DE102010030920A1

DE102010030920A1 - Ventil für ein flüssiges Medium

Info

Publication number: DE102010030920A1
Application number: DE102010030920A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Reiter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-07-05
Filing date: 2010-07-05
Publication date: 2012-01-05

Abstract

Es wird ein Ventil für ein flüssiges Medium, insbesondere ein Dosierventil zum Einspritzen des Mediums in den Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, angegeben, das einen endseitig mit einer Spritzöffnung (15) versehenen Ventilkörper (11) und einen dem Ventilkörper (11) zugeordneten Kühlkörper (12) aufweist. Zwecks Reduzierung des bautechnischen Aufwands für die Ventilkühlung weist der Kühlkörper (12) eine den Ventilkörper (11) aufnehmende Hülse (13) auf, die mit dem Ventilkörper (11) dicht verschweißt und mit Wärmeaustauschmitteln, z. B. Kühlrippen (33), versehen ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Ventil für ein flüssiges Medium, insbesondere einem Dosierventil zum Einspritzen des Mediums in den Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine wird ein flüssiges Medium, z. B. Kraftstoff oder ein Reduktionsmittel, wie eine Harnstoff-Wasser-Lösung, in dosierter Menge dem Abgas zugesetzt. Mittels der Harnstoff-Wasser-Lösung wird die Konzentration im Abgas enthaltener Stickoxide reduziert und mittels des Kraftstoffs Speicherkatalysator oder Partikelfilter im Abgastrakt regeneriert oder die Abgastemperatur erhöht. Die Zuführung des Mediums erfolgt durch Einspritzen mittels eines sog. Dosierventils, das in der Rohrwand eines Abgasrohrs im Abgastrakt der Brennkraftmaschine festgelegt ist und mit seinem die Einspritzöffnung tragenden Ende in das Innere des Abgasrohrs hineinragt.
Um das Ventil nicht den im Abgas herrschenden hohen Temperaturen auszusetzen, die die Dichtungen, Isolierungen und Kontaktierungen des Elektromagneten im Ventil schädigen können und dadurch die Funktionstüchtigkeit des Ventils beeinträchtigen, ist dem Ventil eine Kühlvorrichtung zugeordnet.
Bei einer bekannter Vorrichtung zur Dosierung eines Reduktionsmittels zum Abgas einer Brennkraftmaschine ( DE 103 24 482 A1 ) weist die Kühlvorrichtung einen als Kühlkörper fungierenden, einteiligen Ventilhalter auf, der in der Rohrwand des Abgasrohrs befestigt, z. B. verschraubt oder verschweißt, ist. Der Ventilhalter nimmt den Ventilkörper auf, der z. B. im Ventilhalter verschraubt ist. Der Ventilhalter weist einen an einem Vorlauf und an einem Rücklauf angeschlossenen Ringkanal auf, der um den Ventilkörper herumgeführt ist. Das Medium wird in einem geschlossenen Kreislauf, in dem ein Vorratsbehälter und ein Wärmetauscher angeordnet sind, mittels einer Förderpumpe umgewälzt. Die über die Einspritzöffnung des Ventils eingespritzte Mediummenge wird mittels eines 2/2-Wegeventils dem Kreislauf entnommen.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die mit dem Ventilkörper dicht verschweißte, mit Wärmeaustauschmittel versehene Hülse der Aufwand zur Ventilkühlung deutlich reduziert und eine kompakte und bauraumsparende Baueinheit zur Ventilkühlung erzielt wird. Die dichte Verschweißung erspart Elastomer-Dichtungen zwischen Hülse und Ventilkörper, so dass auf diese teuren und nur begrenzt temperaturfesten und gegen aggressive Stoffe, wie das bei der Einspritzung der Harnstoff-Wasser-Lösung in das Abgas entstehende Ammoniak, resistente Bauteile im Ventil verzichtet werden kann. Durch Verzicht auf diese Bauteile werden nicht nur die Fertigungskosten reduziert, sondern erhöht sich auch die Lebensdauer des Ventils.
Die erfindungsgemäße Hülse kann wahlweise mit Wärmeaustauschmittel zur Luft- oder Wasserkühlung versehen werden. Dadurch können unterschiedliche Kühlkörper für das Ventil vorgehalten werden, und dasselbe Ventil kann nach dem Baukastenprinzip mit einem für Wasser- oder Luftkühlung geeigneten Kühlkörper versehen werden. Die Hülse kann außerdem mit Blechteilen zur Befestigung am Abgasrohr bestückt werden.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserung des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die Wärmeaustauchmittel auf der Hülse angeordnete Kühlrippen auf. Die Luftkühlung mittels Kühlrippen erfordert einen besonders geringen Aufwand für die Ventilkühlung und spart durch Entfall eines vorzuhaltenden Kühlmittels und den für dieses erforderliche Kühlmittelleitungen Einbauraum.