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Die Erfindung betrifft einen Injektor zur Dosierung eines Fluids in eine Leitung, wobei der Injektor eine mit einem Ventilsitz zusammenwirkende eine Injektornadelspitze aufweisende Injektornadel und ein Dichtelement aufweist, und wobei das Dichtelement einen Fluidraum von einem Federraum trennt.
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Stand der Technik
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Ein derartiger Injektor ist aus der
EP 1 391 609 A1 bekannt. Dieser Injektor ist als außenöffnender Injektor ausgebildet und weist eine in einem Injektorkörper geführte Injektornadel auf. Weiterhin weist dieser Injektor ein Dichtelement auf, das zwischen einem Fluidraum und einem Federraum angeordnet ist und als Dichtring ausgebildet ist, der in dem Injektorkörper oder einem damit zusammenwirkenden Bauteil eingespannt ist und wobei die Injektornadel entlang des Dichtrings verstellt werden kann. Dabei kann die so gebildete Gleitfläche verschleißen und zu Undichtigkeiten führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Injektor zur Dosierung eines Fluids anzugeben, der gegenüber dem Stand der Technik bei einem einfachen Aufbau verbessert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Dichtelement eine Metalldichtung ist. Diese Metalldichtung ist an der Injektornadel und dem Injektorkörper befestigt und ermöglicht eine Bewegung der Injektornadel relativ zu dem Injektorkörper. Dadurch ist sichergestellt, dass der Fluidraum von dem Federraum über die gesamte Lebensdauer des Injektors zuverlässig getrennt und abgedichtet ist. Die Metalldichtung ist bevorzugt als Metallmembran ausgebildet, die die erforderlichen Bewegungen problemlos ausführen kann. Eine solche Metalldichtung ist beispielsweise sickenlos und plan durch Ausstanzen aus einer entsprechenden Platte einfach zu fertigen und ermöglicht den Entfall von Elastomeren, die Nachteile hinsichtlich einer Medienbeständigkeit und hinsichtlich einer Temperaturbeständigkeit aufweisen.
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In Weiterbildung der Erfindung weist die Injektornadel einen Absatz auf, und die Metalldichtung ist an dem Absatz und dem Injektorkörper befestigt. Die Befestigung kann mittels einer Klemmbefestigung erfolgen oder aber in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Metalldichtung im Bereich ihres Außenumfangs an dem Injektorkörper und im Bereich ihres Innenumfangs an dem Absatz durch ein thermisches Verbindungsverfahren, insbesondere einem Schweißvorgang, befestigt. Ein solcher Schweißvorgang ist bei der Herstellung des Injektors leicht umzusetzen und stellt eine dauerhaltbare Befestigung der Metalldichtung dar.
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In Weiterbildung der Erfindung schließt an den Absatz gegenüberliegend zu der Injektornadelspitze ein Federtopf an, in dem ein eine Injektorfeder aufnehmender Federraum ausgebildet ist. Dieser Federtopf ist durch die Metalldichtung zuverlässig gegenüber dem Fluidraum getrennt. Je nach Ausgestaltung des Injektors kann in dem Federraum zusätzlich ein Aktor zur Betätigung des Injektors angeordnet sein, der durch die Metalldichtung gegenüber dem Fluid geschützt ist.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Injektor gegen die Kraft der Injektorfeder innenöffnend. Dies ist die bevorzugte Ausgestaltung des Injektors, wobei der Öffnungsdruck des Injektors über die Federvorspannkraft der Injektorfeder eingestellt wird. Bei einer Druckerhöhung in dem Fluidraum wird die Injektornadel über die Druckkraft des Fluids, welche auf die Injektornadel und die Metalldichtung wirkt und gegen die Injektorfeder arbeitet, aus dem Ventilsitz gehoben und in Richtung eines oberen Anschlags, der von dem Federtopf gebildet wird, bewegt. Das Fluid wird über den Ventilsitz und zumindest ein Spritzloch in die Leitung eingespritzt. Die Einspritzung wird beendet, indem der Fluiddruck wieder abgesenkt wird und die Injektorfeder die Ventilnadel mit der Injektornadelspitze wieder in den Ventilsitz drückt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bildet der Federtopf den zur Umgebung geschlossenen Federraum zusammen mit dem Injektorkörper. In diesem so gebildeten Federraum ist Luft eingeschlossen, die bei der Öffnungsbewegung der Injektornadel zusammen mit der Injektorfeder eine zusätzliche Kraft aufbaut, die in die gleiche Richtung wie die Injektorfeder wirkt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bildet der Injektorkörper zusammen mit dem Absatz in einer Offenstellung des Injektors eine Stützfläche für die Metalldichtung. