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Die
Erfindung betrifft ein Antriebsaggregat mit mindestens einer Einbringvorrichtung
zum Einbringen eines Fluids in einen Abgastrakt des Antriebsaggregats
oder in das Antriebsaggregat.
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Stand der Technik
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Derartige
Antriebsaggregate sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie dienen
beispielsweise dem Antrieb eines Kraftfahrzeugs. Das Fluid kann beispielsweise
ein Brennstoff für das Antriebsaggregat sein, falls dieses
zumindest eine Brennkraftmaschine aufweist. Der Brennstoff kann
beispielsweise Benzin, Diesel oder ein sogenannter Sonderkraftstoff sein.
In diesem Fall wird das Fluid mittels der Einbringvorrichtung in
das Antriebsaggregat eingebracht, um dort verbrannt und zum Antreiben
des Antriebsaggregats verwendet zu werden. Alternativ oder zusätzlich
kann das Fluid auch ein zum Reinigen von Abgas des Antriebsaggregats
verwendetes Reduktionsmittel sein. In diesem Fall wird das Fluid
in den Abgastrakt des Antriebsaggregats eingebracht, um dort in
dem Abgas enthaltene Schadstoffe umzuwandeln. Das Fluid kann in
diesem Fall beispielsweise eine Harnstofflösung (AdBlue)
sein. Derartige Einbringvorrichtungen sind regelmäßig
temperaturbeaufschlagt, sei es durch Anordnung in dem Abgastrakt
des Antriebsaggregats, wobei die Einbringvorrichtung durch das heiße
Abgas erwärmt wird, oder bei Positionierung im Bereich
eines Brennraums (beziehungsweise Reaktionsraums) des Antriebsaggregats,
wenn das einzubringende Fluid zu dessen Antrieb dient.
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Insbesondere
bei Verwendung des Fluids zur Abgasreinigung kann das Fluid mit
dem Werkstoff der Einbringvorrichtung reagieren, wenn diese sich zu
stark aufgeheizt hat. Beispielsweise umfasst die Einbringvorrichtung
ein Einspritzventil zum Einbringen der Harnstofflösung,
das in einem Dosiermodul in dem Abgastrakt angeordnet ist. Das Einspritzventil besteht üblicherweise
aus metallischen Werkstoffen und dosiert die Harnstofflösung
in den durch den Abgastrakt strömenden Abgasstrom, um darin
enthaltene Stickoxide (NOx) zu reduzieren.
Bedingt durch die hohe Temperatur des Abgases heizt sich das Dosiermodul
stark auf und gibt die Wärme an einen Bereich, beispielsweise
eine Spitze, des Einspritzventils weiter. Das Einspritzventil kann
sich dadurch auf Temperaturen oberhalb von 100°C aufheizen.
Versuche haben gezeigt, dass die metallischen Werkstoffe, aus welchen
das Einspritzventil besteht, ab dieser Temperatur verstärkt
mit der (wässrigen) Harnstofflösung reagieren,
oxidieren beziehungsweise korrodieren. Als Folge davon treten Dichtheitsprobleme
und Mehrmengendosierung an dem Einspritzventil auf.
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Je
höher die Temperatur des Einspritzventils beziehungsweise
der Einbringvorrichtung, desto stärker ist die korrodierende
Wirkung des Fluids auf diese. Ebenfalls gefährdet sind
Schweißnähte, welche an der Einbringvorrichtung
vorhanden sein können. Eine mögliche Lösung
wäre es, die Einbringvorrichtung aus einem anderen Werkstoff
herzustellen, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.
Dies ist jedoch häufig nicht möglich. Beispielsweise
bedingen Härteanforderungen in einem Sitzbereich eines Ventils,
welches in der Einbringvorrichtung vorhanden sein kann, den Einsatz
martensitischer Stähle, die wiederum nicht das Optimum
an Korrosionsbeständigkeit bieten. Im Hinblick auf die
Schweißverbindungen bereiten vor allem die Gefügeänderungen im
Wärmeeinflussbereich Probleme.
