenge
der erste Drucksensor 5.1 angeordnet.
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Der
erste Druck- bzw. Druck-/Temperatursensor 5.1 dient zur
Berechnung der erforderlichen Dosiermenge. Diese wird über
das Dosierventil 8 zur Verfügung gestellt und
zu einem Einspritzventil 9 gefördert. Bei dem
Einspritzventil 9 kann es sich um ein nach außen öffnendes
druckgesteuertes Einspritzventil handeln, das bei einem bestimmten
Versorgungsdruck öffnet und Kraftstoff in einen Abgastrakt 17 der
Verbrennungskraftmaschine einspritzt.
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Das
Einspritzventil 9 kann z. B. in einen Kühlblock 10 eingeschraubt
sein, der direkt über ein Kühlsystem 11 bzw.
Kühlleitungen 12 des Kühlkreislaufes der
Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs versorgt wird. Zwischen
einer Leitung für das Kühlmedium der Verbrennungskraftmaschine
und dem Kühlblock 10 erstreckt sich ein Wärmetauscher 13.
Dadurch soll die Kühlung des Einspritzventils 9 angedeutet
werden, wobei die Kühlung in aufwändiger Weise
an den Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine angeschlossen
ist.
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Der
Darstellung gemäß 1.1 ist
entnehmbar, dass in der Kraftstoffleitung 2 das Einspritzventil 9 angeordnet
ist. Gemäß der in 1.1 dargestellten Lösung
ist das Einspritzventil in den Kühlkreislauf 12 der
Verbrennungskraftmaschine integriert, angedeutet durch den Behälter,
in den Kühlwasser aus dem Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine
einströmt bzw. ausströmt. Über das Kühlwasser
wird die Wand der Kraftstoffleitung 2 gekühlt,
in der das Einspritzventil 9 angeordnet ist. Dadurch wird
ein Wärmetauscher 13 gebildet, der durch das Kühlmedium der
Verbrennungskraftmaschine gekühlt wird.
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Bei
den nachstehend erläuterten Ausführungsbeispielen
wird mit Hilfe vorbeiströmenden Kraftstoffs eine kostengünstige
Kühlung des Einspritzventils 9 ermöglicht,
wobei auf eine Kühlung durch Kühlmedium der Verbrennungskraftmaschine und
auf ein Anzapfen des Kühlsystems 11 der Verbrennungskraftmaschine
verzichtet werden kann, was zu erheblichen Kosteneinsparungen führt.
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Die
in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele
zeigen Dosiersysteme zur Eindosierung von Kraftstoff, insbesondere
Dieselkraftstoff, in den Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine.
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Gemäß der
Ausführungsvariante in 2 weist
das Dosiersystem eine eigene Pumpe 13 auf, die über
die Kraftstoffleitung 2 kontinuierlich und gleichmäßig
Kraftstoff zum Einspritzventil 9 fördert. Aus
der Ausführungsform gemäß 2 geht
hervor, dass die Pumpe 13 die Kraftstoffleitung 2 beaufschlagt, über
die Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, dem Einspritzventil 9 zugeführt
wird. Am Einspritzventil 9 befindet sich in der Kraftstoffleitung 2 ein
Kühlblock 10, der mit einem Wärmetauscher
zusammengekoppelt sein kann. Dieser Kühlblock 10 bewirkt
eine Kühlung des Kraftstoffes sowie des Einspritzventils 9,
wobei abgekühlter Kraftstoff über einen Rücklaufabschnitt 14 unter
Zwischenschaltung des Dosierventils 8 sowie der diese betätigenden
Magnetspule 8.1 über die Rücklaufleitung 7.1 in
den Sammelbehälter 7 zurückströmt.
