DE112012003626B4

DE112012003626B4 - Elektromagnetisch gesteuerter Injektor mit Fließbrücke und Fließunterbrechung

Info

Publication number: DE112012003626B4
Application number: DE112012003626.3T
Authority: DE
Inventors: Stephen M. Thomas; Matthew L. Roessle; Rick Simpson; Eric Grant
Original assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Current assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2023-11-02
Anticipated expiration: 2032-08-29
Also published as: WO2013033056A3; DE112012003626T5; CN103764964B; US8973895B2; KR101947472B1; CN103764964A; KR20140078636A; US20110309166A1; JP2014529706A; WO2013033056A2; BR112014004347A2

Abstract

Injektor (100) zum Injizieren eines Reagens, wobei der Injektor umfasst:ein Gehäuse;ein axial verschiebbares innerhalb des Gehäuses angeordnetes Ventilelement (130);einen Elektromagnet (200), der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und eine Draht-Spule (202) umfasst, die zumindest einen Abschnitt des Ventilelements (130) umgibt, wobei sich das Ventilelement (130) als Antwort auf eine Bestromung des Elektromagnets (200) zwischen einer aufsitzenden Position und einer gelösten Position bewegt;einen die Spule (202) umgebenden Fließrahmen (207), wobei der Fließrahmen erste und zweite sich radial erstreckende und axial voneinander beabstandete Abschnitte (208, 210) umfasst, die sich entlang im Wesentlichen paralleler, an gegenüberliegenden Seiten der Spule (202) positionierten Ebenen erstrecken; undeine Fluidhülsenanordnung (220) mit zwei miteinander durch einen nicht-magnetischen Abschnitt verbundenen magnetischen Abschnitten, wobei jeder der magnetischen Abschnitte durch eine der Ebenen, in denen die sich radial erstreckenden Fließrahmenabschnitte (208, 210) liegen, gekreuzt wird, um Fließbrücken zu erzeugen, wobei der nicht-magnetische Abschnitt durch die Spule (202) umgeben und axial zwischen den parallelen Ebenen positioniert ist, um eine Fließunterbrechung zu bestimmen.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung mit der Nr. 13/220,980 , eingereicht am 30. August 2011, die eine „Continuation-in-part“ der US-Anmeldung mit der Nr. 13/164,976 , eingereicht am 21. Juni 2011, ist, die eine „Continuation-in-part“ der US-Anmeldung mit der Nr. 13/023,870 , ist, eingereicht am 9. Februar 2011, die den Vorteil der vorläufigen US-Anmeldung mit der Nr. 61/303146 , eingereicht am 10. Februar 2010, beansprucht.
BEREICH
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Injektorsysteme und, insbesondere auf ein Injektorsystem zum Einspritzen eines Reagens, beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, in einen Abgasstrom, um den Stickoxidausstoß (NOx) aus einem Dieselmotorabgas zu reduzieren.
HINTERGRUND
In diesem Abschnitt werden Hintergrundinformationen bereitgestellt, die sich auf die vorliegende Offenbarung beziehen, jedoch nicht notwendigerweise Stand der Technik sind. Magergemischmotoren bieten eine verbesserte Treibstoffeffizienz, indem sie mit einem Überschuss an Sauerstoff arbeiten, d.h. einer Menge an Sauerstoff, die größer ist als die Menge, die nötig ist, um eine vollständige Verbrennung des verfügbaren Kraftstoffs durchzuführen. Derartig arbeitende Motoren werden als „mager“ oder mit einer „Magermischung“ bezeichnet. Diese gegenüber der Nicht-Magermotorenverbrennung verbesserte oder vergrößerte Treibstoffwirtschaftlichkeit wird jedoch durch unerwünschte Verschmutzungsemissionen, insbesondere in Form von Stickoxid (NOx), kompensiert.
Ein verwendetes Verfahren, um Stickoxide aus Magergemisch-Verbrennungsmotoren zu reduzieren, ist als selektive katalytische Reduktion (SCR) bekannt. Wenn beispielsweise SCR angewandt wird, um Stickoxidemissionen aus einer Dieselmaschine zu reduzieren, wird atomisiertes Reagens in den Abgasstrom des Motors im Verhältnis zu einem oder mehreren ausgewählten Motorbetriebsparametern eingespritzt, beispielsweise die Abgastemperatur, die Motordrehzahl oder die Motorlast, gemessen mittels Motortreibstoffströmung, Turboladedruck oder Massenfluss des Stickoxidmassenflusses. Die Mischung aus Abgas und Reagens wird durch einen Reaktor geleitet, der einen Katalysator enthält, beispielsweise aktivierten Kohlenstoff oder Metalle, wie beispielsweise Platin, Vanadium oder Wolfram, die alle in der Lage sind, die Stickoxidkonzentration in Gegenwart des Reagens zu reduzieren.
