WO2010040470A1 - Magnetventil zum dosieren eines wasserhaltigen fluids - Google Patents

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Friedrich Knappmeier
Michael Kolbe
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Buschjost Norgren Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a solenoid valve for dosing a water-containing fluid, in particular urea-water solutions for exhaust gas treatment of internal combustion engines, according to the preamble of claim 1.
  • Solenoid valves for metering aqueous fluids have long been known, in EP 1 339 956 a valve arrangement for metering a urea-water solution to internal combustion engines is proposed.
  • this designed as frost-proof valve assembly containing a solenoid valve body is movably supported by a valve holder and connected to a conduit so that in case of freezing of the fluid a compensating movement to increase the line volume can be performed.
  • an elastomer sealing ring is arranged between a front end of the line and the overlying valve body to ensure a compensating movement in the direction of the line.
  • a compressible compensating element in the form of a diaphragm cell is provided in the working space containing a valve plate, which defines a compensating space for the fluid freezing in the working space.
  • This valve assembly is generally complex and is little suitable for use in the vicinity of an internal combustion engine by the use of elastomer sealing rings and compressible membrane parts in thermally stressed areas.
  • the invention is concerned with the problem of providing a solenoid valve for metering a water-containing fluid whose comparatively inexpensive to produce components function reliably even under high thermal load, thereby enabling a precise metering of the fluid and are protected against damage even with volume changes by freezing fluid.
  • the solenoid valve for metering an aqueous fluid is designed according to the invention as a multi-part valve unit with functional and spring elements located substantially in a series arrangement.
  • the entire construction has both an efficient production and assembly as well as a reliable frost protection on an optimally cooperating component combination.
  • valve unit optimal operating conditions can be achieved with few and even at high temperature loads in the vicinity of an internal combustion engine components, the dosage of the fluid is precisely possible, and the system can be used long-term stability.
  • the valve unit is essentially constructed as a multi-part plug-in module, the z. B. complete with only one additional screw and can be placed to save space. With the functional parts in the region of the magnetic coil or the dosing assembly, particularly short response times are ensured during the injection process, and variable adjustment of the functional parts held in the installation position with a pretension is possible with little effort.
  • frost compensation clamping and compensation element in the form of a coil spring, plate spring, annular spring o. The like. According to a respective spring characteristic optimally adjusted to the fluid volume in the valve unit.
  • valve unit With the axial sequential arrangement of the components of the valve unit with little effort opens up the possibility réelleflanschen the system directly to the exhaust pipe of an internal combustion engine, since the output-side components are formed in the vicinity of the valve seat for elevated temperatures in the range of exhaust gas streams and particularly suitable.
  • parts of the valve unit in particular at a distance from this temperature-load zone, can be protected from elevated temperatures by a cooling module surrounding this, at least in regions.
  • a filter element in the system For a long-term replaceability of the valve unit and in particular to avoid clogging is provided in the region of the fluid channel to integrate at the input side in the connection region to the supply line, a filter element in the system.
  • this filter element is preferably also supported by a compensating element in the form of a spring or the like, so that even in this area of the valve unit and / or in the supply line, the freezing fluid does not damage the components.
  • a fine filter in the form of a stainless steel sintered metal filter is provided, which withstands axial and / or radial pressure.
  • Fig. 1 is a partially sectioned side view of the invention
  • Solenoid valve in installation position on a support structure in the region of an internal combustion engine
  • Fig. 4 respective individual representations of the solenoid valve according to the invention in different functional positions.
  • FIG. 1 shows an overview of a partial region of an internal combustion engine 1 with an exhaust pipe 2, with which a support assembly 3 is connected. From this supporting assembly 3 a located above an inlet port 4 of the exhaust pipe 2 befindliches solenoid valve 5 is held, which is connectable to a feed line 6 for metering a water-containing fluid, in particular urea-water solutions. With such systems, an exhaust gas treatment in the field of the internal combustion engine 1 is possible.
  • These known per se assemblies of a solenoid valve are designed for the specific conditions of the exhaust treatment shown in Fig. 1 so that the solenoid valve 5 is integrated as a change in the state of aggregation of the fluid whose volume change receiving compensating element in the system.
  • the valve body is designed as a magnetic sleeve 12 which extends through the magnetic coil 8 at least in areas and as far as it is provided on the bottom side with the valve seat 10.
  • a base part for the construction of a novel valve unit is provided, in which in a coaxial series arrangement by a first spring element 13 axially biased closing part 9 and a displaceable by this closing part 9 compensating piston 14 are arranged.
  • the compensating piston 14 in turn is held axially displaceable in the magnet sleeve 12 relative to the closing part 9.
