DE112006002122B4

DE112006002122B4 - Dieselabgas-Kohlenwasserstoff-Dosierventil für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE112006002122B4
Application number: DE112006002122.2T
Authority: DE
Inventors: Stephen Bugos; Michael J. Hornby
Original assignee: Continental Automotive Systems Inc
Current assignee: Vitesco Technologies USA LLC
Priority date: 2005-08-15
Filing date: 2006-08-15
Publication date: 2016-09-22
Anticipated expiration: 2026-08-16
Also published as: WO2007022206A1; US8347605B2; JP2009504985A; DE112006002122T5; US20070033927A1; US20080022668A1

Abstract

Dosierventil-Baugruppe (200) für das Abgeben eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrom in einem Abgaskrümmer (102) eines Verbrennungsmotors, die Folgendes umfasst:
ein Steuerventil (108), das an eine Reduktionsmittelquelle (110) gekoppelt ist,
wobei es sich bei dem Steuerventil (108) um eine elektronisch gesteuerte Einspritzdüse (206, 306) handelt, ein Reduktionsmittel-Abgabeventil (106), das so konstruiert und angeordnet ist, dass es an den Abgaskrümmer (102) gekoppelt werden kann, damit eine vorgegebene Menge an Reduktionsmittel in den Abgasstrom abgegeben werden kann, wobei das Reduktionsmittel-Abgabeventil (106) einen Einlass (406) aufweist, der mit einer verlängerten Leitung (214) verbunden ist, die sich zwischen dem Steuerventil (108) und dem Reduktionsmittel-Abgabeventil (106) befindet und Reduktionsmittel von dem Steuerventil (108) zum Reduktionsmittel-Abgabeventil (106) leitet,
wobei das Reduktionsmittel-Abgabeventil (106) an den Abgaskrümmer (102) gekoppelt und das Steuerventil (108) von dem Reduktionsmittel-Abgabeventil (106) weg verlagert ist.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der laufenden Nr. 60/708,195 und dem Titel „AUTOMOTIVE DIESEL EXHAUST HC DOSING VALVE”, die am 15. August 2005 eingereicht.
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein System für das Reduzieren von Partikel- und Stickoxid-Emissionen (NO_x) aus Dieselmotoren und insbesondere ein neuartiges Kohlenwasserstoff-Dosierventilsystem (Kohlenwasserstoff – KW), durch das in einer Hochtemperaturumgebung keine Wasserkühlung mehr notwendig ist.
Kohlenwasserstoffe und NO_x-Emissionen sind eine direkte Folge des Verbrennungsprozesses in einem Verbrennungsmotor. Um solche schädlichen Emissionen zu reduzieren, werden Katalysatoren eingesetzt, die deren Toxizität reduzieren. Bei Benzinmotoren werden „Dreiweg-Katalysatoren” für das Reduzieren von Stickoxiden zu Stickstoff und Sauerstoff (2NO_x → xO₂ + N₂), das Oxidieren von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid (2CO + O₂ → 2CO₂) und das Oxidieren von Kohlenwasserstoffen zu Kohlendioxid und Wasser (C_xH_y + nO₂ → xCO₂ + mH₂O) verwendet. Der bei Motoren mit Selbstzündung beziehungsweise Dieselmotoren am häufigsten eingesetzte Katalysator ist der Diesel-Oxidationskatalysator. Dieser Katalysator nutzt überschüssiges O₂ in dem Abgasstrom für das Oxidieren von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und von Kohlenwasserstoffen zu Wasser und Kohlendioxid. Diese Katalysatoren eliminieren praktisch den mit Dieselmotoren assoziierten typischen Geruch und reduzieren sichtbare Partikel, bewirken jedoch aufgrund von überschüssigem Sauerstoff im Abgasstrom keine Reduzierung von NO_x.
Eine Möglichkeit, NO_x-Emissionen bei einem Dieselmotor zu reduzieren, besteht darin, einen SCR-Katalysator (SCR – Selective Catalytic Reduction) bei einem gleichzeitig vorliegenden Reduktionsmittel wie Ammoniak (NH₃) für das Modifizieren des Motorabgases zu verwenden. Bestehende Technologien nutzen SCR und NO_x-Abscheider oder NO_x-Adsorber. Das Ammoniak wird in der Regel entweder in reiner Form als Flüssigkeit oder Gas an Bord eines Fahrzeuges gelagert oder in gebundener Form, die hydrolytisch aufgespalten wird und das Ammoniak in das System abgibt.
Als Reduktionsmittel wird in der Regel eine wässrige Harnstofflösung verwendet. Der Harnstoff wird in einem Reduktionstank gelagert, der zum System gehört. Ein vor einem Katalysator am Abgaskrümmer angebrachtes Dosierventil sorgt für eine dosierte Abgabe einer gewählten Harnstoffmenge in den Abgasstrom. Wenn der Harnstoff in das heiße Abgas eingetragen wird, wird er in eine gasförmige Phase umgewandelt und das Ammoniak freigegeben, das die Reduzierung von NO_x begünstigt. Statt Ammoniak kann auch Dieselkraftstoff aus dem Kraftstoffvorrat des Fahrzeugs als Reduktionsmittel verwendet werden. In diesem Fall wird eine Dieselkraftstoffmenge über das Dosierventil direkt in das Abgas abgegeben.
