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Die Erfindung betrifft ein Dichtungselement, insbesondere ein Dichtungselement zur Verwendung in einer Einspritzvorrichtung, die zum Einspritzen eines fluiden Reduktionsmittels in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft auch eine Einspritzvorrichtung mit einem solchen Dichtungselement.
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Stand der Technik
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Um die Luftverschmutzung, die durch die von Verbrennungsmotoren im Betrieb ausgestoßenen Abgase entsteht, möglichst gering zu halten und die gesetzlichen Vorgaben zu erfüllen, ist häufig eine Nachbehandlung der Abgase erforderlich. Zur Nachbehandlung der Abgase eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, in einem Kraftfahrzeug, haben sich unter anderem sogenannte SCR-Systeme (SCR = „Selective Catalytic Reduction“) bewährt, mit denen die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide (NOx) reduziert werden.
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SCR-Systeme injizieren stromaufwärts eines SCR-Katalysators mithilfe eines sogenannten Dosierventils ein fluides Reduktionsmittel, insbesondere eine Harnstoffwasserlösung, in den Abgasstrang des Verbrennungsmotors. Das Reduktionsmittel wird von einer Fördervorrichtung aus einem Tank zum Dosierventil gefördert. In dem SCR-Katalysator laufen chemische Prozesse ab, in denen der in der Harnstoffwasserlösung enthaltene Harnstoff mit den Stickoxiden (NOx) in den Abgasen reagiert und diese zu Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) reduziert.
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DE 10 2012 201 189 A1 offenbart ein Dosiermodul, das dem Einbringen eines Reduktionsmittels in einen Abgastrakt zur Nachbehandlung von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine dient.
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Ein Dosierventil umfasst in der Regel mehrere fluidführende Bauteile, die durch Dichtungselemente fluiddicht miteinander verbunden sind.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Dichtungselement für ein Dosierventil zur Abgasnachbehandlung zur Verfügung zu stellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Dichtungselement einen im Wesentlichen ringförmig ausgebildeten Träger und ein auf oder an dem Träger angebrachtes, elastomeres Dichtungsmaterial. In dem ringförmigen Träger ist ein Schlitz ausgebildet, der sich in radialer Richtung durch den Träger erstreckt, so dass der Umfang des Trägers durch Variieren der Breite des Schlitzes variabel ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen auch eine Einspritzvorrichtung, die insbesondere zum Einspritzen eines fluiden Reduktionsmittels in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, mit einem äußeren fluidführenden Element, einem inneren fluidführenden Element und einem Dichtungselement gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Dichtungselement ist derart zwischen dem äußeren und dem inneren fluidführenden Element angeordnet, dass die Schnittstelle zwischen dem äußeren und dem inneren fluidführenden Element gegenüber dem Reduktionsmittel und anderen Medien fluiddicht abgedichtet ist. Das äußere und das innere fluidführende Element können jeweils zylinderförmig oder konisch ausgebildet sein.
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Ein Dichtungselement, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist, kann sich durch Variation seines Umfangs bzw. Durchmessers an variierende Abmessungen der mit dem Dichtungselement in Kontakt stehenden Bauteile anpassen, um Toleranzen der Bauteile auszugleichen. Dabei können auch durch Temperaturschwankungen verursachte Änderungen der Abmessungen ausgeglichen werden.
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Durch ein Dichtungselement gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann daher auch bei variierenden Abmessung der mit dem Dichtungselement in Kontakt stehenden Bauteilen eine zuverlässige Abdichtung durch das Dichtungselement erreicht werden.
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In einer Ausführungsform ist der Träger als flache, ringförmige Scheibe ausgebildet. Auf diese Weise kann ein besonders platzsparend ausgebildetes Dichtungselement realisiert werden.
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In einer Ausführungsform ist das Dichtungsmaterial nur auf einer Seite, insbesondere auf einer Stirnseite, des Trägers angebracht.