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die Kühlrippen von der Hülse radial abstehende, die Hülse umschließende, ringförmige Kühlflächen auf, die an der Hülse mit Axialabstand voneinander angeordnet sind. Durch diese Ausbildung der Kühlrippen wird in Einbaulage des Ventils am Abgasrohr ein größtmöglicher Luftstrom und Luftsatz am Kühlkörper erzielt. Vorteilhaft ist jede Kühlfläche an ihrem inneren Ringrand mit einem einstückig axial abstehenden Kragen versehen, der auf der Hülse aufgeschoben und auf der Hülse befestigt ist, wobei die in Achsrichtung sich erstreckende Breite oder Höhe des Kragens das Abstandmaß zwischen den Kühlflächen bestimmt. Diese konstruktive Ausführung ermöglicht einen fertigungstechnisch vorteilhaften Aufbau der Hülse mit Kühlrippen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die Wärmeaustauschmittel einen auf der Hülse befestigten, um die Hülse umlaufenden Ringkanal auf. Der Ringkanal ist mit einem Zu- und einem Abfluss für ein den Ringkanal durchströmendes Kühlmittel versehen. Durch das strömende Kühlmittel, z. B. Wasser, wird eine sehr effektive Kühlung des Ventilkörpers erzielt. Auch hier ist der erforderliche Zusatzaufwand für die Ventilkühlung gering, da der Ringkanal an die vorhandene Wasserkühlung der Brennkraftmaschine angeschlossen werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Ventilkörper einen rohrförmigen Ventilsitzträger auf, der endseitig mit einem die Spritzöffnung enthaltenden Ventilsitzkörper abgeschlossen ist. Die Hülse weist einen ersten Hülsenabschnitt mit einem gegenüber dem Außendurchmesser des Ventilsitzträgers größeren Innendurchmesser sowie einen Endabschnitt mit einem auf den Außendurchmesser des Ventilsitzträgers reduzierten Innendurchmesser auf. Zwischen dem Ventilsitzträger und dem ersten Hülsenabschnitt ist mindestens eine Graphitbuchse angeordnet, und die Verschweißung von Ventilkörper und Hülse ist im Endabschnitt vorgenommen. Die Graphitbuchse besitzt eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit, so dass der Ventilsitzträger dadurch teilweise wärmeisoliert ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Hülse einen zweiten Hülsenabschnitt mit gegenüber dem ersten Hülsenabschnitt größeren Innendurchmesser auf, der ein Kunststoffgehäuse, aus dem der Ventilsitzträger axial herausragt, übergreift. Zwischen dem Übergreifungsende des zweiten Hülsenabschnitts mit vergrößertem Innendurchmesser und dem Kunststoffgehäuse ist ein Dichtungselement, vorzugsweise in Form eines O-Rings angeordnet. Dieses Dichtungselement verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit hin zum Ventilsitzträger, die die auf den Ventilsitzträger aufgeschobene Magnetspule des Elektromagneten gefährden könnte.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die in mindestens drei Abschnitten im Durchmesser gestufte Hülse aus einem Edelstahlblech tiefgezogen. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung und erzielt eine hohe Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegen das im Abgas auftretende Ammoniak.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ausschnittweise einen Längsschnitt eines Ventils für ein flüssiges Medium mit einem Ventilkörper und einem dem Ventilkörper zugeordneten Kühlkörper,
2 einen Schnitt längs der Linie II-II in 1,
3 eine gleiche Darstellung wie in 1 eines Ventils mit modifiziertem Kühlkörper,
4 eine perspektivische Ansicht einer Kühlrippe des Kühlkörpers in 2.
Das in 1 ausschnittweise im Längsschnitt und in 2 im Querschnitt dargestellte Ventil für ein flüssiges Medium wird beispielsweise als Dosierventil zum Zumessen einer Flüssigkeit, z. B. von Kraftstoff oder einer Harnstoff-Wasser-Lösung eingesetzt, die mittels des Dosierventils in dosierter Menge in das Abgas einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Dabei steht das dosiert abzuspritzende Medium unter einem Systemdruck von einigen bar.
Das Ventil weist einen Ventilkörper 11 mit einer endseitig ausgebildeten Spritzöffnung 15 und einem dem Ventilkörper 11 zugeordneten Kühlkörper 12 auf. Der Kühlkörper 12 weist eine den Ventilkörper 11 aufnehmende Hülse 13 auf, die mit dem Ventilkörper 11 dicht verschweißt und mit Wärmeaustauschmitteln versehen ist.
