DE112011100504B4 - Injektor mit Drallfluss unter Druck mit reduzierter Fließvariabilität und Rückfluss - Google Patents

Injektor mit Drallfluss unter Druck mit reduzierter Fließvariabilität und Rückfluss Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Leiten eines Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100), wobei das Verfahren umfasst:
Zuführen eines Reagenz bei einem Reagenzeinlass;
Leiten des Reagenz zu einem Polkerndurchgang (324), der zwischen einem Außendurchmesser des Polkerns und einem Innendurchmesser des Spulenkörpers (144) bestimmt ist;
Leiten des Reagenz von dem Polkerndurchgang (324) zu einem Kragendurchgang (326), der zwischen einem Außendurchmesser eines Kragens eines inneren unteren Körpers (104) und einem Innendurchmessers des Spulenkörpers (144) bestimmt ist;
Leiten des Reagenz von dem Kragendurchgang (326) zu einem Durchgang des unteren Körpers, der zwischen einem Außendurchmesser des inneren unteren Körpers (104) und einem Innendurchmesser des unteren Abschnitts des Injektors (100) bestimmt ist;
Leiten des Reagenz in einen Verteildurchgang (308), der durch den inneren unteren Körper (104) bestimmt ist, wobei der Verteildurchgang (308) den Durchgang des unteren Körpers mit einer Verteilkammer (171), die durch den inneren unteren Körper (104) und eine Messblende (108) bestimmt ist, fluidmäßig verbindet;
Leiten eines ersten Teilvolumens des Reagenz zu einer Öffnung in der Messblende (108); und
Leiten eines zweiten Teilvolumens des Reagenz zu einem Reagenzauslass (170).

Description

  • Querverweise zu zugehörigen Anmeldungen
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Anmeldung Nr. 13/023,870 , angemeldet am 9. Februar 2011, welche die Vorzüge der US-Provisional-Anmeldung Nr. 61/303,146 , angemeldet am 10 Februar 2010, beansprucht.
  • Bereich:
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft Injekortorsysteme und insbesondere ein Injekortorsystem zum Einspritzen eines Reagenz, wie eine wässrige Harnstofflösung, in eine Abgasströmung, um die Stickoxid (NOx)-Emissionen von Dieselmotorabgasen zu reduzieren.
  • Hintergrund:
  • Dieser Abschnitt bietet Hintergrundinformationen, die die vorliegende Offenbarung betreffen, aber nicht notwendigerweise Stand der Technik sein müssen. Magerverbrennungsmotoren gewährleisten eine verbesserte Kraftstoffeffizienz, indem sie mit einem Überfluss an Sauerstoff betrieben werden, wobei die Sauerstoffmenge größer ist als die für die vollständige Verbrennung des bereitgestellten Kraftstoffs notwendige Menge ist. Derartige Motoren werden als „mager“ oder „magerem Gemisch“ betrieben bezeichnet. Jedoch wird die Verbesserung oder Steigerung der Kraftstoffökonomie, im Gegensatz zur nichtmageren Kraftstoffverbrennung, durch ungewollten Schadstoffausstoß aufgehoben, insbesondere in Form von Stickstoffoxiden (NOx).
  • Ein zur Reduzierung von NOx-Emissionen bei Magermischmotoren bekanntes Verfahren ist die selektive katalytische Reduktion (SCR). Beim SCR wird, wenn es beispielsweise zur Reduzierung der NOx Emissionen der Dieselmotoren genutzt wird, ein zerstäubtes Reagenz in die Abgasströmung des Motors in Abhängigkeit von einem oder mehreren ausgewählten Motorbetriebsparametern, wie Abgastemperatur, Motordrehzahl oder durch den Kraftstofffluss gemessene Motorlast, Ladedruck oder NOx Massenfluss, injiziert. Das Reagenz-/Abgasmischung wird durch ein Reaktionsgefäß geführt, das einen Katalysator, wie beispielsweise aktive Kohle, oder Metalle, wie beispielsweise Platin, Vanadium oder Wolfram enthält, die in der Lage sind, die NOx-Konzentration im Beisein des Reagenz zu reduzieren.
  • Eine wässrige Harnstofflösung ist als effektives Reagenz in SCR-Systemen für Dieselmotoren bekannt. Jedoch birgt die Verwendung einer solchen wässrigen Harnstofflösung viele Nachteile. Harnstoff ist stark korrosiv und kann die mechanischen Komponenten des SCR-Systems, wie die zur Injektion der Harnstofflösung in die Abgasströmung verwendeten Injektoren, negativ beeinflussen. Harnstoff kann bei einem längeren Einfluss durch hohe Temperaturen, wie sie bei Dieselabgassystemen erreicht werden, erstarren. Erstarrter Harnstoff wird sich in den engen Durchgängen und Auslassöffnungen, die üblicherweise in Injektoren aufzufinden sind, ansammeln. Erstarrter Harnstoff kann ferner die beweglichen Teile des Injektors verschmutzen und sämtliche Öffnungen oder Harnstoffdurchflusswege verstopfen, wodurch der Injektor unbrauchbar wird.
  • Zusätzlich werden, wenn der Harnstoff nicht sehr fein zerstäubt wird, sich Harnstoffansammlungen in dem katalytischen Reaktionsgefäß bilden, welche die Wirkung des Katalysators unterdrücken und die Effektivität des SCR-Systems verringern. Ein Weg, um das Problem der unzureichenden Zerstäubung des Harnstoffgemisches zu minimieren, sind hohe Einspritzdrücke. Hohe Injektionsdrücke führen jedoch häufig zu einem zu tiefen Eindringen des Injektorsprühstrahls in die Abgasströmung, wodurch der Strahl der dem Injektor gegenüberliegenden Innenfläche des Abgasrohres abprallt. Das zu tiefe Eindringen führt ferner zu einem ineffizienten Gebrauch der Harnstoffmischung und reduziert die Reichweite, bei der das Fahrzeug mit reduzierten NOx-Emissionen betrieben werden kann. Es kann nur eine sehr geringe Menge wässriger Harnstofflösung in einem Fahrzeug mitgeführt werden, so dass die mitgeführte Menge möglichst effizient genutzt werden sollte, um die Fahrzeugreichweite zu maximieren und die Notwendigkeit des häufigen Wiederauffüllens des Reagenz verringert wird.
  • Ferner ist eine wässrige Harnstofflösung ein schlechtes Schmiermittel. Diese Eigenschaft beeinflusst die beweglichen Teile innerhalb des Injektors negativ und erfordert, dass relativ feste oder enge Passungen, Aussparungen und Toleranzen zwischen angrenzenden oder sich zueinander bewegenden Teilen innerhalb des Injektors eingesetzt werden müssen. Die wässrige Harnstofflösung weist auf eine hohe Neigung zur Leckage auf. Diese Eigenschaft beeinflusst ineinandergreifende Flächen dahingehend negativ, dass an vielen Positionen erweiterte Dichtlösungen bereitgestellt werden müssen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und einen Apparat für das Einspritzen einer wässrigen Harnstofflösung in die Abgasströmung eines Magermischmotors bereitzustellen, bei dem die Hitze- und die Betriebsbeständigkeit verlässlicher gehandhabt werden können. Es wäre ferner vorteilhaft, ein verbessertes Kühl- und/oder Wärmemanagement des Injektors bereitzustellen, um das Erstarren des Harnstoffes zu verhindern und, um die Lebensdauer der Injektorkomponenten zu verlängern. Es wäre vorteilhaft, den Wärmetransfer von dem Abgasrohr zu dem Injektor zu minimieren oder eine Ansammlung des Harnstoffes in dem Injektor auszuschließen. Es wäre auch vorteilhaft, den Wärmetransfer von dem heißen Abgas zu der Injektorauslassöffnung zu minimieren, um eine Rußbildung zu verhindern und zu verhindern, dass Harnstoff von der verhältnismäßig kühlen Auslassöffnung angezogen wird. Es wäre ferner aus ökonomischen und ökologischen Gründen vorteilhaft, einen Injektor bereitzustellen, der nicht leckt.
  • Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Offenbarung bieten die vorstehenden und weitere Vorteile.
  • Druckschriftlicher Stand der Technik aus dem vorliegenden Gebiet der Injektoren ist beispielsweise aus den Dokumenten DE 27 20 144 A1 , DE 29 36 425 A1 , DE 35 02 410 A1 und US 2009 / 0 179 087 A1 bekannt.
  • Zusammenfassung:
  • Dieser Abschnitt bietet eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung, ist aber keine umfassende Offenbarung ihres gesamten Umfangs oder all ihrer Merkmale.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann ein Verfahren zum Leiten eines Reagenz durch einen Injektor umfassen: Zuführen eines Reagenz von einem Reagenztank bei einem Reagenzeinlass eines Reagenz-Injektors; Leiten des Reagenz zu einem Polkerndurchlass, der zwischen einem äußeren Durchmesser eines Polkerns und einem inneren Durchlass eines elektromagnetischen Spulenträgers bestimmt ist; Leiten des Reagenz von dem Polkerndurchlass zu einem Kragendurchlass, der zwischen einem äußerem Durchmesser eines Kragens eines inneren unteren Körpers und dem inneren Durchmesser des Spulenkörpers bestimmt ist; Leiten des Reagenz von dem Kragendurchlass zu einem unteren Körperdurchlass, der zwischen einem äußeren Durchmesser des inneren unteren Körpers und einem inneren Durchmesser eines unteren Abschnitts des Injektors bestimmt ist; und Leiten des Reagenz in einen Verteildurchlass, der durch den inneren unteren Körper bestimmt ist. Der Verteildurchlass kann den unteren Körperdurchlass mit einer Verteilkammer, die durch den inneren unteren Körper und eine Messblende fluidmäßig verbinden. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren umfassen, dass von der Verteilkammer ein erstes Teilvolumen des Reagenz zu einer Öffnung in der Messblende und ein zweites Teilvolumen des Reagenz zu einem Reagenzauslass des Injektors zu leiten.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann das Leiten eines ersten Teilvolumens des Reagenz zu einer Öffnung in der Messblende umfassen: Leiten des ersten Teilvolumens des Reagenz durch eine Vielzahl von Einkerbungen in der Messblende; Bewegen eines Stiftes und Freigeben der Öffnung in der Messblende; Leiten des ersten Teilvolumens des Reagenz durch eine Vielzahl von Einkerbungen in der Messblende und durch die Öffnung; und Leiten des ersten Teilvolumens des Reagenz zu einer Zentralbohrung, die in dem inneren unteren Körper definiert ist.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann das Leiten eines zweiten Teilvolumens des Reagenz zu dem Reagenzauslass umfassen: Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch Durchgangslöcher, die in einer Führungsplatte bestimmt sind und durch die sich ein Stift erstreckt; Leiten eines zweiten Teilvolumens des Reagenz durch Durchgangslöcher eines Stiftkopfes, wobei der Stiftkopf an einem Ende des Stiftes befestigt ist und diesen umgibt; Leiten des zweiten Teilvolumens durch Reagenz durch ein Inneres eines Spulenkörpers einer magnetischen Spule; Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch eine Zentralbohrung eines Polkerns; Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz von der Verteilkammer zu zumindest einem Rückflussdurchgang, der durch den inneren unteren Körper bestimmt ist, wobei der Rückflussdurchgang die Verteilkammer und die Zentralbohrung die den unteren Körper bestimmt, fluidmäßig verbindet. Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz um einen Außendurchmesser eines massiven Stiftes, der innerhalb der durch den inneren unteren Körper bestimmten Zentralbohrung aufgenommen ist.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann ein Injektor zum Injizieren des Reagenz einen oberen Injektorkörper, ein unteren Injektorkörper, der an dem oberen Injektorkörper befestigt ist, eine Rückhalteplatte, die derart ein rundes Loch bestimmt, dass die Rückhalteplatte um den unteren Injektorkörper über das runde Loch befestigt ist, ein Isolator, die ein rundes Loch so bestimmt, dass der Isolator um den unteren Injektorkörper herum befestigt werden kann, und einen Befestigungsflansch, der ein rundes Loch derart bestimmt, dass der Befestigungsflansch um den Isolator herum befestigt werden kann, verwenden. Die Halteplatte kann direkt an dem unteren Injektorkörper befestigt werden. Der Isolator kann direkt an dem unteren Injektorkörper und der Halteplatte befestigt werden. Der Befestigungsflansch kann direkt an dem Isolator befestigt werden. Die Halteplatte kann eine Vielzahl von Durchgangslöchern an einem Umfangsrand der Halteplatte bestimmen und der Befestigungsflansch kann eine Vielzahl von Blindlöchern an einem Umfangsrand des Befestigungsflansches bestimmen. Ein Stift mit einem ersten Stiftende und einem zweiten Stiftende kann so eingesetzt werden, dass sich das erste Stiftende innerhalb einem der Blindlöcher des Befestigungsflansches befindet und sich der Stift vollständig durch eines der Vielzahl der Durchgangslöcher der Halteplatte erstreckt.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann eine Klammer mit einem ersten Klammerende und einem zweiten Klammerende in einer Ausführung verwendet werden, dass die Klammer über dem Umfangsrand der Halteplatte und dem Umfangsrand des Befestigungsflansches befestigt ist. Der Umfangsrand der Halteplatte kann eine Umfangskonkavität bestimmen und die Vielzahl der Durchgangslöcher der Halteplatte kann innerhalb der Umfangskonkavität angeordnet sein. Der Umfangsrand des Befestigungsflansches kann eine Nut bestimmen. Das erste Klammerende kann innerhalb der Nut des Umfangsrandes des Befestigungsflansches und das zweite Klammerende kann innerhalb der Umfangskonkavität des Umfangsrandes der Halteplatte angeordnet sein. Die Klammer kann C-förmig und das zweite Klammerende kann auf dem zweiten Stiftende angeordnet sein. Der Isolator kann einen rohrförmigen Abschnitt mit einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser bestimmen, die beide eine Reihe von abwechselnden Vorsprüngen und Vertiefungen aufweisen.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann ein Hitzeschild auf dem Befestigungsflansch angeordnet sein, der einen Durchlass in dem Hitzeschild derart verwendet, dass der Befestigungsflansch sich durch den Durchlass des Hitzeschildes erstreckt. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Hitzeschild zwischen dem oberen Injektorkörper und einem Abgasrohr positioniert sein. Auf dem Hitzeschild kann eine Abdeckung derart angeordnet sein, dass die Abdeckung den oberen Injektorkörper, den unteren Injektorkörper und den Befestigungsflansch umgibt.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann ein Injektor zum Injizieren eines Reagenz an einem zylindrischen Polkern einsetzen, der ein erstes Ende des Polkerns und ein zweites Ende des Polkerns bestimmt. Der Polkern kann von dem ersten Ende des Polkerns zu dem zweiten Ende des Polkerns innen hohl ausgebildet sein. Ein Federvorspanner kann innerhalb des hohlen inneren und an einem Abschnitt des ersten Endes angeordnet sein. Eine Feder kann innerhalb des hohlen inneren und anliegend an dem Federvorspanner angeordnet sein. Eine elektromagnetische Spule kann um den Spulenkörper angeordnet sein und die elektromagnetische Spule kann selbst einen Außendurchmesser des zylindrischen Polkerns umgeben. In einigen Ausführungsbeispielen sind der zylindrische Polkern, der Federvorspanner, die Feder und die elektromagnetische Spule nur innerhalb einer Aussparung oder Kammer des oberen Injektorkörpers angeordnet.
  • Ein zylindrischer innerer unterer Körper kann innerhalb des unteren Injektorkörpers angeordnet sein, um eine longitudinale Zentralbohrung zu bestimmen. Ein erstes Ende des inneren unteren Körpers kann eine erste Bohrung des ersten Endes mit einem größeren Durchmesser als der Durchmesser der longitudinalen Zentralbohrung bestimmen. Das erste Ende des unteren Körpers kann auch eine zweite Bohrung des ersten Endes mit einem Durchmesser größer als die longitudinale Zentralbohrung und größer als die erste Bohrung des ersten Endes bestimmen. Ein zweites Ende des inneren unteren Körpers kann eine Bohrung am zweiten Ende mit einem Durchmesser größer als die longitudinale Bohrung bestimmen. Der Injektor kann ferner einen massiven Stift, aufgenommen innerhalb der longitudinalen Zentralbohrung, verwenden. Eine Führungsplatte kann an dem Mittelabschnitt des Stifts befestigt sein. Die Bohrungsplatte kann innerhalb des ersten Endes der ersten Bohrung angeordnet sein. Ein Stiftkopf kann ein Ende des Stifts eines Teils des Endes des Stifts umgeben. Der Stiftkopf kann innerhalb der zweiten Bohrung des ersten Endes angeordnet sein und eine Messblende innerhalb am Ende der zweiten Bohrung aufgenommen sein. Der zylindrische Polkern, der Federvorspanner, die Feder, die elektromagnetische Spule, der zylindrische innere untere Körper, der Stift, die Führungsplatte, der Stiftkopf und die Messblende können Teil eines einzigen Einsatzes sein.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann ein oberer Abschnitt des Injektorkörpers eine Kammer bestimmen, innerhalb der der einzige Einsatz oder ein Teil des einzigen Einsatzes eingesteckt und darin angeordnet ist. Die Führungsplatte kann ein oder mehrere Durchgangslöcher für den Durchfluss von Fluid bestimmen. Alternativ können die Führungsplatte und der Stift zusammen zwischen sich ein oder mehrere Durchgangslöcher für den Durchfluss für Fluid bestimmen. Der Stiftkopf kann zumindest ein Durchgangsloch für den Durchfluss für Fluid bestimmen. Die Messblende und das zweite Ende des inneren unteren Körpers können zwischen sich eine Verteilkammer bestimmen. Die Messblende kann eine Vielzahl von Nuten zum Durchfluss von Fluid zu einer Auslassöffnung zum Auslass aus dem Injektor bestimmen. Eine innere Fläche des unteren Abschnitts des Injektorkörpers und eine äußere Fläche des inneren unteren Körpers können einen Fluidweg bestimmen. Der innere untere Körper kann einen Verteildurchlass bestimmen, der fluidmäßig mit dem durch eine innere Fläche des unteren Abschnitts des Injektorkörpers und eine äußere Fläche des inneren unteren Körpers bestimmten Weges verbunden ist. Der innere untere Körper kann einen Rückflussweg bestimmen, der fluidmäßig die Zentralbohrung des inneren unteren Körpers und die Verteilkammer, die durch die Messblende und des zweite Ende des inneren unteren Körpers bestimmt ist, definieren. Der massive Stift kann innerhalb der longitudinalen Zentralbohrung zum Durchlass von Fluid um den massiven Stift und durch die longitudinale Zentralbohrung angeordnet sein.
