DE102021209918A1

DE102021209918A1 - Exhaust aftertreatment agent metering valve

Info

Publication number: DE102021209918A1
Application number: DE102021209918.1A
Authority: DE
Inventors: Bjoern Damson; Thorsten Rankel; Volker Beuche; Gertjan Kanters; Alexander Schaaf-Fernbach; Martin Beck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-09-08
Filing date: 2021-09-08
Publication date: 2023-03-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil (1) zum Zumischen eines flüssigen Abgasnachbehandlungsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, in einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, Ottomotor oder Wasserstoffmotor, mit einer dem Abgastrakt zuordenbaren Ventilspitze (4), die eine Ventilöffnung (7) aufweist, mit einem, insbesondere hülsenförmigen, Gehäuse (2), in welchem ein Ventilelement (8) zum Freigeben und Verschließen der Ventilöffnung (7) verlagerbar angeordnet ist, wobei dem Ventilelement (8) ein Federelement (11) zugeordnet ist, welches das Ventilelement (8) zum Verschließen der Ventilöffnung (7) gegen die Ventilöffnung (7) vorspannt, und mit einem Aktuator (12), der dazu ausgebildet ist, zum Freigeben der Ventilöffnung (7 das Ventilelement (8) entgegen der Vorspannung des Federelements (11) zu verlagern. Es ist vorgesehen, dass das Federelement (11) als Rohrfeder (11') ausgebildet ist.The invention relates to an exhaust gas after-treatment agent metering valve (1) for admixing a liquid exhaust gas after-treatment agent, in particular an aqueous urea solution, into an exhaust tract of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, Otto engine or hydrogen engine, with a valve tip (4) which can be assigned to the exhaust tract and which has a valve opening (7). with a, in particular sleeve-shaped, housing (2) in which a valve element (8) for opening and closing the valve opening (7) is displaceably arranged, with the valve element (8) being assigned a spring element (11) which moves the valve element (8th ) to close the valve opening (7) against the valve opening (7), and with an actuator (12) which is designed to release the valve opening (7) to displace the valve element (8) against the pretension of the spring element (11). It is provided that the spring element (11) is designed as a tubular spring (11').

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil zum Zumischen eines flüssigen Abgasnachbehandlungsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, in einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, Ottomotor oder Wasserstoffmotor, mit einer dem Abgastrakt zuordenbaren Ventilspitze, die eine Ventilöffnung aufweist, mit einem, insbesondere hülsenförmigen, Gehäuse, in welchem ein Ventilelement zum Freigeben und Verschließen der Ventilöffnung verlagerbar angeordnet ist, wobei dem Ventilelement ein Federelement zugeordnet ist, welches das Ventilelement zum Verschließen der Ventilöffnung gegen die Ventilöffnung vorspannt, und mit einem Aktuator, der dazu ausgebildet ist, zum Freigeben der Ventilöffnung das Ventilelement entgegen der Vorspannung des Federelements zu verlagern.The invention relates to an exhaust gas after-treatment agent metering valve for admixing a liquid exhaust gas after-treatment agent, in particular an aqueous urea solution, into an exhaust tract of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, Otto engine or hydrogen engine, with a valve tip which can be assigned to the exhaust tract and which has a valve opening, with a housing, in particular in the form of a sleeve which a valve element for releasing and closing the valve opening is arranged displaceably, wherein a spring element is assigned to the valve element, which prestresses the valve element against the valve opening for closing the valve opening, and with an actuator which is designed to move the valve element towards releasing the valve opening to shift the preload of the spring element.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, mit einem Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil zum Zumischen eines flüssigen Abgasnachbehandlungsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, in den Abgastrakt.The invention also relates to an exhaust gas aftertreatment system for an exhaust tract of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, with an exhaust gas aftertreatment agent metering valve for admixing a liquid exhaust gas aftertreatment agent, in particular an aqueous urea solution, into the exhaust tract.

Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, und mit einem Abgasnachbehandlungssystem für die Brennkraftmaschine.In addition, the invention relates to a motor vehicle with an internal combustion engine, in particular a diesel engine, and with an exhaust gas aftertreatment system for the internal combustion engine.

Stand der TechnikState of the art

Abgasnachbehandlungsmitteldosierventile der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Derartige Abgasnachbehandlungsmitteldosierventile werden bei Kraftfahrzeugen zur Nachbehandlung eines von einer Brennkraftmaschine, meistens Dieselmotor, des Kraftfahrzeugs erzeugten Abgasstroms verwendet, um ein Abgasnachbehandlungsmittel, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung, zur Reduzierung von in dem Abgasstrom enthaltenen Stickoxiden in den Abgasstrang des Kraftfahrzeugs einzubringen.Exhaust gas aftertreatment agent metering valves of the type mentioned above are known in principle from the prior art. Such exhaust gas after-treatment agent metering valves are used in motor vehicles for after-treatment of an exhaust gas stream generated by an internal combustion engine, usually a diesel engine, of the motor vehicle in order to introduce an exhaust gas after-treatment agent, in particular an aqueous urea solution, into the exhaust system of the motor vehicle to reduce the nitrogen oxides contained in the exhaust gas stream.

