DE102012021664A1 - Injector for reducing agent - Google Patents
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Abstract
Injektor (1) für Reduktionsmittel, insbesondere für eine Abgasnachbehandlung, weiterhin insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei der Injektor (1) umfasst: – ein Injektorgehäuse (10) mit wenigstens einem Einlasskanal (36) für Reduktionsmittel, welcher in einen Düsenraum (34) des Injektors (1) mündet; – eine Düsenanordnung (16) sowie ein mittels eines Ventilglieds (26) und eines Ventilsitzes (28) gebildetes Düsenventil (30), über welches ein Strömungsweg vom Düsenraum (34) zur Düsenanordnung (16) für ein Ausbringen von Reduktionmittel selektiv freigebbar ist; – eine Ventilbetätigungsbaugruppe (40) zur Axialverschiebung des Ventilglieds (26) in einer Ventilbetätigungsrichtung (A) für ein selektives Freigeben des Strömungswegs; wobei der Injektor (1) weiterhin ein Verschiebeelement (20) aufweist, wobei das Verschiebeelement (20) in der Ventilbetätigungsrichtung (A) verschieblich und durch ein elastisches Element (60) in Ventilschließrichtung (–A) gedrängt in dem Injektorgehäuse (10) derart aufgenommen ist, dass bei einer Verschiebung des Verschiebeelements (20), insbesondere im Zuge eines Einfrierens von Reduktionsmittel, das Düsenraumvolumen variiert wird.Injector (1) for reducing agent, in particular for exhaust gas aftertreatment, further in particular for a motor vehicle, wherein the injector (1) comprises: - an injector housing (10) with at least one inlet channel (36) for reducing agent, which enters a nozzle chamber (34) of the Injector (1) opens; - A nozzle arrangement (16) and a nozzle valve (30) formed by means of a valve member (26) and a valve seat (28), via which a flow path from the nozzle space (34) to the nozzle arrangement (16) can be selectively released for the discharge of reducing agent; - A valve actuation assembly (40) for the axial displacement of the valve member (26) in a valve actuation direction (A) for a selective opening of the flow path; wherein the injector (1) furthermore has a displacement element (20), the displacement element (20) being received in the injector housing (10) such that it is displaceable in the valve actuation direction (A) and urged in the valve closing direction (-A) by an elastic element (60) is that when the displacement element (20) is displaced, in particular in the course of freezing of the reducing agent, the nozzle space volume is varied.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor für Reduktionsmittel gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, insbesondere für eine Abgasnachbehandlung.The present invention relates to an injector for reducing agent according to the preamble of
Gattungsgemäße Reduktionsmittelinjektoren sind dazu vorgesehen, Reduktionsmittel, zum Beispiel in Form von wässriger Harnstofflösung (HWL), an einen Abgasstrom zuzuführen, i. e. im Rahmen von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen eingesetzt zu werden. Durch das in das Abgas eingedüste Reduktionsmittel können Schadstoffemissionen von Verbrennungskraftmaschinen auf an sich bekannte Weise die Umwelt schonend reduziert werden.Generic Reduktionsmittelinjektoren are intended to reductant, for example in the form of aqueous urea solution (HWL) to supply to an exhaust gas stream, i. e. to be used in the context of exhaust aftertreatment devices. By injected into the exhaust reducing agent pollutant emissions from internal combustion engines in a known per se environment can be gently reduced.
Problematisch im Zusammenhang mit der Verwendung von Reduktionsmitteln ist regelmäßig, dass diese im Injektor einfrieren können und denselben im Zuge der damit einhergehenden Volumenzunahme schädigen. Im Stand der Technik wurden deshalb Mittel vorgeschlagen, um einer derartigen Schädigung vorzubeugen. Die Druckschrift
Aus der Druckschrift
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Injektor bereitzustellen, welcher die Nachteile des Standes der Technik überwindet, hohe funktionale Zuverlässigkeit bei kompaktem Bauraum und effektiven Schutz gegen Schädigung bei Einfrieren des Reduktionsmittels gewährleistet.Proceeding from this, the present invention has the object to provide an injector, which overcomes the disadvantages of the prior art, high functional reliability in a compact space and effective protection against damage during freezing of the reducing agent guaranteed.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.This object is solved by the features of
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Injektor für Reduktionsmittel, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Der Injektor ist insbesondere zur Verwendung mit Reduktionsmittel in Form von Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) vorgesehen, z. B. AdBlue®, d. h. für eine Abgasnachbehandlung.According to the invention, an injector for reducing agent, in particular for a motor vehicle, is proposed. The injector is intended in particular for use with reducing agent in the form of urea-water solution (HWL), z. B. AdBlue ® , ie for an exhaust aftertreatment.
Der erfindungsgemäße Injektor umfasst ein Injektorgehäuse mit wenigstens einem Einlass(kanal) für Reduktionsmittel, welcher in einen Düsenraum des Injektors mündet, weiterhin eine Düsenanordnung (mit wenigstens einem Spritzloch) sowie ein mittels eines Ventilglieds und eines Ventilsitzes gebildetes Düsenventil, über welches ein Strömungsweg vom Düsenraum zur Düsenanordnung für ein Ausbringen von Reduktionsmittel selektiv freigebbar ist. Das Ventilglied ist bevorzugt als Ventilnadel-(Düsennadel) oder Ventilkolben ausgebildet, i. e. im Wesentlichen stab- bzw. stangenförmig.The injector according to the invention comprises an injector housing with at least one inlet (channel) for reducing agent, which opens into a nozzle chamber of the injector, a nozzle assembly (with at least one injection hole) and a nozzle valve formed by a valve member and a valve seat, via which a flow path from the nozzle chamber to the nozzle assembly for dispensing reducing agent is selectively releasable. The valve member is preferably designed as a valve needle (nozzle needle) or valve piston, i. e. essentially rod-shaped or bar-shaped.