  • the compensating piston 14 is slidably guided in the magnet sleeve 12 and in the direction of the longitudinal center axis M with a second spring element 15 cooperates axially displaceable.
  • the compensation piston 14 is provided with an end part 16, which is coaxially guided up to the supply line 6 for the fluid, to which a connection adapter 18 accommodating a filter element 17 can be connected.
  • connection adapter 18 accommodating the filter element 17 can be fixed in the region of the supply line 6 by a latching connection 20.
  • an additional frost protection is provided, wherein in the end portion 16 of the balance piston 14 receiving connection adapter 18 with the FiI- terelement 17 cooperating third spring element 21 is held.
  • a sintered metal filter, a fabric filter o. The like. Fine filter is provided as the filter element 17, which has a damage-free even under pressing loads structure.
  • the compensating piston 14 is provided in the region of the terminal adapter 18 directed end portion 16 with a tensile and pressure-rigid connecting region, so that these two parts or sub-areas in the installation position shown are only displaced together. It can be between the balance piston 14 and its end portion 16 and the connection adapter 18 - in addition to a partially effective connector - z. B. a screw, weld and / or solder connection can be provided. In the illustrated embodiment, the parts are connected by a welded joint S.
  • the compensating piston 14 is provided with a support profile 22 in the area of the second spring element 15 connected to it, so that the spring element 15 abutting on the other end can be grasped by a clamping sleeve 24 which engages over these and can be connected to an end part 23 of the magnet sleeve 12.
  • the clamping sleeve 24 is releasably connected to the over the magnetic coil 8 protruding end portion 23 of the magnet sleeve 12.
  • a screw connection 25 is provided with which the inner spring element 15 can be adjusted during a corresponding rotational movement of the tensioning sleeve 24 and thus for the abutment against the spring element 15. equal piston 14 a simple variation and adjustment of the spring travel is possible.
  • the end part 23 of the magnet sleeve 12 has an abutment web 26 assigned to the inner region of the compensating piston 14, with which an abutment for the preloaded spring element 15 is formed in the normal position of use of the solenoid valve 5.
  • the magnetic sleeve 12 is provided with a shaping projection 27, with which the installation position of the compensating piston 14 can be predetermined.
  • an advantageous distance (middle position according to B, Fig. 1) to the high-temperature internal combustion engine 1 is formed for this, so that in this distance zone between the magnet sleeve 12 and the balance piston At least one radial sealing element 35 (FIG. 1) can be positioned.
  • two formed as O-rings seals 36, 36 'in the receiving area of the balance piston 14 above the jetty 26 clearly.
  • the closing member 9 movable for metering has an armature cylinder 28 cooperating with the magnetic coil 8, the latter receiving the spring element 13 in the lower portion 19 'of the fluid channel 19.
  • a cooperating with the spring element 13 system part is provided in the form of a ball 29, which in each pressing phases the valve seat 10 connected to the lower end of the magnet sleeve 12 or whose outlet opening 11 can be placed (G 1 , FIG. 2).
  • the closing part 9 starts from the distance position A p in Fig. 2) or the armature cylinder 28 with the ball 29 in an open position (distance G, Fig. 3) is displaced, so that from the feed line 6 through the fluid channel 19 into the interior 19 'of the armature cylinder 28 funded fluid via transverse bores 30, 30' in the working chamber 7 can be introduced and discharged from this via a nozzle 31 through the valve seat 10 into the exhaust pipe 2 (Fig. 1).
  • the clamping sleeve 24 can also be designed as a screw sleeve 34 'shown schematically in FIG. 1 (or 4), with which the valve 5 and the magnet unit provided with the magnetic coil 8 are provided 37 are fixed.
  • the solenoid valve 5 is integrated with the essential functional parts in the support assembly 3, wherein this is provided in the form of a connectable to a liquid or air circuit 36 heat sink 33, in particular made of aluminum.
  • This example shows that In particular, the sealing-relevant parts in the region of the O-rings 36, 36 'having seal 35 are reliably protected from temperature overloads.
  • connection adapter 18 In the region of this connection adapter 18, the change in volume of the fluid in the supply line 6 and the fluid channel 19 is additionally compensated by the fact that the filter element 17 can be axially displaced against the clamping direction of the spring element 21 by a Kompensationsmother D 1 in the connection adapter 18.