  • Weitere Anwendungsgebiete ergeben sich von der hier bereitgestellten Beschreibung. Die Beschreibung und spezielle Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen nur dem Zwecke der Illustration und sind nicht gedacht, den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
  • Figurenliste
  • Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur dem Zwecke der Illustration ausgewählter Ausführungsbeispiele und nicht aller möglichen Ausführungsformen, und sie sind nicht gedacht, den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.
    • 1 zeigt ein schematisches Schaubild eines beispielhaften Dieselmotors mit einem Schadstoffemissionssteuersystem, das einen Injektor gemäß der vorliegenden Lehre verwendet;
    • 2A zeigt eine Explosionsdarstellung eines Reagenzinjektors gemäß einiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Lehre;
    • 2B zeigt eine Explosionsquerschnittsansicht des Reagenzinjektors aus 2A gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Lehre;
    • 3A zeigt eine Querschnittsansicht eines Reagenzinjektors;
    • 3B zeigt eine weitere Querschnittsansicht des Reagenzinjektors;
    • 4 zeigt eine perspektivische Ansicht von unten des an dem Abgassystem befestigten Reagenzinjektors;
    • 5 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben des am Abgassystem befestigten Reagenzinjektors;
    • 6 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben eines Reagenzinjektors gemäß einiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Lehre;
    • 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Reagenzinjektors gemäß einiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Lehre;
    • 8 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben des Reagenzinjektors gemäß einiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Lehre;
    • 9 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben eines Isolators und Befestigungsflansches einer Injektorbefestigung gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 10 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Isolators und eines Befestigungsflansches einer Injektorbefestigung gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 11 zeigt eine Querschnittsansicht des Isolators und Befestigungsflansches der 9 und 10 gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 12 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Stifts und eines Kolbens gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 13 zeigt eine Querschnittansicht eines Stifts und eines Kolbens gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 14 zeigt eine Seitenansicht eines unteren Injektorkörpers und Stifts gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 15 zeigt eine Explosionsdarstellung des unteren Injektorkörpers und Stifts gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 16 zeigt eine perspektivische Ansicht der Messblende gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 17 zeigt eine perspektivische Ansicht des Führungselements gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 18 zeigt eine Querschnittsansicht des unteren Injektorkörpers und eines Stifts gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 19 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben eines Polkerns und eines inneren unteren Körpers gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 20 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Polkerns und eines inneren unteren Körpers gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 21 zeigt eine Querschnittsansicht des Polkerns und des inneren unteren Körpers gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 22 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben des unteren Abschnitts des Injektorkörpers und der Halteplatte gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 23 zeigt eine Explosionsdarstellung des unteren Abschnitts des Injektorkörpers und der Halteplatte gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 24 zeigt eine Querschnittsansicht des unteren Abschnitts des Injektorkörpers und der Halteplatte gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 25 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben des unteren Abschnitts des Injektorkörpers und inneren unteren Körpers gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 26 zeigt eine Explosionsdarstellung des unteren Abschnitts des Injektorkörpers und inneren untern Körpers gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 27 zeigt eine Querschnittsansicht des unteren Abschnitts des Injektorkörpers und inneren unteren Körpers gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 28 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben der magnetischen Spulenanordnung gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 29 zeigt eine Explosionsdarstellung der magnetischen Spulenanordnung gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 30 zeigt eine Querschnittsansicht der magnetischen Spulenanordnung gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 31 zeigt eine perspektivische Anordnung von oben der Spulenkörperanordnung gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 32 zeigt eine Explosionsdarstellung der Spulenkörperanordnung gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 33 zeigt eine Querschnittsansicht der Spulenanordnung gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 34 zeigt eine perspektivische Anordnung von oben der Fluid-Kupplungsanordnung gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 35 zeigt eine Explosionsdarstellung der Fluid-Kupplungsanordnung gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 36 zeigt eine Querschnittsansicht der Fluid-Kupplungsanordnung gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 37 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben des partiellen Reagenzinjektors gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 38 zeigt eine Explosionsdarstellung des partiellen Reagenzinjektors gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 39 zeigt eine Querschnittsansicht des partiellen Reagenzinjektors gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 40 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben des Reagenzinjektors gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 41 zeigt eine Explosionsdarstellung des Reagenzinjektors gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 42 zeigt eine Querschnittsansicht des Reagenzinjektors gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 43 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben des Reagenzinjektors in einem Abgassystem gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 44 zeigt eine Seitenansicht des Reagenzinjektors in einem Abgassystem gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 45 zeigt eine Draufsicht des Reagenzinjektors in einem Abgassystem gemäß der vorliegenden Lehre;
    • 46 zeigt eine Kennlinie, die ein herkömmliches Steuersignal zeigt;
    • 47 zeigt eine Kernlinie, die einen Peak und ein Haltesteuersignal gemäß der vorliegenden Lehre zeigt;
    • 48 zeigt eine Querschnittsansicht des Reagenzinjektors, in dem die Fluidflusswege durch den Injektor gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt sind.
  • Gleiche Bezugszeichen benennen gleiche Bauteile in allen Ansichten der Zeichnungen.
  • Detaillierte Beschreibung:
  • Beispielhafte Ausführungsformen werden nun detaillierter unter Bezugnahme auf die 1 - 48 der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es versteht sich, dass obwohl die vorliegende Lehre im Zusammenhang mit Dieselmotoren und der Verringerung von NOx-Emissionen beschrieben ist, die vorliegende Lehre auch in Verbindung mit einer Anzahl von Abgassystemen, wie, nicht hierauf beschränkt, jene von Diesel, Benzin, Turbinen, Brennstoffzelle, Jet oder jede andere Antriebsquelle, die einen Abgasstrom produziert, verwendet werden kann. Ferner kann die vorliegende Lehre im Zusammenhang mit der Reduzierung einer beliebigen der unerwünschten Emissionen verwendet werden. Ferner weiterführende Beschreibung sollte die US Patentanmeldung Nr. 12/275,539 veröffentlicht unter US 2009/0179087 A1 , angemeldet am 21. November 2008 mit dem Titel „Verfahren und Vorrichtung zum Injizieren zerstäubter Fluide“ berücksichtigt werden. Die vorliegende Erfindung stellt somit verbesserte Verfahren und Vorrichtungsaufbauten bereit, um ein Reagenz, wie eine wässrige Harnstofflösung, in eine Abgasströmung zu injizieren, um die Emissionen des Motorabgases zu reduzieren. Ferner liefert die vorliegende Lehre Verbesserungen zu den Injektoren für wässrige Harnstofflösungen gemäß dem Stand der Technik, insbesondere Verbesserungen hinsichtlich des Injektors für wässrigen Harnstoff mit verbesserter Wärmeableitung von kritischen Bauteilen, reduzierter Größe und Komplexität des Reagenzinjektors sowie verbessertem Betrieb und verbesserter Funktion.
  • 1 zeigt ein beispielhaftes Schadstoffsteuersystem zur Reduzierung von NOx-Emissionen aus dem Abgas eines Dieselmotors 10. In 1 bezeichnen durchgängige Linien zwischen den Elementen des Systems Fluidleitungen für das Reagenz und gestrichelte Linien bezeichnen elektrische Verbindungen. Das System der vorliegenden Lehre kann einen Reagenztank 12 zur Aufnahme des Reagenz und ein Liefermodul 14, wie eine Pumpe, zur Lieferung des Reagenz von dem Reagenztank 12, umfassen. Das Reagenz kann eine Harnstofflösung, ein Kohlenwasserstoff, ein Alkylester, Alkohol, ein organischer Stoff, E-85, Wasser, oder dergleichen sein, es kann auch eine Mischung oder eine Kombination aus diesen sein. Es sollte ferner gewürdigt werden, dass ein oder mehrere Reagenzien in dem System verfügbar sein können und einzeln oder in Kombination verwendet werden können. Der Reagenztank 12 und das Liefermodul 14 können einen integrierten Reagenztank/Liefermodul bilden. Ferner ist als Teil des Systems ein elektronischer Injektionsregler 16, ein Reagenzinjektor 100, der als Niederdruckreagenz-Injektor ausgebildet sein kann, und ein Abgassystem 18 mit mindestens einem Katalysatorbett 20, bereitgestellt.
  • Das Liefermodul 14 kann eine Pumpe umfassen, die Reagenz von dem Reagenztank 12 durch einen In-Line-Filter 22 über eine Zufuhrleitung führt. Der Reagenztank 12 kann aus Polypropylen, Epoxid beschichteter Karbonstahl, PVC oder Edelstahl sein und eine der Anwendung (z. B. Fahrzeuggröße, gewünschte Verwendung des Fahrzeugs und dergleichen) angepasste Größe aufweisen. Der Filter 22 kann ein aus festem Kunststoff oder Edelstahl gebildetes Gehäuse mit entfernbarem Filtereinsatz umfassen. Der Druckregulator (nicht gezeigt) kann bereitgestellt sein, um das System auf einem vorbestimmten Druck-Sollwert (z. B. relative geringe Drücke von ungefähr 60-80 Psi, oder in einigen Ausführungsformen einen Druck von ungefähr von 60-150 Psi) zu halten, und er kann an der Rückführleitung 26 von dem Reagenzinjektor 100 angeordnet sein. Ein Drucksensor kann in der flexiblen Zuführungsleitung 24, die zu dem Reagenzinjektor führt, bereitgestellt sein. Das System kann ferner verschiedene Maßnahmen zur Absicherung gegen Einfrieren/Erstarren beinhalten, um gefrorenen/erstarrten Harnstoff aufzutauen oder das Einfrieren/Erstarren des Harnstoffs zu verhindern. Zum Beispiel zirkuliert das Reagenz während des Systembetriebes, unabhängig davon, ob der Injektor Reagenz in das Abgas, wie beispielsweise in ein Abgasrohr, entlässt, beständig zwischen (z. B. von und zu) dem Reagenztankt 12 und dem Reagenzinjektor 100, um den Injektor zu kühlen und die Verweilzeit des Reagenz in dem Injektor zu minimieren, um das Reagenz kühl zu halten.
  • Eine kontinuierliche Zirkulation des Reagenz kann nötig sein für temperatursensible Reagenzien wie wässriger Harnstoff, die unter Einfluss von erhöhten Temperaturen von 300°C - 650°C, wie sie in Motorabgassystemen erfahren, erstarren. Es wurde herausgefunden, dass es wichtig ist, die vorliegende Harnstoffmischung oder Lösung unter 140°C und vorzugsweise in einem niedrigen Betriebsbereich zwischen 5°C und 95°C zu bewahren, um einen Sicherheitsbereich zu gewährleisten, der sicherstellt, dass eine Erstarrung des Harnstoffs verhindert wird. Erstarrter Harnstoff kann, wenn die Bildung ermöglicht wurde, die beweglichen Teile, Öffnungen und Durchgänge des Injektors verschmutzen, wodurch der Injektor für seine bestimmungsgemäßen Gebrauch unnütz werden kann. Es wird festgestellt werden, dass die Durchflussmenge von der Motorgröße und den NOx-Levels abhängt.
  • Die Menge an benötigtem Reagenz ist abhängig von der Last, Motordrehzahl, Motorgeschwindigkeit, Abgastemperatur, Abgasströmung, Kraftstoffeinspritzung des Motors und der gewünschten NOx Reduzierung. Alle oder einige der Motorbetriebsparameter können von dem Motorsteuergerät 28 über den Motor-/Fahrzeugdatenbus an den elektronischen Reagenzregler 16 geliefert werden. Der elektronische Reagenzinjektor 16 kann auch als Teil in das Motorsteuergerät 28 aufgenommen sein, falls ein Fahrzeug- oder LKW- Hersteller zu einer solchen Funktionsweise zustimmt. Die Abgastemperatur, die Abgasströmung und der Abgasgegendruck können durch entsprechende Sensoren gemessen werden.
  • Nun bezugnehmend auf die 2A und 2B ist eine beispielhafte Ausführungsform und Abwandlungen des Reagenzinjektors 100 näher beschrieben. Der in 1 gezeigten beispielhaften Verwendung kann der Reagenzinjektor 100 einen Injektorkörper 102 mit einem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers und einem untern Abschnitt 102b des Injektorkörpers gebildet sein. Ein gestreckter innerer unterer Körper 104 kann zumindest in dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers oder dem unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers aufgenommen sein. Der gestreckte innere untere Körper 104 kann eine zylindrische Zentralbohrung 106 bestimmen, die mit einer Messblende 108, die zumindest einen Auslassöffnung 110 (16), die sich vollständig durch die Messblende 108 erstreckt, bestimmt, fluidmäßig in Verbindung steht. Der innere unteren Körper 104 kann wahlweise mit einer separaten Führungsplatte 107 (18) ausgestattet sein. Wie in den 2B, 3A und 3B gezeigt ist, kann der innere untere Körper 104 an einem dem Stiftkopf des Stifts 108 angrenzenden Endabschnitt konisch sein. Genauer gesagt kann anstelle einer separaten Führungsplatte zum Führen oder Bewahren der Ausrichtung des Stifts 118 mit der konsistenten Zentralbohrung 106 (3B) der innere untere Körper 104 konisch sein oder einen Rücksprung in der Bohrung mit geringerem inneren Durchmesser als die Zentralbohrung 106 aufweisen. Wie in den 2B, 3A und 3B gezeigt ist, kann der Rücksprung in der Bohrung an dem Ende des inneren unteren Körpers 104 angrenzend zu dem Stiftkopf ein Führungselement für den Stift 118 sein und an dem Stiftkopf befestigt sein. Ferner kann der Stiftkopf des Stifts 118 als ein Führungselement dienen, um sicherzustellen, dass der Stiftkopf, der auch als Kolben bezeichnet wird, sich in Längsrichtung innerhalb der Zentralbohrung 106 vor- und zurückbewegt.
  • Zahlreiche Durchlässe durch die Messblende 108 sind möglich, um den Fluidfluss durch die Messblende und in die Abgasströmung innerhalb des Abgasrohrs des Abgassystems 18 (1, 4, 5, und 43 bis 45) eines Dieselmotors zu ermöglichen, wenn der Injektor 100 an dem Abgasrohr befestigt ist. Abhängig von der Anwendung und der Betriebsumgebung kann die Messblende 108 aus Hartmetall gebildet sein, das die gewünschte Leistungscharakteristik bereitstellt und leichter und kostengünstiger bereitgestellt werden kann. Ferner können die Schranken oder Nachteile bezüglich anderer Materialien oder Herstellungsverfahren wie sie bei der Herstellung komplexer Teilformen vorkommen, vermieden werden. Hartmetall (Karbid) bietet weitere Vorteile gegenüber anderen Stählen wie C-Stahl und Werkzeugstahl, die aushärten können, wie die Unempfindlichkeit gegenüber Löttemperaturen (870 - 980°C). Karbid gewährleistet ferner eine Oberflächenhärte der Teile, die viel größer ist als das was mit den meisten oder allen Stählen erreicht werden kann. Unter Verwendung der Mohs-Skala der Mineralhärte weist beispielsweise Diamant eine Härte von 10, Karbid eine Härte von 9 - 9,5 auf und gehärteter Stahl kann in einen Bereich von 4 - 6 liegen. Deshalb ist Karbid bezüglich der Abnutzungsbeständigkeit vorteilhaft. Ferner weist Karbid einen großen Bereich von Zähigkeit auf und kann „fein abgestimmt“ werden, um für eine bestimmte Anwendung die besten Eigenschaften aufzuweisen.
