WO2005005799A1 - Cooled device for metering reducing agent to the exhaust gas of a combustion engine - Google Patents

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WO2005005799A1
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control valve
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Bernhard Bonse
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a device for metering the reducing agent to the exhaust gas of an internal combustion engine, with an injector, the reducing agent is supplied from a storage tank via an inlet, the injector 'a sealing seat, and a movable piston comprises the at
  • Lifting off the sealing seat releases a flow of reducing agent to the exhaust gas.
  • the metering of a reducing agent into the exhaust gas of the internal combustion engine is required for various exhaust gas aftertreatment systems.
  • exhaust gas aftertreatment systems are soot particle filters and DeNOX catalysts.
  • the reducing agent is usually metered in via a metering module which is electrically controlled.
  • a metering module which is electrically controlled.
  • the injector When the injector is installed, there are no impermissibly high temperatures. If certain temperature threshold values are exceeded, the functionality of the valve could be damaged by impairing its seals and / or the insulation and contacting of its coils.
  • the metering module could become blocked due to solid deposits, which could impair the function of the metering module or even make it inoperable. The solids are deposited because the contact of the injection valve with the exhaust gas results in comparatively large heat inputs into the injection valve, which allow the liquid components of the reducing agent to evaporate.
  • an injection valve in which a nozzle needle, actuated electromagnetically, lifts off a sealing seat and releases a flow cross section. Reducing agent is metered to the exhaust gas via the flow cross section.
  • the supply of reducing agent should take place at a distance from the injection opening, so that it must be directed inside the injection valve in the direction of the injection opening. This should provide a large area for heat transfer.
  • deposits occur cannot be reliably excluded during the generally long operating times.
  • the object of the invention is to provide an inexpensive device which can be operated in a long-term stable manner with a further reduced formation of deposits.
  • Such pressure-controlled injection valves generally have a comparatively large internal volume which is filled with the liquid to be injected.
  • An increase in pressure in this volume acts on the piston via a pressure cone, which is generally conical in shape, and is usually pressed onto a sealing seat by spring force.
  • a pressure cone which is generally conical in shape, and is usually pressed onto a sealing seat by spring force.
  • Throttle pin nozzles are particularly well suited for this purpose because their internal fluid-absorbing volume (the pressure chamber) is relatively large and is close to the end face of the injection valve. As a result, the thermally particularly stressed end face of the injection valve is cooled particularly well by the reducing agent flowing through the pressure chamber.
  • a particularly preferred embodiment is characterized in that the injector is a throttle pin nozzle, as is used in swirl chamber diesel engines.
  • Throttle pin nozzles are characterized by the fact that the flow rate is directly dependent on the piston stroke.
  • Throttle pin nozzles are the standard injection nozzles for Wirbelka merdieselmotoren. Due to the number of pieces manufactured with sophisticated methods for this purpose, these injection nozzles, which have been tried and tested over many years, are available inexpensively on the market. When using such nozzles, the adaptation to the new purpose can be limited to an adaptation of the closing force of the elastic element to the changed pressure conditions (1 to 2 orders of magnitude lower opening pressure). However, perforated nozzles are also possible, as are generally used in diesel engines with direct injection. Both nozzles are presented, for example, in the Automotive Paperback, 22nd edition, pages 524 to 529. It is also preferred that the pressure of the reducing agent in the throttle pin nozzle is determined by an opening cross section of a flow control valve which is arranged in the inlet.
  • This configuration has the advantage that the control of the device can be spatially separated from the injection valve, so that the thermal and mechanical loads on the flow control valve can be reduced.
  • the injector additionally has a return line via which the reducing agent is returned to the storage tank.
  • This configuration has the particular advantage that reducing agent flows through the internal volume, that is to say the pressure chamber, even when the injection valve is closed, and is therefore cooled particularly reliably and uniformly. Another advantage is that this
  • the piston has a pressure shoulder and movably seals a pressure chamber which is hydraulically connected to the inlet and to the return.
  • the pressure in the pressure chamber is determined by an inlet pressure, a throttle arranged in the return and an opening cross section of a flow control valve, via which a flow of reducing agent in the circuit from the inlet, injector and return to the storage tank is controlled.
  • the dimensioning of the throttle allows the flow of liquid through the internal volume to be matched to the inlet pressure provided by a pump so that the pressure-controlled injection valve is open
  • Flow control valve closes and opens when the pressure increases, which results from the opening cross-section being closed.
  • Low pressure pump used, which delivers a pressure in the order of 1 to 10 bar.
  • a throttle is alternatively or additionally arranged in the inlet.
  • Such an additional throttle allows an even better coordination of the fuel flow to the injection valve required for sufficient cooling and for generating sufficient pressure differences. On its own, such a throttle completely takes over the adjustment of the fuel flow and thus enables a configuration without a return.
  • Another preferred embodiment is characterized by a flow control valve arranged in the return.
  • the flow control valve is arranged in the flow direction behind the pressure chamber and in front of the throttle. It is further preferred that the flow control valve, if present, can be actuated electromagnetically. It is particularly preferred that the flow control valve is open when de-energized.
  • Electromagnetic actuation is reliable and inexpensive.
  • the arrangement mentioned ensures that the injection valve is cooled even when the flow control valve is defective.
  • the result of the arrangement is that the pressure in the pressure chamber rises when the flow control valve is closed and decreases when the injection valve is open. If a flow control valve that is open when de-energized is used, then in the event of a defect if the flow control valve no longer closes, it is ensured that a cooling flow is not interrupted. In the less likely case of a defective closed flow control valve, the injection valve is cooled by a permanent injection.
  • a part of the injector protruding into the exhaust gas is at least partially covered by a shield that is thermally insulating against the exhaust gas flow.
  • the injector is arranged such that an injection direction of the reducing agent largely coincides with the flow direction of the exhaust gases.
  • This configuration ensures good mixing of the reducing agent with the exhaust gas and thus good further transport of the reducing agent within the exhaust gas aftertreatment system.
  • Fig. 1 shows schematically a first embodiment of the invention
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the invention.
  • the number 10 denotes the entirety of an internal combustion engine 12 with an exhaust gas aftertreatment system 14.
  • the exhaust gas aftertreatment system 14 shown in FIG. 1 has one Particle filter 16 with an upstream oxidation catalytic converter and an SCR catalytic converter 18, which is arranged in the flow direction of the exhaust gases behind the particle filter 16 with an upstream oxidation catalytic converter.
  • CRT Continuously Regenerating Trap
  • Such a CRT system is a typical representative of exhaust gas aftertreatment systems in which a reducing agent is metered into the exhaust gas.
  • the invention is not limited to an application in CRT systems, but can be used in all exhaust gas aftertreatment systems in which a reducing agent is metered into the exhaust gas.
  • the function of such a CRT system is briefly explained below in order to clarify the need for metering reducing agents into the exhaust gas.
  • the particle filter 16 has a porous structure in which soot particles from the exhaust gas are deposited. In order to avoid an inadmissibly high exhaust gas back pressure due to particle residues, the particle filter 16 must be regenerated. The regeneration takes place within the framework of the CRT system from particle filter 16 with an upstream oxidation catalyst in that the
  • Oxidation catalyst first converts nitrogen monoxide from the exhaust gas of the internal combustion engine 12 with oxygen to nitrogen dioxide and that the carbon present in the form of soot particles in the subsequent particle filter 16 there with the nitrogen dioxide to form CO 2 and Nitrogen monoxide is converted, both of which are discharged from the particle filter with the remaining exhaust gas. Through these reactions, the particle filter 16 is continuously regenerated during normal operation of the internal combustion engine 12.
  • the nitrogen monoxide formed during the regeneration of the particle filter 16 is reduced in the subsequent SCR catalytic converter 18 together with raw nitrogen oxide emissions from the internal combustion engine 12 by the eponymous selective catalytic reduction to molecular nitrogen.
  • a directly reducing substance such as ammonia or a preliminary product is added to the exhaust gas, which only releases reducing substances in the exhaust gas.
  • a urea-water solution can be used as a preliminary product.
