WO2016206827A1 - Cooling device - Google Patents

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WO2016206827A1
WO2016206827A1 PCT/EP2016/058913 EP2016058913W WO2016206827A1 WO 2016206827 A1 WO2016206827 A1 WO 2016206827A1 EP 2016058913 W EP2016058913 W EP 2016058913W WO 2016206827 A1 WO2016206827 A1 WO 2016206827A1
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WO
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coolant
cooling
injection device
flow guide
pot
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/058913
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German (de)
French (fr)
Inventor
Rainer Haeberer
Thorsten Stoeberl
Dirk Welting
Dimitrios DORDANAS
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/11—Adding substances to exhaust gases the substance or part of the dosing system being cooled
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a cooling device for cooling an injection device, in particular for cooling an injection device, which is provided to inject a liquid reducing agent into the exhaust gas line of an internal combustion engine.
  • SCR process selective catalytic reduction
  • a reduction catalyst in particular an aqueous urea solution
  • AdBlue aqueous urea solution
  • the reducing agent is for this purpose taken from a tank and injected by an injection device, which is based in particular on the pump / nozzle principle, upstream of the reduction catalyst in the exhaust gas flow of the internal combustion engine.
  • the injector Since the injector is mounted directly on the exhaust line, which is heated by the exhaust gas flow to high temperatures during operation of the internal combustion engine, it is usually necessary to cool the injector to prevent overheating of the injector and to ensure reliable operation of the injector ,
  • a cooling device for an injection device in particular for a
  • Injection device which is designed to inject a liquid reducing agent into the exhaust line of an internal combustion engine, has a cooling pot, which is designed to receive an injection device to be cooled such that a cooling space for receiving a coolant is formed around the circumference of the injection device.
  • the cooling pot is at least one flow Guidance element provided which is designed to guide a coolant flow in the cooling space around the injection device. In this case, the coolant flow is forced through the at least one flow guide element, in particular a tangential and / or an axial component.
  • a coolant flow is passed through the injection device through at least one appropriately designed flow guide element, wherein the coolant flow in particular has a tangential component in the circumferential direction and / or an axial component, i. a component is forced in the longitudinal direction of the injection device.
  • the coolant flow in particular has a tangential component in the circumferential direction and / or an axial component, i. a component is forced in the longitudinal direction of the injection device.
  • the cooling device comprises a plurality of flow guide elements which are spaced along the inner circumference of the
  • Cooling pot are formed. In this way, the coolant flow can be performed particularly efficiently around the injection device.
  • the flow guide elements are formed as webs which extend in an axial direction of the cooling pot.
  • Such trained webs provide particularly effective and inexpensive
  • the plurality of flow guide elements each have an opening.
  • the openings of the individual flow guide elements are offset from each other in the axial direction.
  • the coolant is thus forced by the flow guide elements and the openings formed in the Strömungs exits- openings to a meandering coolant flow.
  • the coolant flow in this case has a tangential component, which is aligned in the direction of the circumference of the injection device, and an axial component, which is aligned in the axial direction of the injection device on.
  • the cooling device has a coolant inlet and a coolant outlet, which are provided, cold coolant in the
  • coolant inlet and the coolant outlet are in particular separated from each other by a special flow guide element, in which no opening is formed, in order to prevent direct coolant flow from the coolant inlet into the coolant outlet ("coolant short circuit").
  • the coolant flow from the coolant inlet to the coolant outlet is conducted almost completely around the circumference of the injector to ensure uniform cooling around the entire circumference of the injector.
  • the coolant space is formed with a width that is variable in the axial direction, the coolant space having a greater width on the side of the injection device facing the exhaust line during operation than on the side remote from the exhaust line. In this way, exposed to the operation of different heat radiation areas of the
  • Injector be cooled evenly and efficiently.
  • the coolant space may in particular have a minimum diameter of 1 mm and a maximum diameter of more than 2 mm.
  • the at least one flow guide element is welded to the cooling pot to provide a secure connection between the
  • the at least one flow guide element may be formed integrally with the cooling pot. In this case, can be dispensed with the step of welding the at least one flow guide element to the cooling pot, whereby the production of the cooling pot can be simplified.
  • a gap between the injector facing the end of the at least one flow guide element and the outer circumference of the injector, a gap of, for example, 0.1 to - -
  • Fig. 1 shows a system for injecting a liquid reducing agent in an exhaust line of an internal combustion engine.
  • Figure 2 shows a perspective sectional view of a cooling pot of a cooling device according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows schematically a development of the inside of the wall of the cooling pot shown in FIG.
  • Figure 4 shows schematically a section through a cooling pot according to an embodiment of the invention.
  • Figure 5 shows an external perspective view of a cooling device according to an embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a system for injecting a liquid reducing agent into an exhaust line 52 of an internal combustion engine 51.
  • An injection device 50 which is based in particular on the pump / nozzle principle, is mounted between the internal combustion engine 51 and an SCR catalytic converter 53 arranged downstream of the internal combustion engine 51 on the exhaust line 52.
  • a fluid reducing agent 58 to be injected is removed from a storage tank 56 and fed to the injection device 50 at a slightly elevated pressure of, for example, 2 to 3 bar.
  • the injection device 50 further increases the pressure of the reducing agent 58, for example to 10 bar, and injects the reducing agent 58 into the exhaust gas line 52 at the increased pressure.
