DE102009032487A1 - Anti-freeze device for exhaust gas purification device for internal combustion engine of commercial motor vehicle, has valve opening passage when pressure in interior of injecting device achieves and/or exceeds pressure of valve - Google Patents

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Sascha Fuß
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Gerd Sonnenhol
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Abstract

The device (42) has an opening (42a) connecting an interior of an injecting device i.e. electromechanically controllable injection nozzle (4), with an exterior of the injecting device. A valve (42b) is arranged in the opening and locks the opening when pressure in an interior of the injecting device is below response pressure of the valve. The valve opens a passage into the opening when the pressure in the interior of the injecting device achieves and/or exceeds the response pressure of the valve. The exterior of the injecting device is formed from interior volume of a line. An independent claim is also included for an exhaust gas purification device.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungseinrichtung für Fahrzeuge, bei der zur Abgasreinigung ein fluides und insbesondere ein flüssiges Reduktionsmittel verwendet wird.The The present invention relates to an exhaust gas purification device for vehicles, in the exhaust gas purification a fluid and in particular a liquid reducing agent is used.
  • Bei der thermischen Verwertung von festen, gasförmigen und flüssigen natürlichen und fossilen Brennstoffen wie beispielsweise Kohle, Gas, Öl und Holz kommt es in der Regel zur Bildung von Stickoxiden NOX. Auch die Abgase von Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge und Nutzfahrzeuge enthalten Stickoxide. Besonders hoch ist der Anteil an Stickoxiden in Abgasen von dieselbetriebenen Verbrennungsmotoren.In the thermal utilization of solid, gaseous and liquid natural and fossil fuels such as coal, gas, oil and wood, there is usually the formation of nitrogen oxides NO X. The exhaust gases of internal combustion engines for motor vehicles and commercial vehicles contain nitrogen oxides. The proportion of nitrogen oxides in exhaust gases from diesel-powered internal combustion engines is particularly high.
  • Stickoxide und insbesondere Stickstoffdioxid NO2 stehen im Verdacht, die menschlichen Atmungsorgane zu reizen oder zu schädigen. Außerdem werden Stickoxide aufgrund der Bildung von Salpetersäure (HNO3) durch Reaktion mit Wasser (H2O) (2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2) oder durch Aufnahme von N2O5 in Aerosolpartikel und nachfolgender Bildung von NO3 in flüssiger Phase mit für die Entstehung des ”Sauren Regens” in Verbindung gebracht. Ferner gelten Stickoxide auch an der Bildung von Smog und (unter Einfluss von UV-Strahlung) auch an der Bildung von Ozon (O3) beteiligt.Nitrogen oxides and in particular nitrogen dioxide NO 2 are suspected of irritating or damaging the human respiratory system. In addition, nitric oxides due to the formation of nitric acid (HNO 3 ) by reaction with water (H 2 O) (2NO 2 + H 2 O → HNO 3 + HNO 2 ) or by incorporation of N 2 O 5 in aerosol particles and subsequent formation of NO 3 - in the liquid phase associated with the formation of "acid rain". Furthermore, nitrogen oxides are also involved in the formation of smog and (under the influence of UV radiation) also in the formation of ozone (O 3 ).
  • Es werden daher verstärkt Anstrengungen unternommen, den Gehalt von Stickoxiden im Abgas zu reduzieren. Hierfür wurde vorgeschlagen, ein ungiftiges fluides Reduktionsmittel aus Wasser (H2O) und Harnstoff (CH4N2O) präzise dosiert in den (noch heißen) Abgasstrom einzuspritzen. Der dabei entstehende Ammoniak (NH3) reagiert mit den Stickoxiden des Abgases in einem der Einspritzung entlang des Abgasstroms nachgeschalteten SCR-Katalysator (SCR = Selective Catalytic Reduction, zu deutsch: Selektive katalytische Reduktion) zu für die Umwelt unschädlichem Stickstoff und Wasser. Als flüssiges Reduktionsmittel kann beispielsweise mit Wasser versetzter Harnstoff verwendet werden. Eine 32,5%-ige wässrige Harnstofflösung ist zum Beispiel unter dem Markennamen AdBlue® im Handel erhältlich. Die Einspritzung des Reduktionsmittels kann dabei mit Druckluft vermischt oder direkt in flüssiger Form erfolgen. Prinzipiell wäre es auch möglich Ammoniak anstelle von Harnstoff als Reduktionsmittel zu verwenden, aufgrund der ätzenden, umweltgefährdenden und giftigen Eigenschaft von Ammoniak ist dies jedoch äußerst problematisch.Efforts are therefore increasingly being made to reduce the content of nitrogen oxides in the exhaust gas. For this purpose, it was proposed to inject a non-toxic fluid reducing agent of water (H 2 O) and urea (CH 4 N 2 O) precisely metered into the (still hot) exhaust stream. The resulting ammonia (NH 3 ) reacts with the nitrogen oxides of the exhaust gas in a downstream of the injection along the exhaust stream SCR catalyst (SCR = Selective Catalytic Reduction, to German: Selective catalytic reduction) to the environment harmless nitrogen and water. As the liquid reducing agent, for example, urea mixed with water may be used. A 32.5% aqueous urea solution is available, for example under the brand name AdBlue ® commercially. The injection of the reducing agent can be mixed with compressed air or carried out directly in liquid form. In principle, it would also be possible to use ammonia instead of urea as a reducing agent, but due to the corrosive, environmentally hazardous and toxic property of ammonia, this is extremely problematic.