Ein Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil der eingangs genannten Art ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2013 205 309 A1 offenbart. Das Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil weist ein hülsenförmig ausgebildetes Gehäuse auf, wobei ein Teilabschnitt des Gehäuses eine dem Abgastrakt zuordenbare Ventilspitze darstellt. Das Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil weist einen Fluidkanal für das Abgasnachbehandlungsmittel auf, der sich ausgehend von einer Einlassöffnung des Gehäuses in axialer Richtung durch das Gehäuse und in die Ventilspitze hindurch erstreckt und in einer Ventilöffnung der Ventilspitze mündet. Durch diese Ventilöffnung ist das Abgasnachbehandlungsmittel dem Abgastrakt zuführbar. Zum Einstellen einer Menge des zuzuführenden Abgasnachbehandlungsmittels weist das Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil weiterhin ein in dem Gehäuse verlagerbar angeordnetes und der Ventilöffnung zugeordnetes Ventilelement auf, mittels welchem die Ventilöffnung wahlweise freigegeben und verschlossen werden kann. Zu diesem Zweck ist dem Ventilelement ein als Schraubenfeder ausgebildetes und im Bereich des Fluidkanals angeordnetes Federelement zugeordnet, welches das Ventilelement zum Verschließen der Ventilöffnung gegen die Ventilöffnung vorspannt. Um die Ventilöffnung bei Bedarf wieder freigeben zu können, weist das Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil weiterhin einen Aktuator auf, der dazu ausgebildet ist, dass Ventilelement entgegen der Vorspannung des Federelements zu verlagern..An exhaust gas aftertreatment agent metering valve of the type mentioned is, for example, in the published application DE 10 2013 205 309 A1 disclosed. The exhaust gas aftertreatment agent metering valve has a sleeve-shaped housing, with a section of the housing representing a valve tip that can be assigned to the exhaust gas tract. The exhaust gas after-treatment agent metering valve has a fluid channel for the exhaust gas after-treatment agent, which, starting from an inlet opening of the housing, extends in the axial direction through the housing and into the valve tip and opens into a valve opening of the valve tip. The exhaust aftertreatment agent can be fed to the exhaust tract through this valve opening. To adjust the amount of exhaust gas aftertreatment agent to be supplied, the exhaust gas aftertreatment agent metering valve also has a valve element that is displaceably arranged in the housing and assigned to the valve opening, by means of which the valve opening can be selectively opened and closed. For this purpose, the valve element is assigned a spring element designed as a helical spring and arranged in the region of the fluid channel, which pretensions the valve element against the valve opening in order to close the valve opening. In order to be able to release the valve opening again if necessary, the exhaust gas aftertreatment agent metering valve also has an actuator which is designed to move the valve element against the preload of the spring element.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Das Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil mit den Merkmalen von Anspruch 1 hat den Vorteil, dass die Funktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungsmitteldosierventils über einen längeren Nichtbenutzungszeitraum zuverlässig erhalten bleibt. Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass das Federelement als Rohrfeder ausgebildet ist. Aufgrund der Anordnung des Federelements im Bereich des Fluidkanals gelangt dieses während des Betriebs des Abgasnachbehandlungsmitteldosierventils mit dem Abgasnachbehandlungsmittel in Kontakt. Die erfindungsgemäß als Federelement vorgesehene Rohrfeder weist im Vergleich zu der bei bekannten Abgasnachbehandlungsmitteldosierventilen üblicherweise als Federelement genutzten Schraubenfeder einen reduzierten Benetzungsquerschnitt, auf, sodass verglichen mit einer Schraubenfeder eine weitaus geringere Menge an Abgasnachbehandlungsmittel im Bereich der Rohrfeder verbleiben und später auskristallisieren kann.The exhaust gas aftertreatment agent metering valve with the features of claim 1 has the advantage that the functionality of the exhaust gas aftertreatment agent metering valve is reliably maintained over a longer period of non-use. According to the invention it is provided that the spring element is designed as a tubular spring. Due to the arrangement of the spring element in the area of the fluid channel, it comes into contact with the exhaust gas aftertreatment agent during operation of the exhaust gas aftertreatment agent metering valve. The tubular spring provided according to the invention as a spring element has a reduced wetting cross-section compared to the helical spring usually used as a spring element in known exhaust gas aftertreatment agent metering valves, so that compared to a helical spring, a far smaller amount of exhaust gas aftertreatment agent can remain in the area of the tubular spring and crystallize out later.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Rohrfeder einen zylinderförmigen Hohlkörper mit einer Mantelwand aufweist, in welcher eine Vielzahl von gleichmäßig verteilten Aussparungen ausgebildet sind, die durch elastisch verformbare Stege der Mantelwand voneinander getrennt sind. Dadurch ist die Rohrfeder materialsparend ausgebildet und somit kostengünstig herstellbar. Vorzugsweise sind die Aussparungen und Stege dabei derart ausgebildet und angeordnet, dass die Aussparungen bei freigegebener Ventilöffnung im Wesentlichen vollständig geschlossen sind. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Benetzungsquerschnitt weiter reduziert wird.It is preferably provided that the tube spring has a cylindrical hollow body with a casing wall in which a large number of evenly distributed recesses are formed, which are separated from one another by elastically deformable webs of the casing wall. As a result, the tubular spring is designed to save material and can therefore be produced inexpensively. The recesses and webs are preferably designed and arranged in such a way that the recesses are essentially completely closed when the valve opening is released. This results in the advantage that the wetting cross section is further reduced.