  • the injected reducing agent 58 mixes with the exhaust gases 55 flowing through the exhaust line 52 and reacts in a downstream of the injector 50 arranged SCR catalyst 53 with those in the exhaust gases 55th - - contained nitrogen oxides (NO x ), whereby these are reduced to N 2 and H 2 0.
  • the mixing of the reducing agent 58 with the exhaust gases 55 may be assisted by one or more mixing elements arranged in the exhaust line 52, which are not shown in FIG. 1.
  • Figure 2 shows a perspective sectional view of a cooling pot 2 of a cooling device 1 according to an embodiment of the invention.
  • the cooling pot 2 comprises a wall 10, which is formed substantially rotationally symmetrical about an axis, not shown in FIG.
  • a plurality of flow guide elements 8 are formed, which extend in the form of protruding into the interior of the cooling pot 2 webs along the axial direction of the wall 10 of the cooling pot 2, i. parallel to the axis, extend.
  • a central opening 20 is formed which allows an injection device 12, not shown in FIG. 2, to inject reducing agent into the exhaust line 52.
  • cooling pot 2 mounting holes 22 are formed, can be performed by the not shown in the figure 2 fasteners to mechanically attach the cooling pot 2 to the exhaust line 52.
  • coolant inlet opening 54 coolant inlet opening 54 and connected to a coolant outlet 6 coolant outlet opening 55 are formed, which make it possible to introduce a fluid coolant into the interior of the cooling pot 2 and remove it, so that in the Cooling pot 2, a circulating coolant flow can be generated.
  • the flow guide elements 8 are in particular designed so that a coolant supplied via the coolant inlet 4 in a meandering flow along the circumference on the inside of the wall 10 of the cooling pot - -
  • Figure 3 shows schematically a development of the inside of the wall 10 of the cooling pot 2 and illustrates the interaction of the flow guide elements 8 to produce the meandering coolant flow.
  • an opening 9 is formed in each of the flow guide elements 8.
  • the openings 9 are alternately provided in a region ("upper") facing away from the exhaust line 52 during operation and in a region (“lower") of the cooling pot 2 facing the exhaust line 52 during operation.
  • a coolant flow 53 entering through the coolant inlet port 54 is caused by this structure of the flow guide elements 8 to alternately flow up and down in the axial direction of the cooling pot 2 while moving around the circumference of the cooling pot 2 while one within the cooling pot 2 arranged injection device 12 flows around.
  • the coolant flow 53 cools an injector 12 disposed inside the cooling pot 2 evenly along its entire circumference and over its entire height / length.
  • FIG. 4 schematically shows a section through a cooling pot 2 according to an exemplary embodiment of the invention, with a schematically illustrated injection device 12, which is arranged in the cooling pot 2.
  • the region of the cooling pot 2 shown below in FIG. 4 during operation of the exhaust line 52 is exposed during operation to higher heat radiation from the hot exhaust line 52 than the region of the cooling pot 2 facing away from the exhaust line 42, shown at the top in FIG. - -
  • the coolant chamber 14 is therefore formed in its region 16, shown at the bottom in FIG. 4 and facing the exhaust line 52, with a greater width t 2 than the region 18 facing away from the hot exhaust line 52 in operation, which is shown at the top in FIG has smaller width t1.
  • flow guide elements 8 extend from the wall 10 of the cooling pot 2 in the radial direction almost to the outer wall 19 of the injector 12.
  • FIG. 5 shows a perspective exterior view of a cooling device 1 according to an exemplary embodiment of the invention with a cooling pot 2 and a protective sleeve 24 applied to the side of the cooling pot 2 facing away from the exhaust line 42 during operation.

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Abstract

The invention relates to a cooling device (1) for an injection device (12), particularly for an injection device (12) designed to inject a liquid reducing agent into the exhaust system (52) of an internal combustion engine (51), comprising a coolant pot (2) designed to receive a injection device (12) to be cooled, such that a cooling space (14) for receiving a coolant is formed around the periphery of said injection device (12). At least one flow guiding element (8) is provided in the coolant pot (2) and designed such that it guides a coolant flow (52), in said cooling space (14), in the peripheral direction around the injection device (12).

Description

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Kühlvorrichtung cooler
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Einspritzvorrichtung, insbesondere zum Kühlen einer Einspritzvorrichtung, die vorgesehen ist, ein flüssiges Reduktionsmittel in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors einzuspritzen. The invention relates to a cooling device for cooling an injection device, in particular for cooling an injection device, which is provided to inject a liquid reducing agent into the exhaust gas line of an internal combustion engine.
Bei Kraftwagen mit Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, muss aufgrund der Abgasgesetzgebung unter anderem der Schadstoff NOx reduziert werden. Eine Methode, die dabei zur Anwendung kommt, ist das Verfahren der sogenannten selektiven katalytischen Reduktion („SCR-Verfahren"), bei dem NOx unter zu Hilfenahme eines Reduktionskatalysators und eines flüssigen Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung („AdBlue" ®), zu N2 und H20 reduziert wird. In motor vehicles with internal combustion engines, in particular diesel engines, the pollutant NO x must be reduced due to the exhaust gas legislation among other things. One method which is used is the process of so-called selective catalytic reduction ("SCR process"), in which NO x with the aid of a reduction catalyst and a liquid reducing agent, in particular an aqueous urea solution ("AdBlue" ®), is reduced to N 2 and H 2 0.
