DE102020128777A1

DE102020128777A1 - Einspritzmodul zum Einbringen eines Additivs in einen Abgasstrom, Kühleinrichtung dafür und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020128777A1
Application number: DE102020128777.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Maier; Florian Bauer; Gerald Pichler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2020-11-02
Publication date: 2022-05-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für eine Einspritzeinrichtung zum Einbringen eines Additivs in einen Abgasstrom, ein entsprechendes Einspritzmodul sowie ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug. Die Kühleinrichtung umfasst ein Gehäuse mit einer Mantelfläche zum zumindest teilweisen Umgeben der Einspritzeinrichtung, sodass zwischen der Mantelfläche und der Einspritzeinrichtung ein Durchströmungsraum für ein Kühlmittel verbleibt. Das Gehäuse weist eine Einlassöffnung in der Mantelfläche und eine Auslassöffnung zum Ausströmen des Kühlmittels und wenigstens ein Umlenkelement auf. Das wenigstens eine Umlenkelement ist in Umfangsrichtung neben der Einlassöffnung angeordnet und von der Mantelfläche nach innen sowie zumindest im Wesentlichen entlang der Richtung einer von der Mantelfläche umgebenen zentralen Längsachse des Gehäuses flächig erstreckt, sodass das Umlenkelement eine Strömung des durch die Einlassöffnung eintretenden Kühlmittels in der Umfangsrichtung hemmt und das Kühlmittel zumindest teilweise in Richtung der zentralen Längsachse betrachtet zu einem in bestimmungsgemäßer Einbaulage dem Abgasstrom zugewandten Ende der Kühleinrichtung umlenkt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für eine Einspritzeinrichtung zum Einbringen eines Additivs in einen Abgasstrom, ein entsprechendes Einspritzmodul sowie ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug. Das Additiv kann dabei insbesondere ein Reduktionsmittel für eine Abgasnachbehandlung, etwa zur Reduktion von in dem Abgasstrom enthaltenen Stickoxiden sein.
Schädliche Emissionen zu vermeiden oder zu minimieren, ist heutzutage ein wichtiges Ziel, beispielsweise bei der Entwicklung und Gestaltung von Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen und deren Betrieb. Zudem ist es stets wünschenswert, dies besonders effektiv, effizient und zuverlässig zu erreichen.
Während ein Einbringen eines geeigneten, beispielsweise harnstoffbasierten, Additivs in einen Abgasstrom zu einer wünschenswerten Reduktion von Stickoxiden führen kann, hat sich gezeigt, dass es dabei auch zu unerwünschten Problemen und Herausforderungen kommen kann. So kann es beispielsweise zu Ansammlungen des Additivs in der Abgasanlage oder zu einem unerwünschten Sieden des Additivs oder eines eingesetzten Kühlmittels kommen. Dadurch können beispielsweise unerwünschte Ablagerungen entstehen, die letztlich zu Beschädigungen oder einem Zusetzen von Bauteilen oder Leitungen, einer verringerten Effizienz und/oder einem erhöhten Verbrauch des Additivs führen können.
In der EP 3 077 634 B1 ist die Problematik beschrieben, dass durch relativ hohe Abgastemperaturen von beispielsweise bis zu 700°C und der zwangsläufigen räumlichen Nähe eines Dosierungsmoduls zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in einen Abgasbereich die Gefahr einer Überhitzung von Materialien, beispielsweise Isolierungen und Dichtungen, besteht, was letztlich die Funktionstüchtigkeit einer jeweiligen Dosiereinheit für das Reduktionsmittel nachhaltig beeinträchtigen kann. Um dieser Problematik zu begegnen, wird dort eine Dosiervorrichtung zum Einbringen eines Betriebs- oder Hilfsstoffes in ein Strömungsrohr einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen. Die Dosiervorrichtung umfasst eine Aufnahmevorrichtung, welche ein Kühlkörperelement umfasst, das eine mehrteilige Konstruktion aus dünnwandigen Bauteilen ist. Diese sind derart miteinander stoffschlüssig verbunden, dass eine Ringkammer gebildet wird, welche mit einem Kühlmediumzulauf und einem Kühlmediumablauf verbindbar ist. Dem Kühlmedium wird in der Ringkammer durch Trennelemente ein definierter Strömungsweg aufgeprägt. Zur Kompensation unterschiedlicher thermischer Längenänderungen der Aufnahmevorrichtung und eines mit dem Kühlkörperelement verbundenen Einspritzventils ist ein Dehnungskompensationsmittel vorgesehen. Weiter ist dabei vorgesehen, dass die Aufnahmevorrichtung ein Deckelelement umfasst, welches mittels einer Schweißnaht mit dem Kühlkörperelement verbunden ist und das Einspritzventil an einem oberen Ende mit dem Deckelelement der Aufnahmevorrichtung mittels einer Schweißnaht stoffschlüssig und dichtend verbunden ist. Das Dichtungskompensationsmittel ist dabei in Form eines Federelements oder eines Wellenbalgs ausgebildet.
