DE10332114A1

DE10332114A1 - Gekühlte Vorrichtung zur Dosierung von Reduktionsmittel zum Abgas eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE10332114A1
Application number: DE10332114A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Bonse
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2005-01-27
Also published as: WO2005005799A1

Abstract

Vorgestellt wird eine Vorrichtung zur Dosierung von Reduktionsmittel zum Abgas eines Verbrennungsmotors (12), mit einem Injektor (22), dem Reduktionsmittel aus einem Vorratstank (35) über einen Zulauf (32) zugeführt wird, wobei der Injektor (22) einen Dichtsitz (24) und einen beweglichen Kolben (26) aufweist, der beim Abheben vom Dichtsitz (24) einen Durchfluss von Reduktionsmittel zum Abgas freigibt. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kolben (26) durch einen Druck des Reduktionsmittels von seinem Dichtsitz (24) abgehoben wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dosierung von Reduktionsmittel zum Abgas eines Verbrennungsmotors, mit einem Injektor, dem Reduktionsmittel aus einem Vorratstank über einen Zulauf zugeführt wird, wobei der Injektor einen Dichtsitz und einen beweglichen Kolben aufweist, der beim Abheben vom Dichtsitz einen Durchfluss von Reduktionsmittel zum Abgas freigibt.

Eine solche Vorrichtung ist per se bekannt.

Für verschiedene Abgasnachbehandlungssysteme ist die Dosierung eines Reduktionsmittels in das Abgas des Verbrennungsmotors erforderlich. Beispiele solcher Abgasnachbehandlungssysteme sind Rußpartikelfilter und DeNOX-Katalysatoren.

Die Zudosierung des Reduktionsmittels erfolgt üblicherweise über ein Dosiermodul, das elektrisch angesteuert wird. Um auf die bekannte Technologie handelsüblicher Kraftstoffeinspritzventile zurückgreifen zu können, dürfen bei eingebautem Einspritzventil keine unzulässig hohen Temperaturen auftreten. Bei Überschreitungen bestimmter Temperaturschwellenwerte könnte die Funktionstüchtigkeit des Ventils durch Beeinträchtigung seiner Dichtungen und/oder der Isolierung und Kontaktierung seiner Spulen Schaden nehmen. Außerdem könnte es zu Verstopfungen des Dosiermoduls durch Feststoffablagerungen kommen, die die Funktion des Dosiermoduls bis hin zur Funktionsunfähigkeit beeinträchtigen. Die Feststoffe lagern sich ab, weil über den Kontakt des Einspritzventils mit dem Abgas vergleichsweise große Wärmeeinträge in das Einspritzventil auftreten, die flüssige Bestandteile des Reduktionsmittels verdampfen lassen.

Um Ablagerungen von Feststoffen zu verhindern, ist es per se bekannt, das Dosiermodul durch einen Reduktionsmittel-Teilstrom zu kühlen, der wieder in den Vorratstank geleitet wird. Ein weiterer Teilstrom wird direkt eingespritzt. Durch die Rückführung eines Reduktionsmittelteilstroms wird auch bei nicht geöffnetem Einspritzventil Reduktionsmittel durch das Einspritzventil geleitet, um eine Kühlwirkung hervorzurufen.

Bei der bekannten Vorrichtung wird ein Einspritzventil verwendet, bei dem eine Düsennadel elektromagnetisch betätigt von einem Dichtsitz abhebt und einen Durchflussquerschnitt freigibt. Über den Durchflussquerschnitt wird Reduktionsmittel zum Abgas dosiert. Bei der bekannten Vorrichtung soll der Zulauf von Reduktionsmittel entfernt von der Einspritzöffnung erfolgen, so dass es innerhalb des Einspritzventils in Richtung Einspritzöffnung geleitet werden muss. Dadurch soll eine große Fläche für den Wärmeübergang bereitgestellt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass trotz großer Wärmeübergangsflächen ein Auftreten von Ablagerungen während der in der Regel jahrelangen Betriebszeiten nicht zuverlässig ausgeschlossen werden kann.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe einer kostengünstigen Vorrichtung, die langzeitstabil mit weiter verringerter Bildung von Ablagerungen betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Kolben durch einen Druck des Reduktionsmittels von seinem Dichtsitz abgehoben wird.