Es ist bekannt, dass eine wässrige Harnstofflösung ein wirksames Reagens in SCR-Systemen für Dieselmotoren darstellt. Jedoch geht die Verwendung solcher wässriger Harnstofflösungen mit vielen Nachteilen einher. Harnstoff ist stark korrosiv und kann mechanische Komponenten des SCR-Systems, wie beispielsweise den Injektor, die dazu verwendet werden, die Harnstoffmischung in den Abgasstrom einzuspritzen, 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 an, die üblicherweise in den Injektoren zu finden sind. Verfestigter Harnstoff kann auch 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 übermäßigen Eintreten des Einspritznebelschwadens in den Abgasstrom, was dazu führt, dass der Schwaden auf die Innenfläche des Abgasrohrs gegenüber dem Injektor auftrifft. Das übermäßige Eintreten führt auch zu einer ineffizienten Verwendung der Harnstoffmischung und verringert den Bereich, in dem das Fahrzeug mit verringertem Stickoxidausstoß betrieben werden kann. Es kann nur eine begrenzte Menge von wässrigem Harnstoff in einem Fahrzeug mitgeführt werden, und das was mitgeführt wird, sollte effizient ausgenutzt werden, um die Reichweite des Fahrzeugs zu maximieren und die Notwendigkeit zum häufigen Nachfüllen des Reagens zu reduzieren.
Viele der bekannten Solenoid-Injektoren umfassen ein Solenoidventil zur Bemessung der Zuführung des Reagens in den Abgasstrom. Üblicherweise wird ein magnetisch bewegbares Element des Ventils dazu gebracht, sich zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position zu bewegen, wenn ein Elektromagnet wahlweise bestromt oder nicht bestromt wird. Die Elektromagneten von vielen herkömmlichen Injektoren umfassen eine Vielzahl von Fließleckagebereichen, die zu einem schlecht bestimmten magnetischen Kreis führen. Die Steuerung des Reagensventils kann durch die Verwendung dieser Arten von magnetischen Kreisen nicht optimiert werden. Die tatsächlich in das Abgassystem abgegebene Menge an Reagens kann von einer Zielmenge an Reagenseinspritzung abweichen, wodurch es zu einer nicht effizienten Verwendung des mitgeführten Reagens kommt. Die von dem Ventil benötigte Zeit, aus einer geschlossenen Position in eine offene Position und zurück in eine geschlossene Position zu versetzen kann aufgrund der Anordnung des magentischen Kreises größer sein, als gewünscht.
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 Eigenschaft hat schädlichen Einfluss auf zusammenwirkende Oberflächen und erfordert eine verbesserte Abdichtung an vielen Stellen.
Es kann vorteilhaft sein, einen verbesserten elektromagnetisch gesteuerten Injektor bereitzustellen, der einen gut bestimmten magnetischen Kreis aufweist, um die Steuerung der Reagenseinspritzung zu verbessern.
Stand der Technik aus dem vorliegenden technischen Gebiet ist aus der Druckschrift US 2009 / 0 179 087 A1 bekannt.
Die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Offenbarung stellen die oben dargelegten und weitere Vorteile zur Verfügung und lösen die Aufgabe, die genannten Nachteile des Stands der Technik zu überwinden.
ZUSAMMENFASSUNG
Dieser Abschnitt ist eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung der Erfindung, es ist jedoch keine umfassende Offenbarung ihres vollständigen Schutzumfangs oder aller ihrer Merkmale.
Ein Injektor zum Injizieren eines Reagens beinhaltet ein axial verschiebbares, innerhalb eines Gehäuses angeordnetes Ventilelement. Ein Elektromagnet ist innerhalb des Gehäuses angeordnet und umfasst eine zylindrisch geformte Drahtspule. Das Ventilelement bewegt sich als Antwort auf eine Bestromung des Elektromagnets zwischen einer aufsitzenden Position und einer gelösten Position. Eine Fluidhülse erstreckt sich durch die Spule und beinhaltet zwei magnetische Abschnitte, die durch einen nicht-magnetischen Abschnitt verbunden sind. Jeder der magnetischen Abschnitte ist zu Querebenen ausgerichtet, die durch die Enden der zylindrischen Spule bestimmt sind. Der nicht-magnetische Abschnitt ist axial zwischen den Querebenen positioniert.
Ein Injektor zum Injizieren eines Reagens beinhaltet ein axial bewegbares Ventilelement, das innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist. Ein Elektromagnet ist innerhalb des Gehäuses angeordnet und beinhaltet eine Drahtspule, die zumindest einen Abschnitt des Ventilelements umgibt. Das Ventilelement bewegt sich als Antwort auf eine Bestromung des Elektromagnets zwischen einer aufsitzenden Position und einer gelösten Position. Ein Fließrahmen umgibt die Spule. Der Rahmen beinhaltet erste und zweite sich radial erstreckende Abschnitte, die axial voneinander beabstandet sind und sich entlang in wesentlicher paralleler, an gegenüberliegenden Seiten der Spule positionierten Ebenen erstrecken. Eine Fluidhülse umfasst zwei magnetische Abschnitte, die durch einen nicht-magnetischen Abschnitt verbunden sind. Jeder der magnetischen Abschnitte wird durch eine der Ebenen, in denen die sich radial erstreckenden Fließrahmenabschnitte liegen, gekreuzt, um Fließbrücken zu bestimmen. Der nicht-magnetische Abschnitt ist durch die Spule umgeben und axial zwischen den parallelen Ebenen positioniert, um eine Fließunterbrechung zu bestimmen.