Bevorzugt sind alle Aussparungen in einem entspannten Zustand der Rohrfeder gleich ausgebildet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Rohrfeder gleichmäßig verformbar und einfach herstellbar ist. Insbesondere handelt es sich bei dem entspannten Zustand um einen Werkzustand der Rohrfeder, also einen Zustand, bei welchem die Rohrfeder noch nicht in dem Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil verbaut ist und das Ventilelement vorspannt.All recesses are preferably of the same design when the tube spring is in a relaxed state. This results in the advantage that the tube spring can be deformed uniformly and is easy to produce. In particular, the relaxed state is a factory state of the tube spring, ie a state in which the tube spring is not yet installed in the exhaust gas aftertreatment agent metering valve and prestresses the valve element.

Vorzugsweise ist der Aktuator als magnetischer Aktuator ausgebildet, der einen in dem Gehäuse festgelegten Magnetkern und einen in dem Gehäuse axial verschiebbar geführten und mit dem Ventilelement fest verbundenen Magnetanker aufweist. Der magnetischer Aktuator hat den Vorteil, dass verglichen mit anderen, insbesondere elektromotorischen, Aktuatoren das Ventilelement schnell verlagerbar ist und insofern besonders kurzfristig zwischen dem freigegebenen und dem geschlossenen Zustand der Ventilöffnung gewechselt werden kann. Vorzugsweise ist der Magnetanker als Permanentmagnet und der Magnetkern als insbesondere durch eine ihm zugeordnete Spule des Aktuators magnetisierbares metallisches Element, beispielsweise Eisenkern, ausgebildet. Dadurch ist eine konstruktiv einfache und kostengünstige Ausbildung des Aktuator gewährleistet.The actuator is preferably designed as a magnetic actuator which has a magnet core fixed in the housing and a magnet armature which is guided in the housing in an axially displaceable manner and is firmly connected to the valve element. The magnetic actuator has the advantage that, compared to other, in particular electric motor, actuators, the valve element can be displaced quickly and in this respect it is possible to switch between the released and the closed state of the valve opening in a particularly short time. The magnet armature is preferably in the form of a permanent magnet and the magnet core is in the form of a metallic element, for example an iron core, which can be magnetized in particular by a coil of the actuator assigned to it. This ensures a structurally simple and cost-effective design of the actuator.

Besonders bevorzugt ist die Rohrfeder zwischen dem Magnetkern und dem Magnetanker vorgespannt angeordnet, wobei der Magnetkern eine dem Magnetanker zugewandte Stirnseite und der Magnetanker eine dem Magnetkern zugewandte Stirnseite aufweist und zumindest eine dieser einander zugewandten Stirnseiten eine Aufnahme für die Rohrfeder aufweist, in welcher ein Endabschnitt der Rohrfeder einliegt. Dadurch ist eine besonders platzsparende Anordnung der Rohrfeder ermöglicht und die Rohrfeder zudem verschiebesicher zwischen dem Magnetkern und dem Magnetanker gelagert. Durch die platzsparende Anordnung ist das Gehäuse, insbesondere die Ventilspitze, weiterhin kürzer und somit materialsparender ausbildbar, sodass das Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil insgesamt weniger Platz benötigt und kostengünstig herstellbar ist.The Bourdon tube is particularly preferably arranged prestressed between the magnet core and the magnet armature, with the magnet core having an end face facing the magnet armature and the magnet armature having an end face facing the magnet core and at least one of these end faces facing one another having a receptacle for the Bourdon tube, in which an end section of the Bourdon tube inserted. This enables a particularly space-saving arrangement of the tubular spring and the tubular spring is also mounted in a non-displaceable manner between the magnet core and the magnet armature. Due to the space-saving arrangement, the housing, in particular the valve tip, is also shorter and can therefore be designed to save material, so that the exhaust gas aftertreatment agent metering valve requires less space overall and can be produced inexpensively.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind die einander zugewandten Stirnseiten zumindest bei geschlossener Ventilöffnung axial voneinander beabstandet und die Rohrfeder weist einen aussparungsfreien, sich über den gesamten Umfang einer Mantelwand der Rohrfeder erstreckenden Mantelwandabschnitt auf, der sich bei geschlossener Ventilöffnung zumindest von einer der Stirnseiten bis zu der dazu beabstandeten anderen Stirnseite axial erstreckt. Vorteilhafterweise wird dadurch ein Austreten des Abgasnachbehandlungsmittel in den Bereich in den durch den Abstand der Stirnseiten definierten Spalt und somit eine Kristallisation von Abgasnachbehandlungsmittel in diesem Bereich vermieden sodass der Magnetkern nicht durch kristallisiertes Abgasnachbehandlungsmittel blockiert werden kann. Insofern kann durch die aussparungsfreie Ausbildung des Mantelwandabschnitts die Funktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungsmitteldosierventils noch besser gewährleistet werden.According to a preferred development, the end faces facing one another are axially spaced apart from one another, at least when the valve opening is closed, and the tube spring has a shell wall section without cutouts, which extends over the entire circumference of a shell wall of the tube spring and which, when the valve opening is closed, extends from at least one of the end faces to the associated spaced other end face extends axially. This advantageously prevents the exhaust gas aftertreatment agent from escaping into the area in the gap defined by the distance between the end faces and thus avoids crystallization of exhaust gas aftertreatment agent in this area, so that the magnet core cannot be blocked by crystallized exhaust gas aftertreatment agent. In this respect, the functionality of the exhaust gas after-treatment agent metering valve can be ensured even better by the recess-free design of the jacket wall section.