Vorteile der Erfindung

Solche druckgesteuerten Einspritzventile besitzen im allgemeinen ein vergleichsweise großes internes Volumen, das mit der einzuspritzenden Flüssigkeit gefüllt ist. Ein Druckanstieg in diesem Volumen wirkt über eine in der Regel konisch ausgebildete Druckschulter auf den Kolben ein, der in der Regel durch Federkraft auf einen Dichtsitz gepresst wird. Beim Überschreiten eines durch die Federkraft und die Geometrie der Anordnung vorbestimmten Öffnungsdruckes wird der Kolben von einem Dichtsitz abgehoben und gibt einen Einspritzquerschnitt frei. Es ist gerade die nahe zum Einspritzquerschnitt und damit zum Abgasrohr benachbarte Anordnung des internen Kraftstoffvolumens in Verbindung mit seinem vergleichsweise großen Inhalt, dass zu einer verbesserten Kühlung des abgasseitigen Endes der Vorrichtung führt. Es ist die verbesserte Kühlung dieses Bereiches der Vorrichtung, die zu einer langzeitstabil weiter verringerten Bildung von Ablagerungen führt. Dadurch, dass erfindungsgemäß druckgesteuerte Einspritzventile verwendet werden, ergibt sich, dass diese Vorteile mit geringen Stückkosten und mit verringertem Entwicklungsaufwand bereitgestellt werden.

Es ist bevorzugt, dass der Injektor eine Drosselzapfendüse ist.

Drosselzapfendüsen eignen sich besonders gut für diesen Einsatzzweck, weil ihr internes Flüssigkeit aufnehmendes Volumen (die Druckkammer) relativ groß ist und sich nahe an der Stirnfläche des Einspritzventils befindet. Als Folge wird die thermisch besonders belastete Stirnseite des Einspritzventils von dem durch die Druckkammer strömenden Reduktionsmittel besonders gut gekühlt.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Injektor eine Drosselzapfendüse ist, wie sie in Wirbelkammer-Dieselmotoren verwendet wird.

Drosselzapfendüsen zeichnen sich dadurch aus, dass die Durchflussmenge direkt vom Kolbenhub abhängig ist. Drosselzapfendüsen stellen die Standardeinspritzdüsen für Wirbelkammerdieselmotoren dar. Aufgrund der für diesen Einsatzzweck mit ausgereiften Methoden gefertigten Stückzahlen sind diese über Jahre bewährten Einspritzdüsen kostengünstig auf dem Markt erhältlich. Bei der Verwendung solcher Düsen kann sich die Anpassung an den neuen Verwendungszweck auf eine Anpassung der Schließkraft des elastischen Elements an die geänderten Druckverhältnisse (1 bis 2 Größenordnungen geringerer Öffnungsdruck) beschränken. Es kommen jedoch auch Lochdüsen in Frage, wie sie in der Regel bei Dieselmotoren mit Direkteinspritzung verwendet werden. Beide Düsen werden beispielsweise im Kraftfahrtechnischen Taschenbuch, 22. Auflage, Seiten 524 bis 529, vorgestellt.

Bevorzugt ist auch, dass der Druck des Reduktionsmittels in der Drosselzapfendüse durch einen Öffnungsquerschnitt eines Durchflusssteuerventils bestimmt wird, das im Zulauf angeordnet ist.

Diese Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass sich die Steuerung der Vorrichtung räumlich von dem Einspritzventil trennen lässt, so dass die thermischen und mechanischen Belastungen des Durchflussteuerventils verringert werden können.

Weiter ist bevorzugt, dass der Injektor zusätzlich einen Rücklauf aufweist, über den Reduktionsmittel zum Vorratstank zurück geführt wird.

Diese Ausgestaltung besitzt den besonderen Vorteil, dass das interne Volumen, also die Druckkammer, auch bei geschlossenem Einspritzventil von Reduktionsmittel durchströmt und damit besonders zuverlässig und gleichmäßig gekühlt wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich diese Ausgestaltung konstruktiv und fertigungstechnisch einfach bei einer Drosselzapfendüse realisieren lässt.

Ferner ist bevorzugt, dass der Kolben eine Druckschulter aufweist und eine Druckkammer beweglich abdichtet, die mit dem Zulauf und mit dem Rücklauf hydraulisch verbunden ist.

