DE102011120457B4

DE102011120457B4 - Einspritzvorrichtung zur Zugabe eines flüssigen Additivs

Info

Publication number: DE102011120457B4
Application number: DE102011120457.5A
Authority: DE
Inventors: Sven Schepers; Jan Hodgson; Rolf Brück
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2025-10-09
Anticipated expiration: 2031-12-08
Also published as: US9222386B2; WO2013083463A1; CN103998734A; RU2014127324A; JP2015500421A; DE102011120457A1; RU2585674C2; KR20140084196A; EP2788597A1; US20140283505A1

Abstract

Einspritzvorrichtung (1) zur Zugabe eines flüssigen Additivs (2) in eine Abgasbehandlungsvorrichtung (3), wobei die Einspritzvorrichtung (1) einen an die Abgasbehandlungsvorrichtung (3) kontaktierbaren Auslassbereich (4), einen von dem Auslassbereich (4) beabstandeten Anschlussbereich (5) mit einem Fluidleitungsanschluss (6) und einen von dem Anschlussbereich (5) zu dem Auslassbereich (4) verlaufenden Kanal (28) für das Additiv (2) aufweist und die Einspritzvorrichtung (1) ein Ventil (7) zur Kontrolle der Zugabe des Additivs sowie zumindest ein Wärmeflusseinstellmittel (25) aufweist, welches eine Einfrierrichtung (10) in dem Kanal (28) von dem Auslassbereich (4) hin zu dem Anschlussbereich (5) vorgibt, wobei der Anschlussbereich (5) von einem als Abdeckhaube (12) ausgebildeten Wärmeflusseinstellmittel (25) umgeben ist, wobei ein Luftpolster (13) zwischen der Abdeckhaube (12) und dem Ventil (7) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung zur Zugabe eines flüssigen Additivs in eine Abgasbehandlungsvorrichtung.
Aus dem Stand der Technik sind Abgasbehandlungsvorrichtungen bekannt, welchen ein Additiv zugeführt wird. In derartigen Abgasbehandlungsvorrichtungen finden spezielle Abgasreinigungsverfahren statt, bei denen das Abgas einer angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine unter Zuhilfenahme des Additivs gereinigt wird. Beispielsweise können bestimmte Schadstoffbestandteile im Abgas mit dem Additiv zu unschädlichen Substanzen umgesetzt werden und/oder es kann durch die Additivzugabe eine Beeinflussung der Umgebungsbedingungen in der Abgasbehandlungsvorrichtung erfolgen, die für eine Umsetzung vorteilhaft ist. Als (flüssiges) Additiv können z. B. Wasser, Kraftstoff, Oxidationsmittel und/oder Reduktionsmittel eingesetzt werden.
Ein zunehmend stärker in Abgasbehandlungsvorrichtungen durchgeführtes Abgasreinigungsverfahren ist das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Verfahren, SCR = selective catalytic reduction), bei dem dem Abgas ein Reduktionsmittel zugeführt wird, mit dem Stickoxidverbindungen im Abgas zu unschädlichen Substanzen umgesetzt werden, nämlich zu Stickstoff, Wasser und CO₂. Als Reduktionsmittel wird bevorzugt Ammoniak verwendet. Ammoniak wird in Kraftfahrzeugen normalerweise nicht selbst bevorratet, sondern in Form einer Reduktionsmittelvorläuferlösung, die zu dem eigentlichen Reduktionsmittel im Bedarfsfall umgesetzt werden kann. Als Reduktionsmittelvorläuferlösung kann beispielsweise wässrige HarnstoffLösung verwendet werden. Eine geeignete 32,5%-ige wässrige Harnstoff-Lösung ist unter dem Handelsnamen AdBlue^® erhältlich. Das Reduktionsmittel kann entweder abgas extern in einem dafür vorgesehenen Konverter und/oder abgasintern in der Abgasbehandlungsvorrichtung zum Reduktionsmittel (Ammoniak) umgesetzt werden. Die Umsetzung kann rein thermisch durch Aufheizung der Reduktionsmittelvorläuferlösung geschehen. Zudem ist eine katalytische Unterstützung der Umsetzungsreaktion durch einen Katalysator möglich, insbesondere einen so genannten Hydrolyse-Katalysator. Die Begriffe Reduktionsmittel und Reduktionsmittelvorläuferlösung werden im Folgenden synonym füreinander verwendet.
Zur Zugabe von flüssigem Additiv in eine Abgasbehandlungsvorrichtung kommt insbesondere eine kontrolliert betreibbare und/oder selbstständig (druckabhängig) arbeitende Einspritzvorrichtung (umfassend eine Düse, einen Injektor, ein Ventil oder dergleichen) in Betracht. Aufgrund der typischerweise hohen Temperaturen der Abgase in einer Abgasbehandlungsvorrichtung sollte die Einspritzvorrichtung entsprechend hochtemperaturbeständig gestaltet sein. Häufig ist in der Einspritzvorrichtung ein Ventil angeordnet, welches zur Zufuhr des flüssigen Additivs kontrolliert geöffnet und geschlossen werden kann. Ein solches Ventil ist regelmäßig besonders temperaturempfindlich und sollte daher vor den hohen Temperaturen der Abgasbehandlungsvorrichtung geschützt werden. Insbesondere sollte gewährleistet sein, dass die Dosiergenauigkeit auch bei diesen Temperaturschwankungen nicht negativ beeinträchtigt wird.
Ein weiteres Problem ist, dass wässrige Additive (insbesondere Reduktionsmittel) bei tiefen Umgebungstemperaturen einfrieren können. Die beschriebene 32,5%-ige Harnstoff-Wasser-Lösung „Ad-Blue^® friert beispielsweise bereits bei -11°C ein. Derart niedrige Temperaturen können im Kraftfahrzeug zum Beispiel während langer Stillstandzeiten auftreten. Beim Einfrieren dehnt sich das Additiv aus. Dabei kann die Einspritzvorrichtung beschädigt werden, wenn sich darin im Einfrierfall noch Additiv befindet.
Um eine Einspritzvorrichtung vor der Ausdehnung des Reduktionsmittels im Einfrierfall zu schützen, sind aus dem Stand der Technik verschiedene Lösungen bekannt. Die europäische Patentschrift EP 1 747 394 B1 zeigt beispielsweise ein Einspritzventil, welches so ausgebildet ist, dass es öffnet, wenn in dem Ventil befindliches Reduktionsmittel einfriert. Eine auftretende Volumenausdehnung kann dann in die Abgasbehandlungsvorrichtung ausweichen. Damit ist jedoch eine unkontrollierte Zugabe in das Abgassystem verbunden, wodurch neben ungünstigen Reaktionsbedingungen auch noch ein erhöhter Verbrauch festzustellen ist.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 032 487 A1 ist zudem bekannt, an einer Einspritzvorrichtung ein zusätzliches seitliches Ventil vorzusehen, welches mit einer Rücklaufleitung hin zum Reduktionsmitteltank verbunden ist. Eine auftretende Volumenausdehnung kann im Einfrierfall dann durch dieses Ventil zurück in den Tank abgebaut werden. Diese Version ist jedoch technisch relativ aufwändig und ggf. störanfällig, weil die Rücklaufleitung tatsächlich im Inneren der Einspritzvorrichtung abzweigen muss, um dort eine Entleerung zu erreichen.
