DE112019003700T5

DE112019003700T5 - Reagensinjektor

Info

Publication number: DE112019003700T5
Application number: DE112019003700.5T
Authority: DE
Inventors: Abhijit P. Upadhyde; Alan Brockman
Original assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Current assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2019-07-24
Publication date: 2021-04-29
Also published as: US20180328249A1; CN112513435A; US10683786B2; WO2020023637A1; CN112513435B

Abstract

Ein Injektor (110, 400, 600, 800, 900) zum Einspritzen eines Reagens weist einen ersten Injektorkörper (202, 402) auf, der ein erstes Ende (805) und ein zweites Ende (807) definiert. Der erste Injektorkörper (202, 402) weist ferner eine Auslassöffnung (228, 428) auf, die proximal zum zweiten Ende (807) angeordnet ist. Der Injektor (110, 400, 600, 800, 900) weist ferner eine Ventilbaugruppe (216, 412) auf, die zumindest teilweise von dem ersten Injektorkörper (202, 402) umschlossen ist. Die Ventilbaugruppe (216, 412) ist so konfiguriert, dass sie das Reagens selektiv durch die Auslassöffnung (228, 428) des ersten Körpers (202, 402) abgibt. Der Injektor (110, 400, 600, 800, 900) weist ferner ein Abdeckungselement (801) auf, das an den ersten Injektorkörper (202, 402) gekoppelt und so ausgelegt ist, dass es das zweite Ende (807) des ersten Injektorkörpers (202, 402) zumindest teilweise abdeckt. Das Abdeckungselement (801) weist einen integralen Flanschabschnitt (803) zum Befestigen des Injektors (110, 400, 600, 800, 900) an einer Komponente auf.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 25. Juli 2018 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 16/044,980 , die durch Bezugnahme vollumfänglich hierin aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Injektoren und insbesondere einen Injektor zum Einspritzen eines Reagens in einen Abgasstrom eines Motors.
HINTERGRUND
Magermotoren bieten eine verbesserte Kraftstoffeffizienz, indem sie mit einem Sauerstoffüberschuss arbeiten, d.h. mit einer Sauerstoffmenge, die größer ist als die zur vollständigen Verbrennung des verfügbaren Kraftstoffs erforderliche Menge. Man spricht dabei davon, dass solche Motoren „mager“ oder mit einem „mageren Gemisch“ laufen. Diese verbesserte oder gesteigerte Kraftstoffökonomie gegenüber der Verbrennung in Nicht-Magermotoren wird jedoch durch unerwünschte Schadstoffemissionen, insbesondere in Form von Stickoxiden (NOx), aufgehoben.
Ein zum Verringern von NOx-Emissionen aus Magerverbrennungsmotoren verwendetes Verfahren ist bekannt als selektive katalytische Reduktion (selective catalytic reduction, SCR). Wenn SCR beispielsweise zur Reduzierung der NOx-Emissionen eines Dieselmotors verwendet wird, wird ein zerstäubtes Reagens in den Abgasstrom des Motors in Abhängigkeit von einem oder mehreren ausgewählten Motorbetriebsparametern, wie Abgastemperatur, Motordrehzahl (U/min) oder Motorlast, gemessen durch den Motorkraftstoffdurchfluss, Turboladedruck oder Abgas-NOx-Massenstrom, eingespritzt. Das Reagens/Abgas-Gemisch wird durch einen Reaktor geleitet, der einen Katalysator enthält, beispielsweise aktivierten Kohlenstoff, oder Metalle wie Platin, Vanadium oder Wolfram, die in der Lage sind, die NOx-Konzentration in Gegenwart des Reagens zu verringern. Typischerweise wird ein Injektor verwendet, um das Reagens in den Abgasstrom des Motors einzuspritzen.
Es ist bereits ein Injektor zum Einspritzen eines Reagens aus der US2014054394A1 bekannt. Dieser weist einen Injektorkörper mit einer Auslassöffnung auf. Mit der Auslassöffnung steht eine Ventilbaugruppe in Wirkverbindung, die zumindest teilweise von dem Injektorkörper umschlossen ist.