  • Die Messblende 108 kann unter Verwendung eines Messblendenhalters 112 an dem gestreckten inneren unteren Körper 104 befestigt und von diesem gehalten sein. Der Messblendenhalter 112 kann, falls gewünscht, integral mit dem inneren unteren Körper 104, wie in den 14, 15 und 18 gezeigt ist, gebildet sein. In einigen Ausführungsbeispielen kann, wenn der Messblendenhalter 112 separat gebildet ist, der Messblendenhalter 112 einen zentralen Steckabschnitt 114 (2B) umfassen, dessen Größe so ist, dass er innerhalb des korrespondierenden Aufnahmeabschnitts 116 des verlängerten inneren unteren Körpers 104 aufgenommen und gehalten werden kann. Um die Auslassöffnung 110 herum kann ein Ventilsitz 120 (16 und 18), sein, die konisch oder kegelförmig oder jede anwendbare Form aufweist; jedoch ist eine konische Form bevorzugt, wie beispielsweise in 16 gezeigt. Ein Ventilelement in Form eines gestreckten Messsteckers oder Stiftes 118 ( 2A, 2B, 12, 13, 15 und 18) können gleitend innerhalb der Zentralbohrung 106 angeordnet und mit dem Ventilsitz 120 zusammenwirken, um in der Sitzposition eine abgedichtete und abgeschlossene Position und in der gelösten Stellung eine undichte und offenen Position zu bestimmen. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Messblende 108 mittels eines Presssitzes an dem inneren unteren Körper 104 befestigt sein, die dann dem Löten ausgesetzt ist.
  • Bezugnehmend auf die 2A, 2B und 19 - 21 kann der Reagenzinjektor 100 ein gestrecktes Kernstück 122 mit einem Endabschnitt 124 mit vergrößertem Durchmesser, der so dimensioniert ist, dass er innerhalb eines korrespondierend dimensionierten Kragenabschnitts 126 des gestreckten inneren unteren Körpers 104 aufgenommen werden kann. In einigen Ausführungsbeispielen kann das gestreckte Kernstück 122 in den inneren unteren Körper 104 mittels Presssitz befestigt werden. Bei der Installation kann die Verbindung oder der Presssitz auch oder alternativ elektonenstrahlgeschweißt sein. Ein Flansch 128 des Kernstücks 122 kann dimensioniert sein, die Eingriffstiefe des Kernstückes 122 innerhalb des gestreckten inneren unteren Körpers 104 zu begrenzen, um dazwischen einen Raum 130 zu bestimmen (21). Der Raum 130 kann dimensioniert sein, um den Stiftkopf 132 (12, 13, und 21) des Stifts 118 aufzunehmen und eine beschränkte und kontrollierte Axialbewegung des Stifts 118 innerhalb der Zentralbohrung 106 zu ermöglichen. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Stiftkopf 132 an eine Achse des Stifts 118 mittels Presssitz und/oder Löten befestigt sein. Der Stiftkopf 132 auf den auch als Stiftkopf Bezug genommen wird, kann darin gebildete Durchgangslöcher, um den hydraulischen Druck zu reduzieren und einen Rückflussweg für den Rückfluss bereitzustellen. Die Führungsplatte 107 (14, 15, 17 und 18), auf die auch als Führungselement Bezug genommen wird, kann den Stift 118 stützen, um eine geführte Bewegung des Stiftes 118 in der Zentralbohrung 106 zu gewährleisten. Die Führungsplatte 107 kann eine Vielzahl von Einkerbungen oder Löchern 109 umfassen, um durch sie einen Fluidfluss zu ermöglichen. Das bedeutet, die Führungsplatte 107 kann einen oder mehrere Einkerbungen oder Löcher 109, die als Durchgangseinkerbungen ausgebildet sind, umfassen, um einen hindurchgehenden Fluidfluss zu ermöglichen, selbst wenn der Stift 118 an der Führungsplatte 107 befestigt ist.
  • Wie in den 2A, 2B, 20 und 21 gezeigt ist, kann das gesteckte Kernstück 122 ferner eine um die Mittelachse des gestreckten Kernstücks 122 herum erstreckende Zentralbohrung 132 bestimmen. Die Zentralbohrung 134 kann eine Rückholfeder 136 und einen Federvorspanner 138 aufnehmen. Der Federvorspanner 138 kann dimensioniert und/oder geformt sein, mit der Rückholfeder 136 zusammen zu wirken und diese vorzuspannen. Genauer gesagt kann der Federvorspanner 138 eine innerhalb der Zentralbohrung 134 des Kernstücks 122 gebildete Struktur berühren, um eine Bewegung darin zu verhindern und den für die Ausdehnung der Rückholfeder 136 verfügbaren Raum zu begrenzen. Der Federvorspanner 138 kann auf eine der üblichen Art und Weisen aufgenommen sein, umfassend die Verwendung von Blockierungen oder Ausbildungen in der Zentralbohrung 134, die den Durchtritt des Federvorspanners 138 verhindern. Alternativ können einstellbare Mechanismen, wie Halteschrauben, verwendet werden, um die Position des Federvorspanners 138 zu begrenzen oder einzustellen. Auf diese Weise kann die Rückholfeder 136 eine Vorspannkraft auf den Stiftkopf 132 des Stifts 118 ausüben, wobei ein Ende des Stiftes 118 in Eingriff mit dem Ventilsitz 120 gebracht wird und somit der Fluidfluss durch die Messblende 108 geschlossen oder verhindert wird. Die Rückholfeder 136 und der Federvorspanner 138 umfassen eine Zentralbohrung, die hohl ist und einen Fluidfluss durch einen Zentralabschnitt der Rückholfeder 136 und einen Zentralabschnitt des Vorspanners 138 ermöglichen.
  • Die 6 - 8 zeigen Injektoren 101 mit verschiedenen Konfigurationen oder Anordnungen von Fluideinlässen und Fluidauslässen, die von den oberen Abschnitten 102a der Injektorkörper hervorstehen können. Ferner kann der obere Abschnitt 102a des Injektorkörpers aus einem einzigen Material geformt oder gestaltet und aus einem einzigen Stück im Gegensatz zu zwei Stücken derart gebildet sein, dass ein Fluideinlass, Fluidauslass und ein elektrisches Anschlussgehäuse in einem einzigen Stück als Teil des oberen Abschnitts 102a des Injektorkörpers gestaltet sind. Eine derartige Konstruktion vereinfacht das Einsetzen eines Einsatzes mit Komponenten, die vorab als Einsatz montiert sind, wie in 21 gezeigt, und nachstehend beschrieben ist. Die 4 - 6 zeigen ebenfalls einen Injektoraufbau, um die Befestigung des Injektors 101 an der Abgaskomponente zu vereinfachen. Die 34 bis 36 zeigen ebenfalls je einen Injektor 101. 34 zeigt den Injektor 101 ohne eine Befestigung und mit beispielhaften Positionen des Fluideinlasses 168, des Fluidauslasses 170 und des elektrischen Anschlussgehäuses 174. 35 zeigt Injektor 101 mit einem Einlassanschlussfilter 175 und einem Auslassanschlussfilter 177, die jeweils von den Fluidinlass 168 und dem Auslass 170 entfernt sind. 35 zeigt auch einen Fließrahmen (flux frame) 178 einer eingekapselten elektromagnetischen Spule und eines zugehörigen Spulenkörpers, die alle von dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers entfernt sind. 36 ist eine Querschnittsansicht, die den innerhalb des Fluideinlasses 168 eingebauten Einlassfilter 175, den innerhalb des Auslasses 170 eingebauten Auslassfilter 177 und eine elektromagnetische Spule und einen zugehörigen Spulenkörper, umgeben von dem Fließrahmen 178, und innerhalb dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers, zeigt.
  • Während der Montage (9 - 42) können der Federvorspanner 138 und Rückholfeder 136 innerhalb der Zentralbohrung 134 des Kernstücks 122 angeordnet sein. Der Endabschnitt 124 des Kernstücks 122 kann innerhalb des Kragenabschnitts 126 des inneren unteren Körpers aufgenommen sein und dabei den Stiftkopf 132 des Stiftes 118 erfassen, so dass der Stift 118 sich entlang und innerhalb der Zentralbohrung 106 des inneren unteren Körpers 104 erstreckt. Die longitudinale Mittelachse des Stiftes 118 kann koinzident mit einer longitudinalen Achse der Zentralbohrung 106 sein. Der Steckabschnitt 114 des Messblendenhalters 112 kann innerhalb des Aufnahmeabschnitts 116 des inneren unteren Körpers 104 befestigt oder darin aufgenommen sein. Der Aufnahmeabschnitt 116 kann als Ausnahme oder Bohrung beschrieben werden. Der obere Abschnitt 102a des Injektorkörpers des Injektorkörpers 102 kann derart mit dem unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers des Injektorkörpers 102 verbunden sein, dass der Messblendenhalter 102, der innere untere Körper 104, der Stift 118, das Kernstück 122, die Rückholfeder 136 und der Federvorspanner 138 innerhalb einer Kammer 140 des oberen Abschnittes 102a des Injektorkörpers, und in einigen Ausführungsbeispielen einer Kammer 142 des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers, eingefasst sind.
  • Unter Bezugnahme auf die 2A, 2B und auf 28 - 33 kann ein scheibenförmiger Spulenkörper 144 zum Beispiel, jedoch nicht hierauf begrenzt, aus Delrin oder aus Polyoxymethylen (üblicherweise als POM oder als Polyazethal oder Polyformaldehyd bekannt). POM ist ein Thermoplast, der zur Herstellung von Präzisionsteilen verwendet wird, die eine hohe Steifigkeit und ausgezeichnete Formbeständigkeit benötigen. Der Spulenkörper 144 kann eine Zentralbohrung 146 aufweisen und zwischen dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers und dem unteren Abschnitt 102b des oberen Injektorkörpers positioniert und eingefasst sein, so dass der innere untere Körper 104 und das Kernstück 122 innerhalb der Zentralbohrung 146 des Spulenkörpers 142 aufgenommen sind. Im Speziellen kann der Spulenkörper 144 innerhalb entsprechend dimensionierter Einsenkungen 148, 150 (2A, 2B und 22 - 24), die in dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers und dem Unterabschnitt 102b des Injektorkörpers, jeweils des Injektorkörpers 102, gebildet sind.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann der untere Abschnitt 102b des Injektorkörpers einen Lippe 152 umfassen, die über eine Schulter 154 des oberen Abschnitts 102a des Injektorkörpers gerollt oder geformt werden kann, um den unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers an dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers zu halten (2A bis 5). In einigen Ausführungsbeispielen kann ein Dichtelement, wie ein O-Ring, innerhalb der Dichteinsenkung 156 (2B), die innerhalb des oberen Abschnitts 102a des Injektorkörpers gebildet ist, bereitgestellt sein, so dass der O-Ring zwischen dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers und dem unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers positioniert ist, um eine leckagesichere Fluiddichtung zu bestimmen und zu gewährleisten.
  • Um das Öffnen und Schließen der Auslassöffnung 110 zu ermöglichen, kann ein Aktuator, zum Beispiel in Form einer magnetischen Spule 180 (28 - 30), der auf dem Injektorkörper 102 befestigt ist, und in einigen Ausführungsbeispielen auf dem Spulenkörper 144 befestigt und/oder gebildet ist, vorgesehen sein. Die magnetische Spule 180 der vorliegenden Lehre der Offenbarung ist im Wesentlichen zu den in Reagenzinjektoren verwendeten Spulen kleiner. Die kleinere Größe gewährleistet einige Vorteile gegenüber herkömmlichen Spulen, unter anderem, dass weniger Wärme während des Betriebs erzeugt wird, die sonst durch eine aktive Kühlung, wie beispielsweise eine externe Luftkühlung, des Reagenzinjektors gewährleistet sein muss. Somit wird durch die Verwendung einer kleineren magnetischen Spule in der vorliegenden Offenbarung weniger Wärme während des Betriebs der Spule erzeugt, so dass weniger aktive Kühlung des Reagenzinjektors benötigt wird. Als nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel wurde herausgefunden, dass magnetische Spulen mit 100 Windungen #29 von Magnetdraht mit 10 mm ID und 17 mm OD und einer axialen Länge von 3,8 mm ausreichend ist, um den Reagenzinjektor 100 sicher zu steuern.
  • Wenn die magnetische Spule 180 über die elektrischen Leitungen 182 (28 und 29) mit Energie versorgt werden, wird der (Dosier)-stift 118 von der geschlossenen Position zu der offenen Position nach oben gezogen. Nach oben ist die Richtung weg von dem Abgasrohr, an das der Injektor 100 befestigt sein kann. Einige Bauteile des Aufbaus, wie der Endabschnitt 124 mit vergrößertem Durchmesser des gestreckten Kernstücks 122 und der Stiftkopf 132 können aus magnetischem Material, wie 430 Edelstahl, gebildet sein, um die Erzeugung eines magnetischen Felds zu begünstigen. Ebenso können Bauteile des Aufbaus, wie der Kragenabschnitt 126 des gestreckten inneren unteren Körpers 104 aus nicht-magnetischem Material gebildet sein, um die Auswirkung des (Dosier)-stifts 118 zu begrenzen. Die magnetische Spule 180 kann zum Beispiel in Antwort auf ein Signal des elektronischen Injektionsreglers 16 aus 1 angesteuert werden, der aufgrund von Sensoreingangssignalen und seinem vorprogrammierten Algorithmus entscheidet, wann Reagenz zur effektiven selektiven katalytischen Reduktion von NOx-Emissionen in die Abgasströmung innerhalb des Abgasrohrs, an dem der Injektor 100 befestigt ist, benötigt wird.
  • Um die Bewegung des Stifts 118 zu vereinfachen, kann der Stiftkopf 132 mit einem Fließrahmen (flux frame) der elektromagnetischen Spule 180 in einer Linie angeordnet sein. Beispielsweise kann, wie zumindest in 42 gezeigt, der Fließrahmen, der den Spulenkörper 144 und die elektromagnetische Spule 180 umgibt, mit dem Stiftkopf 132 in einer Linie sein. Somit würde, in der Querschnittsansicht aus 42, wenn eine gerade Linie zwischen den Querschnittshälften des Fließrahmens gezogen würde, um den Fließrahmen zu verbinden, sich die gerade Linie durch den Stiftkopf 132 erstrecken. Eine derartige Anordnung fördert den elektromagnetischen Effekt der elektromagnetischen Spule 180 auf den Stiftkopf 132.
  • In einigen Ausführungsbeispielen liefern die elektrischen Leitungen 182 ein Steuersignal an den Reagenzinjektor 100, beispielsweise von dem elektronischen Reagenzinjektionsregler 16 (1). Die magnetische Spule 180 kann durch einen 12-24 VDC-Strom unter Verwendung eines digitalen Pulsweitensignals angesteuert werden. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Steuersignal ein einfaches Rechtecksignal sein. Jedoch wurde für einige Ausführungsbeispiele herausgefunden, dass wesentlich verbesserte Leistungen und Dosierungen des Reagenz durch die Verwendung eines Steuersignals erreicht werden können, dass ähnlich zu dem in 47 dargestellten ist. Zum Vergleich ist unter Bezugnahme auf 46 ein herkömmliches Rechtecksignal dargestellt mit einem Startimpuls (a) bei t=0 zu einem konstanten Ausgang (b) und endend (c) bei 0 bei t=1. Dieses herkömmliche Rechtecksignal steuert die Spule an und erzeugt eine verzögerte Antwort in dem Injektor - das bedeutet, der Injektor öffnet zunächst gemäß einer gekrümmten Antwort (d) zu einer vollständig geöffneten Position und schließlich schließt er gemäß der verzögerten Antwort (e).
  • Gemäß der Lehre der vorliegenden Offenbarung wird in 47 ein Steuersignal bereitgestellt mit einem Startimpuls (f) bei t=0, der einen größeren Impuls bestimmt als der konstante Ausgang (b) herkömmlicher Signale. Der Startimpuls (f) kann für eine Zeit t<1 andauern, um eine schnellere Öffnungsantwort (g) des Reagenzinjektors 100 zu erzwingen. Es sollte gewürdigt werden, dass die Öffnungsantwort (g) des weiterentwickelten Steuersignals der vorliegenden Lehre schneller (und somit steiler im Anstieg) als die Öffnungsantwort (d) herkömmlicher Steuersignale ist. Das Steuersignal der vorliegenden Lehre kann auf einen unteren Ausgang (h) bei t<1 reduziert und bis zum Ende (i) bei 0 bei t=1 gehalten werden. Es wurde herausgefunden, dass unter Verwendung des Steuersignals der vorliegenden Lehre der Reagenzinjektor 100 in der Lage ist, eine Verzögerung bei der Bewegung von der geschlossenen Position zu der geöffneten Position und von der geöffneten Position zurück zu der geschlossenen Position zu minimieren, und somit in der Lage ist, eine verbesserte Antwort und Dosierungseigenschaften zu erreichen.
  • Die Kombination der Pulsweitenmodulation, die einen Peak und eine Halte-Antwort-Steuerung bereitstellt, mit einer mechanischen Zerstäubungstechnik ist geeignet, kleine Mengen zerstäubten Kohlenwasserstoffs mit präzisem Timing bereitzustellen. Die von der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Gesichtspunkte hinsichtlich der Kühlung erlauben dem Injektor, in der unmittelbaren Nähe zu heißen Abgasen zu überleben und eine Vorabentzündung des Kohlenwasserstoffs zu verhindern.