Die DE 10 2008 022 991 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Förderung eines Reduktionsmittels, insbesondere flüssige Harnstoff-Wasser-Lösung, aufweisend zumindest zwei Elemente der Gruppe Speichermittel (z.B. Tank), Fördermittel (z.B. Pumpe), Umlenkmittel (z.B. Ventil), Erfassungsmittel (z.B. Sensor), Trennmittel (z.B. Filter), Auslassmittel (z.B. Düse, Injektor), die mit einem Leitungsmittel miteinander verbunden sind, wobei wenigstens ein Element drucksensibel ist und das angrenzende Leitungsmittel nahe dieses drucksensiblen Elementes zumindest eine Wärmesenke bildet. Damit ist eine Vorrichtung mit einem gezielten Einfrierverhalten angegeben, so dass druckempfindliche Elemente geschützt sind.
Die DE 10 2009 029 409 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetisch steuerbaren Dosierventils, das in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors angeordnet ist. Zu einer Dosierung von Reduktionsmittel im Abgassystem wird das Dosierventil von einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung über eine elektromechanische Antriebseinheit mit einem ersten Stromprofil angesteuert, das eine Haltestromphase mit einem ersten Haltestromniveau bei geöffnetem Dosierventil aufweist. Das Dosierventil und die Antriebseinheit sind Teil eines Dosiermoduls. Das Dosierventil wird beim Abstellen des Verbrennungsmotors über die Antriebseinheit mit einem zweiten Stromprofil angesteuert, das ein gegenüber dem ersten Haltestromniveau erhöhtes zweites Haltestromniveau aufweist. Ein unabhängiger Anspruch richtet sich auf ein zur Durchführung des Verfahrens eingerichtetes Steuergerät.
Die DE 10 2007 026 892 A1 offenbart eine Vorrichtung zum dosierten Einspritzen eines flüssigen Abgasnachbehandlungsmittels, vorzugsweise einer wässrigen Harnstofflösung, in eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, mit mindestens einem einen Arbeitsraum aufweisenden Vorrichtungskörper und mindestens einem Volumenkompensationselement, das ein Arbeitsraumvolumen des Arbeitsraumes entsprechend einer Volumenänderung des flüssigen Abgasnachbehandlungsmittels bei dessen Phasenübergang anpasst. Es ist vorgesehen, dass das Material des Volumenkompensationselements einen derartigen temperaturabhängigen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, dass auf die Volumenveränderung mit einer durch das Volumenkompensationselement bewirkten Volumenänderung reagiert wird.
Ausgehend von dem obigen Stand der Technik ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, eine Einspritzvorrichtung zur Einspritzung eines flüssigen Additivs in eine Abgasbehandlungsvorrichtung anzugeben, welche zumindest teilweise die oben angesprochenen technischen Probleme löst. Insbesondere soll die neue Einspritzvorrichtung durch Einfrieren des Additivs nicht beschädigt werden. Weiter soll die Einspritzvorrichtung technisch und steuerungsbedingt besonders einfach aufgebaut und kostengünstig sein. Zudem sollen vorteilhafte Verfahren zum Einfrieren einer Einspritzvorrichtung für ein Additiv sowie Verfahren zur Herstellung einer derartigen Einspritzvorrichtung angegeben werden.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Einspritzvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs I sowie mit einem Verfahren zum Einfrieren einer Einspritzvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und einem Verfahren zur Herstellung einer Einspritzvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 11. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung zur Zugabe eines flüssigen Additivs in eine Abgasbehandlungsvorrichtung, wobei die Einspritzvorrichtung einen an die Abgasbehandlungsvorrichtung kontaktierbaren Auslassbereich, einen von dem Auslassbereich beabstandeten Anschlussbereich mit einem Fluidleitungsanschluss und einen van dem Anschlussbereich zu dem Auslassbereich verlaufenden Kanal für das Additiv aufweist und die Einspritzvorrichtung ein Ventil zur Kontrolle der Zugabe des Additivs sowie zumindest ein Wärmeflusseinstellmittel aufweist, welches eine Einfrierrichtung in dem Kanal von dem Auslassbereich bin zu dem Anschlussbereich vorgibt, wobei der Anschlussbereich von einem als Abdeckhaube ausgebildeten Wärmeflusseinstellmittel umgeben ist, wobei ein Luftpolster zwischen der Abdeckhaube und dem Ventil ausgebildet ist.
Das Luftpolster (bzw. Luft umfassender Raum) existiert damit auch zwischen dem durch die Einspritzvorrichtung verlaufenden Kanal und der Abdeckhaube. Ein Wärmeflusseinstellmittel, welches aus einer Abdeckhaube und einem Luftpolster besteht, wirkt wie eine Wärmeisolierung, die um den Anschlussbereich der Einspritzvorrichtung herum angeordnet ist. Selbstverständlich können auch mehrere (separate) Luftpolster eingesetzt werden.
Die beiden vorgenannten Wärmeflusseinstellmittel können der oben erwähnten zweiten Gruppe zugeordnet werden. Bevorzugte Beispiele Wärmeflusseinstellmittel der ersten Gruppe werden insbesondere nachfolgend erläutert. Diese Wärmeflusseinstellmittel können selbstverständlich in beliebiger Kombination miteinander eingesetzt werden.
Eine Einspritzvorrichtung bezeichnet insbesondere ein Bauteil, welches beispielsweise an eine dafür vorgesehene Öffnung in der Wandung einer Abgasbehandlungsvorrichtung bzw. Abgasleitung kontaktiert werden kann. Die Einspritzvorrichtung kann somit dauerhaft oder wieder lösbar, bevorzugt jedoch gasdicht, an die Abgasnachbehandlungsvorrichtung angebaut, angesetzt und/oder angeflanscht werden. Die Einspritzvorrichtung besteht beispielsweise aus einem Injektor und einem Injektorhalter, sowie ggf. weiteren Elementen. Beispielsweise kann eine Kappe vorgesehen sein, welche den Injektorhalter verschließt und den Injektor dabei abdeckt. Der Injektor ist beispielsweise ein Einspritzventil, ähnlich denen zur Zugabe von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine.
Mit dem „Auslassbereich“ und dem „Anschlussbereich“ sind (selbsterklärend) jeweils Bereiche der Einspritzvorrichtung gemeint. Wenn die Einspritzvorrichtung als dreidimensionales Bauteil angesehen wird, ist der Auslassbereich insbesondere der Bereich, welcher im Einbauzustand an eine Abgasbehandlungsvorrichtung in der Nähe der Abgasbehandlungsvorrichtung angeordnet ist, und der Anschlussbereich bevorzugt der Bereich, wo eine Leitung für das Additiv an die Einspritzvorrichtung angeschlossen werden kann. Typischerweise kann gedanklich eine Trennebene zwischen dem Auslassbereich und dem Anschlussbereich durch die Einspritzvorrichtung angenommen werden. Normalerweise sind der Auslassbereich und der Anschlussbereich gegenüberliegend zueinander angeordnet. Damit, dass der Anschlussbereich von dem Auslassbereich beabstandet ist, ist insbesondere gemeint, dass zwischen dem Anschlussbereich und dem Auslassbereich ein Abstand vorliegt. Normalerweise ist die Einspritzvorrichtung länglich und der Auslassbereich befindet sich an der einen Seite bzw. an dem einen Ende und der Anschlussbereich an der gegenüberliegenden Seite bzw. dem gegenüberliegenden Ende der Einspritzvorrichtung.
Der Kanal ist bevorzugt im Inneren der Einspritzvorrichtung ausgebildet und verbindet den Anschlussbereich mit dem Auslassbereich. Durch den Kanal fließt das Additiv von dem Fluidleitungsanschluss in die Abgasbehandlungsvorrichtung. Der Kanal passiert teilweise den Anschlussbereich und teilweise den Auslassbereich. Der Kanal kann mit Additiv gefüllt werden. Dazu hat der Kanal ein Innenvolumen. Der Kanal muss nicht gradlinig verlaufen, sondern er kann Umlenkungen, Knicke oder dergleichen aufweisen. Der Kanal muss auch nicht über seine gesamte Länge vom Anschlussbereich zum Auslassbereich einen einheitlichen Kanalquerschnitt haben. Insbesondere im Bereich des Ventils sind Querschnittsunterschiede entlang des Kanals möglich.