Wässrige Harnstofflösung ist als wirksames Reagens in SCR-Systemen für Dieselmotoren bekannt. Die Verwendung einer solchen wässrigen Harnstofflösung hat jedoch viele Nachteile. Einer der Nachteile ist die Ausdehnung der wässrigen Harnstofflösung im gefrorenen Zustand durch die Bildung von Eis. Wässrige Harnstofflösung kann in manchen Situationen wie beispielsweise bei kaltem Wetter zum Gefrieren neigen. Die Ausdehnung der wässrigen Harnstofflösung im gefrorenen Zustand kann eine oder mehrere Komponenten des Injektors beschädigen. Der Injektor muss dann möglicherweise repariert oder ausgetauscht werden, was zu Ausfallzeiten und erhöhten Kosten führt. Das Gefrieren des Reagens kann auch zu einer Fehlfunktion des Injektors führen, was zu unerwünschten Ablagerungen in einem Abgassystem führt. In ähnlicher Weise kann jede andere Fluidzufuhrkomponente durch Gefrieren des Fluids beschädigt werden.
Dementsprechend kann es wünschenswert sein, einen verbesserten Reagensinjektor bereitzustellen, der einige oder alle dieser Probleme angeht.
KURZDARSTELLUNG
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Injektor zum Einspritzen eines Reagens bereitgestellt. Der Injektor weist einen ersten Injektorkörper auf, der ein erstes Ende und ein zweites Ende definiert. Der erste Injektorkörper weist ferner eine Auslassöffnung auf, die proximal zum zweiten Ende angeordnet ist. Der Injektor weist ferner eine Ventilbaugruppe auf, die zumindest teilweise von dem ersten Injektorkörper umschlossen ist. Die Ventilbaugruppe ist so konfiguriert, dass sie das Reagens selektiv durch die Auslassöffnung des ersten Injektorkörpers abgibt. Der Injektor weist ferner ein Abdeckungselement auf, das an den ersten Injektorkörper gekoppelt ist und so ausgelegt ist, dass es das zweite Ende des ersten Injektorkörpers zumindest teilweise abdeckt. Das Abdeckungselement weist einen integralen Flanschabschnitt zum Befestigen des Injektors an einer Komponente auf.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Injektor zum Einspritzen eines Reagens bereitgestellt. Der Injektor weist einen ersten Injektorkörper auf, der ein erstes Ende und ein zweites Ende definiert. Der erste Injektorkörper weist ferner eine Auslassöffnung auf, die proximal zum zweiten Ende angeordnet ist. Der Injektor weist ferner einen an den ersten Injektorkörper gekoppelten zweiten Injektorkörper auf. Der zweite Injektorkörper weist ein Reagensrohr auf. Der Injektor weist ferner eine Ventilbaugruppe auf, die zumindest teilweise von dem ersten Injektorkörper umschlossen ist. Die Ventilbaugruppe ist so konfiguriert, dass sie das Reagens selektiv durch die Auslassöffnung des ersten Injektorkörpers abgibt. Der Injektor weist ferner ein Abdeckelement auf, das an den ersten Injektorkörper gekoppelt ist und so ausgelegt ist, dass es das zweite Ende des ersten Injektorkörpers zumindest teilweise abdeckt. Das Abdeckungselement weist einen integralen Flanschabschnitt zum Befestigen des Injektors an einer Komponente auf.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Injektor zum Einspritzen eines Reagens bereitgestellt. Der Injektor weist einen ersten Injektorkörper auf, der ein erstes Ende und ein zweites Ende definiert. Der erste Injektorkörper weist ferner eine Auslassöffnung auf, die proximal zum zweiten Ende angeordnet ist. Der Injektor weist ferner einen an den ersten Injektorkörper gekoppelten zweiten Injektorkörper auf. Der zweite Injektorkörper weist ein Reagensrohr auf. Der Injektor weist ferner eine Ventilbaugruppe auf, die zumindest teilweise von dem ersten Injektorkörper umschlossen ist. Die Ventilbaugruppe ist so konfiguriert, dass sie das Reagens selektiv durch die Auslassöffnung des ersten Injektorkörpers abgibt. Der Injektor weist ferner ein an den ersten Injektorkörper gekoppeltes Abdeckungselement auf. Das Abdeckungselement weist einen Schalenabschnitt auf, der so ausgelegt ist, dass er das zweite Ende des ersten Injektorkörpers zumindest teilweise abdeckt. Der Schalenabschnitt und der erste Injektorkörper definieren eine Fluidkammer. Das Abdeckungselement weist ferner einen Flanschabschnitt zum Befestigen des Injektors an einer Komponente auf. Der Flanschabschnitt ist mit dem Schalenabschnitt integral ausgebildet.
