DE102011102170A1 - Einspritzvorrichtung zur Einspritzung eines Fluids - Google Patents

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Abstract

Einspritzvorrichtung (1) zur Einspritzung eines Fluids in eine Abgasbehandlungsvorrichtung (15), aufweisend einen Injektor (2), der in einem Injektorhalter (3) positioniert ist, wobei der Injektor (2) eine Zulauföffnung (4) aufweist und sich ein Bauteil (5) des Injektorhalters (3) in die Zulauföffnung (4) hinein erstreckt. Eine solche Einspritzvorrichtung (1) ist insbesondere für die Zufuhr von Harnstoff-Wasser-Lösung in die Abgasbehandlungsvorrichtung (15) eines Kraftfahrzeugs geeignet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung zur Einspritzung eines Fluids in eine Abgasbehandlungsvorrichtung, aufweisend einen Injektor, der in einem Injektorhalter positioniert ist.
  • Es ist bekannt, einer Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine gezielt ein Fluid zuzuführen, um beispielsweise eine chemische Umsetzung von Abgasbestandteilen zu realisieren. Ein solches Fluid ist beispielsweise ein Oxidationsmittel oder ein Reduktionsmittel. Als Fluid kommt insbesondere eine Harnstoff-Wasser-Lösung in Betracht. Eine zur Reduktion von schädlichen Stickstoffoxidverbindungen im Abgas besonders häufig eingesetzte 32,5 prozentige Harnstoff-Wasser-Lösung ist beispielsweise unter dem Handelsnamen Adblue® erhältlich. Mit einer solchen Harnstoff-Wasser-Lösung kann in der Abgasbehandlungsvorrichtung das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion [SCR = selective catalytic reduction] durchgeführt werden. Die Dosierung des Fluids kann mit einer solchen Einspritzvorrichtung mit einem Injektor erfolgen. Ein Injektor kann gezielt geöffnet bzw. wieder geschlossen werden, um das Fluid dosiert bereitzustellen.
  • Bei derartigen Einspritzvorrichtungen ist regelmäßig zu berücksichtigen, dass das zugeführte Fluid Ablagerungen bilden kann. Derartige Ablagerungen sind in Einspritzvorrichtungen insbesondere im Bereich der Injektoren häufig. In diesem Bereich weist der Strömungsweg für das zuzuführende Fluid zu dem Injektor häufig konstruktionsbedingte Umlenkungen und Erweiterungen auf, welche zum Abbremsen und/oder zu Verwirbelungen des zuzuführenden Fluids führen. Dies begünstigt die Bildung von Ablagerungen. Desweiteren treten an Einspritzvorrichtungen regelmäßig sehr große Temperaturschwankungen auf. Auch dies verstärkt die Bildung von Ablagerungen. Insbesondere, wenn als Fluid Harnstoff-Wasser-Lösung eingesetzt wird, kann durch erhöhte Temperaturen (in der Nähe der Abgasanlage) bereits in der Einspritzvorrichtung eine chemische Veränderung der Harnstoff-Wasser-Lösung auftreten, die die Bildung von Ablagerungen beschleunigt. Ebenso ist zu berücksichtigen, dass das Fluid bei tiefen Temperaturen auch gefrieren kann und dann aufgrund der Volumenexpansion Schäden verursachen und/oder den Injektor verstopfen kann.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll eine Einspritzvorrichtung offenbart werden, die technisch einfach aufgebaut ist und bei der die Funktionalität des Injektors bei Temperaturschwankungen verbessert wird.
  • Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Einspritzvorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Einspritzvorrichtung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, erläutert die Erfindung weiter und gibt zusätzliche Ausführungsbeispiele an.
  • Die Erfindung betrifft demnach eine Einspritzvorrichtung zur Einspritzung eines Fluids in eine Abgasbehandlungsvorrichtung, aufweisend einen Injektor, der in einem Injektorhalter positioniert ist, wobei der Injektor eine Zulauföffnung aufweist und sich ein Bauteil in die Zulauföffnung hinein erstreckt.
  • Die Einspritzvorrichtung ist insbesondere zur Einspritzung eines Fluids in eine Abgasbehandlungsvorrichtung geeignet. Insbesondere handelt es sich bei dem Fluid um ein Reduktionsmittel bzw. eine Harnstoff-Wasser-Lösung. Damit wird hier insbesondere eine Einspritzvorrichtung für eine Harnstoff-Wasser-Lösung in eine Abgasleitung einer Abgasbehandlungsvorrichtung eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen.