Das Reduktionsmittel wird dazu aus einem Tank entnommen und von einer Einspritzvorrichtung, die insbesondere auf dem Pumpe/Düse-Prinzip beruht, stromaufwärts des Reduktionskatalysators in die Abgasströmung des Verbrennungs- motors eingedüst. The reducing agent is for this purpose taken from a tank and injected by an injection device, which is based in particular on the pump / nozzle principle, upstream of the reduction catalyst in the exhaust gas flow of the internal combustion engine.
Da die Einspritzvorrichtung direkt am Abgasstrang angebracht ist, der beim Betrieb des Verbrennungsmotors durch die Abgasströmung auf hohe Temperaturen erhitzt wird, ist es in der Regel notwendig, die Einspritzvorrichtung zu kühlen, um ein Überhitzen der Einspritzvorrichtung zu verhindern und einen zuverlässigen Betrieb der Einspritzvorrichtung zu gewährleisten. Since the injector is mounted directly on the exhaust line, which is heated by the exhaust gas flow to high temperatures during operation of the internal combustion engine, it is usually necessary to cool the injector to prevent overheating of the injector and to ensure reliable operation of the injector ,
Es ist daher wünschenswert, eine Kühlvorrichtung für eine Einspritzvorrichtung, insbesondere für eine Einspritzvorrichtung, die an einem Abgasstrang eines Ver- brennungsmotors montiert ist, bereitzustellen, die es ermöglicht, die Einspritzvorrichtung gleichmäßig und zuverlässig zu kühlen. It is therefore desirable to provide a cooling device for an injection device, in particular for an injection device which is mounted on an exhaust line of an internal combustion engine, which makes it possible to uniformly and reliably cool the injection device.
Eine Kühlvorrichtung für eine Einspritzvorrichtung, insbesondere für eine A cooling device for an injection device, in particular for a
Einspritzvorrichtung, die ausgebildet ist, um ein flüssiges Reduktionsmittel in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors einzuspritzen, hat einen Kühltopf, der ausgebildet ist, eine zu kühlende Einspritzvorrichtung derart aufzunehmen, dass um den Umfang der Einspritzvorrichtung ein Kühlraum zur Aufnahme eines Kühlmittels ausgebildet ist. In dem Kühltopf ist wenigstens ein Strömungs- - - führungselement vorgesehen, das ausgebildet ist, eine Kühlmittelströmung im Kühlraum um die Einspritzvorrichtung zu führen. Dabei wird der Kühlmittelströmung durch das wenigstens eine Strömungsführungselement insbesondere eine tangentiale und/oder eine axiale Komponente aufgezwungen. Injection device, which is designed to inject a liquid reducing agent into the exhaust line of an internal combustion engine, has a cooling pot, which is designed to receive an injection device to be cooled such that a cooling space for receiving a coolant is formed around the circumference of the injection device. In the cooling pot is at least one flow Guidance element provided which is designed to guide a coolant flow in the cooling space around the injection device. In this case, the coolant flow is forced through the at least one flow guide element, in particular a tangential and / or an axial component.
In einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung wird eine Kühlmittelströmung durch wenigstens ein entsprechend ausgebildetes Strömungsführungselement um die Einspritzvorrichtung geführt, wobei der Kühlmittelströmung insbesondere eine tangentiale Komponente in Umfangsrichtung und/oder eine axiale Komponente, d.h. eine Komponente in Längsrichtung der Einspritzvorrichtung aufgezwungen wird. Auf diese Weise wird eine effiziente und gleichmäßige Kühlung der Einspritzvorrichtung entlang ihres gesamten Umfangs und über ihre gesamte Länge gewährleistet. Insbesondere wird das Ausbilden von lokal überhitzten Stellen (Wärmenestern), die zu einer Fehlfunktion und/oder Beschädigung der Einspritzvorrichtung führen können, zuverlässig verhindert. Im Ergebnis wird die Betriebssicherheit der Einspritzvorrichtung verbessert und ihre Lebensdauer erhöht. In a cooling device according to the invention, a coolant flow is passed through the injection device through at least one appropriately designed flow guide element, wherein the coolant flow in particular has a tangential component in the circumferential direction and / or an axial component, i. a component is forced in the longitudinal direction of the injection device. In this way, an efficient and uniform cooling of the injector is ensured along its entire circumference and over its entire length. In particular, the formation of locally overheated points (hot spots), which can lead to malfunction and / or damage to the injection device, reliably prevented. As a result, the reliability of the injector is improved and its life is increased.
In einer Ausführungsform umfasst die Kühlvorrichtung mehrere Strömungs- führungselemente, die in Abständen entlang des inneren Umfangs des In one embodiment, the cooling device comprises a plurality of flow guide elements which are spaced along the inner circumference of the
Kühltopfes ausgebildet sind. Auf diese Weise kann die Kühlmittelströmung besonders effizient um die Einspritzvorrichtung geführt werden. Cooling pot are formed. In this way, the coolant flow can be performed particularly efficiently around the injection device.
In einer Ausführungsform sind die Strömungsführungselemente als Stege ausgebildet, die sich in einer Axialrichtung des Kühltopfes erstrecken. Derart ausgebildete Stege stellen besonders effektive und kostengünstig zu In one embodiment, the flow guide elements are formed as webs which extend in an axial direction of the cooling pot. Such trained webs provide particularly effective and inexpensive
realisierende Strömungsführungselemente zur Verfügung. realizing flow guide elements available.