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Teilweise
werden, wie in der
DE 10
2008 001 101 beschrieben, Oberflächen, die mit
dem Reduktionsmittel in Kontakt treten, mit einer katalytisch aktiven
Beschichtung versehen. Eine solche ist jedoch aufwändig
und damit teuer in der Herstellung.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß weist
das Antriebsaggregat mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen den Vorteil
auf, dass die Einbringvorrichtung vor Wärmeeintrag beziehungsweise
vor durch das Fluid verursachter Korrosion besser geschützt
ist. Dies wird erreicht, indem zumindest ein mit dem Fluid in Kontakt tretender
Bereich der Einbringvorrichtung zumindest bereichsweise eine gegenüber
dem Fluid chemisch passive und/oder thermisch isolierende Schutzbeschichtung
aufweist. Dabei ist es unerheblich, ob der Bereich der Einbringvorrichtung
aus Metall, Kunststoff, Keramik oder einem sonstigen Material besteht. Wie
bereits eingangs beschrieben, sind die mit dem Fluid in Kontakt
tretenden Bereiche besonders korrosionsanfällig. Aus diesem
Grund wird bevorzugt an diesen Stellen die Schutzbeschichtung vorgesehen. Selbstverständlich
kann die Schutzbeschichtung jedoch auch an weiteren Bereichen der
Einbringvorrichtung angebracht werden, insbesondere, um Wärmeeintrag
in die Einbringvorrichtung zu verhindern. Es soll also zumindest
ein mit dem Fluid in Kontakt tretender und/oder temperaturbeaufschlagter
Bereich der Einbringvorrichtung mit der Schutzbeschichtung versehen
werden. Dies kann auch lediglich bereichsweise vorgesehen sein.
Die Schutzbeschichtung soll gegenüber dem Fluid chemisch
passiv sein. Das bedeutet, dass sie zunächst gegenüber dem
Fluid im Wesentlichen beständig ist und die Reaktion des
Werkstoffs der Einbringvorrichtung mit dem Fluid hemmt, also im
Wesentlichen korrosionshemmend wirkt. Zusätzlich oder alternativ
kann die Schutzbeschichtung thermisch isolierend sein. Sie soll
also eine niedrige thermische Leitfähigkeit aufweisen und
somit keine oder lediglich wenig Wärme von heißem
Abgas oder aus dem Brennraum an die Einbringvorrichtung weiterleiten.
Das mittels der Einbringvorrichtung eingebrachte Fluid steht üblicherweise
unter Druck und kann bei dem Einbringen zerstäubt werden,
um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Einbringvorrichtung
eine Dosiereinrichtung, einen Kanal, eine Düse und/oder
ein Ventil, insbesondere ein Einspritzventil, aufweist. Die Dosiereinrichtung
dient dabei dem Einbringen einer bestimmten Menge des Fluids, also
einer Dosierung. Durch den Kanal, die Düse und/oder das
Ventil gelangt das Fluid aus der Einbringvorrichtung heraus. Die
Düse kann einen konvergierenden Verlauf aufweisen, jedoch
auch als Diffusor ausgebildet sein, also divergierend ausgelegt
sein. Das Ventil ist beispielsweise ein Einspritzventil, über
welches das druckbeaufschlagte Fluid gesteuert in den Abgastrakt
beziehungsweise das Antriebsaggregat eingebracht werden kann. Das
Ventil kann von der Dosiereinrichtung gesteuert und/oder geregelt
werden.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Düse einen
Einbringbereich mit einem sich in axialer Richtung vergrößernden
oder sich verringernden Querschnitt aufweist. Die Düse
weist also, wie bereits ausgeführt, einen konvergierenden
oder divergierenden Verlauf auf. Beispielsweise kann der Einbringbereich
konusförmig, kegelstumpfförmig beziehungsweise
trichterförmig ausgebildet sein.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Mantelfläche
des Einbringbereichs die Schutzbeschichtung zumindest bereichsweise
aufweist. Der Einbringbereich der Einbringvorrichtung ist üblicherweise
stark belastet, da er sowohl mit dem Fluid in Kontakt tritt beziehungsweise
treten kann und auch häufig temperaturbeaufschlagt ist,
beispielsweise durch das Abgas. Über den Einbringbereich
kann auch Wärme in die Einbringvorrichtung eingebracht werden,
und somit weitere Bereiche dieser aufheizen. Daher soll vor allem
der Einbringbereich beziehungsweise dessen Mantelfläche
die Schutzbeschichtung aufweisen, um Korrosion und/oder Wärmeeintrag
an dieser Stelle zu verhindern.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein Ventilsitz des Ventils
die Schutzbeschichtung zumindest bereichsweise aufweist. In diesem Bereich
muss häufig der Werkstoff so gewählt werden, dass
er gewisse Anforderungen an die Härte erfüllt.
Solche Werkstoffe erfüllen aber häufig nicht alle Anforderungen
hinsichtlich der Beständigkeit beziehungsweise der Korrosionsfestigkeit.
Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn die Schutzbeschichtung
in diesem Bereich angebracht wird.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Schutzbeschichtung
im Bereich einer Schweißnaht vorgesehen ist. Dabei soll
die Schutzbeschichtung die Schweißnaht insbesondere abdecken,
sodass das Fluid keinen negativen Einfluss auf diese auswirken kann
beziehungsweise an dieser Stelle keine Wärme in die Einbringvorrichtung
eingetragen wird. Auf diese Weise können die Gefügeänderungen
im Wärmeeinflussbereich verhindert beziehungsweise zumindest
verringert werden.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Schutzbeschichtung
eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und/oder eine
hohe Temperaturbeständigkeit und/oder eine geringe Oberflächenrauhigkeit aufweist.
Zur Realisierung der thermisch isolierenden Eigenschaft der Schutzbeschichtung
besteht die Schutzbeschichtung aus einem Material, welches eine
niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist. Vorteilhaft ist
es ebenso, wenn die Schutzbeschichtung temperaturbeständig
ist, da in Bereichen, an welchen die Einbringvorrichtung üblicherweise
vorgesehen ist, hohe Temperaturen vorliegen. Zusätzlich
oder alternativ kann die Schutzbeschichtung die geringe Oberflächenrauhigkeit
aufweisen. Diese ist vorteilhaft, da sich somit das Fluid beziehungsweise
aus dem Fluid hervorgegangene Ablagerungen nicht an der Einbringvorrichtung
festsetzen können. Dieses Festsetzen hätte beispielsweise
den Effekt, dass die Korrosion des Werkstoffs der Einbringvorrichtung
verstärkt und/oder der Wärmeeintrag an dieser
Stelle erhöht würde.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Schutzbeschichtung
Keramik, insbesondere Silikat, Silandioxid und/oder Kunststoff,
insbesondere Parylen, aufweist. Keramik hat den Vorteil, dass es sowohl
eine hohe Temperaturbeständigkeit als auch eine schlechte
Wärmeleitfähigkeit aufweisen kann. Die Keramik
kann beispielsweise Silikat aufweisen oder aus Silikat bestehen.
Ebenso ist es möglich, die Schutzbeschichtung aus Silandioxid
zu fertigen. Dieses ist glasartig und kann beispielsweise auf die
Einbringvorrichtung aufgeschmolzen werden. Ebenso ist es möglich,
dass Kunststoff verwendet wird. Vorteilhafterweis kann hier perflouriertes
Parylen verwendet werden.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Schutzbeschichtung
eine Dicke von kleiner gleich 100 μm, insbesondere kleiner
gleich 10 μm, aufweist. Die Schutzbeschichtung muss sehr
dünn appliziert werden, um zu verhindern, dass sich durch die
unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der Schutzbeschichtung
und weiteren Bereichen der Einbringvorrichtung sich die Schutzbeschichtung
von diesen löst. Eine Schutzbeschichtung mit der genannten
Dicke reicht üblicherweise aus, um die Einbringvorrichtung
ausreichend korrosionsbeständig zu machen beziehungsweise
den Wärmeeintrag in diese soweit zu reduzieren, dass eine
Korrosion verhindert wird beziehungsweise langsamer abläuft.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Schutzbeschichtung
mittels Pyrolyse, Aufschmelzen oder Aufspritzen aufgebracht ist.
Die Schutzbeschichtung wird beispielsweise durch Pyrolyse, insbesondere
Flammenpyrolyse aufgebracht. Dabei kann ein mit Si-Verbindungen
angereichertes Gas zum Einsatz kommen, womit eine Silikatschicht auf
dem beflammten Bereich der Einbringvorrichtung abgeschieden wird.
Diese stellt eine Barriereschicht dar, die den korrosiven Angriff
auf den Werkstoff der Einbringvorrichtung verhindert beziehungsweise ausreichend
lange verzögert. Die Schutzbeschichtung lässt
sich partiell, beispielsweise im Bereich von Schweißnähten,
oder auch großflächig aufbringen. Aufgrund der
kurzen Einwirkzeit bei dem Aufbringen der Schutzbeschichtung mittels
Pyrolyse ist der Wärmeeintrag in den meisten Fällen
zu vernachlässigen. Die Pyrolyse ist ein nachträglich
implementierbarer und kostengünstiger Prozess. Ersteres
bedeutet, dass die Beschichtung auch nachträglich bei bereits bestehenden
Produkten zum Einsatz kommen kann. Dies hat den Vorteil, dass Werkstoff-
beziehungsweise Konstruktionsänderungen an der Einbringvorrichtung
beziehungsweise dem Antriebsaggregat nicht zwingend notwendig sind.