  • Die Verwendung von fluiden und insbesondere von flüssigen Reduktionsmitteln zur Reinigung von Abgasen einer Verbrennungsvorrichtung birgt abgesehen von der Tatsache, dass zum Betrieb der jeweiligen Verbrennungsvorrichtung zusätzlich zum Brennstoff auch Reduktionsmittel bereitgestellt werden muss, den Nachteil, dass sich das Reduktionsmittel bei tiefen Temperaturen verfestigen kann, wobei die Volumenänderung des Reduktionsmittels beim Einfrieren nicht nur zur Beeinträchtigung, sondern auch zur Beschädigung von mit ihm in Kontakt stehenden Komponenten führen kann.The Use of fluid and in particular of liquid reducing agents for Purification of exhaust gases from a combustion device is eliminated from the fact that to the operation of the respective combustion device additionally to the fuel also reducing agent must be provided the disadvantage that the reducing agent at low temperatures solidify, wherein the volume change of the reducing agent in Freezing not only to the impairment, but also to damage can lead from in contact with him components.
  • Der Gefrierpunkt von AdBlue® liegt beispielsweise bei –11°C, einer Temperatur die auch in den Wintern der gemäßigten Zonen oftmals unterschritten wird. Bei wässrigen Reduktionsmitteln nimmt das von ihnen beim Einfrieren beanspruchte Volumen zu. Bei AdBlue® beispielsweise um ca. 11% des Volumens im flüssigen Zustand. Steht für die Ausdehnung des einfrierenden Reduktionsmittels kein entsprechender Raum zur Verfügung, so nimmt der Druck im Reduktionsmittel und damit verbunden auch auf die mit ihm in Kontakt stehenden Komponenten zu.The freezing point of AdBlue ® is, for example, at -11 ° C, a temperature that is often undershot even in the winters of temperate zones. In the case of aqueous reducing agents, the volume occupied by them during freezing increases. For example, with AdBlue ® , about 11% of the volume in the liquid state. If there is no corresponding space available for the expansion of the freezing reducing agent, the pressure in the reducing agent and, associated therewith, also increases in the components in contact with it.
  • Zum Einspritzen des Reduktionsmittels in den Abgasstrom wird eine als Einspritzdüse bezeichnete Vorrichtung verwendet, die häufig bewegliche Komponenten zur aktiven oder passiven Steuerung von Einspritzzeitpunkt und Einspritzmenge des Reduktionsmittels aufweist. Die Einspritzdüse wird auch als Injektor bezeichnet. Die mit einem Einfrieren von Reduktionsmittel in der Einspritzdüse verbundene Volumen- bzw. Druckänderung kann zu Undichtigkeiten der Einspritzdüsenvorrichtung und zur Beschädigung deren eventuell vorhandener beweglicher Komponenten mit der Folge einer Funktionsbeeinträchtigung führen, die sich bis zum Ausfall oder zur Zerstörung der Einspritzdüse ausweiten kann.To the Injection of the reducing agent into the exhaust stream is referred to as injection designated device uses, often moving components for active or passive control of injection timing and injection quantity of the reducing agent. The injector is also referred to as an injector. The volume associated with freezing of reductant in the injector or pressure change can lead to leaks in the injector device and damage to it possibly existing movable components resulting in a functional impairment to lead, which expand until the failure or destruction of the injector can.
  • Um dies zu verhindern kann die Abgasreinigungseinrichtung mit einer Fremdheizung für die Einspritzdüse oder auch weitere Teile der Reduktionsmittelzuführung versehen werden, welche die Temperatur des Reduktionsmittels immer oberhalb dessen Gefrierpunkts hält. Der Energiebedarf entsprechender Heizungen ist jedoch sehr hoch. Bei mobilen Verbrennungsanlagen wird die zum Heizen benötigte Energie meist über separate Energiespeicher begrenzter Kapazität, beispielsweise durch Batterien oder Akkumulatoren, bereitgestellt, so dass eine entsprechende Beheizung nur über einen begrenzten Zeitraum aufrecht erhalten werden kann. Vor allem für Kraft- und Nutzfahrzeuge ergeben sich hierdurch nicht unwesentliche Einschränkungen bezüglich deren Funktionsbereitschaft. Außerdem bedeutet eine Fremdheizung einen zusätzlichen technischen Aufwand, der zu einer erheblichen Verteuerung der Abgasreinigungseinrichtung sowie deren Unterhalts führt.Around To prevent this, the exhaust gas purification device with a External heating for the injector or other parts of the reducing agent supply are provided, which the temperature of the reducing agent always above its freezing point holds. Of the Energy demand corresponding heaters is very high. at mobile incinerators will be the energy needed for heating mostly over separate energy storage of limited capacity, for example by batteries or Accumulators, provided so that appropriate heating only over for a limited period of time. Especially for power and commercial vehicles result in this not insignificant restrictions in terms of their operational readiness. Furthermore means an external heating an additional technical effort, to a considerable increase in the price of the exhaust gas purification device and their maintenance leads.
  • Um die Funktionsbereitschaft der Einspritzdüseneinrichtung bei kalten Umgebungstemperaturen auch ohne Beheizen zu verbessern, ist es bekannt, die Einspritzdüse bei Nichtbenutzung der Verbrennungsanlage zu entleeren. Hierzu sind jedoch technische Einrichtungen erforderlich, die nach dem Abschalten der Verbrennungsanlage weiterhin mit Strom bzw. Energie versorgt werden müssen. Außerdem ist ein Großteil der Kraftfahrzeughersteller nicht bereit den mit diesen Einrichtungen verbundenen Kostenaufwand zu tragen.In order to improve the operational readiness of the injector device at cold ambient temperatures even without heating, it is known to empty the injector when not using the incinerator. However, these are technical equipment required, which must be supplied after switching off the incinerator continue to be supplied with electricity or energy. In addition, a large proportion of motor vehicle manufacturers are unwilling to bear the costs associated with these facilities.