Das Abgasnachbehandlungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 7 weist ein Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil auf und zeichnet sich dadurch aus, dass das Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil erfindungsgemäß, wie vorstehend beschrieben, ausgebildet ist. Es ergeben sich die diesbezüglich bereits genannten Vorteile.The exhaust gas aftertreatment system with the features of claim 7 has an exhaust gas aftertreatment agent metering valve and is characterized in that the exhaust gas aftertreatment agent metering valve is designed according to the invention, as described above. The advantages already mentioned in this regard result.

Das Kraftfahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 8 mit einer Brennkraftmaschine und mit einem Abgasnachbehandlungssystem für die Brennkraftmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass das Abgasnachbehandlungssystem erfindungsgemäß, wie vorstehend beschrieben, ausgebildet ist. Auch hier ergeben sich die hierzu bereits genannten Vorteile. Vorzugsweise handelt es sich bei der Brennkraftmaschine um einen Dieselmotor, jedoch ist das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil auch bei Ottomotoren oder mit Wasserstoff betriebenen Motoren einsetzbar.The motor vehicle with the features of claim 8 with an internal combustion engine and with an exhaust gas aftertreatment system for the internal combustion engine is characterized in that the exhaust gas aftertreatment system is designed according to the invention, as described above. Here, too, there are the advantages already mentioned. The internal combustion engine is preferably a diesel engine, but the exhaust gas aftertreatment agent metering valve according to the invention can also be used in Otto engines or engines operated with hydrogen.

Im Folgenden soll die Erfindung nunmehr anhand der Zeichnungen näher erörtert werden. Dazu zeigen:

1 ein vorteilhaftes Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil in einer vereinfachten Querschnittsdarstellung,
2 eine vorteilhafte Weiterbildung des Abgasnachbehandlungsmitteldosierventils aus 1.

The invention will now be explained in more detail below with reference to the drawings. To do this, show:

1 an advantageous exhaust gas aftertreatment agent metering valve in a simplified cross-sectional view,
2 an advantageous further development of the exhaust gas aftertreatment agent metering valve 1 .

1 zeigt in einer vereinfachten Querschnittsdarstellung ein vorteilhaftes Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil 1, welches dazu ausgebildet ist, ein flüssiges Abgasnachbehandlungsmittel, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung, einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine zuzumischen. Bei der Brennkraftmaschine handelt es sich insbesondere um einen Dieselmotor, einen Ottomotor oder einen mit Wasserstoff betriebenen Motor. Das Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil 1 weist ein hülsenförmig ausgebildetes Gehäuse 2 auf, welches sich entlang einer Längsmittelachse 3 von einer Oberseite zu einer Unterseite des Gehäuses 2 erstreckt. Ein unterer Teilabschnitt des Gehäuses 2 bildet dabei eine Ventilspitze 4, die dem Abgastrakt der Brennkraftmaschine zuordenbar ist. An der Oberseite des Gehäuses 2 weist das Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil 1 eine Einlassöffnung 5 für das Abgasnachbehandlungsmittel auf, mittels welcher das Abgasnachbehandlungsmittel aus einem vorliegend nicht gezeigten Fluidreservoir einem vorliegend nur abschnittsweise dargestellten Fluidkanal 6 des Abgasnachbehandlungsmitteldosierventils 1 zuführbar ist. Der Fluidkanal 6 erstreckt sich dabei ausgehend von der Einlassöffnung 5 entlang der Längsmittelachse 3 durch das Gehäuse 2 beziehungsweise durch darin angeordnete, an späterer Stelle näher beschriebene Elemente des Abgasnachbehandlungsmitteldosierventils 1, hindurch. An der Unterseite des Gehäuses 2 mündet der Fluidkanal 6 in eine Ventilöffnung 7, die stirnseitig an der Ventilspitze 4 angeordnet beziehungsweise in der Gehäusewand des Gehäuses 2 ausgebildet ist. Mittels der Ventilöffnung 7 ist das Abgasnachbehandlungsmittel dem Abgastrakt der Brennkraftmaschine zuführbar. 1 shows a simplified cross-sectional representation of an advantageous exhaust gas aftertreatment agent metering valve 1, which is designed to admix a liquid exhaust gas aftertreatment agent, in particular an aqueous urea solution, to an exhaust tract of an internal combustion engine. The internal combustion engine is in particular a diesel engine, an Otto engine or an engine operated with hydrogen. The exhaust gas aftertreatment agent metering valve 1 has a sleeve-shaped housing 2 which extends along a longitudinal center axis 3 from an upper side to an underside of the housing 2 . A lower section of the housing 2 forms a valve tip 4, which can be assigned to the exhaust tract of the internal combustion engine. The exhaust gas aftertreatment agent metering valve 1 has an inlet opening 5 on the upper side of the housing 2 for the exhaust gas after-treatment agent, by means of which the exhaust gas after-treatment agent can be supplied from a fluid reservoir, not shown here, to a fluid channel 6 of the exhaust gas after-treatment agent metering valve 1, which is only partially shown here. The fluid channel 6 extends starting from the inlet opening 5 along the longitudinal center axis 3 through the housing 2 or through elements of the exhaust gas aftertreatment agent metering valve 1 arranged therein and described in more detail later. On the underside of the housing 2 , the fluid channel 6 opens into a valve opening 7 which is arranged on the end face of the valve tip 4 or is formed in the housing wall of the housing 2 . The exhaust gas after-treatment agent can be supplied to the exhaust tract of the internal combustion engine by means of the valve opening 7 .