Das Aufschmelzen kann vor allem in Zusammenhang mit Silandioxid
und das Aufspritzen bei Kunststoff eingesetzt werden.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Einbringvorrichtung
zum Einbringen eines Reduktionsmittels oder eines Brennstoffs vorgesehen
ist.
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Eine
Weiterbildung sieht vor, dass die Einbringvorrichtung in einem Bereich
angeordnet ist, der thermisch stark belastet ist. Beispielsweise
kann die Einbringvorrichtung in einem Abgasstrom in dem Abgastrakt
des Antriebsaggregats oder in einem Brenn- beziehungsweise Reaktionsraum
vorgesehen sein. In diesen Fällen wird die Einbringvorrichtung
hohen Temperaturen ausgesetzt, womit sie sich erwärmt und
besonders anfällig für einen korrosiven Einfluss des
Fluids ist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert,
ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Es zeigen:
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1 einen
Querschnitt einer Einbringvorrichtung, und
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2 eine
Vorderseite der Einbringvorrichtung.
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Die 1 zeigt
einen Querschnitt einer Einbringvorrichtung 1, welche hier
beispielhaft als Dosiermodul ausgebildet ist. Die Einbringvorrichtung 1 dient
zum Einbringen einer Harnstofflösung in einen Abgastrakt
eines Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs (beide nicht dargestellt).
Die Einbringvorrichtung weist ein Ventil 2 auf, welches
als Einspritzventil ausgebildet ist. Durch die Einbringvorrichtung 1 verläuft
ein Kanal 3, durch welche die Harnstofflösung dem
Einspritzventil 2 zugeführt wird und anschließend
durch einen Einbringbereich 4 in den Abgastrakt des Antriebsaggregats
eingebracht wird. Das bedeutet, dass zumindest der Einbringbereich 4 der Einbringvorrichtung 1 durch
heißes Abgas des Antriebsaggregats temperaturbeaufschlagt
ist. Der Einbringbereich 4 ist Bestandteil einer Düse 5,
wobei diese in Axialrichtung einen divergierenden Verlauf aufweist,
sich also in Richtung des Abgastrakts aufweitet. Der Einbringbereich 4 weist
also einen sich in axialer Richtung (Achse 6) sich vergrößernden
Querschnitt auf.
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Durch
das Aufheizen der Einbringvorrichtung 1 durch das Abgas
wird auch das Einspritzventil 2 erwärmt. Es sich
gezeigt, dass das Einspritzventil 2, welches häufig
aus einem metallischen Werkstoff besteht, bei erhöhten
Temperaturen verstärkt mit der wässrigen Harnstofflösung
reagiert. Als Folge treten Dichtheitsprobleme und Mehrmengendosierung
an dem Einspritzventil 2 auf. Aus diesem Grund ist auf einer
Mantelfläche 7 der Düse 5 eine
Schutzbeschichtung 8 aufgebracht. Die Schutzbeschichtung 8 ist
vor allem thermisch isolierend. Das bedeutet also, dass die Einbringvorrichtung 1 abgasseitig
mit der Schutzbeschichtung 8 versehen wird und somit keine oder
weniger Wärme von heißem Abgas an den Werkstoff
der Einbringvorrichtung 1 weitergeleitet wird. Daher kann
sich auch das Einspritzventil 2 nicht so stark aufheizen,
womit dessen Korrosionsanfälligkeit vermindert wird. Ebenso
kann auch vorgesehen sein, einen Ventilsitz des Einspritzventils 2 zumindest bereichsweise
mit der Schutzbeschichtung 8 zu versehen. Als weitere Eigenschaft
kann die Schutzbeschichtung 8 chemisch passiv gegenüber
dem Fluid sein. Sie soll also im Wesentlichen beständig
gegen das Fluid sein.
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Die
Schutzbeschichtung 8 muss sehr dünn appliziert
werden, um eine Ablösen der Schutzbeschichtung 8 durch
unterschiedliche Wärmeausdehnung der Einbringvorrichtung 1 und
der Schutzbeschichtung 8 zu verhindern. Eine solche wird
durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Werkstoffe verursacht. Die Schutzbeschichtung 8 kann
beispielsweise aus Keramik bestehen, wobei eine Dicke von kleiner
gleich 10 μm als vorteilhaft angesehen wird.
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Die 2 zeigt
eine Vorderseite der Einbringvorrichtung 1, wobei ein Außenbereich 9 die Düse 5 einfasst,
durch welche die Harnstofflösung in den Abgastrakt eingebracht
wird. Zu erkennen ist die Mantelfläche 7 mit der
Schutzbeschichtung 8. Im Zentrum der Düse 5 ist
der Kanal 3 angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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