Von diesem aus gelangt Kraftstoff über eine Saugleitung 15 zur
Pumpe 13, deren Druckseite durch Bezugszeichen 18 gekennzeichnet
ist und an der die Kraftstoffleitung 2 zum Einspritzventil 9 angeschlossen
ist. Wie aus der Darstellung der ersten Ausführungsvariante
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dosiersystems
gemäß 2 hervorgeht, mündet
die Kraftstoffleitung 2 in den Kühlblock 10,
der gemäß dieser Ausführungsvariante
doppelwandig ausgebildet ist. Ein Hohlraum 22 wird durch
eine Innenwand 23 und eine Außenwand 24 gebildet.
Der über die Kraftstoffleitung 2 von der Druckseite 18 eines
Förderaggregates 20 geförderte Kraftstoff
tritt in den Hohlraum 22 ein und kühlt das im
Kühlblock 10 aufgenommene Einspritzventil 9.
Das Einspritzventil 9 ist im Kühl block 10 derart
aufgenommen, dass – wie in 2 angedeutet – der Kraftstoff
in Strahlen in den Abgastrakt 17 der Verbrennungskraftmaschine
eingespritzt werden kann, der von Abgas in Strömungsrichtung 21 durchströmt wird.
Bezugszeichen 29 bezeichnet einen Rücklaufanschluss,
an den sich ein ventilnaher Rücklaufabschnitt 14 der
Kraftstoffrücklaufleitung 7.1 anschließt.
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Der
Kraftstoff, der in die Kraftstoffrücklaufleitung 7.1 zurückströmt,
weist eine höhere Temperatur auf, als der Kraftstoff, der über
die Kraftstoffleitung 2 dem Hohlraum 22 des als
doppelwandiges Gehäuse ausgebildeten Kühlblocks 10 zuströmt.
Dieser Kraftstoff dient der Kühlung des im Kühlblock 10 aufgenommenen
Einspritzventils 9 unmittelbar durch den Kraftstoff und
nicht – wie in 1 dargestellt – durch das
Kühlmedium der Verbrennungskraftmaschine. Aus diesem Grunde
baut die in 2 schematisch angedeutete erste
Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Dosiersystems zum Einbringen von Kraftstoff in den Abgastrakt 17 der Verbrennungskraftmaschine
wesentlich einfacher und kompakter, da die Anschlüsse und
Flansche zur Verbindung des Abgastraktes 17 mit dem Kühlkreislauf
der Verbrennungskraftmaschine entfallen.
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Alternativ
zur Ausbildung des Kühlblocks 10 als einwandiges
Gehäuse oder als doppelwandiges Gehäuse, wie vorstehend
in 2 dargestellt, kann die Kraftstoffleitung 2 auch
durch den Kühlblock 10 geführt werden,
wie nachstehend im Zusammenhang mit 3 noch beschrieben
wird.
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Das
Dosiersystem kann gemäß der in 3 dargestellten
weiteren Ausführungsvariante des Dosiersystems an den Niederdruckkreislauf 3 angeschlossen
und über die Kraftstoffleitung 2 und das Schließventil 5 direkt
mit dem Einspritzventil 9 verbunden sein. Nach den Ausführungsbeispielen
gemäß den 2 und 3 wird
mit Hilfe des vorbeiströmenden Kraftstoffs auf kostengünstige
Weise gekühlt, da die Abgastemperatur beim Durchströmen eines
Oxidationskatalysators z. B. auf ca. 600°C ansteigt. Mit
Hilfe der Kühleinrichtung, z. B. ausgestaltet als Kühlblock 10,
der als Halter für das Einspritzventil 9 dient,
wird ein schnelles Altern des Kraftstoffs vermieden. Die Kraftstoffleitung 2 mündet
in den Kühlblock 10, an den auch die Kraftstoffrücklaufleitung 7.1 angeschlossen
ist, die gemäß der Ausführungsvariante
in 2 über ein steuer- bzw. regelbares Druckventil 11 verfügt.
Die Rücklaufleitung 7.1 ist mit dem Sammelbehälter 7 verbunden.
Aus der Ausführungsform der Kühleinrichtung, ausgeführt
als Kühlblock 10, gemäß 3 geht
hervor, dass Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff über
die Kraft stoffleitung 2 aus dem Niederdruckkreislauf 3 gefördert wird.
