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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Eindosierung einer Flüssigkeit in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine ist es aus
DE 44 36 397 B4 bekannt, eine Flüssigkeit, beispielsweise flüssige Harnstofflösung oder Kraftstoff, aus einem Vorratsbehälter durch ein Förderelement zu einem Einspritzventil zu fördern, welches eine angeforderte Menge der Flüssigkeit in den Abgasstrang eindosiert. Das Einspritzventil ist dabei derart am Abgasstrang angeordnet, dass seine Spritzöffnung in den Abgasstrang gerichtet ist.
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Im Betrieb können am Einspritzventil, insbesondere an seiner Spritzöffnung, aufgrund von heißen Abgasen im Abgasstrang sehr hohe Temperaturen auftreten. Dieser negative Effekt kann durch die Notwendigkeit einer Anordnung des Einspritzventils in der Nähe heißer Komponenten, wie beispielsweise der Brennkraftmaschine oder einem Abgas-Turbolader, noch verstärkt werden. Dabei besteht die Gefahr einer ungewünschten thermischen Zersetzung der Flüssigkeit im Einspritzventil bzw. einer Bildung von Ablagerungen in der Spritzöffnung des Einspritzventils. Dadurch kann die Dosiergenauigkeit des Einspritzventils verschlechtert werden, was im Extremfall zum Ausfall des Einspritzventils führen kann.
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Zur Vermeidung dieser sehr hohen Temperaturen im Einspritzventil ist aus der
DE 10 2007 011 686 A1 ein Einspritzventil mit einer Kühlung im Bereich der Spritzöffnung bekannt. Darüber hinaus ist aus der
DE 10 2006 019 973 A1 ein Dosiersystem zur Bereitstellung von Reduktionsmitteln in einen Abgastrakt bekannt, bei dem ein Dosierventil des Dosiersystems aber einen Kühlkreislauf gekühlt werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Eindosierung einer Flüssigkeit in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat demgegenüber den Vorteil, dass das Einspritzventil öffnet, wenn das Drosselelement den Volumenstrom der Flüssigkeit zum Einspritzventil entdrosselt. Dadurch kann ein beliebig geringer Durchfluss durch den Kühlkreislauf der Vorrichtung eingestellt werden, so dass die Kühlung des Einspritzventils bedarfsabhängig gesteuert werden kann und nicht stets mit der maximale Fördermenge der Pumpe erfolgt. Somit wird weniger Leistung zur Förderung der Flüssigkeit durch das Einspritzventil benötigt, was zu einem höheren Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine führt. Zusätzlich besitzt das Einspritzventil durch eine Drossel im Zulauf zum Einspritzventil eine höhere Robustheit gegen Druckschwankungen im Flüssigkeitskreislauf vor dem Drosselelement, da solche Druckschwankungen durch das Drosselelement gedämpft werden. Die Reduzierung solcher Druckschwankungen vermeidet fehlgesteuerte Einspritzungen und führt zu einer höheren Dosiergenauigkeit des Einspritzventils.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs und des angegebenen Verfahrens möglich.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das Einspritzventil eine weitere, beispielsweise im Schließglied angeordnete, Drossel aufweist, welche eine größere Drosselwirkung als das Drosselelement hat, wenn der Durchfluss durch das erste Drosselelement vollständig geöffnet ist. Durch die weitere Drossel kann die die maximale Kühlmenge durch den Kühlkreislauf, insbesondere die Rücklaufmenge aus dem Kühlkreislauf, des Einspritzventils begrenzt werden, so dass beispielsweise ein Druck im Einspritzventil aufgebaut werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass ausgehend von einem ersten Betriebszustand, in dem das Drosselelement den Volumenstrom durch den Kühlkreislauf des Einspritzventils bestimmt, sich in einem zweiten Betriebszustand ein Druck der Flüssigkeit im Einspritzventil erhöht, wenn der Volumenstrom zum Einspritzventil entdrosselt und durch die weitere Drossel im Einspritzventil gedrosselt ist und das Einspritzventil bei Erreichen eines definierten Druckniveaus öffnet. Durch diese Weiterbildung lässt sich das Einspritzventil als druckgesteuertes Ventil ausführen, welches ab einem bestimmten Druckschwellwert öffnet. Dabei kann der Druck im Einspritzventil allein über das Drosselelement eingestellt werden, wenn die weitere Drossel einen festen Querschnitt aufweist und somit ab einer gewissen Entdrosselung des Drosselelements zur Durchfluss bestimmenden Drossel des Kühlkreislaufs wird.