Der Ventilkörper 11 weist einen rohrförmigen Ventilsitzträger 14 auf, der endseitig mit einem die Spritzöffnung 15 enthaltenden Ventilsitzkörper 16 abgeschlossen ist. Der Ventilsitzkörper 16 enthält die Spritzöffnung 15 und einen die Spritzöffnung 15 umschließenden Ventilsitz 17, der mit einem elektromagnetisch bestätigten Schließglied 18 zum Steuern der Spritzöffnung 15 zusammenwirkt. Der Spritzöffnung 15 ist üblicherweise eine Spritzlochscheibe 34 mit mindestem einem der Übersichtlichkeit halber hier nicht dargestellten Spritzloch nachgeordnet, die an der vom Ventilsitz 17 abgekehrten Stirnseite des Ventilsitzkörpers 16 anliegt und mit diesem fest verbunden, vorzugsweise verschweißt, ist. Das Schließglied 18 besteht aus einer hohlzylindrischen Ventilnadel 19 und einen die Ventilnadel 19 abschließenden Schließkopf 20, der unter der Federkraft einer die Ventilnadel 19 belastenden, hier nicht dargestellten Ventilschließfeder auf dem Ventilsitz 17 aufgepresst ist und die Spritzöffnung 15 verschließt. Dem Ventilsitzkörper 16 ist eine Ventilkammer 21 vorgelagert, die über die mit einem Mediumzufluss in Verbindung stehende Ventilnadel 19 und in der Ventilnadel 19 vorhandene Wandöffnungen mit dem Medium gefüllt ist. Die Ventilnadel 19 wird elektromagnetisch gegen die Kraft der Ventilschließfeder betätigt, wodurch der Schließkopf 20 vom Ventilsitz 17 abhebt und die Spritzöffnung 15 mehr oder weniger freigegeben ist. Von dem auf dem Ventilsitzträger 14 angeordneten Elektromagneten ist in 1 lediglich das Magnetgehäuse 22 zu sehen, das im oberen Bereich von einem Kunststoffgehäuse 23 übergriffen ist. Der aus dem Magnetgehäuse 22 axial vorstehende Ventilsitzträger 14 ist bis in das Kunststoffgehäuse 23 geführt.
Die im Durchmesser gestufte Hülse 13 des Kühlkörpers 12 weist einen ersten Hülsenabschnitt 131 mit einem gegenüber dem Außendurchmesser des Ventilsitzträgers 14 größeren Innendurchmesser, einen Endabschnitt 132 mit einem auf den Außendurchmesser des Ventilsitzträgers 14 reduzierten Innendurchmesser, sowie einen auf der vom Endabschnitt 131 abgekehrten Seite der Hülse 13 sich fortsetzenden zweiten Hülsenabschnitt 133 mit gegenüber dem ersten Hülsenabschnitt 131 größerem Innendurchmesser auf und ist aus einem Edelstahlblech tiefgezogen. Die dichte Verschweißung der Hülse 13 mit dem Ventilsitzträger 14 ist im Endabschnitt 132 vorgenommen. Die umlaufende Schweißnaht ist mit 24 gekennzeichnet. Zwischen dem Ventilsitzträger 14 und den ersten Hülsenabschnitt 131 der Hülse 13 sind zwei stirnseitig aneinanderliegende Graphitbuchsen 25, 26 angeordnet. Der zweite Hülsenabschnitt 132 übergreift mit einem im Durchmesser größeren Übergreifungsende 134 teilweise das Kunststoffgehäuse 23, wobei zwischen dem Übergreifungsende 134 des zweiten Hülsenabschnitts 132 und dem Kunststoffgehäuse 23 ein Dichtungselement 27 in Form eines O-Rings einliegt.
Bei dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des Ventils weisen die auf der Hülse 13 des Kühlkörpers 12 angeordneten Wärmeaustauschmittel einen um die Hülse 13 umlaufenden Ringkanal 28 auf. Der Ringkanal 28 liegt mit seiner inneren Kanalwand 281 dicht an der Hülse 13 und ist an dieser befestigt, z. B. verschweißt. Der Ringkanal 28 weist einen Zufluss 29 und einen Abfluss 30 für ein den Ringkanal 28 durchströmendes Kühlmittel, z. B. Wasser, das vorzugsweise an dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine abgegriffen ist. Zufluss 29 und Abfluss 30 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel in der äußeren Kanalwand 282 des Ringkanals 28 enthalten und jeweils mit einem Anschlussstutzen 31 bzw. 32 für eine Zu- und Rückleitung versehen.
Bei dem in 3 und 4 skizzierten Ausführungsbeispiel des Ventils weisen die an der Hülse 13 angeordneten Wärmeaustauschmittel Kühlrippen 33 für Luftkühlung auf. Die Kühlrippen 33 weisen von der Hülse 13 radial abstehende, die Hülse 13 umschließende, ringförmige Kühlflächen 231, die in Achsrichtung der Hülse 13 voneinander beabstandet angeordnet sind, und an dem inneren Ringrand der Kühlflächen 231 von diesen einstückig axial abstehende Kragen 232 auf. Die einzelnen Kühlrippen 33 sind auf der Hülse 13 aufeinandergesetzt, so dass die axiale Bereite oder Höhe der Krägen 232 das Abstandsmaß zwischen den Kühlflächen 331 bestimmt, und die Kragen 232 sind auf der Hülse 13 befestigt, z. B. verschweißt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10324482 A1 [0004]