Als weiteres Beispiel auf diesem technischen Gebiet ist in der EP 3 011 154 B1 ein Kühlkörper für ein Einspritzventil, insbesondere zum Einspritzen eines flüssigen Reduktionsmittels in einen Abgasstrom eines Verbrennungsmotors, beschrieben. Darin sind ein hohler Bereich zur Aufnahme des Einspritzventil, um den ein Kühlblech umläuft, und eine an einer Stirnseite des Einspritzventils angeordnete Stirnplatte vorgesehen. Die Stirnplatte weist einen napfförmig mit einer Stirnwand und einer Seitenwand ausgeformten Bereich auf, der zur Aufnahme eines einspritzseitigen Abschnitts des Einspritzventils so ausgebildet ist, dass die Spitze des Einspritzventils im Wesentlichen formschlüssig in den napfförmig ausgebildeten Bereich einführbar ist. Die Stirnwand soll dabei wenigstens eine Einspritzöffnung aufweisen, die es ermöglicht, Fluid aus dem Einspritzventil durch die Stirnplatte zu spritzen. Das Kühlblech und die Stirnplatte sind fluiddicht miteinander verbunden, sodass durch die Stirnplatte, das Kühlblech und das Einspritzventil ein um den Abschnitt des Einspritzventils umlaufendes Kühlvolumen begrenzt wird. Damit soll ein verbesserter Kühlkörper für einen Einspritzmodul bereitgestellt werden, der einfach herzustellen ist und der auch bei hohen Temperaturen das Kühlvolumen zuverlässig und dauerhaft abgedichtet.
Auch die EP 2 815 090 B1 befasst sich mit einem Dosiermodul zum Einbringen eines flüssigen Stoffes in das Abgas einer Brennkraftmaschine und einer dabei auftretenden Temperaturproblematik. Das dort beschriebene Dosiermodul weist ein Dosierventil und eine Haltestruktur, durch die das Dosierventil an einem Flansch gehalten ist, sowie eine Kühleinrichtung auf. Die Kühleinrichtung umfasst ein zwischen Dosierventil und Haltestruktur angeordnetes Kontaktelement, wobei ein Ringkanal der Kühleinrichtung mit einem Einlass und einem Auslass verbunden ist, welche in der Haltestruktur ausgebildet sind. Die Haltestruktur umfasst einen sicheren radial nach auswärts erstreckenden ersten Bereich im Bereich einer Ventilspitze des Dosierventils, einen sich an diesen anschließenden und insgesamt axial, in einem Abstand zum Dosierventil verlaufenden zweiten Bereich und einen sich an diesen anschließenden wiederum radial auswärts sich erstreckenden dritten Bereich. Dabei ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung ein Hülsenelement umfasst, welches die Haltestruktur derart umschließt, dass zwischen Haltestruktur und Hülsenelement der Ringkanal gebildet ist, wobei der zweite Bereich dünnwandig ausgeführt ist und der erste Bereich eine dickere Materialstärke aufweist. Auf diese Weise soll letztlich der Problematik begegnet werden, dass es zu einem Sieden des Reduktionsmittels in dem Dosiermodul und damit verbunden zu einer Fehldosierung des Reduktionsmittels kommen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine besonders effiziente Abgasnachbehandlung zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Mögliche Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.
Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung ist für eine Einspritzeinrichtung, auch als Injektor bezeichnet, zum Einbringen eines Additivs in einen Abgasstrom vorgesehen bzw. ausgebildet. Bei dem Additiv kann es sich insbesondere um ein Reduktionsmittel, beispielsweise eine Harnstofflösung, wie sie etwa unter der Bezeichnung AdBlue bekannt ist, handeln. Die Einspritzeinrichtung kann insbesondere für ein Kraftfahrzeug, also zum Einspritzen des Additivs in den Abgasstrom bzw. eine Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs, vorgesehen oder eingerichtet sein. Ebenso können aber andere Anwendungen der vorliegenden Erfindung möglich sein.
Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung umfasst ein Gehäuse mit wenigstens einer Mantelfläche, die ein mittleres Seitenteil des Gehäuses bilden kann. Das Gehäuse ist dabei zum zumindest teilweisen Aufnehmen der Einspritzeinrichtung ausgebildet, wobei die Mantelfläche dann die Einspritzeinrichtung zumindest teilweise umgibt, insbesondere in Umfangsrichtung um eine Führung oder Leitung für das Additiv herum. Bei in das Gehäuse eingesetzter Einspritzeinrichtung, also in bestimmungsgemäßer Einbaulage der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung, verbleibt dann zwischen der Mantelfläche und der Einspritzeinrichtung bzw. deren der Mantelfläche zugewandter Außenseite oder Außenwand ein Aufnahme- oder Durchströmungsraum für ein Kühlmittel. Mit anderen Worten kann im Betrieb der Kühleinrichtung und der Einspritzeinrichtung das Kühlmittel zum Kühlen der Einspritzeinrichtung bzw. des diese durchströmenden Additivs in das Gehäuse eingebracht sein bzw. dieses durchströmen.
