DE112012002573T5

DE112012002573T5 - Druck-Wirbelstrom-Injektor mit verminderter Strömungsänderung und Rücklauf

Info

Publication number: DE112012002573T5
Application number: DE112012002573.3T
Authority: DE
Inventors: Matthew L. Roessle; Thomas P. Mallin; Rick Simpson; Stephen Thomas; Keith Olivier; John Lowry
Original assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Current assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2012-06-05
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-06-06
Also published as: KR101900406B1; BR112013029195A2; CN103502596B; WO2012177381A3; DE112012002573B4; WO2012177381A2; KR20140034247A; US20110266370A1; US8740113B2; JP2014517219A; JP6097746B2; CN103502596A

Abstract

Ein Reagenz-Injektor mit einem auswechselbaren Einsatz weist einen Körper mit einem Reagenz-Einlass, -Auslass und einer Wirbelkammer auf, welche eine Austrittsöffnung aufweist, die mittels einer massiven beweglichen Nadel geschlossen und geöffnet werden kann. Das Reagenz fließt durch den Injektor, wenn die Austrittsöffnung geschlossen und frei ist, um den Injektor zu kühlen. Ein Isolierteil kann vorgesehen sein zwischen dem Injektorkörper und einem Befestigungsflansch, der an dem Abgassystem befestigbar ist. Ein Strömungsweg stellt die Kühlung eines elektromagnetischen Betätigers sicher. Das Reagenz kann an einer Öffnungswirbelkammer vorbeifließen, wenn die Nadel die Austrittsöffnung blockiert. Fluid kann zwischen einem Außendurchmesser eines Schaft-Teils und einem Innendurchmesser eines elektromagnetischen Betätigers fließen, durch eine Loch-Kammer und zurück durch eine Zentralbohrung, die eine massive Nadel aufnimmt, um welche herum Fluid strömen kann. Verschiedene innere Injektorkörper-Passagen können Fluid in eine Öffnungs-Verteilkammer und aus dieser heraus zur massiven Nadel leiten.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US amerikanischen Patentanmeldung 13/164,976, angemeldet am 21. Juni 2011, die eine Continuation in Part der US Patentanmeldung Nr. 13/023,870 vom 9. Februar 2011 ist, welche die Rechte aus der US amerikanischen Provisional Application Nr. 61/303,146, angemeldet am 10. Februar 2010, beansprucht. Die vollständige Offenbarung jeder der oben genannten Anmeldungen wird hiermit einbezogen.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Einspritzsysteme und, insbesondere auf ein Injektorsystem zum Einspritzen eines Reagenz, beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung in einen Abgasstrom, um Stickoxidausstoß (NOx) aus einem Dieselmotorabgas zu reduzieren.
Hintergrund
In diesem Abschnitt werden Hintergrundinformationen bereitgestellt, die sich auf die vorliegende Offenbarung beziehen, aber nicht notwendigerweise Stand der Technik sind. Magergemischmotoren stellen eine verbesserte Treibstoffeffizienz dadurch bereit, dass sie mit einem Überschuss von Sauerstoff arbeiten, d. h. eine Menge von Sauerstoff, die größer ist als der Betrag, der notwendig ist, um eine vollständige Verbrennung des verfügbaren Treibstoffs durchzuführen. Derartige Motoren arbeiten „mager” oder mit einer „Magermischung”. Diese verbesserte oder Zunahme der Treibstoffwirtschaftlichkeit, im Gegensatz zu Nicht-Magermotorenverbrennung, wird jedoch aufgewogen durch unerwünschte Verschmutzungsemissionen, insbesondere in Form von Stickoxid (NOx).
Ein Verfahren, das angewandt wird, um Stickoxide aus Magergemisch-Verbrennungskraftmaschinen zu reduzieren, ist als selektive katalytische Reduktion (SCR) bekannt. Wenn beispielsweise SCR angewandt wird, um Stickoxidemissionen aus einer Dieselmaschine zu reduzieren, erfordert das Einspritzen von atomisierten Reagenz in den Abgasstrom des Motors im Verhältnis zu einem oder mehreren ausgewählten Motorbetriebsparametern, beispielsweise die Abgastemperatur, die Motordrehzahl oder die Motorlast, gemessen mittels Motortreibstoffströmung, Turboladedruck oder Massenfluss des Stickoxidabgases. Die Mischung aus Abgas und Reagenz wird durch einen Reaktor geleitet, der ein Katalyt enthält, beispielsweise aktivierten Kohlenstoff oder Metalle, wie beispielsweise Platinium, Palladium oder Wolfram, die alle in der Lage sind, die Stickoxidkonzentration in Gegenwart des Reagenz zu reduzieren.
Es ist bekannt, dass wässrige Harnstofflösung ein wirksames Reagenz in SCR-Systemen für Dieselmotoren darstellt. Jedoch geht die Verwendung solcher wässriger Harnstofflösungen mit vielen Nachteilen einher. Harnstoff ist hoch korrosiv und kann mechanische Komponenten des SCR-Systems, wie beispielsweise Injektor, die dazu verwendet werden, die Harnstoffmischung in den Abgasstrom einzuspritzen, nachteilig schädigen. Auch kann Harnstoff sich verfestigen, wenn es längere Zeit hohen Temperaturen ausgesetzt ist, beispielsweise solchen Temperaturen, wie sie im Dieselabgassystem auftreten. Verfestigter Harnstoff sammelt sich in den schmalen Passagen und Austrittsöffnungen, die üblicherweise in den Injektoren zu finden sind. Verfestigter Harnstoff kann eine Verschmutzung von beweglichen Teilen des Injektors verursachen und Öffnungen und Harnstoff-Strömungskanäle verstopfen, wodurch der Injektor unbrauchbar wird.
Hinzu kommt, dass dann, wenn die Harnstoffmischung nicht fein genug atomisiert ist, sich Harnstoffablagerungen in dem katalytischen Reaktor bilden können, die die Aktion des Katalysators verhindern und dabei die Wirksamkeit des SCR-Systems vermindern. Hohe Einspritzdrücke sind ein Weg, das Problem der ungenügenden Atomisierung der Harnstoffmischung zu verringern. Jedoch führen hohe Einspritzdrücke oft zu einem Über-Eindringen des Einspritznebelschwadens in den Abgasstrom, was dazu führt, dass der Schwaden auf die Innenfläche des Abgasrohrs gegenüber dem Injektor aufprallt. Die zu hohe Tiefenwirkung führt auch zu einer ineffizienten Verwendung der Harnstoffmischung und vermindert den Bereich, über welchen das Fahrzeug mit vermindertem Stickoxidausstoß operiert. Es kann nur eine begrenzte Menge von wässrigem Harnstoff in einem Fahrzeug mitgeführt werden, und das was mitgeführt wird, sollte effizient genützt werden, um die Reichweite des Fahrzeugs zu maximieren und die Notwendigkeit zum häufigen Nachfüllen des Reagenz zu reduzieren.
Hinzu kommt, dass wässriger Harnstoff ein schlechter Schmierstoff ist. Diese Eigenschaft schädigt die beweglichen Teile des Injektors und erfordert, dass enge und kleine Passungen, Spalten und Toleranzen zwischen benachbarten oder sich relativ zueinander beweglichen Teilen in dem Injektor ausgebildet werden. Wässriger Harnstoff hat auch eine hohe Neigung zur Leckage. Diese Charakteristik hat schädlichen Einfluss auf zusammenwirkende Oberflächen und erfordert eine verbesserte Abdichtung an vielen Stellen.
Es wäre vorteilhaft, Verfahren und Apparate zum Einspritzen einer wässrigen Harnstofflösung in das Abgassystem einer Magergemisch-Brennkraftmaschine bereitzustellen, damit die Hitze und Betriebskonsistenz mehr verlässlich gemanagt werden kann. Es wäre des Weiteren vorteilhaft, ein verbessertes Kühl- und/oder Wärmemanagement für den Injektor bereitzustellen, um zu verhindern, dass der Harnstoff sich verfestigt und um das Leben der Injektorkomponenten zu verlängern. Es wäre vorteilhaft, den Wärmeübergang von der Auspuffleitung zum Injektor zu verringern, um die Ausbildung von inneren Harnstoffablagerungen im Injektor zu vermeiden oder zu verringern. Es wäre des weiteren vorteilhaft, den Wärmeübergang von dem heißen Abgas zur Injektor-Austrittsöffnung zu minimieren, um zu verhindern, dass Ruß und Harnstoff zur relativ kühlen Injektor-Austrittsöffnung angezogen wird. Schließlich wäre es noch aus ökonomischen und aus Umweltschutzgründen vorteilhaft, einen Injektor bereitzustellen, der nicht leckt.
Die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen stellen die oben dargelegten und weitere Vorteile zur Verfügung.
Zusammenfassung
Dieser Abschnitt ist eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung der Erfindung, es ist jedoch keine umfassende Offenbarung ihres vollständigen Schutzumfangs oder ihrer Merkmale.
In einigen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Einspritzen von Reagenz durch einen Injektor folgendes umfassen: Empfangen eines Reagenz von einem Reagenztank an einem Reagenzeinlass eines Reagenz-Injektors; Weiterleiten des Reagenz zu einem Schaft-Teil-Durchfluss, der zwischen einem Außendurchmesser eines Schaft-Teils und einem Innendurchmessers eines elektromagnetischen Spulenkörpers definiert ist; Weiterleiten des Reagenz von dem Schaft-Teil-Durchfluss zu einem Ringkanal, der zwischen einem Außendurchmesser eines Rings eines inneren unteren Körpers und dem Innendurchmesser der Spule definiert ist; Weiterleiten des Reagenz von dem Ringkanal zu einem „lower body”-Kanal, der zwischen einem Außendurchmesser des inneren unteren Körpers und einem Innendurchmesser eines unteren Abschnitts des Injektors definiert ist; und Weiterleiten des Reagenz in einen Verteilerkanal, der in dem inneren unteren Körper ausgebildet ist. Der Verteilerkanal kann den unterer-Körper-Kanal mit einer Verteilerkammer strömungsverbinden, welche durch den inneren-unteren-Körper und einer Lochplatte definiert ist. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren beinhalten, von der Verteilerkammer ein erstes Teilvolumen des Reagenz zu einer Öffnung in der Lochplatte und ein zweites Teilvolumen des Reagenz zu einem Reagenzauslass des Injektors zu leiten.
In einigen Ausführungsformen kann das Weiterleiten eines ersten Teilvolumens des Reagenz zu einer Öffnung in der Lochplatte folgendes beinhalten: Weiterleiten des ersten Teilvolumens des Reagenz durch eine Vielzahl von Schlitzen in der Lochplatte; Bewegen einer Nadel und Freisetzen der Öffnung in der Lochplatte; Weiterleiten des ersten Teilvolumens des Reagenz durch eine Vielzahl von Schlitzen in der Lochplatte und durch die Öffnung; und Weiterleiten des ersten Teilvolumens des Reagenz zu einer Zentralbohrung, die in dem inneren unteren Körper ausgebildet ist.
In einigen Ausführungsbeispielen kann das Weiterleiten eines zweiten Teilvolumens des Reagenz zu einem Reagenzausgang folgendes einschließen: Weiterleiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch Durchgangsbohrungen, die in einer Führungsplatte definiert sind, durch welche eine Nadel hindurchfährt; Weiterleiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch Durchgangsbohrungen in einem Nadelkopf, wobei der Nadelkopf an einem Ende der Nadel angeordnet ist und dieses umgibt; Weiterleiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch das Innere einer Spule einer Magnetwicklung; Weiterleiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch eine Zentralbohrung eines Schaft-Teils; Weiterleiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz von einer Verteilerkammer zu zumindest einer Rückströmpassage, die durch den inneren unteren Körper, in welchem die Rückströmpassage strömungsverbunden ist mit der Verteilerkammer und einer zentralen Bohrung, die durch den inneren unteren Körper definiert ist. Weiterleiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz um den Außendurchmesser einer massiven Nadel, die in einer Zentralbohrung sitzt, die in dem inneren unteren Körper ausgebildet ist.
In einigen Beispielen kann ein Injektor zum Einspritzen von Reagenz einen oberen Injektorkörper, einen unteren Injektorkörper, der an dem oberen Injektorkörper befestigt ist, eine Halteplatte, die ein kreisförmiges Loch dergestalt aufweist, dass die Halteplatte um den unteren Injektorkörper mittels des kreisförmigen Lochs gehalten werden kann, einen Isolator, der ein kreisförmiges Öffnung dergestalt aufweist, dass der Isolator um den unteren Injektorkörper befestigt werden kann, und einen Befestigungsflansch, der eine kreisförmige Öffnung dergestalt aufweist, dass der Befestigungsflansch um den Isolator herum befestigt werden kann. Die Halteplatte kann unmittelbar am unteren Injektorkörper festgelegt sein. Der Isolator kann unmittelbar andern unteren Injektorkörper und der Halteplatte festgelegt sein. Der Befestigungsflansch kann unmittelbar an dem Isolator festgelegt sein. Die Halteplatte kann eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen aufweisen, die an einem Umfangsrand der Halteplatte ausgebildet sind und der Befestigungsflansch kann eine Vielzahl von Blindbohrungen oder Sackbohrungen aufweisen, die an einem Umfangsrand des Befestigungsflansches ausgebildet sind. Ein Stift mit einem ersten Stiftende und einem zweiten Stiftende kann dergestalt verwendet werden, dass das erste Stiftende in einer der Blindbohrungen des Befestigungsflansches aufgenommen ist, wobei der Stift vollständig von einer der Bohrungen aus der Vielzahl der Bohrungen in der Halteplatte aufgenommen ist.
In einigen Ausführungsformen kann ein Klipp, der ein erstes Klippende und ein zweites Klippende besitzt, dergestalt verwendet werden, dass der Klipp über den Umfangsrand der Halteplatte und den Umfangsrand des Befestigungsflansches festgelegt ist. Der Umfangsrand der Halteplatte kann eine Vielzahl von Umfangs-Konkavitäten definieren und die Vielzahl Durchgangslöcher in der Halteplatte können in der Umfangs-Konkavität angeordnet sein. Die Randkante des Befestigungsflanschs kann eine Nut definieren. Das erste Klippende kann in der Nut des Umfangsrands des Befestigungsflansches und das zweite Klippende kann in der Umfangs-Konkavität des Umfangsrands der Halteplatte eingesetzt sein. Der Klipp kann eine C-Form besitzen und das zweite Klippende kann auf dem zweiten Stiftende aufsitzen. Der Isolator kann einen rohrförmigen Abschnitt mit einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser definieren, die jeweils eine Reihe von alternierenden Vorsprüngen und Ausnehmungen besitzen.
In einigen Ausführungsformen kann ein Hitzeschild auf dem Befestigungsflansch installiert sein und einen Durchgang in dem Hitzeschild verwenden, dergestalt, dass der Befestigungsflansch durch das Durchgangsloch in dem Hitzeschild hindurch ragt. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Hitzeschild zwischen einem oberen Injektorkörper und einem Abgasrohr angeordnet sein. Eine Abdeckung kann an dem Hitzeschild dergestalt befestigt sein, dass die Abdeckung den oberen Injektorkörper, den unteren Injektorkörper und den Befestigungsflansch umringt.
In einigen Ausführungsformen kann ein Injektor zum Einspritzen von Reagenz ein zylindrisches Schaft-Teil aufweisen, an dem ein erstes Schaftende und ein zweites Schaftende ausgebildet sind. Das Schaft-Teil kann einen hohles Innenraum besitzen, der sich von dem ersten Ende des Schaft-Teils zu dem zweiten Ende des Schaft-Teils erstreckt. Ein Federvorspanner kann in dem hohlen Innenraum angeordnet sein und gegen einen Abschnitt des ersten Endes gehalten sein. Eine Feder kann in dem hohlen Innenraum angeordnet sein und gegen den Federvorspanner drücken. Eine elektromagnetische Wicklung kann um eine Spule angeordnet sein und die elektromagnetische Wicklung kann ihrerseits den Außendurchmesser des zylindrischen Schaft-Teils umgeben. In einigen Ausführungsformen sind das zylindrische Schaft-Teil, der Federvorspanner, die Feder und die elektromagnetische Wicklung nur in einer Ausnehmung oder Kammer des oberen Injektorkörpers angeordnet.
Ein zylindrischer innerer unterer Körper kann in dem unteren Injektorkörper aufgenommen sein und eine sich in Längsrichtung erstreckende Zentralbohrung definieren. Ein erstes Ende des inneren unteren Körpers kann eine erste Endbohrung definieren, die einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der sich in Längsrichtung erstreckenden zentralen Bohrung. Das erste Ende des inneren unteren Körpers kann auch eine zweite Bohrung am ersten Ende definieren, deren Durchmesser größer ist als die sich in Längsrichtung erstreckende zentrale Bohrung und weiter als die erste Bohrung im ersten Ende. Ein zweites Ende am inneren unteren Körper kann eine zweite Endbohrung definieren, mit einem Durchmesser, der größer ist als die sich in Längsrichtung erstreckende zentrale Bohrung. Der Injektor kann des Weiteren eine massive Nadel aufweisen, die in der sich in Längsrichtung erstreckenden zentralen Bohrung aufgenommen ist. Eine Führungsplatte kann an einem Zwischenabschnitt der Nadel angeordnet sein. Die Führungsplatte kann in der ersten Bohrung des ersten Endes aufgenommen sein. Ein Nadelkopf kann am Ende der Nadel einen Teil des Endes der Nadel umgeben. Der Nadelkopf kann in der zweiten Bohrung des ersten Endes aufgenommen sein; eine Lochplatte ist innerhalb der zweiten Endbohrung aufgenommen. Das zylindrische Schaft-Teil, der Federvorspanner, die Feder, die elektromagnetische Wicklung, der zylindrische innere untere Körper, die Nadel, die Führungsplatte, der Nadelkopf und die Lochplatte können Bestandteil eines Einzel-Einsatzes sein.