Weitere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen hervor.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Schaubild, das ein beispielhaftes Abgasnachbehandlungssystem mit einem Reagensinjektor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2 ist eine perspektivische Ansicht des Reagensinjektors gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
3 ist eine Draufsicht auf den Reagensinjektor aus 2;
4 ist eine Querschnittsansicht des Reagensinjektors aus 2;
5 ist eine weitere Querschnittsansicht des Reagensinjektors aus 2;
6 ist eine weitere Querschnittsansicht des Reagensinjektors aus 2;
7 ist eine Querschnittsansicht des Reagensinjektors aus 2 in einer ausgefahrenen Konfiguration gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Reagensinjektors gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
9 ist eine Querschnittsansicht des Reagensinjektors aus 8;
10 ist eine weitere Querschnittsansicht des Reagensinjektors aus 8;
11 ist eine Querschnittsansicht des Reagensinjektors aus 8 in einer erweiterten Konfiguration gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
12 ist eine Querschnittsansicht eines Reagensinjektors gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
13 ist eine Querschnittsansicht des Reagensinjektors aus 12 in einer erweiterten Konfiguration gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
14 ist eine perspektivische Ansicht eines Reagensinjektors gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
15 ist eine perspektivische Ansicht eines Abdeckungselements des Reagensinjektors gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
16 ist eine Querschnittsansicht des Reagensinjektors aus 14;
17 ist eine Querschnittsansicht des Reagensinjektors aus 14 in einer ausgefahrenen Konfiguration gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung; und
18 ist eine perspektivische Ansicht eines Reagensinjektors gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es werden nunmehr beispielhafte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
Es ist zu beachten, dass, auch wenn die vorliegenden Lehren im Zusammenhang mit Dieselmotoren und der Reduktion von Stickoxid- (NOx-) Emissionen beschrieben werden können, die vorliegenden Lehren in Verbindung mit einem von mehreren Abgasströmen verwendet werden können, wie z.B., als nicht einschränkende Beispiele, mit denen von Benzin-, Turbinen-, Brennstoffzellen-, Düsen- oder jeder anderen Energiequelle, die einen Abgasstrom abgibt. Darüber hinaus können die vorliegenden Lehren in Verbindung mit der Verringerung einer von mehreren unerwünschten Emissionen verwendet werden.
Soweit möglich, werden über die Zeichnungen hinweg dieselben Bezugszeichen zur Bezeichnung derselben oder gleicher Teile verwendet. 1 veranschaulicht ein beispielhaftes Abgassystem 100 für einen Motor 102. In 1 bezeichnen durchgezogene Linien zwischen Elementen des Abgassystems 100 Fluidleitungen, während gestrichelte Linien elektrische Verbindungen bezeichnen. Der Motor 102 kann mit einer Kraftstoffquelle in Verbindung stehen, die nach dem Verbrauch Abgase erzeugt, die in ein Abgasrohr oder eine Abgasleitung 106 mit einem Abgasnachbehandlungssystem 108 abgegeben werden. Das Abgasnachbehandlungssystem 108 kann eine Abgasbehandlungskomponente 112 aufweisen, die stromabwärts des Motors 102 angeordnet ist. In der veranschaulichten Ausführungsform weist die Abgasbehandlungskomponente 112 eine Komponente 114 für selektive katalytische Reduktion (SCR) auf. Die SCR-Komponente 114 kann ein Katalysatorbett zur katalytischen Reduktion von NOx-Emissionen im Abgasstrom aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann die Abgasbehandlungskomponente 112 jedoch zusätzlich einen Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) und ein Dieselpartikelfilter (DPF) aufweisen. Die Abgasbehandlungskomponente 112 kann ferner Komponenten wie beispielsweise eine Temperaturerhöhungseinrichtung oder einen Brenner 116 aufweisen, um eine Temperatur der durch die Abgasleitung 106 strömenden Abgase zu erhöhen. Ein Erhöhen der Temperatur des Abgases ist vorteilhaft zur Erzielung des Anspringens des Katalysators in der Abgasbehandlungskomponente 112 bei Kaltwetterbedingungen und beim Starten des Motors 102 und zur Initiierung einer Regeneration der Abgasbehandlungskomponente 112, wenn die Abgasbehandlungskomponente 112 ein DPF aufweist.