Das Gehäuse der Kühleinrichtung weist dabei eine Einlassöffnung in der Mantelfläche zum Einströmen des Kühlmittels und eine Auslassöffnung zum Ausströmen des Kühlmittels aus dem Gehäuse auf.
Erfindungsgemäß weist die Kühleinrichtung weiter wenigstens ein Führungs- oder Umlenkelement zum Umlenken des Kühlmittels bzw. einer entsprechenden Kühlmittelströmung innerhalb des Durchströmungsraums auf. Das wenigstens eine Umlenkelement ist in Umfangsrichtung der Kühleinrichtung bzw. um die Einspritzeinrichtung herum betrachtet neben der Einlassöffnung angeordnet, beispielsweise in einem Abstand von höchstens einem Viertel oder einem Zehntel eines Umfangs des Gehäuses bzw. der Mantelfläche zu der Einlassöffnung. Das Umlenkelement ist von der Mantelfläche nach innen sowie entlang der Richtung einer von der Mantelfläche umgebenen zentralen Längsachse des Gehäuses flächig erstreckt. Das Umlenkelement kann also insbesondere zumindest des im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet sein, beispielsweise als Blechstück oder aus einem hitzebeständigen Material gefertigte Kunststoffplatte oder dergleichen.
In der hier vorgesehenen Anordnung des Umlenkelements erstreckt sich dieses also von der Mantelfläche in Richtung eines für die Einspritzeinrichtung vorgesehenen Bereichs innerhalb des Gehäuses. Bei einer runden bzw. zylindrischen Form der Mantelfläche kann das Umlenkelement also insbesondere in radialer Richtung nach innen, aber ebenso schief, also nicht genau radial auf die zentrale Längsachse hin ausgerichtet sein. Dass sich das Umlenkelement zumindest im Wesentlichen auch in Richtung der zentralen Längsachse erstreckt, kann beispielsweise bedeuten, dass das Umlenkelement parallel zu der zentralen Längsachse oder in einem Winkel von beispielsweise bis zu 30° zu dieser angeordnet ist. Eine genaue Ausrichtung des Umlenkelements kann beispielsweise von einer Formgebung oder Anströmungsrichtung im jeweils konkret realisierten Anwendungsfall abhängen, um ein optimiertes Strömungsverhalten des Kühlmittels zu erreichen.
Die zentrale Längsachse des Gehäuses kann bei geradliniger Ausgestaltung der Einspritzeinrichtung insbesondere deren bestimmungsgemäßer Durchströmungsrichtung mit dem Additiv entsprechen.
Erfindungsgemäß ist damit das Umlenkelement derart angeordnet, dass es eine Strömung des im Betrieb durch die Einlassöffnung eintretenden Kühlmittels in der Umfangsrichtung hemmt und das Kühlmittel zumindest teilweise, insbesondere größtenteils, in Richtung der zentralen Längsachse betrachtet zu einem in bestimmungsgemäßer Einbaulage dem Abgasstrom zugewandten Ende der Kühleinrichtung - und damit insbesondere auch der Einspritzeinrichtung, also in Richtung von deren Injektionsdüse oder in Injektorventil - umlenkt.
Das kühle, durch die Einlassöffnung einströmende Kühlmittel wird durch das Umlenkelement also in Richtung des Abgasstroms und damit zu der im Betrieb typischerweise heißesten Stelle der Einspritzeinrichtung gelenkt. Dies ist besonders vorteilhaft, da dort der größte Kühlungsbedarf und entsprechend der größte Bedarf für einen zuverlässigen Austausch des Kühlmittels besteht, beispielsweise um ein Sieden des Additivs oder des Kühlmittels in diesem Bereich zu vermeiden. Wie bereits eingangs angedeutet können durch ein derartiges Sieden unerwünschte Ablagerungen entstehen. Durch die mittels der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen Kühleinrichtungen ohne entsprechendes Umlenkelement verbesserte Kühlleistung in diesem Bereich kann eine Bildung derartiger Ablagerungen auf besonders einfache Weise verhindert oder reduziert werden.
