DE102019208153A1

DE102019208153A1 - Dosiermodul mit verbessertem Wärmeableitungsverhalten

Info

Publication number: DE102019208153A1
Application number: DE102019208153.3A
Authority: DE
Inventors: Dimitrios Dordanas; Juergen Hanneke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2020-12-10

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse (10) für eine Dosiervorrichtung zum Eindosieren eines Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels, in einen Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine. Im Gehäuse (10) befindet sich eine Aufnahme (12) für eine Dosiervorrichtung, ferner erstreckt sich im Gehäuse (10) im Bereich der Aufnahme (12) für eine Dosiervorrichtung mindestens ein Wärmerohr (30). Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf eine Verwendung des Gehäuses (10) in einem Abgasnachbehandlungssystem für die Nachbehandlung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Dosiermodul mit verbessertem Wärmeableitungsverhalten zum Dosieren eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Dosiermoduls mit verbessertem Wärmeableitungsverhalten in einem Abgasnachbehandlungssystem zur Nachbehandlung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine.
Stand der Technik
Um gesetzliche Vorgaben zu erfüllen, muss das von einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere das Abgas einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine bestimmte Schadstoff-Grenzwerte einhalten und insbesondere müssen die Partikel- und Stickoxidemissionen der Verbrennungskraftmaschine möglichst gering gehalten werden. Es werden Abgasnachbehandlungseinrichtungen eingesetzt, wie zum Beispiel Oxidationskatalysatoren (DOC), Dieselpartikelfilter (DPF) oder eine Kombination aus diesen, sowie NO_x-Speicherkatalysatoren (NSK). Ein weiteres Beispiel für eine Abgasnachbehandlungseinrichtung ist das SCR-Katalysatorsystem (Selective Catalytic Reduction). Für eine Regeneration sowie für den Betrieb eines derartigen SCR-Systems ist es erforderlich, bestimmte Reduktionsmittel als Dosierungsmittel in den Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine einzudosieren oder einzuspritzen. Derartige Reduktionsmittel, auch als Reduktionsmedium oder Reduktionsfluid bezeichnet, sind typischerweise Harnstoff (Ammoniak) zur selektiven katalytischen Reduktion in einem SCR-Katalysator. Das hierbei für die SCR-Reaktion benötigte Ammoniak wird üblicherweise nicht direkt, d. h. in reiner Form in den Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine eingebracht, sondern in Form einer wässrigen Harnstofflösung, die auch als Harnstoff-Wasser-Lösung bezeichnet wird. Die wässrige Harnstofflösung wird dabei vor dem SCR-Katalysator in den Abgasstrang eingebracht, wobei bei einer Reaktion des Harnstoffes mit dem Wasser durch kombinierte Thermolyse und Hydrolyse Ammoniak (NH₃) entsteht, welches bei der selektiven katalytischen Reduktion mit Stickstoffmonoxid NO und Stickstoffdioxid NO₂ zu molekularem Stickstoff N₂ und Wasser umgewandelt wird. Das so erzeugte Ammoniak kann in den SCR-Katalysator bei entsprechender Temperatur mit den Stickoxiden im Abgas reagieren, wobei durch die selektive katalytische Reduktion mit einem hohen Wirkungsgrad Stickoxide aus dem Abgas entfernt werden können.
Bei der Zugabe des Reduktionsmittels, d. h. bei der Einspritzung von Reduktionsmittel in den Abgasstrang ist eine möglichst gleichmäßige Verteilung im Abgasmassenstrom anzustreben. Eine bekannte Methode einer derartigen gleichmäßigen Einspritzung erfolgt mittels eines elektrisch angesteuerten Dosierventils zur Einbringung von Reduktionsmittel in die Abgasanlage, wie z. B. mittels eines mit einer Dosier- oder Förderpumpe betriebenen Injektors. Um hier auf die bekannte Technologie handelsüblicher Niederdruck- und Hochdruckbenzineinspritzventile zurückgreifen zu können, dürfen am Einbauort des Injektors keine zu hohen Temperaturen auftreten. Bei üblicherweise eingesetzten Injektoren beträgt die Temperaturobergrenze an der Injektorspitze ca. 120° C. Bei Überschreitung derartiger Temperaturschwellwerte kann die Funktionstüchtigkeit des Ventils signifikant beeinträchtigt werden. Außerdem kann eine lokale Zersetzung der wässrigen Harnstofflösung in Verbindung mit einer Kristallisation des gelösten Harnstoffes auftreten, die den Durchfluss der wässrigen Harnstofflösung durch das Dosierventil verringert und im ungünstigsten Fall vollständig verhindert.