  • Ausgehend von dem Geschilderten sind Ausführungsformen der Erfindung darauf gerichtet, eine kostengünstige Vorrichtung anzugeben, die eine Funktionsbeeinträchtigung oder eine Beschädigung der Einspritzdüse durch gefrierendes Reduktionsmittel verhindert.outgoing of the above are embodiments of the invention to provide a cost effective device, the one functional impairment or damage the injection prevented by freezing reducing agent.
  • Entsprechende Ausführungsformen sind Gegenstand der unabhängigen Ansprüche.Appropriate embodiments are the subject of independent Claims.
  • Eine Ausführungsform umfasst eine Gefrierschutzvorrichtung für eine Einspritzeinrichtung (wie beispielsweise eine Einspritzdüse oder einen Injektor) zur Injektion eines Reduktionsmittels in den von einer Verbrennungsvorrichtung abgegebenen Abgasstrom. Die Gefrierschutzvorrichtung weist eine den Innenraum der Einspritzeinrichtung mit einem Außenraum der Einspritzeinrichtung verbindende Öffnung auf und ein in der Öffnung angeordnetes Ventil, das so ausgebildet ist, dass es die Öffnung verschließt, wenn der Druck im Inneren der Einspritzeinrichtung unterhalb des Ansprechdrucks des Ventils ist, und eine Passage in der Öffnung freigibt, wenn der Druck im Inneren der Einspritzeinrichtung den Ansprechdruck des Ventils erreicht und/oder überschreitet.A embodiment includes an antifreeze device for an injector (such as an injector or an injector) for Injection of a reducing agent into that of a combustion device discharged exhaust stream. The antifreeze device has a Interior of the injector with an outside space of the injector connecting opening on and one in the opening arranged valve which is formed so that it closes the opening, if the pressure inside the injector below the set pressure is the valve, and releases a passage in the opening when the pressure Inside the injector, the set pressure of the valve reaches and / or exceeds.
  • Ein mit einer entsprechenden Öffnung und einem entsprechenden Überdruckventil versehene Einspritzdüse begrenzt vorteilhaft den Druck, den gefrierendes Reduktionsmittel im Innenraum dieser Einrichtung aufbauen kann. Die Erfindung macht sich dabei zunutze, dass gefrorenes Reduktionsmittel plastisch verformbar und somit ”fließfähig” ist, d. h. durch den eigenen Druck in die Öffnung gepresst und durch die von dem Überdruckventil freigegebene Passage aus dem Innenraum herausgedrückt werden kann.One with a corresponding opening and a corresponding pressure relief valve provided injector advantageously limits the pressure, the freezing reducing agent can build in the interior of this device. The invention does take advantage of the fact that frozen reducing agent plastically deformable and thus "flowable", d. H. pressed into the opening by its own pressure and through the from the pressure relief valve released passage are pushed out of the interior can.
  • Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Abgasreinigungseinrichtung mit einem Behälter für ein fluides Reduktionsmittel, einer Einspritzeinrichtung und einer Förderpumpe, die in einer den Behälter mit der Einspritzeinrichtung verbindenden Fluidverbindung angeordnet und zum Pumpen des Reduktionsmittels aus dem Behälter in die Einspritzeinrichtung ausgebildet ist. Die Einspritzeinrichtung der Abgasreinigungseinrichtung ist mit einer wie oben bezeichneten Gefrierschutzvorrichtung versehen und weist eine in den Abgasstrom einer Verbrennungsvorrichtung mündende Düsenöffnung auf, die zum Einspritzen des Reduktionsmittels in den Abgasstrom der Verbrennungsvorrichtung ausgebildet ist.A another embodiment relates to an exhaust gas purification device with a container for a fluid Reducing agent, an injection device and a feed pump, which in one the container Arranged with the injector connecting fluid connection and for pumping the reducing agent from the container into the injector is trained. The injector of the exhaust gas purification device is provided with an antifreeze device as mentioned above and has a nozzle opening opening into the exhaust gas stream of a combustion device, for injecting the reducing agent into the exhaust stream of Combustion device is formed.
  • In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen zur Aufzählung von Merkmalen verwendeten Begriffe ”umfassen”, ”aufweisen”, ”beinhalten”, ”enthalten” und ”mit”, sowie deren grammatikalische Abwandlungen, generell als nichtabschließende Aufzählung von Merkmalen, wie z. B. Verfahrensschritten, Einrichtungen, Bereichen, Größen und dergleichen aufzufassen sind, und das Vorhandensein von anderen oder zusätzlichen Merkmalen oder von Gruppierungen anderer oder zusätzlicher Merkmale weder ausschließen noch erfordern.In In this context, it should be noted that in this Description and claims to the list terms used to describe "comprise", "comprise", "include", "contain" and "with", as well as their grammatical modifications, generally as non-conclusive enumeration of features such. B. process steps, facilities, areas, Sizes and the like, and the presence of others or additional Characteristics or groupings of others or additional ones Characteristics neither exclude still require.