Der Injektor umfasst zudem eine Ventilbetätigungsbaugruppe zur Axialverschiebung des Ventilglieds in einer Ventilbetätigungsrichtung für ein selektives Freigeben des Strömungswegs, i. e. für ein Ventilöffnen und -schließen. Gekennzeichnet ist der Injektor erfindungsgemäß durch ein Verschiebeelement bzw. einen Verschiebekörper, wobei das Verschiebeelement in der Ventilbetätigungsrichtung verschieblich und durch ein elastisches Element in Ventilschließrichtung gedrängt in dem Injektorgehäuse derart aufgenommen ist, dass bei einer Verschiebung des Verschiebeelements, insbesondere im Zuge eines Einfrierens von Reduktionsmittel, das Düsenraumvolumen variiert, bei einem Einfrieren von Reduktionsmittel im Düsenraum insbesondere vergrößert, wird.The injector further includes a valve actuation assembly for axially displacing the valve member in a valve actuation direction for selectively releasing the flow path, i. e. for a valve opening and closing. According to the invention, the injector is characterized by a displacement element or a displacement body, the displacement element being displaceable in the valve actuation direction and being urged by an elastic element in the valve closing direction in the injector housing such that upon displacement of the displacement element, in particular in the course of freezing of reducing agent, the nozzle chamber volume varies, in particular increases, with a freezing of reducing agent in the nozzle chamber is.
Durch das Verschiebeelement, welches bevorzugt über seine Außenfläche an einer Injektorgehäuse-Innenwand geführt ist, insbesondere gegen diese dichtend, bei einer Anzahl von Ausführungsformen auch verdrehsicher, ist vorteilhaft eine Volumenzunahme des Düsenraums bei einem Einfrieren des Reduktionsmittels ermöglicht, d. h. durch (Axial-)Verschiebung des Verschiebeelements, wodurch Beschädigungen am Injektor aufgrund von Vereisung wirksam vorgebeugt werden kann. Gleichzeitig wird ein robuster, zuverlässiger und toleranzarmer Reduktionsmittelinjektor bereitgestellt.By the displacement element, which is preferably guided over its outer surface to an injector housing inner wall, in particular against this sealing, in a number of embodiments also against rotation, advantageously an increase in volume of the nozzle chamber is possible with a freezing of the reducing agent, d. H. by (axial) displacement of the displacement element, whereby damage to the injector due to icing can be effectively prevented. At the same time, a robust, reliable and low-tolerance reductant injector is provided.
Zur Abdichtung gegen die Innenwand des Injektorgehäuses sind bevorzugt (Ring-)Dichtelemente in die Mantelfläche des Verschiebeelements eingebracht, insbesondere an einem düsennahen Ende.For sealing against the inner wall of the injector housing preferably (ring) sealing elements are introduced into the lateral surface of the displacement element, in particular at a nozzle near end.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist an dem Verschiebeelement insbesondere die Ventilbetätigungsbaugruppe aufgenommen, weiterhin bevorzugt auch das Ventilglied. Hierdurch kann der Injektor besonders bauraumsparend ausgebildet werden, insoweit als das Verschiebeelement gleichzeitig als Komponententräger für eine Vielzahl von Komponenten des Injektors wirkt. Das Ventilglied kann bevorzugt in einer Führung am Verschiebeelement geführt am Verschiebeelement aufgenommen sein.In the context of the present invention, in particular the valve actuating assembly is accommodated on the displacement element, furthermore preferably also the valve member. As a result, the injector can be made particularly space-saving, insofar as the displacement element simultaneously acts as a component carrier for a plurality of components of the injector. The valve member can preferably be taken in a guide on the displacement element guided on the displacement element.
Eine am Verschiebeelement aufgenommene Ventilbetätigungsbaugruppe kann insbesondere eine Aktuatorik umfassen, bevorzugt mit einem Solenoiden bzw. einer (Elektro-)Magnetanordnung und einem Anker, welch letzterer insbesondere am Ventilglied angeordnet sein kann. Über den Anker kann die Magnetanordnung bei einer Bestromung mit dem Ventilglied zu dessen Anheben bzw. zu einem Ventilöffnen magnetisch zusammenwirken (magnetaktuatorbetätigtes Ventil). Am Verschiebeelement ist bei bevorzugten Ausführungsformen auch ein elastisches Rückstellelement der Ventilbetätigungsbaugruppe (bzw. Aktuatorik) für das Ventilglied angelagert bzw. aufgenommen, insbesondere in Form einer Schraubendruckfeder (Düsenfeder), welches eine Kraft in Schließrichtung auf das Ventilglied ausübt, d. h. für ein Ventilschließen.A valve actuating assembly accommodated on the displacement element can in particular comprise an actuator, preferably with a solenoid or an (electric) magnet arrangement and an armature, which latter can be arranged in particular on the valve member. About the armature, the magnet assembly when energized with the valve member to lift it or to a valve opening magnetically cooperate (magnetaktuatorbetätigtes valve). In the preferred embodiment, an elastic return element of the valve actuating assembly (or actuator system) for the valve member is attached or received on the displacement element, in particular in the form of a helical compression spring (nozzle spring) which exerts a force in the closing direction on the valve member, ie. H. for a valve closing.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird es weiterhin bevorzugt, dass das Verschiebeelement mittels des elastischen Elements, insbesondere in Form einer Schraubendruckfeder, gegen ein düsenseitiges Distanzelement im Injektorgehäuse gedrängt ist. Das als Anschlag wirkende Distanzelement wird bevorzugt durch einen in das Injektorgehäuse düsenendseitig eingebrachten Distanz- bzw. Einstellring gebildet. Durch Auswahl eines – hinsichtlich seiner axialen Erstreckung bzw. Bauhöhe – geeignet ausgebildeten Distanzelements kann vorteilhaft einfach der dem Ventilglied ermöglichte Ventilhub eingestellt werden, insoweit als ein durch das Verschiebeelement gebildeter Hubanschlag für das Ventilglied in seiner Entfernung zum düsennahen Ende variiert werden kann.In the context of the present invention, it is further preferred that the displacement element is urged by means of the elastic element, in particular in the form of a helical compression spring, against a nozzle-side spacer element in the injector housing. The spacer element acting as a stop is preferably formed by a spacer or adjusting ring introduced into the injector housing at the end of the nozzle. By selecting a - suitably formed - in terms of its axial extent or height - trained spacer element advantageously the valve member enabled valve lift can be easily adjusted insofar as formed by the displacement element stroke stop for the valve member in its distance to the nozzle near end can be varied.