In einer Ausführungsform weist die Mehrzahl der Strömungsführungselemente jeweils eine Öffnung auf. Dabei sind die Öffnungen der einzelnen Strömungsführungselemente in Axialrichtung gegeneinander versetzt. Das Kühlmittel wird so durch die Strömungsführungselemente und die in den Strömungsführungs- elementen ausgebildeten Öffnungen zu einer meanderförmigen Kühlmittelströmung gezwungen. Die Kühlmittelströmung weist dabei eine tangentiale Komponente, die in Richtung des Umfangs der Einspritzvorrichtung ausgerichtet ist, und eine axiale Komponente, die in der Axialrichtung der Einspritzvorrichtung ausgerichtet ist, auf. - - In one embodiment, the plurality of flow guide elements each have an opening. The openings of the individual flow guide elements are offset from each other in the axial direction. The coolant is thus forced by the flow guide elements and the openings formed in the Strömungsführungs- openings to a meandering coolant flow. The coolant flow in this case has a tangential component, which is aligned in the direction of the circumference of the injection device, and an axial component, which is aligned in the axial direction of the injection device on. - -
In einer Ausführungsform weist die Kühlvorrichtung einen Kühlmittelzulauf und einen Kühlmittelablauf auf, die vorgesehen sind, kaltes Kühlmittel in den In one embodiment, the cooling device has a coolant inlet and a coolant outlet, which are provided, cold coolant in the
Kühlmittelraum einzubringen und erwärmtes Kühlmittel aus dem Kühlmittelraum abzuführen. Incorporate coolant space and remove heated coolant from the coolant space.
Der Kühlmittelzulauf und der Kühlmittelablauf sind insbesondere durch ein spezielles Strömungsführungselement, in dem keine Öffnung ausgebildet ist, voneinander getrennt, um einen direkten Kühlmittelfluss von dem Kühlmittelzulauf in den Kühlmittelablauf („Kühlmittel-Kurzschluss") zu verhindern. The coolant inlet and the coolant outlet are in particular separated from each other by a special flow guide element, in which no opening is formed, in order to prevent direct coolant flow from the coolant inlet into the coolant outlet ("coolant short circuit").
In einer Ausführungsform wird die Kühlmittelströmung von dem Kühlmittelzulauf zu dem Kühlmittelablauf nahezu vollständig um den Umfang der Einspritzvorrichtung geführt, um eine gleichmäßige Kühlung um den gesamten Umfang der Einspritzvorrichtung zu gewährleisten. In one embodiment, the coolant flow from the coolant inlet to the coolant outlet is conducted almost completely around the circumference of the injector to ensure uniform cooling around the entire circumference of the injector.
In einer Ausführungsform ist der Kühlmittelraum mit einer in Axialrichtung variablen Breite ausgebildet, wobei der Kühlmittelraum auf der im Betrieb dem Abgasstrang zugewandten Seite der Einspritzvorrichtung eine größere Breite als auf der vom Abgasstrang abgewandten Seite aufweist. Auf diese Weise können die im Betrieb unterschiedlicher Wärmeeinstrahlung ausgesetzten Bereiche derIn one embodiment, the coolant space is formed with a width that is variable in the axial direction, the coolant space having a greater width on the side of the injection device facing the exhaust line during operation than on the side remote from the exhaust line. In this way, exposed to the operation of different heat radiation areas of the
Einspritzvorrichtung gleichmäßig und effizient gekühlt werden. Injector be cooled evenly and efficiently.
Der Kühlmittelraum kann dabei insbesondere einen minimalen Durchmesser von 1 mm und einen maximalen Durchmesser von mehr als 2 mm aufweisen. The coolant space may in particular have a minimum diameter of 1 mm and a maximum diameter of more than 2 mm.
Derartige Abmessungen haben sich als besonders vorteilhaft für eine effizienteSuch dimensions have proven to be particularly advantageous for efficient
Kühlung erwiesen. Cooling proved.
In einer Ausführungsform ist das wenigstens eine Strömungsführungselement mit dem Kühltopf verschweißt, um eine sichere Verbindung zwischen dem In one embodiment, the at least one flow guide element is welded to the cooling pot to provide a secure connection between the
Strömungsführungselement und dem Kühltopf zu schaffen. Alternativ kann das wenigstens eine Strömungsführungselement integral mit dem Kühltopf ausgebildet sein. In diesem Fall kann auf den Schritt des Verschweißens des wenigstens eines Strömungsführungselements mit dem Kühltopf verzichtet werden, wodurch die Herstellung des Kühltopfes vereinfacht werden kann. Flow guiding element and the cooling pot to create. Alternatively, the at least one flow guide element may be formed integrally with the cooling pot. In this case, can be dispensed with the step of welding the at least one flow guide element to the cooling pot, whereby the production of the cooling pot can be simplified.
In einer Ausführungsform ist zwischen dem der Einspritzvorrichtung zugewandten Ende des wenigstens einen Strömungsführungselements und dem äußeren Umfang der Einspritzvorrichtung eine Lücke von beispielsweise 0,1 bis - - In one embodiment, between the injector facing the end of the at least one flow guide element and the outer circumference of the injector, a gap of, for example, 0.1 to - -
0,2 mm ausgebildet. Eine solche Lücke ermöglicht eine einfache Montage der Einspritzvorrichtung in dem Kühltopf. 0.2 mm formed. Such a gap allows easy mounting of the injector in the cooling pot.