  • Weiterbildungen der beschriebenen Ausführungsformen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.further developments the described embodiments are each subject of the dependent Claims.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird der Außenraum der Einspritzeinrichtung vom Innenvolumen einer Leitung gebildet, das die nicht an den Innenraum der Einspritzeinrichtung angrenzende Seite der Öffnung mit dem Inneren eines Gefäßes zur Aufbewahrung des Reduktionsmittels verbindet. Alternativ wie zusätzlich kann in weiteren Ausführungsformen der Außenraum der Einspritzeinrichtung auch vom Innenvolumen einer Leitung gebildet werden, das die nicht an den Innenraum der Einspritzeinrichtung angrenzende Seite der Öffnung mit dem Inneren eines an die Verbrennungsvorrichtung anschließenden Abgasstrangs verbindet.According to one embodiment becomes the outdoor space the injector is formed by the internal volume of a conduit, that is not adjacent to the interior of the injector Side of the opening with the inside of a vessel to Storage of the reducing agent connects. Alternatively, as an additional option in further embodiments of outer space the injection device also formed by the internal volume of a line that are not attached to the interior of the injector adjacent side of the opening with the interior of an exhaust gas line adjoining the combustion device combines.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Ventil einen federbelasteten Schließkörper, der in der Öffnung oder an der an den Außenraum der Einspritzeinrichtung angrenzenden Seite der Öffnung angeordnet ist.According to one embodiment The valve comprises a spring-loaded closing body, which in the opening or on the outside the injector adjacent side of the opening is arranged.
  • In einer Ausführungsform wird das Reduktionsmittel der Abgasreinigungseinrichtung von einer wässrigen Harnstofflösung gebildet, und insbesondere von einer 32,5%igen wässrigen Harnstofflösung.In an embodiment is the reducing agent of the exhaust gas purification device of an aqueous urea solution formed, and in particular of a 32.5% aqueous urea solution.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen sowie den Figuren. Die einzelnen Merkmale können bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung je für sich oder zu mehreren verwirklicht sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen, von denenFurther Features of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments in connection with the claims as well the figures. The individual features may in one embodiment according to the invention ever for be realized or more than one. In the following explanation some embodiments the invention is referred to the attached figures, of which
  • 1 eine Verbrennungseinrichtung mit einer ersten Ausführungsform einer Abgasreinigungseinrichtung veranschaulicht, deren Einspritzdüse eine Gefrierschutzvorrichtung aufweist, 1 1 illustrates a combustion device with a first embodiment of an exhaust gas purification device, the injection nozzle of which has an antifreeze device,
  • 2 ein Ausführungsbeispiel für eine mit einer Gefrierschutzvorrichtung versehene elektromechanisch steuerbare Einspritzdüse in einer schematischen Darstellung zeigt, und 2 an embodiment of a provided with an antifreeze device electromechanically controllable injector in a schemati shows, and
  • 3 eine Verbrennungseinrichtung mit einer zweiten Ausführungsform einer Abgasreinigungseinrichtung veranschaulicht, deren Einspritzdüse einen Gefrierschutz aufweist. 3 a combustion device with a second embodiment of an exhaust gas purification device illustrated, the injection nozzle has an antifreeze.
  • Die in der 1 dargestellte Verbrennungseinrichtung weist eine Verbrennungsvorrichtung 6, beispielsweise einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, und eine Abgasreinigungseinrichtung 100 auf. Die Abgasreinigungseinrichtung 100 umfasst einen Abgasstrang 5, in den die von der Verbrennungsvorrichtung 6 erzeugten Abgase eingeleitet und gereinigt werden, bevor sie über den Auslass 52 an die Umgebung abgegeben werden. In den Abgasstrang 5 ist ein Katalysator 51, beispielsweise ein wie oben beschriebener SCR-Katalysator eingebunden. Die Abgasreinigungseinrichtung 100 umfasst weiterhin eine Reduktionsmittelzuführung mit einer Einspritzdüse 4. Die Einspritzdüse 4 ist in dem zwischen der Verbrennungsvorrichtung 6 und dem Katalysator 51 angeordneten Segment des Abgasstrangs 5 angebracht. Die Einspritzdüse 4 dient dem Einspritzen von Reduktionsmittel in den Abgasstrom 61 vor dem Zuführen zum Katalysator 51. Eine Förderpumpe 3 fördert das Reduktionsmittel 11 über die, aus den Saugleitungsabschnitten 21 und 22 sowie dem dazwischenliegenden Filter 2 gebildete Förderleitung aus dem Reduktionsmittelbehälter 1 und führt es über die Zufuhrleitung 23 der Einspritzdüse 4 zu. Der Filter 2 dient dazu eventuell im Reduktionsmittel 11 enthaltene partikelförmige Verunreinigungen zurückzuhalten, die sonst zu einer Funktionsbeeinträchtigung der Einspritzdüse 4 oder auch der Förderpumpe 3 führen könnten.The in the 1 The combustion device shown has a combustion device 6 , For example, an internal combustion engine of a motor vehicle, and an exhaust gas purification device 100 on. The exhaust gas purification device 100 includes an exhaust system 5 into which of the combustion device 6 generated exhaust gases are introduced and purified before passing through the outlet 52 be delivered to the environment. In the exhaust system 5 is a catalyst 51 For example, an integrated as described above SCR catalyst. The exhaust gas purification device 100 further comprises a reducing agent supply with an injection nozzle 4 , The injector 4 is in between the combustion device 6 and the catalyst 51 arranged segment of the exhaust system 5 appropriate. The injector 4 serves to inject reducing agent into the exhaust stream 61 before feeding to the catalyst 51 , A pump 3 promotes the reducing agent 11 over, from the suction line sections 21 and 22 as well as the intermediate filter 2 formed delivery line from the reducing agent tank 1 and leads it over the supply line 23 the injector 4 to. The filter 2 may serve in the reducing agent 11 retained particulate impurities, which otherwise to a functional impairment of the injection nozzle 4 or the feed pump 3 could lead.