Diese Merkmale, die sich auch bei anderen druckgesteuerten Einspritzventilen wie Lochdüsen realisieren lassen, lassen sich einfach fertigen und ermöglichen eine effektive Kühlung des abgasseitigen Endes des Einspritzventils. Zusätzlich kann vom beweglichen Kolben (der Düsennadel) aufgenommene Wärme über die in der Regel wegen der Drucksteuerung breite Druckschulter an die Flüssigkeit abgegeben werden, die durch die Druckkammer zum Rücklauf oder zum geöffnetem Einspritzquerschnitt strömt.

Bevorzugt ist auch, dass der Druck in der Druckkammer durch einen Zulaufdruck, eine im Rücklauf angeordnete Drossel und einen Öffnungsquerschnitt eines Durchflusssteuerventils bestimmt wird, über das ein Fluss von Reduktionsmittel im Kreislauf aus Zulauf, Injektor und Rücklauf zum Vorratstank gesteuert wird.

Durch diese Merkmale lässt sich eine konstruktiv einfache und ausreichend präzise Steuerung der Dosierung von Reduktionsmittel zum Abgas erzielen. Durch die Dimensionierung der Drossel lässt sich der Strom von Flüssigkeit durch das interne Volumen so auf den von einer Pumpe bereitgestellten Zulaufdruck abstimmen, dass das druckgesteuerte Einspritzventil bei offenem Durchflusssteuerventil schließt und bei ansteigendem Druck, wie er aus einem Schließen des Öffnungsquerschnitts resultiert, öffnet. Dabei wird in der Regel eine Niederdruckpumpe verwendet, die einen Druck in der Größenordnung von 1 bis 10 bar liefert.

Ferner ist bevorzugt, dass eine Drossel alternativ oder ergänzend im Zulauf angeordnet ist.

Eine solche ergänzende Drossel erlaubt eine noch bessere Abstimmung des für eine ausreichende Kühlung und für das Erzeugen ausreichender Druckunterschiede erforderlichen Kraftstoffstroms zum Einspritzventil. In Alleinstellung übernimmt eine solche Drossel die Einstellung des Kraftstoffstroms komplett und ermöglicht so einer Ausgestaltung ohne Rücklauf.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich durch ein im Rücklauf angeordnetes Durchflusssteuerventil aus.

Bevorzugt ist auch, dass das Durchflusssteuerventil in Strömungsrichtung hinter der Druckkammer und vor der Drossel angeordnet ist. Bevorzugt ist ferner, dass das Durchflusssteuerventil, soweit vorhanden, elektromagnetisch betätigbar ist. Dabei ist besonders bevorzugt, dass es sich um ein stromlos offenes Durchflusssteuerventil handelt.

Die elektromagnetische Betätigung ist zuverlässig und kostengünstig. Durch die genannte Anordnung wird sichergestellt, dass das Einspritzventil auch bei defektem Durchflusssteuerventil gekühlt wird. Die Anordnung hat zur Folge, dass der Druck in der Druckkammer bei geschlossenem Durchflusssteuerventil steigt und bei geöffnetem Einspritzventil sinkt. Bei Verwendung eines stromlos offenen Durchflusssteuerventils ist dann im Defektfall bei nicht mehr schließendem Durchflusssteuerventil gewährleistet, dass ein Kühlstrom nicht unterbrochen wird. Bei dem unwahrscheinlicheren Fall eines defekt geschlossenes Durchflusssteuerventils erfolgt eine Kühlung des Einspritzventils durch eine dauerhafte Einspritzung.

Ferner ist bevorzugt, dass ein in das Abgas ragender Teil des Injektors wenigstens teilweise durch eine gegen den Abgasstrom thermisch isolierende Abschirmung abgedeckt wird.

Durch diese Merkmale kann bereits der Wärmeeintrag in das Einspritzventil verringert werden, so dass sich der Kühlleistungsbedarf entsprechend verringert.

Bevorzugt ist ferner, dass der Injektor so angeordnet ist, dass eine Einspritzrichtung des Reduktionsmittel weitgehend mit der Strömungsrichtung der Abgase übereinstimmt.