Claims

Ventil für ein flüssiges Medium, insbesondere Dosierventil zum Einspritzen des Mediums in den Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, mit einem eine endseitig angeordnete Spritzöffnung (15) aufweisenden Ventilkörper (11) und einem dem Ventilkörper (11) zugeordneten Kühlkörper (12), dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (12) eine den Ventilkörper (11) aufnehmende Hülse (13) aufweist, die mit dem Ventilkörper (11) dicht verschweißt und mit Wärmeaustauschmitteln versehen ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschmittel auf der Hülse (13) angeordnete Kühlrippen (33) aufweisen.
Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (33) von der Hülse (13) radial abstehende, die Hülse (13) umschließende, ringförmige Kühlflächen (331) aufweisen, die an der Hülse (13) voneinander axial beabstandet angeordnet sind.
Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede ringförmige Kühlfläche (331) an ihrem inneren Ringrand mit einem einstückig abstehenden Kragen (332) versehen ist, der auf die Hülse (13) aufgeschoben und auf der Hülse (13) befestigt ist.
Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das axiale Abstandsmaß zwischen den Kühlflächen (331) durch die in Achsrichtung sich erstreckende Breite des Kragens (332) bestimmt ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschmittel einen um die Hülse (13) umlaufenden Ringkanal (28) aufweisen, der mit einem Zufluss (29) und einem Abfluss (30) für ein den Ringkanal (28) durchströmendes Kühlmittel versehen ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (11) einen rohrförmigen Ventilsitzträger (14) aufweist, der endseitig mit einem die Spritzöffnung (15) enthaltenden Ventilsitzkörper (16) abgeschlossen ist, und dass die Hülse (13) mit dem Ventilsitzträger (14) an dessen spritzöffnungsseitigem Ende dicht verschweißt ist.
Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (13) einen ersten Hülsenabschnitt (131) mit einem gegenüber dem Außendurchmesser des Ventilsitzträgers (14) größeren Innendurchmesser und einen Endabschnitt (132) mit einem auf den Außendurchmesser des Ventilsitzträgers (14) reduzierten Innendurchmesser aufweist und dass zwischen dem Ventilsitzträger (14) und dem ersten Hülsenabschnitt (131) mindestens eine Graphitbuchse (25, 26) angeordnet ist.
Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzträger (14) aus einem Kunststoffgehäuse (23) axial vorsteht und dass die Hülse (13) einen zweiten Hülsenabschnitt (133) mit gegenüber dem ersten Hülsenabschnitt (131) größerem Innendurchmesser aufweist, der das Kunststoffgehäuse (23) mit einem im Durchmesser vergrößerten Übergreifungsende (134) übergreift, und dass zwischen dem Übergreifungsende (134) des zweiten Hülsenabschnitts (133) und dem Kunststoffgehäuse (23) ein Dichtungselement (27), vorzugsweise ein O-Ring, angeordnet ist.
Ventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die im Durchmesser mehrfach gestufte Hülse (13) aus einem Edelstahlblech tiefgezogen ist.