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Auf diese Weise kann das Dichtungselement mit einer geringen Menge an Dichtungsmaterial realisiert werden. Da der Träger in der Regel eine höhere Leitfähigkeit als das Dichtungsmaterial hat, kann darüber hinaus die Wärmeleitfähigkeit des Dichtungselements erhöht werden. Ein nur einseitig mit Dichtungsmaterial beschichtetes Dichtungselement kann auch vorteilhaft sein, um einen definierten Anschlag für wenigstens eines der fluidführenden Elemente bereitzustellen.
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In einer alternativen Ausführungsform ist der Träger teilweise oder vollständig von dem Dichtungsmaterial umschlossen. Durch die Verwendung von mehr Dichtungsmaterial, welches den Träger umschließt, können die abdichtenden Eigenschaften und die Zuverlässigkeit des Dichtungselements weiter erhöht werden.
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Der Querschnitt des Dichtungselements und insbesondere des Trägers kann an die jeweilige Einbaugeometrie angepasst sein. So können das Dichtungselement und insbesondere der Träger zum Beispiel einen runden, einen rechteckigen, einen konischen oder einen trapezförmigen Querschnitt haben.
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Um eine effiziente Wärmeübertragung, z.B. zu Kühlzwecken, über das Dichtungselement zu ermöglichen, ist der Träger in einer Ausführungsform aus einem Material gefertigt, das einen hohen Wärmeleitkoeffizienten hat. Der Träger kann insbesondere aus Metall, z.B. Edelstahl oder Aluminium, gefertigt sein.
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Die Wärmeleitfähigkeit des Trägers sollte mindestens 15 W/mK und vorzugsweise mehr als 200 W/mK betragen.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
- 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors mit einem Dosiermodul zum Einspritzen eines fluiden Reduktionsmittels in den Abgasstrang.
- 2 zeigt eine Schnittansicht durch einen Abschnitt eines Dosierventils mit einem Dichtungselement, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist.
- 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Dichtungselements gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 4a zeigt eine teiltransparente Draufsicht auf ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dichtungselements.
- 4b zeigt eine teiltransparente Schnittansicht des in der 4a gezeigten Dichtungselements.
- 5 zeigt eine Schnittansicht durch einen Abschnitt eines alternativ ausgebildeten Dosierventils mit einem Dichtungselement, das gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist.
- 6 zeigt eine Draufsicht auf das in der 5 gezeigte Dichtungselement.
- 7a zeigt eine teiltransparente Draufsicht auf ein Dichtungselement, das gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist.
- 7b zeigt eine teiltransparente Schnittansicht des in der 7a gezeigten Dichtungselements.
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Figurenbeschreibung
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Verbrennungsmotor 24 mit einem Abgasstrang 22 und einem Dosiermodul 26, das zum Einspritzen eines Reduktionsmittels 30, insbesondere einer Harnstoffwasserlösung, in den Abgasstrang 22 ausgebildet ist.
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Das Dosiermodul 26 ist zwischen dem Verbrennungsmotor 24 und einem SCR-Katalysator 27, d.h. dem SCR-Katalysator 27 vorgeschaltet, angeordnet. Durch eine Vorförderpumpe 28 wird das einzuspritzende Reduktionsmittel 30 aus einem Vorratstank 32 entnommen und dem Dosiermodul 26, beispielsweise mit einem Druck von 2 bis 3 bar, zugeführt. Das Dosiermodul 26 umfasst eine als Dosierventil 21 ausgebildete Einspritzvorrichtung 21, die es ermöglicht, durch geeignetes Ansteuern des Dosierventils 21 eine gewünschte Menge an Reduktionsmittel 30 in einen Abgaskanal 23 des Abgasstrangs 22 einzuspritzen.