Üblicherweise ist ein derartiges Dosierventil, das im Rahmen von katalytischen Anlagen zur Reduktion von Stickoxiden zum Einsatz kommt, in einem Dosierventilgehäuse untergebracht, das mit dem Abgastrakt fest verbunden ist, beispielsweise durch Verschraubungen oder dergleichen. Um nun das Dosierventil ausreichend zu kühlen, wird das Dosierventilgehäuse bzw. darin vorgesehene Kühlkanäle an eine externe Kühlmittelquelle angeschlossen, beispielsweise dadurch, dass die Kühlkanäle mit dem bereits vorhandenen Motorkühlmittelkreislauf verbunden werden. Diese Art der Verbindung lässt aus Standardisierungsgründen nur bestimmte Abmessungen der Verschraubungsgeometrie zwischen Dosierventilgehäuse und Abgastrakt zu. Diese Abmessungen wiederum diktieren einzuhaltende Abstände zwischen Befestigungsbohrungen und haben daher einen großen Einfluss beispielsweise auf die Innengeometrie eines Dosierventilgehäuses. Dies wiederum beeinflusst die Lage und die Position der Kühlkanäle in einem Dosierventilgehäuse nicht unerheblich.
DE 10 2016 209 272 A1 bezieht sich auf ein Gehäuse für eine Dosiervorrichtung zum Dosieren eines Reduktionsmittels in einem Abgasstrang einer selbstzündenden Brennkraftmaschine und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Die Dosiervorrichtung weist eine Aufnahme und zumindest einen Kühlmittelkanal auf, in dem Kühlmittel zur Kühlung der Dosiervorrichtung geführt wird. Der Kühlmittelkanal ist durch das Gehäuse gebildet, wobei die Aufnahme zur Vorrichtung zumindest teilweise umgibt. Der Kühlmittelkanal weist eine durchgehende Rohrgestalt auf. Das Dokument bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für eine Dosiervorrichtung, wobei eine Bereitstellung zumindest eines Einlegebauteiles in einer Gehäusegussform erfolgt, welches als verlorene Form für den Kühlmittelkanal dient sowie ferner einem Gießen des Gehäuses und einem Entfernen des zumindest einen Einlegebauteiles aus dem Gehäuse und einem Freilegen des gebildeten Kühlmittelkanals mit durchgehender Rohrgestalt.
Offenbarung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Freiräume innerhalb der Innengeometrie eines Gehäuses für ein Dosierventil besser ausnutzen zu können.
Erfindungsgemäß wird ein Gehäuse für eine Dosiervorrichtung zum Eindosieren eines Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels, in einen Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, welches eine Aufnahme für die Dosiervorrichtung umfasst. Innerhalb des Gehäuses erstreckt sich im Bereich der Aufnahme für die Dosiervorrichtung mindestens ein Wärmerohr.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung können die Freiräume innerhalb der Innengeometrie des Gehäuses für eine Dosiervorrichtung hinsichtlich des Wärmetransportes besser ausgenutzt werden. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich insbesondere ein effektiver Abtransport von Wärme am „heißen“ Ende der Dosiervorrichtung erreichen, die in nächster Nähe zum Abgasstrang liegt, in den das heiße Abgas strömt.