  • hydrocarbons and thus fuel can also be used as reducing agents. It is also known to operate SCR catalysts without an upstream CRT system in order to convert engine-generated nitrogen oxides.
  • the reducing agent is dosed to the exhaust gas by an injector 22, which is arranged in the exhaust pipe section 20 between the particle filter 16 and the SCR catalytic converter 18.
  • the injector 22 has a sealing seat 24, onto which a piston 26 is pressed by an elastic element 28, for example a steel spring.
  • the injector 22 has a pressure chamber 30 in its interior, which is supplied with reducing agent via an inlet 32.
  • the reducing agent is conveyed by a pump 34 from a storage tank 35 via a throttle 36 and a flow control valve 38 to the inlet 32.
  • the pump 34 is, for example, an electrically driven one or a mechanical one from the internal combustion engine 12 driven low-pressure pump that pumps the reducing agent at a pressure of a few bar.
  • the flow control valve 38 is controlled by a control unit 40, which is preferably the control unit of the internal combustion engine 12, which also controls the other functions of the internal combustion engine 12.
  • the reducing agent requirement of the exhaust gas aftertreatment system 14 depends on the operating states of the internal combustion engine 12.
  • the controller 40 controls the flow through the flow control valve 38 in accordance with the
  • Reducing agent requirement of the exhaust gas aftertreatment system 14 which can be determined in the control unit 40, for example, from the operating parameters present there by modeling.
  • Flow control valve 38 sets a reducing agent pressure 30 in the inlet 32 and thus also in the pressure chamber 30, as is structurally predetermined by the reducing agent pressure provided by the pump 34 and the dimensions of the throttle 36.
  • the injector 22 is a throttle pin nozzle, as is used in swirl chamber diesel engines for injecting fuel into combustion chambers of the internal combustion engine.
  • throttle pin nozzles When using such throttle pin nozzles for dosing reducing agent to the exhaust gas, only the closing force of the elastic element 28 has to be adapted to the reduced pressures.
  • a characteristic of a throttle pin nozzle is the control of the outflow cross section, that is to say the flow rate, in a direct dependence on the stroke of the piston 26. Throttle pin nozzles show a very flat cross-sectional profile in the area of small piston strokes.
  • the throttle pin or throttle pin 46 ie a pin-shaped extension of the piston 26, still remains in the spray hole 44. Only the small annular area between the somewhat larger spray hole 44 and the throttle pin 46 is available as the flow cross section. With large piston stroke values, the throttle pin 46 completely clears the spray hole 44 and the flow cross section increases significantly.
  • Pressure-controlled injectors 22 in general and throttle pin nozzles in particular are characterized in that the pressure chamber 30 is arranged very close to the exhaust-side end 48 (end face) of the injector 22.
  • the heat which is introduced into the injector 22 by the exhaust gas via the end face 48 can be absorbed particularly well by the reducing agent in the pressure chamber 30.
  • Another advantage can be seen in the fact that heat, which is introduced into the piston 26 via the throttle pin 46 and the sealing seat 24, is also released very close to the exhaust-side end of the injector 22 via the wide pressure shoulder 42 to the reducing agent in the pressure chamber 30 can.
  • the heated reducing agent in the pressure chamber 30 is injected into the exhaust gas when the injector 22 is opened, which takes place by lifting the piston 26 from the sealing seat 24, and by flowing, cooler
  • Injector 22 that is, from the amount of reducing agent metered via injector 22.
  • the larger this amount the better the cooling effect.
  • the embodiment according to FIG. 1 also has the disadvantage that after a certain time, when the injector 22 is closed
  • the reducing agent does not cause any further cooling until the next injection.
  • this can be tolerable in some applications because the operating points of the internal combustion engine 12 with a low reducing agent requirement of the exhaust gas aftertreatment system 14 are generally characterized by low exhaust gas temperatures and thus by a reduced cooling power requirement.
  • the cooling power requirement can be further reduced by a thermally insulating cladding 50 of the exhaust-side end 40 of the injector 22.
  • the thermal insulation 50 can have the shape of a cup, for example, which has an opening 52 in its base through which the reducing agent can get into the exhaust gas.
  • FIG. 2 shows a particularly preferred embodiment of the invention, which is characterized by a further improved cooling effect.
  • the subject of FIG. 2 differs from the subject of FIG. 1 in particular by an additional return 54, via which the reducing agent supply from the storage tank 35 to the pressure chamber 30 is expanded to form a closed circuit.
  • the particular advantage of this embodiment is that when the flow control valve 38 is open, there is a flow of reducing agent through the pressure chamber 30 even when the injector 22 is closed. In this way, the reducing agent can also remove heat from the injector 22, in particular from its exhaust-side end 48, even when the injector 22 is closed.
  • the additional return 54 can be produced in conventional throttle pin nozzles in a simple manner by one or more additional holes.
  • Flow control valve 38 arranged on the return side of the injector 22 and designed as a normally open, electromagnetically actuated valve. In the open state, there is a flow in the circuit from the storage tank 35, pump 34, inlet 32,
  • Pressure chamber 30, return 54 and flow control valve 38 as specified by the flow resistances of the circuit and the pressure generated by the pump 34.
  • the flow resistances are preferably set with a throttle 56 arranged on the return side and, if appropriate, with an additional throttle 36 which is provided with an inlet soap.
  • a reducing agent pressure is thus established in the pressure chamber 30, which pressure is in any case lower than the maximum pressure provided by the pump 34.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 2 is also equipped with thermal insulation of the exhaust-side end 48 of the injector 22. It can be advantageous here
  • the bevel which is also shown in the form of the bevels 58 of the thermal insulation 50, can be adapted to the contour of the pressure chamber 30. In this way, the heat-absorbing area of the injector 22 exposed to the exhaust gas is reduced. By adapting to the contour of the pressure chamber 30, the reduction takes place without an inadmissible reduction in the remaining wall thickness between the pressure chamber 30 and the exhaust gas.
  • Such a bevel is possible in particular because the pressure-controlled injectors 22 as injection nozzles for diesel engines are generally designed for significantly higher injection pressures and thus for significantly higher mechanical loads.
  • the injector can be arranged such that an injection direction of the reducing agent largely corresponds to the flow direction of the exhaust gases. This can be brought about by an oblique arrangement of the injector which deviates from the right-angled arrangement according to FIGS. 1 and 2 and / or by an arrangement of the injector on a bend (a knee or kink) of the exhaust pipe. 1 and 2, the exhaust pipe 20 could for example, bend down below the injector 22.

Abstract

The invention relates to device for metering reducing agent to the exhaust gas of a combustion engine (12), comprising an injector (22) to which reducing agent is supplied from a reservoir (35) via an inlet (32). The injector (22) has a sealing seat (24) and a moving plunger (26) that, when lifting from the sealing seat (24), enables a flow of reducing agent to the exhaust gas. The device is characterized in that the piston (26) is lifted from the sealing seat (24) by a pressure of the reducing agent.

Description

Gekühlte Vorrichtung zur Dosierung von Reduktionsmittel zum Abgas eines VerbrennungsmotorsCooled device for dosing reducing agent to the exhaust gas of an internal combustion engine
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dosierung von Reduktionsmittel zum Abgas eines Verbrennungsmotors, mit einem Injektor, dem Reduktionsmittel aus einem Vorratstank über einen Zulauf zugeführt wird, wobei der Injektor' einen Dichtsitz, und einen beweglichen Kolben aufweist, der beimThe invention relates to a device for metering the reducing agent to the exhaust gas of an internal combustion engine, with an injector, the reducing agent is supplied from a storage tank via an inlet, the injector 'a sealing seat, and a movable piston comprises the at
Abheben vom Dichtsitz einen Durchfluss von Reduktionsmittel zum Abgas freigibt.Lifting off the sealing seat releases a flow of reducing agent to the exhaust gas.