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Das Dosierventil 21 spritzt das Reduktionsmittel 30 mit einem erhöhten Druck in den Abgaskanal 23 des Abgasstrangs 22 ein. Im Abgaskanal 23 vermischt sich das eingespritzte Reduktionsmittel 30 mit den durch den Abgaskanal 23 strömenden Abgasen 34 des Verbrennungsmotors 24 und reagiert in dem stromabwärts des Dosiermoduls 26 angeordneten SCR-Katalysator 27 mit den in den Abgasen 34 enthaltenen Stickoxiden (NOx), wodurch diese zu N2 und H2O reduziert werden.
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Das Dosiermodul 26 ist über wenigstens ein elektrisches Kabel 29 mit einer Steuervorrichtung 25 verbunden. Die Steuervorrichtung 25 ist ausgebildet, das Dosiermodul 26 dem jeweils aktuellen Betriebszustand des Verbrennungsmotors 24 entsprechend anzusteuern.
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2 zeigt eine Schnittansicht durch einen Abschnitt des Dosierventils 21. Das Dosierventil 21 umfasst ein äußeres fluidführendes Element, insbesondere eine äußere Hülse 2, und ein inneres fluidführendes Element, insbesondere eine innere Hülse 4. Das innere fluidführende Element ist innerhalb des äußeren fluidführenden Elements angeordnet.
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In dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden fluidführenden Elemente / Hülsen 2, 4 zylindrisch ausgebildet und konzentrisch um eine gemeinsame Achse A angeordnet.
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Zwischen dem inneren fluidführenden Element 4 und dem äußeren fluidführenden Element 2 ist ein Dichtungselement 6 angeordnet, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Dichtungselements 6.
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Das Dichtungselement 6 umfasst einen im Wesentlichen ringförmig ausgebildeten Träger 8 und ein auf oder an dem Träger 8 angebrachtes Dichtungsmaterial 10, insbesondere ein elastomeres Dichtungsmaterial 10.
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Das Dichtungsmaterial 10 ist insbesondere auf eine Stirnseite des im Wesentlichen ringförmigen Trägers 8 aufgebracht.
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In dem ringförmigen Träger 8 ist ein Schlitz 12 ausgebildet, der sich in radialer Richtung vollständig durch den Träger 8 erstreckt. Dadurch ist der Umfang des Trägers 8 variierbar. Das elastomere Dichtungsmaterial 10 gleicht die Verformung des Trägers 8 aus, ohne seine Dichtfunktion zu verlieren.
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Das Dichtungselement 6 kann sich aufgrund dieser Bauweise durch Variieren seines Umfangs bzw. Durchmessers, wobei die Breite des Schlitzes 12 verändert wird, an variierende Innendurchmesser D des äußeren fluidführenden Elements 2 (siehe 2) anpassen und so Toleranzen der Bauteile des Dosierventils 21, insbesondere der äußeren und inneren fluidführenden Elemente 2, 4, ausgleichen. Auf diese Weise können die Abdichtfunktion des Dichtungselements 6 und ein gewünschter Wärmefluss W zwischen dem inneren und dem äußeren fluidführenden Element 4, 2 durch das Dichtungselement 6 kostengünstig realisiert werden.
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Um den gewünschten Wärmefluss W zwischen dem inneren und dem äußeren fluidführenden Element 4, 2 zu ermöglichen, ist der Träger 8 vorzugsweise aus einem Material mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten, insbesondere aus einem Metall, z.B. aus Edelstahl oder Aluminium, gefertigt.
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Die Wärmeleitfähigkeit des Trägers 8 sollte mindestens 15 W/mK und vorzugsweise mehr als 200 W/mK betragen.
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Die 4a und 4b zeigen in einer teiltransparenten Draufsicht (4a) und einer teiltransparenten Schnittansicht (4b) ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dichtungselements, in dem der Träger 8 in das elastomere Dichtungsmaterial 10 eingebettet, d.h. vollständig von dem elastomeren Dichtungsmaterial 10 umschlossen, ist.