  • Durch das Bauteil, welches sich in die Zulauföffnung des Injektors hinein erstreckt, kann zum einen die Strömung des Fluids in den Injektor hinein beschleunigt werden. Darüber hinaus kann der Strömungsweg bzw. die Strömung in den Injektor hinein vergleichmäßigt werden. Durch das Bauteil können zudem (sonst) wenig (gut) durchströmte Bereiche besser angeströmt bzw. gespült werden, so dass in diesem Gebiet Ablagerungen besser vermieden werden. Außerdem können anschlussbedingte bzw. injektorbedingte große Volumina im Bereich der Zulauföffnung des Injektors reduziert werden, so dass auch für den Fall der Temperaturschwankungen (Sieden und/oder Einfrieren) Dampfblasen, Ablagerungen und/oder große Eisdrücke reduziert oder sogar vermieden werden können.
  • Die Einspritzvorrichtung ist weiter vorteilhaft, wenn das Bauteil von zumindest einem Einsatz gebildet ist, der zusammen mit dem Injektor in dem Injektorhalter angeordnet ist. Ein derartiger Einsatz kann in dem Injektorhalter dazu vorgesehen sein, den Injektor in seiner Position zu halten. Der Einsatz bildet vorzugsweise ein Bauteil eines Zuleitungskanals zu dem Injektor aus. Der Zuleitungskanal ist regelmäßig über weitere Leitungsabschnitte an eine Fördereinheit für das Fluid und an einen Tank für das Fluid angeschlossen.
  • Auch vorteilhaft ist die Einspritzvorrichtung, wenn der Einsatz einen Zuleitungskanal aufweist, der zu dem Bauteil und der Zulauföffnung führt und sich durch den Injektorhalter hindurch erstreckt.
  • Weiter vorteilhaft ist die Einspritzvorrichtung, wenn das Bauteil ein Rohr umfasst. Das Rohr kann beispielsweise eine Fortsetzung eines Zuleitungskanals zu dem Injektor bilden. Ein derartiges Rohr bildet eine besonders wirkungsvolle Vergleichmäßigung des Strömungswegs in den Injektor hinein. Bevorzugt hat dieses Rohr einen Innenquerschnitt, der in etwa einem inneren Kanal des Injektors anschließend zur Zulauföffnung entspricht.
  • Weiterhin vorteilhaft ist die Einspritzvorrichtung, wenn das Bauteil zumindest eine Perforierung aufweist. In dieser Ausführungsform ist das Bauteil bevorzugt als Rohr ausgebildet, welches eine Rohrwand aufweist. Die Perforierung (mit anderen Worten eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen, Löchern, etc.) ist in dieser Rohrwand vorgesehen. Vorzugsweise weist das Rohr eine gleichmäßige Perforierung auf, die sich über das gesamte Bauteil gleichmäßig verteilt und die aus einer Vielzahl von Öffnungen besteht. Durch die Perforierung sind die Fläche und das Volumen der Rohrwand vorzugsweise um mindestens 20% reduziert, wobei die Fläche und das Volumen besonders bevorzugt nicht mehr als 50% reduziert sein sollten.
  • Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Bauteil von mindestens einem Gummimantel umgeben ist. Der Gummimantel verhindert die Bildung von Ablagerungen weiter. Bereits die Oberfläche des Gummimantels verhindert eine dauerhafte Anbindung von Ablagerungen. Darüber hinaus ist der Gummimantel elastisch und verändert sein Volumen und seine Form, wenn der Druck des Fluids in dem Zuleitungskanal schwankt. Der Gummimantel kann beispielsweise auf dem Bauteil aufvulkanisiert sein. Da ein solcher Gummimantel beispielsweise auf einer Innenseite und einer Außenseite des Rohres separat ausgebildet sein kann, können auch mehrere (unterschiedliche) Gummimäntel bei einem Bauteil vorgesehen sein.
  • Das Bauteil ist vorzugsweise aus einem Material gefertigt, welches im Vergleich zu dem Gummimantel im Wesentlichen starr ist. So ist sichergestellt, dass die Grundform des Bauteils – beispielsweise die Form eines Rohres mit einer Rohrwand – sich nicht verformt, wenn der Druck des Fluids in dem Zuleitungskanal schwankt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Bauteil einen Gummimantel und eine Perforierung auf, wobei der Gummimantel die Perforierung zumindest teilweise abdeckt. Der (mindestens eine) Gummimantel kann sich dann in die Perforierung hinein verformen, wenn der Druck des Fluids in dem Zuleitungskanal stark erhöht ist. Dies kann beispielsweise eintreten, wenn das Fluid in dem Zuleitungskanal gefriert. Durch die Kombination eines Gummimantels mit einer Perforierung des Bauteils kann zusätzlich ein besonders wirkungsvoller Einfrierschutz für die Einspritzvorrichtung realisiert werden. Wenn das Fluid in der Einspritzvorrichtung gefriert, kann der Gummimantel sich in die Perforierung hinein verformen und so die Volumenausdehnung des Fluids beim Gefrieren kompensieren.