In vorteilhafter Weise ist das Gehäuse so ausgeführt, dass ein Verdampfungsbereich des mindestens einen Wärmerohres im Endbereich der Aufnahme für die Dosiereinrichtung liegt. Dadurch kann ein effektiver Abtransport von Wärme vom „heißen“ Ende der Dosiervorrichtung, die in der Regel als Dosierventil ausgebildet ist, erreicht werden.
In vorteilhafter Weise ist bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung das Gehäuse derart ausgebildet, dass ein Kondensationsbereich des mindestens einen Wärmerohres einem Wärmetauscher zugeordnet ist.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung weiter folgend, weist das mindestens eine Wärmerohr eine Krümmung auf. Je nach Grad der Krümmung können in besonders effektiver Weise große Teile des Gehäuses zur Wärmeabfuhr genutzt werden.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung erstreckt sich das mindestens eine Wärmerohr innerhalb des Gehäuses ausgehend von einem Bodenteil des Gehäuses entlang der Aufnahme für die Dosiereinrichtung in Richtung der Oberseite des Gehäuses.
Durch diese Ausgestaltung werden bisher nicht nutzbare Teile des Gehäuses dazu eingesetzt, Wärme in effizienter Weise vom Gehäuse an einen Wärmetauscher zu übertragen.
In besonders vorteilhafter Weise der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist das Gehäuse derart ausgebildet, dass der Kondensationsbereich des mindestens einen Wärmerohres in einem Strömungsquerschnitt des Wärmetauschers liegt, der von einem Kühlmedium durchströmt ist. Durch diese Lösung erfolgt ein sehr effektiver Abtransport der Wärme von dem mindestens einen Wärmerohr an das den Strömungsquerschnitt des Wärmetauschers durchströmende Kühlmedium.
In einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann mindestens eine Wand des Wärmetauschers mit einer Oberseite des Gehäuses eine Anlagefläche bilden, die eine Wärmeleitung ausgehend vom Gehäuse in den Wärmetauscher unterstützt. Bei dieser Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird nicht nur das mindestens eine Wärmerohr, sondern auch die Masse des Gehäuses und die Masse des Wärmetauschers zur Wärmeleitung genutzt. Da der Wärmetauscher von dem Kühlmedium in Strömungsrichtung durchströmt ist, erfolgt unmittelbar ein Abtransport von Wärme bzw. deren Übertragung an das Kühlmedium. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird der Strömungsquerschnitt des Wärmetauschers, in dem die Kondensationsbereiche des mindestens einen Wärmerohres liegen, vom Kühlmedium in Strömungsrichtung ausgehend von einer Einlassseite in Richtung zu einer Auslassseite durchströmt, was wiederum dem effektiven Abtransport von entstehender Wärme sehr zuträglich ist.
In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann der Wärmetauscher als ein in das Gehäuse integrierter Wärmetauscher ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine besonders platzsparende Bauweise.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Gehäuses zur Aufnahme einer Dosiervorrichtung zur Eindosierung eines Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels innerhalb eines Abgasnachbehandlungssystems in das Abgas einer Verbrennungskraftmaschine.