Weitere Bereiche der Anwendbarkeit werden durch die hier bereitgestellte Beschreibung klar. Die Beschreibung und speziellen Ausführungsbeispiele in dieser Zusammenfassung dienen lediglich dem Zwecke der Illustration und sind nicht dazu gedacht, den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich dem Zwecke der Illustration ausgewählter Ausführungsbeispiele und nicht aller möglichen Implementierungen, und sie sind nicht dazu gedacht, den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.

1 ist eine schematische Ansicht, die ein beispielhaftes Abgasnachbehandlungssystem mit elektromagnetisch gesteuertem Reagensinjektor mit einer Fließbrücke und einer Fließunterbrechung gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2 ist eine perspektivische Ansicht des elektromagnetisch gesteuerten Reagensinjektors;
3 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des Reagensinjektors; und
4 ist eine Querschnittsansicht durch den in den 2 und 3 dargestellten Injektor.

Gleiche Bezugszeichen benennen gleiche Teile in allen der Vielzahl der Ansichten der Zeichnungen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Beispielhafte Ausführungsformen werden nun näher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es versteht sich, dass, obwohl die vorliegenden Lehren in Zusammenhang mit Dieselmotoren und mit der Reduzierung von NOx-Emissionen beschrieben werden, die vorliegenden Lehren auch in Verbindung mit einem einer Vielzahl von Abgasströmen verwendet werden kann, beispielsweise, jedoch nicht beschränkt darauf, mit solchen von Diesel, Benzin, Turbinen, Brennstoffzelle, Jet oder jedem anderen Antrieb, der einen Abgasstrom ausstößt. Ferner können die vorliegenden Lehren in Verbindung mit der Reduzierung von einer Beliebigen einer Vielzahl von ungewünschten Emissionen verwendet werden. Beispielsweise liegt auch die Injektion von Kohlenwasserstoffen zur Regenerierung von Dieselpartikelfiltern ebenfalls im Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung. Für eine weiterführende Beschreibung ist ferner die US-Patenanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2009/0179087A1 , eingereicht am 21. November 2008 unter dem Titel „Verfahren und Vorrichtung zum Injizieren von atomisierten Fluiden“ heranzuziehen.
Unter Bezugnahme auf die Figuren ist ein Abgassteuersystem 8 zur Reduzierung von NOx-Emissionen aus einem Abgas eines Dieselmotors 21 bereitgestellt. In 1 benennen durchgezogene Linien zwischen den Elementen des Systems Fluidlinien für das Reagens und gestrichelte Linien benennen elektrische Verbindungen. Das System der vorliegenden Lehren kann einen Reagenstank 10 zum Aufbewahren des Reagens und ein Liefermodul 12 zur Lieferung des Reagens aus dem Tank 10 umfassen. Das Reagens kann eine Harnstofflösung, ein Kohlenwasserstoff, ein Alkylester, Alkohol, eine organische Verbindung, Wasser, oder dergleichen sowie eine Mischung oder Kombination hieraus sein. Es ist ferner zu berücksichtigen, dass ein oder mehrere Reagenzien in dem System verfügbar sein können und alleine oder in Kombination verwendet werden können. Der Tank 10 und das Liefermodul 12 können als integrales Reagenstank/Liefermodul ausgebildet sein. Als Teil des Systems 8 wird ferner eine elektronische Injektionssteuerung 14, ein Reagensinjektor 16 und ein Abgassystem 18 bereitgestellt. Das Abgassystem 18 umfasst eine Abgasleitung 19, wodurch ein Abgasstrom zu mindestens einem Katalysatorbett 17 geführt wird.
Das Liefermodul 12 kann eine Pumpe umfassen, die Reagens von dem Tank 10 über eine Versorgungsleitung 9 liefert. Der Reagenstank 10 kann aus Polypropylen, epoxidbeschichtetem Stahl, PVC oder Edelstahl sein und eine der Anwendung angepasste Größe aufweisen (z. B. Fahrzeuggröße, angedachte Verwendung des Fahrzeugs und dergleichen). Ein Druckregulator (nicht gezeigt) kann vorgesehen werden, um das System auf einem vorbestimmten Drucksollpunk zu halten (z. B. relativ geringe Drücke von 60-80 psi (4,14-5,52 bar), oder in einigen Ausführungsbeispielen einem Druck von ungefähr 60-150 psi (4,14-10,34 bar) und er kann in der Rückführung 35 von dem Reagensinjektor 16 angeordnet sein. Ein Drucksensor kann in der Versorgungsleitung 9 zu dem Reagensinjektor 16 vorgesehen werden. Das System kann ferner verschiedene Einfrier-Sicherungsmaßnahmen umfassen, welche gefrorenes Reagens auftaut oder das Reagens daran hindert, einzufrieren. Während des Betriebs des Systems kann das Reagens unabhängig davon, ob der Injektor Reagens in den Abgasstrom entlässt oder nicht, kontinuierlich zwischen dem Tank 10 und dem Reagensinjektor 16 zirkulieren, um den Injektor zu kühlen und die Verweildauer des Reagens in dem Injektor zu minimieren, so dass das Reagens kühl bleibt. Die kontinuierliche Zirkulation von Reagens kann für temperatursensible Reagenzien notwendig sein, wie beispielsweise wässrigen Harnstoff, der, wenn er höheren Temperaturen von 300°C bis 650°C ausgesetzt wird, wie sie in dem Abgassystem vorliegen, zum Verfestigen tendiert.