Kurze Beschreibung der Figuren Brief description of the figures
Fig. 1 zeigt ein System zum Einspritzen eines flüssigen Reduktionsmittels in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors. Fig. 1 shows a system for injecting a liquid reducing agent in an exhaust line of an internal combustion engine.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines Kühltopfes einer Kühlvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figure 2 shows a perspective sectional view of a cooling pot of a cooling device according to an embodiment of the invention.
Figur 3 zeigt schematisch eine Abwicklung der Innenseite der Wand des in der Figur 2 gezeigten Kühltopfes. FIG. 3 shows schematically a development of the inside of the wall of the cooling pot shown in FIG.
Figur 4 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Kühltopf gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figure 4 shows schematically a section through a cooling pot according to an embodiment of the invention.
Figur 5 zeigt eine perspektivische Außenansicht einer Kühlvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Figure 5 shows an external perspective view of a cooling device according to an embodiment of the invention
Figurenbeschreibung figure description
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein System zum Einspritzen eines flüssigen Reduktionsmittels in einen Abgasstrang 52 eines Verbrennungsmotors 51 . FIG. 1 shows a schematic representation of a system for injecting a liquid reducing agent into an exhaust line 52 of an internal combustion engine 51.
Eine Einspritzvorrichtung 50, die insbesondere auf dem Pumpe/Düse-Prinzip beruht, ist zwischen dem Verbrennungsmotor 51 und einem stromabwärts des Verbrennungsmotors 51 angeordneten SCR-Katalysator 53 am Abgasstrang 52 angebracht. Durch eine Vorförderpumpe 54 wird ein einzuspritzendes fluides Reduktionsmittel 58 aus einem Vorratstank 56 entnommen und der Einspritzvorrichtung 50 mit einem leicht erhöhten Druck von beispielsweise 2 bis 3 bar zugeführt. Die Einspritzvorrichtung 50 erhöht den Druck des Reduktionsmittels 58 weiter, beispielsweise auf 10 bar, und spritzt das Reduktionsmittel 58 mit dem erhöhten Druck in den Abgasstrang 52 ein. Im Abgasstrang 52 vermischt sich das eingespritzte Reduktionsmittel 58 mit den durch den Abgasstrang 52 strömenden Abgasen 55 und reagiert in einem stromabwärts der Einspritzvorrichtung 50 angeordneten SCR-Katalysator 53 mit den in den Abgasen 55 - - enthaltenen Stickoxiden (NOx), wobei diese zu N2 und H20 reduziert werden. Das Vermischen des Reduktionsmittels 58 mit den Abgasen 55 kann durch ein oder mehrere im Abgasstrang 52 angeordnete Mischelemente, die in der Fig. 1 nicht gezeigt sind, unterstützt werden. An injection device 50, which is based in particular on the pump / nozzle principle, is mounted between the internal combustion engine 51 and an SCR catalytic converter 53 arranged downstream of the internal combustion engine 51 on the exhaust line 52. By means of a prefeed pump 54, a fluid reducing agent 58 to be injected is removed from a storage tank 56 and fed to the injection device 50 at a slightly elevated pressure of, for example, 2 to 3 bar. The injection device 50 further increases the pressure of the reducing agent 58, for example to 10 bar, and injects the reducing agent 58 into the exhaust gas line 52 at the increased pressure. In the exhaust line 52, the injected reducing agent 58 mixes with the exhaust gases 55 flowing through the exhaust line 52 and reacts in a downstream of the injector 50 arranged SCR catalyst 53 with those in the exhaust gases 55th - - contained nitrogen oxides (NO x ), whereby these are reduced to N 2 and H 2 0. The mixing of the reducing agent 58 with the exhaust gases 55 may be assisted by one or more mixing elements arranged in the exhaust line 52, which are not shown in FIG. 1.
Um die Einspritzvorrichtung 50 ist eine Kühlvorrichtung 1 mit einem Kühltopf 2, einem Kühlmittelzulauf 4 und einem Kühlmittelablauf 6 ausgebildet, die es ermöglicht, die Einspritzvorrichtung 50 im Betrieb zu kühlen, um einen zuverlässigen Betrieb der Einspritzvorrichtung 50 zu gewährleisten. A cooling device 1 with a cooling pot 2, a coolant inlet 4 and a coolant outlet 6, which makes it possible to cool the injection device 50 during operation in order to ensure reliable operation of the injection device 50, is formed around the injection device 50.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines Kühltopfes 2 einer Kühlvorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figure 2 shows a perspective sectional view of a cooling pot 2 of a cooling device 1 according to an embodiment of the invention.
Der Kühltopf 2 umfasst eine Wand 10, die im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine in der Figur 2 nicht gezeigte Achse ausgebildet ist. Auf der Innenseite der Wand 10 sind mehrere Strömungsführungselemente 8 ausgebildet, die sich in Form von in das Innere des Kühltopfes 2 hineinragenden Stegen entlang der Axialrichtung der Wand 10 des Kühltopfes 2, d.h. parallel zur Achse, erstrecken. The cooling pot 2 comprises a wall 10, which is formed substantially rotationally symmetrical about an axis, not shown in FIG. On the inside of the wall 10, a plurality of flow guide elements 8 are formed, which extend in the form of protruding into the interior of the cooling pot 2 webs along the axial direction of the wall 10 of the cooling pot 2, i. parallel to the axis, extend.