Bei einer ersten bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung des Verschiebeelements bzw. des Injektors, weist das Verschiebeelement einen im Querschnitt im Wesentlichen H-förmigen Grundkörper mit insbesondere im Wesentlichen zylindrischer Mantelfläche auf. Die H-Form, bei welcher sich die Schenkel axial erstrecken, ermöglicht die Bereitstellung einer ersten, düsenferneren und einer zweiten, düsennäheren Kammer zur Aufnahme bzw. Anlagerung der Ventilbetätigungsbaugruppe und deren Abdichtung auf einfache Weise.In a first preferred structural embodiment of the displacement element or the injector, the displacement element has a substantially H-shaped body in cross-section with in particular substantially cylindrical lateral surface. The H-shape, in which the legs extend axially, makes it possible to provide a first, nozzle-remote chamber and a second chamber closer to the nozzle for receiving the valve actuating assembly and sealing it in a simple manner.
Die erste, düsenferne Kammer kann am Grundkörper zur Aufnahme der Magnetanordnung samt dem damit zusammenwirkenden Anker bereitgestellt sein, während die zweite, düsennahe Kammer zur Aufnahme des elastischen Rückstellelements dient. Bei dieser Ausgestaltung erstreckt sich das Ventilglied bevorzugt von der ersten Kammer in die zweite Kammer, d. h. durch den Quersteg des H-Profils hindurch, wobei das Ventilglied den düsenfernen Anker mit dem düsennahen Verschlusskopf (starr) verbindet. Das elastische Rückstellelement kann hierbei zwischen dem Verschlusskopf des Ventilglieds und dem Verschiebeelement gefangen sein.The first chamber, which is remote from the nozzle, may be provided on the base body for receiving the magnet arrangement together with the armature cooperating therewith, while the second, chamber-near chamber serves to receive the elastic return element. In this embodiment, the valve member preferably extends from the first chamber into the second chamber, d. H. through the crosspiece of the H-profile, wherein the valve member connects the nozzle distant anchor with the nozzle-near closure head (rigid). The elastic return element may in this case be trapped between the closure head of the valve member and the displacement element.
Zur Abdichtung an dem Ventilglied und der Umfangswand der ersten Kammer (gegenüber einem Anker- und Magnetraum in der ersten Kammer) kann eine Membrandichtung vorgesehen sein, welche radial vom Ventilglied an die Kammerwand geführt ist, insbesondere zwischen dem düsenfernen Ende der Führung des Ventilglieds und einem düsennahen Endabschnitt des Ankers angeordnet ist. Die Membrandichtung ermöglicht eine Ausdehnung bei Eisbildung (Einfrieren von über die Führung des Ventilglieds in die erste Kammer eingetretenem Reduktionsmittel) und somit ein „Trockenlegen” des Magnet- und Ankerraums (in der ersten Kammer). Hierdurch wird die Magnetanordnung und der Anker vor dem aggressivem Reduktionsmittel geschützt.For sealing on the valve member and the peripheral wall of the first chamber (opposite an armature and magnetic space in the first chamber) may be provided a diaphragm seal, which is guided radially from the valve member to the chamber wall, in particular between the nozzle distal end of the guide of the valve member and a Is arranged near the nozzle end portion of the armature. The membrane seal allows expansion upon ice formation (freezing of reductant entering the first chamber via the guide of the valve member) and thus "draining" of the magnet and armature space (in the first chamber). As a result, the magnet assembly and the armature is protected from the aggressive reducing agent.
Um die Magnetanordnung in der ersten Kammer insbesondere vorteilhaft unaufwändig zu haltern und gleichzeitig die Kammer endseitig mediendicht auszuführen, kann am düsenfernen Ende des Grundkörpers ein Deckelelement montiert sein, welches die Magnetanordnung bevorzugt auch trägt.In order to hold the magnet assembly in the first chamber, in particular advantageously inexpensive, and at the same time to perform the chamber in a media-tight manner at the end, a cover element, which also preferably carries the magnet arrangement, can be mounted at the nozzle-distal end of the base body.
Die zweite Kammer am Verschiebeelement ist bevorzugt zur Düse hin geöffnet, wobei die zweite Kammer insbesondere auch ein Düsenraumvolumen bereitstellt bzw. bildet. Eine Innenseite der zweiten Kammer kann daneben einen Hubanschlag für das Ventilglied bilden.The second chamber on the displacement element is preferably open towards the nozzle, wherein the second chamber also provides or forms a nozzle chamber volume. An inner side of the second chamber can also form a stroke stop for the valve member.