Um dabei die Menge des zugeführten Abgasnachbehandlungsmittels kontrollieren, insbesondere gezielt dosieren, zu können, weist das Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil 1 ein im Inneren des Gehäuses 2 verlagerbar angeordnetes und der Auslassöffnung 7 zugeordnetes Ventilelement 8 auf, dass gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem an der Auslassöffnung 7 angeordneten und mit dem Gehäuse 2 insbesondere stoffschlüssig verbundenen Ventilsitz 9 mit einem darin verschiebbar einliegenden und kugelförmig ausgebildeten Ventilglied 10 gebildet ist. Das Ventilelement 8 ist dazu ausgebildet, durch Verlagerung entlang der Längsmittelachse 3 die Ventilöffnung 7 wahlweise zu verschließen und freizugeben.In order to be able to control the amount of exhaust gas after-treatment agent supplied, in particular to meter it in a targeted manner, the exhaust gas after-treatment agent metering valve 1 has a valve element 8 which is arranged displaceably in the interior of the housing 2 and is assigned to the outlet opening 7 with the housing 2 in particular integrally connected valve seat 9 is formed with a slidably inset and spherical valve member 10 is formed. The valve element 8 is designed to selectively close and open the valve opening 7 by displacement along the longitudinal center axis 3 .

Zu diesem Zweck weist das Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil 1 ein dem Ventilelement 8 zugeordnetes Federelement 11 sowie einen Aktuator 12 auf, der gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als elektromagnetische Aktuator ausgebildet ist. Der elektromagnetische Aktuator 12 weist einen aus einem magnetisierbaren Material gebildeten, im Inneren des Gehäuses 2 festgelegten Magnetkern 13 sowie einen in dem Gehäuse 2 axial verschiebbar geführten Magnetanker 14 auf, der mit dem Ventilelement 8, vorliegend mit dem Ventilglied 10, fest verbunden und vorzugsweise aus einem Permanentmagneten gebildet ist. Insofern ist der Magnetanker 14 im Bereich der Ventilspitze 4 entlang der Längsmittelachse 3 axial verschiebbar angeordnet und der Magnetkern 13 oberhalb davon in dem Gehäuse 2 festgelegt, sodass sich der Magnetkern 13 und der Magnetanker 14 gegenüberliegend. Dabei sind zumindest bei geschlossener Ventilöffnung 7 der Magnetkern 13 und der Magnetanker 14 voneinander beabstandet, wobei der Magnetkern 13 eine dem Magnetanker 14 zugewandte Stirnseite 15 und der Magnetanker 14 eine dem Magnetkern 13 zugewandte Stirnseite 16 aufweist. Das Federelement 11 wiederum ist dabei zwischen dem Magnetkern 13 und dem Magnetanker 14 angeordnet, welches gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils mit einem Endbereich in Aussparungen 17 einliegt, die in den Stirnseiten 15,16 von Magnetkern 13 und Magnetanker 14 ausgebildet sind. Die Aussparungen bilden dabei mit ihren dem Federelement 11 zugewandten Stirnseiten jeweils einen Anschlag 18 für das Federelement 11, an welchem sich die Endbereiche des Federelements 11 abstützen.For this purpose, the exhaust gas aftertreatment agent metering valve 1 has a spring element 11 assigned to the valve element 8 and an actuator 12 which, according to the present exemplary embodiment, is designed as an electromagnetic actuator. The electromagnetic actuator 12 has a magnetic core 13 formed from a magnetizable material and fixed inside the housing 2, as well as a magnetic armature 14, which is guided in the housing 2 in an axially displaceable manner and is firmly connected to the valve element 8, here with the valve member 10, and preferably consists of a permanent magnet is formed. In this respect, the magnet armature 14 is arranged in the area of the valve tip 4 so as to be axially displaceable along the longitudinal center axis 3 and the magnet core 13 is fixed above it in the housing 2 so that the magnet core 13 and the magnet armature 14 are opposite one another. At least when the valve opening 7 is closed, the magnet core 13 and the magnet armature 14 are spaced apart from one another, with the magnet core 13 having an end face 15 facing the magnet armature 14 and the magnet armature 14 having an end face 16 facing the magnet core 13 . The spring element 11 in turn is arranged between the magnet core 13 and the magnet armature 14 which, according to the present exemplary embodiment, rests with an end region in recesses 17 which are formed in the end faces 15 , 16 of the magnet core 13 and magnet armature 14 . The recesses each form with their end faces facing the spring element 11 a stop 18 for the spring element 11, on which the end regions of the spring element 11 are supported.