Vorteile der Erfindung
Hinsichtlich der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist hervorzuheben, dass in das Gehäuse, insbesondere eines Dosierventilgehäuses eines Abgasnachbehandlungssystems geformte Einlegeteile, insbesondere Wärmerohre, die aus extrem gut wärmeleitenden Werkstoffen gefertigt sind, während der Herstellung beispielsweise im Druckgussverfahren integriert werden können. Durch diese durch frühes Einlegen geformte Einlegeteile während des Herstellungsverfahrens können eine Reihe von Vorteilen erreicht werden: Zunächst besteht die Möglichkeit, serienmäßig vorhandene, äußere Konturen beizubehalten und insgesamt gesehen an einem Gehäuse, insbesondere eines Gehäuses zur Aufnahme einer Dosiervorrichtung, wie beispielsweise eines Dosierventils, dünnere Wandstärken zu ermöglichen und dadurch eine bessere und effektivere Kühlung einer als Dosierventil ausgebildeten Dosiervorrichtung zu erreichen. Durch diese Lösung entstehen insbesondere keine Leckagen durch eventuell vorhandene Lunker oder Poren im Gehäuse zur Aufnahme der Dosiervorrichtung. Des Weiteren ist eine Leckage nach außen beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Gehäuse ausgeschlossen, da heute eingesetzte Verschlussstopfen zur Abdeckung des Innenraumes des Gehäuses vollständig entfallen können. Des Weiteren ist aufgrund der frühen Integration mindestens eines Wärmerohres in das Gehäuse keine Verschmutzung durch Späne, die bei einer spanabhebenden Bearbeitung, wie beispielsweise das Bohren, entstehen können, zu befürchten. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann insbesondere eine äußere bzw. innere Leckage ausgeschlossen werden, wie sie durch ein nachträgliches spanabhebendes Bearbeiten, wie beispielsweise Bohren, durch angeschnittene Lunker bzw. Poren vorkommen können. Des Weiteren können in vorteilhafter Weise bei Einsatz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung Dichtigkeitsprüfungen nach dem Verschluss zuvor aufwändig gefertigter Bohrungen entfallen.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist des Weiteren eine freie Wahl der Anbaulage des Gehäuses am Abgasstrang eines Abgasnachbehandlungssystems möglich, was insbesondere durch das Entfallen von Totwassergebieten in den bisher vorgesehenen Kühlmittelkanälen begünstigt wird. Es lässt sich eine erhöhte Wärmeabfuhr durch Nutzung der Verdampfungswärme eines Mediums erreichen, was wiederum eine sehr hohe Wärmestromdichte erlaubt. Auf einer relativ kleinen Querschnittsfläche können relativ große Wärmemengen transportiert werden.
Hinsichtlich der Fertigung des Gehäuses können in vorteilhafter Weise vorgefertigte maßgenaue Einlegeteile eingesetzt werden, die positionsgenau die Kühlmittelkanalverläufe abbilden. Insgesamt gesehen lassen sich durch eine Wandstärkenreduzierung beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Gehäuse auch eine Massereduzierung und damit eine Gewichtsreduzierung erreichen.
Werden die geformten Einlegeteile, insbesondere ausgebildet als Heat Pipes mit unterschiedlichen Geometrien, als thermisch und druckresistente Einlegeteile gefertigt, während des Fertigungsprozesses des Gehäuses eingelegt, ermöglichen diese nach dem Erkalten den Wärmetransport von den heißen Stellen, d. h. vom abgasstrangseitigen Ende der Aufnahme des Dosierventils zum Wärmeträger, beispielsweise Wasser. Die geformten Einlegeteile, insbesondere ausgebildet als Heat Pipes, werden aus Kupfer, aus Stahl oder aus Aluminium gefertigt und sind aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit, die in der Größenordnung von 500 Watt pro Meter Kelvin liegt, äußerst effizient, um die am „heißen“ Ende der Dosiervorrichtung anstehende Wärme zum Wärmetauscher bzw. dem in dessen Querschnitt strömenden Kühlmedium zu transportieren.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann ein Gehäuse, insbesondere das Dosierventilgehäuse eines Abgasnachbehandlungssystems lageunabhängig am Abgastrakt eingebaut werden. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgestaltungsvarianten entsteht eine reduzierte Bauraumhöhe sowohl bei extern zum Dosierventilgehäuse angeordneten Wärmetauscher wie auch insbesondere bei der Ausführungsvariante, bei der der Wärmetauscher ein in das Dosierventilgehäuse integrierter Wärmetauscher ist. Werden die vorgeschlagenen Heat Pipes flach konfiguriert, besteht ein zusätzlicher Schutz beziehungsweise eine zusätzliche Isolierung des Dosierventils, welches den hohen Temperaturen ausgesetzt ist, da die Wärme direkt abgeführt werden kann.