Das Ventil ist bevorzugt dazu eingerichtet, den Kanal zu vorgegebenen Zeitpunkten (kontrolliert und/oder vollständig) zu verschließen. Wenn der Kanal mit dem Ventil verschlossen ist, wird kein Additiv durch den Kanal der Abgasbehandlungsvorrichtung mehr hindurch geführt. Mit dem Ventil kann die Menge an zugeführtem Additiv gesteuert werden. Das Ventil kann beispielsweise einen beweglichen Ventilanker aufweisen, welcher im geschlossenen Zustand den Kanal verschließt und in geöffnetem Zustand den Kanal freigibt. Der Ventilanker kann beispielsweise elektromagnetisch bewegt werden. Das Ventil weist beispielsweise eine elektromagnetische Spule auf, welche auf den beweglichen Ventilanker eine Kraft ausüben kann, wenn ein elektrischer Strom die Spule durchfließt.
Die Einfriervorrichtung verläuft vorzugsweise vollständig entlang des Kanals. Wenn der Kanal mindestens einen Knick oder eine Abbiegung aufweist, folgt die Einfrierrichtung vorzugsweise diesen Umlenkungen. Es ist allerdings auch möglich, dass die Einfrierrichtung nicht komplett bzw. exakt jeder Abbiegung bzw. jedem Knick des Kanals folgt, sondern durch eine (gedachte) geradlinige Verbindungslinie von Auslassbereich und Anschlussbereich definiert ist. Jedenfalls wird hierunter insbesondere verstanden, dass sich die Einfrierrichtung im Wesentlichen aus dem Verlauf des Kanals vom Auslassbereich hin zum Anschlussbereich bzw. aus der Richtung des Kanals ergibt.
Wärmeflusseinstellmittel an der Einspritzvorrichtung können in zwei verschiedene Gruppen unterteilt werden. Die erste Gruppe der Wärmeflusseinstellmittel sind Wärmeleitstrukturen, welche einen inneren Wärmestrom durch die Wärmeleitstruktur begünstigen. Ein Wärmestrom richtet sich daher bevorzugt entlang einer Wärmleitstruktur aus. Die zweite Gruppe sind Wärmeisolierungen, welche einen inneren Wärmestrom durch die Wärmeisolierung hindurch behindern. Ein Wärmestrom wird daher durch Wärmeisolierung umgelenkt.
Durch eine geeignete Wahl der Wärmeflusseinstellmittel an der Einspritzvorrichtung im Hinblick auf die Platzierung und Wirkung auf einen Wärmestrom kann ein bevorzugter, gerichteter Wärmestrom in der Einspritzvorrichtung im Einfrierfall vorgegeben werden. Eine Einfrierrichtung der Einspritzvorrichtung ist regelmäßig entgegengesetzt zu der bevorzugten Flussrichtung des Wärmestroms ausgerichtet. Diese Ausrichtung der Einfrierrichtung und der Flussrichtung des Wärmestroms zueinander ergibt sich automatisch, weil durch den Wärmestrom die Wärme zunächst da entzogen wird, wo die Wärme am schnellsten abfließen kann und sich daher dort zuerst gefrorenes Additiv bildet. Ein Pfropfen aus eingefrorenem Reduktionsmittel bildet sich daher bei der hier vorgeschlagenen Einspritzvorrichtung zunächst am Auslassbereich. Dieser wächst dann bzw. vergrößert sich dann in der Einspritzvorrichtung in Richtung hin zu dem Anschlussbereich.
Das mindestens eine Wärmeflusseinstellmittel ist daher so gewählt und platziert, dass bei einer dauerhaften Umgebungstemperatur unterhalb der Gefriergrenze des Additivs zunächst das im Kanal befindliche Additiv am Auslassbereich einfriert und sich dann diese Eisbildung hin zum Anschlussbereich ausbreitet. So wird die damit einhergehende Volumenzunahme des frierenden Additivs im Kanal dadurch ausgeglichen, dass noch flüssige Anteile des Additivs in Richtung bzw. über den Anschlussbereich hinaus gedrückt werden. So kann ein ggf. schädlicher Eisdruck vermieden werden, wobei gleichzeitig eine technisch einfache Rückführung von Additiv in das Reduktionsmittelsystem erreicht wird.
Die Einspritzvorrichtung ist besonders vorteilhaft, wenn der Anschlussbereich von einem als Wärmeisolierung ausgebildeten Wärmeflusseinstellmittel umgeben ist, das als an der Einspritzvorrichtung angespritzte Kunststoffummantelung ausgeführt ist.
Wenn an dem Anschlussbereich eine Wärmeisolierung vorgesehen ist, ist im Einfrierfall bzw. im Fall der Abkühlung der Einspritzvorrichtung ein Wärmestrom von der Einspritzvorrichtung durch den Anschlussbereich in eine die Einspritzvorrichtung umgebende Umgebung reduziert. Ein Wärmestrom aus der Einspritzvorrichtung hinaus durch den Auslassbereich ist dann stärker bzw. größer als der beschriebene Wärmestrom über den Anschlussbereich hinaus. Vorzugsweise ist die Wärmeisolierung so ausgebildet, dass die in der Einspritzvorrichtung gespeicherte Wärmeenergiemenge nahezu vollständig durch den Auslassbereich in eine angeschlossene Abgasbehandlungsvorrichtung abgeleitet und/oder kein signifikanter Wärmestrom durch den Anschlussbereich in die Umgebung der Einspritzvorrichtung abgeführt wird. Vorzugsweise ist die Einspritzvorrichtung vollständig von Kunststoff ummantelt. Die angespritzte Kunststoffummantelung kann mit zusätzlichem Material ausgeführt sein, welches bereichsweise auf die durchgängige Kunststoffummantelung der Einspritzvorrichtung aufgebracht ist. Die durchgängige Kunststoffummantelung der Einspritzvorrichtung kann auch bereichsweise, also insbesondere in Umgebung des Anschlussbereichs, mit einer größeren Wandstärke ausgeführt sein als im Bereich des Auslassbereichs. Auch so kann der Wärmefluss aus der Einspritzvorrichtung hinaus im Anschlussbereich (weiter bzw. stärker) begrenzt werden, während gleichzeitig der Wärmefluss aus der Einspritzvorrichtung hinaus durch den Auslassbereich begünstigt wird und sich so eine Einfrierrichtung vom Auslassbereich hin zu dem Anschlussbereich ergibt.
So wird als vorteilhaft angesehen, dass der Auslassbereich zumindest ein als Wärmeleitstruktur ausgebildetes Wärmeflusseinstellmittel zum Abfluss von Wärme aus der Einspritzvorrichtung hin in eine kontaktierbare Abgasbehandlungsvorrichtung aufweist.