Ferner ist es wünschenswert, die Reagensmischung unter 140°C und vorzugsweise in einem niedrigen Betriebsbereich zwischen 5°C und 95°C zu halten, um sicherzustellen, dass die Verfestigung des Reagens verhindert wird. Verfestigtes Reagens kann, wenn seine Bildung zugelassen wird, die beweglichen Teile und Öffnungen des Injektors verschmutzen.
Die benötigte Menge an Reagens kann mit der Last, der Abgastemperatur, dem Abgasstrom, dem Timing der Brennstoffeinspritzung, der gewünschten NOx-Reduzierung, dem Luftdruck der relativen Feuchtigkeit, der EGR-Rate und der Temperatur des Motorkühlmittels variieren. Ein NOx-Sensor oder -Messer 25 ist stromabwärts von dem Katalysatorbett 17 angeordnet. Der NOx-Sensor 25 kann betrieben werden, ein den NOx-Gehalt des Abgases anzeigendes Signal an eine Motorsteuereinheit 27 auszugeben. Alle oder einige der Motorbetriebsparameter können von der Motorsteuereinheit 27 über den Motor/Fahrzeug-Datenbus zu der elektronischen Reagenseinspritzsteuerung 14 übertragen werden. Die elektronische Reagenseinspritzsteuerung 14 kann auch als ein Teil der Motorsteuereinheit 27 integriert werden. Die Abgastemperatur, der Abgasstrom und der Abgasgegendruck sowie weitere Fahrzeugbetriebsparameter können durch entsprechende Sensoren gemessen werden.
Unter Bezugnahme auf die 2-4 wird nun der Reagensinjektor 100 näher beschrieben. Der Reagensinjektor 100 umfasst einen äußeren Injektorkörper 102 mit einem oberen Abschnitt 102a des äußeren Körpers und einem unteren Abschnitt 102b des äußeren Körpers. Der untere Abschnitt 102b des äußeren Körpers kann einen verformbaren Abschnitt 103 umfassen, der an dem oberen Abschnitt 102a des äußeren Körpers gekrimpt ist. Ein verlängerter innerer unterer Körper 104 kann innerhalb zumindest einem des oberen Abschnitts 102a des äußeren Körpers und unteren Abschnitts 102b des äußeren Körpers aufgenommen sein. Der verlängerte innere untere Körper 104 bestimmt eine zylindrische mittige Bohrung 106, die in Fluidverbindung mit einer gelochten Platte 108 steht, um zumindest eine Auslassöffnung 110 zu bestimmen, die sich vollständig durch die gelochte Platte 108 erstreckt.
Die gelochte Platte 108 kann innerhalb des unteren Abschnitts 102b des äußeren Körpers verbunden und darin aufgenommen sein, wobei ein Plattenhalter 112 verwendet wird. Der Plattenhalter 112 kann, falls gewünscht, integral mit dem unteren Körper 104 gebildet sein. Alternativ wird der Plattenhalter 112 separat gebildet, wie in den Figuren gezeigt, um einen Abschnitt 114 mit reduziertem Durchmesser zu umfassen, der von einer Innenwand 116 des unteren Abschnitts 102b des äußeren Körpers beabstandet ist. Ein Fluiddurchgang 118 ist dazwischen gebildet. Der Abschnitt mit reduziertem Durchmesser 114 ist hohl und nimmt einen Endabschnitt mit reduziertem Durchmesser 120 des inneren unteren Körpers 104 auf. Der Plattenhalter 112 kann an dem inneren unteren Körper 104 und dem unteren Abschnitt 102b des äußeren Körpers durch ein Verfahren wie das Elektronenstrahl-Schweißen befestigt werden. Der Plattenhalter 112 umfasst auch eine zentrale Bohrung 124, die koaxial zu der Zentralbohrung 106 ausgerichtet ist und einen geringeren Innendurchmesser als die Zentralbohrung 106 aufweist. Eine Vielzahl von Durchgängen 125 erstreckt sich durch den Plattenhalter 112, um die Durchgänge 118 für das Fluid mit einer zwischen dem Endabschnitt mit reduziertem Durchmesser 120 und der Zentralbohrung 124 gebildeten Aussparung zu verbinden.
Ein Ventilelement 130 ist gleitend innerhalb der Zentralbohrung 106 befestigt. Das Ventilelement 130 umfasst einen verlängerten Stift 132 mit einem konisch geformten ersten Ende 134 und einem gegenüberliegenden zweiten Ende 136. Das konische Ende 134 ist wahlweise mit dem Ventilsitz 140 in Eingriff zu bringen, um eine abgedichtete, geschlossene Position des Ventilelements während des Aufsitzens zu bestimmen. Eine undichte, offene Position besteht, wenn der Stift 132 von dem Ventilsitz 140 gelöst ist. Der Ventilsitz 140 umgibt die Auslassöffnung 110. Der Ventilsitz kann konisch oder wie gezeigt kegelförmig sein, um zu der Form des konischen Endes 134 des Stifts zu passen, um den Fluss an Reagens durch die Öffnung 110 zu beschränken. In Abhängigkeit von der Anwendung und den Einsatzbedingungen können der Stift 132 und die gelochte Platte 108 aus Hartmetall gebildet sein, so dass sie die gewünschten Betriebseigenschaften erreichen und einfacher und kostengünstiger gefertigt werden können. Ferner können Beschränkungen und Nachteile anderer Materialien vermieden werden, beispielsweise solche, die mit der Fertigung von komplexen Bauteilformen in Verbindung stehen. Hartmetall bietet weitere Vorteile, wie beispielsweise die Unempfindlichkeit gegenüber Löttemperaturen, die in einem Bereich von 870-980°C liegen, gegenüber Stählen und Werkzeugstählen, die aushärten können. Hartstahl bietet auch eine vergrößerte Oberflächenhärte, verglichen zu der durch die meisten anderen Stähle erreichbaren Härte. Hartstahl ist auch vorteilhaft bezüglich der allgemeinen Abnutzungsbeständigkeit.