  • In einigen Ausführungsbeispielen, wie in 2B gezeigt, kann der Reagenzinjektor 100 eine Fluidanbindung 160 mit einem Körper 162, der eine Kammer 164 bestimmt, umfassen. Die 43 und 44 zeigen perspektivische Ansichten der Fluidanbindung 160, die lösbar mit dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers des Injektorkörpers 102 befestigt sein kann, um eine Fluidverbindung zu erzeugen. An diesem Ende ist die Kammer 164 des Körpers 162 vertieft oder konkav als Aufnahmeabschnitt ausgebildet, um mit einem vorstehenden oder Steckabschnitt 166 des oberen Abschnitts 102a des Injektorkörpers des Injektorkörpers 102 in Eingriff zu stehen oder daran befestigt zu sein. Mit einer derartigen Konstruktion ist eine verlässliche und lösbare Verbindung zwischen der Fluidanbindung 160 und dem Restglied des Reagenzinjektors 100 gebildet. Die Fluidanbindung 160 umfasst einen Reagenzeinlass (Fluideinlass 168) und einen Reagenzauslass 170, um das wässrige Reagenz oder den Harnstoff zu einem Fluidweg innerhalb des Reagenzinjektors 100 zu leiten. Es sollte gewürdigt werden, dass in einigen Ausführungsbeispielen der Fluidanschluss 160 eine Vielzahl von getrennten Linien umfasst, die mit einem herkömmlichen Sitz verbindbar sind, wie es in den 6 - 8 gezeigt ist.
  • Gemäß der Lehre der vorliegenden Offenbarung ist ein Fluidweg innerhalb des Reagenzinjektors 100 bestimmt, wenn der Stift 118 in der geschlossenen Position ist, um die Zirkulation des Fluids durch den Injektor 100 zu erleichtern. Genauer gesagt und unter Bezugnahme auf die 18 und 42 kann der Fluidweg sich von dem Fluidzeinlass 168 zur Verteilkammer 171 und anschließend zu dem Reagenzauslass 170 erstrecken. Noch detaillierter kann das Fluid oder das Reagenz in den Reagenzinjektor 100 bei dem Fluidzeinlass 168 mit einer ersten Temperatur eintreten, die verhältnismäßig kühl ist. Das Fluid kann dann weiterfließen, indem es entlang eines Fließwegs 300 entlang und gegen eine externe Seite des Kernstücks 122 fließt. Der Fließweg 300 kann durch eine externe Fläche des Kernstücks 122 und einen Innendurchmesser der Kammer 140 des oberen Abschnitts 102a des Injektorkörpers bestimmt sein. Das Fluid kann dann in Fließrichtung weiterfließen und zwischen einer externen Fläche des Kernstücks 122 und dem Inneren des Spulenkörpers 144 vorbeifließen. Genauer gesagt kann das Fluid in seiner Fließrichtung weiterfließen und durch zumindest eine Einkerbung oder eine Vielzahl von Einkerbungen 302 (siehe 31 - 33), die entlang des Innendurchmessers des Spulenkörpers 144 gebildet sind, hindurchfließen. In diesem Abschnitt ist das kühle Fluid einer externen Fläche des Spulenkörpers 144 ausgesetzt und bereit, einen Teil der thermischen Energie von dem Spulenkörper 144 und der zugehörigen Spule 180, die Wärme in den Spulenkörper 144 leiten kann, zu absorbieren.
  • Alternativ kann ein separates Teil wie eine Fluidhülse innerhalb des Innendurchmessers des Spulenkörpers 144 oder allgemeiner innerhalb eines Innendurchmessers der elektromagnetischen Spule 180 aufgenommen sein, um die elektromagnetische Spule 180 von dem Fluidweg zu trennen. Bei der Verwendung einer Fluidhülse sind die Einkerbungen 302 nicht notwendig, um beispielsweise den Fluiddurchgang zu ermöglichen. Unter Bezugnahme auf 31 und 33 kann eine Fluidhülse, obwohl sie nicht ausdrücklich gezeigt ist, ein relativ glattes Äußeres angrenzend an die Zentralbohrung 146 und eine relativ glatte Innenseite aufweisen. Die Höhe einer solchen Fluidhülse kann identisch oder im Wesentlichen identisch zur Höhe des in 33 gezeigten Spulenkörpers sein und innerhalb der Zentralbohrung 146 des Solenoid-Spulenkörpers 144 aufgenommen sein. O-Ringe können zwischen Dichtungen oder Komponenten verwendet werden, wie beispielsweise zwischen einer Fluidhülse innerhalb der Zentralbohrung 146 und der Zentralbohrung 146.
  • Die Tatsache, dass kühles Fluid entlang des Spulenkörpers 144 fließt, ist günstig bezüglich des Betriebs und der Langlebigkeit der magnetischen Spule 180 aufgrund der Wärmeabsorptionsfähigkeiten des Fluids. Das Fluid kann dann von den Einkerbungen 302 zu dem Durchgang 304 am unteren Körper entlang der Außenseite oder Außenfläche des inneren unteren Körpers 104 fließen. Genauer gesagt kann der Durchgang 304 am unteren Körper zwischen einer äußeren Seite oder Fläche des inneren unteren Körpers 104 und einer Innenfläche oder Fläche des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers des Injektorkörpers 102, wie die Kammer 142 des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers, bestimmt sein. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Durchgang 304 des unteren Körpers einen Teil oder die gesamte Länge 306 des inneren unteren Körpers 104 umgeben, um den inneren unteren Körper 104 zu kühlen. Ferner kann das Fluid innerhalb des Durchgangs 304 des unteren Körpers zumindest einen Teil des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers des Injektorkörpers 102 kühlen. Wie in 18 gezeigt, kann das Fluid innerhalb des Durchgangs 304 des unteren Körpers zur Verteilkammer 171 über ein oder mehrere Verteildurchgänge 308 geführt werden. Das Fluid innerhalb der Verteilkammer 171 kann zu einer Drallkammer 320 geführt werden, wenn der Stift 118 in einer geöffneten oder geschlossenen Stellung ist, wobei die Messblende 108 gekühlt wird. Eine oder mehrere Rückflusswege 312 können sich von der Verteilkammer 171 zur Zentralbohrung 106 des inneren unteren Körpers 104 erstrecken und einen Fluidweg für das Fluid von der Verteilkammer 171 zur Zentralbohrung 106 des inneren unteren Körpers 104 bereitstellen. Das Fluid innerhalb der Zentralbohrung 106 kann den Stift 118 und den inneren unteren Körper 104 kühlen. Beim Fließen in die Zentralbohrung 106 kann das Fluid entlang der gesamten Länge der Zentralbohrung 106 fließen, so dass das Fluid den Außendurchmesser des Stifts 118, der als massives, nicht-hohles Bauteil ausgebildet sein kann, umgibt. Das Fluid kann entlang einer Länge des Stifts 118 innerhalb der Zentralbohrung 106 in eine Richtung weg von der Messblende 108 und der Abgasströmung des Abgasrohres weiterfließen. An einem Ende der Zentralbohrung 106, die gegenüber dem Rückflussweg 312 liegt, kann das Fluid durch Auslasseinkerbungen oder Löcher, die als Durchlassauslasseinkerbungen oder Löcher 109 in der Führungsplatte 107 ausgebildet sein können, fließen. Die Führungseinkerbung 109 kann ausschließlich durch die Führungsplatte 107 und eine äußere Fläche des Stifts 118 bestimmt sein. Beim Fließen durch ein oder mehrere Führungseinkerbungen oder Löcher 109 in der Führungsplatte 107 kann das Fluid durch einen Durchgang 316 in dem Stiftkopf 132, dann zu der Zentralbohrung 134 des Kernstücks 122 und anschließend zu dem Reagenzauslass 170 und zurück zu dem Reagenztank 12 fließen. Der Durchgang 316 kann ein Durchgangsloch in dem Stiftkopf 132 sein.
  • Die oben stehende Diskussion soll aufzeigen, dass der Fluidfluss in und aus dem Injektor 100 einen kühlenden Effekt auf den Reagenzinjektor 100 ausübt, selbst wenn der Injektor 100 kein Fluid in die Abgasströmung injiziert. Ferner sollte erkannt werden, dass die Fließgeschwindigkeit von dem Fluidzeinlass 168 und durch den Fließweg 300, die Einkerbungen 302 und den Durchgang 304 des unteren Körpers (im Allgemeinen gesammelt Bezug genommen als Kühlungsweg) geringer ist als die Fließgeschwindigkeit, die den Reagenzinjektor 100 durch die Zentralbohrung 106, den Durchgang 314, den Durchgang 316, die Zentralbohrung 134 und den Reagenzauslass 170 (im Allgemeinen Bezug genommen als Wärmeweg) verlässt, aufgrund des verringerten Volumens des Kühlwegs gegenüber dem verringerten Volumen des Wärmewegs. Diese verringerte Fließgeschwindigkeit des Kühlwegs ermöglicht deshalb eine vergrößerte Fluidpräsenz hinsichtlich des Fluidvolumens, eine verlängerte Fluideinwirkdauer und eine vergrößerte thermische Absorption, wenn das Fluid am kältesten ist. Genauso ermöglicht die vergrößerte Fließgeschwindigkeit des Wärmewegs eine verbesserte Beseitigung des aufgeheizten Fluids von dem Reagenzinjektor 100. Der Gesamteffekt ist eine verbesserte Kühlung und ein verbessertes Wärmemanagement des Reagenzinjektors 100.
  • Der Reagenzinjektor kann in einer offenen Stellung sein, wenn der Stift 118 angehoben wird oder von der Messblende 108 weg bewegt wird und Fluid kann in Richtung zu und in die Abgasströmung innerhalb des Abgasrohrs 19 fließen. Ähnlich zu der obigen Beschreibung des Fluidflusses durch den Injektor 100, wenn der Reagenzinjektor 100 in einer geschlossenen Position ist, erstreckt sich, wenn der Reagenzinjektor 100 in einer offenen Position ist, ein frei fließender und unbehinderter Fluidweg von der Verteilkammer 171 zu einer Drallkammer 320 (18) über ein oder mehrere Einkerbungen 322 in der Messblende 108 und aus der Öffnung 110 und beispielsweise in die Abgasströmung innerhalb des Abgasrohrs 19.
  • Die Einkerbungen 322 können in die Messblende 108, wie in 16 beschrieben, gebildet werden. Alternativ kann eine Zwischenplatte die Einkerbungen 322 darin geformt haben. Zum Beispiel kann der in den 2A - 2B gezeigte Blendenhalter 110 Einkerbungen 322 darin geformt haben. Auch können die Einkerbungen 322 in einer unteren Fläche des inneren unteren Körpers 104 gebildet sein. Somit bestehen verschiedene Optionen zur Bildung der Einkerbungen zur Steuerung des Reagenzflusses nahe der Auslassöffnung.
  • Es sollte erkannt werden, dass Fluid im Allgemeinen innerhalb der Drallkammer 320 nur fließt, wenn der Stift 118 in einer gehobenen und offenen Position und von dem Ventilsitz 120 gelöst ist. Diese Anordnung verbessert im Wesentlichen die Dosierung des Reagenz vom Reagenzinjektor 100. Das bedeutet, dass eine Dosierungsmenge in herkömmlichen Injektoren häufig aufgrund von Fließgeschwindigkeit, Sprühwinkel, Tröpfchengröße, und dergleichen variieren. Wenn es dem Fluidfluss ermöglicht ist, innerhalb der Drallkammer frei zu fließen und der Fluss durch Parametereinstellungen des Systems wie dem Gegendruck der Rückführungsleitung, der Geschwindigkeit, und dergleichen variiert, kann die Dosierungsmenge des ausgestoßenen Reagenz erheblich variieren. Deshalb können gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Lehre diese Nachteile dadurch teilweise vermieden werden, dass Rückflusswege 312 verwendet werden, die das Fluid zu dem Reagenzauslass 170 zurückführen, ohne dass das Fluid durch die Drallkammer 320 fließen muss. Stattdessen kann das Reagenz um einen Außenbereich der Drallkammer, einen Außenbereich der Einkerbungen 322 und erhobenen Abschnitte, die die Einkerbungen 322 bestimmen, vorbeifließen.
  • In anderen Worten kann das Reagenz in einigen Ausführungsbeispielen zu der Auslassöffnung 110 über den Fluidzeinlass 168 geliefert werden. Der Fluidzeinlass 168 kann in Fluidverbindung mit der Auslassöffnung 110 sein und kann extern an den Reagenztank 12 über die Versorgungsleitungen 9 verbunden sein. Das Reagenz kann zu dem Reagenzinjektor 100 bei einem vorbestimmten Druck-Sollwert und in den Fluidzeinlass 168 und anschließend zur Auslassöffnung 110 gepumpt werden. Der vorbestimmte Druck-Sollwert kann in Antwort auf verschiedene Betriebszustände variieren, um zumindest entweder einen vergrößerten Betriebsbereich oder variierende Sprühmuster von der Auslassöffnung 110 bereitzustellen. Das unter Druck gesetzte Reagenz kann auf eine relativ hohe Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Konstruktion und der Form der Messblende 108 beschleunigt werden. Das erzeugt eine hohe Fließgeschwindigkeit in der Auslassöffnung 110. Wenn das Ende des Stifts 118 von dem Ventilsitz 120 entfernt wird, fließt ein Teil der Strömung des Reagenzes durch die Auslassöffnung 110, wo die Zerstäubung aus einer Kombination von Zentrifugalkraft und Scherung des Reagenzes durch Luft erfolgt, wenn es in die Abgasströmung düst.
  • Als ein Beispiel können ungefähr 600 Milliliter pro Minute (ml/min), was umgerechnet 36 Liter pro Stunde (l/hr) bedeutet, an Reagenz durch den Reagenzinjektor 100 zirkuliert werden, wobei dies mehr sein kann als die Menge, die tatsächlich von der Auslassöffnung 110 dispensiert wird. Auch wenn die Fließrate in Abhängigkeit von dem spezifischen Abgasbehandlungsverfahren variiert werden kann, verlässt das nicht in die Abgasströmung über die Auslassöffnung 110 dispensierte Reagenz den Reagenzinjektor 100 über den Reagenzauslass 170 und wird zurück in den Reagenztank 12 zur Zirkulation zurückgeführt. Sobald das Ende des (Dosier)-stifts 118 von dem Ventilsitz 120 weg bewegt wird, kann zerstäubtes Reagenz von ungefähr 1 ml/min (.06 l/hr) - 600 ml/min (36 l/hr) in Abhängigkeit von der Abgasbehandlungsanwendung und/oder des verwendeten Steueralgorithmus ausgestoßen werden. Die Sprüheigenschaften des von der Auslassöffnung 110 ausgestoßenen Reagenz können in Abhängigkeit von den Druckverhältnissen des in der Rückleitung 35 aufrechterhaltenen Drucks zu dem Reagenztank 12 von dem Reagenzinjektor 100 und in der Versorgungsleitung 24 zu dem Reagenzinjektor von dem Liefermodul 14 variiert werden. Beispielsweise kann die Größe der Tröpfchen durch Variation des Drucks in der Versorgungsleitung 24 gesteuert werden. Ferner können die Sprüheigenschaften durch Austausch verschiedener Sprühplatten oder Messblenden variiert werden. Die Variation der Zirkulationsrate des Reagenz, in dem ein Ausgangsdruck durch das Liefermodul 14 geändert wird, kann das durch das Reagenz bereitgestellte Level an Kühlung geändert werden, jedoch keinen Einfluss auf die Tröpfchengröße oder den Sprühkegelwinkel haben.
  • Wie in den 2A und 2B dargestellt, kann der (Mess)-stift 118 in einer geschlossenen Position durch ein Vorspannelement vorgespannt sein, das beispielsweise als Rückholfeder 136 ausgebildet ist, die mit dem Stiftkopf 132 des Stifts 118 in Eingriff steht. Die Rückholfeder 136 kann mit einer oberen Fläche des Stiftkopfs 132 des Stifts 118 in Eingriff stehen. Die obere Fläche des Stiftkopfes 132 kann eine Fläche des Kolbens sein, die dem Stift 118 gegenüberliegt. Die obere Fläche kann gekrümmt oder konvex sein.
  • Unter spezieller Bezugnahme auf die 4, 5 und 43 - 45 zeigen externe perspektivische Ansichten des Reagenzinjektors 100 eine Verbindung zu dem Abgasrohr 19. In einigen Ausführungsbeispielen kann eine Verbindung des Reagenzinjektors 100 zu dem Abgasrohr 19 in einer Art und Weise erzielt werden, so dass die Nachteile der Kräfte, wie Drehmoment und dergleichen, die auf den Reagenzinjektor 100 wirken können, minimiert werden. Das bedeutet in einigen Ausführungsbeispielen, wie in den 2A, 2B und 9 - 11 gezeigt, dass ein Befestigungsflansch 200 an das Abgasrohr 19 über eine Schweißung, eine Gewindebefestigung oder andere herkömmliche Mittel befestigt sein kann. Der Befestigungsflansch 200 kann mit einer Zentralbohrung 202 ausgebildet sein, deren Größe so ist, den unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers des Injektorkörpers 102 aufzunehmen, um die Auslassöffnung 110 in eine vorbestimmte Position innerhalb des Abgasrohrs 19 positionieren zu können, um das Reagenz ins Innere des Abgasrohrs 19 bei einer vorbestimmten Ausrichtung einzusprühen. In einigen Ausführungsbeispielen, wie in den 2A, 2B und 9 - 11 gezeigt, kann ein Isolator 204 zwischen dem Befestigungsflansch 200 und dem unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers des Injektorkörpers 102 angeordnet sein, um den Übergang von Wärmeenergie von dem Abgassystem 18 und insbesondere von den Abgasen und dem Abgasrohr 19 zu dem Reagenzinjektor 100 zu minimieren. Um ferner den Durchlass von Abgasen zu widerstehen, kann ein passender hitzebeständiger O-Ring 203 an einem Ellenbogen oder Schulter zwischen dem Isolator 204 und dem Befestigungsflansch 200`, wie in 42 gezeigt, installiert werden.