Insbesondere um die Ausdehnung des Eises bei Einfrieren des Reduktionsmittels in axialer bzw. Längsrichtung zu steuern, ist vorgesehen, den Düsenraum mittels des Verschiebeelements, insbesondere der zweiten Kammer, dergestalt auszubilden, dass eine Ausdehnung des Eises in Öffnungsrichtung des Düsenventils kanalisiert wird. Hierzu kann sich zum Beispiel der Querschnitt der zweiten Kammer vom düsennahen Ende hin zum Quersteg des H-Profils verjüngen, zum Beispiel kegel- oder kegelstumpfförmigen Querschnitt aufweisen.In particular, in order to control the expansion of the ice upon freezing of the reducing agent in the axial or longitudinal direction, it is provided to form the nozzle chamber by means of the displacement element, in particular the second chamber, such that an expansion of the ice in the opening direction of the nozzle valve is channeled. For this purpose, for example, the cross section of the second chamber from the nozzle near end to the crosspiece of the H-profile taper, for example, have a conical or frusto-conical cross-section.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Reduktionsmittelinjektors gemäß vorstehend beschriebener erster Ausgestaltung weist der Injektor weiterhin wenigstens ein Phasenübergangs-Ausgleichselement auf, mittels welchem bei einem Phasenübergang von flüssig nach fest an demselben, insbesondere im Zuge eines Einfrierens, eine Kraft in Öffnungsrichtung auf das Ventilglied ausgeübt wird, insbesondere der Strömungsweg vom Düsenraum zur Düsenanordnung freigegeben wird. Das Phasenübergangs-Ausgleichselement ist hierzu insbesondere mit dem Ventilglied geeignet wirkverbunden, z. B. über eine Zugstange. Vorgeschlagen wird, dass das Phasenübergangs-Ausgleichselement eine Flüssigkeit bzw. ein Befüllmedium enthält, deren bzw. dessen Phasenübergang von flüssig nach fest sich bei einem Einfrieren vor dem Phasenübergang des mit dem Injektor verwendeten Reduktionsmittels vollzieht, i. e. zeitlich zuerst.In preferred embodiments of the reducing agent injector according to the invention according to the first embodiment described above, the injector further comprises at least one phase transition compensation element, by means of which a force in the opening direction is exerted on the valve member during a phase transition from liquid to solid on the same, in particular in the course of freezing, in particular, the flow path from the nozzle chamber to the nozzle arrangement is released. The phase transition compensation element is suitably operatively connected in particular with the valve member, z. B. via a pull rod. It is proposed that the phase transition compensating element contains a liquid or a filling medium whose phase transition from liquid to solid takes place when it freezes before the phase transition of the reducing agent used with the injector, ie first in time.
Insbesondere wenn das Befüllmedium des Phasenübergangs-Ausgleichselement derart gewählt ist, dass der Phasenübergang des Phasenübergangs-Ausgleichselements bei einem Einfrieren bei einer ersten Temperatur erfolgt und der Phasenübergang des Reduktionsmittels bei einem Einfrieren bei einer zweiten, gegenüber der ersten Temperatur tieferen Temperatur, wobei die Erstarrungstemperaturdifferenz zwischen der ersten und zweiten Temperatur bevorzugt im Bereich von 1 bis 3 Grad Celsius liegt, kann gewährleistet werden, dass der vorgesehene Betriebsbereich des Injektors mit dem vorgesehenen Reduktionsmittel nahezu uneingeschränkt zur Verfügung steht. Als Befüllmedium kann z. B. Wasser gewählt werden, insbesondere z. B. eine Wasser-Frostschutz-Mischung, Salzwasser, o. ä. Beispielsweise kann mittels Auswahl einer geeigneten Befüllflüssigkeit der Gefrierpunkt auf –10°C eingestellt werden, d. h. z. B. auf ein Grad Celsius oberhalb des Gefrierpunkts von HWL.In particular, if the filling medium of the phase transition compensation element is selected such that the phase transition of the phase transition compensating element takes place at a first temperature and the phase transition of the reducing agent at a freezing at a second, compared to the first temperature lower temperature, wherein the solidification temperature difference between the first and second temperature is preferably in the range of 1 to 3 degrees Celsius, it can be ensured that the intended operating range of the injector with the proposed reducing agent is available almost unrestricted. As a filling medium can, for. As water can be selected, in particular z. For example, by selecting a suitable filling liquid, the freezing point can be set to -10 ° C, that is to say the freezing point. H. z. B. to a degree Celsius above the freezing point of HWL.
Das Phasenübergangs-Ausgleichselement kann als Membrandose bereitgestellt sein, z. B. als ein- oder zweifach wirkende, medienbefüllte Membrandose, und hat allgemein zur Aufgabe, das Ventilglied bei Einfrieren des Injektors aus dem Ventilsitz anzuheben, i. e. das Düsenventil zu öffnen. Hierdurch kann der Düsenraum vorteilhaft druckentlastet werden, so dass das noch flüssige Reduktionsmittel vor dem Einfrieren heraus tropfen kann, i. e. über die Düsenanordnung austreten kann. Somit ist vorteilhaft ein eigens am Injektor neben dem Düsenventil bereitgestelltes Druckausgleichsventil entbehrlich.The phase transition compensating element may be provided as a diaphragm cell, e.g. B. as a single or double-acting, medium-filled diaphragm cell, and has the general task of lifting the valve member upon freezing of the injector from the valve seat, i. e. to open the nozzle valve. As a result, the nozzle chamber can be relieved of pressure advantageously, so that the still liquid reducing agent can drip out before freezing, i. e. can escape through the nozzle assembly. Thus, a pressure equalization valve provided separately on the injector in addition to the nozzle valve is advantageously dispensable.
Bevorzugt ist das Phasenübergangs-Ausgleichselement (samt dessen Wirkverbundkomponenten) am Verschiebeelement angeordnet bzw. angelagert, insbesondere an dessen düsenfernen Ende, wobei es insbesondere mit diesem zusammen axialverschieblich ist. Hierbei kann das Phasenübergangs-Ausgleichselement über eine (axial verschiebliche) Zugstange auf das Ventilglied wirken. Die Zugstange kann an dem Ventilglied verschraubt oder anderweit befestigt sein.Preferably, the phase transition compensating element (together with its active composite components) is arranged or attached to the displacement element, in particular at its nozzle-distal end, wherein it is in particular axially displaceable together with this. In this case, the phase transition compensating element can act on the valve member via an (axially displaceable) pull rod. The pull rod may be bolted or otherwise secured to the valve member.