Eine solche Vorrichtung ist per se bekanntSuch a device is known per se
Für verschiedene Abgasnachbehandlungssysteme ist die Dosierung eines Reduktionsmittels in das Abgas des Verbrennungsmotors erforderlich. Beispiele solcher Abgasnachbehandlungssysteme sind Rußpartikelfilter und DeNOX-Katalysatoren.The metering of a reducing agent into the exhaust gas of the internal combustion engine is required for various exhaust gas aftertreatment systems. Examples of such exhaust gas aftertreatment systems are soot particle filters and DeNOX catalysts.
Die Zudosierung des Reduktionsmittels erfolgt üblicherweise über ein Dosiermodul, das elektrisch angesteuert wird. Um auf die bekannte Technologie handelsüblicher Kraftstoffeinspritzventile zurückgreifen zu können, dürfen bei eingebautem Einspritzventil keine unzulässig hohen Temperaturen auftreten. Bei Überschreitungen bestimmter Temperaturschwellenwerte könnte die Funktionstüchtigkeit des Ventils durch Beeinträchtigung seiner Dichtungen und/oder der Isolierung und Kontaktierung seiner Spulen Schaden nehmen. Außerdem könnte es zu Verstopfungen des Dosiermoduls durch Feststoffablagerungen kommen, die die Funktion des Dosiermoduls bis hin zur Funktionsunfähigkeit beeinträchtigen. Die Feststoffe lagern sich ab, weil über den Kontakt des Einspritzventils mit dem Abgas vergleichsweise große Wärmeeinträge in das Einspritzventil auftreten, die flüssige Bestandteile des Reduktionsmittels verdampfen lassen.The reducing agent is usually metered in via a metering module which is electrically controlled. In order to be able to use the known technology of commercially available fuel injection valves, When the injector is installed, there are no impermissibly high temperatures. If certain temperature threshold values are exceeded, the functionality of the valve could be damaged by impairing its seals and / or the insulation and contacting of its coils. In addition, the metering module could become blocked due to solid deposits, which could impair the function of the metering module or even make it inoperable. The solids are deposited because the contact of the injection valve with the exhaust gas results in comparatively large heat inputs into the injection valve, which allow the liquid components of the reducing agent to evaporate.
Um Ablagerungen von Feststoffen zu verhindern, ist es per se bekannt, das Dosiermodul durch einen Reduktionsmittel- Teilstrom zu kühlen, der wieder in den Vorratstank geleitet wird. Ein weiterer Teilstrom wird direkt eingespritzt. Durch die Rückführung eines Reduktionsmittelteilstroms wird auch bei nicht geöffnetem Einspritzventil Reduktionsmittel durch das Einspritzventil geleitet, um eine Kühlwirkung hervorzurufen .In order to prevent deposits of solids, it is known per se to cool the metering module by means of a partial reducing agent stream which is fed back into the storage tank. Another partial flow is injected directly. By returning a partial reducing agent flow, reducing agent is passed through the injection valve even when the injection valve is not open, in order to produce a cooling effect.
Bei der bekannten Vorrichtung wird ein Einspritzventil verwendet, bei dem eine Düsennadel elektromagnetisch betätigt von einem Dichtsitz abhebt und einen Durchflussquerschnitt freigibt. Über den Durchflussquerschnitt wird Reduktionsmittel zum Abgas dosiert. Bei der bekannten Vorrichtung soll der Zulauf von Reduktionsmittel entfernt von der Einspritzöffnung erfolgen, so dass es innerhalb des Einspritzventils in Richtung Einspritzöffnung geleitet werden muss. Dadurch soll eine große Fläche für den Wärmeübergang bereitgestellt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass trotz großer Wärmeübergangsflächen ein Auftreten von Ablagerungen während der in der Regel jahrelangen Betriebszeiten nicht zuverlässig ausgeschlossen werden kann.In the known device, an injection valve is used in which a nozzle needle, actuated electromagnetically, lifts off a sealing seat and releases a flow cross section. Reducing agent is metered to the exhaust gas via the flow cross section. In the known device, the supply of reducing agent should take place at a distance from the injection opening, so that it must be directed inside the injection valve in the direction of the injection opening. This should provide a large area for heat transfer. However, it has been shown that, despite the large heat transfer surfaces, deposits occur cannot be reliably excluded during the generally long operating times.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe einer kostengünstigen Vorrichtung, die langzeitstabil mit weiter verringerter Bildung von Ablagerungen betrieben werden kann.Against this background, the object of the invention is to provide an inexpensive device which can be operated in a long-term stable manner with a further reduced formation of deposits.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Kolben durch einen Druck des Reduktionsmittels von seinem Dichtsitz abgehoben wird.This object is achieved in a device of the type mentioned in the introduction in that the piston is lifted from its sealing seat by a pressure of the reducing agent.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Solche druckgesteuerten Einspritzventile besitzen im allgemeinen ein vergleichsweise großes internes Volumen, das mit der einzuspritzenden Flüssigkeit gefüllt ist. Ein Druckanstieg in diesem Volumen wirkt über eine in der Regel konisch ausgebildete Druckschulter auf den Kolben ein, der in der Regel durch Federkraft auf einen Dichtsitz gepresst wird. Beim Überschreiten eines durch die Federkraft und die Geometrie der Anordnung vorbestimmten Öffnungsdruckes wird der Kolben von einem Dichtsitz abgehoben und gibt einen Einspritzquerschnitt frei. Es ist gerade die nahe zumSuch pressure-controlled injection valves generally have a comparatively large internal volume which is filled with the liquid to be injected. An increase in pressure in this volume acts on the piston via a pressure cone, which is generally conical in shape, and is usually pressed onto a sealing seat by spring force. When an opening pressure predetermined by the spring force and the geometry of the arrangement is exceeded, the piston is lifted off a sealing seat and releases an injection cross section. It is just that close to
Einspritzquerschnitt und damit zum Abgasrohr benachbarte Anordnung des internen Kraftstoffvolumens in Verbindung mit seinem vergleichsweise großen Inhalt, dass zu einer verbesserten Kühlung des abgasseitigen Endes der Vorrichtung führt. Es ist die verbesserte Kühlung dieses Bereiches der Vorrichtung, die zu einer langzeitstabil weiter verringerten Bildung von Ablagerungen führt. Dadurch, dass erfindungsgemäß druckgesteuerte Einspritzventile verwendet werden, ergibt sich, dass diese Vorteile mit geringen Stückkosten und mit verringertem Entwicklungsaufwand bereitgestellt werden.Injection cross section and thus arrangement of the internal fuel volume adjacent to the exhaust pipe in connection with its comparatively large content, which leads to improved cooling of the exhaust-side end of the device. It is the improved cooling of this area of the device which leads to a further reduced formation of deposits in the long term. The fact that pressure-controlled injection valves are used according to the invention means that these Advantages can be provided with low unit costs and with reduced development effort.
Es ist bevorzugt, dass der Inj'ektor eine Drosselzapfendüse ist .It is preferred that the inj ector 'a Drosselzapfendüse is.
Drosselzapfendüsen eignen sich besonders gut für diesen Einsatzzweck, weil ihr internes Flüssigkeit aufnehmendes Volumen (die Druckkammer) relativ groß ist und sich nahe an der Stirnfläche des Einspritzventils befindet. Als Folge wird die thermisch besonders belastete Stirnseite des Einspritzventils von dem durch die Druckkammer strömenden Reduktionsmittel besonders gut gekühlt.Throttle pin nozzles are particularly well suited for this purpose because their internal fluid-absorbing volume (the pressure chamber) is relatively large and is close to the end face of the injection valve. As a result, the thermally particularly stressed end face of the injection valve is cooled particularly well by the reducing agent flowing through the pressure chamber.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Injektor eine Drosselzapfendüse ist, wie sie in Wirbelkammer-Dieselmotoren verwendet wird.A particularly preferred embodiment is characterized in that the injector is a throttle pin nozzle, as is used in swirl chamber diesel engines.
Drosselzapfendüsen zeichnen sich dadurch aus, dass die Durchflussmenge direkt vom Kolbenhub abhängig ist.Throttle pin nozzles are characterized by the fact that the flow rate is directly dependent on the piston stroke.