  • Zum dosierten Einspritzen des Reduktionsmittels 11 in den Abgasstrom 61 setzt die Förderpumpe 3 das in der Förderleitung 23 und im Innenraum der Einspritzdüse 4 befindliche Reduktionsmittel 11 unter Druck. Die Einspritzdüse 4 besitzt im vorgestellten Fall ein elektromagnetisch betätigbares Ventil 43, das den Innenraum der Einspritzdüse 4 mit dessen Düsenöffnung 44 verbindet. Bei geöffnetem Ventil 43 kann das Reduktionsmittel 11 somit über die Düsenöffnung 44 in den Abgasstrom 61 eingeleitet werden. Die Menge des in den Abgasstrom injizierten Reduktionsmittels wird über die Zeitdauer der Zeitintervalle gesteuert, während denen das Ventil 43 die Düsenöffnung freigibt. Die Ansteuerung des Ventils 43 erfolgt in dieser Ausführungsform aktiv mittels einer in den Figuren nicht dargestellten Steuerung, bei welcher es sich auch um die Motorsteuerung der Verbrennungsvorrichtung handeln kann.For the metered injection of the reducing agent 11 in the exhaust stream 61 sets the feed pump 3 that in the funding line 23 and in the interior of the injector 4 reducing agents present 11 vacuum. The injector 4 has in the case presented an electromagnetically actuated valve 43 that the interior of the injector 4 with its nozzle opening 44 combines. With the valve open 43 can the reducing agent 11 thus over the nozzle opening 44 in the exhaust stream 61 be initiated. The amount of reducing agent injected into the exhaust stream is controlled over the duration of the time intervals during which the valve 43 the nozzle opening releases. The control of the valve 43 takes place actively in this embodiment by means of a controller, not shown in the figures, which may also be the engine control of the combustion device.
  • In der schematischen Darstellung von 2 ist ein Beispiel für eine solche Einspritzdüse 4 in einer Querschnittsansicht veranschaulicht. Die 2 zeigt nur die wesentlichen Komponenten einer solcherart elektromagnetisch gesteuerten Einspritzdüse 4. Form und Aufbau der gezeigten Einspritzdüse 4 sind im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und können von denen einer tatsächlichen Einspritzdüse abweichen. Die Einspritzdüse 4 weist ein Gehäuse 4a auf, das einen Innenraum umschließt, der sich zur Düsenöffnung 44 hin verjüngen kann. Die Düsenöffnung 44 verbindet die in der Darstellung konisch ausgebildete Verjüngung des Innenraums mit dem Inneren des Abgasstrangs 5.In the schematic representation of 2 is an example of such an injector 4 illustrated in a cross-sectional view. The 2 shows only the essential components of such an electromagnetically controlled injector 4 , Shape and construction of the injection nozzle shown 4 are chosen for clarity and may differ from those of an actual injector. The injector 4 has a housing 4a on, which encloses an interior, which extends to the nozzle opening 44 can rejuvenate. The nozzle opening 44 connects the tapered in the representation tapering of the interior with the interior of the exhaust system 5 ,
  • Ein innerhalb des Gehäuses 4a verschiebbar angeordnetes Element 43b kann im Bereich um die Düsenöffnung 44 gegen die Innenwand des Gehäuses 4a verschoben werden, um so, wie es in 2 dargestellt ist, die Düsenöffnung 44 gegenüber dem Innenraum der Einspritzdüse 4 zu Verschließen. Zum Öffnen der Düsenöffnung 44 wird das üblicherweise als Düsennadel bezeichnete verschiebbare Element 43b von der Gehäusewand 4a im Bereich der Düsenöffnung 44 zurückgezogen, wodurch der Gehäuseinnenraum mit dem Inneren des Abgasstrangs in Verbindung steht, so dass im Innenraum der Düse unter Druck stehendes Reduktionsmittel 11 in den Abgasstrom 61 übertreten kann. Die in 2 im Bereich des Gehäuseinnenraums dargestellten Pfeile geben die Flussrichtung des Reduktionsmittels beim Einspritzvorgang an.One inside the case 4a slidably arranged element 43b can be in the area around the nozzle opening 44 against the inner wall of the housing 4a be moved the way it is in 2 is shown, the nozzle opening 44 opposite the interior of the injection nozzle 4 to close. To open the nozzle opening 44 is the slidable element commonly referred to as a nozzle needle 43b from the housing wall 4a in the area of the nozzle opening 44 withdrawn, whereby the housing interior is in communication with the interior of the exhaust line, so that in the interior of the nozzle pressurized reducing agent 11 in the exhaust stream 61 can transgress. In the 2 Arrows shown in the region of the housing interior indicate the flow direction of the reducing agent during the injection process.
  • Das Verschieben der Düsennadel 43b erfolgt vorzugsweise über einen (in der Figur lediglich schematisch angedeuteten) elektrischen Antrieb 43a, beispielsweise eine Tauchspule, einen Linearmotor, einen Spindelmotor oder dergleichen anderes. Die an die Gehäusegeometrie angepasste, hier kugelsegmentförmige Form der Düsennadelspitze ermöglich ein sicheres Verschließen der Düsenöffnung 44.Moving the nozzle needle 43b is preferably via a (in the figure only schematically indicated) electric drive 43a For example, a plunger, a linear motor, a spindle motor or the like. The adapted to the housing geometry, here spherical segment-shaped shape of the nozzle needle tip allows a safe closing of the nozzle opening 44 ,
  • Wie oben bereits angedeutet sind die in 2 dargestellten Geometrien von Einspritzdüsengehäuse 4a und Düsennadel 43b keinesfalls zwingend. Vielmehr können beide von der Darstellung der 2 abweichende Formen aufweisen, wobei die Form der Düsennadelspitze stets zum Verschließen der Düsenöffnung 44 gegenüber dem Innenraum der Einspritzdüse 4 geeignet ausgebildet ist.As already indicated above, the in 2 illustrated geometries of injector housing 4a and nozzle needle 43b not mandatory. Rather, both can be distinguished from the presentation of the 2 have different shapes, the shape of the nozzle needle tip always for closing the nozzle opening 44 opposite the interior of the injection nozzle 4 is designed suitable.