Eine solche Wärmeleitstruktur begünstigt den Wärmefluss durch den Auslassbereich aus der Einspritzvorrichtung hinaus. Eine Wärmeleitstruktur kann beispielsweise als metallische Einlage in der Einspritzvorrichtung ausgeführt sein, insbesondere wenn die Einspritzvorrichtung (außen) überwiegend aus Kunststoff ausgeführt ist. Eine metallische Einlage als Wärmeleitstruktur kann in den Kunststoff eingespritzt und/oder eingegossen sein. Eine metallische Einlage in einer aus Kunststoff ausgeführten Einspritzvorrichtung führt dazu, dass Wärme durch die metallische Einlage abfließt und so den Wärmefluss durch die Einspritzvorrichtung maßgeblich bestimmt. Die Wärmeleitstruktur kann in unmittelbarem wärmeleitenden Kontakt zu der Abgasbehandlungsvorrichtung stehen. Die Abgasbehandlungsvorrichtung weist typischerweise eine Wand aus Metall auf (Abgasleitung). Die Wärmeleitstruktur ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform mit der Wand der Abgasbehandlungsvorrichtung unmittelbar verbunden. Dies kann beispielsweise mit einer Schraube geschehen. Die Wärmeleitstruktur kann somit gleichzeitig auch zur Befestigung der Einspritzvorrichtung an der Abgasbehandlungsvorrichtung dienen. Ganz besonderes bevorzugt besteht eine innige Kontaktierung hin zum Kanal im Bereich des Auslassbereichs, beispielsweise wird der Kanal dort auch wenigstens teilweise von der Wärmeleitstruktur gebildet bzw. begrenzt.
Vorzugsweise ist die Wärmeleitstruktur so ausgebildet, dass sie im Abstellfall bzw. im Einfrierfall zwar als Wärmeleitstruktur zur Leitung von Wärme aus der Einspritzvorrichtung in die Abgasbehandlungsvorrichtung wirkt, jedoch im regulären Betrieb Wärme nicht oder nur in einem geringeren Maße aus der Abgasbehandlungsvorrichtung in die Einspritzvorrichtung einleitet. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Wärmeleitstruktur mit zumindest einem Bi-Metall ausgeführt ist. Ein Bi-Metall verformt sich unter dem Einfluss der Temperatur. Die mit einem Bi-Metall ausgeführte Wärmeleitstruktur kann so gestaltet sein, dass sie bei hohen Temperaturen der Abgasbehandlungsvorrichtung einen thermischen Kontakt von der Abgasbehandlungsvorrichtung zu der Einspritzvorrichtung (beispielsweise mechanisch) unterbricht und bei niedrigen Temperaturen (im Einfrierfall) ein thermischer Kontakt von der Einspritzvorrichtung zu der Abgasbehandlungsvorrichtung hergestellt wird.
Auch vorteilhaft ist die Einspritzvorrichtung, wenn die Einspritzvorrichtung einen Ventilhalter aufweist, in welchem das Ventil angeordnet ist und welcher dazu eingerichtet ist, die Einspritzvorrichtung an der Abgasbehandlungsvorrichtung zu kontaktieren, wobei in dem Ventilhalter zumindest ein Kühlmittelkanal für ein Kühlmittel ausgebildet ist, welches im Betrieb der Einspritzvorrichtung von Kühlmittel durchströmt werden kann, um das Ventil zu kühlen, wobei der Kühlmittelkanal während einer Betriebspause der Einspritzvorrichtung wie ein als Wärmeleitstruktur ausgebildetes Wärmeflusseinstellmittel wirkt.
Im Betrieb einer Einspritzvorrichtung während des Betriebs der Abgasbehandlungsvorrichtung ist es vorteilhaft, dass die Temperatur in der Einspritzvorrichtung nicht so weit steigt, dass die Einspritzvorrichtung (und insbesondere das in der Einspritzvorrichtung angeordnete Ventil) beschädigt werden. Dazu kann die Einspritzvorrichtung mit einem Kühlmittelkanal ausgeführt sein, durch welchen ein Kühlmittel fließt. Der Kühlmittelkanal kann an einen Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine angeschlossen sein. Als Kühlmittel wird dann für die Einspritzvorrichtung auch das Kühlmittel der Verbrennungskraftmaschine verwendet. Durch ein flüssiges Kühlmittel kann eine sehr große Wärmemenge aus der Einspritzvorrichtung auch bei geringen Temperaturunterschieden hin zur Umgebung abgeführt werden. Im Betrieb ist dann die Temperatur der Einspritzvorrichtung bevorzugt nicht wesentlich höher als die Temperatur des Kühlmittels.
Während des Zeitraums, in dem das Additiv in einer Einspritzvorrichtung einfriert, ist die Einspritzvorrichtung samt Kühlkreislauf typischerweise außer Betrieb. Das dort befindliche Kühlmittel kann aber trotzdem flüssig sein, weil im Kühlmittel vorzugsweise Substanzen enthalten sind, die den Gefrierpunkt des Kühlmittels deutlich absenken, so dass das Kühlmittel auch bei sehr niedrigen Temperaturen flüssig bleibt. Vorzugsweise ist das Kühlmittel bei Temperaturen von weniger als -20°C noch flüssig, besonders bevorzugt gefriert das Kühlmittel erst bei Temperaturen von weniger als -35°C. Im deaktivierten Zustand der Einspritzvorrichtung liegt das Kühlmittel in dem Kühlmittelkanal in der Einspritzvorrichtung daher flüssig vor. Es wird jedoch nicht im Kühlkreislauf in Bewegung gehalten. Aufgrund von Temperaturunterschieden in dem Kühlmittel kann sich trotzdem eine Strömung in dem Kühlmittel in dem Kühlmittelkanal ergeben bzw. induziert werden. Diese Strömung kann dazu genutzt werden, dass der Kühlmittelkanal ein besonders wirkungsvolles Wärmeleitmittel bzw. eine besonders wirkungsvolle Wärmeleitstruktur in der Einspritzvorrichtung bildet. Der Kühlkanal ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er im Einfrierfall durch eine Kühlmittelströmung in dem Kühlmittelkanal Wärme von der Einspritzvorrichtung durch den Auslassbereich hin zu einer Abgasbehandlungsvorrichtung leitet. Ganz besonderes bevorzugt besteht eine innige Kontaktierung hin zum Kanal im Bereich des Auslassbereichs, beispielsweise wird der Kanal dort auch wenigstens teilweise von der Wandung des Kühlkanals gebildet bzw. begrenzt.
Weiterhin ist besonders vorteilhaft, wenn in dem Kühlmittelkanal zumindest ein als Wärmeleitblech ausgebildetes Wärmeflusseinstellmittel angeordnet ist.
Ein in dem Kühlmittelkanal angeordnetes Wärmeleitblech kann bereits selbst eine Wärmeleitfunktion aufweisen. Zudem ist möglich, dass ein solches Wärmeleitblech (lediglich) dazu dient, die Strömung des Kühlmittels in eine Richtung durch den Auslassbereich aus der Einspritzvorrichtung hinaus zu begünstigen. Ein Wärmeleitblech in dem Kühlmittelkanal kann insbesondere dafür sorgen, dass sich in dem Kühlmittelkanal eine (lokal) zirkulierende Strömung an Reduktionsmittel einstellt, die in einer ersten Strömungsrichtung Wärme von der Einspritzvorrichtung zu dem Auslassbereich transportiert, und in einer entgegengesetzten zweiten Strömungsrichtung einen Rückstrom bildet, so dass das Kühlmittel zurückströmt, wenn es die Wärme im Auslassbereich abgegeben hat. Ein solches Wärmleitblech unterteilt den Kühlmittelkanal vorzugsweise in zwei (wenigstens abschnittweise) parallel verlaufende Kanäle.
Gemäß einer Weiterbildung wird auch vorgeschlagen, dass an dem Anschlussbereichzumindest ein Eisdruckkompensationselement vorgesehen ist, mit welchem eine Volumenzunahme des Additivs beim Erstarren kompensiert werden kann.