Figurenliste
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigen:

1 ein Gehäuse mit einem in dieses integrierten Kühlkanal gemäß dem Stand der Technik,
2 einen Kühlkanal mit Anschlussöffnungen gemäß dem Stand der Technik und
3 eine Seitenansicht des in 2 in Draufsicht dargestellten Kühlkanals,
4 die Draufsicht auf ein Gehäuse
5 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Gehäuses mit integriertem geformtem Einlegeteil in Form eines Wärmerohres,
5.1 einen in das Gehäuse integrierten Wärmetauscher,
6.1 die Anordnung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Gehäuses und eines Wärmetauschers und
6.2 die Anordnung aus Wärmetauscher und Gehäuse in einer Ausführungsvariante der Erfindung.

1 zeigt ein Gehäuse 10 zur Aufnahme einer Dosiervorrichtung, die hier nicht mehr dargestellt ist. Aus der Draufsicht gemäß 1 geht hervor, dass im Gehäuse 10 eine Aufnahme 12 ausgebildet ist. In die in der Draufsicht dargestellte Aufnahme 12 wird eine nicht näher dargestellte Dosiervorrichtung in Gestalt eines Dosierventils eingelassen. Zur Befestigung des Gehäuses 10 am Abgasnachbehandlungssystem sind entsprechend einem Bohrungsmuster Befestigungsbohrungen 14 vorgesehen. In Anschlussöffnungen 18 ist ein in das Gehäuse 10 integrierter Kühlmittelkanal 16 dargestellt.
Im Bereich der Aufnahme 12 zur Aufnahme der Dosiervorrichtung liegen zueinander versetzt angeordnete Dosierventilbefestigungsbohrungen 20.
Mit Bezugszeichen 22 ist ein entfallender Materialbereich dargestellt. Eine Materialwandstärke 24 zwischen Kühlmittelkanal 16 und einer Außenseite der Aufnahme 12 ist mit Bezugszeichen 24 identifiziert.
Die 2 und 3 zeigen jeweils in der Draufsicht bzw. im Schnitt (vgl. 3) den Kühlmittelkanal 16, der sich von einer der Anschlussöffnungen 18 zu einer weiteren Anschlussöffnung erstreckt und im Wesentlichen einen U-förmigen Verlauf hat.
Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
4 zeigt eine Draufsicht auf ein Gehäuse 10, dessen Oberseite durch Bezugszeichen 58 bezeichnet ist.
Aus der Draufsicht gemäß 4 geht hervor, dass sich ein Kühlmittelkanal 16 durch das Gehäuse 10 erstreckt, in dem die Befestigungsbohrungen 14 entsprechend einem Bohrungsmuster ausgeführt sind. Der Kühlmittelkanal 16 erstreckt sich von einer Anschlussöffnung 18 zu einer weiteren Anschlussöffnung 18. Die Aufnahme 12 ist in ihrer Geometrie komplementär zu einer in dieser aufgenommenen Dosiervorrichtung beschaffen, beispielsweise einem Dosierventil. Über eine Öffnung 44 ragt die Einspritzöffnung der Dosiervorrichtung am „heißen“ Ende der Vorrichtung in den Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine und bringt den Betriebs-/Hilfsstoff, bei dem es sich insbesondere um ein Reduktionsmittel handelt, in das Abgas der Verbrennungskraftmaschine ein. Bei der Verbrennungskraftmaschine kann es sich um eine selbstzündende Verbrennungskraftmaschine oder auch um eine fremdgezündete Verbrennungskraftmaschine handeln.
5 zeigt eine Darstellung eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Gehäuses 10 zur Aufnahme einer Dosiervorrichtung.