Um die Verringerung der vom Motor 102 erzeugten Emissionen zu unterstützen, weist das Abgasnachbehandlungssystem 108 einen Injektor 110 zum periodischen Dosieren eines Abgasnachbehandlungsfluids oder -reagens in den Abgasstrom des Motors 102 auf. Der Injektor 110 kann sich stromaufwärts der Abgasbehandlungskomponente 112 befinden und ist betriebsfähig, das Reagens in den Abgasstrom einzuspritzen. Der Injektor 110 steht über eine Versorgungsleitung 124 in Fluidverbindung mit einem Reagenstank 120 und einer Pumpe 122. Wahlweise kann ein Filter (nicht gezeigt) zwischen der Pumpe 122 und dem Reagenstank 120 vorgesehen sein. Bei dem Reagens kann es sich um eine Harnstofflösung, ein Diesel Exhaust Fluid (DEF), AdBlue® oder ähnliches handeln. Zudem ist zu beachten, dass ein oder mehrere Reagenzien in dem System verfügbar sein können und einzeln oder in Kombination verwendet werden können. Zwar ist in 1 ein einzelner Injektor 110 veranschaulicht, jedoch können auch mehrere solcher Injektoren 110 im Rahmen der vorliegenden Offenbarung in Betracht gezogen werden. In einer weiteren Ausführungsform kann der Injektor 110 zudem mit einem Luftunterstützungsinjektor verwendet werden.
Die benötigte Reagensmenge kann mit der Last, den Umdrehungen pro Minute (U/min) des Motors, der Motordrehzahl, der Abgastemperatur, dem Abgasdurchfluss, dem Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffs in den Motor, dem Luftdruck, der relativen Luftfeuchtigkeit, der Motorkühlmitteltemperatur, der Abgasrückführungsrate (Exhaust Gas Recirculation, EGR) und der gewünschten NOx-Reduktion variieren. Ein NOx-Sensor oder -Messgerät 118 ist stromabwärts der SCR-Komponente 114 positioniert. Der NOx-Sensor 118 ist betriebsfähig, ein den Abgas-NOx-Gehalt anzeigendes Signal an eine Motorsteuereinheit (Engine Control Unit, ECU) 126 auszugeben. Alle oder einige der Motorbetriebsparameter können von der ECU 126 über einen Motor/Fahrzeug-Datenbus an eine elektronische Einspritzsteuerung 128 geliefert werden. Die elektronische Einspritzsteuerung 128 kann auch als Teil der ECU 126 enthalten sein. Abgastemperatur, Abgasdurchfluss und Abgasgegendruck können durch entsprechende Sensoren (nicht gezeigt) gemessen werden. Die elektronische Einspritzsteuerung 128 kann den Injektor 110 steuern, um die Einspritzung des Reagens in den Abgasstrom des Motors 102 zu regeln.
Temperaturempfindliche Reagenzien wie beispielsweise wässriger Harnstoff neigen dazu, sich bei erhöhten Temperaturen von 300 °C bis 650 °C, die in einem Motorabgassystem auftreten können, zu verfestigen. Es kann wünschenswert sein, das Reagens unter 140 °C und bevorzugt in einem unteren Betriebsbereich zwischen 5 °C und 95 °C zu halten, um sicherzustellen, dass eine Verfestigung des Harnstoffs verhindert wird. Wenn die Bildung von verfestigtem Harnstoff zugelassen wird, kann dieser bewegliche Teile, Öffnungen und Durchgänge des Injektors 110 verschmutzen. Um niedrigere Betriebstemperaturen aufrechtzuerhalten, kann der Injektor 110 mit einem Fluid versorgt werden, das als Kühlmittel wirkt. In der veranschaulichten Ausführungsform unterscheidet sich das Fluid von dem Reagens und wird durch ein Kühlsystem 130 zugeführt. In einer Ausführungsform kann das Kühlsystem 130 ein Motorkühlsystem sein und verschiedene Komponenten wie beispielsweise einen Radiator, einen Lüfter, einen Fluidtank, Fluidleitungen, ein oder mehrere Ventile usw. aufweisen. In einem solchen Fall kann es sich bei dem Fluid um Wasser oder eine wässrige Lösung handeln. Das Fluid kann dem Injektor 110 über eine Fluidversorgungsleitung 132 zugeführt werden. Eine Fluidrücklaufleitung 134 ermöglicht die Rückführung des Fluids in das Kühlsystem 130 zur Kühlung und Rezirkulation. In der Fluidversorgungsleitung 132 und/oder der Fluidrücklaufleitung 134 können eine oder mehrere Komponenten (z.B. Ventile, Filter usw.) vorgesehen sein. In einer Ausführungsform kann das Kühlsystem 130 eine eigene Pumpe zur Versorgung des Injektors 110 mit dem Fluig aufweisen. Die Pumpe kann auf Grundlage einer Temperatur des Reagens gesteuert werden.