Die vorliegende Erfindung beruht auch auf der Erkenntnis, dass bei herkömmlichen Kühleinrichtungen, welche die Einspritzeinrichtung mit einem Kühlmittelmantel umgeben, in einem unteren, also dem Abgasstrom bzw. dem in Injektorventil zugewandten oder nächstliegenden, Bereich des Durchströmungsraums ein besonders niedriger Druck und eine besonders niedrige Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels vorliegen bzw. entstehen können und dies durch Umlenkung des Kühlmittels bzw. Kühlmittelstroms innerhalb des Gehäuses, also des Durchströmungsbereichs verhindert oder abgemildert werden kann. Durch das wenigstens eine Umlenkelement kann eine derartige Umlenkung des Kühlmittels besonders einfach und effektiv erreicht werden. Insbesondere sind damit keine signifikanten Veränderungen in einer Geometrie oder Auslegung bestehender Einspritzmodule oder Abgasanlagen notwendig. Durch die mittels des wenigstens einen Umlenkelements erreichte verbesserte Bewegung oder Strömung des Kühlmittels in dem unteren, dem Abgasstrom bzw. dem Injektorventil zugewandten oder nächstliegenden Bereich kann dort ein verbesserter Wärmeabtransport und somit eine effektivere Kühlung der Einspritzeinrichtung bzw. des Additivs erreicht werden.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das wenigstens eine Umlenkelement in Umfangsrichtung unmittelbar neben der Einlassöffnung angeordnet. Mit anderen Worten trifft durch die Einlassöffnung einströmendes Kühlmittel dann also in Umfangsrichtung unmittelbar oder direkt auf das Umlenkelement, bevor es in dem Durchströmungsraum einen signifikanten Weg in Umfangsrichtung zurücklegen kann. Auf diese Weise kann besonders effektiv eine zu dem unteren Bereich oder Ende des Durchströmungsraums gerichtete Kühlmittelströmung erzeugt und dort eine möglichst niedrige Kühlmitteltemperatur, das heißt eine möglichst große Wärmeaufnahmekapazität des Kühlmittels sichergestellt werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das wenigstens eine Umlenkelement entlang der Richtung der zentralen Längsachse länger als die Einlassöffnung und ragt nach oben und unten über diese hinaus. Mit anderen Worten dient das Umlenkelement somit also nicht nur unmittelbar im Bereich der Einlassöffnung bzw. auf dessen Höhe als Barriere für das Kühlmittel in Umfangsrichtung, sondern auch oberhalb und unterhalb der Einlassöffnung. Dadurch kann besonders effektiv sichergestellt werden, dass zumindest ein Großteil des einströmenden Kühlmittels zunächst in den unteren Bereich des Durchlassraums gelenkt wird bzw. diesen durchfließt, bevor es sich in Umfangsrichtung bzw. in mittleren oder oberen, also von dem Abgasstrom bzw. dem in Injektorventil abgewandten Bereichen des Durchströmungsraums ausbreitet. Auch dies kann zur besonders effektiven und effizienten Kühlung in dem unteren Bereich beitragen.
Durch die mittels der vorliegenden Erfindung erreichte verbesserte Effektivität und Effizienz der Kühlung in dem unteren Bereich kann beispielsweise auf einen höheren Kühlmitteldruck, einen höheren Kühlmitteldurchsatz und/oder eine niedrigere Kühlmitteltemperatur verzichtet werden, wodurch entsprechender Aufwand eingespart werden kann.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung reicht das wenigstens eine Umlenkelement in der Richtung der zentralen Längsachse zumindest im Wesentlichen bis an ein in bestimmungsgemäßer Einbaulage von dem Abgasstrom abgewandtes oberes Ende des Durchströmungsraums heran. Das Umlenkelement kann also beispielsweise bis zu einer Oberseite oder einer oberen Stirnwand des Gehäuses und/oder einen den Durchströmungsraum nach oben hin begrenzenden Teil der Einspritzeinrichtung erstreckt sein. Dass das Umlenkelement zumindest im Wesentlichen bis an das obere Ende des Durchströmungsraums reicht, kann hier beispielsweise bedeuten, dass das Umlenkelement dort nicht flüssigkeitsdicht an der Gehäuseoberseite oder oberen Stirnwand bzw. an dem entsprechenden oberen Teil der Einspritzeinrichtung anliegen muss. Ein gegebenenfalls dort vorhandener Abstand soll aber so klein sein, dass zumindest ein größter Teil oder eine Hauptströmung des Kühlmittels nach unten, also in bestimmungsgemäßer Einbaulage in Richtung des Abgasstroms bzw. des Injektorventils der Einspritzeinrichtung, gelenkt wird und das Umlenkelement nicht oben, also an seiner dem Abgasstrom bzw. dem