5 zeigt, dass in das Material des Gehäuses 10 mindestens ein geformtes Einlegeteil 28 eingelassen ist. Bei dem mindestens einen in das Material des Gehäuses 10 eingelassenen geformten Einlegeteiles 18 handelt es sich beispielsweise um ein Wärmerohr 30. Das Wärmerohr 30 umfasst einen Kondensationsbereich 32, der sich über die Oberseite 58 des Gehäuses 10 erstreckt. Ferner umfasst das mindestens eine Wärmerohr 30 einen Verdampfungsbereich 34, der sich durch das Material des Gehäuses 10, insbesondere entlang des Bereiches erstreckt, in dem die Aufnahme 12 für die Dosiervorrichtung in Gestalt eines Dosierventils liegt. Die am „heißen“ Ende, insbesondere innerhalb eines Endbereiches 40 der Aufnahme 12 entstehende Wärme wird durch das mindestens eine Wärmerohr 30 abgeführt.
Bei dem Material, aus dem die geformten Einlegeteile 28 in Gestalt von Wärmerohren 30 gefertigt werden, kann es sich insbesondere um Kupferstahl oder Aluminium handeln. Diese Materialien weisen eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit von 5000 Watt/m Kelvin auf und ermöglichen einen effizienten Wärmetransport von der Dosiervorrichtung weg in Richtung zu einem Wärmetauscher 46, vgl. 6.1 bzw. 6.2.
Aus der Darstellung gemäß 5 geht hervor, dass sich das Wärmerohr 30 entsprechend einer Krümmung 36 durch das Gehäuse 10 erstreckt. Das geformte Einlegeteil 28 ist in Gestalt mindestens eines Wärmerohres 30 symmetrisch zu seiner Symmetrie aufgebaut. 5 zeigt, dass sich der Kondensationsbereich 32 über die Oberseite 58 des Gehäuses 10 hinaus erstreckt. Demgegenüber ist der Verdampfungsbereich 34 vollständig in das Material des Gehäuses 10 eingebettet.
Bei der Herstellung der Gehäuse 10 wie sie in 5 dargestellt sind, werden die als Wärmerohre 30 ausgebildeten geformten Einlegeteile 28 insbesondere während des Herstellprozesses in das Material des Gehäuses 10 eingelegt. Nach dem Erkalten des Materials des Gehäuses 10 leisten die geformten Einlegeteile 28 in Gestalt mindestens eines Wärmerohres 30 den Wärmetransport auf sehr effiziente Weise von den „heißen“ Stellen, d. h. dem Endbereich 40 der Aufnahme 12 hin zum Wärmetauscher 46, der von einem Kühlmedium durchströmt wird und in den 6.1 und 6.2 dargestellt ist.
Das Gehäuse 10 gemäß 5 umfasst einen Bodenteil 42, in dem sich eine Öffnung 44 befindet. Die Öffnung 44 ist in Bezug zur eingesetzten Dosiervorrichtung in Gestalt eines Dosierventils von komplementärer Geometrie. Hier entsteht die höchste Wärme, da an der Öffnung 44 der Betriebs-/Hilfsstoff in den Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine eindosiert wird. Im Bodenteil 42 sind die Befestigungsbohrungen 14 aufgenommen, mit deren Hilfe das Gehäuse 10 am Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine befestigt wird.
Der Darstellung gemäß 5.1 ist ein in das Gehäuse 10 integrierter Wärmetauscher 62 zu entnehmen. 5.1 zeigt, dass sich das Wärmerohr 30, welches in der Krümmung 36 ausgebildet ist, durch das Gehäuse 10 erstreckt. Der Verdampfungsbereich 34, an dem das Wärmerohr 30 Wärme aufnimmt, liegt am „heißen“ Ende der Aufnahme 12, in der das hier nicht näher dargestellte Dosierventil zum Eindosieren eines Betriebs-/Hilfsstoffes in den Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine aufgenommen ist. Das Einspritzen des Betriebs-/Hilfsstoffes erfolgt an einer Öffnung 44, die im Bodenteil 42 des Gehäuses 10 ausgebildet ist. Im Endbereich 40 der Aufnahme 12 liegen die höchsten Temperaturen vor, da dieser Bereich unmittelbar an den Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine grenzt. In diesem Bereich liegt der Verdampfungsbereich 34, während sich der Kondensationsbereich 32 des Wärmerohres 30 in einen integrierten Wärmetauscher 62 erstreckt. Dieser ist in das Gehäuse 10 insbesondere eines Dosiermoduls integriert und umfasst einen Kühlmittelanschluss 64, der in 5.1 angedeutet ist und innerhalb des integrierten Wärmetauschers 62 liegt ebenso wie der Kondensationsbereich 32 des Wärmerohres 30. Durch die in 5.1 dargestellte Ausführungsvariante des Gehäuses ist eine besonders bauraumsparende Version dargestellt, die lageunabhängig aufgrund ihrer kompakten Baugröße am Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet werden kann.