In einigen Ausführungsformen kann ein Injektorkörper-unterer-Abschnitt eine Kammer definieren, in welcher der Einzel-Einsatz oder ein Teil des Einzel-Einsatzes eingesetzt und darin aufgenommen sein kann. Die Führungsplatte kann eine oder mehrere Durchgangsbohrungen für den Durchgang von Fluid definieren. Alternativ hierzu kann die Führungsplatte und die Nadel gemeinsam ein oder mehrere Bohrungen zwischen sich zum Durchgang von Fluid ausbilden. Der Nadelkopf kann zumindest eine Durchgangs-Öffnung für den Durchgang von Fluid ausbilden. Die Lochplatte und das zweite Ende des inneren unteren Körpers können eine Verteilerkammer zwischen sich ausbilden. Die Lochplatte kann eine Vielzahl von Nuten für den Durchgang von Fluid zu einer Austrittsöffnung für den Austritt aus dem Injektor ausbilden. Eine innere Oberfläche des unteren Abschnitts des Injektorkörpers und eine innere untere Körperaußenoberfläche können einen Fluidströmungsweg ausbilden. Der innere untere Körper kann eine Verteilpassage strömungsmäßig mit dem Strömungsweg herstellen, der durch eine innere Oberfläche des Injektorkörperunterabschnitts und einer Außenfläche des inneren unteren Körpers definiert ist. Der innere untere Körper kann eine Rückströmpassage definieren, die die Zentralbohrung im inneren unteren Körper und die Verteilerkammer, die durch die Lochplatte und dem zweiten Ende des inneren unteren Körpers definiert ist, miteinander verbindet. Die massive Nadel kann in der sich in Längsrichtung erstreckenden zentralen Bohrung für den Durchfluss von Fluid um die massive Nadel und durch die sich in Längsrichtung erstreckende zentrale Bohrung aufgenommen sein.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der nachfolgend gegebenen Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und spezifische Ausführungsbeispiele dieser Zusammenfassung dienen lediglich dem Zweck der Illustration und sind nicht so zu verstehen, dass sie den Umfang der vorliegenden Veröffentlichung begrenzen.
ZEICHNUNGEN
Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich zu Illustrationszwecken ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglicher Ausführungsformen und es ist nicht beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden Erfindung durch diese zu begrenzen.
1 zeigt ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Kraftfahrzeugdieselmotors mit einem Abgasemissionssteuersystem, in dem ein Injektor der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
2A zeigt eine Explosionsansicht eines Reagenz-Injektors gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden Lehre;
2B zeigt eine Explosionsquerschnittsansicht des Reagenz-Injektors aus 2A entsprechend einiger Ausführungsformen der vorliegenden Lehre;
3A zeigt eine Ansicht eines Querschnitts des Reagenz-Injektors;
3B zeigt eine andere Querschnittsansicht des Reagenz-Injektors;
4 zeigt eine perspektivische Ansicht von unten des Reagenz-Injektors, der in einem Abgassystem eingebaut ist;
5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Reagenz-Injektors von oben, der in einem Abgassystem eingebaut ist;
6 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben auf einen Reagenz-Injektor entsprechend einiger Ausführungsformen der vorliegenden Lehre;
7 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben eines Reagenz-Injektors entsprechend einiger Ausführungsformen der vorliegenden Lehre;
8 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben eines Reagenz-Injektors entsprechend einiger Ausführungsformen der vorliegenden Lehre;
9 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben eines Insulator- und Befestigungsflansches einer Injektor-Befestigung entsprechend der vorliegenden Lehre;
10 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Insulator- und Befestigungsflansches einer Injektor-Befestigung entsprechend der vorliegenden Lehre;
11 zeigt eine Querschnittsansicht des Insulator- und Befestigungsflansches nach 9 und 10 entsprechend der vorliegenden Lehre;
12 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Kolbennadel entsprechend der vorliegenden Lehre;
13 zeigt einen Querschnitt der Kolben-Nadel entsprechend der vorliegenden Erfindung;
14 zeigt eine Seitenansicht eines unteren Nadel-Injektorkörpers entsprechend der vorliegenden Erfindung;
15 zeigt eine Explosionsansicht des unteren Nadel-Injektionskörpers entsprechend der vorliegenden Erfindung;
16 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Lochplatte entsprechend der vorliegenden Erfindung;
17 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Führungsteils entsprechend der vorliegenden Lehre;
18 zeigt eine Querschnittsansicht des unteren Nadel-Injektorkörpers entsprechend der vorliegenden Lehre;
19 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben eines Schaft-Teils und innerer-unterer-Körper entsprechend der vorliegenden Lehre;
20 zeigt eine Explosionsansicht des Schaft-Teils und inneren unteren Körpers entsprechend der vorliegenden Lehre;
21 zeigt eine Querschnittsansicht des Schaft-Teils und inneren unteren Körpers entsprechend der vorliegenden Lehre;
22 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben auf den unteren Abschnitt des Injektorkörpers mit Halteplatte entsprechend der vorliegenden Erfindung;
23 zeigt eine Explosionsdarstellung der unteren Sektion des Injektorkörpers und mit Halteplatte entsprechend der vorliegenden Erfindung;
24 zeigt eine Querschnittsansicht der unteren Sektion des Injektorkörpers mit Halteplatte entsprechend der vorliegenden Lehre;
25 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben des unteren Abschnitts des Injektorkörpers und des inneren unteren Körpers entsprechend der vorliegenden Lehre;
26 zeigt eine Explosionsdarstellung des unteren Abschnitts des Injektorkörpers und des inneren unteren Körpers entsprechend der vorliegenden Erfindung;
27 zeigt eine Querschnittsansicht des unteren Abschnitts des Injektorkörpers und inneren unteren Körpers entsprechend der vorliegenden Erfindung;
28 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben einer Magnetspulenanordnung entsprechend der vorliegenden Lehre;
29 zeigt eine Explosionsdarstellung der magnetischen Spulenanordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung;
30 zeigt eine Querschnittsansicht der magnetischen Spulenanordnung entsprechend der vorliegenden Lehre;
31 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben einer Spulenanordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung;
32 zeigt eine Explosionsdarstellung der Spulenanordnung entsprechend der vorliegenden Lehre;
33 zeigt eine Querschnittsansicht der Spulenanordnung der vorliegenden Lehre;
34 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben einer Fluid-Anschlussanordnung entsprechend der vorliegenden Lehre;
35 zeigt eine Explosionsansicht der Fluid-Anschlussanordnung der vorliegenden Erfindung;
36 zeigt eine Querschnittsansicht der Fluid-Anschlussanordnung der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;
37 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben des Teil-Reagenz-Injektors entsprechend der vorliegenden Lehre;
38 zeigt eine Explosionsdarstellung des Teil-Reagenz-Injektors entsprechend der vorliegenden Lehre;
39 zeigt in Querschnittsansicht den Teil-Reagenz-Injektor entsprechend der vorliegenden Lehre;
40 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben des Reagenz-Injektors entsprechend der vorliegenden Lehre;
41 zeigt eine Explosionsansicht des Reagenz-Injektors entsprechend der vorliegenden Lehre;
42 zeigt eine Querschnittsansicht des Reagenz-Injektors entsprechend der vorliegenden Lehre;
43 zeigt eine perspektivische Ansicht des in ein Abgassystem eingebauten Reagenz-Injektors entsprechend der vorliegenden Lehre;
44 zeigt eine Seitenansicht des in dem Abgassystem eingebauten Reagenz-Injektors entsprechend der vorliegenden Lehre;
45 zeigt eine Ansicht von oben auf den in das Abgassystem eingebauten Reagenz-Injektor entsprechend der vorliegenden Erfindung;
46 ist ein Graph, der ein konventionelles Steuersignal darstellt;.
47 ist ein Graph, der ein Spitzen- und Haltesteuersignal (peak and hold control signal) entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
48 zeigt eine Querschnittsansicht des Reagenz-Injektors, in dem der Strömungsweg des Fluids durch den Injektor dargestellt ist, entsprechend der vorliegenden Erfindung;
49 zeigt eine Teilquerschnittsansicht des Reagenz-Injektors entsprechend der vorliegenden Lehre;
50 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben auf die Fluidanschlussanordnung entsprechend der vorliegenden Lehre;
51 zeigt eine Seitenansicht der Fluidanschlussanordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung;
52 zeigt eine Ansicht von oben auf die Fluidanschlussanordnung entsprechend der vorliegenden Lehre;
53 zeigt eine Teil-Querschnittsansicht des Reagenz-Injektors entsprechend der vorliegenden Erfindung, das den Injektor in der Befestigungsanordnung zeigt;
54 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Nadel und eines Nadelkopfs entsprechend der vorliegenden Lehre;
55 zeigt eine Querschnittsansicht eines Schaft-Teils und des inneren unteren Körpers entsprechend der vorliegenden Lehre;
56 zeigt einen Querschnitt des unteren Abschnitts des Injektorkörpers und des innerer-unterer-Körpers-Einsatz entsprechend der vorliegenden Lehre; und
57 zeigt eine Querschnittsansicht einer Flußhülse entsprechend der vorliegenden Lehre.
Korrespondierende Bezugszahlen beziehen sich über die verschiedenen Zeichnungsansichten hinweg auf korrespondierende Elemente.
Detaillierte Beschreibung
Im Folgenden werden Beispiele von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die 1–48 der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass, obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit Dieselmotoren und der Verminderung von NOx-Emissionen beschrieben wird, die vorliegende Lehre auch in Verbindung mit einer beliebigen Anzahl von Abgasströmen verwendet werden kann, beispielsweise solchen von Diesel, Benzin, Turbinen, Brennstoffzellen, Düsen oder jeder anderen Kraftquelle, die einen Abgasstrom ausstoßen. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung in Verbindung mit der Verminderung von einer Vielzahl von unerwünschten Emissionen verbunden werden. Für die zusätzliche Beschreibung wird auf die US Patentanmeldung Nr. 12/275,539 desselben Anmelders verwiesen, die am 21. November 2008 angemeldet wurde und die den Titel „Verfahren und Apparat zum Einspritzen atomisierten Fluids” trägt, deren Inhalt hier durch Bezugnahme einbezogen wird. Somit stellt die vorliegende Erfindung verbesserte Verfahren und einen Apparateaufbau zum Einspritzen eines Reagenz, wie beispielsweise wässrige Harnstofflösung, in einen Abgasstrom bereit, um aus dem Motorabgas Luftverunreinigungen zu reduzieren. Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung Verbesserungen bei Stand-der-Technik-Injektoren für wässrigen Harnstoff bereit, insbesondere Verbesserungen bei solchen Injektoren für wässrigen Harnstoff, einschließlich einer verbesserten Wärmedissipation der kritischen Komponenten, reduzierten Größe und Komplexität des Injektors für das Reagenz und einen verbesserten Betrieb und Funktion.
1 zeigt ein Beispiel eines Schadstoffsteuersystems zur Verminderung von NOx-Emissionen in dem Abgas eines Dieselmotors 10. In 1 bedeuten durchgehende Linien zwischen den Systemelementen Fluidleitungen für das Reagenz und gestrichelte Linien elektrische Leitungen. Das System der vorliegenden Lehren umfasst einen Reagenztank 12 zur Aufbewahrung des Reagenzes und ein Liefermodul 14, wie beispielsweise eine Pumpe, zum Anliefern des Reagenz aus dem Reagenztank 12. Das Reagenz kann eine Harnstofflösung, ein Hydrocarbon, ein Alkylester, Alkohol, ein organisches Gemisch, E-85, Wasser oder ähnliches sein oder eine Mischung oder Kombination aus dem vorgenannten. Es versteht sich auch, dass ein oder mehrere Reagenzien in dem System erhältlich sind und einzeln oder in Kombination verwendet werden können. Der Reagenztank und das Liefermodul 14 können ein einziges integriertes Reagenztank/Liefermodul bilden. Ebenfalls als Teil des Systems sind eine elektrische Einspritzsteuerung, ein Reagenz-Injektor 100, der ein Niedrigdruck-Reagenz-Injektor sein kann und ein Abgassystem 18, das zumindest ein Katalysatorbett 20 hat, vorgesehen.
Das Liefermodul 14 kann eine Pumpe umfassen, die Reagenz aus dem Reagenztank 12 durch einen Inlinefilter 22 über die Lieferleitung 24 anliefert. Der Reagenztank 12 kann aus Polypropylen, expoxybeschichtetem Kohlenstoffstahl, PVC oder rostfreiem Stahl und entsprechend der Verwendung ausgelegt sein (z. B. Fahrzeuggröße, beabsichtigte Verwendung des Fahrzeugs und ähnliches). Der Filter 22 kann ein Gehäuse enthalten, das aus steifem Kunststoff oder rostfreiem Stahl besteht und mit einer entfernbaren Filterpatrone ausgestattet ist. Ein Druckregler (nicht dargestellt) kann vorgesehen sein, um das System bei einem vorbestimmten Drucksollwert zu halten (z. B. relativ niedrige Drücke von ca. 60–80 psi, oder bei einigen anderen Ausführungsformen ein Druck von ca. 60–150 psi) und er kann in einer Rückströmleitung 26 für den Reagenz-Injektor 100 angeordnet sein. Ein Drucksensor kann in der flexiblen Lieferleitung 24, die zu dem Reagenz-Injektor 100 führt, angeordnet sein. Das System kann auch verschiedene Gefrierschutzstrategien beinhalten, um gefrorenen Harnstoff aufzutauen oder den Harnstoff vor dem Gefrieren zu bewahren. Beispielsweise wird Reagenz während des Betriebs des Systems kontinuierlich zwischen (d. h. von und zu) dem Reagenztank 12 und dem Reagenz-Injektor 100 zirkuliert, um den Injektor zu kühlen und die Aufenthaltszeit des Reagenz in dem Injektor zu minimieren, so dass das Reagenz kühl bleibt, unabhängig davon, ob der Injektor Reagenz in Abgase, wie beispielsweise in der Abgasleitung des Motors, abgibt oder nicht.
Kontinuierliche Reagenzzirkulation kann erforderlich sein für temperaturempfindliche Reagenzien, wie beispielsweise wässrigen Harnstoff, der dazu tendiert, sich zu verfestigen, wenn er höheren Temperaturen von 300°C bis 650°C ausgesetzt ist, wie sie bei einem Motorabgassystem auftreten. Es wurde herausgefunden, dass es wichtig ist, eine vorgegebene Harnstoffmischung oder -Lösung unter 140°C zu halten, und vorzugsweise in einem niedrigeren Betriebsbereich zwischen 5°C und 95°C zu halten, um eine Sicherheitsspanne bereitzustellen, in der die Verfestigung des Harnstoffs verhindert ist. Erstarrter Harnstoff kann bewegliche Teile, Öffnungen und Durchgänge des Injektors beschädigen, wenn es zugelassen ist, dass er sich ausbilden kann, wodurch möglicherweise der Injektor für seinen vorgesehenen Zweck nutzlos wird. Es ist festzuhalten, dass die Strömungsrate von der Motorgröße und den NOx Niveaus abhängt.
Die erforderliche Menge an Reagenz kann mit der Last, der Motordrehzahl, der Motorgeschwindigkeit, der Temperatur des Abgases, der Strömung des Abgases, dem Einspritzzeitpunkt des Motortreibstoffs und der gewünschten NOx Reduzierung variieren. Alle oder einige der Motorbetriebsparameter können von der Motorsteuereinheit 28 über den Motor/Fahrzeugdatenbus dem elektronischen Einspritzcontroller 16 des Reagenz bereitgestellt werden. Der elektronische Einspritzcontroller 16 für das Reagenz kann als Teil der Motorsteuereinheit 28 aufgenommen sein, wenn der Hersteller eines gegebenen Motors, Fahrzeugs oder Lastwagens bereit ist, eine solche Funktionalität bereitzustellen. Die Abgastemperatur, der Abgasstrom und der Abgasgegendruck (exhaust back pressure) können mittels jeweiliger Sensoren gemessen werden.