Das Phasenübergangs-Ausgleichselement kann weiterhin ermöglichen, das Ventilglied bei einem Einfrieren des Injektors in einen Anschlag zu ziehen, z. B. gegen das Verschiebeelement, s. o., so dass eine Abdichtung des Düsenraumes gegenüber einer Führung für das Ventilglied gewährleistet ist, d. h. derart, dass ein Eindringen gefrierenden Reduktionsmittels in Hohlräume am Verschiebeelement weitgehend vermieden ist.The phase transition compensation element may further allow to pull the valve member in a freeze of the injector in a stop, z. B. against the sliding element, s. o., So that a seal of the nozzle chamber is ensured with respect to a guide for the valve member, d. H. in such a way that penetration of reducing reducing agent into cavities on the displacement element is largely avoided.
Insbesondere ein Injektor, welcher neben einem wie oben erläuterten Verschiebeelement gemäß der ersten Ausgestaltung weiterhin ein Phasenübergangs-Ausgleichselement aufweist, ist zu einer mehrstufigen Druckentlastung des Düsenraumes in der Lage. In einer ersten Stufe, kann z. B. das Ventilglied über das Phasenübergangs-Ausgleichselement angehoben werden, so dass das Düsenventil öffnet, z. B. um 0,5 mm bis 1 mm. Bei weiterem Einfrieren kann nachfolgend das Verschiebeelement zusätzlich benötigtes Ausgleichsvolumen im Zuge einer Verschiebung bereitstellen.In particular, an injector, which further comprises a phase transition compensating element in addition to a displacement element as explained above according to the first embodiment, is capable of a multi-stage pressure relief of the nozzle chamber. In a first stage, z. B. the valve member can be raised via the phase transition compensation element, so that the nozzle valve opens, z. B. by 0.5 mm to 1 mm. Upon further freezing, the displacement element can subsequently provide additionally required compensation volume in the course of a displacement.
Bei zweiten bevorzugten Ausgestaltungen des Injektors ist am Verschiebeelement ein Ankerraum der Ventilbetätigungsbaugruppe gebildet, wobei der Ankerraum von einem angrenzenden Magnetraum der Ventilbetätigungsbaugruppe, insbesondere am düsenfernen Ende des Ankerraums, mittels eines Kompensationselements (zum Ausgleich von Vereisungsdruck) getrennt, insbesondere dagegen auch abgedichtet ist. Hierbei ist vorgesehen, dass der Ankerraum über eine im Verschiebeelement gebildete (Axial-)Führung für das Ventilglied mit dem Düsenraum kommuniziert.In second preferred embodiments of the injector, an armature space of the valve actuating assembly is formed on the displacement element, wherein the armature space is separated from an adjacent magnet space of the valve actuating assembly, in particular at the nozzle-distal end of the armature space, by means of a compensation element (to compensate for icing pressure), in particular, however, also sealed. It is provided that the armature space communicates with the nozzle chamber via an (axial) guide formed in the displacement element for the valve member.
Bei dieser Ausgestaltung des Injektors ist vorteilhaft ermöglicht, einerseits den Magnetraum und somit die darin aufgenommene Magnetanordnung „trockenzulegen” und somit zu schützen und andererseits, im Ankerraum einfrierendem Reduktionsmittel eine Volumenvergrößerung zu ermöglichen. Insbesondere ist hierbei eine vorteilhaft einfache Montage erzielbar. Z. B. kann die Magnetanordnung am düsenfernen Ende des mit dem Kompensationselement versehenen bzw. abgedichteten Ankerraums mittels eines Überwurfelements, z. B. einer Überwurfmutter am Grundkörper des Verschiebeelements unaufwändig befestigt werden.In this embodiment of the injector is advantageously allows on the one hand "dry" the magnetic space and thus the magnet assembly received therein and thus to protect and on the other hand, allow in the armature space freezing reducing agent volume increase. In particular, in this case an advantageously simple assembly can be achieved. For example, the magnet assembly may be provided at the nozzle distal end of the armature space provided with the compensation element or sealed by means of a union element, e.g. B. a union nut on the main body of the displacement element are attached inexpensively.
Bevorzugt umfasst das Kompensationselement eine Membran(dichtung), welche zur Anordnung zwischen dem Anker- und dem Magnetraum vorgesehen ist (erstes Dehnelement). Die Membrandichtung bzw. das Kompensationselement kann eine Elastomerdichtung sein, welche(s) am düsennahen Ende der Magnetanordnung angeordnet ist. Bevorzugt ist für deren Ausdehnung, i. e. im Zuge einer Vereisung im Ankerraum, ein Kompensationsraum, insbesondere Ringraum, am benachbarten Ende der Magnetanordnung gebildet, in welchen hinein diese tauchen kann. Alternativ kann ein entsprechender Spaltabstand zwischen dem Kompensationselement bzw. der Membran und der Magnetanordnung vorgesehen sein, wobei angestrebt wird, die Membrandichtung möglichst dünn (scheibenförmig) zu gestalten.Preferably, the compensation element comprises a membrane (seal), which is provided for the arrangement between the armature and the magnet space (first expansion element). The membrane seal or the compensating element may be an elastomeric seal, which is arranged at the nozzle-near end of the magnet arrangement. Preferred for their expansion, i. e. in the course of icing in the anchor space, a compensation space, in particular annular space, formed at the adjacent end of the magnet assembly, in which it can dive. Alternatively, a corresponding gap spacing may be provided between the compensation element or the membrane and the magnet arrangement, with the aim of making the membrane seal as thin as possible (disk-shaped).
Bevorzugte Ausführungsformen des Injektors bzw. des Kompensationselements sehen neben der Membran ein expandierbares Element vor (zweites Dehnelement). Das expandierbare Element kann durch einen (Falten-)Balg gebildet sein, welcher bevorzugt einen zentralen Abschnitt des Kompensationselements bildet, sich insbesondere axial von der (sich radial erstreckenden) Membrandichtung (hin zu dem düsenfernen Ende des Injektors) wegerstreckt. Der Balg kann wie die Membran aus Elastomer(material) gefertigt sein, insbesondere das Kompensationspotential vorteilhaft vergrößern. Der Balg kann über ein offenes Ende mit dem Ankerraum kommunizieren. Preferred embodiments of the injector or of the compensation element provide an expandable element in addition to the membrane (second expansion element). The expandable element may be formed by a (pleated) bellows which preferably forms a central portion of the compensation element, in particular extending axially away from the (radially extending) membrane seal (towards the nozzle-distal end of the injector). Like the diaphragm, the bellows can be made of elastomer (material), in particular advantageously increasing the compensation potential. The bellows can communicate with the anchor space via an open end.