Durch diese Anordnung ist das Federelement 11 vorgespannt zwischen dem Magnetkern 13 und dem Magnetanker 14 angeordnet, sodass das Federelement 11 zum Verschließen der Ventilöffnung 7 das Ventilelement 8 beziehungsweise das Ventilglied 10 mittelbar über den Magnetanker 14 gegen die Ventilöffnung 7 vorspannt. Zum Freigeben der Ventilöffnung 7 wiederum ist das Ventilelement 8 beziehungsweise der Magnetanker 14 mittels des Aktuators 12 entgegen der Federkraft des Federelements 11 in Richtung des Magnetkerns 13 axial verlagerbar. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, dass der elektromagnetische Aktuator 12 eine dem Magnetkern 13 zugeordnete und im Bereich des Magnetkern 13 das Gehäuse 2 umfangsseitig umschließende Spule 19 aufweist. Bestromung der Spule 19 ist der Magnetkern 13 derart magnetisierbar, dass er den magnetischen Magnetanker 14 anzieht, sodass dieser entgegen der Federkraft des Federelements 11 axial verlagert wird. Dadurch wird der Abstand zwischen den Stirnseiten 15,16 verringert, dass Federelement 11 komprimiert und aufgrund der dadurch entstehenden Raumverlagerung die Ventilöffnung 7 freigegeben. Die Bestromung endet, entfällt die magnetische Anziehung des Magnetkerns 13, woraufhin das Federelement 11 aufgrund seiner Federkraft den Magnetanker 14 und damit einhergehend das Ventilelement 8 wieder gegen die Ventilöffnung 7 vorspannt, sodass die Ventilöffnung 7 geschlossen ist.This arrangement means that the spring element 11 is prestressed between the magnet core 13 and the magnet armature 14, so that the spring element 11 prestresses the valve element 8 or the valve member 10 indirectly via the magnet armature 14 against the valve opening 7 in order to close the valve opening 7. To release the valve opening 7 in turn, the valve element 8 or the magnet armature 14 can be displaced axially by means of the actuator 12 against the spring force of the spring element 11 in the direction of the magnet core 13 . According to the present exemplary embodiment, this is achieved in that the electromagnetic actuator 12 has a coil 19 assigned to the magnet core 13 and surrounding the housing 2 on the circumference in the region of the magnet core 13 . When the coil 19 is energized, the magnetic core 13 can be magnetized in such a way that it attracts the magnetic armature 14 so that it is axially displaced against the spring force of the spring element 11 . As a result, the distance between the end faces 15, 16 is reduced, the spring element 11 is compressed and the valve opening 7 is released due to the spatial displacement that occurs as a result. When the current flow ends, the magnetic attraction of the magnet core 13 ceases, whereupon the spring element 11, due to its spring force, prestresses the magnet armature 14 and thus the valve element 8 again against the valve opening 7, so that the valve opening 7 is closed.

Wie vorstehend bereits erwähnt, erstreckt sich der Fluidkanal 6 für das Abgasnachbehandlungsmittel entlang der Längsmittelachse 3 durch verschiedene Elemente des Abgasnachbehandlungsmitteldosierventils 1, welche, wie in 1 gut zu erkennen ist, vorliegend insbesondere aus dem Magnetkern 13, den Federelement 11 und dem Magnetanker 14 gebildet sind. Insofern werden der Magnetanker 13, dass Federelement 11 und der Magnetanker 14 im Betrieb des Abgasnachbehandlungsmitteldosierventils 11 fortwährend von dem Abgasnachbehandlungsmittel durchströmt. Bei aus dem Stand der Technik bekannten, gattungsgemäß wie vorstehend beschrieben ausgebildeten Abgasnachbehandlungsmitteldosierventilen kann es vorkommen, dass eine gewisse Restmenge an Abgasnachbehandlungsmittel vor allem im Bereich des Federelements 11 in Form einer Benetzung des Federelements 11 verbleibt. Bei einer längeren Betriebspause des Abgasnachbehandlungsmitteldosierventils 1 ergibt sich dadurch jedoch die Problematik, dass das verbliebene Abgasnachbehandlungsmittel insbesondere im Bereich des Federelements 11 und im Bereich zwischen den Stirnseiten 15, 16 auskristallisieren und dadurch die Funktionsweise des bekannten Abgasnachbehandlungsmitteldosierventils in negativer Weise beeinträchtigt. Beispielsweise kann die verbliebene Restmenge des Abgasnachbehandlungsmittels durch die Kompression des Federelements 11 in den Bereich zwischen den Stirnseiten 15,16 gelangen und dadurch die Verschiebbarkeit des Magnetankers 14 blockieren.As already mentioned above, the fluid channel 6 for the exhaust gas after-treatment agent extends along the longitudinal center axis 3 through various elements of the exhaust gas after-treatment agent metering valve 1, which, as in 1 is clearly visible, in this case are formed in particular from the magnet core 13, the spring element 11 and the magnet armature 14. In this respect, the exhaust gas aftertreatment agent continuously flows through the magnet armature 13, the spring element 11 and the magnet armature 14 during operation of the exhaust gas aftertreatment agent metering valve 11. With exhaust gas aftertreatment agent metering valves known from the prior art and configured as described above, it can happen that a certain residual amount of exhaust gas aftertreatment agent remains, especially in the area of spring element 11 in the form of wetting of spring element 11 . If the exhaust gas aftertreatment agent metering valve 1 is not used for a longer period of time, however, the problem arises that the remaining exhaust gas aftertreatment agent crystallizes out, particularly in the area of the spring element 11 and in the area between the end faces 15, 16, thereby adversely affecting the functioning of the known exhaust gas aftertreatment agent metering valve. For example, the remaining amount of the exhaust aftertreatment agent can get into the area between the end faces 15, 16 due to the compression of the spring element 11 and thereby block the displaceability of the magnet armature 14.

