DE102009014832A1

DE102009014832A1 - Einspritzvorrichtung, insbesondere für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102009014832A1
Application number: DE102009014832A
Authority: DE
Inventors: Thomas Beckmann
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2010-09-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung (1) zur Injektion einer Wirksubstanz in die Abgasanlage, insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor, wobei zwischen einem Injektor (2) und einem Außengehäuse (3) der Einspritzvorrichtung (1) eine Isoliereinrichtung (4) zum Schutz gegen eine Abgaswärme der Abgasanlage angeordnet ist. Durch geschickte Anordnung der Isoliereinrichtung (4) und günstige Auswahl der Isoliermaterialien (11, 17) ist es möglich eine akustische und thermische Entkopplung des Injektors (2) von dem Außengehäuse (3) zu erreichen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung zur Injektion einer Wirksubstanz in eine Abgasanlage, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2008 040 476 ist eine Einspritzvorrichtung für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs bekannt. Damit ein Wärmeübergang von der Abgasanlage zu einem Injektor der Einspritzvorrichtung reduziert ist, ist die Abgasanlage im Bereich des Injektors doppelwandig ausgebildet. Dabei ist ein Zwischenraum der doppelwandig ausgebildeten Abgasanlage entweder mit Luft gefüllt oder zumindest teilweise mit einem thermischen Isolationsmaterial verfüllt. Dadurch lässt sich eine thermische Abstrahlung der Abgasanlage im Bereich des Injektors verringern.
In der EP 1 878 887 A1 wird eine Einspritzvorrichtung für eine Abgasanlage beschrieben, die zumindest eine Komponente einer Einspritzrichtung entgegen einer Strömungsrichtung des Abgases aufweist. Um eine Kristallbildung an einer Auslassdüse und eine Zersetzung einer Wirksubstanz in einem in einen Abgaspfad hineinragenden Abschnitt des Injektors zu verhindern, ist der in den Abgaspfad hineinragende Abschnitt des Injektors doppelwandig ausgebildet, wobei der von der Doppelwand umgebene Zwischenraum von Luft durchströmt wird, die durch an der Düse angeordnete Öffnungen austritt und um die Düse ein kühles Luftpolster ausbildet. Durch diesen Luftstrom ist sowohl der in den Abgaspfad hineinragende Abschnitt des Injektors als auch die Injektionsdüse ausreichend gegen die Abgaswärme geschützt.
Aus der EP 1 878 920 A1 ist eine Einspritzvorrichtung bekannt, bei der ein Pumpenkopf der Einspritzvorrichtung über einen Wärmetauscher durch ein flüssiges Einspritzmittel selbst gekühlt wird. Zudem ist zumindest der in den Abgaspfad hineinreichende Abschnitt der Einspritzvorrichtung doppelwandig ausgebildet, wobei der Zwischenraum der Doppelwand evakuiert ist. Dadurch ist ein Wärmeübergang vom Abgas auf das Einspritzmittel durch den umgebenden evakuierten Abschnitt reduziert.
Eine Evakuierung des von den Doppelwänden umgebenen Zwischenraums des zumindest teilweise in den Abgaspfad hineinragenden doppelwandigen Gehäusebereichs ist ebenfalls zur Wärmeisolierung aus der EP 1 878 889 A1 bekannt.