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da dadurch Biegespannungen in der Metalldichtung, die in der Offenstellung durch das Fluid auf die Metalldichtung ausgeübt werden, reduziert werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Metalldichtung scheibenförmig ausgebildet. Dies ist die bevorzugte Ausgestaltungsform, wobei aber auch andere Ausgestaltungen im Rahmen der Erfindung möglich sind.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Injektor Teil eines Dosiermoduls, wobei mittels des Dosiermoduls ein Reduktionsmittel in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine eindosiert wird. Wenn auch der Gegenstand der Erfindung bei einem beliebigen Gegenstand zur Dosierung eines Fluids angewendet werden kann, ist die bevorzugte Anwendung bei eben einem Dosiermodul gegeben. Ein in einem Dosiermodul verbauter Injektor muss wegen des heißen durch die Abgasleitung strömenden Abgases temperaturfest sein und das Dichtelement muss resistent gegenüber dem Reduktionsmittel sein, das im üblichen eine wässerige Harnstofflösung ist. Diese Vorgabe erfüllt die erfindungsgemäß umgesetzte Metalldichtung.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer an einer Brennkraftmaschine verbauten Abgasanlage mit einem einen erfindungsgemäßen Injektor aufweisenden Dosiermodul,
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2 eine Schnittdarstellung eines Injektors in einer geschlossenen Stellung und
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3 eine Schnittdarstellung eines Injektors in einer geöffneten Stellung.
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1 zeigt schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 1, die beispielsweise eine vierzylindrige selbstzündende Brennkraftmaschine sein kann, der Kraftstoff mittels eines Common-Rail-Einspritzsystems zugeführt wird. Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Abgassammelstutzen 2 auf, der das aus den Brennräumen der einzelnen Zylinder ausgelassene Abgas zusammenführt und in eine Abgasanlage 3 einleitet. Die Abgasanlage 3 weist eine mehrteilige Abgasleitung 4 auf, in die eine Komponente oder mehreren Komponenten zur Reduzierung der schädlichen Bestandteile des Abgases eingebaut sein kann beziehungsweise sein können. Die Komponenten sind beispielsweise ein ausgangsseitig des Abgassammlers 2 angeordneter Katalysator 5, ein nachfolgender Russfilter 6 und ein ebenfalls nachfolgender Katalysator, der als SCR-Katalysator 7 ausgebildet ist. Ausgangsseitig des SCR-Katalysators 7 werden die gereinigten Abgase in die Umgebung abgeleitet.
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Der SCR-Katalysator 7 ist zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxyden in dem Abgas ausgebildet. Zum Betrieb des SCR-Katalysators 7 ist dem in den SCR-Katalysator 7 zugeführten Abgas ein Reduktionsmittel zuzuführen. Die Zuführung des Reduktionsmittels erfolgt über ein Dosiermodul 8, das an die Abgasleitung 4 zwischen dem Russfilter 6 und dem SCR-Katalysator 7 angebaut ist. Für den Fall, dass kein Katalysator 5 und kein Russfilter 6 in der Abgasanlage 3 vorhanden sind, ist das Dosiermodul 8 zwischen dem Abgassammelstutzen 2 und dem SCR-Katalysator 7 in die Abgasleitung 4 eingebaut. Dem Dosiermodul 8 wird über eine Dosiermittelleitung 20 ein Dosiermittel, das insbesondere eine Harnstoffwasserlösung ist, zugeführt und das Dosiermittel wird mittels eines Injektors 9 (siehe 2) in die Abgasleitung 4 eingespritzt. Das Dosiermittel wird in einem nicht dargestellten Dosiermitteltank bevorratet und über eine ebenfalls nicht dargestellte Dosiermittelpumpe in die Dosiermittelleitung 20 gefördert. Das Dosiermodul 8 kann einen Kühlmittelkreislaufeinlass 10 und einen Kühlmittelkreislaufauslass 11 aufweisen, die beide über entsprechende Leitungen 12a, 12b mit einer Kühlmittelführung der Brennkraftmaschine 1 verbunden sein können und einen Kühlmittelkreislauf 13 bilden. Dieser Kühlmittelkreislauf 13 ist optional zur Kühlung des Dosiermoduls 8 und des Injektors 9 vorhanden.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung des Injektors 9 in seiner geschlossenen Position. Der Injektor 9 weist einen einteiligen oder mehrteiligen Injektorkörper 14 auf, in dem eine Injektornadel 15 translatorisch verstellbar angeordnet und geführt ist. Die Injektornadel 15 weist eine Injektornadelspitze 16 auf, die in einem Ventilsitz 17 sitzt und eine oder mehrere Spritzöffnungen 18 von einem Fluidraum 19 in dem Injektor 9, der mit der Dosiermittelleitung 20 verbunden ist, absperrt.