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Durch Einbetten des Trägers 8 in das Dichtungsmaterial 10 können die fluidabdichtenden Eigenschaften des Dichtungselements 6 noch weiter verbessert werden.
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Die 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dichtungselements 6, wie sie vorzugsweise in einer alternativen Einbaugeometrie zum Einsatz kommt.
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In dem in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das äußere fluidführende Element 2 des Dosierventils 21 einen (in der 5 oben dargestellten) konisch bzw. trichterförmig ausgebildeten Bereich 2a und einen zylinderförmig ausgebildeten (in der 5 unten dargestellten) Bereich 2b auf.
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Das innere fluidführende Element 4 ist zylinderförmig mit einem um das obere Ende des inneren fluidführenden Elements 4 umlaufenden Kragen 5 ausgebildet. Das innere fluidführende Element 4 ist in den 5 und 6 nur schematisch dargestellt. In dem inneren fluidführenden Element 4 kann beispielsweise ein in den 5 und 6 nicht gezeigtes Ventil vorgesehen sein, das es ermöglicht, den Fluidfluss durch das innere fluidführenden Element 4 zu steuern.
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Das Dichtungselement 6 ist in einem Bereich des äußeren fluidführenden Elements 2 angeordnet, in dem der konische Bereich 2a an den zylinderförmig ausgebildeten Bereich 2b grenzt.
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Das ringförmige Dichtungselement 6 und insbesondere sein Träger 8 sind konisch ausgebildet; d.h., die an dem äußeren fluidführenden Element 2 anliegende Außenseite des Dichtungselements 6 ist abgeschrägt, so dass es nicht parallel zur Achse A ausgerichtet ist.
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Die Außenseite des Dichtungselements 6 ist insbesondere in einem Winkel α zur Achse A abgeschrägt, der im Wesentlichen dem Winkel α zwischen der Achse A und dem trichterförmigen Bereich 2a des äußeren fluidführenden Elements 2 entspricht. Im Ergebnis liegt die Außenseite des Dichtungselements 6 dicht an der Innenwand des äußeren fluidführenden Elements 2 an.
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Die dem inneren fluidführenden Element 4 zugewandte Innenseite des Dichtungselements 6 ist zylinderförmig ausgebildet. Zwischen der Innenseite des Trägers 8 und der zylinderförmigen Außenwand des inneren fluidführenden Elements 4 ist ein Spalt 9 ausgebildet, der es ermöglicht, Toleranzen im System durch Veränderung der Spaltbreite d auszugleichen.
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Der am oberen Ende des inneren fluidführenden Elements 4 ausgebildete Kragen 5 liegt auf dem Träger 8 auf. Dies ermöglicht es, Wärme W von dem inneren fluidführenden Element 4 über den Kragen 5 und den Träger 8 abzuführen.
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Auch in dem Träger 8 des Dichtungselements 6 des in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiels ist ein Schlitz 12 ausgebildet, der es ermöglicht, dem Umfang des Dichtungselements 6 zu variieren.
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Durch ein wenigstens teilweise konisch ausgebildetes Dichtungselement 6, wie es in den 5 und 6 gezeigt ist, können Bauteil- und Montagetoleranzen x in Axialrichtung, d.h. parallel zur Achse A, gut ausgeglichen werden, so dass die abdichtende und Wärme leitende Funktion des Dichtungselements 6 in allen Einbausituationen sichergestellt werden kann.
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Auch ein konisch ausgebildetes Dichtungselement 6 kann einen vollständig in das Dichtungsmaterial 10 eingebetteten, beispielsweise mit dem Dichtungsmaterial 10 umspritzten Träger 8 aufweisen. Ein solches Dichtungselement 6 ist in den 7a und 7b in einer teiltransparenten Draufsicht (7a) bzw. in einer teiltransparenten Schnittansicht (7b) gezeigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012201189 A1 [0004]