Mit nunmehriger Bezugnahme auf die 2A und 2B wird ein exemplarisches Ausführungsbeispiel und Variationen des Reagenz-Injektors 100 näher beschrieben. In seiner exemplarischen Verwendung in dem System, das in 1 wiedergegeben ist, kann der Reagenz-Injektor 100 einen Injektorkörper 102 mit einem oberen Abschnitt 102A und einem unteren Abschnitt 102b aufweisen. In zumindest einem der oberer Abschnitt des Injektorkörpers 102a und unterer Abschnitt 102b des Injektorkörpers kann ein verlängerter innerer unterer Körper 104 aufgenommen sein. Der verlängerte innere untere Körper 104 kann eine zylindrische Zentralbohrung 106 definieren, die in Strömungsverbindung mit einer Lochplatte 108 steht, welche zumindest eine Austrittsöffnung 110 (16) definieren kann, die vollständig durch die Lochplatte 108 hindurchgeht. Der innere untere Körper 104 kann wahlweise mit einer separaten Führungsplatte 107 ausgestattet sein oder auch nicht (18). Wie in den 2B, 3A und 3B dargestellt, kann der innere untere Körper 104 in der Nachbarschaft zu einem Endabschnitt einer Nadel 118 konisch ausgebildet sein. Genauer gesagt, statt einer Führungsplatte zum Führen oder Aufrechterhalten eines Fluchtens der Nadel 118 mit einer durchgängigen Zentralbohrung 106 (3B) kann der innere Körper 104 konisch sein oder in der Bohrung eine Abstufung haben, die einen kleineren Durchmesser aufweist als die Zentralbohrung 106. Wie in den 2B, 3A und 3B dargestellt, kann diese Reduzierung in der Bohrung am Ende des inneren unteren Körpers 104 neben einem Nadelkopf ein Führungselement für die Nadel 118 und den daran befestigten Nadelkopf sein. Darüber hinaus kann ein Nadelkopf der Nadel 118 als Führungsteil agieren, um sicherzustellen, dass der Führungskopf, der auch als Kolben bezeichnet werden kann, in Längsrichtung in der Zentralbohrung 106 vor und zurück laufen kann, so wie in den 49, 55 und 56 dargestellt ist.
Zahlreiche Öffnungen durch die Lochplatte 108 sind möglich, um Fluidströmung durch die Lochplatte in einen Abgasstrom in einem Abgasrohr des Abgassystems 18 (1, 4, 5 und 43–45) eines Dieselmotors zu gestatten, wenn der Injektor 100 an dem Abgasrohr angebracht ist. Abhängig von der Anwendung und der betrieblichen Umgebung kann die Lochplatte 108 aus einem Hartmetall hergestellt sein, das die gewünschten Leistungsmerkmale bereitstellt und leichter und kostengünstiger hergestellt werden kann. Genauer gesagt, Grenzen oder Nachteile, die mit anderen Materialien und Herstellprozessen verbunden sind, können vermieden werden, beispielsweise solche, die mit der Herstellung komplexer Teilformen einhergehen. Hartmetall kann zusätzliche Vorteile bieten, beispielsweise Unempfindlichkeit gegenüber Löttemperaturen (870–980°C), im Gegensatz zu anderen Stählen, beispielsweise Kohlenstoffstahl und Werkzeugstähle, welche enttempern können. Hartmetall ermöglicht auch eine viel größere Härte der Oberflächen der Teile als es mit den meisten Stählen oder allen Stählen erreichbar ist. Als ein Beispiel kann, wenn die Mohs-Skala für mineralische Härte verwendet wird, bei der Diamant eine Härte von 10 aufweisen kann, Hartmetall eine Härte von 9–9,5 und gehärteter Stahl eine Härte im Bereich von 4–6 haben. Daher ist Hartmetall bezüglich Gesamtverschleißfestigkeit vorteilhaft. Darüber hinaus besitzt Hartmetall einen weiten Zähigkeitsbereich und kann genau eingestellt werden, um die besten Eigenschaften für besondere Anwendungen zu haben.
Die Lochplatte 108 kann an den verlängerten inneren unteren Körper 104 unter Verwendung eines Lochplattenhalters 112 befestigt und gehalten werden. Der Lochplattenhalter 112 kann, falls gewünscht, integral mit dem inneren unteren Körper 104 ausgeformt sein, wie in den 14, 15 und 18 dargestellt. In einigen Ausführungsformen kann, wenn der Lochplattenhalter 112 separat ausgebildet ist, ein zentralen Vorsprungsabschnitt 114 (2B) vorgesehen sein, der bemessen ist, in einer entsprechenden Ausnehmung 116 des verlängerten inneren Körpers 104 aufgenommen und darin gehalten zu werden. Die Umgebung der Austrittsöffnung 110 kann Ventilsitz 120 sein (16 und 18), der konisch oder kegelförmig geformt sein oder jede andere geeignete Form besitzen kann; eine kegelförmige Form ist jedoch, wie dargestellt, bevorzugt, wie beispielsweise in 16 gezeigt. Ein Ventilteil in Form eines länglichen Bemessungsstößels oder einer Nadel 118 (2A, 2B, 12, 13, 15 und 18) kann in der zentralen Bohrung 106 gleitend aufgenommen sein und mit dem Ventilsitz 120 zusammenwirken, um eine abdichtende und geschlossene Position zu definieren, wenn sie gesetzt ist und eine freie und geöffnete Stellung, wenn sie angehoben ist. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Lochplatte 108 an den inneren unteren Körper 104 mittels einer Presspassungsverbindung angeschlossen sein, die dann einem Lötvorgang unterzogen wird.
Es wird Bezug genommen auf die 2A, 2B und 19–21. Der Reagenz-Injektor 100 kann ein verlängertes Schaft-Teil 122 aufweisen, das einen hinsichtlich des Durchmessers vergrößerten Endabschnitt 124 aufweist, der bemessen ist, in einem entsprechend bemessenen Kragenabschnitt 126 des verlängerten inneren unteren Körpers 104 aufgenommen zu werden. In einigen Ausführungsbeispielen kann das verlängerte Schaft-Teil in den inneren unteren Körper 104 mittels Presspassung eingepasst sein. Während des Zusammenbaus können die Verbindung oder die Presspassungsteile auch oder alternativ elektronenstrahlgeschweißt werden. Ein Flansch 128 des Schaft-Teils 122 kann bemessen sein, um die Eingriffstiefe des Schaft-Teils 122 in den verlängerten inneren unteren Körper 104 zu begrenzen, um dazwischen einen Raum 130 zu bilden (21 und 55). Der Raum 130 kann groß genug sein, um darin einen Nadelkopf 132 (12, 13, 21 und 55) einer Nadel 118 aufzunehmen und es zu ermöglichen, eine begrenzte und gesteuerte axiale Bewegung der Nadel 118 in der Zentralbohrung 106 zu gestatten. In einigen Ausführungsformen kann ein Dichtungsteil, wie z. B. ein O-Ring, in einer Dichtungsvertiefung 123 (z. B. 55) eingesetzt sein, die in den Schaft-Teil 122 so ausgebildet ist, dass der O-Ring zwischen dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers und dem Schaft-Teil 122 während des endgültigen Zusammenbaus angeordnet ist, um eine leckdichte Fluiddichtung zu definieren und sicherzustellen. Darüber hinaus kann bei einigen Ausführungsformen das Schaft-Teil 122 und der innere untere Körper 104 elektronenstrahlgeschweißt oder mittels einer anderen dauerhaften Befestigungsmethode miteinander verbunden sein, um eine einbaufähige Einsatz-Untereinheit zu erhalten.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Nadelkopf 132 an einen Nadelschalt 118 mittels einer Press- oder einer Ofenlötung befestigt sein. Der Nadelkopf 132, der auch als Nadelkopf bezeichnet werden kann, kann Durchgangsöffnungen 316 (13, 18 und 54) besitzen, die darin ausgebildet sind, um den hydraulischen Druck zu reduzieren und ein Rückstromweg für den Fluiddurchgang zu bilden. Die Führungsplatte 107 (15, 17 und 18), welche auch als Führungsteil bezeichnet werden kann, kann die Nadel 118 aufnehmen, um eine geführte Bewegung der Nadel in der Zentralbohrung 106 bereitzustellen. Die Führungsplatte 107 kann eine Vielzahl von Schlitzen oder Bohrungen 109 aufweisen, um einen Fluidstrom durch sie hindurch zu gestatten. Das heißt, die Führungsplatte 107 kann eine oder mehrere Schlitze oder Bohrungen 109 definieren, bei denen es sich um Durchgangsschlitze handelt, die es einem Fluid gestatten, durch sie hindurch zu strömen, selbst wenn die Nadel 118 an der Führungsplatte 107 gehalten ist.
Wie in den 2A, 2B, 20 und 21 dargestellt, kann das Schaft-Teil 122 darüber hinaus eine Zentralbohrung 134 definieren, die sich entlang einer zentralen Achse des länglichen Schaft-Teils 122 durch dieses hindurch erstreckt. Die zentrale Bohrung 134 kann eine Spiralfeder und optional einen Feder-Vorspanner 138 aufnehmen. Der Feder-Vorspanner 138 kann so bemessen und/oder geformt sein, dass er mit der Spiralfeder 136 zusammenwirkt und sie vorspannt. Insbesondere kann der Feder-Vorspanner 138 in Kontakt mit einem Aufbau treten, der in der Zentralbohrung 134 des Schaft-Teils 122 ausgebildet ist, um darin Bewegung zu verhindern und um zur Begrenzung des Raums zu dienen, der für die Ausdehnung der Spiralfeder 136 bereitsteht. Der Feder-Vorspanner 138 kann in einer Vielzahl von konventionellen Möglichkeiten gehalten werden, einschließlich solcher, die Mittel zur Hemmung verwenden oder Merkmale, die in der Zentralbohrung 134 ausgeformt sind und die den Durchgang oder Passage des Feder-Vorspanners 138 verhindern. Alternativ können feststellbare Mechanismen, wie beispielsweise Halteschrauben, verwendet werden, um die Position des Feder-Vorspanners 138 zu begrenzen oder festzusetzen. Hierdurch ist es der Spiralfeder 136 ermöglicht, eine Druckkraft auf den Nadelkopf 132 der Nadel 118 auszuüben und dadurch ein Ende der Nadel 118 in Eingriff mit dem Ventilsitz 120 zu bringen und so den Fluidstrom durch die Lochplatte 108 zu schließen oder zu verhindern. Die Spiralfeder 136 und der Feder-Vorspanner 138 weisen eine zentrale Bohrung auf, die hohl ist und es einem Fluid gestattet, durch einen zentralen Abschnitt der Spiralfeder 136 und einen zentralen Abschnitt durch den Vorspanner 138 hindurchzufließen. Wie noch näher zu erläutern ist, kann der Vorspanner 138 bei einigen Ausführungsformen weggelassen und/oder integral in der zentralen Bohrung 134 ausgeformt sein.
Die 6–8 und 49–53 zeigen Injektoren 101 mit verschiedenen Konfigurationen oder Anordnungen von Fluideinlässen und Fluidauslässen, die von den oberen Abschnitten 102a des Injektorkörpers abstehen können. Es sei bemerkt, dass, obwohl sich der Injektor 101 von dem Injektor 100 unterscheiden kann, Teile eines jeden in den anderen eingebaut werden können, ohne von der Lehre der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es ist daher zu verstehen, dass zuweilen der Term „Injektor 100” allgemein in Bezug auf beide Injektoren 100 und 101 verwendet wird. Unter Bezugnahme auf die bezeichneten Figuren kann der obere Abschnitt 102a des Injektorkörpers aus einem einzigen Material geformt oder gegossen werden, und als ein Einzel-Teil, im Gegensatz zu zwei Teilen, derart, dass ein Fluideinlass, ein Fluidauslass und ein elektrisches Anschlussgehäuse gemeinsam in einem einzigen Stück als Teil des oberen Abschnitts 102a des Injektorkörpers gegossen sein kann. Solch ein Aufbau erleichtertdas Einsetzen einer Zusammenstellung von vormontierten Komponenten als ein Steckmodul, wie es in den 21 und 25 dargestellt ist und die unten weiter diskutiert werden. Die 4–6 sowie 50–53 zeigen ebenfalls eine Injektorbefestigung, um das Festlegen des Injektors 101 an einer Abgaskomponente zu erleichtern. Die 34–36 zeigen jeweils einen Injektor 101 ohne Befestigung. Die 34–36 und 50–53 zeigen desweiteren beispielhaft Positionen eines Fluideinlasses 168, eines Fluidauslasses 170 und eines elektrischen Anschlussgehäuses 174. 35 zeigt einen Injektor 101 mit einem Einlassöffnungsfilter 175 und einem Auslassöffnungsfilter 177, die jeweils von den Einlässen 168 und 170 entfernt wurden. 35 zeigt desweiteren einen Strömungsrahmen 178 einer gekapselten elektromagnetischen Wicklung und eine zugeordnete Spule, alles aus dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers entnommen. Die 36 und 49 sind Querschnitte, die den Einlassfilter 175, der in den Einlass 168 eingebaut ist, den Auslassfilter 177, eingebaut in dem Auslass 170 und die elektromagnetische Wicklung und eine zugehörige Spule, umgeben von dem Strömungsrahmen 178 und in den oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers eingebaut. 49 zeigt desweiteren eine Drosselöffnung 139, die in dem Auslass 170 angeordnet ist. Die Drosselöffnung 139 kann in die Auslassöffnung 170 eingeschraubt oder pressgepasst sein und bei einigen Ausführungsformen aus 303 rostfreiem Stahl hergestellt sein.
Während des Zusammenbaus (9–42, 49 und 54–57) können optional der Feder-Vorspanner 138 und die Spiralfeder 136 in der zentralen Bohrung 134 des Schaft-Teils 122 angeordnet sein. Bei einigen Ausführungsformen, wie beispielsweise in den 49, 55 und 56 dargestellt, kann die Spiralfeder 36 so bemessen sein, dass sie innerhalb eines vergrößerten Abschnitts der zentralen Bohrung 134 aufgenommen ist und dadurch das Erfordernis für den Vorspanner 138 eliminiert. Die Spiralfeder 136 kann in einer vorgespannten Position (z. B. 0,8 lb Vorladung) dadurch gehalten werden, dass sie zwischen einer Schulter 135 der zentralen Bohrung 134 und einer gegenüberliegenden Bohrung 137, in dem Nadelkopf 132 angeordnet, eingespannt ist (s. 55 und 56).
Wie in den 21, 55 und 56 dargestellt, kann der Endabschnitt 124 des Schaft-Teils 122 in einem Kragenabschnitt 126 des inneren unteren Körpers 104 aufgenommen sein und dabei den Nadelkopf 132 der Nadel 118 aufnehmen, so dass sich die Nadel 108 entlang und innerhalb der zentralen Bohrung 106 des inneren unteren Körpers 104 erstreckt. Die zentrale Längsachse der Nadel 118 kann mit einer zentralen Längsachse der zentralen Bohrung 106 zusammenfallen. Der Vorsprungabschnitt 114 des Lochplattenhalters 112 kann in der Ausnehmung 116 des inneren unteren Körpers 104 aufgenommen oder eingesetzt sein. Der Aufnahmeabschnitt 116 kann als eine Vertiefung oder Bohrung dargestellt sein. Umgekehrt kann, wie in den 49, 55 und 56 gezeigt, der Abschnitt 114 des Lochplattenhalters 112 größer bemessen sein als der Abschnitt 116 des inneren unteren Körpers 104, so dass der Abschnitt 114 des Lochplattenhalters 112 allgemein den Abschnitt 116 des inneren unteren Körpers 104 umgibt und aufnimmt. In einer solchen Anordnung kann der Abschnitt 116 als Vorsprungsabschnitt und der Abschnitt 114 als Aufnahmeabschnitt bezeichnet werden. In einigen Ausführungsformen kann der innere untere Körper 104 mittels Elektronenstrahlschweißung oder mittels eines anderen Befestigungsverfahrens mit dem Lochplattenhalter 112 verbunden sein.
Wie durchgehend dargestellt, und insbesondere in 49, kann der obere Abschnitt 102 des Injektorkörpers mit dem unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers 102 derart befestigt sein, dass der Lochplattenhalter 112, der innere untere Körper 104, die Nadel 118, das Schaft-Teil 122, die Spiralfeder 136 und der optionale Feder-Vorspanner 138 in einer Kammer 148 des oberen Abschnitts 102a des Injektorkörpers, und bei einigen Ausführungsformen in einer Kammer 150 des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers aufgenommen sind.
Unter Bezugnahme auf die 2A, 2B, 28–33 und 49 kann ein scheibenförmiger Spulenträger 144 aus Delrin oder Polyoxymethylen (allgemein als POM bezeichnet und auch bekannt als Polyacetal oder Polyformaldehyd) hergestellt sein, wobei dieses Beispiel nicht einschränkend zu verstehen ist. POM ist ein Thermoplast, das zur Herstellung von Präzisionsteilen verwendet werden kann, die eine hohe Steifigkeit und ein exzellentes Maßhaltevermögen aufweisen. Des weiteren kann der Spulenträger 144 eine zentrale Bohrung 146 aufweisen, zwischen dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers und dem unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers positioniert und gehalten sein, und zwar derart, dass der innere untere Körper 104 und das Schaft-Teil 122 in der Zentralbohrung 146 des Spulenträgers 144 aufgenommen sind. Insbesondere kann der Spulenträger 144 jeweils in entsprechend bemessenen Vertiefungen 148, 150 in dem oberen Abschnitt 102a und dem unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers 102 (2A, 2B, 22–24 und 49) aufgenommen sein. In einigen Ausführungsbeispielen kann der untere Abschnitt 102b des Injektorkörpers eine Lippe 152 aufweisen, die als eine Schulter 154 des oberen Abschnitts 102a des Spulenkörpers angeformt ist, um den unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers an dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers zu halten (2A–5, 49 und 56). In einigen Ausführungsbeispielen kann ein Dichtungsteil, wie z. B. ein O-Ring, in einer Dichtungsvertiefung 156 (2B) eingesetzt sein, wobei letztere in dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers ausgebildet ist, so dass der O-Ring zwischen dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers und dem unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers platziert ist, um eine sichere leckgeprüfte Fluiddichtung zu definieren.