Ein Eisdruckkompensationselement ist vorzugsweise so ausgeführt, dass es im Einfrierfall zusätzliches Volumen freigibt, in welches die Volumenzunahme des Additivs beim Erstarren ausweichen kann. Ein Anschlussbereich kann dazu einen an das Additiv angrenzenden Wandabschnitt aufweisen, der (insbesondere reversibel) beweglich ist. Durch eine Ausweichbewegung kann dieser Wandabschnitt das Volumen, welches mit Additiv gefüllt ist, in dem Kanal vergrößern. Wie bereits ausgeführt, bildet sich beim Einfrieren bevorzugt zunächst ein Eis-Pfropfen aus eingefrorenem Additiv im Auslassbereich der Einspritzvorrichtung. Diese Eisbildung breitet sich in Einfrierrichtung kontinuierlich weiter aus, so dass das flüssige Additiv von der Auslassseite ausgehend hin zu der Anschlussseite gedrückt wird. Um die Volumenzunahme des Additivs vollständig (im Inneren der Einspritzvorrichtung) mit möglichst wenig technischem Aufwand kompensieren zu können, ist es vorteilhaft, das Eisdruckkompensationselement dort anzuordnen, wo bis zuletzt noch flüssiges Additiv vorliegt. Da die Einfrierrichtung bei der hier beschriebenen Einspritzvorrichtung von der Auslassseite hin zu der Anschlussseite verläuft, sollte das Eisdruckkompensationselement an der Anschlussseite angeordnet sein. Das Eisdruckkompensationselement ist an der Anschlussseite auch besonders gut vor Wärme geschützt, welche im Betrieb von der Abgasbehandlungsvorrichtung ausgeht.
Besonders vorteilhaft ist die Einspritzvorrichtung, wenn das Eisdruckkompensationselement als verschiebbarer Fluidleitungsanschluss ausgeführt ist, welcher so vorgespannt ist, dass sich der Fluidleitungsanschluss bei einem regulären Betriebsdruck nicht verschiebt.
Ein verschiebbarer Fluidleitungsanschluss kann beispielsweise als Stecker ausgeführt sein, welcher mit einem verschiebbaren O-Ring an einem Injektor bzw. an einem Ventil in der Einspritzvorrichtung angesetzt ist. Auch bei einer Verschiebung des Fluidleitungsanschlusses relativ zum Injektor ist die Verbindung zwischen dem Fluidleitungsanschluss und dem Injektor durch den O-Ring fluiddicht. Eine Vorspannung des Fluidleitungsanschlusses kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Fluidleitungsanschluss mit einer gespannten Feder in einer Betriebsposition gehalten wird. Sobald eine von der Volumenzunahme des Additivs ausgelöste Kraft größer wird als die von der Feder ausgeübte Kraft, verschiebt sich der Fluidleitungsanschluss aus der Betriebsposition in eine Eiskompensationsposition.
Im Rahmen der Erfindung wird weiter ein Verfahren zum Einfrieren einer Einspritzvorrichtung zur Zugabe eines flüssigen Additivs in eine Abgasbehandlungsvorrichtung vorgeschlagen, welches folgenden Aufbau hat. Die Einspritzvorrichtung hat einen Auslassbereich, der an der Abgasbehandlungsvorrichtung kontaktiert ist, einen Anschlussbereich mit einem Fluidleitungsanschluss, der von dem Auslassbereich beabstandet ist, und einen von dem Anschlussbereich zu dem Auslassbereich verlaufenden Kanal. Das Verfahren weist dabei zumindest die folgenden Schritte auf:

a) Erzeugen eines Wärmestroms aus der Einspritzvorrichtung durch den Auslassbereich in die Abgasbehandlungsvorrichtung mit mindestens einem Wärmeflusseinstellmittel, welches den Anschlussbereich umgibt und als Abdeckhaube ausgebildet ist, so dass sich ein Luftpolster zwischen der Abdeckhaube und dem Ventil ausbildet;
b) Zumindest teilweises Verhindern eines Wärmestroms aus der Einspritzvorrichtung durch den Anschlussbereich in eine Umgebung der Einspritzvorrichtung im Anschlussbereich;
c) Vorgeben einer Einfrierrichtung in dem Kanal von dem Auslassbereich hin zu dem Anschlussbereich;
d) Ausbilden eines Pfropfens aus eingefrorenem Reduktionsmittel in dem Kanal an dem Auslassbereich; und
e) Vergrößern des Pfropfens in Einfrierrichtung.

Das beschriebene Verfahren wird in einer Einspritzvorrichtung immer dann angewendet, wenn die Temperaturen in der Umgebung der Einspritzvorrichtung derart weit abgesunken sind, dass das Additiv beginnt zu frieren bzw. zu erstarren. Zur Erzeugung eines Wärmestroms in Schritt a) können Wärmeleitstrukturen und/oder Wärmeisolierungen als Wärmeflusseinstellmittel in der beschriebenen Weise verwendet werden.
Wärmeisolierungen bedingen einen Wärmestrom überall dort, wo keine bzw. wenig Wärmeisolierung vorliegt. Ein Wärmestrom richtet sich insbesondere durch vorgesehene Wärmeleitstrukturen hindurch aus.
Die Verhinderung eines Wärmestroms in Schritt b) kann durch Wärmeflusseinstellmittel ebenfalls in der beschrieben Weise erreicht werden. Wärmeleitstrukturen verhindern einen Wärmefluss in andere Richtung als in die Richtung der Wärmeleitstruktur. Wärmeisolierungen verhindern einen Wärmestrom durch die Isolierung. Ein Wärmestrom richtet sich insbesondere um vorgesehene Wärmeisolierungen herum aus.
Durch die Wärmeflusseinstellmittel ist eine Einfrierrichtung für Schritt c) in dem Kanal von dem Auslassbereich hin zu dem Anschlussbereich vorgegeben. Die Einfrierrichtung muss sich nicht exakt entlang des Kanals orientieren. Die Einfrierrichtung kann auch nur grob der Richtung des Kanals vom Auslassbereich hin zum Anschlussbereich folgen.
In Schritt d) wird der Kanal in der Einspritzvorrichtung zunächst an dem Auslassbereich von einem Pfropfen verstopft bzw. so verschlossen, dass kein Reduktionsmittel mehr die Einspritzvorrichtung hin zur Abgasleitung verlassen kann. Vorzugsweise ist der Kanal im Auslassbereich so gestaltet, dass sich der Pfropfen an dem Kanal fest verhakt und sich durch eine Vergrößerung des Pfropfens nicht mehr löst bzw. nicht mehr verschiebt. Dies kann beispielsweise durch eine raue und/oder hinterschnittene Kanalwand im Auslassbereich erreicht werden und/oder durch ein mit einer Lochstruktur (unterbrochenen Oberflächenstruktur) versehenes Bauteil.
In Schritt e) wird der Pfropfen in Einfrierrichtung (weiter in Richtung hin zu dem Anschlussbereich der Einspritzvorrichtung) vergrößert, bis das in der Einspritzvorrichtung vorliegende Additiv vollständig eingefroren ist. Die Volumenzunahme des gesamten Additivs in der Einspritzvorrichtung kann dann noch anschließend in einem Schritt f) mit einem Eisdruckkompensationselement kompensiert werden, welches den Druck in dem Kanal bzw. in der Einspritzvorrichtung begrenzt.
Durch das beschriebene Verfahren ist es ermöglicht, das in einer Einspritzvorrichtung vorliegende Reduktionsmittel einzufrieren, ohne dass es zu einer Beschädigung der Einspritzvorrichtung kommen kann.
Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn für Schritt a) als Wärmeeinflusseinstellmittel ein Kühlmittelkanal verwendet wird, über welchen ein Wärmestrom aus der Einspritzvorrichtung hinaus durch den Auslassbereich in die Abgasbehandlungsvorrichtung abfließt.