Die DE 10 2006 053 558 A1 beschreibt eine Einspritzvorrichtung zum Dosieren von einem Reduktionsmittel und einen Injektor zur Verwendung in einer solchen Einspritzvorrichtung. Dabei weist eine in den Abgaskanal hineinragende Düsenverlängerung jeweils einen im Inneren der Düsenverlängerung angeordneten Zulaufkanal und Rücklaufkanal auf, wobei sowohl der Zulaufkanal als auch der Rücklaufkanal mit einer federbelasteten Einspritzdüse verbunden sind. Während des Betriebs sind der Zulaufkanal und der Rücklaufkanal von dem Reduktionsmittel, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung, durchströmt, so dass die in den Abgaskanal hineinragende Düsenverlängerung durch das Reduktionsmittel gekühlt wird. Ab einem bestimmten Druckschwellwert öffnet sich die federbelastete Einspritzdüse selbstständig, wodurch das Reduktionsmittel in den Abgasstrom eingespritzt wird.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem für eine Einspritzvorrichtung zur Injektion einer Wirksubstanz in die Abgasanlage eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine verbesserte thermische und akustische Isolation auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zwischen einem Außengehäuse und einem Injektor der Einspritzvorrichtung Lagermatten anzuordnen, die zum einen den Injektor in dem Außengehäuse fixieren und zum anderen schalldämmend auf durch den Injektor erzeugte Schallschwingungen wirken. Eine solche Isoliereinrichtung haltert zum einen den Injektor in dem Außengehäuse und entkoppelt zum anderen den Injektor akustisch von dem Außengehäuse. Dadurch ist ein Schallübergang von dem Injektor auf das Außengehäuse deutlich verringert und störende, durch den Injektor verursachte Geräusche werden nur deutlich schallgedämpft über das Außengehäuse auf die Abgasanlage und die Umgebung der Einspritzvorrichtung übertragen.
Desweiteren kann der Injektor mit zumindest einem, insbesondere den Injektor radial umgebenden, Steg ausgestattet sein, der ebenfalls in dem Gehäuse mittels Lagermatten so fixiert ist, dass sich der Steg und das Außengehäuse nicht direkt berühren.
Vorzugsweise ist zwischen einem eine Auslassdüse des Injektors aufweisenden Endabschnitt des Injektors und dem Außengehäuse eine Lagermatte angeordnet. Diese Lagermatte erfüllt zusätzlich zu einer akustischen Entkopplung des Injektors vom Außengehäuse auch den Zweck einer thermischen Isolierung des Endabschnitts gegen heiße Abgase.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 einen Längsschnitt durch einen Injektor in Einbaulage mit einem Außengehäuse,
2 einen Längsschnitt durch ein Einspritzrohr des Injektors mit einem Steg in Einbaulage mit dem Außengehäuse,
3 einen Längsschnitt durch den Injektor in Einbaulage mit dem Außengehäuse und einem elektrischen Anschluss.
Gemäß 1 weist eine Einspritzvorrichtung 1 einen Injektor 2, ein Außengehäuse 3 und eine zwischen dem Injektor 2 und dem Außengehäuse 3 angeordnete Isoliereinrichtung 4 auf. Der Injektor 2 kann in einen Anschlussabschnitt 5 mit einem Flüssigkeitsanschluss 6, in einen Korpus 7 und in ein Einspritzrohr 8 mit einer an einem Endabschnitt 9 des Einspritzrohrs 8 angeordneten Einspritzdüse 10 unterteilt werden. Zwischen sämtlichen Teilen des Injektors 2 und dem Außengehäuse 3 können Lagermatten 11, 11', 11'', 11''', 11'''' vorgesehen sein, die zum einen den Injektor 2 in dem Außengehäuse 3 fixieren und zum anderen schalldämmend auf durch den Injektor 2 erzeugte Schallschwingungen wirken. Durch diese Lagermatten 11, 11', 11'', 11''', 11'''' ist der Injektor 2 ohne direkten Kontakt zu dem Außengehäuse 3 in demselben gehaltert.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Außengehäuse 3 mehrere Gehäuseteile auf, die nach dem Einsetzen des Injektors 2 in das Außengehäuse 3 miteinander verbunden werden. Dabei ist eine unlösbare Verbindung durch z. Bsp. Löten, Schweißen, Laserschweißen oder dergleichen bevorzugt. Dabei kann das Außengehäuse 3 aus zwei Halbschalen aufgebaut sein, deren Verbindungsebene die Längsachse 12 enthält. In einer weiteren Ausführungsform ist das Außengehäuse 3 auch aus zwei oder mehreren zylinderförmigen Gehäuseteilen 13, 13', 13'' zusammensetzbar. In beiden Ausführungsformen bilden die Halbschalen bzw. die zylinderförmigen Gehäuseteile 13, 13', 13'' die Konturen des Injektors 2 quer zu seiner Längsachse 12 nach.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform weist das Außengehäuse 3 eine erste Öffnung 14 zur Durchführung der Einspritzdüse 10 durch das Außengehäuse 3 auf. Eine zweite Öffnung 15 ist entlang der Längsachse 12 an dem der ersten Öffnung 14 gegenüberliegenden Ende des Außengehäuses 3 angeordnet. Diese zweite Öffnung 15 dient zur Durchführung des Fluidanschlusses 6.