Drosselzapfendüsen stellen die Standardeinspritzdüsen für Wirbelka merdieselmotoren dar. Aufgrund der für diesen Einsatzzweck mit ausgereiften Methoden gefertigten Stückzahlen sind diese über Jahre bewährten Einspritzdüsen kostengünstig auf dem Markt erhältlich. Bei der Verwendung solcher Düsen kann sich die Anpassung an den neuen Verwendungszweck auf eine Anpassung der Schließkraft des elastischen Elements an die geänderten Druckverhältnisse (1 bis 2 Größenordnungen geringerer Öffnungsdruck) beschränken. Es kommen jedoch auch Lochdüsen in Frage, wie sie in der Regel bei Dieselmotoren mit Direkteinspritzung verwendet werden. Beide Düsen werden beispielsweise im Kraftfahrtechnischen Taschenbuch, 22. Auflage, Seiten 524 bis 529, vorgestellt. Bevorzugt ist auch, dass der Druck des Reduktionsmittels in der Drosselzapfendüse durch einen Öffnungsquerschnitt eines Durchflusssteuerventils bestimmt wird, das im Zulauf angeordnet ist.Throttle pin nozzles are the standard injection nozzles for Wirbelka merdieselmotoren. Due to the number of pieces manufactured with sophisticated methods for this purpose, these injection nozzles, which have been tried and tested over many years, are available inexpensively on the market. When using such nozzles, the adaptation to the new purpose can be limited to an adaptation of the closing force of the elastic element to the changed pressure conditions (1 to 2 orders of magnitude lower opening pressure). However, perforated nozzles are also possible, as are generally used in diesel engines with direct injection. Both nozzles are presented, for example, in the Automotive Paperback, 22nd edition, pages 524 to 529. It is also preferred that the pressure of the reducing agent in the throttle pin nozzle is determined by an opening cross section of a flow control valve which is arranged in the inlet.
Diese Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass sich die Steuerung der Vorrichtung räumlich von dem Einspritzventil trennen lässt, so dass die thermischen und mechanischen Belastungen des Durchflussteuerventils verringert werden können.This configuration has the advantage that the control of the device can be spatially separated from the injection valve, so that the thermal and mechanical loads on the flow control valve can be reduced.
Weiter ist bevorzugt, dass der Injektor zusätzlich einen Rücklauf aufweist, über den Reduktionsmittel zum Vorratstank zurück geführt wird.It is further preferred that the injector additionally has a return line via which the reducing agent is returned to the storage tank.
Diese Ausgestaltung besitzt den besonderen Vorteil, dass das interne Volumen, also die Druckkammer, auch bei geschlossenem Einspritzventil von Reduktionsmittel durchströmt und damit besonders zuverlässig und gleichmäßig gekühlt wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich dieseThis configuration has the particular advantage that reducing agent flows through the internal volume, that is to say the pressure chamber, even when the injection valve is closed, and is therefore cooled particularly reliably and uniformly. Another advantage is that this
Ausgestaltung konstruktiv und fertigungstechnisch einfach bei einer Drosselzapfendüse realisieren lässt.Design can be easily implemented in terms of construction and manufacturing technology with a throttle pin nozzle.
Ferner ist bevorzugt, dass der Kolben eine Druckschulter aufweist und eine Druckkammer beweglich abdichtet, die mit dem Zulauf und mit dem Rücklauf hydraulisch verbunden ist.It is further preferred that the piston has a pressure shoulder and movably seals a pressure chamber which is hydraulically connected to the inlet and to the return.
Diese Merkmale, die sich auch bei anderen druckgesteuerten Einspritzventilen wie Lochdüsen realisieren lassen, lassen sich einfach fertigen und ermöglichen eine effektive Kühlung des abgasseitigen Endes des Einspritzventils. Zusätzlich kann vom beweglichen Kolben (der Düsennadel) aufgenommene Wärme über die in der Regel wegen der Drucksteuerung breite Druckschulter an die Flüssigkeit abgegeben werden, die durch die Druckkammer zum Rücklauf oder zum geöffnetem Einspritzquerschnitt strömt.These features, which can also be realized with other pressure-controlled injection valves such as perforated nozzles, can be easily manufactured and enable effective cooling of the exhaust-side end of the injection valve. In addition, heat absorbed by the movable piston (the nozzle needle) can be transferred to the liquid via the pressure shoulder, which is generally wide due to the pressure control are emitted, which flows through the pressure chamber to the return or to the open injection cross section.
Bevorzugt ist auch, dass der Druck in der Druckkammer durch einen Zulaufdruck, eine im Rücklauf angeordnete Drossel und einen Öffnungsquerschnitt eines Durchflusssteuerventils bestimmt wird, über das ein Fluss von Reduktionsmittel im Kreislauf aus Zulauf, Injektor und Rücklauf zum Vorratstank gesteuert wird.It is also preferred that the pressure in the pressure chamber is determined by an inlet pressure, a throttle arranged in the return and an opening cross section of a flow control valve, via which a flow of reducing agent in the circuit from the inlet, injector and return to the storage tank is controlled.
Durch diese Merkmale lässt sich eine konstruktiv einfache und ausreichend präzise Steuerung der Dosierung von Reduktionsmittel zum Abgas erzielen. Durch die Dimensionierung der Drossel lässt sich der Strom von Flüssigkeit durch das interne Volumen so auf den von einer Pumpe bereitgestellten Zulaufdruck abstimmen, dass das druckgesteuerte Einspritzventil bei offenemThese features enable a structurally simple and sufficiently precise control of the dosage of reducing agent to the exhaust gas to be achieved. The dimensioning of the throttle allows the flow of liquid through the internal volume to be matched to the inlet pressure provided by a pump so that the pressure-controlled injection valve is open
Durchflusssteuerventil schließt und bei ansteigendem Druck, wie er aus einem Schließen des Öffnungsquerschnitts resultiert, öffnet. Dabei wird in der Regel eineFlow control valve closes and opens when the pressure increases, which results from the opening cross-section being closed. As a rule, one
Niederdruckpumpe verwendet, die einen Druck in der Größenordnung von 1 bis 10 bar liefert.Low pressure pump used, which delivers a pressure in the order of 1 to 10 bar.
Ferner ist bevorzugt, dass eine Drossel alternativ oder ergänzend im Zulauf angeordnet ist.It is further preferred that a throttle is alternatively or additionally arranged in the inlet.
Eine solche ergänzende Drossel erlaubt eine noch bessere Abstimmung des für eine ausreichende Kühlung und für das Erzeugen ausreichender Druckunterschiede erforderlichen Kraftstoffstroms zum Einspritzventil. In Alleinstellung übernimmt eine solche Drossel die Einstellung des Kraftstoffstroms komplett und ermöglicht so einer Ausgestaltung ohne Rücklauf. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich durch ein im Rücklauf angeordnetes Durchflusssteuerventil aus.Such an additional throttle allows an even better coordination of the fuel flow to the injection valve required for sufficient cooling and for generating sufficient pressure differences. On its own, such a throttle completely takes over the adjustment of the fuel flow and thus enables a configuration without a return. Another preferred embodiment is characterized by a flow control valve arranged in the return.
Bevorzugt ist auch, dass das Durchflusssteuerventil in Strömungsrichtung hinter der Druckkammer und vor der Drossel angeordnet ist. Bevorzugt ist ferner, dass das Durchflusssteuerventil, soweit vorhanden, elektromagnetisch betätigbar ist. Dabei ist besonders bevorzugt, dass es sich um ein stromlos offenes Durchflusssteuerventil handelt.It is also preferred that the flow control valve is arranged in the flow direction behind the pressure chamber and in front of the throttle. It is further preferred that the flow control valve, if present, can be actuated electromagnetically. It is particularly preferred that the flow control valve is open when de-energized.