in Injektorventil abgewandten Seite überströmen kann. Auch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung kann dazu beitragen, dass frisch durch die Einlassöffnung in den Durchströmungsraum eintretendes Kühlmittel besonders effektiv zumindest größtenteils baldestmöglich in den unteren Bereich des Durchströmungsraums gelangt, um dort besonders zuverlässig und effizient das Sieden des Kühlmittels und/oder des Additivs zu vermeiden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Umlenkelement an seiner der Einlassöffnung zugewandten Seitenfläche wenigstens eine entlang der Richtung der zentralen Längsachse - insbesondere also in Längsrichtung auf den Abgasstrom bzw. das in Injektorventil der Einspritzeinrichtung zu - erstreckte Leitstruktur auf. Diese Leitstruktur kann beispielsweise eine in oder an dem Umlenkelement ausgeformte Rinne oder Rippe oder eine Anordnung mehrerer zumindest im Wesentlichen paralleler Rinnen und/oder Rippen sein oder umfassen. Durch eine derartige Leitstruktur kann das durch die Einlassöffnung eintretende und auf die derart strukturierte Seitenfläche des Umlenkelements treffende Kühlmittel besonders effektiv und turbulenzarm in Richtung des unteren Bereichs des Durchströmungsraums gelenkt bzw. geführt werden. Die Leitstruktur kann beispielsweise durch Prägen oder Fräsen oder durch Aufbringen eines oder mehrerer entsprechender Leitelemente, beispielsweise Leitfinnen oder dergleichen, auf die Seitenfläche des Umlenkelements realisiert werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Kühleinrichtung auch ein zweites Umlenkelement auf. Die beiden Umlenkelemente sind dann in Umfangsrichtung betrachtet auf beiden Seiten, insbesondere zumindest im Wesentlichen unmittelbar, neben der Einlassöffnung angeordnet. Mit anderen Worten ist dann also auf beiden Seiten der Einlassöffnung jeweils eines der Umlenkelemente angeordnet. Die beiden Umlenkelemente können zumindest im Wesentlichen gleich oder spiegelsymmetrisch zueinander ausgestaltet sein. Die an anderer Stelle für das wenigstens eine Umlenkelement beschriebenen Merkmale und Ausgestaltungen können also in gleicher Weise für das zweite bzw. für beide Umlenkelemente gelten. Durch das zweite Umlenkelement bzw. die Kombination der beiden Umlenkelemente zu beiden Seiten der Einlassöffnung kann das Kühlmittel noch effektiver bzw. in größerem oder gerichteterem Maße in Richtung der zentralen Längsachse, also zu dem unteren Bereich des Durchströmungsraums umgelenkt werden. Damit wird die beschriebene effektivere bzw. effizientere Kühlung in dem unteren Bereich des Durchströmungsraums besonders zuverlässig erreicht, beispielsweise auch dann, wenn das Kühlmittel turbulent durch die Einlassöffnung in den Durchströmungsraum eintritt oder einströmt. Effektiv wird durch die beiden Umlenkelemente also ein in der Richtung der zentralen Längsachse längserstreckter Strömungskanal für das Kühlmittel ausgebildet, wobei die Einlassöffnung in diesen Strömungskanal mündet. In dem derart ausgebildeten Strömungskanal wird das durch die Einlassöffnung eintretende Kühlmittel dann zunächst in den unteren Bereich des Durchströmungsraums geführt, bevor es in die übrigen Bereiche des Durchströmungsraums gelangt oder sich signifikant in Umfangsrichtung bewegen oder ausbreiten kann. Dies kann je nach Ausgestaltung zumindest für einen Großteil des ein strömenden Kühlmittels gelten.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Einlassöffnung und die Auslassöffnung entlang der Richtung der zentralen Längsachse an unterschiedlichen Stellen, also auf unterschiedlichen Höhen, angeordnet. In bestimmungsgemäßer Einbaulage befindet sich damit die Einlassöffnung näher an dem Abgasstrom bzw. an dem Injektorventil, also näher an dem unteren Bereich des Durchströmungsraums, als die Auslassöffnung. Die Auslassöffnung kann dabei ebenfalls in der Mantelfläche angeordnet oder ausgebildet sein. Ebenso kann die Auslassöffnung prinzipiell aber beispielsweise an der Stirnseite oder Stirnwand angeordnet sein, durch welche die Durchströmungsraum nach oben hin begrenzt wird. Durch die hier vorgeschlagene versetzte Anordnung der Einlass- und Auslassöffnungen kann ein Kurzschlusskühlmittelstrom, also eine Kurzschlussströmung des Kühlmittels auf kürzestem Wege von der Einlassöffnung zu der Auslassöffnung, vermieden oder reduziert werden.