Bevorzugt erstreckt sich das elastisch expandierbare Element vom düsennahen Ende des Magnetraums zwischen bzw. in die Magnetanordnung, z. B. in einen Eisenkern und/oder z. B. Vergussmasse derselben hinein, insbesondere in einen Kompensationsraum, z. B. eine (Öffnungs)Bohrung, bevorzugt hin zu einem düsenfernen Ende des Magnetraums. Somit kann das expandierbare Element vorteilhaft raumsparend innerhalb der Magnetanordnung aufgenommen bzw. angeordnet werden.Preferably, the elastically expandable element extends from the nozzle near end of the magnetic space between or in the magnet assembly, for. B. in an iron core and / or z. B. potting the same inside, in particular in a compensation room, z. B. an (opening) bore, preferably towards a nozzle remote end of the magnetic space. Thus, the expandable element can advantageously be accommodated or arranged in a space-saving manner within the magnet arrangement.
Das elastisch expandierbare Element kann hierbei in Richtung zur Düsenanordnung federbelastet sein, bevorzugt insbesondere derart, dass eine Expansion desselben erst nach Überschreiten eines Druckschwellwerts am Ankerraum oberhalb eines Betriebsdrucks des Injektors ermöglicht ist. Hierdurch wird vermieden, dass das expandierbare Element bei anliegendem Einspritzdruck stets eine Bewegung ausführt, i. e. dessen Lebensdauer verlängern. Als Druckschwellwert kann ein Druckniveau entsprechend dem 1,5- bis 2-fachen Einspritzdruck vorgesehen sein.The elastically expandable element may in this case be spring-loaded in the direction of the nozzle arrangement, preferably in particular such that an expansion of the same is only made possible after exceeding a pressure threshold value at the armature space above an operating pressure of the injector. This avoids that the expandable element always performs a movement at applied injection pressure, i. e. extend its life. As the pressure threshold value, a pressure level corresponding to 1.5 to 2 times the injection pressure may be provided.
Allgemein ist für das Kompensationselement neben der Verwendung von Elastomer auch die Verwendung von Metall, insbesondere von Blechabschnitten, vorgesehen. Z. B. kann in einen Elastomerkörper ein Stützring aus Blech einvulkanisiert sein, z. B. auch eine Blechmembran mit Elastomerüberzug vorgesehen sein.In general, the use of metal, in particular sheet metal sections, is provided for the compensation element in addition to the use of elastomer. For example, a support ring made of sheet metal can be vulcanized into an elastomer body, for. B. also be provided a sheet membrane with elastomeric coating.
Bei der zweiten Ausgestaltung des Injektors ist weiterhin vorgesehen, Ventilationskanäle im Verschiebeelement, insbesondere dessen Grundkörper zu bilden, welche eine Zirkulation des Reduktionsmittels zwischen Ankerraum und Düsenraum ermöglichen, i. e. sowohl je mit dem Anker- als auch dem Düsenraum kommunizieren.In the second embodiment of the injector is further provided to form ventilation channels in the displacement element, in particular the base body, which allow a circulation of the reducing agent between the armature space and the nozzle chamber, i. e. each communicate with both the anchor and the nozzle space.
Insbesondere sind die Ventilationskanäle bevorzugt derart ausgebildet, dass bei Öffnung des Düsenventils ein Druckungleichgewicht zwischen Mündungen derselben, insbesondere am Ankerraum erzeugt wird. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, dass ein Ventilationskanal, welcher mit dem Anker- und dem Düsenraum kommuniziert, mit einer Düsenraum-Mündung in die Nähe der Düsenanordnung geführt ist (hohe Sogwirkung seitens der Düsenanordnung bei Öffnung des Düsenventils), während ein weiterer Ventilationskanal, welcher mit dem Anker- und dem Düsenraum kommuniziert, mit einer entsprechenden Düsenraum-Mündung von der Düsenanordnung relativ weiter entfernt ist (geringe Sogwirkung seitens der Düsenanordnung).In particular, the ventilation channels are preferably designed such that upon opening of the nozzle valve, a pressure imbalance between the mouths thereof, in particular at the armature space is generated. This can be accomplished by having a ventilation duct, which communicates with the armature and the nozzle space, with a nozzle space orifice in the vicinity of the nozzle assembly is guided (high suction effect from the nozzle assembly when opening the nozzle valve), while another ventilation channel communicates with the armature and the nozzle space, with a corresponding nozzle space mouth of the nozzle assembly is relatively further away (low suction effect from the nozzle assembly).
Die Verwendung derartiger Ventilationskanäle, z. B. gebildet mittels wenigstens zweier Röhrchen, ermöglicht weiterhin vorteilhaft, dass der Injektor lageunabhängig arbeiten kann. Friert der Injektor vom düsenfernen zum düsennahen Ende hin ein, kann das sich bildende Eis einen Teil des zu verdrängenden Reduktionsmittels durch die Ventilationskanäle in den Düsenraum drücken.The use of such ventilation channels, z. B. formed by means of at least two tubes, further allows advantageous that the injector can operate independently of position. When the injector freezes from the nozzle-distal end to the nozzle-near end, the forming ice can press a part of the reducing agent to be displaced through the ventilation channels into the nozzle chamber.
Bei zunehmendem Eisdruck kann das Verschiebeelement nunmehr durch seine Verschiebung eine Kompensation ermöglichen.With increasing ice pressure, the displacement element can now allow by its displacement compensation.