  • Weiter wird als vorteilhaft angesehen, wenn das Bauteil dazu ausgebildet ist, das Fluid dem Injektor beschleunigt zuzuführen. Das Bauteil kann den Zuleitungskanal auch verengen. Hierdurch wird eine Beschleunigung der Strömung im Bereich des Injektors erreicht. So kann die Verhinderung von Ablagerungen weiter verbessert werden.
  • Zudem wird vorgeschlagen, dass die Zulauföffnung eine erste Querschnittsfläche aufweist, und die erste Querschnittsfläche durch das Bauteil zu zumindest 40% ausgefüllt ist. Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche zu zumindest 50% und besonders bevorzugt zu zumindest 70% ausgefüllt. Zur Gewährleistung eines Strömungsflusses in den Injektor kann das Bauteil natürlich nicht die gesamte Querschnittsfläche erfassen, so dass ein Füllgrad von maximal 85% bevorzugt nicht überschritten werden sollte. So wird das mit Fluid gefüllte Volumen im Bereich des Injektors wirkungsvoll reduziert. Dadurch kann die Bildung von Ablagerungen vermieden werden, weil eine wirkungsvolle Durchspülung mit Fluid und eine Beschleunigung der Fluidströmung erreicht werden.
  • Weiterhin vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung, wenn der Injektor in dem Injektorhalter mit einer Feder verspannt ist. Durch eine solche Feder kann der Injektor in dem Injektorhalter fest positioniert sein und gleichzeitig kann eine Dichtung zur Abdichtung des Zuleitungskanals und des Injektors mit der Feder unter Vorspannung gesetzt sein, so dass eine sichere Abdichtung gewährleistet ist.
  • Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei einem Kraftfahrzeug, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine, eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine, und eine erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung zur Zufuhr eines Fluids zu der Abgasbehandlungsvorrichtung.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung aufzeigen, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
  • 1: eine Einspritzvorrichtung,
  • 2: eine Detail einer Einspritzvorrichtung, und
  • 3: ein Kraftfahrzeug aufweisend verschiedene Einspritzvorrichtungen.
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung 1, welche einen Injektor 2 aufweist, der in einem Injektorhalter 3 angeordnet ist. Der Injektor 2 weist einen elektrischen Anschluss 18 auf, in welchem Steuersignale zum Öffnen und Schließen des Injektors 2 eingeleitet werden können. Der Injektor 2 weist eine Zulauföffnung 4 auf, in welche sich ein Bauteil 5 eines Einsatzes 9 hinein erstreckt. Der Einsatz 9 ist zusammen mit dem Injektor 2 mit einer Feder 11 in dem Injektorhalter 3 verspannt. Die Feder 11 ist vorzugsweise eine Tellerfeder. Der obere Bereich des Injektorhalters 3 wird von einer Kappe 16 gebildet. Der Einsatz 9 bildet einen Zuleitungskanal 10 aus, durch den das Fluid in den Injektor 2 bzw. in die Zulauföffnung 4 des Injektors 2 gelangen kann.
  • Der Injektor 2 und der Einsatz 9 sind mit einer O-Ring-Dichtung 17 gegenüber der Umgebung abgedichtet.
  • In der 2 ist das in der 1 markierte Detail A genauer dargestellt. Zu erkennen ist hier der Einsatz 9 und ein Abschnitt des Injektors 2, in welchem die Zulauföffnung 4 angeordnet ist. In die Zulauföffnung 4 hinein erstreckt sich das Bauteil 5 des Einsatzes 9. Der Einsatz 9 bildet den Zuleitungskanal 10 aus, welcher zur Zufuhr des Fluids in die Zulauföffnung 4 dient. Das Bauten 5 ist hier als (schmales) Rohr 6 ausgebildet, wobei die Rohrwand 14 des Rohrs 6 eine Perforierung 7 aufweist. Die Perforierung 7 ist vorzugsweise von einer Vielzahl von Öffnungen bzw. Ausnehmungen in dem Bauteil 5 bzw. in der Rohrwand 14 gebildet.