Um das Öffnen und Schließen der Austrittsöffnung 110 zu bewirken, kann ein Betätiger, beispielsweise in Form einer Magnetspulenwicklung 180 (28–30 und 49) vorgesehen sein, die in dem Injektorkörper 102 angeordnet ist und, bei einigen Ausführungsformen, mit dem Spulenträger 144 verbunden oder an diesen angeformt sein kann. Die Magnetspulenwicklung 180 der vorliegenden Erfindung ist wesentlich schmäler verglichen mit den üblichen Spulenwicklungen, die in Reagenz-Injektoren verwendet werden. Die geringere Größe erbringt verschiedene Vorteile gegenüber konventionellen Spulenwicklungen, einschließlich einer geringeren Wärme, die während der Betätigung generiert wird und die andernfalls durch aktives Kühlen reduziert werden muss, wie beispielsweise durch Außenluftkühlung des Reagenz-Injektors. Auf diese Weise wird wegen der Verwendung einer schmaleren Magnetspulenwicklung in der vorliegenden Erfindung weniger Wärme während der Spulenbetätigung erzeugt und folglich ist eine geringere aktive Kühlung des Reagenz-Injektors erforderlich. Es wurde herausgefunden, dass Magnetspulenwicklungen, die 100 Wicklungen eines #29 Magnetdrahts mit 10 mm ID und 17 mm OD und 3,8 mm axialer Länge haben, hinreichend ist, um den Reagenz-Injektor 100, 101 zuverlässig zu betätigen. Die angegebenen Parameter sind nicht als Beschränkung der erfinderischen Lehre zu verstehen. Hinzu kommt, ebenfalls als nicht einschränkend zu verstehen, dass herausgefunden worden ist, dass magnetische Spulenwicklungen mit 378 Wicklungen von 30 GA Draht hinreichend sind, um den Reagenz-Injektor 101 der 49–57 zu betätigen.
Wenn die Magnetspulenwicklung 180 durch Unter-Strom-Setzen der elektrischen Leiter 182 (28 und 29) erregt wird, wird die Betätigungsnadel 118 aus der Schließposition in eine Offenstellung nach oben gezogen. Mit aufwärts ist eine Richtung bezeichnet, die weg von dem Abgasrohr, an dem der Injektor 100, 101 befestigt sein kann, gerichtet ist. Einige Bestandteile der Anordnung, wie beispielsweise der vergrößerte Durchmesserendabschnitt 124 des langgestreckten Schaft-Teils 122 und/oder der Nadelkopf 132 können aus einem magnetischen Material hergestellt sein, wie beispielsweise 430er rostfreier Stahl, um die Ausbildung eines magnetischen Feldes zu unterstützen. In gleicher Weise können einige Bestandteile der Anordnung, beispielsweise der Kragenabschnitt 126 des länglichen inneren unteren Körpers 104 aus nicht magnetischem Material hergestellt sein, um Auswirkungen auf die Bemessungsnadel 118 zu begrenzen. Die Magnetspulenwicklung 180 kann unter Strom gesetzt werden, z. B. aufgrund eines Signals von der elektronischen Einspritzsteuerung 16 (s. 1), die aufgrund eines Sensoreingangssignals und ihres vorprogrammierten Algorithmus entscheidet, wann Reagenz erforderlich ist für eine wirksame selektive katalytische Reduktion von NOx Emissionen im Abgasstrom in der Abgasleitung, in der der Injektor 100, 101 angebaut ist.
Um die Bewegung der Nadel 118 zu erleichtern, kann der Nadelkopf 132 in einer Linie mit einem Flußrahmen der elektromagnetischen Spulenwicklung 180 fluchten. Zum Beispiel, wie zumindest in 42 dargestellt, kann der Flußrahmen, der die Spule 144 und die elektromagnetische Spulenwicklung 180 umgibt, mit dem Nadelkopf 132 fluchten. Demzufolge wird, wie in Querschnittsansicht der 42 dargestellt, wenn eine gerade Linie zwischen den Querschnittshälften des Flußrahmens gezogen wird, um den Querschnittsrahmen zu verbinden, die gerade Linie durch den Nadelkopf 132 gezogen werden. Eine derartige Anordnung verbessert die elektromagnetische Wirkung der elektromagnetischen Spulenwicklung 180 auf den Nadelkopf 132.
In einigen Ausführungsformen liefern elektrische Leiter 182 ein Steuerungssignal an den Reagenz-Injektor 100, 101, zum Beispiel von der elektronischen Einspritzsteuerung 16 des Reagenz (1). Die magnetische Spulenwicklung 180 kann mittels eines 12–24 VDC Stroms, der ein pulsweitenmoduliertes Digitalsignal verwendet, betätigt werden. In einigen Ausführungsformen kann das Steuersignal eine einfache Rechteckwelle sein. Bei anderen Ausführungsformen jedoch wurde herausgefunden, dass eine wesentlich verbesserte Leistung und ein besseres Bemessen des Reagenz erreicht werden kann, wenn ein Steuersignal verwendet wird, das im Wesentlichen ähnlich ist mit dem, wie es in 47 dargestellt ist. Unter Bezugnahme auf 46 ist zum Vergleich ein konventionelles Rechtecksignal dargestellt, das einen Startimpuls (a) bei t = 0 zu einem konstanten Ausgang (b) und bei t = 1 bei Null endet(c). Diese konventionelle Rechteckwelle erregt eine Spulenwicklung und erzeugt eine verzögerte Antwort in einem Injektor, d. h. der Injektor öffnet zunächst entsprechend einem gekrümmten Ansprechverhalten (d) bis zur vollkommen geöffneten Stellung und schließt entsprechend einem verzögerten Ansprechverhalten (e).
Entsprechend der Lehre der vorliegenden Offenbarung wird in 47 ein Steuersignal vorgesehen, das einen Startimpuls (f) bei t = 0 aufweist, einen Impuls definiert, der größer ist als der konstante Output (b) des konventionellen Signals. Der Startimpuls (f) kann sich über eine Zeitdauer von t < 1 erstrecken, um eine schnellere Öffnungsreaktion des Reagenz-Injektors 100, 102 zu erhalten. Es versteht sich, dass die Öffnungsreaktion des verbesserten Steuersignals entsprechend der vorliegenden Erfindung schneller (und daher in seiner Kurve steiler) ist als die Öffnungsreaktion (g) des konventionellen Signals. Das Steuersignal der vorliegenden Erfindung kann daher zu einem niedrigeren Output(h) bei t < 1 reduziert werden und bis zum Ende (i) bei t = 1 bei Null gehalten werden. Es wurde herausgefunden, dass durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Steuersignals der Reagenz-Injektor 100, 101 in der Lage ist, die Verzögerung zu minimieren, die mit der Bewegung aus einer geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung und von einer geöffneten Stellung zurück in die geschlossene Stellung einhergeht und dadurch in der Lage ist, ein verbessertes Ansprechverhalten und Bemessungsfähigkeit zu erzielen.
Die Kombination von Pulsweitenmodulation, die eine Spitzen und Halteansprechsteuerung (peak and hold) bereitstellt, mit mechanischen Atomisiertechniken, ist geeignet zum Bereitstellen von geringen Mengen atomisierten Kohlenwasserstoffs mit genauem Timing. Die Kühlungsbetrachtungen, die von der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden, erlauben es dem Injektor 100, 101 in der Nähe von heißen Abgasen zu überleben und eine frühe Entzündung des Kohlenwasserstoffs zu vermeiden.
In einigen Ausführungsformen kann, wie in 2B dargestellt, der Reagenz-Injektor 100, 101 ein Fluidanschlussstück 160 verwenden, das einen Körper 162 besitzt, welches eine Kammer 164 definiert. Die 43 und 44 zeigen perspektivische Ansichten des Fluidanschlussstücks 160, das lösbar mit dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers 102 verbunden ist, um eine Fluidverbindung zu bewirken. Zu diesem Zweck ist die Kammer 164 des Körpers 162 als Aufnahmeabschnitt vertieft oder konkav ausgebildet, um mit einem Vorsprungabschnitt 166 des oberen Abschnitts 102a des Injektorkörpers 102 zusammenzuwirken und mit ihm verbunden zu werden. Mit einem solchen Aufbau wird eine verlässliche und lösbare Verbindung zwischen dem Fluidanschlussstück 160 und dem übrigen Teil des Reagenz-Injektors 100, 101 hergestellt. Das Fluidanschlussstück 160 beinhaltet einen Reagenzeinlass 168 und einen Reagenzauslass 170, um wässriges Reagenz oder Harnstoff in dem Reagenz-Injektor 100, 101 einem Strömungspfad zuzuführen. Es sei darauf hingewiesen, dass bei einigen Ausführungsformen das Fluidanschlussstück 160 eine Vielzahl von einzelnen Leitungen aufweist, die mit einem gemeinsamen Zentrum verbindbar sind, wie in den 6–8 dargestellt.
Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungsweg in dem Reagenz-Injektor 100, 101 dann definiert, wenn die Nadel 118 sich in einer geschlossenen Stellung befindet, um die Zirkulation von Fluid durch den Injektor 100, 101 zu erleichtern. Genauer gesagt, unter Bezugnahme auf die 18, 42 und 49, kann sich der Strömungsweg von dem Reagenzeinlass 168 zu einer Verteilerkammer 171 und anschließend zu einem Reagenzauslass 170 erstrecken. Im weiteren Detail kann das Fluid oder das Reagenz in den Injektor 100, 101 durch den Einlass 168 bei einer ersten Temperatur einfließen, die relativ niedrig sein kann. Das Fluid kann dann weiter fortschreiten, indem es durch den Strömungsweg 300 entlang und gegen eine Außenseite des Schaft-Teils 122 fließt. Der Strömungsweg 100 kann von einer Außenoberfläche des Schaft-Teils 122 und dem Innendurchmesser der Kammer 148 des oberen Abschnitts 102a des Injektorkörpers gebildet sein. Das Fluid kann dann in seiner Strömungsrichtung fortfahren und zwischen einer Außenoberfläche des Schaft-Teils 122 und der Innenseite der Spule 144 hindurchfließen. Genauer gesagt, kann das Fluid seine Strömungsrichtung beibehalten und durch zumindest einen Schlitz oder eine Vielzahl von Schlitzen 302 (s. 31–33 und 57) hindurchfließen, die entlang dem Innendurchmesser der Spule 144 und/oder einer Flußhülse 301 ausgebildet sind. Während dieser Phase ist das kühle Fluid einem äußeren Oberflächenbereich der Spule 144 ausgesetzt und ist in der Lage, einen Teil der thermischen Energie von der Spule 144 und der zugeordneten Spulenwicklung 180, die Wärme in die Spule 144 transportieren kann, zu absorbieren oder zu kühlen.
Alternativ hierzu kann ein separates Teil, wie beispielsweise eine Flußhülse 301 (s. 49 und 57) im Inneren der Spule 144 eingearbeitet sein, oder mehr allgemein, innerhalb eines inneren Durchmessers der elektromagnetischen Spulenwicklung 180, um die elektromagnetische Spulenwicklung 180 von dem Strömungsweg zu trennen. Indem eine Flußhülse 301 verwendet wird, können die Schlitze 302 nicht mehr erforderlich sein, beispielsweise um einen Durchfluss von Fluid zu gestatten, oder können bei anderen Ausführungsformen in der Flußhülse 301 (s. 57) angeordnet sein. Es wird Bezug genommen auf die 31 und 33. Obwohl nicht im Einzelnen dargestellt, kann eine Flußhülse ein allgemein glattes Äußeres im benachbarten Bereich der Zentralbohrung 146 aufweisen sowie ein im Wesentlichen glattes Inneres. Die Höhe einer solchen Flußhülse kann dieselbe oder allgemein eine ähnliche sein, wie die Höhe der Spule 144, dargestellt in 33 und sie kann in der zentralen Bohrung 146 einer Magnetspule 144 angeordnet sein, oder sie kann größer sein als die Magnetspule 144 (s. 49). Es wird Bezug genommen auf 57. In einigen Ausführungsformen kann die Flußhülse 301 ein paar Strömungsbrücken 305 mit einer Flux-Wand 307 aufweisen, die zwischen ihnen angeordnet ist. Im Detail, in einigen Ausführungsformen, können die Strömungsbrücken 305 in einer Spiegelanordnung vorgesehen sein, und ein erstes Ende 309 besitzen, das als ein Vorsprung ausgebildet ist und das so bemessen ist, dass es in ein zugeordnetes Aufnahmeende 311 der Flux-Wand 307 aufgenommen werden kann. Wie dargestellt, können sich Schlitze 302 durch die Strömungsbrücken 305 erstrecken, um eine Strömungsverbindung bereitzustellen. Die Strömungsbrücken 305 können innere Oberflächen 313 definieren, die als Führungen für Außenflächen 126 des Innenkörpers 104 und den Flansch 128 des Schaft-Teils 122 (s. 49) dienen können. In einigen Ausführungsformen können die Strömungsbrücken 305 aus einem magnetischen Material hergestellt sein, wobei die Flux-Wand 307 aus nicht magnetischem Material sein kann. In Dichtungen und zwischen Komponententeilen, wie beispielsweise einer Flußhülse 301 und dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers und zwischen der Flußhülse 301 und dem unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers können O-Ringe 303 eingesetzt sein.
Die Gegenwart von Kühlfluid, das neben der Magnetspule 144 fließt, ist für den Betrieb und die lange Lebensdauer der Magnetspule 180 wegen der wärmeabsorbierenden Funktion des Fluids vorteilhaft. Das Fluid kann dann von den Schlitzen 302 zu einer Passage 304 im unteren Körper entlang einer Außenfläche oder Oberfläche des inneren unteren Körpers 104 weiterfließen (siehe 18 und 49). Genauer gesagt, kann die Passage 304 im Untergehäuse zu einer Außenseite oder Oberfläche im inneren Untergehäuse 104 und einer Innenfläche oder Oberfläche des unteren Abschnitts des Injektorgehäuses 102b des Injektiorgehäuses 102 beispielsweise als Kammer 150 des unteren Abschnitts des Injektorgehäuses 102b definiert sein. In einigen Ausführungsformen kann die Untergehäusepassage 304 einen Teil oder die gesamte Länge 306 des inneren unteren Gehäuses 104 umgeben, um das innere untere Gehäuse 104 zu kühlen. Ferner kann das Fluid in der unteren Gehäusepassage 304 des Weiteren zumindest einen Teil des unteren Abschnitts des Injektorgehäuses 102 bekühlen. Wie in den 18 und 49 dargestellt ist, kann Fluid in der Passage 304 des unteren Gehäuses zur Verteilerkammer 171 über ein oder mehrere Verteilpassagen 308 geleitet werden. Fluid in der Verteilerkammer 171 kann zu einer Wirbelkammer 320 geleitet werden, wenn die Düsennadel 118 sich in einer geöffneten oder geschlossenen Position befindet, wobei die Platte 108 mit den Öffnungen gekühlt wird. Es können sich eine oder mehrere Rücklaufpassagen 312 von der Verteilerkammer 171 zur zentralen Bohrung 106 des inneren unteren Körpers 104 erstrecken, und einen Strömungsweg für Fluid von der Verteilerkammer 171 zur zentralen Bohrung 106 des inneren unteren Gehäuses 104 bereitstellen. Fluid in der Zentralbohrung 106 kann für die Nadel 118 und den inneren unteren Körper 104 Kühlung bereitstellen. Während es in die Zentralbohrung 106 fließt, kann das Fluid entlang der gesamten Länge der Zentralbohrung 106 strömen, sodass das Fluid eine Außenseite der Nadel 118 umgibt, die eine massive nicht hohle Struktur aufweisen kann. Entlang der gesamten Länge der Nadel 118 in der Zentralbohrung 106 in einer Richtung fort von der Lochplatte 108 und dem Abgasstrom der Abgasleitung fließen. Bei einigen Ausführungsformen kann an einem Ende der zentralen Bohrung 106, das ist gegenüber der Rückflussleitung 312, das Fluid durch Austrittsschlitze oder Löcher fließen, die Durchgangsschlitze oder Bohrungen 109 in der Führungsplatte 107 sein können. Die Führungsschlitze 109 können lediglich durch die Führungsplatte 107 und einer Außenoberfläche der Nadel 118 gebildet sein. Indem es durch einen oder mehrere Führungsschlitze oder Bohrungen 109 in der Führungsplatte 107 oder direkt von der zentralen Bohrung 106 fließt, kann das Fluid durch eine Passage 316 in dem Nadelkopf 132 fließen, dann zur zentralen Bohrung 134 des verlängerten Schft-Teils 122 und anschließend zum Reagenz-Ausgang 170 und zurück zum Reagenztank 12. Die Passage 316 kann ein Durchgangsloch in dem Nadelkopf 132 sein. Weiterhin kann, in einigen Ausführungsbeispielen, wie in den 49, 55 und 56 dargestellt, die Passage 316 so ausgerichtet sein, dass Reagenz zu einem zentralen Abschnitt der Feder 136 und der zentralen Bohrung 134 fließt. Insbesondere kann in einigen Ausführungsbeispielen der Nadelkopf 132 so gestaltet sein, dass er eine Kammer 141 aufweist, die koaxial zur Zentralbohrung 134 ist, um Reagenz zur Mitte der Feder 136 zum Zwecke der wirksamen Kühlung und eines verbesserten Fluidflusses zu liefern.