Ein Stiftkopf 142 ist an dem Ende 136 des Stifts 132 befestigt. Der Stiftkopf 142 ist gleitend innerhalb einer vergrößerten Bohrung 144 des inneren unteren Körpers 104 angeordnet. Ein Rutschsitz zwischen dem Stiftkopf 142 und der Bohrung 144 gewährleistet eine obere Führung für den Ventilkörper 130. Eine Führung für den unteren Ventilsitz ist an der gleitbaren Grenzfläche zwischen der Zentralbohrung 124 und dem Stift 132 gebildet. Aufgrund dieser Anordnung ist das Ventilelement 130 exakt zu dem Ventilsitz 140 und der Auslassöffnung 110 ausgerichtet.
Eine Bodenfläche 150 des Stiftkopfes 142 ist von einer Fläche 152 des inneren unteren Körpers 104 beabstandet, um eine Aussparung 154 in Fluidverbindung mit der Aussparung 126 über einen Durchgang 158, der als ein Abschnitt der Zentralbohrung 106 bestimmt ist, der nicht durch den Stift 132 besetzt ist, zu bestimmen. Ein Durchgang 160 erstreckt sich durch den Stiftkopf 142, um einen Abschnitt einer Reagens-Rückverbindung zu bestimmen.
Ein Polstück 164 mit einem ersten Ende 166 ist derart dimensioniert, innerhalb der Bohrung 144 aufgenommen zu werden. Das erste Ende 166 des Polstücks 164 ist an dem inneren unteren Körper 104 durch ein Verfahren wie das Elektronenstrahlschweißen befestigt. Ein gegenüberliegendes zweites Ende 168 des Polstücks 164 ist dichtend innerhalb einer Bohrung 172, die in dem unteren Abschnitt 102a des äußeren Körpers gebildet ist, angeordnet. Eine Dichtung 176 trennt einen Einlassdurchgang 178 von einem Auslassdurchgang 180 innerhalb des oberen Abschnitts 102a des äußeren Körpers. Das verlängerte Polstück 164 umfasst eine sich hierdurch erstreckende zentrale Bohrung 184. Die zentrale Bohrung 184 ist koaxial mit der zentralen Bohrung 106 ausgerichtet. Eine Gegenbohrung 188, die sich einwärts von dem zweiten Ende 168 des Polstücks 164 erstreckt, ist koaxial mit einer Gegenbohrung 190 ausgerichtet, die sich in den Stiftkopf 142 erstreckt. Eine Kompressionsfeder 194 ist innerhalb der Gegenbohrungen 188, 190 angeordnet, um das Ventilelement 130 in Eingriff mit dem Sitz 140 zu bringen.
Eine Elektromagnetanordnung 200 ist innerhalb des oberen Abschnitts 102a des äußeren Körpers wie in den Figuren gezeigt angeordnet. Die Elektromagnetanordnung 200 kann ein übergeformtes Kunststoffmaterial 201 umfassen, um die anderen Bauteile der Elektromagnetanordnung 200 darin einzukapseln. Die Elektromagnetanordnung 200 umfasst eine Drahtspule 202, die um eine Trommel 204 gewunden ist. Ein zweiteiliger Fließrahmen 207 umfasst eine erste Rahmenhälfte 208, die an einer zweiten Rahmenhälfte 210 befestigt ist, und ist angeordnet, den Draht 202 und die Trommel 204 in Umfangsrichtung zu umgeben. Der Stiftkopf 142 ist aus magnetischem Material, wie X6Cr17-Edelstahl gebildet, so dass die Bestromung der Spule 202 ein magnetisches Feld erzeugt, das den Stiftkopf 142 in Richtung des Polstücks 164 drückt. Das Ende 134 des Stifts 132 löst sich von dem Sitz 140, um dem Reagens den Fluss durch die Auslassöffnung 110 zu ermöglichen. Die Spule 202 kann über einen Anschluss beispielsweise an einer Anschlussdose 2011 als Antwort auf ein Signal von der elektronischen Injektionssteuerung 14 bestromt werden. Die elektronische Injektionssteuerung 14 erhält Sensoreingangssignale und bestimmt, wann das Reagens in den Abgasstrom zu injizieren ist, um eine selektive katalytische Reduktion der NOx-Emissionen bereitzustellen.