Zu diesem Zweck bildet sich in dem Kühlmittelkanal eine vorzugsweise (lokal) zirkulierende Kühlmittelströmung aus, welche Wärme durch den Auslassbereich hindurch transportiert. Abgekühltes Kühlmittel fließt dazu in Richtung aus der Einspritzvorrichtung hin zu dem Auslassbereich und wieder aufgewärmtes Kühlmittel fließt dazu von dem Auslassbereich in die Einspritzvorrichtung. Mit dem Begriff „lokal zirkulierend“ ist hier insbesondere gemeint, dass das Kühlmittel nicht innerhalb des gesamten Kühlkreislaufes eines Kraftfahrzeuges zirkuliert, sondern lediglich lokal, innerhalb der Einspritzvorrichtung.
Im Rahmen der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer Einspritzvorrichtung zur Zugabe eines flüssigen Additivs in eine Abgasbehandlungsvorrichtung vorgeschlagen. Die Einspritzvorrichtung hat dabei wenigstens einen Auslassbereich, der an eine Abgasbehandlungsvorrichtung kontaktierbar ist, einen Anschlussbereich mit einem Fluidleitungsanschluss, der von dem Auslassbereich beabstandet ist, und einen von dem Anschlussbereich zu dem Auslassbereich verlaufenden Kanal. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:

i) Anschließen der Einspritzvorrichtung an eine Abgasbehandlungsvorrichtung;
ii) Füllen des Kanals mit Additiv;
iii) Absenken der Temperatur in einer Umgebung der Einspritzvorrichtung;
iv) Feststellen einer Einfrierrichtung des Additivs in dem Kanal; und
v) Integrieren von zumindest einem Wärmeflusseinstellmittel an der Einspritzvorrichtung, so dass eine Einfrierrichtung von dem Auslassbereich zu dem Anschlussbereich erreicht wird, wobei das Wärmeflusseinstellmittel den Anschlussbereich umgibt und als Abdeckhaube ausgebildet ist, so dass sich ein Luftpolster zwischen der Abdeckhaube und dem Ventil ausbildet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Einspritzvorrichtung kann insbesondere auch als Testverfahren verwendet werden, um geeignete Wärmeflusseinstellmittel an einer Einspritzvorrichtung vorzusehen und/oder zu prüfen, ob die Einspritzvorrichtung eine vorgegebene Einfrierrichtung aufweist (Schritte i) bis iv)).
In einer ersten Variante des Verfahrens zur Herstellung einer Einspritzvorrichtung können die Verfahrensschritte i) bis v) für einen bestimmten Typ einer Einspritzvorrichtung einmal durchgeführt werden, und dann können die Wärmeflusseinstellmittel für sämtliche Einspritzvorrichtungen dieses Typs im Rahmen einer Serienfertigung entsprechend gestaltet werden.
In einer zweiten Variante des Verfahrens zur Herstellung einer Einspritzvorrichtung können die Verfahrensschritte i) bis v) für jede neue Applikation einer Einspritzvorrichtung einmal durchgeführt werden. Anschließend können für alle verwendeten Einspritzvorrichtungen eines bestimmten Typs in dieser Applikation die Wärmeflusseinstellmittel entsprechend ausgestaltet werden. Mit einer Applikation ist hier eine bestimmte Anwendung der Einspritzvorrichtung in einem bestimmten Kraftfahrzeug bzw. in einem bestimmten Typ eines Kraftfahrzeugs gemeint. Dieses Vorgehen ist insbesondere dann zu bevorzugen, wenn die Abgasbehandlungsvorrichtung einen signifikanten und/oder sogar maßgeblich bestimmenden Einfluss auf die Einfrierrichtung hat.
Für den Verfahrensschritt iii) ist es von Vorteil, wenn die Temperatur in der Umgebung der Einspritzvorrichtung so abgesenkt wird, wie dies später während der regulären Verwendung der Einspritzvorrichtung auch geschieht (reale Einsatzbedingung). Beispielsweise sind für den Schritt iii) in der Umgebung der Einspritzvorrichtung genau die Bauteile vorgesehen, welche auch in dem regulären Betrieb der Einspritzvorrichtung in deren Umgebung tatsächlich vorgesehen sind. Derartige Bauteile haben normalerweise einen Einfluss auf die Wärmeverteilung in der Umgebung der Einspritzvorrichtung beim Absenken der Temperatur. Daher ist es vorteilhaft, diese Bauteile und deren Einfluss auf die Temperaturverteilung in der Umgebung der Einspritzvorrichtung für das Verfahren zur Herstellung einer Einspritzvorrichtung mit zu berücksichtigen. Eine Einfrierrichtung in einer Einspritzvorrichtung in Schritt iii) kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, dass das Verfahren mit mehreren Einspritzvorrichtungen parallel durchgeführt wird und das Verfahren jeweils zu unterschiedlichen Zeitpunkten abgebrochen wird, wenn das Additiv in Einfrierrichtung noch nicht vollständig eingefroren ist. Die einzelnen Einspritzvorrichtungen, mit denen das Verfahren durchgeführt worden ist, können dann untersucht werden, um festzustellen, wo und/oder wie weitgehend das Reduktionsmittel eingefroren ist. Dies kann beispielsweise mit einem Ultraschallverfahren und/oder einem Röntgenerfahren überprüft werden. Auch ist es möglich, die Einspritzvorrichtungen, mit welchen das Verfahren durchgeführt wurde, zu demontieren, um festzustellen, wo eingefrorenes Reduktionsmittel vorgelegen hat und wo noch nicht.
Im Rahmen der Erfindung auch wird ein Kraftfahrzeug angegeben, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine und eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine, wobei an der Abgasbehandlungsvorrichtung eine erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung zur Eindüsung eines Additivs vorgesehen ist.
Die für die Einspritzvorrichtung beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale sind auf die beiden beschriebenen Verfahren anwendbar und übertragbar. Gleiches gilt für die besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale, die für die beiden Verfahren (das Herstellungsverfahren und das Verfahren zum Einfrieren) beschrieben sind. Diese Vorteile und besonderen Ausgestaltungsmerkmale sind auf die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung übertragbar. Somit ist das Herstellungsverfahren insbesondere auch zur Herstellung der erfindungsgemäß beschriebenen Einspritzvorrichtung geeignet.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:

Figure Ref. 1: eine erste Ausführungsvariante einer Einspritzvorrichtung;
Figure Ref. 2: eine zweite Ausführungsvariante einer Einspritzvorrichtung;
Figure Ref. 3: eine dritte Ausführungsvariante einer Einspritzvorrichtung;
Figure Ref. 4: eine Wärmeleiteinlage für eine Einspritzvorrichtung mit einem Kühlmittelkanal;
Figure Ref. 5: eine andere Wärmeleiteinlage für eine Einspritzvorrichtung mit einem Kühlmittelkanal; und
Figure Ref. 6: ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung.

Die in den Figure Ref. 1, Figure Ref. 2 und Figure Ref. 3 dargestellten verschiedenen Ausführungsvarianten einer Einspritzvorrichtung weisen einige übereinstimmende Merkmale auf, die im Folgenden zunächst gemeinsam erläutert werden.
Die Einspritzvorrichtung 1 weist jeweils einen Anschlussbereich 5 mit einem Fluidleitungsanschluss 6 sowie einen Auslassbereich 4 auf. Der Auslassbereich 4 ist an einer Abgasbehandlungsvorrichtung 3 kontaktiert. Der Anschlussbereich 5 ist von der Abgasbehandlungsvorrichtung 3 beabstandet. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 3 ist beispielsweise nach Art einer Abgasleitung ausgeführt. Durch sie kann im Betrieb Abgas strömen, was hier beispielhaft mit einem Pfeil angedeutet ist. Die Einspritzvorrichtung 1 weist einen Ventilhalter 14 sowie ein in dem Ventilhalter 14 angeordnetes Ventil 7 auf. Das Ventil 7 kann beispielsweise ein Einspritzventil bzw. ein Injektor sein, wie er z. B. auch zur Festlegung der Menge an Kraftstoff für eine Verbrennungskraftmaschine verwendet wird. Der Ventilhalter 14 dient zur Lagerung des Ventils 7 und stellt regelmäßig auch eine mechanische Verbindung zu der Abgasbehandlungsvorrichtung 3 her. Durch die Einspritzvorrichtung 1 von dem Anschlussbereich 5 zu dem Auslassbereich 4 erstreckt sich ein Kanal 28, welcher mit Additiv 2 gefüllt ist.