In einer in der Figur 2 unten dargestellten Stirnseite des Kühltopfes 2, die im Betrieb dem Abgasstrang zugewandt ist, ist eine zentrale Öffnung 20 ausgebildet, die es einer in der Figur 2 nicht gezeigten Einspritzvorrichtung 12 ermöglicht, Reduktionsmittel in den Abgastrang 52 einzuspritzen. In an end face of the cooling pot 2 shown in FIG. 2, which faces the exhaust line during operation, a central opening 20 is formed which allows an injection device 12, not shown in FIG. 2, to inject reducing agent into the exhaust line 52.
An dem Kühltopf 2 sind Befestigungsöffnungen 22 ausgebildet, durch die in der Figur 2 nicht gezeigte Befestigungselemente geführt werden können, um den Kühltopf 2 mechanisch am Abgasstrang 52 zu befestigen. On the cooling pot 2 mounting holes 22 are formed, can be performed by the not shown in the figure 2 fasteners to mechanically attach the cooling pot 2 to the exhaust line 52.
In der Wand 10 des Kühltopfes 2 sind eine mit einem Kühlmittelzulauf 4 verbundene Kühlmitteleintrittsöffnung 54 sowie eine mit einem Kühlmittelablauf 6 verbundene Kühlmittelaustrittsöffnung 55 ausgebildet, die es ermöglichen, ein fluides Kühlmittel in das Innere des Kühltopfes 2 einzuführen und aus diesem abzuführen, so dass in dem Kühltopf 2 eine zirkulierende Kühlmittelströmung erzeugt werden kann. In the wall 10 of the cooling pot 2 a connected to a coolant inlet 4 coolant inlet opening 54 and connected to a coolant outlet 6 coolant outlet opening 55 are formed, which make it possible to introduce a fluid coolant into the interior of the cooling pot 2 and remove it, so that in the Cooling pot 2, a circulating coolant flow can be generated.
Die Strömungsführungselemente 8 sind insbesondere so ausgebildet, dass ein über den Kühlmittelzulauf 4 zugeführtes Kühlmittel in einer meanderförmigen Strömung entlang des Umfangs auf der Innenseite der Wand 10 des Kühltopfes - - The flow guide elements 8 are in particular designed so that a coolant supplied via the coolant inlet 4 in a meandering flow along the circumference on the inside of the wall 10 of the cooling pot - -
2 um dessen Umfang geführt und durch den Kühlmittelablauf 6 wieder abgeführt werden kann. 2 guided around its circumference and can be discharged through the coolant outlet 6 again.
Figur 3 zeigt schematisch eine Abwicklung der Innenseite der Wand 10 des Kühltopfes 2 und verdeutlicht dabei das Zusammenwirken der Strömungs- führungselemente 8, um die meanderförmige Kühlmittelströmung zu erzeugen. Figure 3 shows schematically a development of the inside of the wall 10 of the cooling pot 2 and illustrates the interaction of the flow guide elements 8 to produce the meandering coolant flow.
Insbesondere ist in jedem der Strömungsführungselemente 8 jeweils eine Öffnung 9 ausgebildet. Dabei sind die Öffnungen 9 abwechselnd in einem im Betrieb vom Abgasstrang 52 abgewandten („oberen") Bereich und in einem im Betrieb dem Abgasstrang 52 zugewandten („unteren") Bereich des Kühltopfes 2 vorgesehen. In particular, an opening 9 is formed in each of the flow guide elements 8. In this case, the openings 9 are alternately provided in a region ("upper") facing away from the exhaust line 52 during operation and in a region ("lower") of the cooling pot 2 facing the exhaust line 52 during operation.
Eine Kühlmittelströmung 53, die durch die Kühlmitteleintrittsöffnung 54 eintritt, wird durch diese Struktur der Strömungsführungselemente 8 dazu gebracht, in der Axialrichtung des Kühltopfes 2 abwechselnd aufwärts und abwärts zu strömen, während sie sich um den Umfang des Kühltopfes 2 bewegt und dabei eine innerhalb des Kühltopfes 2 angeordnete Einspritzvorrichtung 12 umspült. A coolant flow 53 entering through the coolant inlet port 54 is caused by this structure of the flow guide elements 8 to alternately flow up and down in the axial direction of the cooling pot 2 while moving around the circumference of the cooling pot 2 while one within the cooling pot 2 arranged injection device 12 flows around.
Auf diese Weise kühlt die Kühlmittelströmung 53 eine innerhalb des Kühltopfes 2 angeordnete Einspritzvorrichtung 12 gleichmäßig entlang ihres gesamten Umfangs und über ihre gesamte Höhe/Länge. In this way, the coolant flow 53 cools an injector 12 disposed inside the cooling pot 2 evenly along its entire circumference and over its entire height / length.
Figur 4 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Kühltopf 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit einer schematisch dargestellten Einspritzvorrichtung 12, die in dem Kühltopf 2 angeordnet ist. FIG. 4 schematically shows a section through a cooling pot 2 according to an exemplary embodiment of the invention, with a schematically illustrated injection device 12, which is arranged in the cooling pot 2.
Ein zwischen der Einspritzvorrichtung 12 und dem Kühltopf 2 ausgebildeter Kühlraum 14, der sich um den Umfang der Einspritzvorrichtung 12 erstreckt, wird auf seiner Innenseite durch die äußere Wand 19 der Einspritzvorrichtung 12 und auf seiner Außenseite durch die Wand 10 des Kühltopfes 2 begrenzt. A cooling space 14 formed between the injection device 12 and the cooling pot 2, which extends around the circumference of the injection device 12, is bounded on its inside by the outer wall 19 of the injection device 12 and on its outside by the wall 10 of the cooling pot 2.