Die elektromagnetische Betätigung ist zuverlässig und kostengünstig. Durch die genannte Anordnung wird sichergestellt, dass das Einspritzventil auch bei defektem Durchflusssteuerventil gekühlt wird. Die Anordnung hat zur Folge, dass der Druck in der Druckkammer bei geschlossenem Durchflusssteuerventil steigt und bei geöffnetem Einspritzventil sinkt. Bei Verwendung eines stromlos offenen Durchflusssteuerventils ist dann im Defektfall bei nicht mehr schließendem Durchflusssteuerventil gewährleistet, dass ein Kühlstrom nicht unterbrochen wird. Bei dem unwahrscheinlicheren Fall eines defekt geschlossenes Durchflusssteuerventils erfolgt eine Kühlung des Einspritzventils durch eine dauerhafte Einspritzung.Electromagnetic actuation is reliable and inexpensive. The arrangement mentioned ensures that the injection valve is cooled even when the flow control valve is defective. The result of the arrangement is that the pressure in the pressure chamber rises when the flow control valve is closed and decreases when the injection valve is open. If a flow control valve that is open when de-energized is used, then in the event of a defect if the flow control valve no longer closes, it is ensured that a cooling flow is not interrupted. In the less likely case of a defective closed flow control valve, the injection valve is cooled by a permanent injection.
Ferner ist bevorzugt, dass ein in das Abgas ragender Teil des Injektors wenigstens teilweise durch eine gegen den Abgasstrom thermisch isolierende Abschirmung abgedeckt wird.It is further preferred that a part of the injector protruding into the exhaust gas is at least partially covered by a shield that is thermally insulating against the exhaust gas flow.
Durch diese Merkmale kann bereits der Wärmeeintrag in das Einspritzventil verringert werden, so dass sich der Kühlleistungsbedarf entsprechend verringert. Bevorzugt ist ferner, dass der Injektor so angeordnet ist, dass eine Einspritzrichtung des Reduktionsmittel weitgehend mit der Strömungsrichtung der Abgase übereinstimmt.These features can already reduce the heat input into the injection valve, so that the cooling power requirement is reduced accordingly. It is further preferred that the injector is arranged such that an injection direction of the reducing agent largely coincides with the flow direction of the exhaust gases.
Durch diese Ausgestaltung wird eine gute Vermischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas und damit ein guter Weitertransport des Reduktionsmittels innerhalb des Abgasnachbehandlungssystems erzielt .This configuration ensures good mixing of the reducing agent with the exhaust gas and thus good further transport of the reducing agent within the exhaust gas aftertreatment system.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Figuren.Further advantages result from the description and the attached figures.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderenIt goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below not only in the combination indicated in each case, but also in others
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.Combinations or alone can be used without leaving the scope of the present invention.
Zeichnungendrawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the description below. Show it:
Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung; undFig. 1 shows schematically a first embodiment of the invention; and
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.Fig. 2 shows a second embodiment of the invention.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In der Figur 1 bezeichnet die Ziffer 10 die Gesamtheit eines Verbrennungsmotors 12 mit einem Abgasnachbehandlungssystem 14. Das in der Figur 1 dargestellte Abgasnachbehandlungssystem 14 weist einen Partikelfilter 16 mit vorgeschaltetem Oxidationskatalysator und einen SCR-Katalysator 18 auf, der in Strömungsrichtung der Abgase hinter dem Partikelfilter 16 mit vorgeschaltetem Oxidationskatalysator angeordnet ist. Bei diesem Abgasnachbehandlungssystem 14 handelt es sich um ein CRT- System (CRT = Continuously Regenerating Trap) . Ein solches CRT-System ist ein typischer Vertreter ' von Abgasnachbehandlungssystemen, bei denen ein Reduktionsmittel zum Abgas dosiert wird. Es versteht sich aber, dass die Erfindung nicht auf eine Anwendung bei CRT- Systemen beschränkt ist, sondern bei allen Abgasnachbehandlungssystemen verwendet werden kann, bei denen ein Reduktionsmittel zum Abgas dosiert wird.In FIG. 1, the number 10 denotes the entirety of an internal combustion engine 12 with an exhaust gas aftertreatment system 14. The exhaust gas aftertreatment system 14 shown in FIG. 1 has one Particle filter 16 with an upstream oxidation catalytic converter and an SCR catalytic converter 18, which is arranged in the flow direction of the exhaust gases behind the particle filter 16 with an upstream oxidation catalytic converter. This exhaust gas aftertreatment system 14 is a CRT system (CRT = Continuously Regenerating Trap). Such a CRT system is a typical representative of exhaust gas aftertreatment systems in which a reducing agent is metered into the exhaust gas. However, it goes without saying that the invention is not limited to an application in CRT systems, but can be used in all exhaust gas aftertreatment systems in which a reducing agent is metered into the exhaust gas.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 erfolgt die Dosierung von Reduktionsmitteln in einen Abgasrohrabschnitt 20, der zwischen dem Partikelfilter 16 mit vorgeschaltetem Oxidationskatalysator und dem SCR-Katalysator 18 (SCR = Selective Catalytic Reduction) angeordnet ist.In the exemplary embodiment in FIG. 1, reducing agents are metered into an exhaust pipe section 20 which is arranged between the particle filter 16 with an upstream oxidation catalytic converter and the SCR catalytic converter 18 (SCR = Selective Catalytic Reduction).
Im Folgenden wird zunächst kurz die Funktion eines solchen CRT-Syste s erläutert, um die Notwendigkeit der Dosierung von Reduktionsmitteln zum Abgas zu verdeutlichen. Der Partikelfilter 16 weist eine poröse Struktur auf, in der sich Rußpartikel aus dem Abgas ablagern. Um einen unzulässig hohen Abgasgegendruck durch Partikelrückstände zu vermeiden, muss der Partikelfilter 16 regeneriert werden. Die Regeneration erfolgt im Rahmen des CRT-Systems aus Partikelfilter 16 mit vorgeschaltetem Oxidationskatalysator dadurch, dass derThe function of such a CRT system is briefly explained below in order to clarify the need for metering reducing agents into the exhaust gas. The particle filter 16 has a porous structure in which soot particles from the exhaust gas are deposited. In order to avoid an inadmissibly high exhaust gas back pressure due to particle residues, the particle filter 16 must be regenerated. The regeneration takes place within the framework of the CRT system from particle filter 16 with an upstream oxidation catalyst in that the
Oxidationskatalysator zunächst Stickstoffmonoxid aus dem Abgas des Verbrennungsmotors 12 mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid umwandelt und dass der in Form von Rußpartikeln im nachfolgenden Partikelfilter 16 vorliegende Kohlenstoff dort mit dem Stickstoffdioxid zu C02 und Stickstoffmonoxid umgewandelt wird, die beide mit dem übrigen Abgas aus dem Partikelfilter ausgetragen werden. Durch diese Reaktionen wird der Partikelfilter 16 im normalen Betrieb des Verbrennungsmotors 12 kontinuierlich regeneriert .Oxidation catalyst first converts nitrogen monoxide from the exhaust gas of the internal combustion engine 12 with oxygen to nitrogen dioxide and that the carbon present in the form of soot particles in the subsequent particle filter 16 there with the nitrogen dioxide to form CO 2 and Nitrogen monoxide is converted, both of which are discharged from the particle filter with the remaining exhaust gas. Through these reactions, the particle filter 16 is continuously regenerated during normal operation of the internal combustion engine 12.
Das bei der Regeneration des Partikelfilters 16 entstandene Stickstoffmonoxid wird im nachfolgenden SCR-Katalysator 18 zusammen mit Stickoxid-Rohemissionen des Verbrennungsmotors 12 durch die namensgebende Selektive Katalytische Reduktion zu molekularem Stickstoff reduziert. Dazu wird dem Abgas eine unmittelbar reduzierend wirkende Substanz wie Ammoniak oder ein Vorprodukt zugeführt, das erst im Abgas reduzierende Substanzen freisetzt. Als Vorprodukt kann beispielsweise eine Harnstoff-Wasser-Lösung verwendet werden. Alternativ können auch Kohlenwasserstoffe und damit Kraftstoff als Reduktionsmittel verwendet werden. Es ist auch bekannt, SCR-Katalysatoren ohne vorgeschaltete CRT- Systeme zu betreiben, um motorisch erzeugte Stickoxide zu konvertieren.The nitrogen monoxide formed during the regeneration of the particle filter 16 is reduced in the subsequent SCR catalytic converter 18 together with raw nitrogen oxide emissions from the internal combustion engine 12 by the eponymous selective catalytic reduction to molecular nitrogen. For this purpose, a directly reducing substance such as ammonia or a preliminary product is added to the exhaust gas, which only releases reducing substances in the exhaust gas. For example, a urea-water solution can be used as a preliminary product. Alternatively, hydrocarbons and thus fuel can also be used as reducing agents. It is also known to operate SCR catalysts without an upstream CRT system in order to convert engine-generated nitrogen oxides.