Zusätzlich zu den ersten beiden Öffnungen 14, 15, kann das Außengehäuse 3 im Bereich der zweiten Öffnung 15 eine dritte Öffnung zur Durchführung von elektrischen Anschlüssen aufweisen. Es ist allerdings auch möglich, einen elektrischen Anschluss an dem Anschlussabschnitt 5 des Injektors 2 außerhalb des Außengehäuses 3 zu installieren. In diesem Fall ist eine dritte Öffnung im Außengehäuse 3 nicht notwendig und zum anderen können elektrische Leitungen innerhalb des Anschlussabschnittes 5 zu den elektronischen Bauteilen des Korpus 7 durchgeführt werden. Bevorzugt sind im Bereich der Öffnungen 14, 15 zwischen dem Injektor 2 und dem Außengehäuse 3 jeweils eine Aussparung 16, 16', z. Bsp. in Form eines Ringspaltes, angeordnet. Dadurch lässt sich das Außengehäuse 3 akustisch vom Injektor 2 entkoppeln und es wird durch die Aussparungen 16, 16' eine Übertragung von durch den Injektor 2 erzeugten Schallschwingungen reduziert bzw. unterbunden. Im Zusammenwirken mit den Lagermatten 11, 11', 11'', 11''', 11'''' ist somit das Außengehäuse 3 weitgehend von dem Injektor 2 schallentkoppelt.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn auch innerhalb des Außengehäuses 3 der Injektor 2 das Außengehäuse 3 nicht berührt. Dies wird zum einen durch die Lagermatten 11, 11', 11'', 11''', 11'''' erreicht und zum anderen durch Verfüllen des Zwischenraums zwischen dem Außengehäuse 3 und dem Injektor 2 mit Isoliermaterial 17, 17'. In den Bereichen innerhalb des Außengehäuses 3, in denen der Zwischenraum zwischen Außengehäuse 3 und Injektor 2 nicht mit Isoliermaterial 17, 17' verfüllt ist, muss zwischen Injektor 2 und Außengehäuse 3 ein Abstand 18 angeordnet sein. Nun ist es auch denkbar, dass sämtlicher Zwischenraum zwischen dem Außengehäuse 3 und dem Injektor 2 mit Lagermatten 11, 11', 11'', 11''', 11'''' ausgefüllt ist. Da diese Lagermatten 11, 11', 11'', 11''', 11'''' teuer sind, lassen sich in weniger temperaturbelasteten Bereichen die Lagermatten 11, 11', 11'', 11''', 11'''' durch weniger temperaturbeständiges, billigeres Isoliermaterial 17, 17' ersetzen. Ebenfalls denkbar ist, dass weite Bereiche des Zwischenraums zwischen Außengehäuse 3 und Injektor 2 unverfüllt bleiben, um so eine Luftisolation zu erzielen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Lagermatten 11 und das Isoliermaterial 17 die zumindest einen Teil der Isoliereinrichtung 4 darstellen, auf den Injektor 2 aufgebracht. An dem Injektor 2 können die Lagermatten 11 und das Isoliermaterial 17 mit einer abdeckenden Metallfolie befestigt werden. Denkbar sind aber auch weitere Befestigungsarten wie z. Bsp. das Fixieren mit einem Metallgewebe. In Einbaulage liegen somit die Lagermatten 11 und das Isoliermaterial 17 an dem Injektor 2 und an der Innenseite des Außengehäuses 3 an.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Einspritzvorrichtung 1 mittels eines am Außengehäuse 3 angeordneten Außengewindes in einen an der Abgasanlage angeordneten Kopplungsstutzen mit Innengewinde eingeschraubt. Dabei soll die Einspritzdüse 10 möglichst wenig in einen Abgaspfad eines Abgasrohres hineinragen. Idealerweise tritt ein aus der Einspritzdüse 10 austretender Einspritzstrahl in einem 45°-Winkel zu einer Strömungsrichtung eines Abgases in das Abgasrohr ein. Vorzugsweise wird die Einspritzvorrichtung 1 auch in einem 45°-Winkel zu dem Abgasrohr der Abgasanlage an dem Abgasrohr angebracht. Dabei ist zweckmäßigerweise auch der Kopplungsstutzen an der Abgasanlage in einem 45°-Winkel zu dem Abgasrohr der Abgasanlage ausgerichtet.