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Abstract

Magnetventile sind zum Dosieren eines wasserhaltigen Fluids, insbesondere von Harnstoff -Wasser-Lösungen zur Abgasbehandlung an Brennkraftmaschinen, vorgesehen. Derartige Ventile sind mit einem das Fluid in einem Arbeitsraum (7) aufnehmenden Ventilkörper versehen, der einen Ventilsitz (10) und einen zum Verschliessen einer Magnetspule (8) verlagerbar ist. Im Magnetventil (1) ist ausserdem ein bei Änderung des Aggregatzustandes des Fluids dessen Volumenänderung aufnehmendes Ausgleichselement vorgesehen. Bei der erf indungsgemässen Konstruktion ist der Ventilkörper als eine die Magnetspule (8) zumindest bereichsweise durchgreifende sowie bodenseitig mit dem Ventilsitz (10) versehene Magnethülse (12) ausgebildet. Diesenimmt in einer koaxialen Hintereinanderanordnung ein durch ein Federelement (13) axial vorspannbares Schliessteil und einen vom Schliessteil verlagerbaren Ausgleichskolben (14) zumindest teilweise auf, wobei der Ausgleichskolben (14) seinerseits gegenüber dem Schliessteil (9) axial verschiebbar gehalten ist.

Description

Magnetventil zum Dosieren eines wasserhaltigen Fluids
Die Erfindung betrifft ein Magnetventil zum Dosieren eines wasserhaltigen Fluids, insbesondere von Harnstoff-Wasser-Lösungen zur Abgasbehandlung an Brennkraftmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Magnetventile zum Dosieren von wasserhaltigen Fluids sind seit langem bekannt, wobei in EP 1 339 956 eine Ventilanordnung zum Dosieren einer Harnstoff-Wasser- Lösung an Brennkraftmaschinen vorgeschlagen wird. Bei dieser als frostsicher konzipierten Ventilanordnung ist ein die Magnetspulen enthaltender Ventilkörper mittels eines Ventilhalters beweglich gelagert und mit einer Leitung so verbunden, dass im Falle eines Gefrierens des Fluids eine Ausgleichsbewegung zur Vergrößerung des Leitungsvolumens durchführbar ist. Dazu wird zwischen einem stirnseitigen Ende der Leitung und dem aufliegenden Ventilkörper ein Elastomerdichtring angeordnet, um eine Ausgleichsbewegung in Richtung der Leitung zu gewährleisten. Zusätzlich ist im eine Ventilplatte enthaltenden Arbeitsraum ein kompressibles Ausgleichselement in Form einer Membrandose vorgesehen, die für das im Arbeitsraum gefrierende Fluid einen Ausgleichsraum definiert.
Diese Ventilanordnung baut insgesamt aufwendig und ist durch die Verwendung von Elastomerdichtringen sowie kompressiblen Membranteilen in thermisch belasteten Bereichen für eine Anwendung im Nahbereich einer Brennkraftanlage wenig geeignet. Die Erfindung befasst sich mit dem Problem, ein Magnetventil zum Dosieren eines wasserhaltigen Fluids zu schaffen, dessen vergleichsweise kostengünstig herstellbare Bauteile auch bei hoher thermischer Belastung funktionssicher zusammenwirken, dabei eine präzise Dosierung des Fluids ermöglichen und auch bei Volumenänderungen durch gefrierendes Fluid vor Beschädigungen geschützt sind.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Magnetventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 22.
Das Magnetventil zum Dosieren eines wasserhaltigen Fluids ist in erfindungsgemäßer Ausführung als eine mehrteilige Ventileinheit mit im wesentlichen in einer Hintereinanderanordnung befindlichen Funktions- und Federelementen ausgebildet. Die gesamte Konstruktion weist dabei sowohl betreffend einer rationellen Fertigung und Montage als auch eines zuverlässigen Frostschutzes eine optimierbar zusammenwirkende Bauteilkombination auf.
Bei dieser anwendungsspezifisch variabel ausführbaren Ventileinheit sind mit wenigen und auch bei hohen Temperaturbelastungen im Nahbereich einer Brennkraftmaschine verschleißbeständigen Bauteilen optimale Einsatzbedingungen erreichbar, die Dosierung des Fluids ist präzise möglich, und das System kann langzeitstabil angewandt werden. Die Ventileinheit ist im wesentlichen als eine mehrteilige Steckbaugruppe aufgebaut, die bei einfachem Montageablauf z. B. mit nur einer zusätzlichen Schraubverbindung zu komplettieren ist und raumsparend platziert werden kann. Mit den Funktionsteilen im Bereich der Magnetspule bzw. der Dosierbaugruppe sind besonders kurze Ansprechzeiten beim Einspritzvorgang gewährleistet, und eine variable Einstellung der in Einbaulage mit einer Vorspannung gehaltenen Funktionsteile ist mit geringem Aufwand möglich. Gleichzeitig kann ein in Doppelfunktion auch als Frostausgleich vorgesehenes Spann- und Ausgleichselement in Form einer Spiralfeder, Plattenfeder, Ringfeder o. dgl. entsprechend einer jeweiligen Federkennlinie optimal auf das Fluidvolumen in der Ventileinheit eingestellt werden.