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung besteht darin, dass das Schließglied des Einspritzventils als Ventilnadel, insbesondere als Hohlnadel, ausgebildet ist. Eine Ausführung des Schließglieds als Ventilnadel ermöglicht es, einen Flüssigkeitsrücklauf des Einspritzventils entlang der Ventilnadel im Schließglied auszuführen, welcher bei einer Hohlnadel im Inneren der Hohlnadel ausgebildet sein kann, wodurch das Einspritzventil sehr kompakt ausgeführt werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung besteht darin, dass das Drosselelement ein Dosierelement, beispielsweise eine Dosierpumpe, insbesondere eine elektrisch gesteuerte Dosierpumpe, eine verstellbare Drossel und/oder ein Zumessventil umfasst. Eine Dosierpumpe ist vorteilhaft, da sie den Druck auf die Flüssigkeit verstärken kann, wodurch die Flüssigkeit mit einem höheren Einspritzdruck eingespritzt und feiner zerstäubt werden kann.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung besteht darin, dass die Dosierpumpe in einem abgeschalteten Betriebszustand der Dosierpumpe die Flüssigkeitszufuhr zum Einspritzventil nicht vollständig unterbindet. Dadurch wird auf vorteilhafte Weise erreicht, dass auch bei abgeschalteter Dosierpumpe Flüssigkeit zu Kühlzwecken durch das Einspritzventil gefördert werden kann. Darüber hinaus kann die Dosierpumpe im eingeschalteten Betriebszustand einen Druck erzeugen, der über dem Zulaufdruck zum Drosselelement liegt und somit zu einer Drucküberhöhung führt. Das Einspritzventil kann somit auch auf Öffnungsdrücke abgestimmt werden, die oberhalb des Zulaufdruckes zum Drosselelement liegen. Dadurch kann die Flüssigkeitszufuhr zum Drosselelement besonders einfach und kostengünstig ausgeführt werden, beziehungsweise ermöglicht dies einen Anschluss an bereits bestehende Flüssigkeitskreisläufe, beispielsweise den Niederdruck-Kreislauf eines Kraftstoffeinspritzsystems.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das Einspritzventil einen Kühlkreislauf mit einem Flüssigkeitszulauf und einen Flüssigkeitsrücklauf umfasst, wobei der Flüssigkeitsrücklauf in einem inneren Bereich des Einspritzventils, insbesondere im Inneren des Schließglieds, angeordnet ist. Durch die Anordnung des Flüssigkeitsrücklaufs in einem inneren Bereich des Einspritzventils kann die erwärmte Flüssigkeit auf einer relativ kurzen Wegstrecke aus dem Kühlkreislauf des Einspritzventils abgeführt werden, wodurch die weitere Aufheizung der Flüssigkeit sowie eine mögliche thermische Zersetzung bzw. Alterung niedrig gehalten werden.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass in einem Gehäuse des Einspritzventils, insbesondere in einer Flüssigkeitszuleitung zum Kühlkreislauf ein Filterelement, beispielsweise ein Spaltfilter, angeordnet ist. Durch die Integration eines Filterelements im Einspritzventil kann die Robustheit des Einspritzventils gegen Partikel erhöht werden. Durch Partikel besteht die Gefahr, dass sich diese Partikel in funktionsrelevanten Bereichen des Einspritzventils, insbesondere am Ventilsitz und in der weiteren Drossel anlagern und die Funktion des Ventils stören oder einen erhöhten Verschleiß verursachen, wobei Partikel im Extremfall zu einem kompletten Ausfall des Einspritzventils führen können. Dieses Risiko wird durch das Filterelement reduziert, was zu einer erhöhten Lebensdauer und Funktionsgenauigkeit über die Betriebsdauer des Einspritzventils führt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung besteht darin, dass der Kühlkreislauf des Einspritzventils einen dem Abgasstrang zugewandten Bereich des Einspritzventils, insbesondere einen Ventilsitz, kühlt. Die Kühlung des Ventilsitzes durch den Kühlkreislauf bietet den Vorteil, dass gerade die thermisch am höchsten belastete Stelle des Einspritzventils, insbesondere der Bereich des Ventilsitzes und der Spritzöffnung, gezielt gekühlt werden und somit das Risiko von Ablagerungen am Ventilsitz und Verkokung der Spritzöffnungen gering gehalten wird.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Eindosierung einer Flüssigkeit in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung.