Der im Betrieb dem Abgasstrang 52 zugewandte, in der Figur 4 unten dargestellte Bereich des Kühltopfes 2 ist im Betrieb einer höheren Wärmeeinstrahlung von dem heißen Abgasstrang 52 ausgesetzt, als der von dem Abgasstrang 42 abgewandte, in der Figur 4 oben dargestellten Bereich des Kühltopfes 2. - - The region of the cooling pot 2 shown below in FIG. 4 during operation of the exhaust line 52 is exposed during operation to higher heat radiation from the hot exhaust line 52 than the region of the cooling pot 2 facing away from the exhaust line 42, shown at the top in FIG. - -
Der Kühlmittelraum 14 ist daher in seinem in der Figur 4 unten dargestellten, dem Abgasstrang 52 zugewandten Bereich 16 mit einer größeren Breite t2 ausgebildet, als der von dem im Betrieb heißen Abgasstrang 52 abgewandte Bereich 18, der in der Figur 4 oben dargestellt ist und eine geringere Breite t1 hat. The coolant chamber 14 is therefore formed in its region 16, shown at the bottom in FIG. 4 and facing the exhaust line 52, with a greater width t 2 than the region 18 facing away from the hot exhaust line 52 in operation, which is shown at the top in FIG has smaller width t1.
Auf diese Weise wird der in den einzelnen Bereichen unterschiedlichen, von dem im Betrieb heißen Abgasstrang 52 ausgehenden Wärmeeinstrahlung Rechnung getragen, so dass trotz der in den verschiedenen Bereichen unterschiedlichen Wärmeeinstrahlung eine im Wesentlichen einheitliche Temperatur der Einspritzvorrichtung 12 entlang ihrer Axialrichtung erreicht wird. In this way, the different in the individual areas, from the hot in operation exhaust line 52 emanating heat radiation is taken into account, so that despite the different heat radiation in the different areas a substantially uniform temperature of the injector 12 is achieved along its axial direction.
Die auf der Innenseite der Wand 10 des Kühltopfes 2 ausgebildeten Strömungs- führungselemente 8 erstrecken sich von der Wand 10 des Kühltopfes 2 in radialer Richtung bis fast an die äußere Wand 19 der Einspritzvorrichtung 12. Um eine einfache Montage der Einspritzvorrichtung 12 in dem Kühltopf 2 zu ermöglichen, können die Strömungsführungsvorrichtungen 8 einen minimalen Abstand von etwa 0,1 bis 0,2 mm von der äußeren Wand 19 der Einspritzvorrichtung 12 haben. Der Abstand von der äußeren Wand 19 der Einspritz- Vorrichtung 12 wird dabei insbesondere so klein gewählt, dass keine wesentlicheThe formed on the inside of the wall 10 of the cooling pot 2 flow guide elements 8 extend from the wall 10 of the cooling pot 2 in the radial direction almost to the outer wall 19 of the injector 12. To a simple mounting of the injector 12 in the cooling pot 2 allow the flow guiding devices 8 to have a minimum distance of about 0.1 to 0.2 mm from the outer wall 19 of the injector 12. The distance from the outer wall 19 of the injection device 12 is chosen in particular so small that no significant
Menge des Kühlmittels von der durch die Struktur der Strömungsführungs- elemente 8 vorgegebenen meanderförmigen Strömungsbahn (vgl. Figur 3) abweicht. Auf diese Weise wird ein "Kurzschluss" der Kühlmittelströmung verhindert. Quantity of the coolant from the predetermined by the structure of the Strömungsführungs- elements 8 meandering flow path (see Figure 3) deviates. In this way a "short circuit" of the coolant flow is prevented.
Figur 5 zeigt eine perspektivische Außenansicht einer Kühlvorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Kühltopf 2 und einer auf die im Betrieb vom Abgasstrang 42 abgewandten Seite des Kühltopfes 2 aufgebrachten Schutzhülse 24. Die Schutzhülse 24, die beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigt ist, isoliert den Kühlmittelzulauf 4, den Kühlmittelablauf 6 und die elektrischen Leitungen 22, welche die Einspritzvorrichtung 12 mit elektrischem Strom versorgen, thermisch von der von dem im Betrieb heißen Abgasstrang 52 aufgeheizten Umgebungsluft. FIG. 5 shows a perspective exterior view of a cooling device 1 according to an exemplary embodiment of the invention with a cooling pot 2 and a protective sleeve 24 applied to the side of the cooling pot 2 facing away from the exhaust line 42 during operation. The protective sleeve 24, which is made of a plastic material for example, insulates it Coolant inlet 4, the coolant outlet 6 and the electrical lines 22, which supply the injector 12 with electric current, thermally heated by the hot in the operation of the exhaust line 52 ambient air.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Kühlvorrichtung (1 ) für eine Einspritzvorrichtung (12), insbesondere für eine Einspritzvorrichtung (12), die vorgesehen ist, ein flüssiges Reduktionsmittel in den Abgasstrang (52) eines Verbrennungsmotors (51 ) einzuspritzen, wobei die Kühlvorrichtung (1 ) einen Kühltopf (2) umfasst, der derart zur Aufnahme einer zu kühlenden Einspritzvorrichtung (12) ausgebildet ist, dass um den Umfang der Einspritzvorrichtung (12) ein Kühlraum (14) zur Aufnahme eines Kühlmittels ausgebildet ist, 1 . Cooling device (1) for an injection device (12), in particular for an injection device (12), which is provided to inject a liquid reducing agent into the exhaust line (52) of an internal combustion engine (51), wherein the cooling device (1) comprises a cooling pot (2) comprises, which is designed for receiving an injection device to be cooled (12) such that around the circumference of the injection device (12) is formed a cooling space (14) for receiving a coolant,
wobei in dem Kühltopf (2) wenigstens ein Strömungsführungselement (8) vorhanden ist, das ausgebildet ist, eine Kühlmittelströmung (52) um die Einspritzvorrichtung (12) zu führen.  wherein there is provided in the cooling pot (2) at least one flow guide element (8), which is designed to guide a coolant flow (52) around the injection device (12).
2. Kühlvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Kühlvorrichtung (1 ) mehrere Strömungsführungselemente (8) umfasst, die entlang des inneren Umfangs des Kühltopfes (2) voneinander beabstandet ausgebildet sind. 2. Cooling device (1) according to claim 1, wherein the cooling device (1) comprises a plurality of flow guide elements (8) which are formed along the inner circumference of the cooling pot (2) spaced from each other.
3. Kühlvorrichtung (1 ) nach Anspruch 2, wobei die Strömungsführungselemente (8) als Stege ausgebildet sind, die sich in einer Axialrichtung entlang einer Wand (10) des Kühltopfes (2) erstrecken. 3. Cooling device (1) according to claim 2, wherein the flow guide elements (8) are formed as webs which extend in an axial direction along a wall (10) of the cooling pot (2).
4. Kühlvorrichtung (1 ) nach Anspruch 3, wobei die Strömungsführungselemente (8) Öffnungen (9) aufweisen, die eine Kühlmittelströmung entlang des inneren Umfangs des Kühltopfes (2) ermöglichen, wobei die Öffnungen (9) einander benachbarter Strömungsführungselemente (8) insbesondere in der Axialrichtung gegeneinander versetzt sind. 4. Cooling device (1) according to claim 3, wherein the flow guide elements (8) openings (9) which allow a flow of coolant along the inner circumference of the cooling pot (2), wherein the openings (9) of adjacent flow guide elements (8) in particular in the axial direction are offset from each other.
5. Kühlvorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die mit einem Kühlmittelzulauf (4) und einem Kühlmittelablauf (6) ausgebildet ist, wobei der Kühlmittelzulauf (4) und der Kühlmittelablauf (6) durch ein Strömungsführungselement (8), das insbesondere durchgängig ohne eine Öffnung (9) ausgebildet ist, voneinander getrennt sind. 5. Cooling device (1) according to one of the preceding claims, which is formed with a coolant inlet (4) and a coolant outlet (6), wherein the coolant inlet (4) and the coolant outlet (6) by a flow guide element (8), in particular continuously formed without an opening (9) are separated from each other.
6. Kühlvorrichtung (1 ) nach Anspruch 5, wobei der Kühlmittelraum (14) so ausgebildet ist, dass das Kühlmittel vom Kühlmittelzulauf (4) zum Kühlmittelablauf (6) nahezu vollständig um den Umfang der Einspritzvorrichtung (12) geführt wird. 6. Cooling device (1) according to claim 5, wherein the coolant space (14) is formed so that the coolant from the coolant inlet (4) to the coolant outlet (6) is guided almost completely around the circumference of the injection device (12).
7. Kühlvorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kühlmittelraum (14) mit einem in der Axialrichtung variablen Durchmesser ausgebildet ist, wobei der Kühlmittelraum (14) insbesondere auf der im Betrieb dem Abgasstrang (52) zugewandten Seite der Einspritzvorrichtung (12) einen größeren Durchmesser als auf der vom Abgasstrang (52) abgewandten Seite aufweist. 7. Cooling device (1) according to one of the preceding claims, wherein the coolant space (14) is formed with a variable diameter in the axial direction, wherein the coolant space (14) in particular on the exhaust line during operation (52) facing side of the injection device (12 ) has a larger diameter than on the side facing away from the exhaust line (52) side.
8. Kühlvorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kühlmittelraum (14) einen minimalen Durchmesser von 1 mm und/oder einen maximalen Durchmesser von mehr als 2 mm aufweist. 8. Cooling device (1) according to one of the preceding claims, wherein the coolant space (14) has a minimum diameter of 1 mm and / or a maximum diameter of more than 2 mm.
9. Kühlvorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Strömungsführungselement (8) mit dem Kühltopf (2) verschweißt oder integral mit dem Kühltopf (2) ausgebildet ist. 9. Cooling device (1) according to one of the preceding claims, wherein the at least one flow guide element (8) with the cooling pot (2) welded or integrally formed with the cooling pot (2).
10. Kühlvorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen einem der Einspritzvorrichtung (12) zugewandten Ende des wenigstens einen Strömungsführungselements (8) und dem äußeren Umfang (19) der Einspritzvorrichtung (12) eine Lücke, insbesondere eine Lücke mit einer Breite von 0,1 bis 0,2 mm, ausgebildet ist. 10. Cooling device (1) according to one of the preceding claims, wherein between one of the injection device (12) facing the end of the at least one flow guide element (8) and the outer periphery (19) of the injection device (12) has a gap, in particular a gap with a width from 0.1 to 0.2 mm, is formed.
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