Auch wenn in 1 ein separates Kühlsystem 130 für den Injektor 110 dargestellt ist, können im Umfang der vorliegenden Offenbarung auch alternative Kühlkonfigurationen in Betracht gezogen werden. In einer Ausführungsform kann das Reagens innerhalb des Injektors 110 rezirkuliert werden, um für Kühlung zu sorgen. Anstelle des Kühlsystems 130 kann eine Rücklaufleitung (nicht gezeigt) zwischen dem Injektor 110 und dem Reagenstank 120 vorgesehen werden, um eine Rezirkulation des Reagens zu ermöglichen. Die Konfiguration des Injektors 110 kann entsprechend variieren.
In manchen Situationen, beispielsweise bei kalten Umgebungstemperaturen, kann das dem Injektor 110 zugeführte Reagens zum Gefrieren neigen. Reagenzien wie beispielsweise wässriger Harnstoff neigen dazu, sich während des Gefrierens auszudehnen. Diese Ausdehnung im gefrorenen Zustand ist auf die Bildung von Eis zurückzuführen. Eine solche Ausdehnung des Reagens kann aufgrund des vom Eis ausgeübten Drucks eine oder mehrere Komponenten des Injektors 110 beschädigen. Der Injektor 110 gemäß der vorliegenden Offenbarung verfügt über eine Gefrierschutzfunktion, die in einer ausgefahrenen Konfiguration eine Ausdehnung des Reagens ermöglichen kann, wobei eine Beschädigung des Injektors 110 verhindert wird. Die Gefrierschutzfunktion kann es außerdem ermöglichen, dass der Injektor 110 in eine normale Konfiguration zurückkehrt, wenn das Reagens (d.h. das Eis) aufgetaut ist.
Der Injektor 110 wird unter Bezugnahme auf 2 bis 7 weiter beschrieben. Der Injektor 110 ist zum Einspritzen eines Reagens in den Abgasstrom des Motors 102 (in 1 gezeigt) vorgesehen. Der Injektor 110 weist einen ersten Injektorkörper 202 (im Folgenden als „erster Körper 202“ bezeichnet), einen zweiten Injektorkörper 204 (im Folgenden als „zweiter Körper 204“ bezeichnet), ein Federelement 206, ein Elektroanschlussgehäuse 210 (im Folgenden als „Anschlussgehäuse 210“ bezeichnet), ein Fluideinlassrohr 212, ein Fluidauslassrohr 214 und eine Ventilbaugruppe 216 auf. Der Injektor 110 kann eine Längsachse ‚L‘ definieren, die sich entlang einer Länge des Injektors 110 erstreckt.