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2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Schnittdarstellung.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Schnittdarstellung.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Schnittdarstellung.
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Kurze Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In der 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zur Eindosierung einer Flüssigkeit 12 in einen Abgasstrang 20 einer Brennkraftmaschine 10 dargestellt. Dabei umfasst die Vorrichtung 100 die innerhalb der gestrichelten Linie dargestellten Komponenten.
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Ein Vorratsbehälter 13 zur Bevorratung der Flüssigkeit 12 ist über eine erste Verbindungsleitung 16 mit einem saugseitigen Eingang 21 einer Pumpe 14 verbunden. Die Pumpe 14 ist über ihren druckseitigen Ausgang 22 durch eine weitere Verbindungsleitung 17 mit einem Drosselelement 34 verbunden. Vom Drosselelement führt eine weitere Verbindungsleitung 18 zu einem Einspritzventil 50, welches an dem Abgasstrang 20 der Brennkraftmaschine 10 angeordnet ist. Das Einspritzventil 50 umfasst ein Gehäuse 51, welches wannenförmig ausgeformt ist, und an seiner dem Abgasstrang 20 zugewandten Seite durch ein Schließglied 61 verschließbar ist. Das Gehäuse 51 ist auf seiner dem Abgasstrang 20 abgewandten Seite durch einen Deckel 59 verschlossen, der das Schließglied 61 führt. Im Einspritzventil 50 ist ein Kühlkreislauf 75 ausgebildet, der in einem äußeren Bereich des Einspritzventils 50 von der Verbindungsleitung 18 zu einem Ventilsitz 53 führt, der mit dem nach außen öffnenden Schließglied 61 durch einen Ventilteller 54 verschlossen ist. Vom Ventilsitz 53 führt der Kühlkreislauf 75 in einem inneren Bereich des Einspritzventils 50 entlang des Schließgliedes zum Deckel 59. Der Deckel 59 ist über eine Rücklaufleitung 19 mit dem Vorratsbehälter 13 verbunden.
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Die Pumpe 14 saugt einen Volumenstrom 15 der Flüssigkeit 12 aus dem Vorratsbehälter 13 über die Verbindungsleitung 16 an und fördert sie über die Verbindungsleitung 17 zum Drosselelement 34. Das Drosselelement 34 weist im Ausgangszustand eine Drosselwirkung auf, so dass der Volumenstrom 15 vom Drosselelement 34 mit verringertem Druck über die Verbindungsleitung 18 zum Einspritzventil 50 strömt, wobei die Verbindungsleitung 18 mit dem Kühlkreislauf 75 des Einspritzventils 50 verbunden ist. Die Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeit 12 durch Pfeile in der Zeichnung dargestellt.
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Beim Durchströmen des Kühlkreislaufs 75 kühlt der Volumenstrom 15 der Flüssigkeit 12 den thermisch besonders belasteten Bereich des Ventilsitzes 53 des Einspritzventil 50 und strömt über die Rücklaufleitung 19, welche mit dem Deckel 59 des Einspritzventils 50 verbunden ist, zurück zum Vorratsbehälter 13. Wird das Drosselelement 34 derart angesteuert, dass der Volumenstrom 15 zum Einspritzventil 50 durch das Drosselelement 34 entdrosselt wird, erhöht sich im Einspritzventil 50 ein auf das Schließglied 61 wirkender Druck der Flüssigkeit 12. Erreicht oder übersteigt der Druck im Einspritzventil 50 einen Schwellenwert, der zur Überwindung einer Zuhaltekraft auf das Schließglied 61 notwendig ist, öffnet das Schließglied 61 und gibt eine Eindosierung der Flüssigkeit 12 in den Abgasstrang 20 der Brennkraftmaschine 10 frei. Als Flüssigkeit 12 zur Verwendung in dieser Vorrichtung 100 eignet sich beispielsweise eine wässrige Harnstofflösungen oder ein Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff.