Mit der axialen Hintereinanderanordnung der Bauteile der Ventileinheit ist mit geringem Aufwand die Möglichkeit eröffnet, das System direkt auf das Abgasrohr einer Brennkraftmaschine aufzuflanschen, da die ausgangsseitigen Bauteile im Nahbereich des Ventilsitzes für erhöhte Temperaturen im Bereich von Abgasströmen ausgebildet und besonders geeignet sind. Zusätzlich ist vorgesehen, dass Teile der Ventileinheit, insbesondere in Abstand zu dieser Temperaturbelastungszone, durch eine diese zumindest bereichsweise umgebende Kühlbaugruppe vor erhöhten Temperaturen geschützt werden können.
Mit diesem "vertikalen" Konzept wird eine direkte Anordnung von Bauteilen zur Frostsicherung im Nahbereich der ins Abgasrohr ausmündenden Ventildüse vermieden, so dass die Gefahr von Beschädigungen bzw. Funktionsunterbrechungen durch thermische Überlastung - die beispielsweise bei Überhitzung von elastomeren Dichtelementen auftreten - zuverlässig ausgeschlossen werden kann. In zweckmäßiger Ausführung ist eine (einzige) Dichtungszone im Bereich der Magnethülse so weit vom Abgasrohr beabstandet, dass hier nur geringe thermische Belastungen auftreten und auch die vergleichsweise einfache Anwendung einer Doppel-O-Ring- Dichtung mit entsprechend hoher Langzeitstabilität möglich wird. Durch eine zusätzlich vorgesehene Kühlung dieser Bereiche der Ventileinheit und/oder die Anwendung von mit entsprechend abgesenkten Temperaturen zugeführten Fluids kann die Kühlwirkung im Bereich der empfindlichen Bauteile weiter verbessert können. Damit unterliegen auch die zur Frostsicherung vorgesehenen Baugruppen keinen deren Lebensdauer begrenzenden Überbelastungen, und das System ist auch bei häufigem Wechsel von Gefrier- und Auftauphasen zuverlässig wirksam.
Für eine langzeitige Ersetzbarkeit der Ventileinheit und insbesondere zur Vermeidung von Verstopfungen ist im Bereich des Fluidkanals vorgesehen, an dessen Eingangsseite im Verbindungsbereich zur Zuführleitung ein Filterelement in das System zu integrieren. Zur Gewährleistung des Frostschutzes in diesem Bereich wird dieses Filterelement bevorzugt ebenfalls durch ein Ausgleichselement in Form einer Feder o. dgl. abgestützt, so dass auch in diesem Bereich der Ventileinheit und/oder in der Zulaufleitung das gefrierende Fluid nicht zu Beschädigungen der Bauteile führt. Vorteilhaft ist dabei die Anwendung eines Feinfilters in Form eines Edelstahl-Sintermetallfilters vorgesehen, der axialem und/oder radialem Druck standhält. Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Magnetventils zeigen. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des erfindungsgemäßen
Magnetventils in Einbaulage an einer Stützkonstruktion im Bereich einer Brennkraftmaschine,
Fig. 2 bis
Fig. 4 jeweilige Einzeldarstellungen des erfindungsgemäßen Magnetventils in unterschiedlichen Funktionslagen.
In Fig. 1 ist in einer Übersichtsdarstellung ein Teilbereich einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasrohr 2 dargestellt, mit dem eine Tragbaugruppe 3 verbunden ist. Von dieser Tragbaugruppe 3 wird ein oberhalb einer Einlassöffnung 4 des Abgas- rohres 2 befindliches Magnetventil 5 gehalten, das zum Dosieren eines wasserhaltigen Fluids, insbesondere von Harnstoff-Wasser-Lösungen, mit einer Zuführleitung 6 verbindbar ist. Mit derartigen Systemen ist eine Abgasbehandlung im Bereich der Brennkraftmaschine 1 möglich.