Aus DE 39 18 887 A1 ist eine Brennstoffeinspritzdüse für einen Zylinder einer Verbrennungsmaschine bekannt, die einen Körper mit einem sich zu einem Ende von diesem erstreckenden Brennstoffdurchlass aufweist, wobei eine Öffnung in dem Körperende zur Verbindung des Brennstoffdurchlasses mit der Verbrennungskammer der Maschine vorgesehen ist, wobei die Verbindung einen ringförmigen Sitz aufweist, und ein Ventilelement vorgesehen ist, das mit einem ringförmigen Sitz mit dem ringförmigen Sitz der Öffnung zur Steuerung des Brennstoffflusses zusammenwirkt.
Die DE 102 52 343 A1 offenbart eine Dosierventil-Baugruppe für das Abgeben eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrom in einem Abgaskrümmer eines Verbrennungsmotors. Diese umfasst ein Steuerventil, das an eine Reduktionsmittelquelle gekoppelt ist, ein Reduktionsmittel-Abgabeventil, das so konstruiert und angeordnet ist, dass es an den Abgaskrümmer gekoppelt werden kann, damit eine vorgegebene Menge an Reduktionsmittel in den Abgasstrom abgegeben werden kann. Das Reduktionsmittel-Abgabeventil weist einen Einlass auf, der mit einer Leitung verbunden ist, die sich zwischen dem Steuerventil und dem Reduktionsmittel-Abgabeventil befindet und Reduktionsmittel von dem Steuerventil zum Reduktionsmittel-Abgabeventil leitet. Das Reduktionsmittel-Abgabeventil ist an den Abgaskrümmer gekoppelt. Das Steuerventil ist von dem Reduktionsmittel-Abgabeventil weg verlagert.
Aus EP 1 211 396 A2 ist ebenfalls eine Dosierventilbaugruppe für das Abgeben eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrom eines Abgaskrümmers eines Verbrennungsmotors bekannt. Dabei ist eine Reduktionsmittelquelle vorgesehen, die über ein Drucksteuerventil und eine Leitung mit einer Einspritzdüse verbunden ist. Die Einspritzdüse ist am Abgaskrümmer beziehungsweise am Katalysator vorgesehen.
In jedem Fall wird das Dosierventil direkt an dem Abgaskrümmer installiert und arbeitet somit in einer Hochtemperaturumgebung, die Temperaturen bis zu 600°C erreichen kann. Dementsprechend muss das Dosierventil gekühlt werden, um eine Zersetzung oder Kristallisierung des Harnstoffs vor der Abgabe in den Abgasstrom zu vermeiden und die Unversehrtheit der Ventilbaugruppe zu gewährleisten. Die mit dieser Hochtemperaturumgebung zusammenhängenden Probleme sind bereits angegangen worden, indem die Baugruppe mit Wasser gekühlt wurde. Dafür sind jedoch spezielle Rohrleitungen und Systeme erforderlich, die letztlich die Kosten erhöhen und die Funktionssicherheit verringern.
Kurzdarstellung der Erfindung
Angesichts der oben angeführten Probleme besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Dosierventil-Baugruppe für einen Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen, durch die keine Wasserkühlung des Dosierventils mehr notwendig ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Dosierventil-Baugruppe zur Verfügung zu stellen, die ein Steuerventil bereitstellt, das als elektronisch gesteuerte Einspritzdüse ausgebildet ist und das von einem an dem Abgaskrümmer installierten Abgabeventil getrennt ist, damit das Steuerventil aus der zu dem Abgaskrümmer gehörenden Hochtemperaturumgebung entfernt werden kann.
Gemäß Aspekten der Erfindung wird eine Dosierventil-Baugruppe für das Abgeben eines Reduktionsmittels, wie beispielsweise Dieselkraftstoff, in einen Abgasstrom in einem Abgaskrümmer eines Verbrennungsmotors offenbart. Die Dosierventil-Baugruppe umfasst Folgendes: ein Steuerventil, das an eine Reduktionsmittelquelle gekoppelt ist, ein Reduktionsmittel-Abgabeventil, das so konstruiert und angeordnet ist, dass es an den Abgaskrümmer gekoppelt werden kann, damit eine vorgegebene Menge an Reduktionsmittel in den Abgasstrom abgegeben werden kann, und eine verlängerte Leitung, die sich zwischen dem Steuerventil und dem Reduktionsmittel-Abgabeventil befindet und Reduktionsmittel von dem Steuerventil zum Reduktionsmittel-Abgabeventil leitet. Die offenbarte Anordnung ermöglicht, dass das Reduktionsmittel-Abgabeventil an den Abgaskrümmer gekoppelt und das Steuerventil von dem Reduktionsmittel-Abgabeventil und der zu dem Abgaskrümmer gehörenden Hochtemperaturumgebung weg verlagert werden kann.