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Alternativ kann die Bevorratung der Flüssigkeit 12 und die Speisung der Vorrichtung 100 auch aus einem Druckkreislauf, beispielsweise einem Niederdruckkreislauf eines Kraftstoff-Einspritzsystems, erfolgen. Dabei ist es möglich, auf die Pumpe 14 zu verzichten, wenn der Druckkreislauf die Flüssigkeit 12 mit einem Druck bereitstellt, welches oberhalb des Schwellenwertes liegt, welcher benötigt wird, um die Zuhaltekraft auf das Schließglied 61 im Einspritzventil 50 zu überwinden.
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Als eine weitere Alternative kann das Einspritzventil 50 auch als nach innen öffnendes Ventil ausgeführt sein, wobei der Ventilsitz 53 alternativ auch durch eine Ventilkugel 55 verschlossen werden kann. Die Kühlung des Einspritzventils 50 durch den Kühlkreislauf 75 ist in der beanspruchten Vorrichtung nicht auf den Bereich des Ventilsitzes 53 beschränkt, sondern kann auch an anderer Stelle, insbesondere im Gehäuse 51 des Einspritzventils 50, die Wärme abführen, so dass eine direkte Anströmung des Ventilsitzes 53 nicht zwingend erforderlich ist. Dabei kann der Kühlkreislauf 75 auch in dem vom Ventilsitz 53 zur Rücklaufleitung 19 führenden Abschnitt im äußeren Bereich des Einspritzventils 50, insbesondere im Gehäuse 51 angeordnet sein. Dabei kann der Anschluss der Rücklaufleitung 19 alternativ auch direkt am Gehäuse 51 erfolgen.
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In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 in Schnittdarstellung gezeigt. Dabei ist der Vorratsbehälter 13 zur Bevorratung der Flüssigkeit 12 über die erste Verbindungsleitung 16 mit dem saugseitigen Eingang 21 einer Vorförderpumpe 23 eines Kraftstoff-Einspritzsystems 30 verbunden. Die Vorförderpumpe 23 ist über die weitere Verbindungsleitung 17 mit einem als Drosselelement 34 wirkenden Zumessventil 32 und über eine weitere Verbindungsleitung 25 in bekannter Weise mit dem die Brennkraftmaschine 10 versorgenden Kraftstoff-Einspritzsystem 30 verbunden. Das Zumessventil 32 ist über die Verbindungsleitung 18 mit dem Einspritzventil 50 verbunden, welches an dem Abgasstrang 20 der Brennkraftmaschine 10 angeordnet ist. Das Einspritzventil 50 umfasst ein Gehäuse 51, welches wannenförmig ausgeformt ist, und ist an seiner dem Abgasstrang 20 zugewandten Seite durch ein, auf einer Mittelachse 60 des Einspritzventils 50 befindliches, Schließglied 61 verschließbar. Dabei ist, an einer dem Abgasstrang 20 zugewandten Stirnfläche des Gehäuses 51, ein Ventilsitz 53 ausgebildet, der durch einen an dem Schließglied 61 ausgeformten Ventilteller 54 verschließbar ist. Das Schließglied 61 ist als Hohlnadel 63 ausgebildet, welche durch einen Einsatz 52, der im Deckel 59 eingepresst ist, geführt wird. Eine Ventilfeder 64 ist zwischen einer, an der dem Abgasstrang 20 zugewandten Stirnseite des Gehäuse 51 ausgebildeten, Auflagefläche 68 und einer, als ein Federteller 65 des Schließgliedes 61 ausgebildeten werteren Auflagefläche 69, angeordnet. Die Verbindungsleitung 18 mündet über eine Schrägbohrung 81 und eine Verbindungsbohrung 82 im Deckel 59 in einen Ringspalt 57, der von dem Deckel 59 und dem Gehäuse 51 begrenzt ist. Dabei ist zwischen dem Deckel 59 und dem Gehäuse 51 ein Dichtelement 72 in Form eines O-Rings 73 angeordnet, der das Einspritzventil 50 gegen ein unerwünschtes Austreten der Flüssigkeit 12 nach außen abdichtet. Der Ringspalt 57 ist hydraulisch über einen Spaltfilter 58, welcher durch den Einsatz 52 und das Gehäuse 51 gebildet wird, mit dem Kühlkreislauf 75, welcher einen Flüssigkeitszulauf 76 und einen Flüssigkeitsrücklauf 77 umfasst, verbunden. Um eine möglichst gute Kühlwirkung zu erzielen, führt der in einem äußeren Bereich des Einspritzventils 50 angeordnete Flüssigkeitszulauf 76 zum thermisch hochbelasteten Bereich des Ventilsitzes 53, während der Flüssigkeitsrücklauf 77 im Inneren des als Hohlnadel 63 ausgeführten Schließglieds 61 angeordnet ist. Der Flüssigkeitszulauf 76 und der Flüssigkeitsrücklauf 77 sind über eine weitere Drossel 62, welche als Bohrung 66 in dem als Hohlnadel 63 ausgeführten Schließglied 61 ausgebildet ist, miteinander verbunden. Der Flüssigkeitsrücklauf 77 ist über eine Öffnung 83 im Einsatz 52 und eine Öffnung 56 im Deckel 59 mit der Rücklaufleitung 19 verbunden, welche das Einspritzventil 50 mit dem Vorratsbehälter 13 verbindet.