  • Das Bauteil 5 bzw. die Rohrwand 14 ist von einem aufvulkanisierten Gummimantel 22 umgeben. Der Gummimantel 22 erstreckt sich vorzugsweise über die Perforierung 7 hinweg. Im rechts dargestellten Bereich des Bauteils 5 ist erkennbar, wie sich der Gummimantel 22 in die Perforierung 7 hinein verformt, wenn der Druck in dem Zuleitungskanal 10 erhöht wird.
  • Die Zulauföffnung 4 des Injektors 2 weist eine erste Querschnittsfläche 8 auf. Diese erste Querschnittsfläche 8 wird durch das Rohr 6 bzw. die Querschnittsfläche der Rohrwand 14 des Rohrs 6 zumindest teilweise ausgefüllt. Der Einsatz 9 und der Injektor 2 sind gegenüber der Umgebung mit der O-Ring-Dichtung 17 abgedichtet.
  • 3 zeigt ein Kraftfahrzeug 12, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine 13 und eine Abgasbehandlungsvorrichtung 15 zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine 13. In 3 sind zwei verschiedene Einspritzvorrichtungen 1 angedeutet. Eine erste Einspritzvorrichtung 1 ist an der Verbrennungskraftmaschine 13 vorgesehen und dient beispielsweise zur Zufuhr von Kraftstoff in die Verbrennungskraftmaschine 13. Diese Einspritzvorrichtung 1 wird dazu aus einem Kraftstofftank 20 mit Kraftstoff versorgt. Eine zweite Einspritzvorrichtung 1 ist an der (Abgasleitung einer) Abgasbehandlungsvorrichtung 15 dargestellt und dient zur Zufuhr eines Reduktionsmittels in die Abgasbehandlungsvorrichtung 15, wobei mit dem Reduktionsmittel in einem (nicht dargestellten) SCR-Katalysator eine selektive katalytische Reduktion von Stickstoffoxidverbindungen im Abgas der Verbrennungskraftmaschine 13 durchgeführt werden kann. Diese Einspritzvorrichtung 1 wird aus einem Reduktionsmitteltank 19 mit Reduktionsmittel versorgt, wobei der bedarfsgerechte Betrieb der Einspritzvorrichtung(en) 1 mittels einer Steuerung 21 kontrolliert wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Einspritzvorrichtung
    2
    Injektor
    3
    Injektorhalter
    4
    Zulauföffnung
    5
    Bauteil
    6
    Rohr
    7
    Perforierung
    8
    erste Querschnittsfläche
    9
    Einsatz
    10
    Zuleitungskanal
    11
    Feder
    12
    Kraftfahrzeug
    13
    Verbrennungskraftmaschine
    14
    Rohrwand
    15
    Abgasbehandlungsvorrichtung
    16
    Kappe
    17
    O-Ring-Dichtung
    18
    elektrischer Anschluss
    19
    Reduktionsmitteltank
    20
    Kraftstofftank
    21
    Steuerung
    22
    Gummimantel

Claims (10)

  1. Einspritzvorrichtung (1) zur Einspritzung eines Fluids in eine Abgasbehandlungsvorrichtung (15), aufweisend einen Injektor (2), der in einem Injektorhalter (3) positioniert ist, wobei der Injektor (2) eine Zulauföffnung (4) aufweist und sich ein Bauteil (5) des Injektorhalters (3) in die Zulauföffnung (4) hinein erstreckt.
  2. Einspritzvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das Bauteil (5) von zumindest einem Einsatz (9) gebildet ist, der zusammen mit dem Injektor (2) in dem Injektorhalter (3) angeordnet ist.
  3. Einspritzvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bauteil (5) ein Rohr (6) umfasst.
  4. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauteil (5) zumindest eine Perforierung (7) aufweist.
  5. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauteil (5) von mindestens einem Gummimantel (22) umgeben ist.
  6. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauteil (5) einen Gummimantel (22) und eine Perforierung (7) aufweist, und wobei der Gummimantel (22) die Perforierung (7) zumindest teilweise abdeckt.
  7. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauteil (5) dazu ausgebildet ist, das Fluid dem Injektor (2) beschleunigt zuzuführen.
  8. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zulauföffnung (4) eine erste Querschnittsfläche (8) aufweist, und die erste Querschnittsfläche (8) durch das Bauteil (5) zu zumindest 40% ausgefüllt wird.
  9. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Injektor (2) in dem Injektorhalter (3) mit einer Feder (11) verspannt ist.
  10. Kraftfahrzeug (12) aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (13), eine Abgasbehandlungsvorrichtung (15) zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine (13) und eine Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Zufuhr eines Fluids zu der Abgasbehandlungsvorrichtung (15).
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