Die Ausbildung einer solchen Kurzschlussströmung wird zudem auch durch das wenigstens eine Umlenkelement besonders effektiv vermieden bzw. behindert. Dadurch kann eine Kühlleistung bzw. eine Kühl- oder Wärmeaufnahmekapazität des in den Durchströmungsraum eingebrachten Kühlmittels besonders effektiv zum Kühlen der Einspritzeinrichtung bzw. des Additivs ausgenutzt werden. Durch das erfindungsgemäß vorgesehene wenigstens eine Umlenkelement kann somit eine vergrößerte Flexibilität für eine Anordnung der Einlass- und/oder Auslassöffnung erreicht werden. Dies kann beispielsweise ohne negative Auswirkungen, beispielsweise ohne die Ausbildung einer Kurzschlussströmung des Kühlmittels zwischen der Einlass- und der Auslassöffnung zu riskieren, für eine vereinfachte, strömungsgünstigere und/oder besonders bauraumeffiziente Anordnung der Einlass- und/oder Auslassöffnung und/oder entsprechender daran angeschlossener Kühlmittelleitungen ausgenutzt werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Einspritzmodul für das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung genannte Additiv, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Einspritzmodul weist eine Einspritzeinrichtung zum Einspritzen eines bzw. des Additivs in einen Abgasstrom und eine zur Kühlung dieser Einspritzeinrichtung bzw. des diese im Betrieb durchströmenden Additivs die Einspritzeinrichtung zumindest teilweise umgebende erfindungsgemäße Kühleinrichtung auf. Die Einspritzeinrichtung kann hier einen Leitungsabschnitt zum Führen des Additivs und einen Injektor mit einem endseitigen, also dem Abgasstrom zugewandten Injektorventil umfassen. In bestimmungsgemäßer Einbaulage des Einspritzmoduls, beispielsweise in einer Abgasanlage bzw. in dem Kraftfahrzeug, kann das Injektorventil in den Abgasstrom hineinragen oder in einer Wandung einer Führung oder Leitung, worin der Abgasstrom strömt, also transportiert wird, angeordnet sein. Die Einspritzeinrichtung des erfindungsgemäßen Einspritzmoduls kann insbesondere die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung genannte Einspritzeinrichtung oder ein Teil davon sein oder diese umfassen.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine innere, also in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Einspritzeinrichtung zugewandte, Kante oder Schmalseite des wenigstens einen Umlenkelements der Kühleinrichtung gemäß einer korrespondierenden äußeren Kontur der Einspritzeinrichtung geformt, sodass die innere Kante oder Schmalseite des Umlenkelements zumindest im Wesentlichen der Kontur folgend dicht an der Einspritzeinrichtung anliegt. Das Umlenkelement bzw. dessen innere, im Wesentlichen in der Richtung der zentralen Längsachse erstreckte innere Kante oder Schmalseite muss dabei nicht zwangsläufig flüssigkeitsdicht an der Einspritzeinrichtung bzw. deren Außenwand anliegen. Ein gegebenenfalls zwischen dieser Kante oder Schmalseite und der Außenseite der Einspritzeinrichtung hindurchtretender Kühlmittelfluss soll und kann durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung aber soweit begrenzt werden, dass ein dort hindurchtretender Anteil des Kühlmittels sehr viel kleiner als ein durch das Umlenkelement in der Richtung der zentralen Längsachse umgelenkter Anteil des Kühlmittels ist. Durch die hier vorgeschlagene Ausformung des Umlenkelements kann auf besonders einfache und effektive Weise zumindest ein Großteil des durch die Einlassöffnung eintretenden Kühlmittels in der beschriebenen Weise in den unteren Bereich des Durchströmungsraums umgelenkt werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, das eine Verbrennungskraftmaschine, eine daran angeschlossene Abgasanlage zum Abführen eines Abgasstroms der Verbrennungskraftmaschine und ein erfindungsgemäßes Einspritzmodul aufweist. Die Einspritzeinrichtung dieses Einspritzmoduls ist dabei zum Einbringen eines Additivs in den Abgasstrom angeordnet. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann insbesondere das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung und/oder dem erfindungsgemäßen Einspritzmodul genannte Kraftfahrzeug sein.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur eine ausschnittweise schematische Perspektivdarstellung eines Einspritzmoduls für eine Abgasnachbehandlung mit einer Kühleinrichtung.
1 zeigt ausschnittweise eine schematische Perspektivdarstellung eines Einspritzmoduls 10, insbesondere für eine Abgasnachbehandlung in einem Kraftfahrzeug im Rahmen einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR, englisch: selective catalytic reduction). Das Einspritzmodul 10 ist hier also zum Einspritzen eines entsprechenden Additivs in einen Abgasstrom ausgebildet. Vorliegend umfasst das Einspritzmodul 10 eine Einspritzeinrichtung 12. Durch einen Additivzulauf 14 kann aus einem daran angeschlossenen Vorratsbehälter Additiv in die Einspritzeinrichtung 12 fließen bzw. gefördert werden. Dieses Additiv kann die Einspritzeinrichtung 12 dann in einer hier durch einen Pfeil schematisch angedeuteten Durchströmungsrichtung 16 in Längsrichtung bis zu einem endseitigen Injektor- oder Einspritzventil 18 der Einspritzeinrichtung 12 durchströmen. Dieses Einspritzventil 18 kann in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Einspritzeinrichtung 12 in den Abgasstrom bzw. eine zu dessen Transport vorgesehen Leitung ragen.