In einem Fall umfasst eine erfindungsgemäße Dosierventil-Baugruppe für das Abgeben eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrom in einem Abgaskrümmer eines Verbrennungsmotors Folgendes: eine elektronisch gesteuerte Einspritzdüse, die als Steuerventil dient und an eine Reduktionsmittelquelle gekoppelt ist, ein Tellerventil, das so konstruiert und angeordnet ist, dass es an den Abgaskrümmer gekoppelt werden kann, damit eine vorgegebene Menge an Reduktionsmittel in den Abgasstrom abgegeben werden kann, wobei das Tellerventil einen Einlass aufweist, der mit einer verlängerten Leitung verbunden ist, die sich zwischen der elektronisch gesteuerten Einspritzdüse und dem Tellerventil befindet und Reduktionsmittel von der elektronisch gesteuerten Einspritzdüse zum Tellerventil leitet, wobei das Tellerventil an den Abgaskrümmer gekoppelt und von der elektronisch gesteuerten Einspritzdüse weg verlagert sein kann. Die elektronisch gesteuerte Einspritzdüse ist an ein elektronisches Steuergerät gekoppelt, das der Einspritzdüse als Reaktion auf verschiedene erfasste Parameter signalisiert, dass sie den Reduktionsmittelstrom zum Tellerventil zulassen oder verhindern soll.
Diese und andere Vorteile der Erfindung werden für Durchschnittsfachleute aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines der Veranschaulichung dienenden Reduktionsmittel-Dosiersystems,
2 ist eine schematische Darstellung einer Dosierventil-Baugruppe gemäß einem Aspekt der Erfindung,
3 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Steuerventils in der Dosierventil-Baugruppe gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, und
4 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Reduktionsmittel-Abgabeventils in Form eines Tellerventils gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Es werden nunmehr Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen gleiche Nummern durchgehend gleiche Elemente bezeichnen, ausführlich beschrieben. Bevor nun Ausführungsformen der Erfindung im Einzelnen erläutert werden, wird darauf verwiesen, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Einzelheiten der in der nachfolgenden Beschreibung erläuterten oder in den Figuren dargestellten Beispiele beschränkt ist. Die Erfindung kann andere Ausführungsformen aufweisen und für verschiedene Anwendungen und auf verschiedene Art und Weise praktiziert beziehungsweise ausgeführt werden. Es versteht sich außerdem auch, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie der Beschreibung dient und nicht als einschränkend betrachtet werden darf. Die Verwendung von „aufweisen”, „umfassen” oder „mit” sowie Variationen davon bedeutet, dass die nachfolgend aufgeführten Elemente und deren Äquivalente ebenso eingeschlossen sind wie zusätzliche Elemente.
In 1 ist eine schematische Systemdarstellung eines beispielhaften Reduktionsmittel-Dosiersystems 100 abgebildet. Abgas aus einem (nicht gezeigten) Dieselmotor wird durch einen Abgaskrümmer 102 geleitet, der einen P-Abscheider aufweist, welcher an einen Katalysator 104 gekoppelt ist. Bei dem Katalysator 104 handelt es sich um einen in der Technik allgemein bekannten SCR-Katalysator, der ein selektives katalytisches Reduktionsverfahren dafür benutzt, den NO_x-Gehalt des Abgasstroms zu reduzieren. Ein Reduktionsmittel (bei dem Ausführungsbeispiel Dieselkraftstoff) wird über ein Dosierventil 106, das physisch an dem Abgaskrümmer 102 befestigt ist, in den Krümmer geleitet. Das Dosierventil 106 ist mit einem Steuerventil 108 fluidverbunden, das von dem Krümmer 102 entfernt angeordnet ist. Einzelheiten zu der Baugruppe aus Dosierventil 106 und Steuerventil 108 werden nachfolgend noch genauer beschrieben. Das Steuerventil 108 nimmt über einen Druckregler 112 einen Vorrat an Dieselkraftstoff auf, der in einem Kraftstofftank 110 gelagert wird. Eine Kraftstoffpumpe 114 leitet unter Druck stehenden Dieselkraftstoff aus dem Tank 110 zu dem Regler 112. Die Kraftstoffpumpe 114 und das Steuerventil 108 sind elektrisch an ein elektronisches Steuergerät (ECU – Electronic Control Unit) 116 gekoppelt. Ein Dosiersteuergerät (DCU – Dosing Control Unit) 118 ist zwischen dem ECU 116 und dem Steuerventil 108 angeordnet. Diese Komponenten dienen dazu, eine Menge Dieselkraftstoff abzumessen, die in den Abgasstrom eingespritzt wird, um den NO_x-Gehalt im Abgasstrom zu reduzieren. Die Reduzierung wird durch Einbringen einer Sollmenge Dieselkraftstoff in den Abgasstrom vor dem Katalysator 104 herbeigeführt. Vor und hinter dem Katalysator 104 sind Drucksensoren angeordnet, damit diese Parameter an das ECU 116 übermittelt werden können, wie in 1 schematisch dargestellt ist. Zusätzlich dazu sind Temperatursensoren und NO_x-Sensoren auf in der Technik bekannte Weise elektrisch mit dem ECU 116 verbunden. Das ECU 116 überwacht verschiedene Parameter, einschließlich der Temperatur, des Drucks und des NO_x-Gehalts im Abgasstrom, und dosiert dementsprechend Dieselkraftstoff in den Abgasstrom, um die Reduzierung unerwünschter Partikel- und NO_x-Emissionen zu optimieren.