  • Bei Abstellen der Abgasreinigungseinrichtung 100 stellt die Förderpumpe 3 die Förderung von Reduktionsmittel zur Einspritzdüse 4 ein und verbindet die Förderleitung 23 mit der Rücklaufleitung 24. Selbstverständlich kann die Verbindung der Förderleitung 23 mit der Rücklaufleitung 24 auch mittels eines getrennt von der Pumpe 3 angeordneten Ventils realisiert werden. Durch das Verbinden der Rücklaufleitung 24 mit der Förderleitung 23 entspannt sich der Reduktionsmitteldruck in der Förderleitung 23 und damit auch im Inneren der Einspritzdüse 4 auf den im Reduktionsmittelbehälter 1 vorherrschenden Druck, der in der Regel dem Umgebungsdruck entspricht. Außer dem zum Druckabbau erforderlichen Reduktionsmittelrücklauf findet jedoch keine weitere Entleerung der Förderleitung 23 statt, so dass das Innere der Einspritzdüse 4 weiterhin mit Reduktionsmittel gefüllt ist, das sich beim Einfrieren ausdehnt und die Einspritzdüse 4 dabei beschädigen kann.When parking the exhaust gas purification device 100 puts the feed pump 3 the promotion of reducing agent to the injection nozzle 4 and connects the funding line 23 with the return line 24 , Of course, the connection of the delivery line 23 with the return line 24 also by means of a separate from the pump 3 arranged valve can be realized. By connecting the return line 24 with the support line 23 the reductant pressure in the delivery line relaxes 23 and thus also inside the injection nozzle 4 on the in the reducing agent tank 1 prevailing pressure, which usually corresponds to the ambient pressure. However, there is no further emptying of the delivery line except for the reductant return required for pressure reduction 23 instead, leaving the interior of the injector 4 further filled with reducing agent which expands upon freezing and the injection nozzle 4 can damage it.
  • Um dies zu verhindern ist das Einspritzdüsengehäuse 4a mit einer Gefrierschutzvorrichtung 42 ausgestattet. Wie der vergrößerten Detaildarstellung der 2 zu entnehmen ist, weist die Gefrierschutzvorrichtung 42 eine Öffnung 42a, welche die Wand des Gehäuses durchdringt und so den Innenraum der Einspritzdüse 4 mit deren Außenraum verbindet. In der Öffnung befindet sich ein Schließkörper 42b, der im vorgestellten Fall eine sphärische Form aufweist und von einem Vorspannungselement, hier einer Feder 42c, so gegen den Öffnungsrand an der Innenseite des Einspritzdüsengehäuses 4a gedrückt wird, dass die Öffnung 42a geschlossen ist.To prevent this is the injector housing 4a with an antifreeze device 42 fitted. As the enlarged detail of the 2 can be seen, the cryoprotector 42 an opening 42a which penetrates the wall of the housing and so the interior of the injection nozzle 4 connects with their outdoor space. In the opening is a closing body 42b which in the case presented has a spherical shape and of a biasing element, here a spring 42c , so against the opening edge on the inside of the injector housing 4a is pressed that the opening 42a closed is.
  • Steigt nun der Druck des im Einspritzdüseninneren gefrierenden Reduktionsmittel über den Druck an, mit dem der Schließkörper 42b von der Feder 42c gegen den Öffnungsrand an der Innenseite des Einspritzdüsengehäuses 4a drückt, so schiebt das sich ausdehnende Reduktionsmittel 11 den Schließkörper 42b in das Innere der Öffnung zurück, wodurch eine Passage durch die Öffnung 42a freigegeben wird. Da das gefrorene Reduktionsmittel plastische Eigenschaften aufweist, kann es den Schließkörper 42b und die Feder 42c umfließen und durch die Feder 42c über den Öffnungsrand an der Außenseite des Einspritzdüsengehäuses 4a in die Umgebung der Einspritzdüse 4 entweichen. Sobald sich die Temperatur des Reduktionsmittels 11 über dessen Schmelzpunkt erhöht, nimmt der vom Reduktionsmittel 11 auf den Schließkörper 42b ausgeübte Druck nach, wodurch der Öffnungsrand an der Innenseite des Einspritzdüsengehäuses 4a mittels des von der Feder 42c auf den Schließkörper 42b ausgeübten Drucks wieder verschlossen wird. Der vorgespannte Schließkörper 42b nimmt somit die Funktion eines Überdruckventils ein.Now increases the pressure of the freezing inside the injector reducing agent via the pressure, with which the closing body 42b from the spring 42c against the opening edge on the inside of the injector housing 4a pushes, so pushes the expanding reductant 11 the closing body 42b back into the interior of the opening, creating a passage through the opening 42a is released. Since the frozen reducing agent has plastic properties, it may be the closing body 42b and the spring 42c flow around and through the spring 42c over the opening edge on the outside of the injector housing 4a in the vicinity of the injector 4 escape. As soon as the temperature of the reducing agent 11 increases above its melting point, the decreases of the reducing agent 11 on the closing body 42b applied pressure, whereby the opening edge on the inside of the injector housing 4a by means of the spring 42c on the closing body 42b applied pressure is closed again. The prestressed closing body 42b thus assumes the function of a pressure relief valve.