Um derartige Funktionsbeeinträchtigungen zu verhindern, ist bei dem vorliegenden, in 1 gezeigten, vorteilhaften Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil 1 das Federelement 11 als Rohrfeder 11' ausgebildet. Gegenüber bei bekannten Abgasnachbehandlungsmitteldosierventilen verwendeten Federelementen, insbesondere Schraubenfedern, hat die Rohrfeder 11' den Vorteil, dass sie einen geringeren Benetzungsquerschnitt aufweist, sodass bei dem vorliegenden Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil 1 weniger Abgasnachbehandlungsmittel im Bereich der Rohrfeder 11' verbleibt und insofern auch weniger Abgasnachbehandlungsmittel in den Bereich zwischen den Stirnseiten 15,16 gelangen und infolgedessen durchaus Kristallisation die Funktionsweise des Abgasnachbehandlungsmitteldosierventils 1 beeinträchtigen kann. Die Rohrfeder 11 weist einen zylinderförmigen Hohlkörper 20 mit einer Mantelwand 21 auf, in welcher eine Vielzahl von gleichmäßig verteilten Aussparungen 22 ausgebildet sind, welche durch elastisch verformbare Stege 23 der Mantelwand 21 voneinander getrennt sind. Die Rohrfeder 11' ist beispielsweise aus einem dünnen Stahlblech gebildet, welches eine gute Verformbarkeit gewährleistet und auch bei längerem Betrieb wenig Verschleiß aufweist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind alle Aussparungen 22 in einem entspannten Zustand der Rohrfeder 11' gleich ausgebildet. Im Betrieb des Abgasnachbehandlungsmitteldosierventils 1 wird die Rohrfeder 11', wie vorstehend beschrieben, zum Freigeben der Ventilöffnung 7 derart komprimiert, dass durch die elastische Verformung der Stege 23 der Öffnungsquerschnitt der Aussparungen 22 deutlich verringert wird. Dadurch ist gewährleistet, dass verglichen mit konventionellen Federelementen, insbesondere Schraubenfedern, zum einen weniger Abgasnachbehandlungsmittel in der Rohrfeder 11' verbleibt und zum anderen ein Austritt des die Rohrfeder 11' durchströmenden Abgasnachbehandlungsmittel aus den Aussparungen 22 heraus in den Bereich zwischen Stirnseiten 15,16 reduziert wird. Infolgedessen ermöglicht die vorteilhafte Ausbildung des Federelements 11 als Rohrfeder 1', dass die Gefahr einer durch verbliebenes kristallisiertes Abgasnachbehandlungsmittel hervorgerufenen Beeinträchtigung der Funktionsweise des Abgasnachbehandlungsmitteldosierventils 1 stark verringert wird.In order to prevent such functional impairments, the present, in 1 advantageous exhaust gas aftertreatment agent metering valve 1 shown, the spring element 11 is designed as a tube spring 11'. Compared to the spring elements used in known exhaust gas aftertreatment agent metering valves, in particular coil springs, the tubular spring 11' has the advantage that it has a smaller wetting cross section, so that in the present exhaust gas aftertreatment agent metering valve 1 less exhaust gas aftertreatment agent remains in the area of the tubular spring 11' and to that extent less exhaust gas aftertreatment agent in the area between the End faces 15,16 reach and consequently crystallization can impair the functioning of the exhaust aftertreatment agent metering valve 1. The tube spring 11 has a cylindrical hollow body 20 with a casing wall 21 in which a large number of evenly distributed recesses 22 are formed, which are separated from one another by elastically deformable webs 23 of the casing wall 21 . The Bourdon tube 11' is formed, for example, from a thin steel sheet, which ensures good deformability and shows little wear even over long periods of operation. According to the present exemplary embodiment, all recesses 22 are of the same design when the tube spring 11' is in a relaxed state. During operation of the exhaust gas after-treatment agent metering valve 1, the tubular spring 11', as described above, is compressed to release the valve opening 7 in such a way that the opening cross section of the recesses 22 is significantly reduced by the elastic deformation of the webs 23. This ensures that, compared to conventional spring elements, in particular coil springs, on the one hand less exhaust gas aftertreatment agent remains in the tube spring 11′ and on the other hand the exit of the exhaust gas aftertreatment agent flowing through the tube spring 11′ out of the recesses 22 into the area between end faces 15, 16 is reduced . As a result, the advantageous design of the spring element 11 as a tubular spring 1′ makes it possible for the risk of the functioning of the exhaust gas aftertreatment agent metering valve 1 to be impaired by remaining crystallized exhaust gas aftertreatment agent to be greatly reduced.