2 ist eine schematische Darstellung einer Dosierventil-Baugruppe 200, die im Allgemeinen eine Steuerventil-Baugruppe 202 und eine Tellerventil-Baugruppe 204 umfasst. Die Steuerventil-Baugruppe 202 weist eine Einspritzdüse 206 auf, die bei dieser Anwendung so modifiziert worden ist, dass eine Lochscheibe weggelassen wurde, die sonst eine Kraftstoffladung zerstäubt, die auf gewöhnliche Weise zu einem Verbrennungsmotor geleitet wird. Die Einspritzdüse 206 wird weiter unten noch genauer beschrieben. Allgemein ausgedrückt umfasst die Einspritzdüse 206 einen elektronischen Verbinder 208, der die Einspritzdüse 206 mit dem ECU 116 und dem DCU 118 koppelt, wie oben beschrieben wurde und in 1 abgebildet ist. Die Einspritzdüse 206 befindet sich an einem Winkel 210 zum Installieren der Baugruppe in dem Fahrzeug. Ein Kraftstoffeinlass 212 an einem ersten Ende der Einspritzdüse 206 nimmt einen Vorrat an Dieselkraftstoff aus dem Kraftstofftank 110 auf (1). Die Einspritzdüse 206 ist über ein Verbindungsrohr 214, das so lang ist, dass die Steuerventil-Baugruppe 202 aus der Hochtemperaturumgebung in der Nähe des Abgaskrümmers heraus verlagert werden kann, mit der Tellerventil-Baugruppe 204 verbunden. Die Tellerventil-Baugruppe 204 ist direkt an dem Abgaskrümmer installiert und wird weiter unten genauer beschrieben.
3 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Einspritzdüse 306 (entspricht 206 in 2), die für die vorliegende Erfindung als Steuerventil verwendet werden kann. Die Einspritzdüse 306 verläuft an einer Längsachse A-A zwischen einem ersten Düsenende 308A und einem zweiten Düsenende 308B entlang und weist eine Ventilblock-Teilbaugruppe 310 und eine Stromblock-Teilbaugruppe 312 auf. Die Ventilblock-Baugruppe 310 erfüllt Fluidtransportfunktionen, z. B. das Definieren eines Kraftstoffströmungsweges und das Verhindern einer Kraftstoffströmung durch die Düse 306. Die Stromblock-Teilbaugruppe 312 erfüllt elektrische Funktionen, z. B. das Umwandeln elektrischer Signale in eine Antriebskraft für das Zulassen einer Kraftstoffströmung durch die Düse 306.
Die Ventilblock-Teilbaugruppe 310 weist eine Rohrbaugruppe 314 auf, die an der Längsachse A-A zwischen dem ersten Einspritzdüsenende 308A und dem zweiten Einspritzdüsenende 308B entlang verläuft. Die Rohrbaugruppe 314 kann zumindest ein Einlassrohr 316, eine nichtmagnetische Hülse 318 und einen Ventilkörper 320 aufweisen. Das Einlassrohr 316 besitzt ein erstes Einlassrohrende 322A in der Nähe des ersten Einspritzdüsenendes 308A. Das Einlassrohr 316 kann sich am Einlassende 322A in einen Flansch 322B aufweiten, der einen O-Ring 323 aufnimmt. Ein zweites Einlassrohrende 322C des Einlassrohrs 316 ist mit einem ersten Hülsenende 324A der nichtmagnetischen Hülse 318 verbunden. Ein zweites Hülsenende 324B der nichtmagnetischen Hülse 318 kann mit einer allgemein quer verlaufenden, ebenen Fläche eines ersten Ventilkörperendes 326A des Ventilkörpers 320 verbunden sein. Ein zweites Ventilkörperende des Ventilkörpers 320 ist in der Nähe des zweiten Rohrbaugruppenendes 308B angeordnet. Ein separates Polstück 328 kann mit dem Einlassrohr 316 und mit dem ersten Hülsenende 324A der nichtmagnetischen Hülse 318 verbunden sein. Das Polstück kann ein Edelstahlmaterial wie beispielsweise SS 430FR (ASTM A838-00) umfassen. Die nichtmagnetische Hülse 318 kann nichtmagnetischen Edelstahl umfassen, z. B. 300-er Edelstahl wie beispielsweise SS 305 (EN 10088-2), oder andere Materialien, die ähnliche strukturelle und magnetische Eigenschaften aufweisen.