Durch diese Ausgestaltung wird eine gute Vermischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas und damit ein guter Weitertransport des Reduktionsmittels innerhalb des Abgasnachbehandlungssystems erzielt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Figuren.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der 1 bezeichnet die Ziffer 10 die Gesamtheit eines Verbrennungsmotors 12 mit einem Abgasnachbehandlungssystem 14. Das in der 1 dargestellte Abgasnachbehandlungssystem 14 weist einen Partikelfilter 16 mit vorgeschaltetem Oxidationskatalysator und einen SCR-Katalysator 18 auf, der in Strömungsrichtung der Abgase hinter dem Partikelfilter 16 mit vorgeschaltetem Oxidationskatalysator angeordnet ist. Bei diesem Abgasnachbehandlungssystem 14 handelt es sich um ein CRT-System (CRT = Continuously Regenerating Trap). Ein solches CRT-System ist ein typischer Vertreter von Abgasnachbehandlungssystemen, bei denen ein Reduktionsmittel zum Abgas dosiert wird. Es versteht sich aber, dass die Erfindung nicht auf eine Anwendung bei CRT-Systemen beschränkt ist, sondern bei allen Abgasnachbehandlungssystemen verwendet werden kann, bei denen ein Reduktionsmittel zum Abgas dosiert wird.
Im Ausführungsbeispiel der 1 erfolgt die Dosierung von Reduktionsmitteln in einen Abgasrohrabschnitt 20, der zwischen dem Partikelfilter 16 mit vorgeschaltetem Oxidationskatalysator und dem SCR-Katalysator 18 (SCR = Selective Catalytic Reduction) angeordnet ist.
Im Folgenden wird zunächst kurz die Funktion eines solchen CRT-Systems erläutert, um die Notwendigkeit der Dosierung von Reduktionsmitteln zum Abgas zu verdeutlichen. Der Partikelfilter 16 weist eine poröse Struktur auf, in der sich Rußpartikel aus dem Abgas ablagern. Um einen unzulässig hohen Abgasgegendruck durch Partikelrückstände zu vermeiden, muss der Partikelfilter 16 regeneriert werden. Die Regeneration erfolgt im Rahmen des CRT-Systems aus Partikelfilter 16 mit vorgeschaltetem Oxidationskatalysator dadurch, dass der Oxidationskatalysator zunächst Stickstoffmonoxid aus dem Abgas des Verbrennungsmotors 12 mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid umwandelt und dass der in Form von Rußpartikeln im nachfolgenden Partikelfilter 16 vorliegende Kohlenstoff dort mit dem Stickstoffdioxid zu CO₂ und Stickstoffmonoxid umgewandelt wird, die beide mit dem übrigen Abgas aus dem Partikelfilter ausgetragen werden. Durch diese Reaktionen wird der Partikelfilter 16 im normalen Betrieb des Verbrennungsmotors 12 kontinuierlich regeneriert.
Das bei der Regeneration des Partikelfilters 16 entstandene Stickstoffmonoxid wird im nachfolgenden SCR-Katalysator 18 zusammen mit Stickoxid-Rohemissionen des Verbrennungsmotors 12 durch die namensgebende Selektive Katalytische Reduktion zu molekularem Stickstoff reduziert. Dazu wird dem Abgas eine unmittelbar reduzierend wirkende Substanz wie Ammoniak oder ein Vorprodukt zugeführt, das erst im Abgas reduzierende Substanzen freisetzt. Als Vorprodukt kann beispielsweise eine Harnstoff-Wasser-Lösung verwendet werden. Alternativ können auch Kohlenwasserstoffe und damit Kraftstoff als Reduktionsmittel verwendet werden. Es ist auch bekannt, SCR-Katalysatoren ohne vorgeschaltete CRT-Systeme zu betreiben, um motorisch erzeugte Stickoxide zu konvertieren.
Die Dosierung von Reduktionsmittel zum Abgas erfolgt im Ausführungsbeispiel der 1 durch einen Injektor 22, der in dem Abgasrohrabschnitt 20 zwischen dem Partikelfilter 16 und dem SCR-Katalysator 18 angeordnet ist. Der Injektor 22 weist einen Dichtsitz 24 auf, auf den ein Kolben 26 von einem elastischen Element 28, beispielsweise einer Stahlfeder, gedrückt wird. Weiter weist der Injektor 22 in seinem Inneren eine Druckkammer 30 auf, die über einen Zulauf 32 mit Reduktionsmittel versorgt wird. Das Reduktionsmittel wird von einer Pumpe 34 aus einem Vorratstank 35 über eine Drossel 36 und ein Durchflusssteuerventil 38 zum Zulauf 32 gefördert. Bei der Pumpe 34 handelt es sich beispielsweise um eine elektrisch angetriebene oder vom Verbrennungsmotor 12 mechanisch angetriebene Niederdruckpumpe, die das Reduktionsmittel mit einem Druck von einigen bar fördert.