  • Der Isolator 204 kann aus einem Material gebildet sein, das thermische Eigenschaften aufweist, die eine Wärmeübertragung minimieren, wie Makor oder gepresstes Mullit. Der Isolator 204 kann einen rohrförmigen Abschnitt 206 aufweisen, der einen Außendurchmesser und/oder eine zu dem Innendurchmesser komplementäre Form und/oder die Form der Zentralbohrung 202 des Befestigungsflansches 200 aufweisen, so dass der Isolator 204 innerhalb des Befestigungsflansches 200 aufgenommen werden kann. Ferner kann ein Außendurchmesser des rohrförmigen Abschnitts 206 einen Innendurchmesser der Zentralbohrung 202 des Befestigungsflansches 200 berühren. In ähnlicher Weise kann der rohrförmige Abschnitt 206 einen Innendurchmesser und/oder eine zu einem Außendurchmesser komplementäre Form und/oder eine Form des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers aufweisen, um dem unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers des Injektorkörpers 102 zu ermöglichen, innerhalb des Isolators 204 aufgenommen zu werden. Ferner können ein Außendurchmesser und/oder eine Form des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers mit einem Innendurchmesser des Isolators 204 in Berührung stehen. Der Isolator 204 kann einen Außendurchmesser aufweisen, der eine Reihe von alternierenden Vorsprüngen und Einkerbungen aufweist, die den Kontakt des Außendurchmessers des rohrförmigen Abschnitts 206 zu den vorstehenden Abschnitten und nicht zu den Einkerbungsabschnitten begrenzen. Mit dieser Konstruktion weist der Außendurchmesser des rohrförmigen Abschnitts 206 weniger Kontakt mit dem Innendurchmesser des Befestigungsflansches 200 auf und somit gibt es weniger Wärmeübertragung zwischen dem rohrförmigen Abschnitt 206 und dem Befestigungsflansch 200, als wenn die alternierenden Vorsprünge und Einkerbungen eine glatte Oberfläche oder ein Teil von Gewindekontaktflächen wären.
  • In ähnlicher Weise kann der rohrförmige Abschnitt 206 einen Innendurchmesser aufweisen, der eine Reihe von alternierenden Vorsprüngen und Einkerbungen aufweist, die den Kontakt des Innendurchmessers des rohrförmigen Abschnitts 206 mit einem Außendurchmesser des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers zu den vorstehenden Abschnitten und nicht den eingekerbten Abschnitten begrenzen. Mit dieser Konstruktion hat der Innendurchmesser des rohrförmigen Abschnitts 206 weniger Kontakt mit dem Außendurchmesser des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers und somit wird ein geringerer Wärmeübergang zwischen dem rohrförmigen Abschnitt 206 und dem unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers stattfinden, als wenn die alternierenden Vorsprünge und Einkerbungen eine glatte Fläche oder eine Gewindekontaktfläche wären.
  • Der Isolator 204 hat nachgewiesen, wesentliche thermische Isolierungseigenschaften bereitzustellen, die für die Minimierung der Wärmeübertragung von dem Abgassystem 18 zu dem Reagenzinjektor 100 förderlich sind. Im Speziellen wurde als nicht begrenzendes Beispiel herausgefunden, dass Temperaturen außerhalb des Isolators 204 in einem Bereich von 500°C und höher sein können. Jedoch übersteigen die inneren Wandtemperaturen der Bohrung 202 des Isolators 204 üblicherweise nicht 70-100°C. In einigen Ausführungsbeispielen ist der Isolator 204 metallisiert und an das externe Metallgehäuse des Befestigungsflansches 200, 200` nickelgelötet. Das Löten dient dazu, eine gasdichte Dichtung bereitzustellen, ohne eine Dichtung oder Dichtvorrichtung einzusetzen, und um den Isolator innerhalb des Flansches 200 aufzunehmen. Die Dichtverbindung weist thermische Fähigkeiten auf, die höher sind als die beim Betrieb des Injektors 100, des Befestigungsflansches 200 und des Isolators 204 erwarteten Temperaturen, wenn diese als Teil des Abgassystems verbaut sind, so dass ein akzeptabler Sicherheitsspielraum für eine verlässliche Dichtung und Befestigung sichergestellt ist.
  • Weiterhin unter Bezugnahme auf die 2A und 2B kann der untere Abschnitt 102b des Injektorkörpers des Injektorkörpers 102 an dem Befestigungsflansch 200 über eine Vielzahl von Befestigungsmitteln 208, wie Kopfschrauben, befestigt werden. Die Befestigungsmittel 208 können sich durch zugehörige in die in den Flanschen 212 des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers gebildeten Öffnungen 210 erstrecken und über ein Gewinde mit zugehörigen, in dem Flanschring 216 des Befestigungsflansches 200 gebildeten Öffnungen 214 in Eingriff stehen. In einigen Ausführungsbeispielen kann eine Lippe 205, die ringförmig sein kann, des Isolators 204 zwischen dem unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers und dem Befestigungsflansch 200 angeordnet sein, um den Isolator 204 darin verlässlich zu halten oder durch Kontakt aufzunehmen. Der Isolator 204 kann als Führung für das Buckelschweißen des Befestigungsflansches 200 an dem Abgasrohr verwendet werden.
  • In einigen Ausführungsbeispielen, wie in den 4 - 8 und 41 - 42 zu sehen, kann der untere Abschnitt 102b des Injektorkörpers des Injektorkörpers 102 jedoch an dem Befestigungsflansch 200` über eine Vielzahl von Klammern 220 befestigt sein, die im Querschnitt eine C-Form oder oval sein können. Alternativ können die Klammern 220 andere Formen aufweisen. Zum Beispiel können die Klammern 220 ringförmig, quadratisch oder rechteckig im Querschnitt sein. Die Klammern 220 können verwendet werden, einen Abschnitt eines Umfangs-Ringabschnitts 222 des Befestigungsflansches 200` und eines Umfangs-Ringabschnitts 224 einer Halteplatte 226 (41 - 42) zu überlappen oder abzudecken. Wie in den 22-24 gezeigt, kann die Halteplatte 226 ein scheibenförmiges Element mit einem umgedrehten Umfangs-Ringabschnitt 224 und einer Zentralöffnung 227 zur Aufnahme des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers des Injektorkörpers 102 sein. Die Halteplatte 226 kann an dem unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers des Injektorkörpers 102 über einen Presssitz oder eine Lötverbindung oder Schweißverbindung an dem Injektorkörper 102 befestigt sein. Jede der Klammern 220 kann Anschlussenden 228 (41) umfassen, die im Allgemeinen zueinander weisen oder gegenüberliegen und eine Klemmkraft auf den Befestigungsflansch 200` und die Halteplatten 226 ausüben, um den Injektorkörper 102 an dem Befestigungsflansch 200` zu befestigen. Genauer gesagt kann unter Bezugnahme auf die 41 - 42 ein erstes Anschlussende 228 der Klammer 220 mit einem Ringabschnitt 222 des Befestigungsflansches 200` und ein zweites Anschlussende 228 der Klammer 220 mit einem Umfangs-Ringabschnitt 224 der Halteplatte 226 des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers des Injektorkörpers 102 in Kontakt stehen. Das zweite Anschlussende 228 der Klammer 220 kann ferner innerhalb einer Umfangskonkavität 225 des Umfangs-Ringabschnitts 224 der Halteplatte 226 aufgenommen sein oder mit dieser in Kontakt stehen. Die Konkavität 225 kann die Bewegung der Klammer in Richtung und weg von einer zentralen vertikalen Achse des Reagenzinjektors 100 verhindern. Die zentrale vertikale Achse des Reagenzinjektors 100 kann koinzident mit der Längsachse des Stifts 118 sein.
  • Dadurch, dass die Bewegung der Klammer 220 zu und weg von der zentralen vertikalen Achse des Reagenzinjektors 100 verhindert wird, bleibt die Klammer 220 in ihrer Montageposition.
  • Um eine Rotation des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers bezüglich des oberen Abschnitts 102a des Injektorkörpers des Injektorkörpers 102 zu minimieren oder zu verhindern und ferner eine Bewegung der befestigten Klammern relativ zu der Halteplatte 226 und dem Befestigungsflansch 200` zu verhindern, können sich Arretierungsstifte 229 (9 - 11 und 41 - 42) von den Haltelöchern 223 oder Einkerbungen in dem Befestigungsflansch 200` aufwärts erstrecken und innerhalb einer mit der Mehrzahl der Arretierungslöcher 223, die Durchgangslöcher sein können und in der Halteplatte 226 geformt sind (22 - 23), aufgenommen sein. Die Arretierungsstifte 229 und die Arretierungslöcher 231 greifen ineinander ein und bilden eine Verbindung, die eine relative Rotation der Klammern 220, der Halteplatte 226 und dem Befestigungsflansch 200` verhindert. Auf diese Weise stellt die vorliegende Offenbarung einen Injektor und ein Befestigungsinterface bereit, die eine Auswahl von drehbaren Ausrichtungen für einen gewünschten Injektoreinbau ermöglichen, jedoch die Notwendigkeit für anwendungsspezifische Befestigungen und Bauteile vermeidet.
  • Unter Bezugnahme auf die 41 und 42 kann die Klammer 220 eine Aussparung 235 auf einem der gegenüberliegenden Anschlussenden 228 aufweisen. Beispielsweise kann die Aussparung 235 auf einer Seite des Reagenzinjektors 100 sein, auf die als Oberseite Bezug genommen wird. Eine Oberseite des Reagenzinjektors 100 kann die Seite der Halteplatte 226 sein, die von dem Abgasrohr 19 weg weist, wenn der Reagenzinjektor auf dem Abgasrohr 19 befestigt ist. Die Aussparung 235 kann breiter sein als ein Durchmesser der Arretierungsstifte 229, so dass die Aussparung 235 der Klammer 220 über einem Ende des Arretierungsstifts 229, wie in 42 gezeigt, angeordnet sein kann. Während der Befestigung der Klammer 220 zur festen Arretierung der Halteplatte 226 und des Umfangs-Ringabschnitts 222 des Befestigungsflansches 200` und der Vermeidung einer Relativbewegung zwischen der Halteplatte 226 und dem Umfangs-Ringabschnitt 222, kann das zweite Anschlussende 228 der Klammer 220 mit der Aussparung 235 zuerst über ein Ende des Arretierungsstifts 229, der in einem Blindloch des Umfangs-Ringabschnitts 222 installiert ist, positioniert werden. Ein Abschnitt der Klammer 220 auf einer Seite der Aussparung 235 kann mit einer Fläche des Umfangs-Ringabschnitts 224 in Kontakt stehen und die Klammer 220 kann ebenfalls mit dem Arretierungsstift 229 in Kontakt stehen. Danach kann das erste Anschlussende 228 der Klammer 220 um den Umgebungsbereich des Kontakt-Ringbereichs 222 des Befestigungsflansches 200` gedrückt werden, so dass das erste Anschlussende 228 mit einem schrägen Abschnitt 237 des Kontakt-Ringabschnitts 222 in Kontakt steht, bevor das erste Anschlussende 228 der Klammer 220 in der Nut 239 arretiert (11). Somit wird das zweite Anschlussende 228 der Klammer 220 innerhalb der Konkavität 225 des Umfangs-Ringabschnitts 224 mit dem Arretierungsstift 229 angeordnet, innerhalb der Aussparung 235 befestigt und das erste Anschlussende 228 der Klammer 220 ist innerhalb der Nut 239 des Umfangs-Ringabschnitts 222 gesichert. Somit kann bei der Montage der Klammer 222 eine Längsachse des Arretierungsstifts 229 sich durch jedes Anschlussende 228 der Klammer 220 erstrecken.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann der Isolator zwischen dem unteren Abschnitt 102 des Injektorkörpers/ der Halteplatte 226 und dem Befestigungsflansch 200` positioniert werden, um den Isolator 204 darin sicher aufzunehmen. Es sollte gewürdigt werden, dass die Klammern 220 einen Vorteil über die herkömmliche Drehmoment-basierte Drehbefestigung dahingehend aufweisen, dass die Klammern 220 auf den Reagenzinjektor 100 keine Drehkraft (d.h. Drehmoment) ausüben. Es wurde herausgefunden, dass durch derartige Drehkräfte den Reagenzinjektor und/oder Isolator 204 in manchen Anwendungen oder bei unsachgemäßer Installation durch einen Techniker (z.B. zu hohes Drehmoment) beschädigt wurden. Ferner gewährleisten Klammern 220 einen minimalen thermischen Weg zur Wärmeübertragung von dem Befestigungsflansch 200` zu dem Injektorkörper 102, wodurch die thermische Belastung auf den Reagenzinjektor 100, die abgeführt werden muss, reduziert und begrenzt wird.
  • In einigen Ausführungsbeispielen können der Stift 118, der Messblendenhalter 112, der innere untere Körper 104, das Kernstück 122, der Federvorspanner 138, der obere Abschnitt 102a des Injektorkörpers des Injektorkörpers 102, der Befestigungsflansch 200, 200` und/oder die Fluidanbindung 160 aus einem Typ 430C, 440F oder ähnlichem Edelstahl gebildet sein, und in einigen Ausführungsbeispielen mit einer Beschichtung beschichtet sein, die die Widerstandsfähigkeit gegen Harnstoffkorrosion und die magnetischen Eigenschaften aufrechterhält, wobei die über das Leben des Reagenzinjektors entstehende Metallermüdung reduziert wird. Der Kragenabschnitt 126 und die Rückholfeder 136 können aus einem Typ 316 oder ähnlichem Edelstahl und in einigen Ausführungsbeispielen mit einer Beschichtung beschichtet sein, die eine Widerstandsfähigkeit gegen Harnstoffkorrosion gewährleistet, wobei die Metallermüdung über die Lebenszeit des Reagenzinjektors 100 reduziert wird.
  • Die 43 - 45 zeigen einen Reagenzinjektor 100, der ein Hitzeschild 340 verwenden kann, um den Injektor vor Wärmestrahlung des Abgasrohrs 19 zu schützen. Genauer gesagt kann das Hitzeschild 340 an dem Reagenzinjektor 100 unter Verwendung einer einzigen Öffnung durch die Hitzeschildoberfläche, die parallel zu dem Abgasrohr 19 verläuft, befestigt sein. Die 44 zeigt eine Abdeckung 344, die über und um den Reagenzinjektor 100 angeordnet sein kann, um den Reagenzinjektor vor Umwelteinflüssen wie Wasser, Schnee, Fremdkörpern etc. zu schützen. Ferner kann die Abdeckung 344 eine isolierende Abdeckung sein und den Reagenzinjektor 100 innerhalb von der Abdeckung 344 von der Umwelt außerhalb der Abdeckung 344 isolieren. Zum Beispiel kann die Abdeckung 344 die durch den Reagenzinjektor 100 erzeugte Wärme innerhalb der Abgrenzung oder dem Inneren der Abdeckung 344 halten, wenn die Temperatur außerhalb, in der Umgebung mit der Abdeckung 344 geringer ist als die Temperatur innerhalb der Abgrenzung durch die Abdeckung 344, wo der Reagenzinjektor angeordnet ist. In ähnlicher Weise kann die Abdeckung 344 verhindern, dass aufgeheizte Luft von außerhalb der Abdeckung 344 den Reagenzinjektor 100 auf eine Temperatur erhöht, die eine Verfestigung oder Kristallisation des Reagenz, wie beispielsweise Harnstoff, innerhalb des Reagenzinjektors 100 beschleunigt. Die Abdeckung 344 kann aus Kunststoff oder Metall, ähnlich zu dem, aus dem der Reagenzinjektor 100 gefertigt ist, sein. Die Abdeckung 344 kann ein Durchgangsloch 346 aufweisen, durch das das Einlassrohr 348 und das Auslassrohr 350 verlaufen können. Elektrische Kabel 352, 354 können ebenfalls durch das Durchgangsloch 346 verlaufen. Die Abdeckung 344 kann über einen Presssitz, Schnappverschluss oder andere Lösungen auf dem Hitzeschild 340 befestigt sein, um sicherzustellen, dass die Abdeckung 344 sicher an dem Hitzeschild 340 befestigt ist, wenn der Reagenzinjektor 100 mit dem Hitzeschild 340 an dem Abgassystem, das an einem Fahrzeug verwendet werden kann, im Einsatz ist.