  • Die beschriebene Ausgestaltung der Gefrierschutzvorrichtung 42 stellt nur eine von vielen möglichen Ausführungsformen dar. Insbesondere kann die Öffnung einen Bypass aufweisen, der es dem gefrierenden Reduktionsmittel ermöglicht, durch den Öffnungsrand an der Innenseite des Einspritzdüsengehäuses 4a am Schließkörper 42b und an der eventuell vorhandenen Feder 42c vorbei zu dem an der Außenseite des Einspritzdüsengehäuses 4a gelegenen Rand der Öffnung 42a zu fließen.The described embodiment of the antifreeze device 42 is just one of many possible embodiments. In particular, the opening may have a bypass that allows the freezing reductant to pass through the opening edge on the inside of the injector housing 4a on the closing body 42b and on the possibly existing spring 42c over to the outside of the injector housing 4a located edge of the opening 42a to flow.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind Schließkörper 42b und Vorspannungselement 42c einstückig, z. B. in Form einer flach gegen einen der beiden Öffnungsränder drückenden Blattfeder, ausgeführt.In another embodiment, closing bodies 42b and biasing element 42c in one piece, z. B. in the form of a flat against one of the two opening edges oppressive leaf spring executed.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird als Vorspannungselement 42c anstelle einer Feder ein Bimetallkörper verwendet, welcher den Schließkörper 42b bei niedrigen Temperaturen aktiv von dem Öffnungsrand an der Innenseite des Einspritzdüsengehäuses 4a zurückzieht und so die Öffnung 42a freigibt.In a further embodiment is used as a biasing element 42c instead of a spring a bimetal body is used, which the closing body 42b active at low temperatures from the opening edge on the inside of the injector housing 4a withdraws and so the opening 42a releases.
  • Um zu vermeiden, dass aus der Einspritzdüse 4 über die Öffnung 42a austretendes Reduktionsmittel 11 unkontrolliert in die Umwelt abgegeben wird, ist die Öffnung 42a an der Außenseite des Einspritzdüsengehäuses 4a vorzugsweise über eine Leitung 41 mit einem Auffanggefäß verbunden. Dies ist jedoch nur fakultativ. Bei der in der 1 dargestellten Ausführungsform verbindet diese Leitung 41 die Öffnung 42a mit dem Reduktionsmittelbehälter 1. Somit kann beim Einfrieren in das Innenvolumen der vorzugsweise rohrförmig ausgebildeten Leitung, d. h. in den von der Leitung 41 umschlossenen Hohlraum, eingedrungenes Reduktionsmittel 11 nach dem späteren Auftauen über das Leitungsinnere in den Reduktionsmittelbehälter 1 zurückgeführt werden.To avoid getting out of the injector 4 over the opening 42a escaping reducing agent 11 Uncontrolled release into the environment is the opening 42a on the outside of the injector housing 4a preferably via a line 41 connected to a collecting vessel. However, this is only optional. When in the 1 illustrated embodiment connects this line 41 the opening 42a with the reducing agent tank 1 , Thus, when freezing in the inner volume of the preferably tubular pipe, ie in the of the line 41 enclosed cavity, penetrated reducing agent 11 after thawing later on the line inside the reducing agent tank 1 to be led back.
  • In einer weiteren Ausführungsform, die in der 3 veranschaulicht ist, verbindet die Leitung 41 die Öffnung 42a nicht mit dem Reduktionsmittelbehälter 1, sondern mit dem Inneren des Abgasstrangs 5, wo es nach dem Start der Verbrennungsvorrichtung 6 von dem Abgasstrom 61 erhitz, und so der Abgasreinigung zugeführt wird.In a further embodiment, in the 3 is illustrated, connects the line 41 the opening 42a not with the reducing agent tank 1 but with the interior of the exhaust system 5 where it is after the start of the combustion device 6 from the exhaust stream 61 heated, and so the exhaust gas purification is supplied.
  • Abweichend von der in der 2 nahegelegten Anordnung kann das mit dem vorgespannten Schließkörper 42b realisierte Überdruckventil statt innerhalb der Öffnung 42a auch an deren Außenseite an der Einspritzdüsengehäuseaußenwand angeordnet sein. Beispielsweise innerhalb des Leitungsanschlusses einer Abfuhrleitung 41.Notwithstanding the in the 2 suggested arrangement can with the prestressed closing body 42b realized overpressure valve instead of inside the opening 42a also be arranged on the outside of the injection nozzle housing outer wall. For example, within the line connection of a discharge line 41 ,
  • Die vorgestellte Gefrierschutzvorrichtung verhindert auf passive, zuverlässige und kostengünstige Weise, dass der mit dem Einfrieren von Reduktionsmittel 11 in einer Einspritzdüse 4 für eine Abgasreinigungseinrichtung 100 verbundene Druckanstieg Werte erreicht, die zu einer Funktionsbeeinträchtigung oder Zerstörung der Einspritzdüse führen könnten.The presented antifreeze device prevents, in a passive, reliable and cost-effective manner, that with the freezing of reducing agent 11 in an injection nozzle 4 for an exhaust gas purification device 100 connected pressure rise reaches values that could lead to a malfunction or destruction of the injector.