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Die mit dem Vorratsbehälter 13 über die Verbindungsleitung 16 verbundene Vorförderpumpe 23 des Kraftstoff-Einspritzsystems 30 fördert einen Volumenstrom 15 der Flüssigkeit 12 über die Verbindungsleitung 17 zum Zumessventil 32. Das Zumessventil 32 drosselt im Ausgangszustand den Volumenstrom 15 zum Einspritzventil 50 derart, dass der Volumenstrom 15 der Flüssigkeit 12 mit verringertem Druck über die Verbindungsleitung 18 zum Einspritzventil 50 gefördert wird, wobei die Flüssigkeit 12 über die Schrägbohrung 81 und die Verbindungsbohrung 82 aus der Verbindungsleitung 18 in den Ringspalt 57 des Einspritzventils 50 strömt. Über den Spaltfilter 58 gelangt die Flüssigkeit 12 in den Kühlkreislauf 75 des Einspritzventils 50. Beim Durchströmen des Flüssigkeitszulaufs 76 wird die Wärme des temperaturbeanspruchten Einspritzventils 50 aufgenommen und über den Flüssigkeitsrücklauf 77 abgeführt. Beim Übertritt von dem Flüssigkeitszulauf 76 in den Flüssigkeitsrücklauf 77 durchströmt die Flüssigkeit 12 der Bohrung 66 in dem als Hohlnadel 63 ausgeführten Schließglied 61, welche als weitere Drossel 62 wirkt. Dabei ist die Drosselwirkung der Bohrung 66 im Ausgangszustand nicht Durchfluss bestimmend, so dass sich im Flüssigkeitszulauf 76 keine oder nur eine geringe Druckerhöhung ergibt und der Druck im Flüssigkeitszulauf unterhalb des Schwellenwertes liegt, so dass der Druck nicht ausreichend ist, um die Federkraft der Ventilfeder 64 zu überwinden und den Ventilteller 64 des Schließglied 61 vom Ventilsitz 53 des Einspritzventils 50 abzuheben. Somit erfolgt im Ausgangszustand keine Eindosierung der Flüssigkeit 12 in den Abgasstrang 20 der Brennkraftmaschine 10. Die Flüssigkeit 12 strömt über den Flüssigkeitsrücklauf 77 durch die Öffnung 83 im Einsatz 52 und die Öffnung 56 im Deckel 59 und über die sich anschließende Rücklaufleitung 19 zurück zum Vorratsbehälter 13.
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Wird ausgehend von dem beschriebenen Ausgangszustand das Zumessventil 32 durch elektrische Ansteuerung geöffnet, wird der Volumenstrom 15 der Flüssigkeit 12 zum Einspritzventil 50 entdrosselt, wobei durch die Betätigung des Zumessventils 32 der Volumenstrom 15 durch das Einspritzventil 50 von der als weitere Drossel 62 wirkende Bohrung 66 im Übergang zwischen Flüssigkeitszulauf 76 und Flüssigkeitsrücklauf 77 des Kühlkreislaufs 75 begrenzt wird. Dadurch steigt der Druck im Einspritzventil 50 im Flüssigkeitszulauf 76 auf oder, zumindest kurzzeitig, über den Schwellenwert 28, welcher ausreichend ist, um die Federkraft der Ventilfeder 64 zu überwinden. Durch die Überwindung der Federkraft der Ventilfeder 64 hebt der Ventilteller 54 vom Ventilsitz 53 ab und gibt die Eindosierung der Flüssigkeit 12 in den Abgasstrang 20 der Brennkraftmaschine 10 frei. Durch die Eindosierung oder die Drosselung des Volumenstroms 15 durch das Zumessventil 32 bricht der Druck im Flüssigkeitszulauf 76 wieder unter den Schwellwert 28 ein, wodurch das Schließglied 61 durch die Ventilfeder 64 wieder in die Ausgangsposition zurückgestellt wird und das Einspritzventil 50 schließt.