  • Ein Verfahren zum Injizieren eines Reagenz in einer Gasströmung wird gemäß der vorliegenden Lehre ebenfalls bereitgestellt. 48 zeigt eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Fließwegs 169 des Reagenz durch den Reagenzinjektor 101. Wie gezeigt, tritt das flüssige Reagenz, wie ein Harnstoff, bei dem Einlassstutzen 167 in den Reagenzinjektor 101 ein, durchläuft den Fluidzeinlass 168 und fließt zwischen einem Außendurchmesser des Kernstücks 122 und der Zentralbohrung 146 des Solenoid-Spulenkörpers 144. Da das Kernstück 122 und der Solenoid-Spulenkörper 144 relativ große Flächen innerhalb des Reagenzinjektors 101 aufweisen, kann das flüssige Reagenz Wärme von diesen Komponenten absorbieren, wenn es durch den Reagenzinjektor 101 fließt. Somit wird das entlang dem Fließweg 169 fließende Reagenz während des Fließens durch den Reagenzinjektor 101 immer wärmer. Nachfolgend fließt das Reagenz weiter zwischen einem Außendurchmesser des Kragenabschnitts 126 und einem Innendurchmesser der Zentralbohrung 146 Solenoid-Spulenkörpers 144. Das Reagenz fließt dann weiter durch den Durchgang 304 des unteren Körpers, der zwischen einem Außendurchmesser und dem inneren unteren Körper 104 bestimmt ist und einem Innendurchmesser des unteren Abschnitts 102 des Injektorkörpers. Das Reagenz erreicht dann einen Ort 172, wo der innere untere Körper 104 des Reagenzinjektors 101 an den unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers des Reagenzinjektors 101 geschweißt ist. An diesem Ort fließt das Reagenz von dem Durchgang 304 des unteren Körpers in die Verteildurchgänge 308 des inneren unteren Körpers 104, die es dem Reagenz ermöglichen, in die Verteilkammer 171 zu fließen, die zwischen dem inneren unteren Körper und der Messblende108 gebildet ist. Wenn der Reagenzinjektor 101 geschlossen ist, wie etwa wenn das Solenoid nicht mit Strom versorgt wird und die Spitze des Stifts 118 gegen den Ventilsitz 120, der eine konische Fläche der Messblende 108 sein kann, gesetzt ist und mit diesem eine Dichtung bildet, kann das Fluid nicht in das Abgasrohr 19 aus der Auslassöffnung 110 gesprüht werden.
  • Wenn die magnetische Spule 180 nicht mit Strom versorgt und der Stift 118 gegen die Messblende 108 gesetzt ist, läuft das Reagenz zumindest teilweise um die Verteilkammer 171 und fließt in Bohrungen oder Löcher, welche die Verteilkammer 171 mit der Zentralbohrung 106 verbinden, welche die Zentralbohrung des inneren unteren Körpers 104 ist. Diese Zentralbohrung 106 oder Bohrung bildet einen Rückflussweg für das zurückzirkulierende Reagenz, das die zwischen den bewegten und in Kontakt stehenden Teilen innerhalb des Reagenzinjektors 101 erzeugte Wärme abführt. Der Reagenzinjektor 101 kann durch zirkulierendes Reagenz kontinuierlich gekühlt werden, selbst wenn der Reagenzinjektor 101 nicht aktiv Fluid in die Abgasströmung des Abgasrohrs 19 injiziert. Wenn die magnetische Spule 180 des Solenoids mit Strom versorgt wird, wodurch der Stift 118 von der Messblende 108 angehoben wird, fließt ein Teil des Reagenz durch die Einkerbungen 322, welche tangentiale Einkerbungen oder gekrümmte Einkerbungen sein können, und anschließend in die Drallkammer 320, die zwischen den tangentialen Einkerbungen und der Auslassöffnung 110 angeordnet ist, wie in 16 gezeigt. Es fließt nur das Volumen des Reagenz durch die Einkerbungen 322, das in das Abgasrohr 19 als Spray 313 injiziert wird.
  • Fortsetzend mit 48 fließt das Reagenz, das in die Zentralbohrung 106 um den Stift 118 geleitet wird, von dem Weg 322 um eine Umgebung der Einkerbungen 322 und in den Durchgang 312, der direkt in die Zentralbohrung 106 führt. Beim Fließen entlang der Länge der Zentralbohrung 106 kann das Fluid anschließend durch ein oder mehrere Durchgangseinkerbungen oder Löcher 109 in der Führungsplatte 107 fließen. Der Stift 118 bildet einen Abschnitt eines Umgebungsbereichs von jeder der Einkerbungen oder der Löcher 109, wenn der Stift in das zentrale Durchgangsloch der Führungsplatte 107 eingesteckt ist, wie es aus den 17 - 18 klar wird. Nachdem das Reagenz durch die Führungsplatte 107 geflossen ist, fließt es weiter und durch ein oder mehrere Durchgangslöcher 316 in dem Stiftkopf 132 und weiter in und durch die Zentralbohrung 134, wo die Feder 136 und der Federvorspanner 138 aufgenommen sind. Anschließend fließt das Reagenz in den Reagenzauslass 170 und von dem Reagenzstutzen 173.
  • Da nur das injizierte Volumen an Reagenz durch die Einkerbungen 322 fließt, kann dieselbe oder eine ähnliche Menge an Reagenz von der Auslassöffnung 110 abgegeben werden, selbst wenn das Volumen des Rückflusses durch den Reagenzauslass 170 um +/- 30% variiert. Die Desensibilisierung des ausgestoßenen Flusses gegenüber dem Rückflussvolumen ermöglicht eine einfache gebohrte Begrenzungsöffnung, die zur Steuerung des Rückflusses verwendet wird, und da kein entscheidender Abgleich der Injektoröffnung zum Rückfluss benötigt wird, ist es nicht nötig, die Begrenzungsöffnung in den Injektor selbst zu integrieren. Für auf Wasser basierende Medien, umfassend die wässrige Harnstofflösung, bei denen ein Einfrieren des Mediums bei kalten Wetterbedingungen möglich ist, wird die Begrenzungsöffnung am besten bei dem Einlass des Rückflusses in den Tank angeordnet, da hierdurch nur Luft durch die Öffnung gesaugt wird, wenn die Leitungen nach dem Abstellen des Motors von dem Fluid gereinigt werden. Dies ermöglicht einen schnelleren Reinigungszyklus, der ferner einen größeren prozentualen Anteil an Fluid in den Leitungen beseitigt, wodurch beim Starten ein schnellerer Auftauzyklus erzielt wird.
  • Wenn der Reagenzinjektor 101 einen „alternierenden Rückfluss“ (alternate return flow) durchläuft, verlässt nur ein Teil des Reagenz die Messblende 108 als Spray 313 in die Abgasströmung des Abgasrohrs 19. Der Ausgleich an Reagenz wird in den Reagenztank 12 zurückgeführt und zirkuliert erneut. In einem Beispiel kann der Reagenzinjektor 101 30 Liter pro Stunde (l/hr) an Reagenz durch den Fluidzeinlass 168 erhalten, wenn der Reagenzinjektor 101 des Reagenz in das Abgasrohr 19 injiziert. Jedoch werden tatsächlich nur 5 l/hr durch die Auslassöffnung und in die Abgasströmung im Abgasrohr 19 ausgestoßen. Der Ausgleich von 25 l/hr kann durch den Reagenzinjektor 101 zurückgeführt und den Reagenzinjektor 101 bei dem Auslassstutzen 165 als Rückfluss verlassen.
  • Unter Bezugnahme hauptsächlich auf die 18 und 48 kann in einigen Ausführungsbeispielen ein Verfahren zum Leiten eines Reagenz durch den Injektor 101 das Zuführen eines Reagenz von dem Reagenztank 12 bei dem Fluidzeinlass 168 des Reagenzinjektors 101 umfassen; das Leiten des Reagenz zu einem Polkerndurchgang 324, der zwischen einem Außendurchmesser des Kernstücks 122 und dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers und einem Innendurchmesser des elektromagnetischen Spulenkörpers 144 bestimmt ist; Leiten des Reagenz von dem Polkerndurchgang 324 zu einem Kragendurchgang 326, der zwischen einem Außendurchmesser des Kragens 126 eines inneren unteren Körpers 104 und einem Innendurchmesser des Spulenkörpers 144 bestimmt ist; Leiten des Reagenz von dem Kragendurchgang 326 zu einem Durchgang 304 des unteren Körpers, der zwischen einem Außendurchmesser des inneren unteren Körpers 104 und einem Innendurchmesser des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers des Injektors 101 bestimmt ist; und Leiten des Reagenz in einen Verteildurchgang 308, der durch den inneren unteren Körper 104 bestimmt ist. Der Verteildurchgang 308 kann den Durchgang 304 des unteren Körpers fluidmäßig mit der Verteilkammer 141, die in dem inneren unteren Körper 104 und der Messblende 108 bestimmt ist, verbinden. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren das Leiten eines ersten Teilvolumens des Reagenz von der Verteilkammer 171 zu der Ausgangsöffnung 110 in der Messblende108 und das Leiten eines zweiten Teilvolumens des Reagenz zu einem Reagenzauslass 170 des Injektors 101 umfassen.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann das Leiten eines ersten Teilvolumens des Reagenz zur Auslassöffnung 110 in der Messblende 108 umfassen: Leiten des ersten Teilvolumens des Reagenz durch eine Vielzahl von Polkerndurchgängen 324 in der Messblende 108; Bewegen des Stifts 118 und Freigeben der Öffnung 110 in der Messblende 108; Leiten des ersten Teilvolumens des Reagenz durch eine Vielzahl von Polkerndurchgängen 324 in der Messblende 108 und durch die Öffnung 110; und Leiten des ersten Teilvolumens des Reagenz durch eine Zentralbohrung oder eine durch den inneren unteren Körper 104 bestimmte Zentralbohrung 106.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann das Leiten eines zweiten Teilvolumens des Reagenz zu dem Reagenzauslass 170 oder dem Auslassstutzen 165 umfassen: Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch Durchgangseinkerbungen oder Löcher 109 (17), die in der Führungsplatte 107, durch die sich der Stift 118 erstreckt, bestimmt ist; Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch Durchgangslöcher 316 des Stiftkopfes 132, wobei der Stiftkopf 132 an einem Ende des Stifts 118 befestigt ist und diesen umgibt; Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch ein Inneres eines Spulenkörpers 144 einer magnetischen Spule 180; Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch eine Zentralbohrung 134 eines Kernstücks 132; Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz von der Verteilkammer 171 zu zumindest einem Rückflussweg312, der durch den inneren unteren Körper 104 bestimmt ist. Der Rückflussweg 312 verbindet die Verteilkammer 171 und die Zentralbohrung 134, die durch den inneren unteren Körper 104 bestimmt ist, fluidmäßig. Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz um einen Außendurchmesser des massiven Stifts 118, der innerhalb der Zentralbohrung 106, die durch den inneren unteren Körper 104 bestimmt ist, aufgenommen ist.
  • Alternativ kann in einigen Ausführungsbeispielen ein Verfahren zum Leiten des Reagenz durch einen Injektor zur Folge haben, dass ein Reagenz von dem Reagenztank 12 zu dem Fluidzeinlass 168 gepumpt wird; Leiten des Reagenz zu dem Polkerndurchgang 324, der zwischen einem Außendurchmesser des Kernstücks 122 und dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers bestimmt ist; Leiten des Reagenz von dem Polkerndurchgang 324 zu einem Kragendurchgang 326, der zwischen einem Außendurchmesser des Kragens 126 des inneren unteren Körpers 104 und einem Innendurchmesser des elektromagnetischen Spulenkörpers 144 angeordnet ist; Leiten des Reagenz vom Kragendurchgang 326 zu dem Durchgang 304 des unteren Körpers, der zwischen einem Außendurchmesser des inneren unteren Körpers 104 und einem Innendurchmesser des unteren Abschnitts 102 des Injektorkörpers des Injektors 101 angeordnet ist; Leiten des Reagenz in einen Verteildurchgang 308, der durch den inneren unteren Körper 104 bestimmt ist, wobei der Verteildurchgang 308 den Durchgang 304 des unteren Körpers und die Verteilkammer 371, die durch den inneren unteren Körper 104 und die Messblende 108 bestimmt ist, fluidmäßig verbindet; Teilen des Reagenz in ein erstes Teilvolumen und ein zweites Teilvolumen; Leiten des ersten Teilvolumens und des zweiten Teilvolumens des Reagenz in die Verteilkammer 171; Leiten des ersten Teilvolumens in gekrümmte, in der Messblende bestimmte Einkerbungen 322; Anheben des Stifts 118 von der Messblende 108; und Leiten des ersten Teilvolumens des Reagenz um eine Öffnung 110 in der Messblende 108.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann ein Verfahren ferner das Leiten des ersten Teilvolumens des Reagenz um die Öffnung 110 in der Messblende 108 und in das Abgasrohr 19 (44) und Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz von dem Reagenzauslass 170 und dem Auslassstutzen 165 und in den Reagenztank 12 umfassen.
  • Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz zu dem Reagenzauslass 170 kann ferner umfassen: Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz zum Rückflussweg 312, der in dem inneren unteren Körper 104 bestimmt ist, wobei der Rückflussweg 312 das zweite Teilvolumen von der Verteilkammer 171 zur Zentralbohrung 106, die in dem inneren unteren Körper 104 bestimmt ist, leitet; Leiten des zweiten Teilvolumens um den Außendurchmesser des massiven Stifts 118, der innerhalb der Zentralbohrung 106 aufgenommen ist; Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch Durchgangseinkerbungen oder Löcher 109 der Führungsplatte 107, durch die der massive Stift 118 hindurchtritt; und Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch Durchgangseinkerbungen oder Löcher 109 des Stiftkopfes 132, an dem der Stift 118 befestigt ist; Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch den Innendurchmesser des elektromagnetischen Spulenkörpers 144; Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch die zentrale Längsbohrung des Kernstücks 122. Das Kernstück 122 kann durch den Innendurchmesser des elektromagnetischen Spulenkörpers 144 angeordnet sein. Ein Teilvolumen des Reagenz kann durch die Feder 136, die innerhalb der zentralen Längsbohrung des Kernstücks 122 aufgenommen ist, geleitet werden.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann der Injektor 101 zur Injektion von Reagenz einen oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers, einen unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers, der an dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers befestigt sein kann, eine Halteplatte 226, die ein kreisförmiges Loch 227 (24) derart bestimmt, dass die Halteplatte 226 über das kreisförmige Loch 227 um den unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers befestigt werden kann, einen Isolator 204, der ein kreisförmiges Loch oder eine Zentralöffnung derart bestimmt, dass der Isolator um den unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers befestigt werden kann, und einen Befestigungsflansch 200`, der ein kreisförmiges Loch derart bestimmt, dass der Befestigungsflansch 200` um den Isolator 204 befestigt werden kann, verwenden. Die Halteplatte 226 kann direkt an den unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers befestigt werden. Der Isolator 204 kann direkt gegen den unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers und die Halteplatte 226 befestigt werden. Der Befestigungsflansch 200` kann direkt an dem Isolator 204 befestigt werden. Die Halteplatte 226 kann eine Vielzahl von Durchgangslöchern 231 um den Umfangsbereich 224 der Halteplatte oder den Umfangs-Ringabschnitt 224 bestimmen, und der Befestigungsflansch 200` kann eine Vielzahl von Blindlöchern 223 um eine Umfangskante des Befestigungsflansches bestimmen. Der Stift 229 mit einem ersten Stiftende und einem zweiten Stiftende kann so eingesetzt sein, dass das erste Stiftende innerhalb einem der Blindlöcher 223 des Befestigungsflansches 200` aufgenommen ist und der Stift 229 vollständig durch eines der Vielzahl der Durchgangslöcher 231 der Halteplatte 226 aufgenommen ist.