Weiter umfasst das Einspritzmodul 10, insbesondere die Einspritzeinrichtung 12, eine hier schematisch angedeutete Betriebseinrichtung 20. Diese Betriebseinrichtung 20 kann beispielsweise zur elektrischen Energieversorgung und/oder zum Bereitstellen von Steuersignalen für die Einspritzeinrichtung 12, beispielsweise zum Versorgen und/oder Ansteuern von deren Injektorventil, ausgebildet sein. Die Betriebseinrichtung 20 kann dazu beispielsweise eine entsprechende Energie- und/oder Datenleitung, einen oder mehrere Anschlüsse, ein entsprechendes Steuergerät und/oder dergleichen mehr umfassen.
Weiter umfasst das Einspritzmodul 10 hier eine Kühleinrichtung 22 zur Kühlung der Einspritzeinrichtung 12 bzw. des diese durchströmenden Additivs. Die Kühleinrichtung 22 umfasst ein Gehäuse 24 mit einer Mantelfläche 26, die zumindest einen Teil der Einspritzeinrichtung 12 in Umfangsrichtung um die Durchströmungsrichtung 16, also einem die Einspritzeinrichtung 12 im Betrieb durchtretenden Additivstrom, umgibt. Dabei ist zwischen der Mantelfläche 26 und einer von dieser umgebenden Außenwand 28 der Einspritzeinrichtung 12 ein Abstand gegeben. Dadurch wird also zwischen der Mantelfläche 26 und der Außenwand 28 ein Kühlmittelvolumen 30 gebildet, das von einem Kühlmittel durchströmbar ist bzw. im Betrieb durchströmt wird.
In der Mantelfläche 26 sind dazu eine Einlassöffnung 32 und eine Auslassöffnung 34 ausgebildet. Über einen Kühlmittelzulauf 36 kann der Einlassöffnung 32 Kühlmittel zugeführt werden. Nachdem dieses so zugeführte Kühlmittel das Kühlmittelvolumen 30 durchströmt hat, kann es durch die Auslassöffnung 34 austreten und über einen Kühlmittelablauf 38 abgeführt werden. Der Kühlmittelzulauf 36 und der Kühlmittelablauf 38 können beispielsweise an einen Kühlkreislauf eines jeweiligen Kraftfahrzeugs angeschlossen werden.
Bei einer herkömmlichen, auf die genannten Komponenten beschränkten Realisierung hat sich gezeigt, dass es am Injektor zu funktionalen Problemen kommen kann, die auf eine relativ schlechte Durchströmung des Kühlmittelvolumens 30 und einem daraus resultierenden Sieden des Kühlmittels und eine daraus folgende unzureichende Kühlung im unteren, also dem Einspritzventil 18 zugewandten Bereich des Kühlmittelvolumens 30 zurückgeführt werden können. Durch entsprechende Simulationen hat sich gezeigt, dass dieser Problematik durch eine hier dargestellte Anordnung von Umlenkelementen 40 in dem Kühlmittelvolumen 30 begegnet werden kann. Die Umlenkelemente 40 sind hier zumindest im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet und, wobei sich die Haupterstreckungsebenen der Umlenkelemente 40 in der Durchströmungsrichtung 16 und in radialer Richtung erstrecken. Die Umlenkelemente 40 durchgreifen das Kühlmittelvolumen 30 also von der Mantelfläche 26 aus in radialer Richtung nach innen auf eine von der Kühleinrichtung 22 umgebene zentralen Längsachse 42 hin bis zur Außenwand 28 der Einspritzeinrichtung 12.
Eine jeweilige der Einspritzeinrichtung 12 bzw. der Außenwand 28 zugewandte Innenkante 44 der Umlenkelemente 40, die hier nur für eines der Umlenkelemente 40 gekennzeichnet ist, ist dabei korrespondierend zu einer äußeren Form oder Kontur der Einspritzeinrichtung 12 bzw. der Außenwand 28 geformt.
Durch hier vorgeschlagene Ausgestaltung der Umlenkelemente 40 sowie deren Anordnung in Umfangsrichtung betrachtet zu beiden Seiten neben der Einlassöffnung 32 kann ein durch die Einlassöffnung 32 in das Kühlmittelvolumen 30 einströmender Kühlmittelstrom zumindest größtenteils nach unten, also in Richtung des Einspritzventils 18 geleitet bzw. umgelenkt werden. Dadurch kann in einem das Einspritzventil 18 umgebenden unteren Bereich des Kühlmittelvolumens 30 eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit erreicht werden. Damit kann dort wiederum ein verbesserter Kühlmittelaustausch und ein verbesserter Wärmeabtransport und somit letztlich eine verbesserte Kühlung der Einspritzeinrichtung 12 bzw. des diese durchströmenden Additivs insbesondere im Bereich des Einspritzventil 18 erreicht werden. Dies kommt letztendlich einer besonders effizienten und zuverlässigen Abgasnachbehandlung mittels des Einspritzmoduls 10 zugute, da aufgrund unzureichender Kühlung entstehende Probleme auf besonders einfache und zuverlässige Weise vermieden werden.