Wie in 3 gezeigt ist, ist das Einlassrohr 316 mit Hilfe der Schweißnaht 330 an dem Polstück 328 angebracht. In die Außenfläche des Polstücks 328 sind Polstückschultern 332A eingeformt, die gemeinsam mit dazu passenden Schultern eines Spulenkörpers der Spulen-Teilbaugruppe als feste Anschläge dienen, wenn die beiden Teilbaugruppen zusammengebaut werden. Das Einlassrohr 316 kann an einer Innenumfangsfläche des Polstücks 328 an diesem angebracht werden. Alternativ dazu können Einlassrohr und Polstück, wenn sie einstückig ausgebildet werden, an der Innenumfangsfläche einer nichtmagnetischen Hülse 318 angebracht werden.
Eine Ankerbaugruppe 334 ist in der Rohrbaugruppe 314 angeordnet. Die Ankerbaugruppe 334 weist ein erstes Ankerbaugruppenende mit einem ferromagnetischen oder Ankerabschnitt 336 und ein zweites Ankerbaugruppenende mit einem Abdichtabschnitt auf. Die Ankerbaugruppe 334 ist so in der Rohrbaugruppe 314 angeordnet, dass eine Schulter 336A des Ankers 336 einer Schulter 332B des Polstücks 328 gegenüberliegt. Der Abdichtabschnitt kann ein Schließelement 338 (z. B. ein kugelförmiges Ventilelement) aufweisen, das in Bezug auf den Sitz 340 und seine Abdichtfläche 340A beweglich ist. Das Schließelement 338 lässt sich zwischen einer (in 3 abgebildeten) geschlossenen Konfiguration und einer (nicht gezeigten) geöffneten Konfiguration bewegen. Bei der geschlossenen Konfiguration greift das Schließelement 338 bündig in die Abdichtfläche 340A ein, um zu verhindern, dass Fluid durch die Öffnung strömt. Bei der geöffneten Konfiguration befindet sich das Schließelement 338 in einem Abstand zu dem Sitz 340, damit Fluid durch die Öffnung strömen kann. Die Ankerbaugruppe 334 kann außerdem auch einen separaten Zwischenabschnitt 342 aufweisen, der den ferromagnetischen oder Ankerabschnitt 336 mit dem Schließelement 338 verbindet. Der Zwischenabschnitt oder das Ankerrohr 342 kann an dem Anker 336 und dem Schließelement 338 mit Hilfe der Schweißnähte 344 beziehungsweise 346 angebracht sein.
Es kann mindestens einer der Endabschnitte 332B und 336A oberflächenbehandelt werden, um das Ansprechverhalten des Ankers zu verbessern, die Abnutzung an beanspruchten Oberflächen sowie Abweichungen beim Arbeitsluftspalt zwischen den jeweiligen Endabschnitten 332B und 336A zu reduzieren. Zu den Oberflächenbehandlungen kann Beschichten, Galvanisieren oder Einsatzhärten gehören. Zum Beschichten oder Galvanisieren kann u. a. Hartverchromen, Vernickeln oder Keronite-Beschichten gehören. Zum Einsatzhärten kann wiederum u. a. Nitrieren, Zementieren, Karbonitrieren, Cyanbadhärten, Warmhärten, Flammhärten, Funkenhärten und Induktionshärten gehören.
Der Kraftstofffluss durch die Ankerbaugruppe 334 wird durch mindestens eine axial verlaufende Durchgangsbohrung 336B und mindestens einen Durchbruch 342A durch eine Wand der Ankerbaugruppe 334 erleichtert. Die Durchbrüche 342A, die eine beliebige Form aufweisen können, sind vorzugsweise nicht kreisförmig (z. B. axial gestreckt), so dass sie das Passieren von Gasblasen erleichtern. Die Durchbrüche 342A sorgen für eine Fluidverbindung zwischen der mindestens einen Durchgangsbohrung 336B und dem Inneren des Ventilkörpers 320. Somit kann bei der geöffneten Konfiguration Kraftstoff aus der Durchgangsbohrung 336B durch die Durchbrüche 342A und das Innere des Ventilkörpers 320, um das Schließelement 338 herum und durch das Auslassende 308B der Düse 306 geleitet werden.
Bei einer anderen Ausführungsform kann ein zweiteiliger Anker mit einem Ankerabschnitt benutzt werden, der direkt mit einem Schließelement verbunden ist. Die dreiteilige und die zweiteilige Ankerbaugruppe sind zwar austauschbar, aber die dreiteilige Baugruppe wird bevorzugt, da sie magnetischen Streufluss aus dem Magnetkreis der Einspritzdüse 306 reduzieren kann. Für Fachleute wird ersichtlich sein, dass das Ankerrohr 342 der dreiteiligen Ankerbaugruppe durch verschiedene Techniken hergestellt werden kann. So kann man beispielsweise eine Platte walzen und ihre Ränder schweißen oder einen Rohling so tiefziehen, dass er ein nahtloses Rohr bildet.