Die Dosierung von Reduktionsmittel zum Abgas erfolgt im Ausführungsbeispiel der Figur 1 durch einen Injektor 22, der in dem Abgasrohrabschnitt 20 zwischen dem Partikelfilter 16 und dem SCR-Katalysator 18 angeordnet ist. Der Injektor 22 weist einen Dichtsitz 24 auf, auf den ein Kolben 26 von einem elastischen Element 28, beispielsweise einer Stahlfeder, gedrückt wird. Weiter weist der Injektor 22 in seinem Inneren eine Druckkammer 30 auf, die über einen Zulauf 32 mit Reduktionsmittel versorgt wird. Das Reduktionsmittel wird von einer Pumpe 34 aus einem Vorratstank 35 über eine Drossel 36 und ein Durchflusssteuerventil 38 zum Zulauf 32 gefördert. Bei der Pumpe 34 handelt es sich beispielsweise um eine elektrisch angetriebene oder vom Verbrennungsmotor 12 mechanisch angetriebene Niederdruckpumpe, die das Reduktionsmittel mit einem Druck von einigen bar fördert.In the exemplary embodiment in FIG. 1, the reducing agent is dosed to the exhaust gas by an injector 22, which is arranged in the exhaust pipe section 20 between the particle filter 16 and the SCR catalytic converter 18. The injector 22 has a sealing seat 24, onto which a piston 26 is pressed by an elastic element 28, for example a steel spring. Furthermore, the injector 22 has a pressure chamber 30 in its interior, which is supplied with reducing agent via an inlet 32. The reducing agent is conveyed by a pump 34 from a storage tank 35 via a throttle 36 and a flow control valve 38 to the inlet 32. The pump 34 is, for example, an electrically driven one or a mechanical one from the internal combustion engine 12 driven low-pressure pump that pumps the reducing agent at a pressure of a few bar.
Das Durchflusssteuerventil 38 wird von einem Steuergerät 40 gesteuert, bei dem es sich vorzugsweise um das Steuergerät des Verbrennungsmotors 12 handelt, das auch die übrigen Funktionen des Verbrennungsmotors 12 steuert. Der Reduktionsmittelbedarf des Abgasnachbehandlungssystems 14 hängt von den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 12 ab. Das Steuergerät 40 steuert den Durchfluss durch das Durchflusssteuerventil 38 entsprechend demThe flow control valve 38 is controlled by a control unit 40, which is preferably the control unit of the internal combustion engine 12, which also controls the other functions of the internal combustion engine 12. The reducing agent requirement of the exhaust gas aftertreatment system 14 depends on the operating states of the internal combustion engine 12. The controller 40 controls the flow through the flow control valve 38 in accordance with the
Reduktionsmittelbedarf des Abgasnachbehandlungssystems 14, der im Steuergerät 40 zum Beispiel aus den dort vorliegenden Betriebskenngrößen durch eine Modellbildung ermittelt werden kann. Bei geöffnetemReducing agent requirement of the exhaust gas aftertreatment system 14, which can be determined in the control unit 40, for example, from the operating parameters present there by modeling. When open
Durchflusssteuerventil 38 stellt sich im Zulauf 32 und damit auch in der Druckkammer 30 ein Reduktionsmitteldruck 30 ein, wie er durch den von der Pumpe 34 bereitgestellten Reduktionsmitteldruck und die Dimensionen der Drossel 36 konstruktiv vorbestimmt ist.Flow control valve 38 sets a reducing agent pressure 30 in the inlet 32 and thus also in the pressure chamber 30, as is structurally predetermined by the reducing agent pressure provided by the pump 34 and the dimensions of the throttle 36.
Beim Ausführungsbeispiel nach der Figur 1 erfolgt jedenfalls beim Öffnen des Durchflusssteuerventils 38 ein Druckanstieg hinter dem Durchflusssteuerventil 38, der sich in den Zulauf 32 und damit in die Druckkammer 30 fortpflanzt und an der Druckschulter 42 des Kolbens 26 eine gegen die Schließkraft des elastischen Elements 28 gerichtete Kraft erzeugt. Sobald die Druckkraft an der Druckschulter 42 größer wird als die Schließkraft des elastischen Elementes 28 hebt der Kolben 26 druckgesteuert von seinem Dichtsitz 24 ab und gibt einenIn any case, in the embodiment according to FIG. 1, when the flow control valve 38 is opened, there is an increase in pressure behind the flow control valve 38, which increases in the inlet 32 and thus in the pressure chamber 30 and on the pressure shoulder 42 of the piston 26 a directed against the closing force of the elastic element 28 Power creates. As soon as the pressure force on the pressure shoulder 42 becomes greater than the closing force of the elastic element 28, the piston 26 lifts off from its sealing seat 24 under pressure control and gives one
Einspritzquerschnitt frei, über den Reduktionsmittel über ein Spritzloch 44 in das Abgas innerhalb des Abgasrohrabschnitts 20 dosiert wird. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem Injektor 22 um eine Drosselzapfendüse, wie sie bei Wirbelkammer-Dieselmotoren zur Einspritzung von Kraftstoff in Brennräume des Verbrennungsmotors verwendet wird. Bei der Verwendung solcher Drosselzapfendüsen für die Dosierung von Reduktionsmittel zum Abgas muss lediglich die Schließkraft des elastischen Elementes 28 an die verringerten Drücke angepasst werden. Ein Kennzeichen einer Drosselzapfendüse ist die Steuerung des Ausflussquerschnitts, also der Durchflussmenge, in einer direkten Abhängigkeit vom Hub des Kolbens 26. Drosselzapfendüsen zeigen im Bereich kleiner Kolbenhübe einen sehr flachen Querschnittsverlauf. In diesem Hubbereich verbleibt der Spritzzapfen oder Drosselzapfen 46, also eine zapfenför ige Verlängerung des Kolbens 26, noch im Spritzloch 44. Als Strömungsquerschnitt steht nur die kleine ringförmige Fläche zwischen dem etwas größeren Spritzloch 44 und dem Drosselzapfen 46 zur Verfügung. Bei großen Kolbenhubwerten gibt der Drosselzapfen 46 das Spritzloch 44 vollends frei und der Strömungsquerschnitt nimmt stark zu.Injection cross section free, via which reducing agent is metered into the exhaust gas within the exhaust pipe section 20 via a spray hole 44. In a preferred embodiment of the invention, the injector 22 is a throttle pin nozzle, as is used in swirl chamber diesel engines for injecting fuel into combustion chambers of the internal combustion engine. When using such throttle pin nozzles for dosing reducing agent to the exhaust gas, only the closing force of the elastic element 28 has to be adapted to the reduced pressures. A characteristic of a throttle pin nozzle is the control of the outflow cross section, that is to say the flow rate, in a direct dependence on the stroke of the piston 26. Throttle pin nozzles show a very flat cross-sectional profile in the area of small piston strokes. In this stroke range, the throttle pin or throttle pin 46, ie a pin-shaped extension of the piston 26, still remains in the spray hole 44. Only the small annular area between the somewhat larger spray hole 44 and the throttle pin 46 is available as the flow cross section. With large piston stroke values, the throttle pin 46 completely clears the spray hole 44 and the flow cross section increases significantly.