Bezugszeichenliste

10: Einspritzmodul
12: Einspritzeinrichtung
14: Additivzulauf
16: Durchströmungsrichtung
18: Einspritzventil
20: Betriebseinrichtung
22: Kühleinrichtung
24: Gehäuse (der Kühleinrichtung 22)
26: Mantelfläche
28: Außenwand (der Einspritzeinrichtung 12)
30: Kühlmittelvolumen
32: Einlassöffnung
34: Auslassöffnung
36: Kühlmittelzulauf
38: Kühlmittelablauf
40: Umlenkelemente
42: zentrale Längsachse
44: Innenkante

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3077634 B1 [0004]
EP 3011154 B1 [0005]
EP 2815090 B1 [0006]

Claims

Kühleinrichtung (22) für eine Einspritzeinrichtung (12) zum Einbringen eines Additivs in einen Abgasstrom, umfassend ein Gehäuse (24) mit einer Mantelfläche (26) zum zumindest teilweisen Umgeben der Einspritzeinrichtung (12), sodass zwischen der Mantelfläche (26) und der Einspritzeinrichtung (12) ein Durchströmungsraum (30) für ein Kühlmittel verbleibt, wobei das Gehäuse (24) eine Einlassöffnung (32) in der Mantelfläche (26) zum Einströmen des Kühlmittels und eine Auslassöffnung (34) zum Ausströmen des Kühlmittels und wenigstens ein Umlenkelement (40) aufweist, das in Umfangsrichtung neben der Einlassöffnung (32) angeordnet und von der Mantelfläche (26) nach innen sowie zumindest im Wesentlichen entlang der Richtung einer von der Mantelfläche (26) umgebenen zentralen Längsachse (42) des Gehäuses (24) flächig erstreckt ist, sodass das Umlenkelement (40) eine Strömung des durch die Einlassöffnung (32) eintretenden Kühlmittels in der Umfangsrichtung hemmt und das Kühlmittel zumindest teilweise in Richtung der zentralen Längsachse (42) betrachtet zu einem in bestimmungsgemäßer Einbaulage dem Abgasstrom zugewandten Ende der Kühleinrichtung (22) umlenkt.
Kühleinrichtung (22) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (40) in Umfangsrichtung unmittelbar neben der Einlassöffnung (32) angeordnet ist.
Kühleinrichtung (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (40) entlang der Richtung der zentralen Längsachse (42) länger als die Einlassöffnung (32) ist und nach oben und unten über diese hinausragt.
Kühleinrichtung (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (40) in der Richtung der zentralen Längsachse (42) zumindest im Wesentlichen bis an ein in bestimmungsgemäßer Einbaulage von dem Abgasstrom abgewandtes oberes Endes des Durchströmungsraums (30) reicht.
Kühleinrichtung (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (40) an seiner der Einlassöffnung (32) zugewandten Seitenfläche wenigstens eine entlang der Richtung der zentralen Längsachse (42) erstreckte Leitstruktur, insbesondere eine Rinne oder Rippe, aufweist.
Kühleinrichtung (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (22) auch ein zweites Umlenkelement (40) aufweist, wobei die beiden Umlenkelemente (40) in Umfangsrichtung auf beiden Seiten neben der Einlassöffnung (32) angeordnet sind.
Kühleinrichtung (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (32) und die Auslassöffnung (34) entlang der Richtung der zentralen Längsachse (42) an unterschiedlichen Stellen angeordnet sind, sodass sich in bestimmungsgemäßer Einbaulage die Einlassöffnung (32) näher an dem Abgasstrom befindet.
Einspritzmodul (10), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Einspritzeinrichtung (12) zum Einspritzen eines Additivs in einen Abgasstrom und eine zur Kühlung der Einspritzeinrichtung (12) diese zumindest teilweise umgebende Kühleinrichtung (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
Einspritzmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine innere Kante (44) des wenigstens einen Umlenkelements (40) der Kühleinrichtung (22) gemäß einer korrespondierenden äußeren Kontur (28) der Einspritzeinrichtung (12) geformt ist, sodass die Kante (44) des Umlenkelements (40) zumindest im Wesentlichen dicht an der Einspritzeinrichtung (12) anliegt.
Kraftfahrzeug, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine, eine daran angeschlossene Abgasanlage zum Abführen eines Abgasstroms der Verbrennungskraftmaschine und ein Einspritzmodul (10) nach Anspruch 8 oder 9, dessen Einspritzeinrichtung (12) zum Einbringen eines Additivs in den Abgasstrom angeordnet ist.