Die Steuerung 14 bestimmt ferner die Reagensinjektionsdauer und die Reagensinjektionsrate. In Abhängigkeit von dem Motorbetriebszustand, der Last, der Umgebungslufttemperatur, der Abgastemperatur und weiterer Faktoren kann es gewünscht sein, dass der Injektor 100 ein relativ breites Band an Reagensinjektionsraten liefert. Um dieses Ziel zu erreichen, kann es gewünscht sein, die benötigte Gesamtzeit, den Stift 132 von einer aufsitzenden Position in eine offene Position und zurück in eine aufsitzende Position zu bewegen, zu minimieren. Eine genaue Steuerung der Position des Stiftkopfes 142 kann durch die Bereitstellung eines gut bestimmten magnetischen Kreises erreicht werden.
Die Fließrahmenhälfte 210 umfasst einen sich radial erstreckenden Abschnitt 214, der sich im Wesentlichen entlang der Querlinie 216 erstreckt. Der Stiftkopf 142 umfasst einen Abschnitt vergrößerten Durchmessers 218, der die Linie 216 kreuzt. Sowohl die Fließrahmenhälfte 210 als auch der Stiftkopf 142 sind aus magnetischem Material gebildet. Um den magnetischen Kreis ferner zu bestimmen, ist der innere untere Körper 104 aus einem nicht-magnetischen Material, wie einem X5CrNi18-10-Edelstahl gebildet. Ein Abschnitt des inneren unteren Körpers 104, durch den die Linie 216 kreuzt, weist eine minimale Dicke in Querschnittsrichtung auf, um jede Störung des magnetischen Flusses zu minimieren.
Eine Fluidhülsenanordnung 220 ist als eine dreiteilige Anordnung gezeigt, die einen ersten Fließbrückenring 224 und einen zweiten Fließbrückenring 226 umfasst, die durch eine Fließunterbrechung 228 verbunden sind. Die Fluidhülsenanordnung 220 ist als ein verlängertes hohles zylindrisches Element geformt, das dimensioniert und positioniert ist, einen Abschnitteinlassdurchgang 178 zu bilden. Die ersten und zweiten Dichtungen 232, 234 stellen sicher, dass unter Druck gesetztes Reagens sich weiter durch den Einlassdurchgang 178 bewegt und nicht in die Elektromagnetanordnung 200 eindringt. Jeder der Fließbrückenringe 226 und 224 ist im Wesentlichen identisch und umfassen eine Gegenbohrung mit einem ersten reduzierten Innendurchmesser 238 und einem zweiten vergrößerten Innendurchmesser 240. Die Außenfläche jedes Fließrings ist auch abgestuft und umfasst eine zylindrische Fläche 242 mit einem größeren Außendurchmesser als eine zweite zylindrische Fläche 244. Die Fließunterbrechung 228 ist ein im Wesentlichen gerader Zylinder mit einer Innenfläche 248, die in Eingriff mit jeder Außenfläche mit reduziertem Durchmesser 244 steht und daran befestigt ist. Die Außenfläche 242 steht mit den Wänden 252 und 254, die umlaufende, sich durch die Fließrahmenhälften 210, 208 erstreckende Öffnungen bestimmen, in Eingriff oder sind minimalst von ihnen beabstandet. Die innere zylindrische Fläche 238 des Fließbrückenrings 224 ist dimensioniert, exakt zu dem inneren unteren Körper 104 zu passen und jeden Luftspalt, den die Linie 216 kreuzt, zu minimieren.
Die innere zylindrische Fläche 238 des Fließbrückenrings 226 ist dimensioniert, um mit dem Abschnitt vergrößerten Durchmessers 260 des Polstücks 264 zusammenzuwirken. Die Fließrahmenhälfte 208 beinhaltet einen sich radial einwärts erstreckenden Abschnitt 264, der sich entlang einer Linie 266 erstreckt. Der Abschnitt vergrößerten Durchmessers 260 und der Fließbrückenring 226 sind axial angeordnet, um an der Linie 266 ausgerichtet zu sein und bieten einen magnetischen Flusspfad über den Injektor 100. Die Fließrahmenhälften 208 und 210 sind aus magnetischem Material wie Weichstahl (1018 low carbon steel) gebildet. Die Fließbrückenringe 224 und 226 sind aus ferritischem X6Cr17-Edelstahl (430 stainless steel) gebildet. Das Polstück 164 ist aus ferritischem X6Cr17-Edelstahl (430 stainless steel) oder einem ähnlichen magnetischen Material gebildet. Der Stiftkopf 142 kann aus ferritischem X6Cr17-Edelstahl (430 stainless steel) gebildet sein. Die Fließunterbrechnung 228 ist aus nicht-ferritischem und nicht-magnetischem X5CrNi18-10-Edelstahl (304 stainless steel) gebildet, wie der innere untere Körper 104. Die Konstruktion der oben beschriebenen Bauteile aus magnetischen und nicht-magnetischen Materialien sowie die enge Aneinanderanordnung der magnetischen Materialien entlang der Linien 216 und 266 verbessert deutlich die Leistung des magnetischen Kreises der Elektromagnetanordnung 200. Die Vorteile umfassen die Verwendung kleiner Drahtspulen, einer geringeren Anzahl von Windungen des Drahts und eine verringerte Menge an elektrischem Strom, um einen verbesserten elektromagnetischen Aktuator mit geringeren Kosten, reduzierter Größe und Masse bereitzustellen. Eine verbesserte Steuerung bezüglich der Position des Ventilelements 130 wird auch realisiert. Es ist ferner anzuerkennen, dass die durch die Enden der zylindrischen Drahtspule 202 bestimmten Querebenen als ein Teil des magnetischen Kreises interpretiert werden können sowie die Ebenen, welche die Linien 216 und 266 beinhalten. Zumindest eine dieser Querebenen schneidet durch den Stiftkopf 142, die Fließbrückenringe 224, 226 und den Polstückabschnitt mit vergrößertem Durchmesser 260.