Druckgesteuerte Injektoren 22 im Allgemeinen und Drosselzapfendüsen im Besonderen zeichnen sich dadurch aus, dass die Druckkammer 30 sehr nah am abgasseitigen Ende 48 (Stirnseite) des Injektors 22 angeordnet ist. Dadurch kann die Wärme, die vom Abgas über die Stirnseite 48 in den Injektor 22 eingetragen wird, besonders gut vom Reduktionsmittel in der Druckkammer 30 aufgenommen werden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass Wärme, die über den Drosselzapfen 46 und den Dichtsitz 24 in den Kolben 26 eingetragen wird, ebenfalls sehr nah am abgasseitigen Ende des Injektors 22 über die breite Druckschulter 42 an das Reduktionsmittel in der Druckkammer 30 abgegeben werden kann. Das erhitzte Reduktionsmittel in der Druckkammer 30 wird beim Öffnen des Injektors 22, das durch ein Abheben des Kolbens 26 vom Dichtsitz 24 erfolgt, in das Abgas eingespritzt und durch nachfließendes, kühleresPressure-controlled injectors 22 in general and throttle pin nozzles in particular are characterized in that the pressure chamber 30 is arranged very close to the exhaust-side end 48 (end face) of the injector 22. As a result, the heat which is introduced into the injector 22 by the exhaust gas via the end face 48 can be absorbed particularly well by the reducing agent in the pressure chamber 30. Another advantage can be seen in the fact that heat, which is introduced into the piston 26 via the throttle pin 46 and the sealing seat 24, is also released very close to the exhaust-side end of the injector 22 via the wide pressure shoulder 42 to the reducing agent in the pressure chamber 30 can. The heated reducing agent in the pressure chamber 30 is injected into the exhaust gas when the injector 22 is opened, which takes place by lifting the piston 26 from the sealing seat 24, and by flowing, cooler
Reduktionsmittel aus dem Vorratstank 35 ersetzt. In Verbindung mit den besonderen geometrischen Eigenschaften des druckgesteuerten Injektors 22 ergibt sich damit bereits eine sehr gute Kühlwirkung. Allerdings hängt die Kühlwirkung noch stark von dem Durchfluss durch denReducing agent from the storage tank 35 replaced. In conjunction with the special geometric properties of the pressure-controlled injector 22, this results in a very good cooling effect. However, the cooling effect still depends heavily on the flow through the
Injektor 22, also von der Menge des über den Injektor 22 dosierten Reduktionsmittels, ab. Je größer diese Menge ist, desto besser ist auch die Kühlwirkung. Die Ausgestaltung nach der Figur 1 weist noch den Nachteil auf, dass sich bei geschlossenem Injektor 22 nach einer gewissen Zeit einInjector 22, that is, from the amount of reducing agent metered via injector 22. The larger this amount, the better the cooling effect. The embodiment according to FIG. 1 also has the disadvantage that after a certain time, when the injector 22 is closed
Temperaturausgleich zwischen dem Reduktionsmittel in der Druckkammer 30 und dem Injektor 22 einstellt. In diesem Fall bewirkt das Reduktionsmittel bis zur nächsten Einspritzung keine weitere Kühlung. Dies kann aber in manchen Anwendungsfällen tolerierbar sein, weil sich die Betriebspunkte des Verbrennungsmotors 12 mit niedrigem Reduktionsmittelbedarf des Abgasnachbehandlungssystems 14 in der Regel durch niedrige Abgastemperaturen und damit durch einen verringerten Kühlleistungsbedarf auszeichnen. Außerdem kann der Kühlleistungsbedarf durch eine thermisch isolierende Verkleidung 50 des abgasseitigen Endes 40 des Injektors 22 weiter verringert werden. Die thermische Isolierung 50 kann beispielsweise die Form eines Bechers haben, der in seinem Boden eine Öffnung 52 aufweist, durch die das Reduktionsmittel in das Abgas gelangen kann. Als Material für die thermische Isolierung 50 kommen insbesondere hochtemperaturfeste Kunststoffe oder Keramikwerkstoffe in Frage, die sich durch eine im Vergleich zu Metall des Injektors 22 verringerte Wärmeleitfähigkeit auszeichnen. Figur 2 zeigt eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung, die sich durch eine weiter verbesserte Kühlwirkung auszeichnet. Der Gegenstand der Figur 2 unterscheidet sich vom Gegenstand der Figur 1 insbesondere durch einen zusätzlichen Rücklauf 54, über den die ReduktionsmittelZuführung aus dem Vorratstank 35 zur Druckkammer 30 zu einem geschlossenen Kreislauf erweitert wird. Der besondere Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass bei geöffnetem Durchflusssteuerventil 38 auch bei geschlossenem Injektor 22 ein Durchfluss von Reduktionsmittel durch die Druckkammer 30 gegeben ist. Auf diese Weise kann das Reduktionsmittel auch bei geschlossenem Injektor 22 Wärme vom Injektor 22, insbesondere von seinem abgasseitigen Ende 48, abführen. Der zusätzliche Rücklauf 54 kann bei herkömmlichen Drosselzapfendüsen auf einfache Weise durch eine oder mehrere zusätzliche Bohrungen hergestellt werden.Temperature compensation between the reducing agent in the pressure chamber 30 and the injector 22 sets. In this case, the reducing agent does not cause any further cooling until the next injection. However, this can be tolerable in some applications because the operating points of the internal combustion engine 12 with a low reducing agent requirement of the exhaust gas aftertreatment system 14 are generally characterized by low exhaust gas temperatures and thus by a reduced cooling power requirement. In addition, the cooling power requirement can be further reduced by a thermally insulating cladding 50 of the exhaust-side end 40 of the injector 22. The thermal insulation 50 can have the shape of a cup, for example, which has an opening 52 in its base through which the reducing agent can get into the exhaust gas. Particularly suitable materials for the thermal insulation 50 are high-temperature-resistant plastics or ceramic materials, which are distinguished by a reduced thermal conductivity in comparison to the metal of the injector 22. Figure 2 shows a particularly preferred embodiment of the invention, which is characterized by a further improved cooling effect. The subject of FIG. 2 differs from the subject of FIG. 1 in particular by an additional return 54, via which the reducing agent supply from the storage tank 35 to the pressure chamber 30 is expanded to form a closed circuit. The particular advantage of this embodiment is that when the flow control valve 38 is open, there is a flow of reducing agent through the pressure chamber 30 even when the injector 22 is closed. In this way, the reducing agent can also remove heat from the injector 22, in particular from its exhaust-side end 48, even when the injector 22 is closed. The additional return 54 can be produced in conventional throttle pin nozzles in a simple manner by one or more additional holes.