Aus dem oben Dargelegten ist zu verstehen, dass, selbst dann, wenn der Injektor 100, 101 kein Fluid in das Abgasstrom einspritzt, der Fluidstrom in und aus dem Injektor 100, 101 einen Kühleffekt für Reagenz-Injektor 100, 101 bereitstellt. Darüberhinaus ist zu bemerken, dass die Strömungsgeschwindigkeit vom Reagenzeinlass 168 durch den Strömungsweg 300, die Schlitze 302 und die untere Gehäusepassage 304 (allgemein als Kühl-Strömungsweg bezeichnet) geringer ist als die Strömungsgeschwindigkeit aus dem Reagenz-Injektor 100, 101 hinaus durch die Zentralbohrung 106, die Passage 314, Passage 316, Zentralbohrung 134 und Reagenzauslass 170 (allgemein als Erwärmungs-Strömungsweg bezeichnet) und zwar wegen des erhöhten Volumens des Kühl-Strömungswegs gegenüber dem verminderten Volumen der Erwärmungs-Strömungswegs. Daher ermöglicht diese geringere Strömungsgeschwindigkeit des Kühl-Strömungswegs eine höhere Fluidpräsenz des Fluidvolumens, eine längere Verweildauer und eine erhöhte Wärmaufnahme, wenn das Fluid am kühlsten ist. Ebenso gestattet die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des erwärmten Strömungswegs ein erhöhtes Entfernen von erwärmten Fluid aus dem Reagenz-Injektor 100, 101. Der Gesamteffekt ist eine verbesserte Kühlung und ein verbessertes thermisches Management des Reagenz-Injektors 100, 101.
Der Reagenz-Injektor befindet sich in einer geöffneten Stellung, wenn die Nadel 118 angehoben oder von der Lochplatte 108 fortbewegt wird und es dem Fluid gestattet wird, in Richtung zu und in einen Abgasstrom in der Abgasleitung 19 hinein zu fließen. Ähnlich der oben dargelegt Beschreibung einer Fluidströmung durch den Injektor 100, 101, wenn der Injektor 100, 101 sich in einer geschlossenen Stellung befindet, erstreckt sich eine freie Strömung und ungehinderter Strömungsweg, wenn der Reagenz-Injektor 100, 101 sich in einer geöffneten Position befindet, von der Verteilerkammer 171 zu einer Wirbelkammer 320 (18) über einen oder mehrere Schlitze 312 in der Platte 108 mit den Öffnungen und aus der Öffnung 110 und, beispielsweise in einen Abgasstrom in der Abgasleitung 119.
Wie in 16 dargestellt ist, können in der Loch-Platte 108 Schlitze 322 ausgebildet sein. Alternativ hierzu kann eine Zwischenplatte Schlitze 322 aufweisen, die in ihr ausgebildet sind. Beispielsweise kann ein Lochplattenhalter 112, dargestellt in den 2a–2b, Schlitze 312 aufweisen. Des Weiteren können Schlitze 312 in einer Bodenfläche des inneren unteren Körpers 104 ausgebildet sein. Hierdurch existieren verschiedene Optionen zum Ausbilden von Schlitzen, um die Strömung des Reagenz in der Nähe der Austrittsöffnung zu steuern.
Es sollte festgestellt werden, dass im Allgemeinen Fluid in die Strömungskammer 320 nur dann einfließt, wenn die Nadel 118 angehoben ist und sich in einer geöffneten Position befindet und vom dem Ventilsitz 120 frei ist. Diese Anordnung verbessert die Dosierung von Reagenz des Reagenz-Injektors 100, 101 wesentlich. Das heißt, eine Dosierungsmenge in konventionellen Injektoren kann oft aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit, des Sprühwinkels, der Töpfchengröße und Ähnlichem variieren. Wenn es der Fluidströmung ermöglicht ist, frei in einer Wirbelkammer zu fließen, und diese Strömung durch Parameter des Systems, wie beispielsweise Leitungsgegendruck, Geschwindigkeit und Ähnlichem, kann die Dosierungsmenge des eingespritzten Reagenz wesentlich variieren. Entsprechend den Grundsätzen der vorliegenden Lehre können diese Nachteile zum Teil dadurch vermieden werden, dass Rückstrompassagen 312 verwendet werden, welche Fluid zum Reagenzauslass 170 zurückführen, ohne das Erfordenis, dass das Fluid durch die Wirbelkammer 320 fließt. Stattdessen kann das Reagenz entlang einer Peripherie der Wirbelkammer, einer Peripherie von Schlitzen 322 und angehobener Teile, die Schlitze 322 definieren, fließen.
Mit anderen Worten, in einigen Ausführungsbeispielen kann Reagenz über den Reagenzeinlass 168 zur Ausgangsöffnung 110 geliefert werden. Der Reagenzeinlass 168 kann in Strömungsverbindung stehen mit der Austrittsöffnung 110 und außenliegend mit dem Reagenztank 12 über die Lieferleitung 9. Reagenz kann mit einem vorbestimmten Drucksollwert zum Reagenz-Injektor 100, 101 gepumpt werden, und in den Reagenzeinlass 168 und anschließend zur Austrittsöffnung 110. Der vorbestimmte Drucksollwert kann in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen variieren, um zumindest einen erhöhten Betriebsbereich und verschiedene Sprühmuster von der Austrittsöffnung 110 bereitzustellen. Es kann zu einer relativ hohen Geschwindigkeit beschleunigt werden, und zwar aufgrund der Konstruktion und der Gestalt der Loch-Platte 108. Dies erzeugt eine hohe Strömungsgeschwindigkeit in der Austrittsöffnung 110. Wenn das Ende der Nadel 118 von dem Ventilsitz 120 entfernt wird, wird ein Teil der Reagenzströmung durch die Austrittsöffnung 110 hindurchgeführt, wo aufgrund einer Kombination von Zentrifugalkräften und Scher-Beanspruchung des Reagenz durch Luft eine Atomisierung erfolgt, wenn es in dem Abgasstrom eindüst.
Beispielsweise werden in etwa 600 Milliliter pro Minute (ml/min), umgerechnet 36 Liter pro Stunde (l/h) eines Reagenz durch den Reagenz-Injektor 100, 101 zirkuliert, was mehr sein kann als die Menge von Reagenz, die aktuell von der Austrittsöffnung 110 ausgegeben wird. Obwohl in Abhängigkeit von der speziellen Abgasbehandlung die Strömungsrate variiert werden kann, verlässt Reagenz, das nicht in den Abgasstrom über die Austrittsleitung 110 abgegeben wird, über den Reagenzauslass 170 den Reagenz-Injektor 100, 101 und wird dem Reagenztank 12 zum Zwecke der Zirkulation zurückgeführt. Durch Anheben des Endes der Bemessungsnadel 118 von dem Ventilsitz 120 kann atomisiertes Reagenz mit einer Rate von annähernd 1 ml/min (.0611/h) bis 600 ml/min (36 l/h) in Abhängigkeit von der Anwendung der Abgasbehandlung und/oder des Steueralgorithmus ausgegeben werden. Die Sprühcharakteristika des Reagenz, das von der Austrittsöffnung 110 abgegeben wird, können abhängig von den Druckverhältnissen des Drucks, der in der Rückführleitung 35 zum Tank 12 von dem Reagenz-Injektor 100, 101 und in der Lieferleitung 24 zum Reagenz-Injektor von dem Lieferleitung 24 aufrechterhalten wird, variiert werden. Beispielsweise kann die Tröpfchengröße durch Variation des Drucks in der Lieferleitung 24 gesteuert werden. Zusätzlich können die Sprühcharakteristika durch Austauschen unterschiedlicher Sprühplatten oder Lochplatten variiert werden. Variieren der Reagenzzirkulationsrate, wie beispielsweise durch Wechseln einer Ausgangsdrucks bei dem Liefermodul 14, kann das Kühlungsniveau ändern, das durch das Reagenz bereitgestellt wird, hat aber keine Wirkung auf die Tröpfchengröße oder den Sprühkegelwinkel.
Wie in den 2a und 2b dargestellt ist, kann die Bemessungsnadel 118 mit Hilfe eines Vorspannungsglieds in der geschlossenen Position gedrückt sein, was beispielsweise in Form einer Spiralfeder 136 geschehen kann, die am Nadelkopf 132 der Nadel 118 angreift. Die Feder kann an einer oberen Oberfläche des Nadelkopfes 132 der Nadel 118 angreifen. Eine obere Oberfläche des Nadelkopfes 132 kann eine Oberfläche des Kolbens gegenüber der Nadel 118 sein. Die obere Oberfläche kann gekrümmt oder konvex sein oder eine Bohrung 137 einschließen (55).
Es wird insbesondere Bezug genommen auf die 4, 5 und 43 bis 45. Darin sind perspektivische Außenansichten des Reagenz-Injektors 100, 101 in Verbindung mit einem Abgasrohr 119 dargestellt. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird die Verbindung des Reagenz-Injektors 100, 101 zum Abgasrohr 119, in einer solchen Weise erhalten, dass die Nachteile von Kräften, die beispielsweise Drehmomente und Ähnliches, die auf dem Reagenz-Injektor 100, 101 einwirken, minimiert werden. Das heißt, in einigen Ausführungsformen, wie in den 2a, 2b und 9 bis 11, dargestellt, kann ein Befestigungsflansch 200 mit dem Abgasrohr 19 mittels einer Verschweißung, einem Gewindebefestiger oder anderen konventionellen Mitteln angeschlossen sein. Der Befestigungsflansch 200 kann so ausgebildet sein, dass er eine zentrale Bohrung 202 aufweist, die die Größe besitzt, den unteren Körperabschnitt 102b des Injektorkörpers aufzunehmen, um es der Austrittsöffnung 110 zu ermöglichen, in einer vorbestimmten Position in dem Abgasrohr positioniert zu werden, um Reagenz in das Abgasrohr 19 mit einer bestimmten Orientierung einzubringen. In einigen Ausführungsformen kann, wie in den 2a, 2b und 9–11 dargestellt, ein Isolierteil 204 zwischen dem Befestigungsflansch 200 und dem unteren Teil des Injektorkörpers 102b des Injektorkörpers 102 angeordnet sein, um den Transfer von thermischer Energie vom Abgassystem 18 zu minimieren, genauer gesagt vom Abgas und Abgasrohr 19 zum Reagenz-Injektor 100, 101. Um des Weiteren einen Durchgang von Abgas zu verhindern, kann ein geeigneter hitzeresistenter O-Ring 203 an einem Winkel- oder Schulterposition zwischen dem Isolierteil 204 und dem Befestigungsflansch 200' eingebaut sein, wie in 42 dargestellt.
Das Isolierteil 204 kann aus einem Material bestehen, das thermische Eigenschaften besitzt, um den Wärmeübergang zu minimieren, wie beispielsweise Markor oder gepresstes Mulit. Das Isolierteil 204 kann einen rohrförmigen Abschnitt 206 aufweisen, der einen Außendurchmesser oder die Form komplementär zu dem Innendurchmesser oder der Form einer Zentralbohrung 202 des Befestigungsflanschs 200 aufweist, um es dem Isolierteil 204 zu gestatten, in den Befestigungsflansch 200 aufgenommen zu werden. Des Weiteren kann ein Außendurchmesser des rohrförmigen Abschnitts 206 einen Innendurchmesser der Zentralbohrung 202 des Befestigungsflanschs 200 berühren. In ähnlicher Weise kann der rohrförmige Abschnitt 206 einen Innendurchmesser und/oder eine Gestalt komplementär zu einem Außendurchmesser und/oder einer Gestalt des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers aufweisen, um es dem unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers zu gestatten, in dem Isolierteil 204 aufgenommen zu werden. Des Weiteren kann ein Außendurchmesser und/oder die Gestalt des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers einen Innendurchmesser des Isolierteils 204 berühren. Das Isolierteil 204 kann mit einem Außendurchmesser versehen sein, der eine Reihe von alternierenden Vorsprüngen und Ausnehmungen besitzt, was den Kontakt zu einem Außendurchmessers des rohrförmigen Abschnitts 206 auf die vorspringenden Bereichen begrenzt, und nicht die Ausnehmungsbereiche. Durch diese Konstruktion hat der Außendurchmesser des rohrförmigen Abschnitts 206 weniger Kontakt mit einem inneren Durchmesser des Befestigungsflanschs 200 und daher findet ein geringerer Wärmeübergang zwischen dem rohrförmigen Abschnitt 206 und dem Befestigungsflansch 200 statt als wenn die wechselnde Vorsprünge und Ausnehmungen eine glatte Oberfläche oder Teil einer Gewindekontaktoberfläche wären.
In ähnlicher Weise kann der rohrförmige Abschnitt 206 einen Innen-Durchmesser aufweisen, der eine Reihe von abwechselnden Vorsprüngen und Ausnehmungen besitzt, was den Kontakt eines innenseitigen Durchmesser des rohrförmigen Abschnitts 206 mit einem Außendurchmesser des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers auf die vorstehenden Bereichen ohne die Ausnehmungsbereiche beschränkt. Mit einer solchen Konstruktion hat der Innendurchmesser des rohrförmigen Abschnitt 206 geringeren Kontakt mit dem Außendurchmesser des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers und daher findet ein geringerer Wärmeübergang zwischen dem rohrförmigen Bereich 206 und dem unteren Bereich 102b des Injektorkörpers statt, als wenn die alternierenden Vorsprünge und Ausnehmungen eine glatte Oberfläche oder Teil einer Gewindekontaktoberfläche wäre.
Das Isolierteil 204 hat bewiesen, dass es dienlich ist, wesentliche thermische Isolier-Eigenschaften bereitzustellen, um die Wärmeleitung von dem Abgassystem 18 zum Reagenz-Injektor 100, 101 zu minimieren. Beispielsweise wurde herausgefunden, dass die Außentemperaturen des Isolierteils 204 im Bereich von 500°C sein können. Diese Angaben sind nicht beschränkend zu verstehen. Demgegenüber überschreiten üblicherweise die Innenwandtemperaturen der Bohrung 202 des Isolierteils 204 70–100°C nicht. In einigen Ausführungsbeispielen ist das Isolierteil 204 metallisiert und zum Außenmetallgehäuse oder Befestigungsflansch 200, 200' nickelgelötet. Die Lötung dient dazu, eine gasdichte Versiegelung bereitzustellen, ohne zu einer Dichtung oder anderen Dichtungsvorrichtung greifen zu müssen, und eine Halterung des Isolierteils in dem Flansch 200 bereitzustellen. Die Lötstelle besitzt thermisches Leistungsvermögen, das größer ist als Temperaturen, die erwartet werden, während des Betriebs bei dem Injektor 100, 101, dem Befestigungsflansch 200 und dem Isolierteil 202 nach dem Einbau als Teil des Abgassystems aufzutreten, wodurch eine akzeptable Sicherheitsgrenze für eine zuverlässige Abdichtung und Befestigung sichergestellt wird.