Wie in der 2 gezeigt, kann an dem Injektor 2 zumindest ein z. Bsp. radial zu der Längsachse 12 angeordneter Steg 19 befestigt sein. Ein solcher Steg 19 kann in Form einer Lochscheibe auf den Injektor 2 aufgesteckt und an dem Injektor 2 fixiert sein oder es kann an der Lochscheibe z. Bsp. jeweils eine Aussparung zwischen mehreren Stegarmen ausgebildet sein. Ein solcher Steg 19 kann in eine Ausstülpung 20 des Außengehäuses 3 hineinragen und wird in dieser Ausstülpung 20 durch eine oder mehrere Lagermatten 21, 21' fixiert. Durch eine solche Lagerung des Steges 19 mit Lagermatten 21, 21' lässt sich eine Bewegung entlang der Längsachse 12 des Injektors 2 verhindern. Aufgrund der hohen thermischen Belastung ist in einer zweckmäßigen Ausführungsform ein solcher Steg 19 im Bereich der Einspritzdüse 10 aus Metall ausgebildet. In einem von der Einspritzdüse 10 beabstandeten Bereich des Injektors 2, also im Bereich des Korpus 7 oder im Bereich des Anschlussabschnitts 5 oder auch in einem von dem Bereich der Einspritzdüse 10 beabstandeten Bereich des Einspritzrohres 8 kann ein solcher Steg 19 aus Kostengründen und Gewichtsgründen auch aus Kunststoff ausgebildet sein.
Da besonders im Bereich der Einspritzdüse 10, also auch im Endabschnitt 9 des Einspritzrohres 8 die thermische Belastung durch die heißen Abgase sehr hoch ist, ist es vorteilhaft, die Lagermatte 11 aus austragsfreien Keramikfasern auszuformen. Diese Matten haben den Vorteil, dass sie sich in den heißen Abgasen nicht zumindest teilweise auflösen. Die Lagermatten 11, 11', 11'', 11''', 11'''' sind je weiter sie von der Einspritzdüse 10 beabstandet sind, umso weniger thermisch belastet. Je weiter somit die Lagermatte 11, 11', 11'', 11''', 11'''' von der Einspritzdüse 10 beabstandet ist, desto weniger temperaturbeständig und qualitativ hochwertig muss sie sein.
Vorzugsweise ist die Lagermatte 11, die zwischen dem Endabschnitt 9 des Injektors 2 und dem Außengehäuse 3 im Bereich der Einspritzdüse 10 angeordnet ist, gasundurchlässig. Zur weiteren Verbesserung der Gasundurchlässigkeit kann auch alternativ oder zusätzlich ein O-Ring an dem Einspritzrohr 8 zwischen dem Außengehäuse 3 und dem Injektor 2 vorgesehen sein.
Wie in 3 dargestellt ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein elektrischer Anschluss 22 außerhalb des Außengehäuses 3 an dem Anschlussabschnitt 5 angeordnet. Eine bevorzugte Ausführungsform der Einspritzvorrichtung hat in etwa die in der 3 gezeigte Kontur.
Abschließend wird darauf hingewiesen, dass die Isoliereinrichtung 4, umfassend die Lagermatten 11, 11', 11'', 11''', 11'''' und das Isoliermaterial 17, 17' sowie die Lagermatten 21, 21', vorzugsweise nicht nur schallisolierend, sondern auch wärmeisolierend wirkt. Aufgrund dessen gelingt durch die Isoliereinrichtung 4 eine thermische und eine akustische Entkopplung des Injektors 2 vom Außengehäuse 3.