Ein Fluidpfad für das Reagens ist innerhalb des Injektors 100 bestimmt, wenn der Stift 132 in geschlossener Position ist. Der Fluidpfad gewährleistet eine Zirkulation des Fluids durch den Injektor 100. Genauer gesagt erstreckt sich der Reagens-Fluidpfad von einem Einlass 270 des oberen Abschnitts 102a des äu-ßeren Körpers durch einen Einlassfilter 268 und eine Einlassverbindung 178 mit einem Spalt zwischen einer äußeren Fläche des Polstücks 164 und dem oberen Abschnitt 102a des äußeren Körpers, durch die Fluidhülsenanordnung 220, die Fluidverbindung 118, die in dem Plattenhalter 112 durch die Aussparung 126 gebildeten Pfade, die Verbindung 158, die Verbindung 160, die zentrale Bohrung 184, die Auslassverbindung 180, eine Beschränkungsöffnung 272, einen Auslassfilter 274 zu der Auslassöffnung 278. Typischerweise weist das beim Einlass 270 einfließende Reagens zunächst verglichen mit den Abgasen, die durch das Abgassystem in der Nähe der Öffnung 110 vorbeiströmen, eine relativ kühle Temperatur auf. Der Rücklauf von Reagens durch den Injektor 100 transferiert Wärme von der gelochten Platte 108 und dem Plattenhalter 112. Der Rücklauf des Reagens begünstigt ferner den Wärmetransfer von der Spule 202, da die Trommel 204 eng anliegend an die Fluidhülsenanordnung 220 positioniert ist, durch die das Reagens fließt.
Wenn die Spule 202 bestromt wird, wird ein magnetisches Feld erzeugt und der Stiftkopf 142 gegen die Vorspannkraft der Feder 194 gedrückt, um das Stiftende 134 zu lösen. Das unter Druck gesetzte, sich innerhalb der Aussparung 126 befindliche Reagens strömt zwischen Stift 132 und Sitz 140 und durch die Auslassöffnung 110, um Reagens in einen durch das Abgassystem 18 fließenden Abgasstrom zu injizieren. Die Elektromagnetanordnung 200 kann durch etliche Verfahren wie die Pulsweitenmodulation gesteuert werden, um die Auslassöffnung 110 bei einer vorbestimmten Frequenz zu öffnen und zu schließen.
Ferner offenbart die vorangehende Beschreibung lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Ein Fachmann wird mit dieser Diskussion und durch die beigefügten Zeichnungen und Ansprüche leicht erkennen, dass verschiedene Änderungen, Modifikationen und Variationen gemacht werden können, ohne von der Idee und dem Schutzbereich der Offenbarung, wie sie in den folgenden Ansprüchen bestimmt ist, abzuweichen.

Claims

Injektor (100) zum Injizieren eines Reagens, wobei der Injektor umfasst: ein Gehäuse; ein axial verschiebbares innerhalb des Gehäuses angeordnetes Ventilelement (130); einen Elektromagnet (200), der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und eine Draht-Spule (202) umfasst, die zumindest einen Abschnitt des Ventilelements (130) umgibt, wobei sich das Ventilelement (130) als Antwort auf eine Bestromung des Elektromagnets (200) zwischen einer aufsitzenden Position und einer gelösten Position bewegt; einen die Spule (202) umgebenden Fließrahmen (207), wobei der Fließrahmen erste und zweite sich radial erstreckende und axial voneinander beabstandete Abschnitte (208, 210) umfasst, die sich entlang im Wesentlichen paralleler, an gegenüberliegenden Seiten der Spule (202) positionierten Ebenen erstrecken; und eine Fluidhülsenanordnung (220) mit zwei miteinander durch einen nicht-magnetischen Abschnitt verbundenen magnetischen Abschnitten, wobei jeder der magnetischen Abschnitte durch eine der Ebenen, in denen die sich radial erstreckenden Fließrahmenabschnitte (208, 210) liegen, gekreuzt wird, um Fließbrücken zu erzeugen, wobei der nicht-magnetische Abschnitt durch die Spule (202) umgeben und axial zwischen den parallelen Ebenen positioniert ist, um eine Fließunterbrechung zu bestimmen.
Injektor nach Anspruch 1, wobei die Fluidhülsenanordnung (220) drei koaxial ausgerichtete, miteinander verbundene Röhren umfasst.
Injektor nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Trommel (204), um die der Draht gewunden ist, wobei die Trommel (204) einen zylindrischen Abschnitt umfasst, der an den nicht-magnetischen Abschnitt der Fluidhülsenanordnung (220) angrenzend angeordnet ist.
Injektor nach Anspruch 3, wobei der Fluss des Reagens durch die Fluidhülsenanordnung (220) geleitet wird.