Bei an sich bekannten Magnetventilen ist ein das über die Zuführleitung 6 eingeförderte Fluid aufnehmender Arbeitsraum 7 (Fig. 3) in einem Ventilkörper vorgesehen, wobei ein in diesem Arbeitsraum 7 mittels einer Magnetspule 8 verlagerbares Schließteil 9 mit einem Ventilsitz 10 so zusammenwirkt, dass dessen Auslassöff- nung 11 entsprechend der jeweiligen Aktivierungslage der Magnetspule 8 verschlossen bzw. geöffnet wird (Fig. 3: Bauteilabstand gemäß Pfeil G; Fig. 2, Abstand G=O). Diese an sich bekannten Baugruppen eines Magnetventils sind für die spezifischen Bedingungen der in Fig. 1 dargestellten Abgasbehandlung so konzipiert, dass das Magnetventil 5 als ein bei Änderung des Aggregatzustandes des Fluids ein dessen Volumenänderung aufnehmendes Ausgleichselement in das System integriert ist.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Magnetventils 5 ist der Ventilkörper als eine die Magnetspule 8 zumindest bereichsweise durchgreifende sowie bodenseitig mit dem Ventilsitz 10 versehene Magnethülse 12 ausgebildet.
Mit dieser Magnethülse 12 ist ein Basisteil zum Aufbau einer neuartigen Ventileinheit geschaffen, wobei in dieser in einer koaxialen Hintereinanderanordnung das durch ein erstes Federelement 13 axial vorspannbare Schließteil 9 und ein von diesem Schließteil 9 verlagerbarer Ausgleichskolben 14 angeordnet sind. Dabei ist der Ausgleichskolben 14 seinerseits in der Magnethülse 12 axial verschiebbar gegenüber dem Schließteil 9 gehalten.
In den Schnittdarstellungen gemäß Fig. 2 bis 4 wird deutlich, dass der Ausgleichskolben 14 gleitbeweglich in der Magnethülse 12 geführt ist und in Richtung der Längsmittelachse M mit einem zweiten Federelement 15 axial verschieblich zusammenwirkt. Außerhalb der als ein zentrales Tragelement wirksamen Magnethülse 12 ist der Ausgleichskolben 14 mit einem bis zu der Zuführleitung 6 für das Fluid koaxial geführten Endteil 16 versehen, mit dem ein ein Filterelement 17 aufnehmender Anschlussadapter 18 verbindbar ist.
Mit dieser vergleichsweise einfachen Bauteilkombination wird erreicht, dass unabhängig von der bestimmungsgemäßen Bewegung mittels des Elektromagneten bei einer temperaturbedingten Volumenänderung des Fluids im Bereich des vom Schließteil 9 definierten Arbeitsraumes 7 jeweilige Ausgleichsverlagerungen möglich sind. Dabei können sämtliche Bauteilverlagerungen mittels der jeweils in die Magnethülse 12 integrierten Ausgleichselemente in Form von Federelementen 13, 15 aufgenommen werden, derart, dass diese als eine mehrstufige Frostsicherungseinheit einen Beschädigungsschutz für die in Einbaulage (Fig. 1) befindliche Ventileinheit bewirken. Die im Bereich der Magnethülse 12 als die Frostsicherungseinheit zusammenwirkenden Teile sind dabei bevorzugt als eine mehrteilige Steck-Schraub- Baugruppe ausgebildet, die mit einem im wesentlichen zentral verlaufenden Fluid- kanal 19 versehen ist. Andere Verbindungstechniken, wie z. B. klemmend, rastend oder als Bajonettverbindung, sind ebenfalls möglich.
Ausgehend von der oberen Zuführleitung 6 sind jeweilige optimale Bauteilabstützun- gen vorgesehen, wobei der das Filterelement 17 aufnehmende Anschlussadapter 18 im Bereich der Zuführleitung 6 durch eine Rastverbindung 20 fixierbar ist. In diesem Bereich ist eine zusätzliche Frostsicherung vorgesehen, wobei in dem den Endteil 16 des Ausgleichskolbens 14 aufnehmenden Anschlussadapter 18 ein mit dem FiI- terelement 17 zusammenwirkendes drittes Federelement 21 gehalten ist. In zweckmäßiger Ausführung ist als das Filterelement 17 ein Sintermetallfilter, ein Gewebefilter o. dgl. Feinfilter vorgesehen, der eine auch bei Pressbelastungen beschädigungsfrei belastbare Struktur aufweist.
In der dargestellten Ausführungsform ist der Ausgleichskolben 14 im Bereich des zum Anschlussadapter 18 gerichteten Endteils 16 mit einem zug- und drucksteif wirksamen Verbindungsbereich versehen, so dass diese beiden Teile bzw. Teilbereiche in der dargestellten Einbaulage nur noch gemeinsam verlagerbar sind. Dabei kann zwischen dem Ausgleichskolben 14 bzw. dessen Endteil 16 und dem Anschlussadapter 18 - zusätzlich zu einer bereichsweise wirksamen Steckverbindung - z. B. eine Schraub-, Schweiß- und/oder Lötverbindung vorgesehen sein. In der dargestellten Ausführung sind die Teile durch eine Schweißverbindung S verbunden.