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Alternativ kann das Zumessventil 32 auch über eine Mechanik, eine Pneumatik oder eine Hydraulik betätigt werden. Der Deckel 59 des Einspritzventils 50 kann alternativ auch einstückig mit dem Einsatz 52 ausgeführt werden, wobei die Führung des Schließgliedes 61 alternativ auch im Gehäuse 51 und/oder im Deckel 59 ausgeführt werden kann. Der Spaltfilter 58 kann gegebenenfalls auch entfallen, insbesondere dann, wenn in der Verbindungsleitung 18 oder im Ringspalt 57 ein Filterelement angeordnet ist.
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Die Abdichtung zwischen Gehäuse 51 und Deckel 59 des Einspritzventil 50 ist nicht auf ein Dichtelement 72, beispielsweise einen O-Ring 73 beschränkt, alternativ kann hier beispielsweise auch der Deckel 59 mit dem Gehäuse 51 stoffschlüssig, beispielsweise durch Verschweißen von Deckel 59 und Gehäuse 51 oder formschlüssig, beispielsweise über einen Dichtkegel, verbunden sein.
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Alternativ kann, wie in 3 dargestellt, die Vorförderpumpe 23 mit ihrem druckseitigen Ausgang 22 über die Verbindungsleitung 17 mit einer verstellbaren Drossel 35 verbunden sein, welche als Drosselelement 34 den Volumenstrom 15 der Flüssigkeit 12 durch die Verbindungsleitung 18 zum Einspritzventil 50 begrenzen kann. Dabei ist das Einspritzventil 50 als nach innen öffnendes Einspritzventil 50 ausgeführt, wobei eine zwischen dem Schließglied 61 und dem Ventilsitz 53 angeordnete Ventilkugel 55 den Ventilsitz 53 im Gehäuse 51 verschließt. Bei dem nach innen öffnenden Einspritzventil 50 ist die Ventilfeder 64 zwischen dem Federteller 65 des Schließglieds 61 und dem im Deckel 59 befindlichen Einsatz 52 positioniert, wobei in allen Ausführungsbeispielen der Deckel 59 mit dem Einsatz 52 einteilig ausgeführt sein kann. Die Ausführungsform eines nach innen öffnenden Einspritzventils 50 ist nicht auf das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel mit einer verstellbaren Drossel 35 zwischen Vorförderpumpe 23 und Einspritzventil 50 beschränkt, sondern kann auch auf die anderen skizzierten Ausführungsbeispiele übertragen werden. Aufgrund einer kardanischen Wirkung der Ventilkugel 55 ist eine hochgenaue Ausrichtung des Schließgliedes 61 im Einsatz 52 nicht erforderlich. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass ein nach innen öffnendes Einspritzventil 50 so ausgestaltet werden kann, dass beim Öffnen des Einspritzventils eine hydraulisch wirkende Schließkraft entsteht, welche die Ventilkugel 55 zurück in den Ventilsitz 53 drückt. Damit kann ein Ventilhub des Schließgliedes 61 gering gehalten werden und verbessert die Fähigkeit, kleinste Mengen der Flüssigkeit 12 einzudosieren. Alternativ kann die Ventilkugel 55 auch einstückig mit dem Schließglied 61 verbunden sein.