Wenn ein kugelförmiges Ventilelement als Schließelement 338 dient, dann kann dieses bei einem Durchmesser mit der Ankerbaugruppe 334 verbunden werden, der geringer ist als der Durchmesser des kugelförmigen Ventilelements. Eine solche Verbindung befindet sich auf der Seite des kugelförmigen Ventilelements, die dem Sitz 340 gegenüberliegt und bündig mit diesem in Kontakt steht. Eine untere Ankerbaugruppenführung 348 kann in der Nähe des Sitzes 340 in der Rohrbaugruppe 314 angeordnet sein und den Durchmesser des kugelförmigen Ventilelements verschiebbar in Eingriff nehmen. Die untere Ankerbaugruppenführung 348 erleichtert das Ausrichten der Ankerbaugruppe 334 entlang der Längsachse A-A.
Ein federndes Element 350 ist in der Rohrbaugruppe 314 angeordnet und spannt die Ankerbaugruppe 334 zum Sitz 340 hin vor. Eine Filterbaugruppe 352, die einen Filter 354 und einen Vorbelastungseinsteller 356 umfasst, ist ebenfalls in der Rohrbaugruppe 314 angeordnet. Die Filterbaugruppe 352 weist ein erstes Filterbaugruppenende 352A und ein zweites Filterbaugruppenende 352B auf. Der Filter 354 ist an einem Ende der Filterbaugruppe 352 angeordnet und befindet sich außerdem in der Nähe des ersten Endes 308A der Rohrbaugruppe 314 und entfernt von dem federnden Element 350, während der Vorbelastungseinsteller 356 allgemein in der Nähe des zweiten Endes der Rohrbaugruppe 314 angeordnet ist. Der Vorbelastungseinsteller 356 nimmt das federnde Element 350 in Eingriff und stellt die Vorspannkraft des Elements 350 in Bezug zur Rohrbaugruppe 314 ein. Der Vorbelastungseinsteller 356 stellt insbesondere ein Reaktionselement zur Verfügung, auf das das federnde Element 350 reagiert, indem es die Düse 306 schließt, wenn die Stromblock-Teilbaugruppe 312 nicht mehr mit Strom versorgt wird. Die Position des Vorbelastungseinstellers 356 in Bezug zum Einlassrohr 316 kann durch einen festen Presssitz zwischen einer Außenfläche des Vorbelastungseinstellers 356 und einer Innenfläche der Rohrbaugruppe 314 beibehalten werden. Somit kann die Position des Vorbelastungseinstellers 356 in Bezug zum Einlassrohr 316 für das Einstellen einer vorgegebenen dynamischen Kennlinie für die Ankerbaugruppe 334 verwendet werden.
Die Stromblock-Teilbaugruppe 312 umfasst eine elektromagnetische Spule 358, mindestens einen Anschluss 360, ein Spulengehäuse 362 und ein Gussstück 364. Die elektromagnetische Spule 358 umfasst einen Draht, der auf einen Spulenkörper 314 gewickelt und mit den elektrischen Kontakten 368 an dem Spulenkörper 314 elektrisch verbunden werden kann. Wenn sie erregt wird, erzeugt die Spule 358 einen magnetischen Fluss, der die Ankerbaugruppe 334 in die geöffnete Konfiguration bewegt, wodurch Kraftstoff durch die Öffnung strömen kann. Wird die elektromagnetische Spule 358 aberregt, kann das federnde Element 350 die Ankerbaugruppe 334 in die geschlossene Konfiguration zurückbringen, wodurch der Kraftstoffstrom abgeschaltet wird. Das Gehäuse, das eine Rückleitung für den magnetischen Fluss bereitstellt, weist im Allgemeinen einen ferromagnetischen Zylinder auf, der die elektromagnetische Spule 358 umgibt, und eine Flussscheibe 370, die von dem Zylinder aus zur Achse A-A hin verläuft. Die Flussscheibe 370 kann einstückig mit dem Zylinder ausgebildet oder getrennt davon an diesem angebracht sein. Das Spulengehäuse 362 kann Löcher, Schlitze oder andere Merkmale aufweisen, die Wirbelströme unterbrechen, welche auftreten können, wenn die Spule 358 erregt wird.
Das Gussstück 364 fixiert die relative Ausrichtung der elektromagnetischen Spule 358, des mindestens einen Anschlusses 360 und des Spulengehäuses 362. Das Gussstück 364 weist einen Kabelbaumverbinderabschnitt 370 auf, in dem ein Abschnitt des Anschlusses 360 freiliegt. Der Anschluss 360 und der Kabelbaumverbinderabschnitt 372 können in einen Gegensteckverbinder, z. B. einen Teil eines (nicht gezeigten) Kabelbaums, eingreifen, wodurch die Verbindung der Düse 306 mit dem ECU 116 (1) zum Erregen der elektromagnetischen Spule 358 erleichtert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform fließt der von der elektromagnetischen Spule 358 erzeugte magnetische Fluss in einem Kreis, zu dem das Polstück 328, die Ankerbaugruppe 334, der Ventilkörper 320, das Spulengehäuse 306 und die Flussscheibe 370 gehören. Der magnetische Fluss fließt über einen parasitären Luftspalt zwischen dem homogenen Material des magnetischen Abschnittes oder Ankers 336 und dem Ventilkörper 320 in die Ankerbaugruppe 334 und über einen Arbeitsluftspalt zwischen den Endabschnitten 332B und 336A zu dem Polstück 328, wodurch er das Schließelement 338 von dem Sitz 340 abhebt.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist Draht auf einen vorgeformten Spulenkörper 366 mit elektrischen Verbinderabschnitten 368 gewickelt, um eine Spulenkörper-Baugruppe zu bilden. Die Spulenkörper-Baugruppe wird in ein vorgeformtes Spulengehäuse 362 eingeführt. Um einen Rückweg für den magnetischen Fluss zwischen dem Polstück 328 und dem Spulengehäuse 362 bereitstellen zu können, ist die Flussscheibe 370 an der Spulenkörper-Baugruppe angebracht.