  • In einigen Ausführungsbeispielen weist die Klammer 220 ein erstes Klammerende 228 und ein zweites Klammerende 228 auf und kann in einer Ausbildung verwendet werden, dass die Klammer 220 über den Umfangsabschnitt 224 der Halteplatte und die Umfangskante oder den Ringabschnitt 222 des Befestigungsflansches befestigt ist. Der Umfangsabschnitt 224 der Halteplatte kann eine Vielzahl von Umfangskonkavitäten 225 bestimmen und eine Vielzahl von Durchgangslöchern 231 der Halteplatte 226 kann innerhalb der Umfangskonkavität 225 angeordnet sein. Der Umfangsrand des Befestigungsflansches kann eine Nut 239 (11) bestimmen. Das erste Klammerende 228 kann innerhalb der Nut 239 des Umfangs-Ringabschnitts 222 des Befestigungsflansches und das zweite Klammerende 228 kann innerhalb der Umfangskonkavität 225 des Umfangsabschnitts 224 der Befestigungsplatte aufgenommen sein. Die Klammer 220 kann C-förmig sein und das zweite Klammerende 228 kann auf dem zweiten Stiftende aufgenommen sein (42). Der Isolator 204 kann einen rohrförmigen Abschnitt mit einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser, die jeweils eine Reihe von alternierenden Vorsprüngen und Rücksprüngen aufweisen (11), aufweisen.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann ein Hitzeschild 340 auf den Befestigungsflansch 200' unter Verwendung eines Durchgangsloches in dem Hitzeschild so installiert sein, dass der Befestigungsflansch 200' durch das Durchgangsloch des Hitzeschilds 340 hervorsteht. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Hitzeschild 340 zwischen dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers und dem Abgasrohr 19 positioniert sein (44). Die Abdeckung 344 kann an dem Hitzeschild 340 derart befestigt sein, dass die Abdeckung 344 den oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers, den unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers und den Befestigungsflansch 200' umgibt.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann ein Injektor zum Injizieren von Reagenz ein zylindrisches Kernstück 122 verwenden, das ein erstes Ende des Kernstücks und ein zweites Ende des Kernstücks bestimmt (21). Das Kernstück 122 kann von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende des Kernstücks ein hohles Inneres aufweisen. Ein Federvorspanner 138 kann innerhalb der hohlen Zentralbohrung 134 und gegen einen Abschnitt des ersten Endes angeordnet sein. Die Feder 136 kann innerhalb der Zentralbohrung 134 angeordnet und an dem Federvorspanner 138 anliegend angeordnet sein. Die elektromagnetische Spule 180 kann um den Spulenkörper 144 befestigt sein und die elektromagnetische Spule 180 kann einen Außendurchmesser des zylindrischen Kernstücks 122 umgeben. In einigen Ausführungsbeispielen sind das zylindrische Kernstück 122, der Federvorspanner 138, die Feder 136 und die elektromagnetische Spule 180 nur innerhalb des Hohlraums oder der Kammer des oberen Abschnitts 102a des Injektorkörpers aufgenommen.
  • Ein zylindrischer innerer unterer Körper 104 kann innerhalb des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers aufgenommen sein und eine Zentralbohrung 106 in Längsrichtung bestimmen. Ein erstes Ende des inneren unteren Körpers kann eine erste Bohrung am ersten Ende mit einem Durchmesser bestimmen, der größer ist als der Durchmesser der Zentralbohrung in Längsrichtung. Das erste Ende des inneren unteren Körpers kann auch eine zweite Bohrung am ersten Ende bestimmen, deren Durchmesser größer ist, als die Zentralbohrung in Längsrichtung und größer als die erste Bohrung am ersten Ende. Ein zweites Ende des inneren unteren Körpers kann eine Bohrung am zweiten Ende mit einem Durchmesser bestimmen, der größer ist als die Zentralbohrung in Längsrichtung. Der Injektor 101 kann ferner einen massiven Stift 118, der innerhalb der Zentralbohrung 106 in Längsrichtung aufgenommen ist, einsetzen. Die Führungsplatte 107 kann an dem Zwischenabschnitt des Stifts 118 befestigt sein. Die Führungsplatte 107 kann innerhalb der ersten Bohrung am ersten Ende aufgenommen sein. Der Stiftkopf 132 kann ein Ende des Stifts 118 umgeben oder einen Teil des Endes des Stifts 118. Der Stiftkopf 132 kann innerhalb der zweiten Bohrung am ersten Ende aufgenommen sein und die Messblende108 kann innerhalb der Bohrung am zweiten Ende aufgenommen sein. Das zylindrische Kernstück 122, der Federvorspanner 138, die Feder 136, die elektromagnetische Spule 180, der zylindrische innere untere Körper 104, der Stift 118, die Führungsplatte 107, der Stiftkopf 132 und die Messblende 108 können Teil eines einzigen Einsatzes zum einfachen Einsetzen in den oberen Abschnitt 102 des Injektorkörpers, wie in die Zentralkammer, sein.
  • Die Führungsplatte 107 kann einen oder mehrere Durchgangseinkerbungen oder Löcher 109 für den Durchgang von Fluid bestimmen. Alternativ können die Führungsplatte 107 und der Stift 118 zusammen eine oder mehrere Durchgangseinkerbungen oder Löcher 109 zwischen sich den Durchgang von Fluid bestimmen. Der Stiftkopf 132 kann zumindest ein Durchgangsloch 316 für den Durchgang von Fluid bestimmen. Die Messblende 108 und das zweite Ende des inneren unteren Körpers können zwischen sich eine Verteilkammer 171 bestimmen. Die Messblende 108 kann eine Vielzahl von Nuten 322 für den Durchgang von Fluid zur Ausgangsöffnung 110 zu Austritt aus dem Injektor 101 bestimmen. Die Innenfläche des unteren Abschnitts 102 des Injektorkörpers und die Außenfläche des inneren unteren Körpers können einen Fluiddurchgang 304 bestimmen. Der innere untere Körper 104 kann einen Verteildurchgang 308 bestimmen, der mit dem Durchgang 304, der durch eine Innenfläche des unteren Abschnitts des Injektorkörpers und eine Außenfläche des inneren unteren Körpers (18 und 48) bestimmt ist, fluidmäßig verbunden ist. Der innere untere Körper 104 kann einen Rückflussweg 312 bestimmen, der fluidmäßig die Zentralbohrung 106 des inneren unteren Körpers und die Verteilkammer 171, die durch die Messblende 108 und das zweite Ende des inneren unteren Körpers bestimmt ist, fluidmäßig verbunden ist. Der massive Stift 118 kann innerhalb der Zentralbohrung 106 in Längsrichtung für ein Vorbeifließen des Fluids um das Äußere des massiven Stifts 118 und durch die Zentralbohrung 106 in Längsrichtung aufgenommen sein.
  • Die vorliegende Offenbarung bietet viele Vorteile. Die Injektoren 100, 101 bieten gegenüber bisherigen Injektoren eine Reduzierung deren Größe, wodurch Materialkosten reduziert werden, das Packaging verbessert und die von einem heißen Abgassystem absorbierte Wärme reduziert wird. Die Injektoren 100, 101 können auf Gewindeverbindungen verzichten und verwenden Presssitze, die selbstbefestigend sind und anschließend verschweißt werden. Die Injektoren 100, 101 verzichten gegenüber bisherigen Injektoren auf O-Ringe, insbesondere im unteren Abschnitt des Injektorkörpers und im inneren unteren Körper, wo die Wahrscheinlichkeit, hohen Temperaturen ausgesetzt zu sein, groß ist. Die Injektoren 100, 101 verbessern die Antwortzeit (Zeit zum Öffnen und Schließen) des Injektors (Anheben und Absenken des Stifts 118, wodurch jeweils die Öffnung 110 und die Messblende108 freigegeben und bedeckt werden), um höhere Leistungsbereiche zu erzielen, wodurch eine geringere Anzahl an Injektoren benötigt wird, um einen vorbestimmten Dosierungsbereich abzudecken, wodurch der Bestand verringert und der Wirkungsgrad erhöht wird. Die Injektoren 100, 101 sind hinsichtlich der Dosierungsgenauigkeit und Wiederholbarkeit verbessert, gegenüber einer Batteriespannung einer Rückflussrate oder Temperaturschwankungen des Injektorkörpers weniger anfällig. Die Injektoren 100, 101 bringen eine Neupositionierung der Fluidanschlüsse (z.B. die Position des Fluideinlasses 168 und des Fluidauslasses 170) an dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers, wodurch die Widerstandsfähigkeit gegenüber Wärmestrahlung und Wärmekonvektion von dem heißen Abgassystem 18 verbessert wird, zum Beispiel für den Fall, dass der Fluideinlass 168 und der Fluidauslass 170 aus Kunststoff oder anderem hitzeempfindlichen Material gemacht sind. Die Injektoren 100, 101 führen das kälteste Fluid, das von dem Einlassstutzen 167 kommt, durch die hitzeempfindlichsten Bauteile, wie die Solenoidspule 180, auf dem Weg des Fluids zu den Teilen des Injektors 100, 101, die am heißesten sind, wie die Messblende108, von der Wärme entnommen wird, wodurch die Betriebsfähigkeit des Injektors trotz Abgastemperaturen von ungefähr 800°C aufrechterhalten wird. Die Injektoroberflächen weisen relativ große ausgesetzte Außenflächen auf, wobei die eingeschlossenen Volumina für eine effektive Wärmeübertragung auf das innere Fluid gering sind.
  • Alle Rückflusswege des Injektors, wie die Fluiddurchgänge, durch die das Fluid nach dem Durchfließen der Verteilkammer 171 fließt, können vergleichsweise eine geringere innere Fläche aufweisen als Fluiddurchgänge, die zur Verteilkammer 171 führen, um den Wärmeübergang des aufgewärmten Fluids auf die sensiblen Bauteile zu reduzieren, wenn es sich seinen Weg zu dem Auslassstutzen 167 bahnt. Die Messblende 108 kann aus Karbid hergestellt sein, da Karbid kompatibel mit den Lötprozessen, eine große Härte und Materialzähigkeit aufweist. Karbid weist ferner den Vorteil auf, spritzfähig zu sein, so dass relativ kleine, komplexe Bauteile in Massenproduktion kosteneffektiv mit praktisch keiner Nachbearbeitung, verglichen zu Bauteilen, die aus Vergütungsstahl hergestellt sind, hergestellt werden können. Die Injektoren 100, 101 verwenden an dem Abgassystem 18 eine Befestigungseinrichtung, die aus Material ist, das für Temperaturen, wie sie während des Betriebs eines Dieselabgasnachbehandlungssystems erwartet werden, undurchdringbar ist. Ferner vertraut das System nicht auf auf Kohlenstoff basierende Dichtungen. Der Isolator 204 in einer Injektorbefestigung kann auf der „heißen“ Seite an einer Befestigungseinrichtung über ein Mittel, das über Temperaturen nahe 700°C resistent ist, wie ein Nickellot, befestigt werden. Die kühle Seite jeder Befestigung kann durch einen herkömmlichen Viton O-Ring abgedichtet werden, um einen verlässlichen Betrieb mit geringer Leckage bereitzustellen. Der Isolator 204 sollte eine geringe Porosität aufweisen, um über einen O-Ring den Isolator 204 effektiv abdichten zu können, unabhängig davon, auf welcher Seite oder Oberfläche der O-Ring angeordnet ist. Zum Beispiel kann der O-Ring 203 wie in 42 gezeigt verbaut werden, wie zwischen den Isolator 204 und den Injektorkörper, wie bei dem unteren Abschnitt 102 des Injektorkörpers oder zwischen dem Befestigungsflansch 200' und dem Isolator 204, oder zwischen der Halteplatte 226 und dem Isolator 204, wie gegen eine Unterseite der Halteplatte 226. Die Injektoren 100, 101 bieten auch einen Vorteil dahingehend, wenn der Stift 118 angehoben wird und die Öffnung 110 freigibt, dass nur das Fluid, welches die Injektoren 100, 101 durch die Öffnung 110 verlässt, dasjenige ist, das durch die Einkerbungen 322 fließt, und in Perioden ohne Injektion Bypass-Rückfluss, der um die und nicht durch die Einkerbungen 322 fließt, zurück zu den Injektoren 100, 101 geleitet wird, um die Injektorbauteile zu kühlen.
  • Die vorstehende Beschreibung wurde zum Zwecke der Illustration gegeben. Sie ist nicht erschöpfend oder die Erfindung beschränkend. Einzelne Bauteile oder Merkmale eines bestimmten Ausführungsbeispiels sind im Allgemeinen nicht auf das bestimmte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern, soweit anwendbar, austauschbar und in bestimmten Ausführungsbeispielen einsetzbar, selbst wenn dies nicht explizit gezeigt oder beschrieben ist. Identische Merkmale können auf verschiedene Arten und Weisen variiert werden. Derartige Variationen sind nicht als Abkehr von der Erfindung anzusehen, und alle derartigen Modifikationen sollen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegen.
  • Es sollte gewürdigt werden, dass die vorliegende Erfindung vorteilhafte Verfahren und eine Vorrichtung zum Injizieren einer wässrigen Harnstofflösung in eine Abgasströmung eines Dieselmotors zur Reduzierung der NOx-Emissionen bereitstellt. Beispielhafte Ausführungsformen sind bereitgestellt, so dass die Offenbarung detailliert ist und die ganze Bandbreite an den Fachmann liefert. Zahlreiche spezielle Details, wie Beispiele spezieller Komponenten, Bauteile und Verfahren werden dargelegt, um ein vollständiges Verständnis der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Für den Fachmann ist klar, dass spezifische Details nicht dargelegt werden müssen, dass beispielhafte Ausführungsformen in verschiedenen Formen umgesetzt werden können und dass dies nicht der Begrenzung des Schutzbereichs dient. In einigen beispielhaften Ausführungsformen werden bekannte Verfahren, bekannte Vorrichtungsmerkmale und bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
  • Die hierin verwendete Terminologie dient dem Zwecke, bestimmte beispielhafte Ausführungsformen zu beschreiben und nicht dazu, diese zu beschränken. Die hierin verwendeten Singularformen „ein“, „eine“ und „die/der/das“ können die Pluralformen ebenfalls umfassen, falls der Kontext nicht eindeutig das Gegenteil besagt. Die Begriffe „umfassen“, „beinhalten“ und „aufweisen“ sind integrativ und spezifizieren somit das Dasein der genannten Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen hieraus. Die Verfahrensschritte, Prozesse und Operationen, die hier beschrieben sind, sind nicht so konstruiert, dass sie notwendigerweise in der bestimmten Rangfolge wie hier beschrieben oder dargestellt, durchgeführt werden müssen, außer dass die Rangfolge speziell genannt wurde. Es versteht sich ferner, dass zusätzliche oder alternative Schritte eingesetzt werden können.
  • Wenn ein Element oder eine Lage als „auf“, „im Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „befestigt an“ ein anderes Element oder Lage bezeichnet wird, kann es unmittelbar an, in Eingriff mit, verbunden oder an dem anderen Element oder der Lage befestigt sein oder dazwischenliegende Elemente oder Lagen können vorgesehen sein. Im Gegenteil hierzu gibt es keine dazwischenliegenden Elemente oder Lagen, wenn ein Element als „unmittelbar an“, „unmittelbar in Eingriff“, „unmittelbar verbunden mit“ oder „unmittelbar befestigt an“ einem anderen Element oder Lage bezeichnet ist. Andere zur Beschreibung der Verhältnisse zwischen den Elementen verwendete Worte sollten in ein entsprechendes Verständnis übersetzt werden (z.B. „zwischen“ gegenüber „unmittelbar zwischen“, „angrenzend“ gegenüber „unmittelbar angrenzend“, etc.). Der Begriff „und/oder“, wie er hier verwendet wird, umfasst jede und alle Kombinationen der zuvor oder danach genannten Dinge.
  • Auch wenn die Begriffe „erster“, „zweiter“, „dritter“ etc. hier verwendet werden, um verschiedene Elemente, Bauteile, Bereiche, Lagen und/oder Abschnitte zu bezeichnen, sollten diese Elemente, Bauteile, Bereiche, Lagen und/oder Abschnitte nicht auf diese Begriffe beschränkt sein. Diese Begriffe können nur verwendet sein, um ein Element, Bauteil, Bereich, Lage oder Abschnitt von einem anderen Bereich, Lage oder Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie „erster“, „zweiter“ und andere Zahlenbegriffe, wie sie hier verwendet werden, implizieren keine Abfolge, es sei denn, dies ist in dem Kontext explizit genannt. Deshalb könnte ein erstes Element, Bauteil, Bereich, Lage oder Abschnitt auch als zweites Element, Bauteil, Bereich, Lage oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von der Lehre oder den beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
  • Relative räumliche Begriffe wie „innere“, „äußere“, „dazwischen“, „unter“, „unterer“, „über“, „oberer“ und dergleichen können hier zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden, um das Verhältnis eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element bzw. anderen Elementen oder Merkmalen, wie sie in den Figuren dargestellt sind, zu beschreiben. Relative räumliche Begriffe können verschiedene Orientierungen der Vorrichtung bei der Verwendung oder dem Betrieb zusätzlich zu dem in den Figuren gezeigten Orientierungen umfassen. Zum Beispiel würden Elemente, wenn die Vorrichtung in den Figuren umgedreht würde, die als „unter“ oder „unterhalb“ anderer Elemente oder Merkmale beschrieben sind, dann als „über“ den anderen Elementen oder Merkmalen sein. Somit kann der beispielhafte Begriff „unter“ eine Orientierung sowohl über als auch unter umfassen. Die Vorrichtung kann auch anders ausgerichtet sein (um 90° gedreht oder eine andere Ausrichtung) und die relativen räumlichen Kennzeichnungen entsprechend interpretiert.

Claims (52)

  1. Verfahren zum Leiten eines Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100), wobei das Verfahren umfasst: Zuführen eines Reagenz bei einem Reagenzeinlass; Leiten des Reagenz zu einem Polkerndurchgang (324), der zwischen einem Außendurchmesser des Polkerns und einem Innendurchmesser des Spulenkörpers (144) bestimmt ist; Leiten des Reagenz von dem Polkerndurchgang (324) zu einem Kragendurchgang (326), der zwischen einem Außendurchmesser eines Kragens eines inneren unteren Körpers (104) und einem Innendurchmessers des Spulenkörpers (144) bestimmt ist; Leiten des Reagenz von dem Kragendurchgang (326) zu einem Durchgang des unteren Körpers, der zwischen einem Außendurchmesser des inneren unteren Körpers (104) und einem Innendurchmesser des unteren Abschnitts des Injektors (100) bestimmt ist; Leiten des Reagenz in einen Verteildurchgang (308), der durch den inneren unteren Körper (104) bestimmt ist, wobei der Verteildurchgang (308) den Durchgang des unteren Körpers mit einer Verteilkammer (171), die durch den inneren unteren Körper (104) und eine Messblende (108) bestimmt ist, fluidmäßig verbindet; Leiten eines ersten Teilvolumens des Reagenz zu einer Öffnung in der Messblende (108); und Leiten eines zweiten Teilvolumens des Reagenz zu einem Reagenzauslass (170).