Ein Verschiebeelement gemäß der zweiten Ausgestaltung des Injektors kann einen Grundkörper aufweisen, dessen Form sowohl die Führung an der Innenfläche des Injektorgehäuses ermöglicht als auch die Ausbildung des Ankerraums an einem düsenfernen Ende desselben. Des Weiteren umfasst das Verschiebeelement bzw. dessen Grundkörper bevorzugt eine Axialführung, insbesondere Bohrung, zur Aufnahme der Düsennadel und der Düsenfeder bzw. des Rückstellelements. Das Rückstellelement kann an einem düsenfernen Ende der Führung mittels einer Hülse (verpresst, verschraubt, o. ä.) in der Führung gefangen sein.A displacement element according to the second embodiment of the injector may have a main body whose shape allows both the guide on the inner surface of the injector and the formation of the armature space at a nozzle distal end of the same. Furthermore, the displacement element or its base body preferably comprises an axial guide, in particular bore, for receiving the nozzle needle and the nozzle spring or the return element. The return element can be trapped in the guide at a nozzle-distal end of the guide by means of a sleeve (pressed, screwed, or the like).
Allgemein ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, das das elastische Element, insbesondere in Form einer Schraubendruckfeder, gegen ein düsenfernes Ende des Verschiebeelements wirkt. Bei den ersten Ausgestaltungen des Injektors kann das elastische Element einerseits gegen ein Gehäuseelement am Injektorgehäuse abgestützt sein, d. h. an dessen düsenfernem Ende, andererseits gegen ein Deckelelement am Verschiebeelement gedrängt sein.It is generally provided in the context of the present invention that the elastic element, in particular in the form of a helical compression spring, acts against a nozzle-distal end of the displacement element. In the first embodiments of the injector, the elastic element may on the one hand be supported against a housing element on the injector housing, i. H. on the other hand be urged against the nozzle remote end, on the other hand against a cover element on the displacement element.
Bei den zweiten Ausgestaltungen des Injektors kann vorgesehen sein, dass das elastische Element einerseits wie vor gegen ein Gehäuseelement am Injektorgehäuse abgestützt ist, d. h. an dessen düsenfernem Ende, andererseits gegen ein Verschlusselement am Verschiebeelement, z. B. an der Magnetanordnung oder gegen deren Verspannelement (Überwurfmutter).In the second embodiments of the injector can be provided that the elastic element is supported on the one hand as against a housing element on the injector, on the one hand. H. at the nozzle-remote end, on the other hand against a closure element on the displacement element, for. B. on the magnet assembly or against the Verspannelement (union nut).
Über das – so gefangene – elastische Element wird bevorzugt eine Kraft auf das Verschiebeelement in Ventilschließrichtung ausübt, welche größer ist als eine vorbestimmte maximale Betriebsdruckkraft auf das Verschiebeelement in Ventilöffnungsrichtung, entsprechend einem Druckniveau um das ca. 1,5- bis 2-fache höher als Einspritzdruck. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Verschiebeelement nicht auf unbeabsichtigte Weise während eines Injektorbetriebes bzw. bei anliegendem Betriebsdruck verschoben wird, das heißt eine Verschiebung nur bei Einfrieren des Injektors, einhergehend mit höheren Druckniveaus als dem Betriebsdruck, stattfinden kann.About the - so caught - elastic element is preferably a force on the Displacement element exerts in the valve closing direction, which is greater than a predetermined maximum operating pressure force on the displacement element in the valve opening direction, corresponding to a pressure level about 1.5 to 2 times higher than the injection pressure. This ensures that the displacement element is not moved inadvertently during an injector operation or at an applied operating pressure, that is, a shift can only take place when the injector freezes, accompanied by higher pressure levels than the operating pressure.
Bei dem Injektor, insbesondere der zweiten Ausgestaltung, kann vorgesehen sein, Reduktionsmittel über einen Einlasskanal zum Düse(ring)raum tangential einströmen und über einen Auslasskanal vom Düsen(ring)raum tangential ausströmen zu lassen. Eine hierbei erzeugte Drallströmung ermöglicht eine gute Kühlung im Betrieb durch das durchströmende Fluid. Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, einen Einlasskanal (und einen Auslasskanal) je am düsennahen Ende des Injektors zu bilden. Derart kann ein Injektor über einen Einsteckplatz in einer Aufnahmeplatte zusammen mit weiteren Injektoren insbesondere leitungslos bzw. schlauchlos mit Reduktionsmittel versorgt werden, insbesondere in Reihenschaltung mit mehreren Injektoren.In the injector, in particular the second embodiment, it can be provided to flow reducing agent tangentially via an inlet channel to the nozzle (ring) chamber and to allow tangential discharge from the nozzle (ring) chamber via an outlet channel. A swirl flow generated in this way allows good cooling during operation by the fluid flowing through. Furthermore, it can preferably be provided to form an inlet channel (and an outlet channel) depending on the nozzle-near end of the injector. In this way, an injector can be supplied via a slot in a receiving plate together with other injectors, in particular without a lead or tubeless with reducing agent, in particular in series with multiple injectors.
Weiterhin ist allgemein vorgesehen, den Grundkörper aus nicht magnetischem Material zu fertigen, z. B. aus Aluminium oder Legierungen daraus.Furthermore, it is generally provided to manufacture the base body of non-magnetic material, for. As aluminum or alloys thereof.