2 zeigt nunmehr eine vorteilhafte Weiterbildung des in 1 gezeigten Abgasnachbehandlungsmitteldosierventils 1. Gleiche Elemente sind insofern mit demselben Bezugszeichen versehen, wobei grundsätzlich auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen wird. Im Nachfolgenden sollen daher lediglich die Unterschiede näher erörtert werden. 2 now shows an advantageous further development of the 1 shown exhaust gas aftertreatment agent metering valve 1. Identical elements are provided with the same reference numerals, with reference being made to the previous description. In the following, therefore, only the differences will be discussed in more detail.

Das in 2 gezeigte Abgasnachbehandlungsmitteldosierventil 1 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten dadurch, dass die Rohrfeder 11' einen sich über den gesamten Umfang der Mantelwand 21 erstreckenden Mantelwandabschnitt 24 aufweist, der sich bei geschlossener Ventilöffnung 7, also bei unbetätigtem Aktuator 12, zumindest von einer der Stirnseiten 15, 16 bis zu der dazu beabstandeten anderen Stirnseite 16, 15 axial erstreckt. Insofern erstreckt sich der aussparungsfreie Mantelwandabschnitt 24 axial über den zwischen den Stirnseiten 15, 16 ausgebildeten Spalt zwischen Magnetkern 13 und Magnetanker 14 und verhindert dadurch, dass das Abgasnachbehandlungsmittel in den Spalt gelangen und dort auskristallisieren kann.This in 2 exhaust gas aftertreatment agent metering valve 1 shown differs from that in 1 shown in that the tube spring 11' has a jacket wall section 24 that extends over the entire circumference of the jacket wall 21 and that, when the valve opening 7 is closed, i.e. when the actuator 12 is not actuated, extends at least from one of the end faces 15, 16 to the other end face spaced apart therefrom 16, 15 extends axially. In this respect, the recess-free jacket wall section 24 extends axially over the gap formed between the end faces 15, 16 between the magnet core 13 and magnet armature 14 and thereby prevents the exhaust gas aftertreatment agent from entering the gap and being able to crystallize out there.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102013205309 A1 [0005]

Claims

Exhaust gas after-treatment agent metering valve (1) for admixing a liquid exhaust gas after-treatment agent, in particular an aqueous urea solution, into an exhaust tract of an internal combustion engine, in particular diesel engine, Otto engine or hydrogen engine, with a valve tip (4) which can be assigned to the exhaust tract and which has a valve opening (7), with one, in particular sleeve-shaped housing (2) in which a valve element (8) for opening and closing the valve opening (7) is arranged so that it can be displaced, with the valve element (8) being assigned a spring element (11) which moves the valve element (8) for closing the valve opening (7) preloads against the valve opening (7), and with an actuator (12) which is designed to displace the valve element (8) against the preload of the spring element (11) in order to release the valve opening (7), characterized in that that the spring element (11) is designed as a tube spring (11').

Exhaust aftertreatment agent metering valve claim 1 , characterized in that the tubular spring (11') has a cylindrical hollow body (20) with a casing wall (21) in which a large number of evenly distributed recesses (22) are formed, which are formed by elastically deformable webs (23) of the casing wall ( 21) are separated from each other.

Exhaust aftertreatment agent metering valve claim 2 , characterized in that all the recesses (22) are of the same design when the tubular spring (11') is in a relaxed state.

Exhaust gas aftertreatment agent metering valve according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (12) is designed as a magnetic actuator (12) which has a magnet core (13) fixed in the housing (2) and a magnet core (13) which is guided in the housing (2) so as to be axially displaceable and magnet armature (14) firmly connected to the valve element (8).

Exhaust aftertreatment agent metering valve claim 4 , characterized in that the tube spring (11') is arranged prestressed between the magnet core (13) and the magnet armature (14), the magnet core (13) having an end face (15) facing the magnet armature (14) and the magnet armature (14) has an end face (16) facing the magnet core (13) and at least one of these end faces (15, 16) facing one another has a receptacle (17) for the tubular spring (11'), in which an end section of the tubular spring (11') rests.

Exhaust aftertreatment agent metering valve claim 5 , characterized in that the mutually facing end faces (15, 16) are axially spaced from one another, at least when the valve opening (7) is closed, and that the tubular spring (11') has a recess-free, extending over the entire circumference of the casing wall (21) of the tubular spring (11 ') has an extending casing wall section (24) which, when the valve opening (7) is closed, extends axially from at least one of the end faces (15, 16) to the other end face (16, 15) spaced therefrom.

Exhaust gas aftertreatment system for an exhaust tract of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, with an exhaust gas aftertreatment agent metering valve (1) for admixing a liquid exhaust gas aftertreatment agent, in particular an aqueous urea solution, into the exhaust tract, characterized by the design of the exhaust gas aftertreatment agent metering valve (1) according to one of the Claims 1 until 6 .

Motor vehicle with an internal combustion engine, in particular a diesel engine, and with an exhaust aftertreatment system for the internal combustion engine, characterized by the design of the exhaust aftertreatment system according to claim 7 .