  2. Verfahren zum Leiten des Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Leiten eines ersten Teilvolumens des Reagenz zu einer Öffnung in der Messblende (108) ferner umfasst: Leiten des ersten Teilvolumens des Reagenz durch eine Vielzahl von Einkerbungen in der Messblende (108).
  3. Verfahren zum Leiten des Reagenz durch einen Injektor (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Leiten eines ersten Teilvolumens des Reagenz zu einer Öffnung in der Messblende (108) ferner umfasst: Bewegen eines Stifts (118) und Freigeben der Öffnung in der Messblende (108); und Leiten des ersten Teilvolumens des Reagenz durch eine Vielzahl von Einkerbungen in der Messblende (108) und durch die Öffnung.
  4. Verfahren zum Leiten des Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz zu einem Reagenzauslass (170) ferner umfasst: Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz zu einer Zentralbohrung, die durch den inneren unteren Körper bestimmt ist.
  5. Verfahren zum Leiten des Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Leiten eines zweiten Teilvolumens des Reagenz zu einem Reagenzauslass (170) ferner umfasst: Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch Durchgangslöcher, die in einer Führungsplatte (107) bestimmt sind, durch die sich ein Stift erstreckt.
  6. Verfahren zum Leiten eines Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz zu einem Reagenzauslass (170) ferner umfasst: Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch Durchgangslöcher eines Stiftkopfes, wobei der Stiftkopf an einem Ende des Stifts (118) befestigt ist und dieses umgibt.
  7. Verfahren zum Leiten des Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Leiten eines zweiten Teilvolumens des Reagenz zu einem Reagenzauslass (170) ferner umfasst: Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch ein Inneres eines Spulenkörpers (144) einer magnetischen Spule.
  8. Verfahren zum Leiten eines Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz zu einem Reagenzauslass (170) ferner umfasst: Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch eine Zentralbohrung des Kernstücks.
  9. Verfahren zum Leiten eines Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz zu einem Reagenzauslass (170) ferner umfasst: Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz von der Verteilkammer (171) zu zumindest einem Rückflussweg, der durch den inneren unteren Körper bestimmt ist, wobei der Rückflussweg die Verteilkammer (171) und eine Zentralbohrung, die durch den inneren unteren Körper bestimmt ist, fluidmäßig verbindet.
  10. Verfahren zum Leiten des Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Leiten eines zweiten Teilvolumens des Reagenz zu dem Reagenzauslass (170) ferner umfasst: Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz um einen Außendurchmesser eines massiven Stifts, der innerhalb der Zentralbohrung, die durch den inneren unteren Körper (104) bestimmt ist, aufgenommen ist.
  11. Verfahren zum Leiten eines Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Leiten eines ersten Teilvolumens des Reagenz zu einer Öffnung in der Messblende (108) ferner umfasst: Leiten des ersten Teilvolumens des Reagenz durch eine Vielzahl von Einkerbungen, die in einem Messblendenhalter (112) bestimmt sind.
  12. Verfahren zum Leiten des Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100) gemäß Anspruch 11, wobei der Messblendenhalter (112) und die Messblende physikalisch getrennte Teile sind.
  13. Verfahren zum Leiten des Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Leiten eines zweiten Teilvolumens des Reagenz zu einem Reagenzauslass (170) ferner umfasst: Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz in der Verteilkammer (171) zu zumindest einem Rückflussweg, der durch einen Messblendenhalter (112) bestimmt ist, wobei der Rückflussweg die Verteilkammer (171) und eine in dem inneren unteren Körper bestimmte Zentralbohrung fluidmäßig verbindet.
  14. Verfahren zum Leiten eines Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100), wobei das Verfahren umfasst: Pumpen eines Reagenz von einem Reagenztank zu einem Injektor-Reagenzeinlass; Leiten des Reagenz zu einem Polkerndurchgang (324), der zwischen einem Außendurchmesser eines Polkerns und einem Innendurchmesser eines oberen Abschnitts des Injektors (100) bestimmt ist; Leiten des Reagenz von dem Polkerndurchgang (324) zu einem Kragendurchgang (326), der zwischen einem Außendurchmesser eines Kragens eines inneren unteren Körpers (104) und einem Innendurchmesser des elektromagnetischen Spulenkörpers (144) angeordnet ist; Leiten des Reagenz von dem Kragendurchgang (326) zu einem Durchgang des unteren Körpers, der zwischen einem Außendurchmesser des inneren unteren Körpers (104) und einem Innendurchmesser des unteren Abschnitts des Injektors (100) angeordnet ist; Leiten des Reagenz in einen Verteildurchgang (308), der durch den inneren unteren Körper bestimmt ist, wobei der Verteildurchgang (308) den Durchgang am unteren Körper und eine Verteilkammer (171), die durch den inneren unteren Körper und eine Messblende (108) bestimmt ist, fluidmäßig verbindet; Teilen des Reagenz in ein erstes Teilvolumen und ein zweites Teilvolumen; Leiten des ersten Teilvolumens und des zweiten Teilvolumens des Reagenz in die Verteilkammer (171); Leiten des ersten Teilvolumens in gekrümmte Einkerbungen, die in der Messblende (108) bestimmt sind; Anheben eines Stifts (118) von der Messblende (108); und Leiten des ersten Teilvolumens des Reagenz um eine Öffnung in der Messblende (108).
  15. Verfahren zum Leiten eines Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100) gemäß Anspruch 14, wobei das Verfahren umfasst: Leiten des ersten Teilvolumens des Reagenz von der Umgebung der Öffnung in der Messblende (108) und in ein Abgasrohr.
  16. Verfahren zum Leiten eines Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100) gemäß Anspruch 14, wobei das Verfahren ferner umfasst: Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz zu einem Reagenzauslass (170).
  17. Verfahren zum Leiten eines Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100) gemäß Anspruch 16, wobei das Verfahren ferner umfasst: Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz von einem Reagenzauslass (170) zu dem Reagenztank.
  18. Verfahren zum Leiten des Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100) gemäß Anspruch 16, wobei das Leiten eines zweiten Teilvolumens des Reagenz zu einem Reagenzauslass (170) ferner umfasst: Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz zu einem Rückflussweg, der in dem inneren unteren Körper bestimmt ist, wobei der Rückflusswegdas zweite Teilvolumen von der Verteilkammer (171) zu einer Zentralbohrung, die durch den inneren unteren Körper bestimmt ist, leitet.
  19. Verfahren zum Leiten des Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100) gemäß Anspruch 16, wobei das Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz zu einem Reagenzauslass (170) ferner umfasst: Leiten des zweiten Teilvolumens um einen Außendurchmesser eines massiven Stifts (118), der innerhalb der Zentralbohrung aufgenommen ist.
  20. Verfahren zum Leiten des Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100) gemäß Anspruch 16, wobei das Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz zu einem Reagenzauslass (170) ferner umfasst: Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch Durchgangslöcher einer Führungsplatte (107), durch die sich der massive Stift erstreckt; und Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch Durchgangslöcher des Stiftkopfes, an dem ein Stift befestigt ist.
  21. Verfahren zum Leiten eines Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100) gemäß Anspruch 16, wobei das Leiten eines zweiten Teilvolumens des Reagenz zu einem Reagenzauslass (170) ferner umfasst: Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch den Innendurchmesser des elektromagnetischen Spulenkörper.
  22. Verfahren zum Leiten des Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100) gemäß Anspruch 16, wobei das Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz zu einem Reagenzauslass (170) ferner umfasst: Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch eine Zentralbohrung eines Polkerns, wobei der Polkern durch den Innendurchmesser des elektromagnetischen Spulenkörpers (144) angeordnet ist.
  23. Verfahren zum Leiten des Reagenz durch einen zerstäubenden Injektor (100) gemäß Anspruch 16, wobei das Leiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz zu einem Reagenzauslass (170) ferner umfasst: Leiten eines Teilvolumens des Reagenz durch eine Feder, die innerhalb einer Zentralbohrung eines Kernstücks aufgenommen ist.
  24. Injektor (100) zum Injizieren eines Reagenz, wobei der Injektor (100) umfasst: einen oberen Injektorkörper; einen unteren Injektorkörper, der an dem oberen Injektorkörper befestigt ist; eine Halteplatte, die ein kreisförmiges Loch bestimmt, wobei die Halteplatte (226) um den unteren Injektorkörper durch das kreisförmige Loch gesichert ist; einen Isolator, der ein kreisförmiges Loch bestimmt, wobei der Isolator um den unteren Injektorkörper gesichert ist; und einen Befestigungsflansch, der ein kreisförmiges Loch bestimmt, wobei der Befestigungsflansch um den Isolator gesichert ist.
  25. Injektor nach Anspruch 24, wobei die Halteplatte (226) unmittelbar gegen den unteren Injektorkörper gesichert ist.
  26. Injektor nach Anspruch 24, wobei der Isolator unmittelbar gegen den unteren Injektorkörper und die Halteplatte (226) gesichert ist.
  27. Injektor nach Anspruch 24, wobei der Befestigungsflansch unmittelbar gegen den Isolator gesichert ist.
  28. Injektor nach Anspruch 24, wobei die Halteplatte (226) eine Vielzahl von Durchgangslöchern um einen Umfangsrand der Halteplatte (226) bestimmt und der Befestigungsflansch eine Vielzahl von Blindlöchern um einen Umfangsrand des Befestigungsflansches bestimmt.
  29. Injektor nach Anspruch 28, ferner umfassend: einen Stift (118) mit einem ersten Stiftende und einem zweiten Stiftende, wobei das erste Stiftende innerhalb eines der Blindlöcher des Befestigungsflansches aufgenommen ist und der Stift (118) vollständig durch eines der Vielzahl der Durchgangslöcher der Halteplatte (226) aufgenommen ist.
  30. Injektor nach Anspruch 29 ferner umfassend: eine Klammer mit einem ersten Klammerende und einem zweiten Klammerende, wobei die Klammer über dem Umfangsrand der Halteplatte (226) und dem Umfangsrand des Befestigungsflansches gesichert ist.
  31. Injektor nach Anspruch 30, wobei der Umfangsrand der Halteplatte (226) eine Vielzahl von Umfangskonkavitäten bestimmt und die Vielzahl der Durchgangslöcher der Halteplatte (226) innerhalb der Umfangskonkavitäten angeordnet ist.
  32. Injektor nach Anspruch 31, wobei der Umfangsrand des Befestigungsflansches eine Nut bestimmt.
  33. Injektor nach Anspruch 32, wobei das erste Klammerende innerhalb der Nut des Umfangsrands des Befestigungsflansches aufgenommen ist und das zweite Klammerende innerhalb der Umfangskonkavität des Umfangsrands der Halteplatte (226) aufgenommen ist.
  34. Injektor nach Anspruch 30, wobei die Klammer C-förmig ist und das zweite Klammerende auf dem zweiten Stiftende aufgenommen ist.
  35. Injektor nach Anspruch 33, wobei der Isolator einen Rohrabschnitt mit einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser bestimmt, die jeweils eine Reihe alternierender Vorsprünge und Rücksprünge aufweisen.
  36. Injektor nach Anspruch 24 ferner umfassend: ein Hitzeschild (340), welches ein Durchgangsloch bestimmt, wobei der Befestigungsflansch durch das Durchgangsloch des Hitzeschilds (340) herausragt.
  37. Injektor nach Anspruch 36, wobei das Hitzeschild (340) zwischen dem oberen Injektorkörper und einem Abgasrohr positioniert ist.
  38. Injektor nach Anspruch 37 ferner umfassend: eine an dem Hitzeschild (340) befestigte Abdeckung, wobei die Abdeckung den oberen Injektorkörper, den unteren Injektorkörper und den Befestigungsflansch abdeckt.
  39. Injektor zum Injizieren eines Reagenz, wobei der Injektor umfasst: einen zylindrischen Polkern, der ein erstes Polkernende, ein zweites Polkernende und ein hohles Inneres von dem ersten Polkernende zu dem zweiten Polkernende bestimmt; einen Federvorspanner, der innerhalb dem hohlen Inneren und gegen einen Abschnitt des ersten Endes angeordnet ist; eine Feder, die innerhalb des hohlen Inneren angeordnet ist, wobei die Feder an dem Federvorspanner anliegt; und eine elektromagnetische Spule, die um einen Spulenkörper gesichert ist, wobei die elektromagnetische Spule einen Außendurchmesser des zylindrischen Polkerns umgibt, wobei der zylindrische Polkern, der Federvorspanner, die Feder und die elektromagnetische Spule nur innerhalb des oberen Injektorkörpers angeordnet sind.
  40. Injektor nach Anspruch 39, ferner umfassend: einen zylindrischen inneren unteren Körper, der eine Zentralbohrung in Längsrichtung bestimmt; ein erstes Ende des inneren unteren Körpers, das eine erste Bohrung am ersten Ende mit einem Durchmesser definiert, der größer ist als ein Durchmesser der Zentralbohrung in Längsrichtung, wobei das erste Ende des inneren unteren Körpers (104)auch eine zweite Bohrung am ersten Ende bestimmt, die einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der Zentralbohrung in Längsrichtung und größer ist als die erste Bohrung am ersten Ende; und ein zweites Ende am inneren unteren Körper, das eine Bohrung am zweiten Ende mit einem Durchmesser bestimmt, der größer ist als die Zentralbohrung in Längsrichtung.
  41. Injektor nach Anspruch 40 ferner umfassend: einen massiven Stift, der innerhalb der Zentralbohrung in Längsrichtung aufgenommen ist; eine Führungsplatte (107), die an einem Zwischenabschnitt des Stifts (118) befestigt ist, wobei die Führungsplatte (107) innerhalb der ersten Bohrung am ersten Ende aufgenommen ist; einen Stiftkopf, der ein Ende des Stifts (118) umgibt, wobei der Stiftkopf innerhalb der zweiten Bohrung am ersten Ende aufgenommen ist, und eine Messblende (108), die innerhalb der Bohrung am zweiten Ende aufgenommen ist.
  42. Injektor nach Anspruch 41, wobei der zylindrische Polkern, der Federvorspanner, die Feder, die elektromagnetische Spule, der zylindrische innere untere Körper, der Stift (118), die Führungsplatte (107), der Stiftkopf und die Messblende (108) Teil eines einzigen Einsatzes sind.
  43. Injektor nach Anspruch 42 ferner umfassend: einen oberen Abschnitt des Injektorkörpers (102), der eine Kammer bestimmt, worin der einzige Einsatz eingesetzt wird und innerhalb der Kammer aufgenommen ist.
  44. Injektor nach Anspruch 41, wobei die Führungsplatte (107) zumindest ein Durchgangsloch für den Durchgang von Fluid bestimmt.
  45. Injektor nach Anspruch 41, wobei die Führungsplatte (107) und der Stift (118) zwischen sich zumindest ein Durchgangsloch für den Durchgang von Fluid bestimmen.
  46. Injektor nach Anspruch 41, wobei der Stiftkopf zumindest ein Durchgangsloch für den Durchgang von Fluid bestimmt.
  47. Injektor nach Anspruch 41, wobei die Messblende (108) und das zweite Ende des inneren unteren Körpers (104) zwischen sich eine Kammer bestimmen.
  48. Injektor nach Anspruch 41, wobei die Messblende (108) eine Vielzahl von Nuten für den Durchgang von Fluid bestimmt.
  49. Injektor nach Anspruch 45 ferner umfassend: einen unteren Abschnitt des Injektorkörpers (102), wobei eine Innenfläche des unteren Abschnitts des Injektorkörpers (102) und eine Außenfläche des inneren unteren Körpers (104) einen Fließweg bestimmen.
  50. Injektor nach Anspruch 49, wobei der innere untere Körper einen Verteildurchgang (308) bestimmt, der fluidmäßig mit dem Fließweg, der durch eine Innenfläche des unteren Abschnitts des Injektorkörpers (102) und eine Außenfläche des inneren unteren Körpers (104) bestimmt ist, verbunden ist.
  51. Injektor nach Anspruch 47, wobei der innere untere Körper einen Rückflussweg bestimmt, der die Zentralbohrung des inneren unteren Körpers (104) und die durch die Messblende (108) und das zweite Ende des inneren unteren Körpers (104) bestimmte Kammer fluidmäßig verbindet.
  52. Injektor nach Anspruch 51, wobei der massive Stift innerhalb der Zentralbohrung in Längsrichtung für den Durchgang von Fluid um den massiven Stift aufgenommen ist.
DE112011100504.0T 2010-02-10 2011-02-09 Injektor mit Drallfluss unter Druck mit reduzierter Fließvariabilität und Rückfluss Active DE112011100504B4 (de)

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PCT/US2011/024208 WO2011100337A2 (en) 2010-02-10 2011-02-09 Pressure swirl flow injector with reduced flow variability and return flow

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