Der Ausgleichskolben 14 ist im Bereich des mit diesem verbundenen zweiten Federelementes 15 mit einem Stützprofil 22 versehen, so dass das an diesem anliegende Federelement 15 anderenends von einer diese übergreifenden und mit einem Endteil 23 der Magnethülse 12 verbindbaren Spannhülse 24 erfassbar ist. In der dargestellten Ausführung (gemäß Fig. 2 bis 4) ist die Spannhülse 24 mit dem über die Magnetspule 8 vorstehenden Endteil 23 der Magnethülse 12 lösbar verbunden. Dabei ist in zweckmäßiger Ausführung eine Schraubverbindung 25 vorgesehen, mit der das innen liegende Federelement 15 bei entsprechender Drehbewegung der Spann- hülse 24 einstellbar ist und damit für den am Federelement 15 anliegenden Aus- gleichskolben 14 eine einfache Variation und Einstellung des Federweges möglich wird.
In diesem Bereich der Ventileinheit ist vorgesehen, dass der Endteil 23 der Magnethülse 12 einen dem innen liegenden Bereich des Ausgleichskolbens 14 zugeordneten Anlagesteg 26 aufweist, mit dem in normaler Gebrauchsstellung des Magnetventils 5 ein Gegenlager für das vorgespannte Federelement 15 gebildet ist. In einem Abstand A (Fig. 2) zum Bereich des innen liegenden Schließteils 9 hin ist die Magnethülse 12 mit einem Formansatz 27 versehen, mit dem die Einbaulage des Ausgleichskolbens 14 vorgebbar ist.
In dem vorbeschriebenen, oberhalb der Magnetspule 8 befindlichen Bereich der Ventileinheit wird für diese ein vorteilhafter Abstand (mittlere Lage gemäß B; Fig. 1) zur hohe Temperaturen aufweisenden Brennkraftmaschine 1 gebildet, so dass in dieser Abstands-Zone zwischen der Magnethülse 12 und dem Ausgleichskolben 14 zumindest ein radiales Dichtungselement 35 (Fig. 1) positionierbar ist. In der dargestellten Ausführung werden zwei als O-Ringe ausgebildete Dichtungen 36, 36' im Aufnahmebereich des Ausgleichskolbens 14 oberhalb des Anlegestegs 26 deutlich.
Bei der dargestellten Ausführung des Magnetventils 5 weist das zur Dosierung bewegliche Schließteil 9 einen mit der Magnetspule 8 zusammenwirkenden Ankerzylinder 28 auf, wobei dieser im unteren Teilbereich 19' des Fluidkanals 19 das Federelement 13 aufnimmt. Dabei ist ein mit dem Federelement 13 zusammenwirkendes Anlageteil in Form einer Kugel 29 vorgesehen, die in jeweiligen Pressphasen auf den mit dem unteren Ende der Magnethülse 12 verbundenen Ventilsitz 10 bzw. dessen Auslassöffnung 11 auflegbar ist (G1, Fig. 2).
Bei einer Betätigung der Magnetspule 8 wird das Schließteil 9 (ausgehend von der Abstands-Lage Ap in Fig. 2) bzw. der Ankerzylinder 28 mit der Kugel 29 in eine Öffnungsstellung (Abstand G, Fig. 3) verlagert, so dass das aus der Zuführleitung 6 durch den Fluidkanal 19 in den Innenraum 19' des Ankerzylinders 28 geförderte Fluid über Querbohrungen 30, 30' in den Arbeitsraum 7 einleitbar ist und aus diesem über eine Düse 31 durch den Ventilsitz 10 in das Abgasrohr 2 ausgeleitet werden kann (Fig. 1).
Die Zusammenschau der Ventileinheit gemäß Fig. 1 mit dem Magnetventil 5 gemäß Fig. 3 macht deutlich, dass die in vertikaler Einbaulage die Magnetspule 8 durchgreifende Magnethülse 12 dadurch in ihrer Einbaulage fixierbar ist, dass sich eine Anlageschulter 32 am oberen Randbereich der Magnetspule 8 bzw. deren Gehäuse 8' abstützt. Für diese - entsprechend der spezifischen Einbausituation variable - Abstützung kann die Spannhülse 24 auch als eine in Fig. 1 (bzw. Fig. 4; schematisch) dargestellte Schraubhülse 34' ausgeführt sein, mit der das Ventil 5 und die mit der Magnetspule 8 versehene Magneteinheit 37 fixiert werden.