Es wird weiter Bezug genommen auf die 2a und 2b. Der untere Abschnitt 102b des Injektorkörpers 102 kann an dem Flansch 200 über eine Vielzahl von Befestigern 208, wie beispielsweise Kappenschrauben befestigt sein. Die Befestiger 208 können sich durch entsprechende Öffnungen 210, die in einem Flanschring 212 des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers ausgeformt sind, hindurch erstrecken und sind in entsprechenden Öffnungen 214 in einem Flanschring 216 des Befestigungsflanschs 200 schraubbefestigt. In einigen Ausführungsbeispielen kann eine Lippe 205, die kreisförmig sein kann, des Isolierteils 204 zwischen dem unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers und dem Befestigungsflansch 200 vorgesehen sein, um den Isolator darin sicher zu halten oder in Sandwichkontakt zu halten. Das Isolierteil 206 kann als Pilot für Vorsprungschweißen des Befestigungsflansch 200 an das Abgasrohr verwendet werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen, wie in den 4–8 und 41–42 gesehen werden kann, kann der untere Abschnitt 102b des Injektorkörpers 102 mittels einer Vielzahl von Klipps 220, die im Querschnitt C-förmig oder oval sind, an dem Befestigungsflansch 200' festgelegt sein. Alternativ hierzu können die Klipps 220 eine andere Form besitzen. Beispielsweise können die Klipps 220 kreisförmig, quadratisch oder rechtwinklig im Querschnitt ausgebildet sein. Die Klipps 220 können verwendet werden, einen Abschnitt des Außenringabschnitts 222 des Befestigungsflanschs 200' und einen Umfangsringabschnitt 224 einer Halteplatte 226 (41–42) zu überlappen oder zu überfassen. Wie in den 22-24 dargestellt, kann die Halteplatte 226 ein scheibenförmiges Teil sein, das einen aufgerichteten Umfangsringabschnitt 224 und eine Zentralöffnung 227 zum Aufnehmen des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers 102 besitzt. Die Halteplatte 226 kann über eine Presspassung oder Lötverbindung oder einer Schweißung mit dem unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers 102 gekoppelt sein, um den Injektorkörper 102 zu halten. Jeder der Klipps 220 kann Enden 228 (41) besitzen, die allgemein einander zugewandt sind und eine Klemmkraft auf dem Befestigungsflansch 200 und die Halteplatte 226 ausüben, um den Injektorkörper 202 an den Befestigungsflansch 202 festzulegen. Insbesondere, unter Bezugnahme auf die 41–42, kann ein erstes Ende 228 des Klipps 220 mit dem Ringabschnitt 222 des Befestigungsflanschs 200' und ein zweites Ende 228 des Klipps 220 mit dem Umfangsringabschnitt 224 der Halteplatte 226 des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers in Kontakt sein. Das zweite Ende 228 des Klipps 220 kann sich des Weiteren innerhalb einer Rand-Konkavität 225 des Ringabschnitts 224 der Halteplatte 226 befinden und mit ihr in Kontakt stehen. Die -Konkavität 225 kann die Bewegung des Klipps in Richtung und weg von einer zentral senkrechten Achse des Reagenz-Injektors 100, 101 verhindern. Die zentralew senkrechte Achse des Reagenz-Injektors 100, 101 kann mit der Längsachse der Nadel 118 zusammenfallen. Durch Verhindern der Bewegung des Klipps 220 in Richtung und fort von einer zentral senkrechten Achse des Reagenz-Injektors 100, 101 verbleibt der Klipp 220 in seiner installierten Position.
Um eine Drehung des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers in Bezug auf den oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers 102 zu verhindern oder zu minimieren und um des Weiteren die Bewegung eingebauter Klipps 220 relativ zur Halteplatte 226 und dem Befestigungsflansch 200' zu vermeiden, können sich Haltestifte 229 (9–11 und 41–42) von Haltebohrungen 223 oder Schlitzen in dem Befestigungsflansch 200' nach oben erstrecken und können in einer beliebigen der Vielzahl von Ortsbohrungen 231 aufgenommen werden, welche Durchgangslöcher, ausgebildet in der Halteplatte 226 (22–23) sein können. Die Haltestifte 229 und die Haltelöcher 231 wirken miteinander zusammen und bilden eine Verbindung miteinander, welche eine relative Rotation der Klipps 220, der Halteplatte 226 und dem Befestigungsflansch 200' verhindern. Auf diese Weise stellt die vorliegende Offenbarung einen Injektor und ein Befestigungsinterface bereit, das eine Auswahl von Rotations-Orientierungen für die gewünschte Injektorinstallation gestattet, wobei das Erfordernis des Verwendens spezieller Befestigungen und anderer Komponenten vermieden wird.
Unter Bezugnahme auf die 41 und 42 kann ein Klipp 220 eine Kerbe 235 auf einer der gegenüberliegenden Enden 228 besitzen. Beispielsweise kann die Kerbe 235 auf der Seite des Reagenz-Injektors 100, 101 angeordnet sein, welche als Oberseite bezeichnet wird. Eine Oberseite des Reagenz-Injektors 100, 101 kann die Seite der Halteplatte 226 sein, welche von dem Abgasrohr 19 weg weist, wenn der Reagenz-Injektor 100, 101 auf einem Abgasrohr 19 installiert ist. Die Kerbe 235 kann ausgedehnter sein als ein Durchmesser der Lagestifte 229, sodass sich die Kerbe 235 des Klipps 220 über einem Ende des Lagestifts 229 befinden kann, wie in 42 dargestellt. Während einer Installation des Klipps 220, bei der die Halteplatte 226 und der Umfangsringabschnitt 222 des Befestigungsflanschs 200 sicher miteinander befestigt werden und eine relative Bewegung zwischen der Halteplatte 226 und dem Umfangsringabschnitt 222 verhindert wird, kann das zweite Ende 228 des Klipps 220 mit der Kerbe 235 zunächst über ein Ende eines Haltestifts 229 positioniert werden, welcher in dem Blindloch des Umfangsringabschnitt 222 eingesetzt ist. Ein Abschnitt des Klipps 220 auf jeder Seite der Kerbe 235 kann in Kontakt mit einer Oberfläche des Umfangsringabschnitts 224 stehen und der Klipp 220 kann auch den Haltestift 229 berühren. Demzufolge kann das erste Ende 228 des Klipps 220 um einen Rand des Kontaktringabschnitts 222 des Befestigungsflanschs 200' gepresst werden, sodass das erste Ende 228 einen Vorsprungsabschnitt 237 des Kontaktringabschnitts 222 berührt, bevor das erste Ende 228 des Klipps in der Nut 239 einrastet (11). Auf diese Weise wird das zweite Ende 228 des Klipps 220 in der -Konkavität 225 des Randringabschnitts 224 mittels des Stifts 229, der in der Kerbe 235 residiert, gesichert, wobei das erste Ende 228 des Klipps 220 in der Nut 239 des Randringabschnitts 222 gesichert ist. Auf diese Weise kann nach der Installation von Klipp 220 eine Längsachse des Stifts 229 durch jedes Ende 228 des Klipps 220 führen.
In einigen Ausführungsbeispielen kann das Isolierteil 204 zwischen dem unteren Abschnitt 102b/Halteplatte 226 und dem Flansch 200' angeordnet sein, um den Isolator 204 sicher darin zu halten. Es versteht sich, dass die Klipps 220 einen Vorteil gegenüber üblicherweise auf einem Drehmoment basierten Drehbefestigern besitzen, weil bei den Klipps 220 keinerlei Verdrehung oder Schraubkraft (Drehmoment) auf dem Reagenz-Injektor 100, 101 ausgeübt werden. Es wurde herausgefunden, dass derartige Verwindungs- oder Verdrehkräfte den Reagenz-Injektor und/oder das Isolierteil 204 bei manchen Anwendungsgebieten beschädigen, dies auch, wenn sie durch einen Monteur unsauber installiert wurden (beispielsweise überdreht). Darüber hinaus stellen die Klipps 220 einen geringen thermischen Weg für die Übertragung von Hitze von dem Befestigungsflansch 200' zum Injektorkörper 102 bereit, wodurch die thermische Belastung des Reagenz-Injektors 100, 101 reduziert wird, welche abgeführt werden muß.
In einigen Ausführungsbeispielen können die Nadel 118, Lochplattenhalter 112, der innere untere Körper 104, das Schaft-Teil 122, der Feder Vorspanner 138, der obere Abschnitt 102a des Injektorkörpers 102, der Befestigungsflansch 200/200' und/oder die Fluidkupplung 160 aus rostfreien Stahl des Typs 430c, 440f oder ähnlichem hergestellt und in einigen Ausführungsbeispielen mit einer Beschichtung bedeckt sein, welche eine Widerstandsfähigkeit gegen Harnstoffkorrosion und magnetische Eigenschaften beibehält, während die Metallermüdung, welche über die Lebenszeit des Reagenz-Injektors 100, 101 besteht, reduziert wird. Der Kragenabschnitt 126 und die Gegenfeder 136 können aus rostfreiem Stahl des Typs 316 oder ähnlichem hergestellt sein, und, in einigen Ausführungsbeispielen, mit einer Beschichtung versehen sein, welche Widerstandsfähigkeit gegen Harnstoffkorrosion beibehält, während Metallmüdigkeit, die über die Lebenszeit des Reagenz-Injektors 100, 101 entstehen kann, reduziert wird.
Die 43–45 geben einen Reagenz-Injektor 100, 101 wieder, der einen Hitzeschild 360 verwenden kann, um den Injektor 100, 101 vor Strahlungshitze von dem Abgasrohr zu schützen. Insbesondere kann der Hitzeschild 340 an dem Injektor 100, 101 unter Verwendung einer Einzelöffnung durch die Hitzeschildoberfläche 342, die parallel zum Abgasrohr 19 verläuft, angebracht sein. 44 zeigt eine Abdeckung 344, die über und um den Reagenz-Injektor 100, 101 angeordnet sein kann, um den Reagenz-Injektor vor Umgebungselementen wie Wasser, Schnee, Straßenabrieb etc. zu schützen. Darüber hinaus kann die Abdeckung 344 eine Isolierabdeckung sein und den Reagenz-Injektor 100, 101 innerhalb der Abdeckung 344 von der Außenumgebung außerhalb der Abdeckung 344 isolieren. Beispielsweise kann die Abdeckung 344 Wärme, die von dem Reagenz-Injektor 100, 101 generiert wird, innerhalb der Abgrenzung oder des Inneren oder der Abdeckung 344 halten, wenn die Außentemperatur von oder die Umgebung außerhalb der Abdeckung 344 niedriger ist als die Temperatur innerhalb der Abgrenzung 344, in der der Reagenz-Injektor 100, 101 angeordnet ist.
In gleicher Weise kann die Abdeckung 344 heiße Luft, die sich außerhalb der Abdeckung 344 befindet, daran hindern, den Reagenz-Injektor 100, 101 auf eine Temperatur zu heben, die das Verfestigen oder Kristalisieren des Reagenz wie beispielsweise Harnstoff, innerhalb des Reagenz-Injektors 100, 101 beschleunigt. Die Abdeckung 344 kann aus Plastik oder aus Metall hergestellt sein, ähnlich demjenigen, aus welchem der Reagenz-Injektor 100, 101 hergestellt ist. Die Abdeckung 344 kann ein Durchgangsloch 346 aufweisen, durch welches das Einlassrohr 348 und das Auslassrohr 350 hindurchführen können. Elektrische Leitungen 352, 354 können ebenfalls durch das Durchgangsloch 346 hindurchführen. Die Abdeckung 344 kann auf dem Hitzeschild 340 in einem Presssitz, einer Schnappbefestigung oder einer anderen Art befestigt sein, um sicherzustellen, dass die Abdeckung 344 sicher an dem Hitzeschild 340 verbleibt, wenn der Reagenz-Injektor 100, 101 mit dem Hitzeschild 340 in Verbindung mit dem Abgassytem ist, das bei einem Fahrzeug Verwendung findet.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Lehre wird ebenfalls ein Verfahren zum Einspritzen eines Reagenz in den Gasstrom angegeben. 48 zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels eines Reagenzströmungswegs 169 durch den Reagenz-Injektor 101. Wie dargestellt, tritt ein flüssiges Reagenz, wie beispielsweise Harnstoff, bei einem Einlass 167 in den Injektor 101 ein, fließt durch den Eingang 168 und fließt zwischen einem Außendurchmesser des Schaft-Teils 122 und der Zentralbohrung 146 der Magnetspule 144. Weil das Schaft-Teil 122 und die Magnetspule 144 relativ große Oberflächenflächen innerhalb des Reagenz-Injektors 101 aufweisen, kann das flüssige Reagenz von diesen Komponenten Hitze abführen, während das Reagenz durch den Reagenz-Injektor 101 fließt. Hierdurch wird das Reagenz, das über den Reagenzströmungsweg 169 fließt, zunehmend wärmer als das Reagenz, das durch den Reagenz-Injektor 101 fließt. Im weiteren Verlauf fährt Reagenz fort, zwischen einem Außendurchmesser des Kragenabschnitts 126 und einem Innendurchmesser oder einer Zentralbohrung 146 der Magnetspule 144 zu fließen. Das Reagenz fließt dann weiter durch die Unterkörperpassage 304, welche zwischen einem Außendurchmesser des inneren unteren Körpers 104 und einem Innendurchmesser des unteren Abschnitts 102b des Reagenz-Injektors gebildet ist. Das Reagenz erreicht dann einen Ort 172, wo der innere untere Körper 104 des Reagenz-Injektors 101 mit dem unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers 101 verschweißt wurde. Bei diesem Ort strömt das Reagenz von der Passage im unteren Körper 304 in die Verteilerpassagen 308 im inneren unteren Körper 104, wodurch es dem Reagenz ermöglicht wird, in die Verteilerkammer 171 zuströmen, die zwischen dem inneren unteren Körper 104 und der Lochplatte 108 ausgebildet ist. Wenn der Reagenz-Injektor 101 geschlossen ist, beispielsweise wenn der Magnet ohne Strom oder nicht aktiviert und die Spitze der Nadel 118 eingesetzt ist und mit dem Ventilsitz 120 in der Lochplatte 108 eine Dichtung bildet, welche eine konische Oberfläche sein kann, wird Fluid daran gehindert, aus der Austrittsöffnung 110 in das Abgasrohr 19 eingesprüht zu werden.
Wenn die Magnetspule 180 nicht mit Energie versorgt ist und die Nadel 118 gegen die Lochplatte 108 gesetzt ist, fließt Reagenz zumindest teilweise um die Verteilerkammer 171 und fließt durch Bohrungen oder Löcher, welche die Verteilerkammer 171 mit der Zentralbohrung 106 verbinden, wobei es sich bei der Zentralbohrung um diejenige im inneren unteren Körper 104 handelt. Diese Zentralbohrung 106 oder Bohrungen bilden einen Rückflussweg für rezirkulierendes Reagenz, das Wärme abführt, die zwischen beweglichen und einander berührenden Teilen in dem Reagenz-Injektor 101 hervorgerufen wird. Der Reagenz-Injektor 101 kann durch das zirkulierende Reagenz kontinuierlich gekühlt werden, selbst wenn der Reagenz-Injektor 101 nicht aktiv Fluid in einen Abgasstrom des Abgasrohrs 19 einspritzt. Wenn die Magnetspule 180 des Magnets mit elektrischer Energie versorgt wird und bewirkt, dass die Nadel 118 von der Lochplatte 108 angehoben und fortbewegt wird, wird ein Teil des Reagenz durch die Schlitze 322 fließen, welche von tangentialen Schlitzen oder gekrümmten Schlitzen gebildet werden, und anschließend in die Wirbelkammer 320, welche zwischen den tangentialen Schlitzen 322 und der Austrittsöffnung 110 angeordnet ist, wie in 16 dargestellt. Nur das Volumen an Reagenz, das in das Abgasrohr 19 als Sprühstrahl 313 eingespritzt wird, fließt durch die Schlitze 322. In einigen Ausführungsformen können Schlitze 322 Teil einer inneren Fläche an dem inneren unteren Körper 108 (18) oder dem Lochplattenhalter 112 (49, 55) sein. In solchen Anordnungen kann die Lochplatte 108 die Wirbelkammer 320 und die Austrittsöffnung 110 enthalten. Es wird darauf hingewiesen, dass Teile von jedem in anderen eingebaut sein können, ohne von der vorliegenden Lehre abzuweichen.
Es wird nun mit 48 fortgefahren. Reagenz, das in die Zentralbohrung 106 um die Nadel 118 geleitet ist, fließt von dem Strömungsweg 322 um den Rand von Schlitzen 322 in die Passage 312, welche unmittelbar zur Zentralbohrung 106 führt. Während des Fließens über die Länge der Zentralbohrung 106 kann Reagenz dann durch eine oder mehrere Durchgangsschlitze oder Bohrungen 109 in der Führungsplatte 107 fließen. Die Nadel 108 bildet einen Teil einer Grenze eines jeden der Schlitze oder Bohrungen 109, wenn die Nadel in das Zentrum durch die Bohrung der Führungsplatte 107 eingesetzt ist, wie aus den 17 und 18 zu ersehen. Nachdem das Reagenz durch die Führungsplatte 107 hindurchgeflossen ist, fließt es weiter und kommt zu einer von mehreren Durchgangsbohrungen 316 in dem Nadelkopf 132 und fließt in und durch die Zentralbohrung 134, dort, wo die Feder 136 und der Federvorspanner 138 angeordnet sind. Danach fließt das Reagenz in den Reagenzauslass 170 und von dem Reagenzausgang 173.
Weil nur das Volumen an Reagenz durch die Schlitze 322 fließt, das ausgespritzt wird, kann dieselbe oder ähnliche Menge an Reagenz von der Austrittsöffnung 110 abgegeben werden, selbst wenn das Volumen der Rückströmung durch den Reagenzauslass 170 um +/–30 Prozent variieren sollte. Das Unempfindlich-Machen von Abgabe-Strömungs- gegenüber Rückströmvolumen gestattet eine einfache gebohrte Begrenzeröffnung, welche dafür verwendet wird, die Rückströmung zu steuern, und da kein kritisches Anpassen der Injektoröffnung zum Rückstrom erforderlich ist, ist es nicht notwendig, die Begrenzeröffnung in dem Injektor selber einzubauen. Für wasserbasierte Medien, einschließlich wässrigem Harnstoff, bei dem ein Gefrieren des Mediums bei kaltem Wetter möglich ist, ist die Begrenzeröffnung am besten bei dem Einlass für den Rückstrom in den Tank angeordnet, da dieses dazu führt, dass nur Luft durch die Öffnung gezogen wird, wenn die Leitungen nach dem Abstellen der Maschine von Fluid entleert sind. Dies ermöglicht einen schnelleren Spülzyklus, wodurch auch ein Entfernen eines höheren Prozentsatzes an Fluid in den Leitungen erzielt werden kann, was zu einem schnelleren Tauzyklus beim Starten führt.