Der Darstellung in 6.1 ist zu entnehmen, dass sich oberhalb des Gehäuses 10, d. h. an der Oberseite 58 des Gehäuses 10 ein Wärmetauscher 46 befindet. Bei dem Wärmetauscher 46 handelt es sich beispielsweise um ein zylindrisches Rohr oder um eine eckige Geometrie, die einen Strömungsquerschnitt 48 begrenzt. Dieser wird von einem Kühlmedium, beispielsweise kühlem Wasser, von einem Einlass 52 in Strömungsrichtung 56 gesehen, in Richtung eines Auslasses 54 durchströmt. Wie aus 6.1 hervorgeht, ragen von der Oberseite 58 des Gehäuses 10 ausgehend die Kondensationsbereiche 32 hier nebeneinander angeordneter Wärmerohre 30 in den Strömungsquerschnitt 48 hinein. Aufgrund der Durchströmung des Strömungsquerschnitts 48 durch das Kühlmedium in Strömungsrichtung 56 stellt sich im Bereich der Kondensationsbereiche 32 der in 6.1 dargestellten Enden der Wärmerohre 30 ein effektiver Wärmeübergang ein. Die beiden Verdampfungsbereiche 32 der hier nebeneinander liegend dargestellten Wärmerohre 30 können auch versetzt zueinander angeordnet sein, so dass sich in Strömungsrichtung 56 gesehen, vom Einlass 52 her in Richtung des Auslasses 54 eine Verwirbelung im Kühlmedium einstellt, die einen besonders effektiven Wärmeübergang an das Kühlmedium ermöglicht.
Des Weiteren zeigt die Darstellung gemäß 6.1, dass der Wärmetauscher 46 mit seiner unteren Wand 50 an der Oberseite 58 des Gehäuses 10 anliegt. Dadurch wird eine Anlagefläche 60 gebildet, die einen Wärmeübergang durch Wärmeleitung ausgehend von der Oberseite 58 des Gehäuses 10 an das Material, d. h. die Wand 50 des Wärmetauschers 46 ermöglicht. Dadurch stehen zwei Wärmeübertragungsmechanismen, nämlich die Wärmeabfuhr auf konvektivem Wege im Strömungsquerschnitt 48 einerseits und andererseits eine Wärmeleitung von der Oberseite 58 des Gehäuses 10 an die Wand 50 des Wärmetauschers 46 zum Abtransport der entstehenden Wärme zur Verfügung.
6.2 ist zu entnehmen, dass der Wärmetauscher 46 in der dargestellten Ausführungsform einen quadratischen Querschnitt aufweist. Der Wärmetauscher 46 begrenzt den Strömungsquerschnitt 48, der - vgl. Darstellung gemäß 6.1 - in Richtung der Zeichenebene gemäß 6.2 vom Kühlmedium durchströmt wird. Aus 6.2 geht hervor, dass der dort dargestellte Wärmetauscher 46 die Oberseite 58 des Gehäuses 10 gerade nicht berührt, sondern in einem geringen Abstand von dieser verläuft. Der Wärmetauscher 46 kann sowohl fest mit den einzelnen als geformte Einlegeteile 28 ausgebildeten Wärmerohren 30 verbunden werden, beispielsweise durch Verklemmung, Verschraubung oder Verpressung. Des Weiteren besteht die Möglichkeit - wie in 6.1 angedeutet - den Wärmetauscher 46 aus Stabilitätsgründen auch direkt mit der Oberseite 58 des Gehäuses 10 zu verbinden. Beide Ausführungsmöglichkeiten sind möglich und in das Ermessen des Fachmanns gestellt.