Alle Ausführungsvarianten der Einspritzvorrichtung 1 gemäß den Figure Ref. 1, Figure Ref. 2 und Figure Ref. 3 weisen jeweils Wärmeflusseinstellmittel 25 auf, welche in der Einspritzvorrichtung 1 eine Einfrierrichtung 10 vorgeben, so dass diese in dem Kanal 28 von dem Auslassbereich 4 hin zu dem Anschlussbereich 5 hin orientiert ist. Jeweils dargestellt ist ein Pfropfen 27 aus eingefrorenem Additiv 2 im Auslassbereich 4. Durch die Wärmeflusseinstellmittel 25 ergibt sich im Einfrierfall jeweils ein Wärmestrom 26 entgegen der Einfrierrichtung 10 aus der Einspritzvorrichtung 1 über den Auslassbereich 4 hinaus. Bei den Ausführungsvarianten gemäß den Figure Ref. 1 bis Figure Ref. 3 sind als Wärmeflusseinstellmittel 25 jeweils Wärmeleitstrukturen 8 und Wärmeisolierungen 9 vorgesehen.
Bei der Ausführungsvariante gemäß Figure Ref. 1 ist als Wärmeisolierung 9 eine Abdeckhaube 12 auf der Einspritzvorrichtung 1 vorgesehen, durch welche ein Luftpolster 13 zwischen dem Ventil 7 bzw. dem Kanal 28 und der Umgebung um die Einspritzvorrichtung 1 herum erzeugt wird, welches die Einspritzvorrichtung 1 bzw. das Ventil 7 bzw. den Kanal 28 im Anschlussbereich 5 gegenüber einer Umgebung der Einspritzvorrichtung 1 isoliert. Außerdem ist bei der Ausführungsvariante gemäß Figure Ref. 1 im Anschlussbereich 5 ein Eisdruckkompensationselement 17 vorgesehen, durch welches eine beim Einfrieren auftretende Volumenzunahme in dem Ventil 7 bzw. in dem Kanal 28 kompensiert werden kann.
Bei der Ausführungsvariante gemäß Figure Ref. 2 ist die Wärmeisolierung 9 als Kunststoffummantelung 11 ausgeführt, welche an einem Bauteil der Einspritzvorrichtung 1 beispielsweise angespritzt sein kann. Auch bei der Ausführungsvariante gemäß Figure Ref. 2 ist ein Eisdruckkompensationselement 17 vorgesehen. Das Eisdruckkompensationselement 17 ist hier dadurch ausgeführt, dass der Fluidleitungsanschluss 6 mit einer Feder 22 und einer Halterung 23 gegen das Ventil 7 vorgespannt ist. Der Fluidleitungsanschluss 6 kann zur Kompensation einer Volumenzunahme beim Einfrieren gegen die Federkraft der Feder 22 eine Ausgleichsbewegung durchführen.
In der Ausführungsvariante gemäß Figure Ref. 3 ist als Wärmeisolierung 9 ebenfalls eine Abdeckhaube 12 vorgesehen, welche ein Luftpolster 13 ausbildet. Als Wärmeleitstruktur 8 existiert hier ein Kanal 28, in welchem zusätzlich Wärmeleiteinlagen 20 mit Wärmeleitblechen 16 angeordnet sind.
Auch die Ausführungsvariante gemäß Figure Ref. 3 weist im Anschlussbereich 5 ein Eisdruckkompensationselement 17 auf.
In der Figure Ref. 4 und in Figure Ref. 5 sind Wärmeleiteinlagen 20 dargestellt. Diese Wärmeleiteinlagen 20 sind spezielle Bauteile, welche jeweils mehrere Wärmeleitbleche 16 aufweisen. Die Wärmeleiteinlagen 20 sind in den Kühlmittelkanal 15 gemäß Figure Ref. 3 einsetzbar. Figure Ref. 4 zeigt die in Figure Ref. 3 dargestellte untere Wärmeleiteinlage 20. Figure Ref. 5 zeigt die in Figure Ref. 3 dargestellte obere Wärmeleiteinlage 20. Die Wärmeleiteinlagen bestehen jeweils aus den Wärmeleitblechen 16 und aus zumindest einem Trägerring 21, welcher die Position der Wärmeleitbleche 16 zueinander vorgibt. Durch derartige Wärmeleiteinlagen 20 können jeweils mehrere Wärmeleitbleche 16 gemeinsam in einem Arbeitsschritt in den Kühlmittelkanal 15 eingesetzt werden. Die in Figure Ref. 4 dargestellte Wärmeleiteinlage 20 ist so ausgestaltet, dass die Wärmeleitbleche 16 sich im Kühlmittelkanal 15 so ausrichten, dass die Wärmeleitbleche 16 unmittelbar im Auslassbereich an einem Ventil zur Zudosierung des Fluids in die Abgasbehandlungsvorrichtung anlegen und Wärme somit unmittelbar zum Auslassbereich 4 transportiert wird. Die Wärmeleitbleche 16 der Wärmeleiteinlage 20 gemäß Figure Ref. 4 verbiegen sich dazu im eingebauten Zustand. Die Wärmeleitbleche 16 sind vorzugsweise so ausgerichtet, dass sie die reguläre Kühlströmung des Kühlmittels durch den Kühlmittelkanal 15 im Betrieb der Einspritzvorrichtung möglichst wenig behindern.
Figure Ref. 5 zeigt ein Kraftfahrzeug 18, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine 19 und eine Abgasbehandlungsvorrichtung 3 zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine 19, wobei der Abgasbehandlungsvorrichtung 3 mit einer Einspritzvorrichtung 1 ein Additiv zugeführt werden kann. Die Einspritzvorrichtung 1 wird von einer Additivbereitstellungseinrichtung 24 mit Additiv versorgt.
Auch wenn die Ausführungsvarianten in den Figuren hier Gemeinsamkeiten aufweisen, ist nicht zwingend, dass diese immer vorliegen müssen. Ebenso ist nicht zwingend, dass die unterschiedlichen Gestaltungsmerkmale (nur) alternativ anwendbar sind. Vielmehr kann der Fachmann ohne weiteres aus diesen Varianten und unter Berücksichtigung der allgemeinen Beschreibung technisch sinnvolle Abwandlungen ohne weiteres vornehmen.
Ausgehend von dem obigen Stand der Technik wurde mit der Erfindung eine Einspritzvorrichtung zur Einspritzung eines flüssigen Additivs in eine Abgasbehandlungsvorrichtung angegeben, welche zumindest teilweise die eingangs angesprochenen technischen Probleme löst. Insbesondere wird hier eine Beschädigung der Einspritzvorrichtung durch Einfrieren des Additivs vermieden. Weiterhin ist die Einspritzvorrichtung technisch und steuerungsbedingt besonders einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar. Zudem wurden vorteilhafte Verfahren zum Einfrieren einer Einspritzvorrichtung für ein Additiv sowie Verfahren zur Herstellung einer derartigen Einspritzvorrichtung angegeben.