Wenn der Reagenz-Injektor 101 „alternierendem Rückstrom” ausgesetzt ist, tritt lediglich ein Teil des Reagenz als Sprühnebel durch die Lochplatte 118 in einen Abgasstrom des Abgasrohrs 19 aus. Der Rest des Reagenz wird zum Reagenztank 12 zurückgeführt und rezirkuliert. In einem Ausführungsbeispiel kann der Reagenz-Injektor 101 30 Liter pro Stunde (l/h) eines Reagenz durch den Reagenzeingang 168 erhalten, wenn der Reagenz-Injektor 101 Reagenz in das Abgasrohr 19 einspritzt. Jedoch können lediglich 5 Liter pro Stunde tatsächlich durch die Ausgangsöffnung und in den Abgasstrom des Abgasrohrs 19 austreten. Der Rest von 25 l/h kann durch den Reagenz-Injektor 101 zurückgeführt werden und verlässt den Reagenz-Injektor 101 durch die Ausgangsöffnung 165 als Rückstrom.
Es wird hauptsächlich Bezug genommen auf die 18 und 48. Bei manchen Ausführungsformen kann ein Verfahren, Reagenz durch den Injektor 101 hindurchzuführen, das Empfangen eines Reagenz von dem Reagenztank 12 bei einem Reagenzeinlass 168 des Reagenz-Injektors 101 einschließen; Weiterleiten des Reagenz zu einer Schaft-Teil-Passage 324, die zwischen einem Außendurchmesser des Schaft-Teils 122 und dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers und einem Innendurchmesser der elektromagnetischen Spule 144 ausgebildet ist; Weiterleiten des Reagenz von der Schaft-Teil-Passage 324 zu einer Kragenpassage 326, die zwischen einem Außendurchmesser des Kragens 126 an dem inneren unteren Körper 104 und einem Innendurchmesser der Spule 144 definiert ist; Weiterleiten des Reagenz von der Kragenpassage 326 zu einer unteren Körperpassage 304, die zwischen einem Außendurchmesser des inneren unteren Körpers 104 und einem Innendurchmesser des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers 101 definiert ist; und Weiterleiten des Reagenz in eine Verteilerpassage 308, die von einem inneren unteren Körper 104 gebildet ist. Die Verteilerpassage 308 kann die untere Körperpassage 304 mit der Verteilerkammer 171, welche durch den inneren unteren Körper 104 und der Lochplatte 108 gebildet ist, verbinden. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren beinhalten, von der Verteilerkammer 171 ein erstes Teilvolumen von Reagenz zur Austrittsöffnung 110 in der Lochplatte 108 zu leiten und ein zweites Teilvolumen des Reagenz zu einem Reagenzauslass 170 des Injektors 101.
In einigen Ausführungsformen kann das Weiterleiten eines ersten Teilvolumens von Reagenz zur Austrittsöffnung 110 in der Lochplatte 108 einschließen: Weiterleiten des ersten Teilvolumens von Reagenz durch die Vielzahl der Schlitze 322 in der Lochplatte 108; Bewegen einer Nadel 118 und Freisetzen der Öffnung 110 in der Lochplatte 108; Weiterleiten des ersten Teilvolumens des Reagenz durch eine Vielzahl von Schlitzen 322 in der Lochplatte 108 und durch die Öffnung 110; und Weiterleiten des ersten Teilvolumens von Reagenz zu einer Zentralbohrung oder Zentralbohrung 106, die in dem inneren unteren Gehäuse 104 ausgebildet ist.
In einigen Ausführungsformen kann das Weiterleiten eines zweiten Teilvolumens von Reagenz zum Reagenzauslass 170 oder zur Auslassöffnung 165 folgendes beinhalten: Weiterleiten des zweiten Teilvolumens von Reagenz durch Durchgangsschlitze oder Bohrungen 109 (17), welche in der Führungsplatte 107 ausgebildet sind, durch welche die Nadel 108 hindurchfährt; Weiterleiten des zweiten Teilvolumens von Reagenz durch Durchgangsbohrungen 116 im Nadelkopf 132, wobei der Nadelkopf 132 an dem Ende der Nadel 118 befestigt ist und dieses umgibt; Weiterleiten des zweiten Teilvolumens von Reagenz durch ein Inneres der Spule 144 der Magnetspule 180; Weiterleiten des zweiten Teilvolumens von Reagenz durch die Zentralbohrung 134 des Schaft-Teils 122; Weiterleiten des zweiten Teilvolumens von Reagenz von der Verteilerkammer 171 zu zumindest einer der Rückströmpassagen, welche durch den inneren unteren Körper 104 gebildet werden. Die Rückströmpassage 312 verbindet die Verteilerkammer 171 und die Zentralbohrung 134, welche durch den inneren unteren Körper 104 gebildet wird, strömungsmäßig. Weiterleiten des zweiten Teilvolumens von Reagenz um einen Außendurchmesser der massiven Nadel 118, die in der Zentralbohrung 106 aufgenommen ist, die in dem inneren unteren Körper 104 definiert ist.
Alternativ hierzu kann in einigen Ausführungsbeispielen ein Verfahren zum Weiterleiten von Reagenz durch einen Injektor das Pumpen eines Reagenz von einem Reagenztank 12 zum Injektor-Einlass 168 bedingen; Weiterleiten des Reagenz zur Schaft-Teilpassage 324, welche zwischen einem Außendurchmesser des Schaft-Teils 122 und dem Injektor oberen Abschnitt 102a ausgebildet ist; Weiterleiten des Reagenz von der Schaft-Teilpassage 324 zu einer Kragenpassage 326, die zwischen einem Außendurchmesser eines Kragens 126 des inneren unteren Körpers 104 und einer Innendurchmesser der elektromagnetischen Spule 144 angeordnet ist; Weiterleiten des Reagenz von der Kragenpassage 326 zur unteren Körperpassage 304, welche zwischen einem Außendurchmesser des inneren unteren Körpers 104 und einem Innendurchmesser des Injektorkörperunterabschnitts 102b des Injektors 101 angeordnet ist, Weiterleiten des Reagenz in eine Verteilerpassage 308, welche von dem inneren unteren Körper 104 gebildet ist, Verteilerpassage 308 verbindet strömungsmäßig die untere Körperpassage 304 und die Verteilerkammer 171, welche durch den inneren unteren Körper 104 und der Lochplatte 108 definiert wird; Aufteilen des Reagenz in ein erstes Teilvolumen und ein zweites Teilvolumen; Weiterleiten des ersten Teilvolumens und des zweiten Teilvolumens von Reagenz in die Verteilerkammer 171; Weiterleiten des ersten Teilvolumens in gekrümmte Schlitze 322, welche in der Lochplatte definiert sind; Anheben der Nadel 118 von der Lochplatte 108; und Weiterleiten des ersten Teilstroms von Reagenz um eine Öffnung 110 in der Lochplatte 108.
In einigen Ausführungsformen kann ein Verfahren des Weiteren das Weiterleiten des ersten Teilvolumens von Reagenz von der Öffnung 110 in der Lochplatte 108 in das Abgasrohr 19 (44) und Weiterleiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz von dem Reagenzauslass 170 und Ausgangsöffnung 165 zum Reagenztank 12 bedingen.
Das Weiterleiten des zweiten Teilvolumens an Reagenz zum Reagenzauslass 170 kann weiter beinhalten: Weiterleiten des zweiten Teilvolumens von Reagenz zur Rückführleitung 312, die in dem inneren unteren Körper 104 definiert ist, wobei die Rückführleitung/Passage 312 das zweite Teilvolumen von der Verteilerkammer 171 zur Zentralbohrung 106 leitet, die in dem inneren unteren Körper 104 ausgebildet ist; Weiterleiten des zweiten Teilvolumens um einen Außendurchmesser der massiven Nadel 118 herum, die in der Zentralbohrung 106 angeordnet ist; Weiterleiten des zweiten Teilvolumens von Reagenz durch Durchgangsschlitze oder Löcher 109 der Führungsplatte 107, durch welche die massive Nadel 118 hindurchfährt; und Weiterleiten des zweiten Teilvolumens an Reagenz durch Durchgangsschlitze oder Bohrungen 109 des Nadelkopfs 132, an welchem die Nadel 118 befestigt ist; Weiterleiten des zweiten Teilvolumens des Reagenz durch den Innendurchmesser der elektromagnetischen Spulenwicklung 144, Weiterleiten des zweiten Teilvolumens von Reagenz durch die zentrale Längsbohrung des Schaft-Teils 122. Das Schaft-Teil 122 kann durch den Innendurchmesser der elektromagnetischen Spulenwicklung 144 angeordnet sein. Ein Teilvolumen des Reagenz kann durch eine Feder 136 geleitet sein, welche in der zentralen Längsbohrung des Schaft-Teils 122 angeordnet ist.
In einigen Ausführungsbeispielen kann der Injektor 101 zum Einspritzen von Reagenz einen oberen Abschnitt 102a, einen unteren Abschnitt 102b, der an dem Oberabschnitt 102a festgelegt ist, eine Halteplatte 226, welche ein kreisförmiges Loch 227 (24) definiert, derart, dass die Halteplatte 226 um den unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers mittels des kreisförmiges Loches 227 festgelegt sein kann, einen Isolator 204, welcher ein kreisförmiges Loch oder eine Zentralöffnung definiert, dergestalt, dass der Isolator 204 um den unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers festgelegt werden kann, und einen Befestigungsflansch 200', in dem eine kreisförmige Bohrung definiert ist, dergestalt, dass die Befestigungsplatte 200' um den Isolator 204 herum festgelegt werden kann. Eine Halteplatte 226 kann unmittelbar an dem unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers festgelegt sein. Der Isolator 204 kann unmittelbar an dem unteren Abschnitt des Injektorkörpers 102b und der Halteplatte 226 befestigt sein. Der Befestigungsflansch 200' kann unmittelbar am Isolator 204 festgelegt sein. Die Halteplatte 226 kann eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen 231 aufweisen, und zwar am Randabschnitt 224 der Halteplatte oder an einem Randringabschnitt 224 und der Befestigungsflansch 200' kann eine Vielzahl von Sacklöchern 223 aufweisen, die an einer Randkante des Befestigungsflansches angeordnet sein. Stifte 229 mit einem ersten Stiftende und einem zweiten Stiftende können verwendet werden dergestalt, dass das erste Stiftende in einer der Sackbohrungen 223 des Befestigungsflansches 200' aufgenommen ist, wobei der Stift 229 vollständig von einer aus der Vielzahl von Durchgangsbohrungen 231 in der Halteplatte 226 aufgenommen ist.
In einigen Ausführungsbeispielen können Klipps 220 mit einem ersten Klippende 228 und einem zweiten Klippende 228 verwendet werden, dergestalt, dass der Klipp 220 über den Halteplattenrandabschnitts 224 und den Befestigungsflanschrand- oder Ringabschnitt 222 greift. Der Randabschnitt 224 der Halteplatte kann eine Rand-Konkavität 225 definieren und eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen 231 der Halteplatte 226 können in den Rand-Konkavitäten 225 angeordnet sein. Die Randkante des Befestigungsflanschs kann eine Nut 239 definieren (11). Das erste Klippende 228 kann in der Nut 239 des Randringabschnitts 222 des Befestigungsflansches eingesetzt sein und das zweite Klippende 228 kann in der Rand-Konkavität 225 des Halteplattenrandabschnitts 224 sitzen. Der Klipp 220 kann C-förmig sein und das zweite Klippende 228 kann auf dem zweiten Stiftende aufsitzen (42). Der Isolator 204 kann einen rohrförmigen Abschnitt mit einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser definieren, die jeweils eine Reihe von alternierenden Vorsprüngen und Ausnehmungen besitzen (11).
Bei einigen Ausführungsformen kann ein Hitzeschild 340 auf dem Befestigungsflansch 200' installiert sein, wobei ein Durchgangsloch in dem Hitzeschild dergestalt verwendet wird, dass der Befestigungsflansch 200' durch das Durchgangsloch in dem Hitzeschild 340 hindurch ragen kann. In einigen Ausführungsformen kann der Hitzeschild 340 zwischen einem Injektorkörper-Oberabschnitt 102a und dem Abgasrohr 19 (44) positioniert sein. Eine Abdeckung 344 kann an dem Hitzeschild 340 befestigt sein, dergestalt, dass die Abdeckung 344 den Injektorkörper-Oberabschnitt 102a, den Injektorkörper-Unterabschnitt 102b und den Befestigungsflansch 200' umringt.
In einigen Ausführungsbeispielen kann ein Injektor zum Einspritzen von Reagenz ein zylindrisches Schaft-Teil 122 aufweisen, an dem ein erstes Schaft-Teil-Ende und ein zweites Schaft-Teil-Ende (21) definiert sind. Das Schaft-Teil 122 kann ein hohles Inneres von dem ersten Schaft-Teil-Ende bis zum zweiten Schaft-Teil-Ende aufweisen. Ein Federvorspanner 138 kann zwischen der hohlen Zentralbohrung 134 angeordnet sein und gegen einen Abschnitt des ersten Endes drücken. Die Feder 136 kann in der Zentralbohrung 134 angeordnet sein und gegen den Federvorspanner 138 drücken. Die Elektromagnet-Wicklung 180 kann um die Spule 144 herum angeordnet sein und die elektromagnetische Wicklung 180 selber kann den Außendurchmesser des zylindrischen Schaft-Teils 122 umgeben. Bei einigen Ausführungsformen sind das Schaft-Teil 122, der Federvorspanner 138, die Feder 136 und die elektromagnetische Wicklung 180 nur innerhalb eines Hohlraums oder Kammer in dem Injektorkörperoberabschnitt 102a angeordnet.
In einem Injektorkörperunterabschnitt 102b ist ein zylindrischer inneren unterer Körper 104 angeordnet und definiert eine Längszentralbohrung 106. Ein erstes Ende des inneren unteren Körper kann eine erste Endungsbohrung mit einem Durchmesser definieren, der größer ist als der Durchmesser der Zentralbohrung in Längsrichtung. Das erste Ende des inneren unteren Körpers kann auch eine zweite Bohrung in dem ersten Ende definieren, wobei der Durchmesser hiervon größer ist als derjenige der Zentralbohrung in Längsrichtung und größer als derjenige der ersten Bohrung im ersten Ende. Ein zweites Ende des inneren unteren Körpers definiert eine zweite Endbohrung mit einem Durchmesser, der größer ist als die Zentralbohrung in Längsrichtung. Der Injektor 101 kann desweiteren eine massive Nadel 118 aufweisen, die in der sich in Längsrichtung erstreckenden Zentralbohrung 106 aufgenommen ist. Eine Führungsplatte 107 kann an einem Zwischenabschnitt der Nadel 118 angeordnet sein. Die Führungsplatte 107 kann in der ersten Bohrung des ersten Endes aufgenommen sein. Der Nadelkopf 132 kann ein Ende der Nadel 118 oder ein Teil des Endes der Nadel 118 umgeben. Der Nadelkopf 132 kann in der zweiten Bohrung des ersten Endes aufgenommen sein und eine Lochplatte 108 kann in der zweiten Endbohrung aufgenommen sein. Das zylindrische Schaft-Teil 122, der Federvorspanner 138, die Feder 136, die elektromagnetische Wicklung 180, der zylindrische innere untere Körper 104, die Nadel 118, die Führungsplatte 107, der Nadelkopf 132 und die Lochplatte 108 können zum Zwecke des leichten Einsetzens in den oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers, wie beispielsweise in eine zentrale Kammer als Bestandteil eines Einzel-Einsatzes ausgebildet sein.
Die Führungsplatte 107 kann einen oder mehrere Durchgangsschlitze oder Bohrungen 109 für den Durchgang von Fluid aufweisen. Alternativ hierzu können die Führungsplatte 107 und die Nadel 118 einen oder mehrere Schlitze oder Bohrungen 109 zwischen sich für den Durchgang von Fluid bilden. Der Nadelkopf 132 kann zumindest eine Durchgangsbohrung 316 für den Durchfluss von Fluid definieren. Die Lochplatte 108 und ein zweites Ende des inneren unteren Körpers können eine Verteilerkammer 171 zwischen sich ausbilden. Die Lochplatte 108 kann eine Vielzahl von Nuten 322 für den Durchgang von Fluid zur Austrittsöffnung 111 zum Austritt von dem Injektor 101 bilden. Die Innenfläche des unteren Abschnitts 102b des Injektorkörpers und eine Außenoberfläche des inneren unteren Körpers können einen Fluiddurchgang 304 bilden. Der innere untere Körper 104 kann eine Verteilerpassage 308 definieren, der mit dem Durchgang 304, der von einer Innenfläche des unteren Abschnitts des Injektorkörpers und einer Außenoberfläche des inneren unteren Körpers gebildet ist, (vgl. 18 und 48) strömungsverbunden sein. Der innere untere Körper 104 kann eine Rückflusspassage 312 definieren, welche die Zentralbohrung 106 im inneren unteren Körper und die Verteilerkammer 171, die durch die Lochplatte 108 und dem zweiten Ende des inneren unteren Körpers gebildet wird, strömungsverbindet. Die massive Nadel 118 kann zum Zwecke der Passage von Fluid um das Äußere der massiven Nadel herum und durch die sich längserstreckende Zentralbohrung 106 hindurch in der in Längsrichtung verlaufenden Zentralbohrung 106 aufgenommen sein.