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Bei dem in 3. skizzierten Ausführungsbeispiel wird der Volumenstrom 15 zum Einspritzventil 50 im Ausgangszustand durch die verstellbare Drossel 35 derart begrenzt, dass sich im Flüssigkeitszulauf 76 ein Druck unterhalb des Schwellwertes 28 einstellt. Dabei erhöht die Flüssigkeit 12 beim Durchströmen des Kühlkreislaufes 75 den Druck nicht oder nur soweit, dass der Schwellwert nicht erreicht wird und die Ventilkugel 55 des Schließgliedes 61, welche durch die Federkraft der Ventilfeder 64 in den Ventilsitz 53 gedrückt wird, nicht vom Ventilsitz 53 abgehoben wird. Somit strömt die Flüssigkeit 12 im Ausgangszustand über den Flüssigkeitsrücklauf 77 und die Rücklaufleitung 19 zurück zum Vorratsbehälter 13. Wird die verstellbare Drossel 35 ausgehend vom Ausgangszustand durch Ansteuerung geöffnet, wird der Volumenstrom 15 der Flüssigkeit 12 im Kühlkreislauf 75 des Einspritzventils derart entdrosselt, dass die weitere Drossel 66 im Schließglied 61 Durchfluss begrenzend wird. Dadurch steigt der Druck im Flüssigkeitszulauf 76 über den Schwellwert 28, wodurch die Federkraft der Ventilfeder 64 überwunden wird und das Einspritzventil 50 die Eindosierung der Flüssigkeit 12 in den Abgasstrang 20 freigibt. Durch ein Verengen der Drossel 35 sinkt der Druck im Flüssigkeitszulauf 76 wieder unter den Schwellwert 28 ein, wodurch das Einspritzventil 50 wieder schließt. Alternativ kann der Druck im Flüssigkeitszulauf 76 auf durch die Eindosierung der Flüssigkeit 12 unter den Schwellenwert einbrechen, dass das Einspritzventil 50 schließt.
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In einem weiteren, in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Drosselelement 34 zwischen der Vorförderpumpe 23 und dem Einspritzventil 50 als eine elektrisch gesteuerte Dosierpumpe 41 ausgeführt.
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Die elektrisch gesteuerte Dosierpumpe 41 umfasst ein Pumpengehäuse 42, in dem eine Druckkammer 49 ausgebildet ist, in welchem durch einen Pumpenkolben 45 ein Druck aufgebaut werden kann. Der Pumpenkolben 45 wird über eine Feder 46, welche zwischen dem Pumpengehäuse 42 und einem am Pumpenkolben 45 ausgebildeten Federteller 47 angeordnet ist, in seiner Ausgangsposition gehalten. Der Pumpenkolben 45 weist zusätzlich einen, mit dem Pumpenkolben 45 einstückig verbundenen Anker 44 auf, wobei der Anker 44 über eine ebenfalls im Pumpengehäuse 42 angeordnete Magnetbaugruppe 43 betätigt werden kann. Von der Verbindungsleitung 17 zwischen der Vorförderpumpe 23 und der elektrisch gesteuerten Dosierpumpe 41 zweigt eine Verbindungsleitung 37 ab, welche über eine Bohrung 39 mit einem hydraulischen Arbeitsraum 48 der elektrisch gesteuerten Dosierpumpe 41 verbunden ist. Dabei umfasst der hydraulische Arbeitsraum 48 eine Federkammer 85 und einen Ankerraum 84, welche über einen im Pumpengehäuse 42 ausgebildeten Führungsbereich 85 des Pumpenkolbens 45 hydraulisch miteinander verbunden sind. Zwischen der Verbindungsleitung 17 und der Druckkammer 49 der elektrisch gesteuerten Dosierpumpe 41 ist eine Zulaufdrossel 38 angeordnet. Ein zwischen Verbindungsleitung 17 und Druckkammer 49 angeordnetes Rückschlagventil 36 dient zur Unterbindung eines Rückströmens der Flüssigkeit 12 aus der Druckkammer 49 zur Vorförderpumpe 23. Dabei ist das Rückschlagventil 36 bevorzugt in der, durch Pfeile in den Abbildungen angedeuteten, Strömungsrichtung stromaufwärts der Zulaufdrossel 38 angeordnet.