Claims (7)

  1. Gefrierschutzvorrichtung für eine Einspritzeinrichtung (4) zur Injektion eines Reduktionsmittels (11) in den von einer Verbrennungsvorrichtung (6) abgegebenen Abgasstrom (61), mit einer den Innenraum der Einspritzeinrichtung (4) mit einem Außenraum der Einspritzeinrichtung (4) verbindenden Öffnung (42a) und mit einem in der Öffnung angeordneten Ventil (42b, 42c), das zum Verschließen der Öffnung ausgebildet ist, wenn der Druck im Inneren der Einspritzeinrichtung (4) unterhalb des Ansprechdrucks des Ventils (42b, 42c) ist, und das zum Öffnen einer Passage in der Öffnung (42a) ausgebildet ist, wenn der Druck im Inneren der Einspritzeinrichtung (4) den Ansprechdruck des Ventils (42b, 42c) erreicht und/oder überschreitet.Antifreeze device for an injection device ( 4 ) for injecting a reducing agent ( 11 ) in the of a combustion device ( 6 ) emitted exhaust stream ( 61 ), with an interior of the injector ( 4 ) with an outer space of the injection device ( 4 ) connecting opening ( 42a ) and arranged with one in the opening Valve ( 42b . 42c ), which is designed to close the opening when the pressure inside the injector ( 4 ) below the response pressure of the valve ( 42b . 42c ), and that for opening a passage in the opening ( 42a ) is formed when the pressure inside the injector ( 4 ) the response pressure of the valve ( 42b . 42c ) and / or exceeds.
  2. Gefrierschutzvorrichtung nach Anspruch 1, worin der Außenraum der Einspritzeinrichtung (4) vom Innenvolumen einer Leitung (41) gebildet wird, das die nicht an den Innenraum der Einspritzeinrichtung (4) angrenzende Seite der Öffnung (42a) mit dem Inneren eines Gefäßes (1) zur Aufbewahrung des Reduktionsmittels (11) verbindet.An antifreeze device according to claim 1, wherein the outer space of the injector ( 4 ) of the internal volume of a pipe ( 41 ), which does not contact the interior of the injection device ( 4 ) adjacent side of the opening ( 42a ) with the interior of a vessel ( 1 ) for storing the reducing agent ( 11 ) connects.
  3. Gefrierschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin der Außenraum der Einspritzeinrichtung (4) vom Innenvolumen einer Leitung (41) gebildet wird, das die nicht an den Innenraum der Einspritzeinrichtung (4) angrenzende Seite der Öffnung (42a) mit dem Inneren des an die Verbrennungsvorrichtung (6) anschließenden Abgasstrangs (5) verbindet.Antifreeze device according to claim 1 or 2, wherein the outer space of the injection device ( 4 ) of the internal volume of a pipe ( 41 ), which does not contact the interior of the injection device ( 4 ) adjacent side of the opening ( 42a ) with the interior of the combustion device ( 6 ) downstream exhaust line ( 5 ) connects.
  4. Gefrierschutzvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin das Ventil (42b, 42c) einen federbelasteten Schließkörper (42b) umfasst, der in der Öffnung oder an der an den Außenraum der Einspritzeinrichtung (4) angrenzenden Seite der Öffnung (42a) angeordnet ist.Antifreeze device according to claim 1, 2 or 3, wherein the valve ( 42b . 42c ) a spring-loaded closing body ( 42b ) located in the opening or at the exterior of the injector ( 4 ) adjacent side of the opening ( 42a ) is arranged.
  5. Gefrierschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Ventil (42b, 42c) ein Bimetallelement und einen Schließkörper (42b) umfasst, der in der Öffnung oder an der an den Außenraum der Einspritzeinrichtung (4) angrenzenden Seite der Öffnung (42a) angeordnet ist.Antifreeze device according to one of claims 1 to 4, wherein the valve ( 42b . 42c ) a bimetallic element and a closing body ( 42b ) located in the opening or at the exterior of the injector ( 4 ) adjacent side of the opening ( 42a ) is arranged.
  6. Abgasreinigungseinrichtung mit – einem Behälter (1) für ein fluides Reduktionsmittel (11), – einer Einspritzeinrichtung (4), die eine in den Abgasstrom (61) einer Verbrennungsvorrichtung (6) mündende Düsenöffnung (54) aufweist, die zum Einspritzen des Reduktionsmittels (11) in den Abgasstrom (61) der Verbrennungsvorrichtung (6) ausgebildet ist, und – einer Förderpumpe (3), die in einer den Behälter (1) mit der Einspritzeinrichtung (4) verbindenden Fluidverbindung (21, 2, 22, 23) angeordnet und zum Pumpen des Reduktionsmittels (11) aus dem Behälter (1) in die Einspritzeinrichtung (4) ausgebildet ist, wobei die Einspritzeinrichtung (4) nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.Exhaust gas purification device with - a container ( 1 ) for a fluid reducing agent ( 11 ), - an injection device ( 4 ), one in the exhaust stream ( 61 ) a combustion device ( 6 ) opening nozzle ( 54 ) for injecting the reducing agent ( 11 ) in the exhaust stream ( 61 ) of the combustion device ( 6 ), and - a feed pump ( 3 ) in a container ( 1 ) with the injection device ( 4 ) connecting fluid connection ( 21 . 2 . 22 . 23 ) and for pumping the reducing agent ( 11 ) from the container ( 1 ) into the injection device ( 4 ) is formed, wherein the injection device ( 4 ) is designed according to one of the preceding claims.
  7. Abgasreinigungseinrichtung nach Anspruch 6, worin das Reduktionsmittel (11) eine wässrige Lösung von Harnstoff enthält.Exhaust gas purification device according to claim 6, wherein the reducing agent ( 11 ) contains an aqueous solution of urea.
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