Im Betrieb wird die elektromagnetische Spule 358 erregt, wodurch in dem Magnetkreis ein magnetischer Fluss erzeugt wird. Der magnetische Fluss bewegt die Ankerbaugruppe 334 (gemäß einer bevorzugten Ausführungsform an der Achse A-A entlang) zu dem einstückig ausgebildeten Polstück 328 hin und schließt den Arbeitsluftspalt. Durch eine solche Bewegung der Ankerbaugruppe 334 trennt sich das Schließelement 338 von dem Sitz 340, und Kraftstoff kann aus dem Kraftstofftank 110 (1) durch das Einlassrohr 368, die Durchgangsbohrung 336B, die Durchbrüche 342A und den Ventilkörper 320, danach zwischen den Sitz 340 und das Schließelement 338, durch die Öffnung und schließlich durch das Auslassende 308B in das Verbindungsrohr 214 (2) strömen. Wenn die elektromagnetische Spule 358 aberregt ist, wird die Ankerbaugruppe 334 von dem federnden Element 350 so vorgespannt, dass sie das Schließelement 338 bündig gegen den Sitz 340 drückt, wodurch eine Fluidströmung durch die Düse 306 blockiert wird.
4 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine Tellerventil-Baugruppe (PVA – Poppet Valve Assembly) 404 (entspricht 204 in 2), die an dem Abgaskrümmer installiert ist und ein Reduktionsmittel (z. B. Dieselkraftstoff) in den Abgasstrom abgibt. Die PVA 404 umfasst einen Einlass 406 mit einem Gewindeabschnitt 408 zum Anbringen des Verbindungsrohrs 214 (2). Der Einlass 406 nimmt Kraftstoff aus der Steuerventil-Baugruppe auf (siehe 3). Der Kraftstoff wird zu der ersten Kammer 410 geleitet, die in einem Gehäuse 412 der Tellerventil-Baugruppe 404 definiert ist. Bei dem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 412 einen ersten Abschnitt 414a und einen zweiten Abschnitt 414b auf, die mit Hilfe der Schweißung bei 416 miteinander verbunden sind. Die Baugruppe kann Dichtungen enthalten, die hier jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen worden sind. Eine bewegliche Ventilplatte 418 ist in dem Gehäuse 412 angeordnet und weist mindestens einen Durchbruch 420 auf, damit Fluid aus der ersten Kammer 410 in eine zweite Kammer 422 strömen kann. Die Ventilplatte 418 wird im Ruhezustand von der Feder 424 gegen eine ringförmige Oberfläche 426 vorgespannt, die die erste Kammer 410 abschließt. Ein Ventilfuß 428 ist an einem ersten Ende 430 an der Ventilplatte 418 angebracht und erstreckt sich axial an einer Mittelachse B-B entlang zu einem aufgeweiteten Abschnitt 432 an einem zweiten Ende 434. Der aufgeweitete Abschnitt weist eine Oberfläche 436 auf, die im Ruhezustand gegen eine Gegenfläche 438 vorgespannt ist, welche einen Ventilsitz im Gehäuse 412 definiert, damit eine Fluidströmung zu einem Auslassende 440 des Tellerventils (PVA) 404 blockiert wird. Eine Lochblende 442 ist am Auslassende 440 angeordnet und sorgt für eine gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs in den Abgasstrom, wie dies in der Einspritzdüsentechnik allgemein bekannt ist. Die PVA 404 ist an dem Abgaskrümmer, der allgemein mit der Bezugszahl 444 bezeichnet ist, mit Hilfe einer (zwecks Übersichtlichkeit weggelassenen) Winkelbaugruppe angebracht. Im Betrieb gibt die Steuerventil-Baugruppe 306 (3) unter der Steuerung des ECU 116/DCU 118 über das Verbindungsrohr 214 (2) eine Kraftstoffmenge an die PVA 404 ab. Der unter Druck stehende Kraftstoff spannt die Ventilplatte 418 gegen die Kraft der Feder 424 nach unten hin an, wodurch eine Kraftstoffmenge durch den Durchbruch (die Durchbrüche) 420 in die zweite Kammer 422 strömen kann. Die Bewegung der Ventilplatte 418 verschiebt den aufgeweiteten Abschnitt 432 des Ventilfußes 428 von der Oberfläche 438 weg, wodurch Kraftstoff durch die Lochblende 442 aus der PVA 404 in den Abgaskrümmer strömen kann. Wenn die Steuerventil-Baugruppe 306 die Kraftstoffströmung durch das Verbindungsrohr 214 unterbindet, wird der geringere Kraftstoffdruck in der ersten Kammer 410 durch die Kraft der Feder 424 überwunden, die die Ventilplatte 418 (und den Fuß 428) nach oben bewegt, um die PVA 404 zu schließen, und es wird verhindert, dass Kraftstoff in den Abgaskrümmer hineinströmt.