In Bezug auf die Ausführungsvarianten der Anordnung von Wärmetauscher 46 zum Gehäuse 10 ist anzumerken, dass für den Fall, dass mehrere Wärmerohre 30 mit ihren Kondensationsbereichen 32 innerhalb des Strömungsquerschnitts 48 des Wärmetauschers 46 enden, eine versetzte Anordnung der Wärmerohre 30 in Bezug auf die Strömungsrichtung 56 des Kühlmediums, den erreichbaren Wärmeübergang, d. h. den erreichbaren Abtransport der Wärme an das Kühlmedium verbessert. Auch die Strömungsgeschwindigkeit, mit der das Kühlmedium den Strömungsquerschnitt 48 des Wärmetauschers 46 passiert, hat Einfluss auf die erreichbare Wärmeübertragung vom Gehäuse 10 an das Kühlmedium, bei dem es sich im einfachsten Fall um Kühlwasser der Verbrennungskraftmaschine handelt, welches aus dem Kühlmediumkreislauf abgezweigt wird.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016209272 A1 [0005]

Claims

Gehäuse (10) für eine Dosiervorrichtung zum Eindosieren eines Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels, in einen Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer Aufnahme (12) für die Dosiervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Gehäuse (10) im Bereich der Aufnahme (12) für die Dosiervorrichtung mindestens ein Wärmerohr (30) erstreckt.
Gehäuse (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdampfungsbereich (34) des mindestens einen Wärmerohres (30) im Endbereich (40) der Aufnahme (12) für die Dosiervorrichtung liegt.
Gehäuse (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einem Kondensationsbereich (32) des mindestens einen Wärmerohres (30) ein Wärmetauscher (46) zugeordnet ist.
Gehäuse (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wärmerohr (30) eine Krümmung (36) aufweist.
Gehäuse (10) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich das mindestens eine Wärmerohr (30) ausgehend von einem Bodenteil (42) des Gehäuses (10) entlang der Aufnahme (12) für die Dosiervorrichtung zur Oberseite (58) des Gehäuses (10) erstreckt.
Gehäuse (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensationsbereich (32) des mindestens einen Wärmerohres (30) in einem Strömungsquerschnitt (48) des Wärmetauschers (46) liegt, der von einem Kühlmedium durchströmt ist.
Gehäuse (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Wand (50) des Wärmetauschers (46) einerseits und einer Oberseite (58) des Gehäuses (10) andererseits eine Anlagefläche (60) ausgebildet ist, die eine Wärmeleitung vom Gehäuse (10) in den Wärmetauscher (46) bewirkt.
Gehäuse (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt (48), in dem der Kondensationsbereich (32) des mindestens einen Wärmerohres (30) liegt, vom Kühlmedium in Strömungsrichtung (56) vom Einlass (52) zum Auslass (54) durchströmt ist.
Gehäuse (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (46) ein in das Gehäuse (10) integrierter Wärmetauscher (62) ist.
Verfahren zur Herstellung des Gehäuses (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Gehäuses (10) geformte Einlegeteile (28) aus thermisch und druckresistentem Material eingelegt werden, die sich nach dem Erkalten des Werkstoffes des Gehäuses (10) durch dieses erstrecken und einen Wärmetransport von einer Aufnahme (12) für eine Dosiervorrichtung zum Wärmeträger ermöglichen.
Verwendung des Gehäuses (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Aufnahme einer Dosiervorrichtung zur Eindosierung eines Betriebs-/Hilfsstoffes, insbesondere eines Reduktionsmittels, innerhalb eines Abgasnachbehandlungssystems in das Abgas einer Verbrennungskraftmaschine.
Dosiervorrichtung zum Eindosieren eines Betriebs-/Hilfsstoffes in einem Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9.