1: Einspritzvorrichtung
2: Injektor
3: Außengehäuse
4: Isoliereinrichtung
5: Anschlussabschnitt
6: Fluidanschluss
7: Korpus
8: Einspritzrohr
9: Endabschnitt
10: Einspritzdüse
11, 11', 11'', 11''', 11'''': Lagermatten
12: Längsachse
13, 13', 13'': Gehäuseteil
14: erste Öffnung
15: zweite Öffnung
16: Aussparung
17, 17': Isoliermaterial
18: Abstand
19: Steg
20: Ausstülpung
21: Lagermatte
22: elektrischer Anschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102008040476 [0002]
- EP 1878887 A1 [0003]
- EP 1878920 A1 [0004]
- EP 1878889 A1 [0005]
- DE 102006053558 A1 [0006]

Claims

Einspritzvorrichtung zur Injektion einer Wirksubstanz in die Abgasanlage, insbesondere eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor, – mit einem Injektor (2), – mit einem Außengehäuse (3) zur Aufnahme des Injektors (2), – mit einer zwischen dem Außengehäuse (3) und dem Injektor (2) angeordneten Isoliereinrichtung (4) zum Schutz gegen eine Abgaswärme der Abgasanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Isoliereinrichtung (4) mehrere den Injektor (2) in dem Außengehäuse (3) fixierende Lagermatten (11, 11', 11'', 11''', 11'''') zur Schalldämmung von durch den Injektor (2) erzeugten Schallschwingungen aufweist.
Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Lagermatten (11, 11', 11'', 11''', 11'''') der Injektor (2) ohne direkten Kontakt zu dem Außengehäuse (3) in demselben gehaltert ist.
Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (3) mehrere Gehäuseteile (13, 13', 13'') aufweist, wobei die einzelnen Gehäuseteile (13, 13', 13'') nach Einsetzen des Injektors (2) in das Außengehäuse (3), insbesondere unlösbar, miteinander verbunden werden.
Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (3) eine erste Öffnung (14) zur Durchführung einer Einspritzdüse (10) des Injektors (2) und eine zweite Öffnung (15) an dem der ersten Öffnung (14) entlang der Längsachse gegenüberliegenden Ende des Außengehäuses (3) zur Durchführung eines Fluidanschlusses (6) aufweist.
Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (3) eine dritte Öffnung, insbesondere im Bereich der zweiten Öffnung (15), zur Durchführung eines elektrischen Anschlusses (22) aufweist.
Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Außengehäuse (3) und dem Injektor (2) zumindest im Bereich der Öffnungen (14, 15) jeweils eine Aussparung (16, 16'), z. B. in Form eines Ringspaltes, angeordnet ist.
Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzvorrichtung (1), insbesondere in einem Winkel von 45° zu einer Strömungsrichtung eines Abgases, mit ihrem Außengehäuse (3) an der Abgasanlage befestigt ist.
Einspritzvorrichtung zumindest nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (3) im Bereich der Einspritzdüse (10) mit einem Gewinde ausgestattet ist, mit dem die Einspritzvorrichtung (1) auf die Abgasanlage aufgeschraubt werden kann.
Einspritzvorrichtung zumindest nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Einspritzdüse (10) zwischen dem Injektor (2) und dem Außengehäuse (3) eine Lagermatte (11) angeordnet ist.
Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (2) zumindest einen radial zu der Längsachse 12 angeordneten Steg (19) aufweist.
Einspritzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zumindest einen Steg (19) und dem Außengehäuse (3) eine Lagermatte (21, 21') angeordnet ist, wodurch der Injektor (2) im Außengehäuse (3) gegen Bewegungen entlang der Längsachse (12) fixiert ist.
Einspritzvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein solcher Steg (19) im Bereich der Einspritzdüse (10) aus Metall ausgebildet ist.
Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein solcher Steg (19) in einem von der Einspritzdüse (10) beabstandeten Bereich aus Kunststoff ausgebildet ist.
Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtlicher Zwischenraum zwischen dem Außengehäuse (3) und dem Injektor (2) mit Lagermatten (11, 11', 11'', 11''', 11'''') ausgefüllt ist.
Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht mit Lagermatten (11, 11', 11'', 11''', 11'''') verfüllte Zwischenraum zwischen dem Außengehäuse (3) und dem Injektor (2) mit einem anderen, insbesondere weniger temperaturbeständigen, Isoliermaterial (17, 17') ausgefüllt ist.