Die vorliegende Erfindung bietet viele Vorteile. Die Injektoren 100, 101 bieten eine Reduzierung der physikalischen Größe gegenüber früheren Injektoren, wodurch sich die Materialkosten reduzieren, die Verpackung verbessern und auch die absorbierte Hitze von einem heißen Abgassystem reduzieren lassen. Die Injektoren 100, 101 können Schraubverbindungen ersetzen und stattdessen Presspassungen verwenden, welche selbstfixierend sind und die im Wesentlichen verschweißt sind. Die Injektoren 100, 101 können im Vergleich zu früheren Injektoren O-Ringe vermeiden, insbesondere in dem unteren Abschnitt des Injektorkörpers und dem inneren unteren Körper, wo das Ausgesetztsein zu relativ hohen Temperaturen leicht auftritt. Die Injektor 100, 101 verbessern die Ansprechzeit (Öffnungszeit und Schließzeit) des Injektors (Anheben und Absetzen der Nadel 118, wodurch die Öffnung 110 der Lochplatte 108 jeweils freigesetzt bzw. verschlossen wird), um es zu ermöglichen, dass höhere Ausschaltverhältnisse (turn-down-Verhältnisse) erreicht werden können, wodurch eine geringe Anzahl von diskreten Injektoren erforderlich ist, um einen besonderen Bereich oder Umfang der Dosiererfordernisse abzudecken, wodurch der Lagerbestand reduziert und die Effektivität erhöht wird. Die Injektoren 100, 101 zeigen eine Verbesserung hinsichtlich der Dosierungsgenauigkeit und Wiederholbarkeit, einschließlich einer Verringerung hinsichtlich der Empfindlichkeit für Batteriespannung, Rückflussrate und Temperaturänderungen am Injektorkörper. Die Injektoren 100, 101 zeigen eine Veränderung von Fluid-Anschlüssen (z. B. die Anbringung von dem Fluideinlass 168 und dem Fluidauslass 170) an dem oberen Abschnitt 102a des Injektorkörpers, wobei die Widerstandskraft gegenüber abgestrahlter Wärme und Wärmeweiterleitung von dem heißen Abgassystem 18, beispielsweise im Fall dessen, dass der Fluideinlas 168 und Fluidauslass 170 aus Kunststoffmaterial hergestellt ist oder anderen Materialien, die hitzeempfindlich sind. Die Injektoren 100, 101 leiten das kühlste Fluid, welches von dem Einlasseingang 167 kommen kann, durch die am meisten hitzeempfindliche Komponente, wie beispielsweise die Magnetspule 180, auf dem Fluidströmungsweg dorthin, was der heißeste Teil des Injektors 100, 101 sein kann, wie beispielsweise die Lochplatte 108, von der die Hitze abgezogen wird, wobei die Funktionsfähigkeit des Injektors trotz der Abgastemperaturen von ca. 800°C beibehalten wird. Injektoroberflächen haben relativ große exponierte Außenoberflächenbereiche, während alle umschlossenen Volumina, zum Zwecke eines effektiven Wärmetransports zum inneren Fluid, niedrig gehalten werden.
Alle Injektor-Rückströmpassagen, wie beispielsweise solche Fluidpassagen, durch welche Fluid hindurch fließt, nachdem es durch die Verteilerkammer 171 geströmt ist, können vergleichsweise einen niedrigeren inneren Oberflächenbereich besitzen, als Strömungspassen, welche zur Strömungskammer 171 hinführen, um die Wärmeübertragung von dem erwärmten Fluid auf die empfindlichen Komponenten zu reduzieren, wenn es seinen Weg zum Auslass 167 nimmt. Die Lochplatte 108 kann wegen dessen Kompatibilität mit Lötprozessen, seiner große Härtekapazität und Materialzähigkeit aus Hartmetall hergestellt sein. Hartmetall hat desweiteren den Vorteil, dass es formbar ist, weshalb relativ kleine komplexe Komponenten in kostengünstiger Weise und nahezu ohne Feinbearbeitungs-Operationen, verglichen mit maschinenhergestellten Komponenten aus wärmebehandelbarem Stahl, hergestellt werden können. Injektoren 100 und 101 verwenden eine Befestigung an dem Abgassystem 18, die Materialien verwendet, die hinsichtlich der Temperaturen, die während des Betriebs bei einem Dieselabgas-Nachbehandlungssystem erwartet werden, wärmeundurchlässig sind. Darüber hinaus verwendet das System keine Kohlenstoff basierte Dichtungen. Der Isolierer 204 in der Befestigung für den Injektor kann zur heißen Seite jeder Befestigungsverbindung angebracht und mittels Mitteln abgedichtet werden, die gegenüber Temperaturen, die 700°C erreichen, resistent sind, wie beispielsweise Nickellötungen. Die kalte Seite einer jeweiligen Befestigungsverbindung kann auf konventionelle Weise mittels eines Viton O-Rings abgedichtet werden, um eine verlässliche Niedrigleckageleistung zu erreichen. Das Isolator 204 sollte eine geringe Porosität besitzen, um einem O-Ring zu ermöglichen, den Isolator 204 wirksam abzudichten, unabhängig davon, auf welcher Seite der O-Ring angeordnet ist. Beispielsweise kann der O-Ring 203, wie in 42 dargestellt, installiert werden, wie z. B. zwischen dem Isolator 204 und dem Injektorkörper, wie beispielsweise dem unteren Abschnitt 102b des Injektorkörpers oder zwischen dem Befestigungsflansch 200' und dem Isolator 204, oder zwischen der Halteplatte 226 und dem Isolator 204, oder beispielsweise gegen eine Unterseite der Halteplatte 226. Die Injektoren 100, 101 erbringen auch einen Vorteil, indem, wenn die Nadel 118 angehoben ist und die Öffnung 110 freisetzt, nur dasjenige Fluid, das aus den Injektoren 100, 101 durch die Öffnung 110 austritt, dasjenige ist, was durch die Schlitze 322 hindurchfließt, und während der Perioden des Nichteinspritzens, bypass-Rückstrom, der um die Schlitze 322 herum und nicht durch sie hindurch fließt, durch die Injektoren 100, 101 rückgeleitet ist, um Komponenten der Injektoren zu kühlen.
Die vorangehende Beschreibung von Ausführungsbeispielen dient lediglich dem Zweck der Illustration und der Beschreibung. Es ist nicht die Absicht, dass sie eine erschöpfende oder die Erfindung begrenzende Beschreibung ist. Individuelle Elemente oder Merkmale eines besonderen Ausführungsbeispiels sind grundsätzlich nicht auf dieses besondere Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern sind, dort wo es anwendbar ist, austauschbar und können in ausgewählten Ausführungsformen verwendet werden, selbst wenn diese nicht besonders dargestellt oder beschrieben sind. Solche Abwandlungen sind nicht als eine Abweichung von der Erfindung zu betrachten, und all solche Änderungen sind ausgelegt, dass sie in den Erfindungsschutz eingeschlossen sind.
Es sollte so verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung vorteilhafte Verfahren und Apparate zum Einspritzen einer wässrigen Harnstofflösung in den Abgasstrom eines Dieselmotors bereitstellt, um NOx-Emissionen zu reduzieren. Es werden beispielhafte Ausführungsformen bereitgestellt, so dass diese Offenbarung eine sorgfältige und vollständige Vermittlung des Umfangs denjenigen bereitstellt, die auf diesem technischen Gebiet Erfahrung besitzen. Zahlreiche spezifische Details wurden erläutert als Beispiele von spezifischen Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein vollständiges Verständnis der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zu geben. Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass spezifische Details nicht angewendet werden müssen, dass Ausführungsbeispiele ausgeführt werden können in verschiedenen unterschiedlichen Formen und dass nichts ausgelegt werden darf, um den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken. In einigen beispielhaften Ausführungsformen werden bekannte Prozesse, bekannte Vorrichtungsstrukturen und bekannte Technologien nicht im Detail erläutert.
Die Terminologie, die hierin verwendet worden ist, dient lediglich dem Zweck der Beschreibung besonderer Ausführungsbeispiele und ist nicht gedacht, die Erfindung zu beschränken. Die hierin verwendeten Singularformen „ein” und „der, die das” sollen die Pluralformen in gleicher Weise einschließen, wenn nicht der Kontext es deutlich anders anzeigt. Die Terme „enthält”, „enthaltend”, „einschließlich” und „besitzend” sind inklusiv und daher spezifizieren sie die Gegenwart von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten, schließen jedoch nicht die Gegenwart oder das Hinzufügen von einem oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlenschritte, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen hiervon aus. Die Verfahrensschritte und Operationen, die hier beschrieben worden sind, sind nicht so auszulegen, als sie notwendigerweise ihre Durchführung in der besonderer Reihenfolge, wie sie beschrieben oder Illustriert worden sind, es sei denn, sie sind besonders als eine Durchführungsanweisung identifiziert. Es ist ebenfalls zu verstehen, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können.
Wenn ein Element oder eine Lage als „auf”, „befestigt an”, „verbunden mit” oder „angeschlossen an” beschrieben ist, kann es direkt daran, verbunden oder befestigt an dem anderen Element oder der Lage sein oder eingreifende Elementen oder Lagen können gegenwärtig sein. Im Gegensatz dazu, wenn ein Element als „unmittelbar an” „direkt verbunden mit” „direkt angeschlossen an” oder „direkt angekoppelt an” ein anderes Element oder Lage bezeichnet ist, dann kann es sein, dass kein Zwischenelement oder eine Lage gegenwärtig ist. Andere Worte, die verwendet werden, um das Verhältnis zwischen Elementen zu beschreiben, sollten in einer ähnlichen Weise interpretiert werden (z. B. „zwischen” gegenüber „direkt zwischen”, „neben” gegenüber „direkt neben” etc.). Wie hierin verwendet wird, schließt der Term „und/oder” alle und jede Kombinationen von einem oder mehreren aufgelisteten Elementen ein.
Obwohl die Terme erste, zweite, dritte etc. verwendet werden können, um die verschiedenen Elemente, Komponenten, Regionen, Lagen und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Regionen, Lagen oder Abschnitte diese Begriffe nicht einschränken. Diese Terme werden nur deshalb benutzt, um ein Element, Komponente, Region, Lage oder Abschnitt von der anderen Region, Lage oder Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie „erste”, „zweite” oder andere numerische Terme, die hier verwendet werden, schließen nicht eine Sequenz oder eine Maßnahme oder eine Order ein, wenn nicht eindeutig im Kontext identifiziert oder angezeigt. Auf diese Weise kann ein erstes Element, Komponente, Region, Lage oder Abschnitt, das unten beschrieben ist, auch als zweites Element, Komponente, Region, Lage oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von der Lehre des Ausführungsbeispiels abzuweichen.
Räumliche relative Begriffe wie „innen”, „außen”, „unter”, „über”, „niedriger”, „oberhalb” oder „oben” und ähnliches können hier verwendet werden zum Zwecke des leichteren Beschreibens eines Elements oder eines Merkmals im Verhältnis zu anderen Elementen oder Merkmalen, wie sie in den Figuren dargestellt sind. Relative räumliche Terme können dazu verwendet werden, verschiedene Orientierungen von Vorrichtungen zu umfassen, wenn sie verwendet oder in Operationen zusätzlich zur Orientierung beschrieben sind, wie es in den Figuren dargestellt ist. Beispielsweise, wenn eine Vorrichtung in den Figuren umgedreht ist, beschreiben Elemente wie „unter” oder „neben”, andere Elemente oder Merkmale würden dann „über” den anderen Elementen oder Merkmalen angeordnet sein. Auf diese Weise kann der Beispielbegriff „unter” eine Orientierung von „über” und „unter” umfassen. Die Vorrichtung kann in anderer Weise orientiert (um 90 Grad gedreht oder andere Orientierungen) sein und räumliche relative Beschreibungen, die hierin verwendet worden sind, entsprechend interpretiert werden.

Claims

Ein Injektor zum Einspritzen eines Reagenzes umfassend: einen oberen Injektorkörper, einen unteren Injektorkörper, der mit dem oberen Injektorkörper verbunden ist, ein zylindrisches Schaft-Teil, das in zumindest einem der oberen und unteren Injektorkörper angeordnet ist und erstes Schaft-Teil-Ende, ein zweites Schaft-Teil-Ende und einen hohlen Innenraum definiert, der sich von dem ersten Schaft-Teil-Ende zu dem zweiten Schaft-Teil-Ende erstreckt, eine Feder, die in zumindest einem Abschnitt des hohlen Innenraums angeordnet ist, und eine elektromagnetische Spulenwicklung, die um eine Spule herum gesichert ist und einen Außendurchmesser des zylindrischen Schaft-Teils umgibt, wobei das zylindrische Schaft-Teil, die Feder und die Magnetspule innerhalb zumindest einem der oberen und unteren Injektorkörper angeordnet sind.
Injektor nach Anspruch 1, des weiteren umfassend: einen zylindrischen inneren unteren Körper mit einem ersten inneren unteren Körperende und einem darüber liegenden zweiten inneren unteren Körperende und einer sich zwischen beiden in Längsrichtung erstreckenden zentralen Bohrung, wobei das erste Ende des inneren unteren Körpers eine erste Endbohrung aufweist, die einen Durchmesser besitzt, der größer ist als ein Durchmesser der sich in Längsrichtung erstreckenden zentralen Bohrung.
Injektor nach Anspruch 2, umfassend: eine massive Nadel, die in der sich in Längsrichtung erstreckenden zentralen Bohrung aufgenommen ist; einen Nadelkopf, der ein Ende der Nadel umgibt, wobei der Nadelkopf in der ersten Endbohrung aufgenommen ist und die Feder berührt, dergestalt, dass die Feder die Nadel in eine Schließstellung drückt.
Injektor nach Anspruch 3, desweiteren umfassend: eine Lochplatte, die an das zweite Ende des inneren unteren Körpers angeschlossen ist.
Injektor nach Anspruch 4, wobei das zylindrische Schaft-Teil, die Feder, der zylindrische innere untere Körper, die Nadel, der Nadelkopf und die Lochplatte Teil eines Einzel-Einsatzes sind.
Injektor nach Anspruch 5, wobei der obere Injektorkörper eine Kammer definiert, in der der Einzel-Einsatz eingeführt und aufgenommen ist.
Injektor nach Anspruch 3, wobei der Nadelkopf zumindest ein Durchgangsloch zwischen sich aufweist und dabei einen Fluiddurchgang definiert.
Injektor nach Anspruch 3, wobei der Nadelkopf zumindest ein Durchgangsloch für eine Fluidpassage definiert, das zumindest eine Durchgangsloch sich zu einer Kammer erstreckt, die koaxial mit der sich in Längsrichtung erstreckenden zentralen Bohrung fluchtet und mit dieser in Strömungsverbindung steht.
Injektor nach Anspruch 4, wobei die Lochplatte und das zweite Ende des inneren unteren Körpers eine Kammer zwischen sich ausbilden.
Injektor nach Anspruch 4, wobei die Lochplatte eine Vielzahl von Nuten für den Durchfluss von Fluid definiert.
Injektor nach Anspruch 2, wobei der zylindrische innere untere Körper eine Vielzahl von Nuten zum Durchfluss von Fluid definiert.
Injektor nach Anspruch 2, wobei eine Innenoberfläche des unteren Injektorkörpers und eine Außenoberfläche des inneren unteren Körpers zusammen einen Strömungsweg definieren.
Injektor nach Anspruch 12, wobei der innere untere Körper eine Verteilerpassage bildet, die strömungsmäßig mit dem Strömungsweg verbunden ist.
Injektor nach Anspruch 9, wobei der innere untere Körper eine Rückfluss-Passage definiert, die die Zentralbohrung im inneren unteren Körper und die Kammer strömungsverbindet.
Injektor nach Anspruch 14, wobei die massive Nadel innerhalb der Zentralbohrung, die sich in Längsrichtung erstreckt, aufgenommen ist, um einen Strömungsweg um die massive Nadel herum zu bilden.
Injektor nach Anspruch 3 des Weiteren aufweisend: eine Fluid-Flusshülse, die zwischen dem zylindrischen Schaft-Teil und zumindest einem Abschnitt der elektromagnetischen Spulenwicklung und dem Nadelkopf und zumindest einem Abschnitt der elektromagnetischen Spulenwicklung angeordnet ist.
Injektor nach Anspruch 16, wobei die Fluid-Flusshülse umfasst: ein Paar Strömungsbrücken (flux bridge) mit einer Flux-Wand (flux break), die zwischen diesen angeordnet ist.
Injektor nach Anspruch 17, wobei zumindest eine aus dem Paar von Strömungsbrücken und die Flux-Wand einen Fluidweg (hindurch) definieren.
Injektor nach Anspruch 17, wobei das Paar von Strömungsbrücken aus einem magnetischen Material hergestellt ist und die Flux-Wand aus einem nicht-magnetischem Material hergestellt ist.