Das Durchflusssteuerventil 38 wird von einem Steuergerät 40 gesteuert, bei dem es sich vorzugsweise um das Steuergerät des Verbrennungsmotors 12 handelt, das auch die übrigen Funktionen des Verbrennungsmotors 12 steuert. Der Reduktionsmittelbedarf des Abgasnachbehandlungssystems 14 hängt von den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 12 ab. Das Steuergerät 40 steuert den Durchfluss durch das Durchflusssteuerventil 38 entsprechend dem Reduktionsmittelbedarf des Abgasnachbehandlungssystems 14, der im Steuergerät 40 zum Beispiel aus den dort vorliegenden Betriebskenngrößen durch eine Modellbildung ermittelt werden kann. Bei geöffnetem Durchflusssteuerventil 38 stellt sich im Zulauf 32 und damit auch in der Druckkammer 30 ein Reduktionsmitteldruck 30 ein, wie er durch den von der Pumpe 34 bereitgestellten Reduktionsmitteldruck und die Dimensionen der Drossel 36 konstruktiv vorbestimmt ist.
Beim Ausführungsbeispiel nach der 1 erfolgt jedenfalls beim Öffnen des Durchflusssteuerventils 38 ein Druckanstieg hinter dem Durchflusssteuerventil 38, der sich in den Zulauf 32 und damit in die Druckkammer 30 fortpflanzt und an der Druckschulter 42 des Kolbens 26 eine gegen die Schließkraft des elastischen Elements 28 gerichtete Kraft erzeugt. Sobald die Druckkraft an der Druckschulter 42 größer wird als die Schließkraft des elastischen Elementes 28 hebt der Kolben 26 druckgesteuert von seinem Dichtsitz 24 ab und gibt einen Einspritzquerschnitt frei, über den Reduktionsmittel über ein Spritzloch 44 in das Abgas innerhalb des Abgasrohrabschnitts 20 dosiert wird.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem Injektor 22 um eine Drosselzapfendüse, wie sie bei Wirbelkammer-Dieselmotoren zur Einspritzung von Kraftstoff in Brennräume des Verbrennungsmotors verwendet wird. Bei der Verwendung solcher Drosselzapfendüsen für die Dosierung von Reduktionsmittel zum Abgas muss lediglich die Schließkraft des elastischen Elementes 28 an die verringerten Drücke angepasst werden. Ein Kennzeichen einer Drosselzapfendüse ist die Steuerung des Ausflussquerschnitts, also der Durchflussmenge, in einer direkten Abhängigkeit vom Hub des Kolbens 26. Drosselzapfendüsen zeigen im Bereich kleiner Kolbenhübe einen sehr flachen Querschnittsverlauf. In diesem Hubbereich verbleibt der Spritzzapfen oder Drosselzapfen 46, also eine zapfenförmige Verlängerung des Kolbens 26, noch im Spritzloch 44. Als Strömungsquerschnitt steht nur die kleine ringförmige Fläche zwischen dem etwas größeren Spritzloch 44 und dem Drosselzapfen 46 zur Verfügung. Bei großen Kolbenhubwerten gibt der Drosselzapfen 46 das Spritzloch 44 vollends frei und der Strömungsquerschnitt nimmt stark zu.
Druckgesteuerte Injektoren 22 im Allgemeinen und Drosselzapfendüsen im Besonderen zeichnen sich dadurch aus, dass die Druckkammer 30 sehr nah am abgasseitigen Ende 48 (Stirnseite) des Injektors 22 angeordnet ist. Dadurch kann die Wärme, die vom Abgas über die Stirnseite 48 in den Injektor 22 eingetragen wird, besonders gut vom Reduktionsmittel in der Druckkammer 30 aufgenommen werden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass Wärme, die über den Drosselzapfen 46 und den Dichtsitz 24 in den Kolben 26 eingetragen wird, ebenfalls sehr nah am abgasseitigen Ende des Injektors 22 über die breite Druckschulter 42 an das Reduktionsmittel in der Druckkammer 30 abgegeben werden kann.
Das erhitzte Reduktionsmittel in der Druckkammer 30 wird beim Öffnen des Injektors 22, das durch ein Abheben des Kolbens 26 vom Dichtsitz 24 erfolgt, in das Abgas eingespritzt und durch nachfließendes, kühleres Reduktionsmittel aus dem Vorratstank 35 ersetzt. In Verbindung mit den besonderen geometrischen Eigenschaften des druckgesteuerten Injektors 22 ergibt sich damit bereits eine sehr gute Kühlwirkung. Allerdings hängt die Kühlwirkung noch stark von dem Durchfluss durch den Injektor 22, also von der Menge des über den Injektor 22 dosierten Reduktionsmittels, ab. Je größer diese Menge ist, desto besser ist auch die Kühlwirkung. Die Ausgestaltung nach der 1 weist noch den Nachteil auf, dass sich bei geschlossenem Injektor 22 nach einer gewissen Zeit ein Temperaturausgleich zwischen dem Reduktionsmittel in der Druckkammer 30 und dem Injektor 22 einstellt. In diesem Fall bewirkt das Reduktionsmittel bis zur nächsten Einspritzung keine weitere Kühlung. Dies kann aber in manchen Anwendungsfällen tolerierbar sein, weil sich die Betriebspunkte des Verbrennungsmotors 