Der erste Körper 202 kann im Wesentlichen hohl sein und umschließt zumindest teilweise die Ventilbaugruppe 216. Ferner kann der erste Körper 202 an einem oberen und einem unteren Ende offen sein. Eine obere Kappe 218 kann das obere Ende des ersten Körpers 202 zumindest teilweise abdecken. Das untere Ende des ersten Körpers 202 kann durch eine untere Kappe 220 abgedeckt sein. Ein Montageflansch 222 ist ferner am unteren Ende mit dem ersten Körper 202 verbunden. Der erste Körper 202 weist einen erweiterten Abschnitt 223 zur Kopplung mit dem Montageflansch 222 auf. Der Montageflansch 222 definiert mehrere Flanschöffnungen 224. Die Flanschöffnungen 224 ermöglichen die Befestigung des Montageflansches 222 an der Abgasleitung 106 (in 1 gezeigt) über mechanische Befestigungsmittel wie beispielsweise Schrauben. In einer alternativen Ausführungsform kann der Montageflansch 222 mit dem ersten Körper 202 integral ausgebildet sein. Der erste Körper 202 weist zudem am unteren Ende einen Leitungsabschnitt 226 auf. Der Leitungsabschnitt 226 kann eine hohle Konfiguration haben. Der Leitungsabschnitt 226 definiert eine Auslassöffnung 228 zur Abgabe des Reagens. Die untere Kappe 220 und der Montageflansch 222 können über verschiedene Verfahren mit dem ersten Körper 202 verbunden sein, beispielsweise durch Schweißen, Hartlöten, Haftmittel, mechanische Befestigungsmittel, Übermaßpassung usw. In einer Ausführungsform können die untere Kappe 220 und/oder der Montageflansch 222 lösbar mit dem ersten Körper 202 verbunden sein.
Der erste Körper 202 weist zudem einen oberen Abschnitt 227 auf. Der obere Abschnitt 227 weist eine Anschlussöffnung 229 zur Aufnahme des Anschlussgehäuses 210 durch diese hindurch auf. Der erweiterte Abschnitt 223 kann sich vom oberen Abschnitt 227 aus erstrecken. Der Leitungsabschnitt 226 kann sich ebenfalls vom oberen Bereich 227 aus erstrecken. Die obere Kappe 218 kann auf dem oberen Abschnitt 227 angeordnet sein.
In der veranschaulichten Ausführungsform weist der erste Körper 202 zudem in der Nähe des unteren Endes einen vertieften Abschnitt 230 auf. Der vertiefte Abschnitt 230 und die untere Kappe 220 können zusammen eine Fluidkammer 232 definieren. Die Fluidkammer 232 kann den Leitungsabschnitt 226 zumindest teilweise umgeben. Der erste Körper 202 weist ferner ein Paar Aufnahmeabschnitte 234 zur zumindest teilweisen Aufnahme der Fluideinlass- und -auslassrohre 212, 214 auf. Die Aufnahmeabschnitte 234 können als Rundvorsprünge ausgeführt sein, die sich von dem ersten Körper 202 aus erstrecken. Die Aufnahmeabschnitte 234 können auf einer Außenfläche des ersten Körpers 202 in einem Winkelabstand zueinander angeordnet sein. Das Fluideinlass- und -auslassrohr 212, 214 können mit den jeweiligen Aufnahmeabschnitten 234 des ersten Körpers 202 können über verschiedene Verfahren verbunden sein, beispielsweise durch Schweißen, Hartlöten, Haftmittel, mechanische Befestigungsmittel, Übermaßpassung usw. In einer Ausführungsform können das Fluideinlass- und -auslassrohr 212, 214 lösbar mit dem ersten Körper 202 verbunden sein. Die Aufnahmeabschnitte 234 können zudem in Bezug auf die Längsachse ‚L‘ des Injektors 110 geneigt sein. Das Fluideinlass- und -auslassrohr 212, 214 können somit ebenfalls in Bezug auf die Längsachse ‚L‘ geneigt sein.