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Die Injektornadel 15 weist im Bereich des Fluidraums 19 einen Absatz 21 auf, an den sich gegenüberliegend zu der Injektornadelspitze 16 ein einen Federraum 26 beinhaltenden Federtopf 22 anschließt. Mittels des Federtopfs 22 ist die Injektornadel 15 in dem Injektorkörper 14 geführt und gleichzeitig bildet der Federtopf 22 einen eine Injektorfeder 23 aufnehmenden Federraum 26. Die Injektorfeder 23 drückt die Injektornadel 15 mit der Injektornadelspitze 16 in den Ventilsitz 17. Der mögliche Hub H ist durch den Spalt zwischen dem Federtopf 22 und der oberen Wand des Injektorkörpers 14 gebildet.
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Um insbesondere den Federtopf 22 mit dem Federraum 26 gegenüber dem Fluidraum 19 abzutrennen, ist eine als Metallmembran ausgebildete scheibenförmige Metalldichtung 24 vorgesehen, die an dem Absatz 21 der Ventilnadel 15 und dem Injektorkörper 14 im oberen Bereich des Fluidraums 19 befestigt, insbesondere angeschweißt ist. Dabei ist die Metalldichtung im Bereich eines Innenumfangs 28 beispielsweise durch eine Laserschweißung an dem Absatz 21 und im Bereich eines Außenumfangs 29 an einer Stützfläche 27 des Injektorkörpers 14 im Bereich des Fluidraums 19 jeweils angeschweißt. Zwischen dem Injektorkörper 14 und der Metalldichtung 24 ist in Verlängerung des Absatzes 21 ein Stützflächenraum 25 gebildet. Der Stützflächenraum 25 kann mit dem Federraum 26 strömungsverbunden sein. Der Federraum 26 und der Stützflächenraum 25 sind unter Einbezug des Injektorkörpers 14 zur Umgebung abgeschlossen, so dass sich in diesen Räumen ein Luftpolster befindet. In dem Stützflächenraum 25 ist von dem Injektorkörper 14 die Stützfläche 27 gebildet, an die die Metalldichtung 24 sich in der in 3 dargestellten geöffneten Stellung der Injektornadel 15 anlegt. Dabei ist der Injektor 9 innenöffnend, das heißt, die Injektornadel 15 wird nach innen in den Injektor 9 von dem Ventilsitz 17 abgehoben.
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In dieser in 3 dargestellten Offenstellung ist eine Strömungsverbindung zwischen dem Fluidraum 15 und der Spritzöffnung 18 freigegeben und es wird Reduktionsmittel in die Abgasleitung 4 eingespritzt. Dieser Einspritzvorgang beziehungsweise die Offenstellung des Injektors 9 wird durch eine Erhöhung des Drucks des Reduktionsmittels in dem Fluidraum 19 eingestellt. Umgekehrt unterstützt das in dem Federraum 26 und dem Stützflächenraum 25 eingeschlossene Luftpolster die Injektorfeder 23 bei einem anschließenden Schließvorgang der Injektornadel 15.
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Gefriert bei abgestellter Brennkraftmaschine 1 und niedrigen Umgebungstemperaturen das Reduktionsmittel in dem Injektor 9 ein, dehnt das Reduktionsmittel sich aus. Diese Ausdehnung wird von dem Injektor 9 dadurch kompensiert, dass dann die Injektornadel 15 ebenfalls in die geöffnete Stellung verstellt wird und der Stützflächenraum 25 als Eisdruckkompensationsraum dient. Dadurch ist eine Eisdruckfestigkeit des Injektors 9 sichergestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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