12 mit niedrigem Reduktionsmittelbedarf des Abgasnachbehandlungssystems 14 in der Regel durch niedrige Abgastemperaturen und damit durch einen verringerten Kühlleistungsbedarf auszeichnen. Außerdem kann der Kühlleistungsbedarf durch eine thermisch isolierende Verkleidung 50 des abgasseitigen Endes 40 des Injektors 22 weiter verringert werden. Die thermische Isolierung 50 kann beispielsweise die Form eines Bechers haben, der in seinem Boden eine Öffnung 52 aufweist, durch die das Reduktionsmittel in das Abgas gelangen kann. Als Material für die thermische Isolierung 50 kommen insbesondere hochtemperaturfeste Kunststoffe oder Keramikwerkstoffe in Frage, die sich durch eine im Vergleich zu Metall des Injektors 22 verringerte Wärmeleitfähigkeit auszeichnen.
2 zeigt eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung, die sich durch eine weiter verbesserte Kühlwirkung auszeichnet. Der Gegenstand der 2 unterscheidet sich vom Gegenstand der 1 insbesondere durch einen zusätzlichen Rücklauf 54, über den die Reduktionsmittelzuführung aus dem Vorratstank 35 zur Druckkammer 30 zu einem geschlossenen Kreislauf erweitert wird. Der besondere Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass bei geöffnetem Durchflusssteuerventil 38 auch bei geschlossenem Injektor 22 ein Durchfluss von Reduktionsmittel durch die Druckkammer 30 gegeben ist. Auf diese Weise kann das Reduktionsmittel auch bei geschlossenem Injektor 22 Wärme vom Injektor 22, insbesondere von seinem abgasseitigen Ende 48, abführen. Der zusätzliche Rücklauf 54 kann bei herkömmlichen Drosselzapfendüsen auf einfache Weise durch eine oder mehrere zusätzliche Bohrungen hergestellt werden.
Bevorzugt ist bei dieser Ausgestaltung das Durchflusssteuerventil 38 auf der Rücklaufseite des Injektors 22 angeordnet und als stromlos offenes, elektromagnetisch betätigbares Ventil ausgestaltet. Im offenen Zustand stellt sich dann ein Durchfluss im Kreislauf aus Vorratstank 35, Pumpe 34, Zulauf 32, Druckkammer 30, Rücklauf 54 und Durchflusssteuerventil 38 ein, wie er durch die Strömungswiderstände des Kreislaufs und den von der Pumpe 34 erzeugten Druck vorgegeben wird. Die Strömungswiderstände werden bevorzugt mit einer rücklaufseitig angeordneten Drossel 56 und gegebenenfalls mit einer zusätzlichen zulaufseitigen Drossel 36 eingestellt. Bei offenem Ventil 38 stellt sich damit in der Druckkammer 30 ein Reduktionsmitteldruck ein, der jedenfalls kleiner ist als der von der Pumpe 34 bereitgestellte Maximaldruck. Beim Schließen des Durchflusssteuerventils 38 durch das Motorsteuergerät 40 steigt der Druck in der Druckkammer 30 an und hebt schließlich über seine Kraftwirkung auf die Druckschulter 42 den Kolben 26 vom Dichtsitz 24 ab, und gibt damit eine Einspritzöffnung zum Abgas frei.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist auch das Ausführungsbeispiel nach der 2 mit einer thermischen Isolierung des abgasseitigen Endes 48 des Injektors 22 ausgestattet. Dabei kann es vorteilhaft sein, die Stirnfläche 48 des Injektors 22 in der gezeigten Weise abzuschrägen. Dabei kann die Abschrägung, die sich auch in Form der Schrägen 58 der thermischen Isolierungen 50 abbildet, an die Kontur der Druckkammer 30 angepasst werden. Auf diese Weise wird die dem Abgas ausgesetzte, Wärme aufnehmende Fläche des Injektors 22 verkleinert. Durch die Anpassung an die Kontur der Druckkammer 30 erfolgt die Verkleinerung ohne eine unzulässige Verringerung der verbleibenden Wandstärke zwischen der Druckkammer 30 und dem Abgas. Eine solche Abschrägung ist insbesondere deshalb möglich, weil die druckgesteuerten Injektoren 22 als Einspritzdüsen für Dieselmotoren im Allgemeinen für wesentlich höhere Einspritzdrücke und damit für wesentlich höhere mechanische Belastungen ausgelegt sind.
Der Injektor kann bei sämtlichen Ausgestaltungen so angeordnet sein, dass eine Einspritzrichtung des Reduktionsmittel weitgehend mit der Strömungsrichtung der Abgase übereinstimmt. Dies kann durch eine von der rechtwinkligen Anordnung nach den 1 und 2 abweichende schräge Anordnung des Injektors und/oder durch eine Anordnung des Injektors an einer Biegung (einem Knie oder Knick) des Abgasrohrs bewirkt werden. In der Darstellung der 1 und 2 könnte das Abgasrohr 20 beispielsweise unterhalb des Injektors 22 nach unten abknicken.