Die obige ausführliche Beschreibung soll in jeder Hinsicht als Erläuterung und im Sinne eines Beispiels betrachtet werden und keine Einschränkung darstellen, und der Schutzumfang der hier offenbarten Erfindung darf nicht aus der Beschreibung der Erfindung ermittelt werden, sondern wird von den Ansprüchen bestimmt, die in der von der Patentgesetzgebung insgesamt zulässigen Breite zu interpretieren sind. Während beispielsweise das Verfahren hier in Bezug auf rohrförmige Komponenten einer Einspritzdüse offenbart wird, können die Techniken und Konfigurationen der Erfindung auch für andere rohrförmige Komponenten angewendet werden, bei denen eine hermetische Verschweißung erforderlich ist.

Claims

Dosierventil-Baugruppe (200) für das Abgeben eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrom in einem Abgaskrümmer (102) eines Verbrennungsmotors, die Folgendes umfasst: ein Steuerventil (108), das an eine Reduktionsmittelquelle (110) gekoppelt ist, wobei es sich bei dem Steuerventil (108) um eine elektronisch gesteuerte Einspritzdüse (206, 306) handelt, ein Reduktionsmittel-Abgabeventil (106), das so konstruiert und angeordnet ist, dass es an den Abgaskrümmer (102) gekoppelt werden kann, damit eine vorgegebene Menge an Reduktionsmittel in den Abgasstrom abgegeben werden kann, wobei das Reduktionsmittel-Abgabeventil (106) einen Einlass (406) aufweist, der mit einer verlängerten Leitung (214) verbunden ist, die sich zwischen dem Steuerventil (108) und dem Reduktionsmittel-Abgabeventil (106) befindet und Reduktionsmittel von dem Steuerventil (108) zum Reduktionsmittel-Abgabeventil (106) leitet, wobei das Reduktionsmittel-Abgabeventil (106) an den Abgaskrümmer (102) gekoppelt und das Steuerventil (108) von dem Reduktionsmittel-Abgabeventil (106) weg verlagert ist.
Dosierventil-Baugruppe (200) nach Anspruch 1, bei der das Steuerventil (108) an ein elektronisches Steuergerät (116) gekoppelt ist, das dem Steuerventil (108) als Reaktion auf eine Rückmeldung über NO_x-Emissionen im Abgasstrom signalisiert, dass es sich zwischen einer offenen und einer geschlossenen Fluidströmungsbedingung umstellen soll.
Dosierventil-Baugruppe (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der es sich bei der verlängerten Leitung (214) um ein Verbindungsrohr mit einer solchen Länge handelt, dass das Steuerventil (108) von einer zu dem Abgaskrümmer (102) gehörenden Hochtemperaturumgebung entfernt installiert werden kann.
Dosierventil-Baugruppe (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der es sich bei dem Reduktionsmittel-Abgabeventil (106) um ein Tellerventil (204, 404) handelt.
Dosierventil-Baugruppe (200) nach Anspruch 4, bei der das Tellerventil (404) Folgendes umfasst: ein Gehäuse (412), eine Ventilplatte (418), einen axial verlaufenden Ventilschaft (428) mit einem aufgeweiteten Abschnitt (432), der mit einem Ventilsitz (438) in dem Gehäuse zusammenpasst, und eine Feder (424), die die Ventilplatte (418) im Ruhezustand so vorspannt, dass der aufgeweitete Abschnitt (432) im Ventilsitz (438) ruht, um zu verhindern, dass Fluid aus einem Auslass des Tellerventils (404) strömt.
Dosierventil-Baugruppe (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Einspritzdüse (206, 306) Folgendes umfasst: einen Einlass (212) zum Ankoppeln an die Reduktionsmittelquelle (110), ein elektronisches Mittel zum Öffnen und Schließen eines Fluidströmungsweges durch die Einspritzdüse (206, 306) und einen Auslass zum Ankoppeln der Einspritzdüse (206, 306) an die verlängerte Leitung (214).
Dosierventil-Baugruppe (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dosierventil-Baugruppe (108) für das Abgeben einer Dosis Dieselkraftstoff als Reduktionsmittel in einen Abgasstrom in einem Abgaskrümmer (102) eines Verbrennungsmotors ausgebildet ist, wobei die Einspritzdüse (206, 306) an eine Dieselkraftstoffquelle (110) gekoppelt ist.