Der Injektor kann mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung verwendet werden, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, einem Schiff oder einem Nutzkraftwagen. Eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung kann neben dem Injektor weiterhin eine Förderpumpe aufweisen, welche Reduktionsmittel, insbesondere HWL über eine Leitung zu dem Injektoreinlass fördert, bevorzugt aus einem Reduktionsmittelbehälter der Abgasnachbehandlungsvorrichtung. Über eine elektrische Ansteuerung der Ventilbetätigungsbaugruppe, insbesondere der Magnetanordnung des Injektors, kann das Düsenventil selektiv betätigt und Reduktionsmittel bedarfsgerecht in einen Abgastrakt eingedüst werden, z. B. stromaufwärts eines Katalysators.The injector can be used with an exhaust aftertreatment device, in particular in a motor vehicle, in particular a passenger car, a ship or a utility vehicle. An exhaust aftertreatment device may further comprise, in addition to the injector, a delivery pump which delivers reductant, in particular HWL, via a line to the injector inlet, preferably from a reducing agent tank of the exhaust aftertreatment device. Via an electrical control of the valve actuation assembly, in particular the magnet arrangement of the injector, the nozzle valve can be selectively actuated and reducing agent can be injected as needed into an exhaust tract, z. B. upstream of a catalyst.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawings, which show details essential to the invention, and from the claims. The individual features can be realized individually for themselves or for several in any combination in a variant of the invention.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.In the following description and the drawings, the same reference numerals correspond to elements of the same or comparable function.
Die
Im Innenraum
Über das Düsenventil
Um das Düsenventil
Eine einfache und bauraumsparende Aufnahme der Ventilbetätigungsbaugruppe
In der düsenfernen ersten Kammer
In der düsennahen zweiten Kammer
Sich weiterhin in einer Axialbohrung bzw. Führung
Das Verschiebeelement
Zur Abdichtung an dem Ventilglied
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Injektors
Das Phasenübergangs-Ausgleichselement
Nachfolgend wird insbesondere die Wirkverbindung des Phasenübergangs-Ausgleichselements
Bei einem Einfrieren des Befüllmediums
Vorteilhaft ist hierbei, dass bei einem Anheben des Ventilglieds
Um auch ein Nachströmen von Reduktionsmittel über den Einlass
Nachfolgend wird noch kursorisch auf unterschiedliche Möglichkeiten zur Ausbildung des Injektoreinlasses
Das Verschiebeelement
Ersichtlich, s.
Das Kompensationselement
Die
Gemäß einer Ausführungsform nach
Der Injektor
Der Injektor
Allgemein ist für die Ausführungsformen gemäß
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Injektorinjector
- 1010
- Injektorgehäuseinjector
- 1212
- Innenrauminner space
- 1414
-
erstes Ende
10 first end 10 - 1616
- Düsenanordnung/DüseNozzle assembly / nozzle
- 2020
- Verschiebeelement/-körperDisplacement member / member
- 2222
-
Innenmantelfläche
10 Inner surface area 10 - 2424
-
Außenmantelfläche
20 Outer casing surface 20 - 2626
- Ventilgliedvalve member
- 2828
- Ventilsitzvalve seat
- 3030
- Düsenventilnozzle valve
- 3232
-
Verschlusskopf
26 bolt head 26 - 3434
- Düsenraumnozzle chamber
- 3636
- Einlasskanalinlet channel
- 4040
- VentilbetätigungsbaugruppeValve operating structure
- 4242
- Magnetanordnungmagnet assembly
- 4444
- Anker(platte)Anchor (plate)
- 4646
- RückstellfederReturn spring
- 5050
- Grundkörperbody
- 5252
- (erste) Kammer(first) chamber
- 5454
- zweite Kammersecond chamber
- 5656
- Deckelelementcover element
- 5757
- Versorgungsleitungsupply line
- 5858
- Führungguide
- 5959
- Ringbundcollar
- 6060
- elastisches Elementelastic element
- 6262
- Gehäuse(schraub)einsatzHousing (screw) for use
- 6363
-
Gehäusedeckel
10 housing cover 10 - 6464
- Distanzelementspacer
- 6565
- Anschlagsflächestop surface
- 66, 9666, 96
-
Schulterfläche
26 shoulder surface 26 - 6868
- Membrandichtungdiaphragm seal
- 7070
- Phasenübergangs-AusgleichselementPhase transition compensation element
- 72 72
-
Befüllmedium
70 fillingmedium 70 - 7474
- Zugstangepull bar
- 7575
- Übersetzungselementtranslation element
- 7676
- Angriffsflächeattack surface
- 7777
- Hebelarmlever arm
- 7878
- Membranmembrane
- 8080
- Ringscheibewasher
- 8282
- Andruckfederpressure spring
- 8484
-
Öffnung
10 opening 10 - 8686
- Dichtung (Ring)Seal (ring)
- 8888
- ZulaufIntake
- 9090
-
Öffnung
10 opening 10 - 9292
- Ankerraumarmature space
- 9494
- Hülseshell
- 9696
-
Schulterfläche
26 shoulder surface 26 - 9898
- Verschlussplatteclosing plate
- 100100
- Kompensationselementcompensation element
- 102102
- ÜberwurfmutterNut
- 104104
- Magnetraummagnetic space
- 106106
- Membran(dichtung)Membrane (gasket)
- 108108
-
Öffnung(sbohrung)
42 Opening (sbohrung)42 - 110110
- expandierbares Elementexpandable element
- 112112
- Kompensationsraumcompensation chamber
- 114114
-
Bereich
106 Area 106 - 116116
- Membranwellediaphragm shaft
- 117117
- Flussleitelementflux collector
- 118118
- Zwischenringintermediate ring
- 120120
- Brückebridge
- 122122
- Ventilationsbohrungventilation hole
- 124124
- Ventilationskanalventilation channel
- 126126
- Ventilationskanalventilation channel
- 128128
-
Mündung
124 muzzle124 - 130130
-
Mündung
126 muzzle126 - 132132
- Leckageleitungleakage line
- 134134
- Auslassoutlet
- 140140
- Federfeather
- 142142
- Stützscheibesupport disc
- 144144
- Stützringsupport ring
- 146146
- Ventilationsbohrungventilation hole
- AA
- Ventilbetätigungsrichtung/Axiale RichtungValve actuation direction / axial direction
- +A+ A
- VentilschließrichtungValve closing direction
- –A-A
- VentilöffnungsrichtungValve opening direction
- BB
- Anströmrichtungflow direction
- CC
- Ausströmrichtungoutflow
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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