Bei dieser Zusammenschau mit Fig. 1 wird auch deutlich, dass das Magnetventil 5 mit den wesentlichen Funktionsteilen in die Tragbaugruppe 3 integriert wird, wobei diese in Form eines mit einem Flüssigkeits- oder Luftkreislauf 36 verbindbaren Kühlkörpers 33, insbesondere aus Aluminium, versehen ist. Dieses Beispiel zeigt, dass insbesondere die dichtungsrelevanten Teile im Bereich der O-Ringe 36, 36' aufweisenden Dichtung 35 zuverlässig vor Temperaturüberbelastungen geschützt sind.
In der Darstellung gemäß Fig. 4 ist ein Zustand des Magnetventils 5 bei in diesem gefrorenem Fluid gezeigt. In dieser Situation wird innerhalb des Magnetventils 5 ein sämtliche Ausgleichselemente belastender Presszustand erzeugt, der in diesem Feder-System vollständig und beschädigungsfrei kompensiert werden kann. Im Bereich des Schließteils 9 werden die Kugel 29 und der Ankerzylinder 28 durch das im Arbeitsraum 7 bzw. den Kanalteilen 19' und 30, 30' befindliche Fluid in der dargestellten Anlagestellung fixiert (Abstand G"=0). Dieses auch im Fluidkanal 19' befindliche Gefriergut führt dazu, dass zwischen dem oberen Ende des Ankerzylinders 28 und der Stirnseite des Ausgleichskolbens 14 eine Presskraft auftritt, mit der ein Abstandsspalt E gebildet wird. Dabei wird der Ausgleichskolben 14 innerhalb der Magnethülse 12 vom Formansatz 27 (Abstand E) und dem Anlagesteg 26 (Abstand E') weggeführt. Gleichzeitig wird das als Spiralfeder ausgebildete obere Federelement 15 in Richtung C zusammengepresst, derart, dass die Volumenänderung des Fluids beschädigungsfrei ausgeglichen ist.
Diese Ausgleichsbewegung ist bereits dadurch möglich, dass die Spannhülse 12 mittels des schematisch dargestellten Halteteils 34 in der Einbaulage (ähnlich der Halteschraube 34' in Fig. 1) fixiert und die Magnethülse 12 mit dem Ventilsitz 10 verbunden ist (Fig. 4, Schweißverbindung S1). Die Ventileinheit ist dabei so konzipiert, dass die Verlagerung C des Ausgleichskolbens 14 auf dessen Endteil 16 übertragen wird und dieser bei den im Gefrierzustand wirkenden Druckkräften gemeinsam mit dem Anschlussadapter 18 sowie der Zuführleitung 6 um ein Abstandsmaß D verlagert werden kann (Fig. 4, oberer Teil).
Im Bereich dieses Anschlussadapters 18 wird die Volumenänderung des in der Zuführleitung 6 bzw. dem Fluidkanal 19 befindlichen Fluids zusätzlich dadurch kompensiert, dass das Filterelement 17 entgegen der Spannrichtung des Federelementes 21 um ein Kompensationsmaß D1 im Anschlussadapter 18 axial verschoben werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Magnetventil zum Dosieren eines wasserhaltigen Fluids, insbesondere von Harnstoff-Wasser-Lösungen zur Abgasbehandlung an Brennkraftmaschinen (1), mit einem das Fluid in einem Arbeitsraum (7) aufnehmenden Ventilkörper, mit einem Ventilsitz (10) und einem zum Verschließen einer Auslassöffnung (11) vorgesehenen Schließteil (9), das mittels einer Magnetspule (8) verlagerbar ist, und wobei das Magnetventil (1) ein bei Änderung des Aggregatzustandes des Fluids dessen Volumenänderung aufnehmendes Ausgleichselement aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper als eine die Magnetspule (8) zumindest bereichsweise durchgreifende sowie bodenseitig mit dem Ventilsitz (10) versehene Magnethülse (12) ausgebildet ist, die in einer koaxialen Hintereinanderanordnung ein durch ein Federelement (13) axial vorspannbares Schließteil (9) und einen vom Schließteil (9) verlagerbaren Ausgleichskolben (14) zumindest teilweise aufnimmt, wobei der Ausgleichskolben (14) seinerseits gegenüber dem Schließteil (9) axial verschiebbar gehalten ist.
2. Magnetventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichskolben (14) mittels zumindest eines zweiten Federelementes (15) axial verschiebbar in der Magnethülse (12) gehalten ist.
3. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein bis zu einer Zuführleitung (6) für das Fluid koaxial geführter Endteil (16) des Ausgleichskol- bens (14) mit einem ein Filterelement (17) aufnehmenden Anschlussadapter (18) verbindbar ist.
4. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Volumenänderungen des Fluids innerhalb des Magnetventils eine Ausgleichsverlagerung bewirkt wird, derart, dass sämtliche Bauteilverlagerungen mittels jeweiliger in die Magnethülse (12) integrierter Ausgleichelemente in Form von Federelementen (13, 15, 21) aufnehmbar sind und diese als eine mehrstufige Frostsicherungseinheit zusammenwirken.
5. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im Bereich der Magnethülse (12) als Frostsicherungseinheit zusammenwirkenden Teile eine mehrteilige Steck- und/oder Schraub-Baugruppe mit im wesentlichen zentralem Fluidkanal (19, 19') bilden.
6. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der das Filterelement (17) aufnehmende Anschlussadapter (18) im Bereich der Zuführleitung (6) durch eine Rastverbindung (20) fixierbar ist und dabei im Anschlussadapter (18) ein Endteil (16) des Ausgleichskolbens (14) ein mit dem Filterelement (17) zusammenwirkendes drittes Federelement (21) abstützt.
7. Magnetventil nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Filterelement (17) ein Sintermetallfilter, ein Gewebefilter o. dgl. Feinfilter vorgesehen ist.
8. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichskolben (14) im Bereich eines zu einem Anschlussadapter (18) gerichteten Endteils (16) mit diesem verbindbar ist.
9. Magnetventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ausgleichskolben (14) und Anschlussadapter (18) zusätzlich zu einer bereichsweisen Steckverbindung eine Schraub-, Schweiß- und/oder Lötverbindung (S) vorgesehen ist.
10. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des am Ausgleichskolben (14) im Bereich eines Stützprofils (22) anliegenden zweiten Federelementes (15) eine dieses übergreifende und mit einem Endteil (23) der Magnethülse (12) verbindbare Spannhülse (24) vorgesehen ist, derart, dass das innen liegende Federelement (15) axial vorspannbar ist.
11. Magnetventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (24) mit dem über die Magnetspule (8) vorstehenden Endteil (23) der Magnethülse (12) verbindbar ist.
12. Magnetventil nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (24) mit der Magnethülse (12) durch eine Schraubverbindung (25) verbunden ist.
13. Magnetventil nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Spannhülse (24) die axiale Vorspannung des innen liegenden Federelementes (15) auf variierende Einsatzbedingungen des Magnetventils (5) einstellbar ist.
14. Magnetventil nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Endteil (23) der Magnethülse (12) einen dem innen liegenden Bereich des Ausgleichskolbens (14) zugeordneten Anlagesteg (26) aufweist und im Abstand (A) zum Schließteil (9) hin mittels eines Formansatzes (27) die Einbaulage des Ausgleichskolbens (14) vorgebbar ist.
15. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Magnethülse (12) und dem Ausgleichskolben (14) zumindest ein radiales Dichtelement (35) vorgesehen ist.
16. Magnetventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Magnethülse (12) oberhalb des Anlagestegs (26) zumindest eine zum Ausgleichskolben (14) gerichtete Dichtung vorgesehen ist.
17. Magnetventil nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass als die Dichtung (35) zwei im Aufnahmebereich des Ausgleichskolbens (14) befindliche O-Ringe (36, 36') vorgesehen sind.
18. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Dosierung bewegliche Schließteil (9) einen mit der Magnetspule (8) zusammenwirkenden Ankerzylinder (28) autweist und dieser im Fluidkanal (19') das Federelement (13) aufnimmt, derart, dass ein mit dem Federelement (13) zusammenwirkendes Anlageteil in Form einer Kugel (29) auf den mit dem unteren Ende der Magnethülse (12) verbundenen Ventilsitz (10) auflegbar ist.
19. Magnetventil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei in Öffnungsstellung verlagertem Schließteil (9) das in der Zuführleitung (19, 19') geförderte Fluid aus dem Innenraum des Ankerzylinders (28) über Querbohrungen (30, 30') in den Arbeitsraum (7) einleitbar und aus diesem über eine im Bereich des Ventilsitzes (10) vorgesehene Düse (31) ausleitbar ist.
20. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnethülse (12) außenseitig an der ortsfesten Magnetspule (8) abstützbar ist.
21. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zumindest bereichsweise in eine mit der Brennkraftmaschine (1) verbundene Tragbaugruppe (3) integrierbar ist.
22. Magnetventil nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass als Tragbaugruppe (3) ein mit einem Wasser- oder Luftkreislauf (36) verbindbarer Kühlkörper (33), insbesondere aus Aluminium, vorgesehen ist.
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