Injektor nach Anspruch 1, wobei das Ventilelement (130) einen zylindrischen Stift (132) umfasst, der mit einem vergrößerten Stiftkopf (142) verbunden ist, wobei der Stiftkopf (142) aus magnetischem Material gebildet und derart positioniert ist, dass eine der Ebenen den Stiftkopf (142) kreuzt, wenn das Ventilelement (130) in der aufsitzenden Position ist.
Injektor nach Anspruch 5, wobei zumindest einer der magnetischen Abschnitte der Fluidhülsenanordnung (220) an einer von einer der Ebenen gekreuzten Position eine vergrößerte Dicke aufweist.
Injektor nach Anspruch 6, ferner umfassend ein rohrförmiges Polstück (164), das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, und eine Feder (194), die innerhalb dem Polstück (164) angeordnet ist, wobei die Feder (194) das Ventilelement (130) in die aufsitzende Position drückt.
Injektor nach Anspruch 7, wobei das Polstück (164) axial innerhalb der Spule (202) angeordnet ist.
Injektor nach Anspruch 8, wobei das Polstück (164) einen Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser aufweist, der von einer der Ebenen gekreuzt wird.
Injektor nach Anspruch 9, wobei das Polstück (164) eine Rück-Verbindung zum Fließen für das Reagens bestimmt, wenn das Ventilelement (130) in der aufsitzenden Position ist.
Injektor nach Anspruch 7, wobei die Fluidhülsenanordnung (220) axial bezüglich dem Polstück (164) und dem Stiftkopf (142) positioniert ist.
Injektor nach Anspruch 1, wobei der nicht-magnetische Abschnitt der Fluidhülsenanordnung (220) X5CrNi18-10-Edelstahl (304 stainless steel) beinhaltet.
Injektor nach Anspruch 1, wobei der nicht-magnetische Abschnitt der Fluidhülsenanordnung (220) X6Cr17-Edelstahl (430 stainless steel) beinhaltet.
Injektor zum Injizieren eines Reagens, wobei der Injektor umfasst: ein Gehäuse; ein axial verschiebbares innerhalb des Gehäuses angeordnetes Ventilelement (130); einen Elektromagnet (200), der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und eine zylindrisch geformte Drahtspule umfasst, wobei sich das Ventilelement (130) als Antwort auf eine Bestromung des Elektromagnets (200) zwischen einer aufsitzenden Position und einer gelösten Position bewegt; und eine Fluidhülsenanordnung (220) , die sich durch die Spule erstreckt und zwei miteinander durch einen nicht-magnetischen Abschnitt verbundene magnetische Abschnitte (208, 210) umfasst, wobei jeder der magnetischen Abschnitte zu Querebenen ausgerichtet ist, die durch die Enden der zylindrischen Spule (202) bestimmt sind, wobei der nicht-magnetische Abschnitt axial zwischen den Querebenen positioniert ist.
Injektor nach Anspruch 14, wobei die Fluidhülsenanordnung (220) drei koaxial ausgerichtete, miteinander verbundene Röhren umfasst.
Injektor nach Anspruch 14, ferner umfassend eine Trommel (204), um die der Draht gewunden ist, wobei die Trommel (204) einen zylindrischen Abschnitt umfasst, der an den nicht-magnetischen Abschnitt der Fluidhülsenanordnung (220) angrenzend angeordnet ist.
Injektor nach Anspruch 16, wobei die Trommel (204) sich radial erstreckende Flansche aufweist, die jeweils entlang einer der Querebenen ausgerichtet sind.
Injektor nach Anspruch 14, wobei der Fluss des Reagens durch die Fluidhülsenanordnung (220) geleitet wird.
Injektor nach Anspruch 14, wobei das Ventilelement (130) einen zylindrischen Stift (132) umfasst, der mit einem vergrößerten Stiftkopf (142) verbunden ist, wobei der Stiftkopf (142) aus magnetischem Material gebildet und derart positioniert ist, dass eine der Ebenen den Stiftkopf (142) kreuzt, wenn das Ventilelement (130) in der aufsitzenden Position ist.
Injektor nach Anspruch 19, wobei zumindest einer der magnetischen Abschnitte der Fluidhülsenanordnung (220) an einer von einer der Ebenen gekreuzten Position eine vergrößerte Dicke aufweist.
Injektor nach Anspruch 20, ferner umfassend ein rohrförmiges Polstück (164), das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, und eine Feder (194), die innerhalb einer Aussparung des Polstücks (164) angeordnet ist, wobei die Feder (194) das Ventilelement (130) in die aufsitzende Position drückt.
Injektor nach Anspruch 21, wobei das Polstück (164) einen Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser aufweist, der von einer der Ebenen gekreuzt wird, wobei der Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser eine Rille aufweist, die einen Reagens-Fließweg in Verbindung mit dem durch die Fluidhülsenanordnung (220) fließenden Reagens bestimmt.
Injektor nach Anspruch 22, wobei das Polstück (164) hohl ist und eine Rück-Verbindung zum Fließen für das Reagens bestimmt, wenn das Ventilelement (130) in der aufsitzenden Position ist.
Injektor nach Anspruch 23, wobei die Fluidhülsenanordnung (220) axial bezüglich dem Polstück (164) und dem Stiftkopf (142) positioniert ist.