Claims

Vorrichtung zur Dosierung von Reduktionsmittel zum Abgas eines Verbrennungsmotors (12), mit einem Injektor (22), dem Reduktionsmittel aus einem Vorratstank (35) über einen Zulauf (32) zugeführt wird, wobei der Injektor (22) einen Dichtsitz (24) und einen beweglichen Kolben (26) aufweist, der beim Abheben vom Dichtsitz (24) einen Durchfluss von Reduktionsmittel zum Abgas freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (26) durch einen Druck des Reduktionsmittels von seinem Dichtsitz (24) abgehoben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (22) eine Drosselzapfendüse ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (22) eine Drosselzapfendüse ist, wie sie in Wirbelkammer-Dieselmotoren verwendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Reduktionsmittels in der Drosselzapfendüse durch einen Öffnungsquerschnitt eines Durchflusssteuerventils (38) bestimmt wird, das im Zulauf angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (22) zusätzlich einen Rücklauf (54) aufweist, über den Reduktionsmittel zum Vorratstank (35) zurück geführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (26) eine Druckschulter (42) aufweist und eine Druckkammer (30) beweglich abdichtet, die mit dem Zulauf (32) und mit dem Rücklauf (54) hydraulisch verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Druckkammer (30) durch einen Zulaufdruck, eine im Rücklauf angeordnete Drossel (56) und einen Öffnungsquerschnitt eines Durchflusssteuerventils (38) bestimmt wird, über das ein Fluss von Reduktionsmittel im Kreislauf aus Zulauf (32), Injektor (22) und Rücklauf (54) zum Vorratstank (35) gesteuert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drossel (36) alternativ oder ergänzend im Zulauf (32) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflusssteuerventil (38) im Rücklauf (54) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflusssteuerventil (38) in Strömungsrichtung hinter der Druckkammer (30) und vor der Drossel (56) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflusssteuerventil (38), soweit vorhanden, elektromagnetisch betätigbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflusssteuerventil (38) stromlos offen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in das Abgas ragender Teil des Injektors wenigstens teilweise durch eine gegen den Abgasstrom thermisch isolierende Abschirmung (50) abgedeckt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor so angeordnet ist, dass eine Einspritzrichtung des Reduktionsmittel weitgehend mit der Strömungsrichtung der Abgase übereinstimmt.