Bevorzugt ist bei dieser Ausgestaltung dasThis is preferred in this embodiment
Durchflusssteuerventil 38 auf der Rücklaufseite des Injektors 22 angeordnet und als stromlos offenes, elektromagnetisch betätigbares Ventil ausgestaltet. Im offenen Zustand stellt sich dann ein Durchfluss im Kreislauf aus Vorratstank 35, Pumpe 34, Zulauf 32,Flow control valve 38 arranged on the return side of the injector 22 and designed as a normally open, electromagnetically actuated valve. In the open state, there is a flow in the circuit from the storage tank 35, pump 34, inlet 32,
Druckkammer 30, Rücklauf 54 und Durchflusssteuerventil 38 ein, wie er durch die Strömungswiderstände des Kreislaufs und den von der Pumpe 34 erzeugten Druck vorgegeben wird. Die Strömungswiderstände werden bevorzugt mit einer rücklaufseitig angeordneten Drossel 56 und gegebenenfalls mit einer zusätzlichen Zulaufseifigen Drossel 36 eingestellt. Bei offenem Ventil 38 stellt sich damit in der Druckkammer 30 ein Reduktionsmitteldruck ein, der jedenfalls kleiner ist als der von der Pumpe 34 bereitgestellte Maximaldruck. Beim Schließen des Durch lusssteuerventils 38 durch das Motorsteuergerät 40 steigt der Druck in der Druckkammer 30 an und hebt schließlich über seine Kraftwirkung auf die Druckschulter 42 den Kolben 26 vom Dichtsitz 24 ab, und gibt damit eine Einspritzöffnung zum Abgas frei.Pressure chamber 30, return 54 and flow control valve 38, as specified by the flow resistances of the circuit and the pressure generated by the pump 34. The flow resistances are preferably set with a throttle 56 arranged on the return side and, if appropriate, with an additional throttle 36 which is provided with an inlet soap. With the valve 38 open, a reducing agent pressure is thus established in the pressure chamber 30, which pressure is in any case lower than the maximum pressure provided by the pump 34. When closing the Through lusssteuerventils 38 by the engine control unit 40, the pressure in the pressure chamber 30 increases and finally lifts the piston 26 from the sealing seat 24 via its force acting on the pressure shoulder 42, and thus releases an injection opening to the exhaust gas.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist auch das Ausführungsbeispiel nach der Figur 2 mit einer thermischen Isolierung des abgasseitigen Endes 48 des Injektors 22 ausgestattet. Dabei kann es vorteilhaft sein, dieIn a particularly preferred embodiment, the exemplary embodiment according to FIG. 2 is also equipped with thermal insulation of the exhaust-side end 48 of the injector 22. It can be advantageous here
Stirnfläche 48 des Injektors 22 in der gezeigten Weise abzuschrägen. Dabei kann die Abschrägung, die sich auch in Form der Schrägen 58 der thermischen Isolierungen 50 abbildet, an die Kontur der Druckkammer 30 angepasst werden. Auf diese Weise wird die dem Abgas ausgesetzte, Wärme aufnehmende Fläche des Injektors 22 verkleinert. Durch die Anpassung an die Kontur der Druckkammer 30 erfolgt die Verkleinerung ohne eine unzulässige Verringerung der verbleibenden Wandstärke zwischen der Druckkammer 30 und dem Abgas. Eine solche Abschrägung ist insbesondere deshalb möglich, weil die druckgesteuerten Injektoren 22 als Einspritzdüsen für Dieselmotoren im Allgemeinen für wesentlich höhere Einspritzdrücke und damit für wesentlich höhere mechanische Belastungen ausgelegt sind.Bevel end face 48 of injector 22 in the manner shown. The bevel, which is also shown in the form of the bevels 58 of the thermal insulation 50, can be adapted to the contour of the pressure chamber 30. In this way, the heat-absorbing area of the injector 22 exposed to the exhaust gas is reduced. By adapting to the contour of the pressure chamber 30, the reduction takes place without an inadmissible reduction in the remaining wall thickness between the pressure chamber 30 and the exhaust gas. Such a bevel is possible in particular because the pressure-controlled injectors 22 as injection nozzles for diesel engines are generally designed for significantly higher injection pressures and thus for significantly higher mechanical loads.
Der Injektor kann bei sämtlichen Ausgestaltungen so angeordnet sein, dass eine Einspritzrichtung des Reduktionsmittel weitgehend mit der Strömungsrichtung der Abgase übereinstimmt. Dies kann durch eine von der rechtwinkligen Anordnung nach den Figuren 1 und 2 abweichende schräge Anordnung des Injektors und/oder durch eine Anordnung des Injektors an einer Biegung (einem Knie oder Knick) des Abgasrohrs bewirkt werden. In der Darstellung der Fig. 1 und 2 könnte das Abgasrohr 20 beispielsweise unterhalb des Injektors 22 nach unten abknicken. In all configurations, the injector can be arranged such that an injection direction of the reducing agent largely corresponds to the flow direction of the exhaust gases. This can be brought about by an oblique arrangement of the injector which deviates from the right-angled arrangement according to FIGS. 1 and 2 and / or by an arrangement of the injector on a bend (a knee or kink) of the exhaust pipe. 1 and 2, the exhaust pipe 20 could for example, bend down below the injector 22.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Vorrichtung zur Dosierung von Reduktionsmittel zum Abgas eines Verbrennungsmotors (12), mit einem Injektor (22), dem Reduktionsmittel aus einem Vorratstank (35) über einen Zulauf (32) zugeführt wird, wobei der Injektor (22) einen Dichtsitz (24) und einen beweglichen Kolben (26) aufweist, der beim Abheben vom Dichtsitz (24) einen Durchfluss von Reduktionsmittel zum Abgas freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (26) durch einen Druck des Reduktionsmittels von seinem Dichtsitz (24) abgehoben wird.1. Device for dosing reducing agent to the exhaust gas of an internal combustion engine (12), with an injector (22) to which reducing agent is fed from a storage tank (35) via an inlet (32), the injector (22) having a sealing seat (24) and a movable piston (26) which releases during lifting from the sealing seat (24) a flow of reducing agent to the exhaust gas, characterized in that the piston (26) is lifted by a pressure of reducing agent from its seat (24).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (22) eine Drosselzapfendüse ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the injector (22) is a throttle pin nozzle.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (22) eine Drosselzapfendüse ist, wie sie in Wirbelkammer-Dieselmotoren verwendet wird.3. Device according to claim 2, characterized in that the injector (22) is a throttle pin nozzle, as is used in swirl chamber diesel engines.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Reduktionsmittels in der Drosselzapfendüse durch einen Öffnungsquerschnitt eines Durch lusssteuerventils (38) bestimmt wird, das im Zulauf angeordnet ist.4. The device according to claim 2 or 3, characterized in that the pressure of the reducing agent in the throttle pin nozzle is determined by an opening cross section of a flow control valve (38) which is arranged in the inlet.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (22) zusätzlich einen Rücklauf (54) aufweist, über den Reduktionsmittel zum Vorratstank (35) zurück geführt wird.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the injector (22) additionally one Return (54), via the reducing agent is returned to the storage tank (35).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (26) eine Druckschulter (42) aufweist und eine Druckkammer (30) beweglich abdichtet, die mit dem6. The device according to claim 5, characterized in that the piston (26) has a pressure shoulder (42) and movably seals a pressure chamber (30) which with the
Zulauf (32) und mit dem Rücklauf (54) hydraulisch verbunden ist.Inlet (32) and hydraulically connected to the return (54).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Druckkammer (30) durch einen Zulaufdruck, eine im Rücklauf angeordnete Drossel (56) und einen Öffnungsquerschnitt eines Durchflusssteuerventils7. The device according to claim 6, characterized in that the pressure in the pressure chamber (30) by an inlet pressure, a throttle (56) arranged in the return and an opening cross section of a flow control valve
(38) bestimmt wird, über das ein Fluss von Reduktionsmittel im Kreislauf aus Zulauf (32) , Injektor (22) und Rücklauf(38) is determined, via which a flow of reducing agent in the circuit of inlet (32), injector (22) and return
(54) zum Vorratstank (35) gesteuert wird.(54) to the storage tank (35) is controlled.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drossel (36) alternativ oder ergänzend im Zulauf (32) angeordnet ist.8. The device according to claim 5, characterized in that a throttle (36) is alternatively or additionally arranged in the inlet (32).
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflusssteuerventil (38) im Rücklauf (54) angeordnet ist.9. The device according to claim 7 or 8, characterized in that the flow control valve (38) is arranged in the return (54).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflusssteuerventil (38) in S'trömungsrichtung hinter der Druckkammer (30) und vor der Drossel (56) angeordnet ist.10. The device according to claim 9, characterized in that the flow control valve (38) is arranged in the S ' flow direction behind the pressure chamber (30) and in front of the throttle (56).
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Durch lusssteuerventil (38), soweit vorhanden, elektromagnetisch betätigbar ist.11. The device according to one of claims 4 to 10, characterized in that the flow control valve (38), if present, can be actuated electromagnetically.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflusssteuerventil (38) stromlos offen ist. 12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the flow control valve (38) is open when de-energized.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in das Abgas ragender Teil des Injektors wenigstens teilweise durch eine gegen den Abgasstrom thermisch isolierende Abschirmung (50) abgedeckt wird.13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a part of the injector projecting into the exhaust gas is at least partially covered by a shield (50) which is thermally insulating against the exhaust gas flow.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor so angeordnet ist, dass eine Einspritzrichtung des Reduktionsmittel weitgehend mit der Strömungsrichtung der Abgase übereinstimmt. 14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the injector is arranged such that an injection direction of the reducing agent largely corresponds to the flow direction of the exhaust gases.
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