Bezugszeichenliste

1: Einspritzvorrichtung
2: Additiv
3: Abgasbehandlungsvorrichtung
4: Auslassbereich
5: Anschlussbereich
6: Fluidleitungsanschluss
7: Ventil
8: Wärmeleitstruktur
9: Wärmeisolierung
10: Einfrierrichtung
11: Kunststoffummantelung
12: Abdeckhaube
13: Luftpolster
14: Ventilhalter
15: Kühlmittelkanal
16: Wärmeleitblech
17: Eisdruckkompensationselement
18: Kraftfahrzeug
19: Verbrennungskraftmaschine
20: Wärmeleiteinlage
21: Trägerring
22: Feder
23: Halterung
24: Additivbereitstellungseinrichtung
25: Wärmeflusseinstellmittel
26: Wärmestrom
27: Pfropfen
28: Kanal

Claims

Einspritzvorrichtung (1) zur Zugabe eines flüssigen Additivs (2) in eine Abgasbehandlungsvorrichtung (3), wobei die Einspritzvorrichtung (1) einen an die Abgasbehandlungsvorrichtung (3) kontaktierbaren Auslassbereich (4), einen von dem Auslassbereich (4) beabstandeten Anschlussbereich (5) mit einem Fluidleitungsanschluss (6) und einen von dem Anschlussbereich (5) zu dem Auslassbereich (4) verlaufenden Kanal (28) für das Additiv (2) aufweist und die Einspritzvorrichtung (1) ein Ventil (7) zur Kontrolle der Zugabe des Additivs sowie zumindest ein Wärmeflusseinstellmittel (25) aufweist, welches eine Einfrierrichtung (10) in dem Kanal (28) von dem Auslassbereich (4) hin zu dem Anschlussbereich (5) vorgibt, wobei der Anschlussbereich (5) von einem als Abdeckhaube (12) ausgebildeten Wärmeflusseinstellmittel (25) umgeben ist, wobei ein Luftpolster (13) zwischen der Abdeckhaube (12) und dem Ventil (7) ausgebildet ist.
Einspritzvorrichtung (1) nach Patentanspruch 1, wobei der Anschlussbereich (5) von einem als Wärmeisolierung (9) ausgebildeten Wärmeflusseinstellmittel (25) umgeben ist, das als an der Einspritzvorrichtung (1) angespritzte Kunststoffummantelung (11) ausgeführt ist.
Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Auslassbereich (4) zumindest ein als Wärmeleitstruktur (8) ausgebildetes Wärmeflusseinstellmittel (25) zum Abfluss von Wärme aus der Einspritzvorrichtung (1) hin in eine kontaktierbare Abgasbehandlungsvorrichtung (3) aufweist.
Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, welche einen Ventilhalter (14) aufweist, in welchem das Ventil (7) angeordnet ist und welcher dazu eingerichtet ist, die Einspritzvorrichtung (1) an der Abgasbehandlungsvorrichtung (3) zu kontaktieren, wobei in dem Ventilhalter (14) zumindest ein Kühlmittelkanal (15) für ein Kühlmittel ausgebildet ist, welches im Betrieb der Einspritzvorrichtung (1) von Kühlmittel durchströmt werden kann, um das Ventil (7) zu kühlen, wobei der Kühlmittelkanal (15) während einer Betriebspause der Einspritzvorrichtung (1) wie ein als Wärmeleitstruktur (8) ausgebildetes Wärmeflusseinstellmittel (25) wirkt.
Einspritzvorrichtung (1) nach Patentanspruch 4, wobei in dem Kühlmittelkanal (15) zumindest ein als Wärmeleitblech (16) ausgebildetes Wärmeflusseinstellmittel (25) angeordnet ist.
Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei an dem Anschlussbereich (5) zumindest ein Eisdruckkompensationselement (17) vorgesehen ist, mit welchem eine Volumenzunahme des Additivs (2) beim Erstarren kompensiert werden kann.
Einspritzvorrichtung (1) nach Patentanspruch 6, wobei das Eisdruckkompensationselement (17) als verschiebbarer Fluidleitungsanschluss (6) ausgeführt ist, welcher so vorgespannt ist, dass sich der Fluidleitungsanschluss (6) bei einem regulären Betriebsdruck nicht verschiebt.
Verfahren zum Einfrieren einer Einspritzvorrichtung (1) zur Zugabe eines flüssigen Additivs (2) in eine Abgasbehandlungsvorrichtung (3) mit einem Auslassbereich (4), der an der Abgasbehandlungsvorrichtung (3) kontaktiert ist, einem Anschlussbereich (5) mit einem Fluidleitungsanschluss (6), der von dem Auslassbereich (4) beabstandet ist, und einen von dem Anschlussbereich (5) zu dem Auslassbereich (4) verlaufenden Kanal (28), aufweisend zumindest die folgenden Schritte: a) Erzeugen eines Wärmestroms (26) aus der Einspritzvorrichtung (1) durch den Auslassbereich (4) in die Abgasbehandlungsvorrichtung (3) mit mindestens einem Wärmeflusseinstellmittel (25) welches den Anschlussbereich (5) umgibt und als Abdeckhaube (12) ausgebildet ist, so dass sich ein Luftpolster (13) zwischen der Abdeckhaube (12) und dem Ventil (7) ausbildet; b) Zumindest teilweises Verhindern eines Wärmestroms (26) aus der Einspritzvorrichtung (1) durch den Anschlussbereich (5) in eine Umgebung der Einspritzvorrichtung (1) im Anschlussbereich (5); c) Vorgeben einer Einfrierrichtung (10) in dem Kanal (28) von dem Auslassbereich (4) hin zu dem Anschlussbereich (5); d) Ausbilden eines Pfropfens (27) aus eingefrorenem Reduktionsmittel in dem Kanal an dem Auslassbereich (4); und e) Vergrößern des Pfropfens (27) in Einfrierrichtung (10).
Verfahren nach Patentanspruch 8, wobei für Schritt a) als Wärmeeinflusseinstellmittel (25) ein Kühlmittelkanal (15) verwendet wird, über welchen ein Wärmestrom (26) aus der Einspritzvorrichtung (1) hinaus durch den Auslassbereich (4) in die Abgasbehandlungsvorrichtung (3) abfließt.
Verfahren zur Herstellung einer Einspritzvorrichtung (1) zur Zugabe eines flüssigen Additivs (2) in eine Abgasbehandlungsvorrichtung (3) mit einem Auslassbereich (4), der an eine Abgasbehandlungsvorrichtung (3) kontaktierbar ist, einem Anschlussbereich (5) mit einem Fluidleitungsanschluss (6), der von dem Auslassbereich (4) beabstandet ist, und einem von dem Anschlussbereich (5) zu dem Auslassbereich (4) verlaufenden Kanal (28), aufweisend die folgenden Schritte: i) Anschließen der Einspritzvorrichtung (1) an eine Abgasbehandlungsvorrichtung (3); ii) Füllen des Kanals (28) mit Additiv (2); iii) Absenken der Temperatur in einer Umgebung der Einspritzvorrichtung (1); iv) Feststellen einer Einfrierrichtung (10) des Additivs (2) in dem Kanal (28); und v) Integrieren von zumindest einem Wärmeflusseinstellmittel (25) an der Einspritzvorrichtung (1), so dass eine Einfrierrichtung (10) von dem Auslassbereich (4) zu dem Anschlussbereich (5) erreicht wird, wobei das Wärmeflusseinstellmittel (25) den Anschlussbereich (5) umgibt und als Abdeckhaube (12) ausgebildet ist, so dass sich ein Luftpolster (13) zwischen der Abdeckhaube (12) und dem Ventil (7) ausbildet.
Kraftfahrzeug (18) aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (19) und eine Abgasbehandlungsvorrichtung (3) zur Reinigung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine (19), wobei an der Abgasbehandlungsvorrichtung (3) eine Einspritzvorrichtung (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 7 zur Eindüsung eines Additivs (2) vorgesehen ist.