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Im nicht angesteuerten Zustand der Dosierpumpe 41 wird die Flüssigkeit 12 von der Vorförderpumpe 23 über das Rückschlagventil 36 und die Zulaufdrossel 38 in die Druckkammer 49 der elektrisch gesteuerten Dosierpumpe 41 gefördert. Dabei reicht der Druck der Vorförderpumpe 23 aus, um die Federkraft des Rückschlagventils 36 zu überwinden und das Rückschlagventil 36 zu öffnen. Der Pumpenkolben 45 ist bei nicht angesteuerter Dosierpumpe 41 druckausgeglichen, da der hydraulische Arbeitsraum 48 der elektrisch gesteuerten Dosierpumpe 41 über die Verbindungsleitung 37 und die Bohrung 39 im Gehäuse 42 mit der Vorförderpumpe 23 hydraulisch verbunden ist. Durch die Feder 46 ist der Pumpenkolben 45 in seiner Ausgangslage positioniert. Im unbetätigten Ausgangszustand der elektrisch gesteuerten Dosierpumpe 41 zirkuliert die Flüssigkeit 12 wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschrieben durch den Kühlkreislauf 75 des Einspritzventils 50, wodurch das Einspritzventil 50 gekühlt wird. Wird die Magnetbaugruppe 43 der elektrisch gesteuerten Dosierpumpe 41 angesteuert, wird der Anker 44 über die Magnetkraft der Magnetbaugruppe 43 angezogen, wodurch die Federkraft der Feder 46 überwunden wird und sich der Pumpenkolben 45 in Richtung der Druckkammer 49 bewegt. Dadurch steigt der Druck in der Druckkammer 49. Durch den Druckanstieg in der Druckkammer 49 schließt das Rückschlagventil 36, wodurch ein Rückströmen der Flüssigkeit 12 in den Vorratsbehälter 13 entgegen der Strömungsrichtung unterbunden wird. Durch den Druckanstieg in der Druckkammer 49 steigt auch der Druck im Flüssigkeitszulauf 76 des Kühlkreises 75. Erreicht oder übersteigt der Druck im Flüssigkeitszulauf 76 den Schwellenwert, öffnet das Einspritzventil 50 und gibt die Eindosierung der Flüssigkeit 12 in den Abgasstrang 20 der Brennkraftmaschine 10 frei. Durch die Einspritzung wird der Druck im Flüssigkeitszulauf 76 abgebaut, so dass der Druck wieder unter den Schwellenwert absinkt, wenn der Pumpenkolben 45 des elektrisch gesteuerten Einspritzventils 41 seine Endlage erreicht hat und in der Druckkammer 49 kein Druck mehr aufbaut wird. Endet die Bestromung der Magnetbaugruppe 43, wird der Pumpenkolben 45 durch die Feder 46 wieder in seine Ausgangslage zurückgestellt und das Rückschlagventil 36 öffnet wieder, so dass sich die Druckkammer 49 wieder mit Flüssigkeit 12 füllt.
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Alternativ kann die elektrisch gesteuerte Dosierpumpe 41 anstelle eines Magnetkreises, der die Magnetbaugruppe 43 und den Anker 44 umfasst, auch über einen Piezoaktor gesteuert werden. Die Erfindung ist nicht auf Kolbenpumpen beschränkt, alternativ können auch andere Dosierpumpen 40, beispielsweise Membranpumpen oder Kreiselpumpen, eingesetzt werden, welche im nicht angesteuerten Betriebszustand den Volumenstrom 15 der Flüssigkeit 12 zum Einspritzventil 50 drosseln und somit ein Durchströmen des Kühlkreislaufes 75 im Einspritzventil 50 ermöglichen und im angesteuerten Betriebszustand den Volumenstrom 15 der Flüssigkeit 12 zum Einspritzventil mindestens soweit freigeben, dass im Flüssigkeitszulauf 76 des Einspritzventils 50 der Druck bis mindestens zum Erreichen des Schwellenwertes aufgebaut werden kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ebenfalls nicht auf elektrisch gesteuerte Dosierpumpen 41 beschränkt, sondern umfasst auch Dosierpumpen 40, welche beispielsweise pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch angesteuert werden.
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Alternativ zu druckausgeglichenen Dosierpumpen können auch Dosierpumpen 40 eingesetzt werden, bei denen im nicht-eingeschalteten Ausgangszustand unterschiedliche Drücke im hydraulischen Arbeitsraum 48 und in der Druckkammer 49 herrschen, wobei die Verbindungsleitung 37 und die Bohrung 39 im Pumpengehäuse 42 entfallen können. Als weitere Ausführungsform können Pumpenkolben 45 und Anker 44 auch zweiteilig ausgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4436397 B4 [0002]
- DE 102007011686 A1 [0004]
- DE 102006019973 A1 [0004]