In der Kraftstoffleitung 2 befindet sich das Schließventil 5.
Die Kraftstoffleitung 2 erstreckt sich zum Einspritzventil 9.
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Stromab
der Kühleinrichtung, ausgebildet als Kühlblock 10,
erstreckt sich der Rücklaufabschnitt 14, in dem
vor dem Übergang in die Rücklaufleitung 7.1 eine
Drosselstelle 16 mit verstellbarem Drosselquerschnitt aufgenommen
ist. Die Rücklaufleitung 7.1 mündet in
den Sammelbehälter 7, in dem der Kraftstoff, insbesondere
Dieselkraftstoff, bevorratet wird.
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Aus
der in 3 dargestellten Ausführungsvariante des
erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dosiersystems
geht hervor, dass die Kraftstoffleitung 2 vor dem Kühlblock 10 in
einen Zulaufzweig 27, der sich zum Einspritzventil 9 erstreckt
und einen Kühlzweig 28, der den Kühlblock 10 durchzieht,
verzweigt. Wie aus 3 hervorgeht, verläuft
der Kühlzweig 28 gemäß dem mit
Bezugszeichen 25 bezeichneten Verlaufs innerhalb des Kühlblocks 10 in Form
eines Mäanders 26. Im Kühlblock 10 ist
darüber hinaus das Einspritzventil 9 gehalten,
was über den Zulaufzweig 27 der Kraftstoffleitung 2 mit
Kraftstoff versorgt wird. Der Kraftstoff wird bei Erreichen des Öffnungsdrucks
des Einspritzventils 9, welches z. B. als druckgesteuertes
Einspritzventil ausgebildet sein kann, in Strahlenform in den Abgastrakt 17 der
Verbrennungskraftmaschine eingespritzt, der in Strömungsrichtung 21 vom
Abgas durchströmt wird. Stromab der Eindosierungsstelle
des Einspritzventils 9 befindet sich im Abgastrakt 17 der
Verbrennungskraftmaschine ein in den Ausführungsvarianten
gemäß der 2 und 3 nicht
dargestellter Dieselpartikelfilter oder ein Oxidationskatalysator.
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Mit
der in 3 dargestellten Ausführungsvariante des
Dosiersystems wird erreicht, dass der Kühlblock 10 von
einem aufgrund des Mäanders 26 verlängerten
Kühlabschnitts 15 der Kraftstoffleitung 2 gekühlt
wird. Bei dieser Ausführungsvariante des Kühlblocks 10 fehlt
es an einem einwandig oder mehrwandig ausgebildeten Gehäuse,
vielmehr dient der Kühlblock 10 in der in 3 dargestellten
Ausführungsvariante als Kühlkörper, der
von Kraftstoff durchströmt wird. Die Temperatur des Kraftstoffs,
der über die Kraftstoffleitung 2 dem Kühlblock 10 für
das Einspritzventil 9 zuströmt, ist erheblich
geringer als die Temperatur des Kraftstoffs, der aus dem Kühlblock 10 am
Rücklaufanschluss 29 in den Rücklaufabschnitt 14 der
Kraftstoffrücklaufleitung 7.1. eintritt. Dies
findet seine Ursache darin, dass der Kraftstoff aufgrund der Nähe
des Einspritzventils 9 in Bezug auf den Abgastrakt 17 der
Verbrennungskraftmaschine in en ger Nachbarschaft zu dieser angeordnet
ist und im Abgastrakt 17 naturgemäß eine
höhere Temperatur herrscht.
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Anstelle
der in 3 eingezeichneten Geometrie des Verlaufs 25 des
Kühlabschnitts 15 innerhalb des Kühlblocks 10 kann
auch eine andere Form als ein Mäander 26 gewählt
werden. Dies ist abhängig von der Größe
des Kühlblocks 10, vom verwendeten Material und
von dem herrschenden Temperaturniveau in Bezug auf die Temperatur
des Abgastrakts 17 der Verbrennungskraftmaschine.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005040918 [0001]
- - DE 102006057425 [0001]