Bei dem Fluideinlass- und -auslassrohr 212, 214 kann es sich um hohle Rohre handeln, durch die ein Fluid strömen kann. Das Fluideinlass- und - auslassrohr 212, 214 können mit der Fluidkammer 232 in Fluidverbindung stehen. Ferner definiert das Fluideinlassrohr 212 einen Fluideinlass 236, der in Fluidverbindung mit der Fluidkammer 232 angeordnet ist. In ähnlicher Weise definiert das Fluidauslassrohr 214 einen Fluidauslass 238, der in Fluidverbindung mit der Fluidkammer 232 angeordnet ist. Der Fluideinlass 236 kann so eingerichtet sein, dass er ein Fluid aufnimmt, das sich vom Reagens unterscheidet. In einer Ausführungsform kann das Fluid ein Kühlmittel sein (z.B. Wasser). Der Fluideinlass 236 kann das Fluid aus dem Kühlsystem 130 (in 1 gezeigt) über die Fluidversorgungsleitung 132 aufnehmen. Die Aufnahme und Abgabe des Fluids sind in 3 durch die Pfeile ‚A1‘ gekennzeichnet. Ferner kann der Fluidauslass 238 das Fluid in die Fluidrücklaufleitung 134 abgeben. Das Fluid kann durch das Fluideinlassrohr 212 in die Fluidkammer 232 strömen, wie durch einen beispielhaften Fluidströmungsweg ‚F‘ in 5 angedeutet. Ein Fluiddurchgang 239 des Fluideinlassrohrs 212 kann mit einer schrägen Bohrung 245 des ersten Körpers 202 in Fluidverbindung stehen. Die schräge Bohrung 245 steht mit der Fluidkammer 232 in Fluidverbindung. Ferner kann das Fluid in der Fluidkammer 232 den Injektor 110 durch das Fluidauslassrohr 214 verlassen. Ein Strömungsdurchgang (nicht gezeigt) des Fluidauslassrohrs 214 kann mit einer weiteren schrägen Bohrung (nicht gezeigt) des ersten Körpers 202 in Fluidverbindung stehen. Diese schräge Bohrung kann mit der Fluidkammer 232 in Fluidverbindung stehen. Das Fluid in der Fluidkammer 232 kann den Leitungsabschnitt 226 des ersten Körpers 202 kühlen. Somit können eine oder mehrere Komponenten der Ventilbaugruppe 216, die zumindest teilweise in dem Leitungsabschnitt 226 aufgenommen sind, gekühlt werden. Das durch den Leitungsabschnitt 226 strömende Reagens kann ebenfalls gekühlt werden. Dies kann eine Verfestigung des Reagens durch hohe Temperaturen des Abgassystems 100 im Wesentlichen verhindern und verbessert die Betriebsfähigkeit des Injektors 110.
Der zweite Körper 204 weist ein Reagensrohr 240 auf. Das Reagensrohr 240 kann im Wesentlichen parallel zur Längsachse ‚L‘ ausgerichtet sein. Außerdem kann das Reagensrohr 240 im Wesentlichen hohl sein und offene Enden aufweisen. Das Reagensrohr 240 kann das Reagens über die Versorgungsleitung 124 aus der Pumpe 122 (in 1 gezeigt) aufnehmen. Das Reagensrohr 240 nimmt ferner das Reagens an einem Reagenseinlass 241 auf. Das Reagensrohr 240 weist ein Einlassfilter 242 auf, durch das das Reagens strömt. Der zweite Körper 204 weist ferner ein Flanschteilstück 243 auf, das sich vom Reagensrohr 240 aus erstreckt. Das Flanschteilstück 243 kann eine gestufte Konfiguration haben und weist eine Oberseite 244 auf.
In einer Ausführungsform kann der zweite Körper 204 in Bezug auf den ersten Körper 202 beweglich sein. Ferner kann der zweite Körper 204 entlang einer axialen Richtung ‚D‘ beweglich sein, die im Wesentlichen parallel zur Längsachse ‚L‘ des Injektors 110 verläuft. Das Federelement 206 ist zwischen dem ersten Körper 202 und dem zweiten Körper 204 positioniert. Ferner kann das Federelement 206 den zweiten Körper 204 beweglich mit dem ersten Körper 202 verbinden. In einer Ausführungsform kann es sich bei dem Federelement 206 um eine im Wesentlichen flache Feder handeln. Ferner kann das Federelement 206 durch mindestens einen Stanz- oder Formprozess gebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform kann das Federelement 206 aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt sein. Das Federelement 206 weist einen Hauptabschnitt 246, mindestens einen länglichen Abschnitt 248 und mindestens einen Zwischenabschnitt 250 auf, der zwischen dem Hauptabschnitt 246 und dem mindestens einen länglichen Abschnitt 248 angeordnet ist. In der veranschaulichten Ausführungsform weist das Federelement 206 ein Paar länglicher Abschnitte 248 und ein Paar Zwischenabschnitte 250 auf. In einer alternativen Ausführungsform kann jeder der beiden länglichen Abschnitte 248 eine Zick-Zack-Form haben, um zusätzlichen Bewegungsweg des zweiten Körpers 204 zu ermöglichen. Jeder der beiden Zwischenabschnitte 250 ist zwischen dem Hauptabschnitt 246 und einem entsprechenden länglichen Abschnitt 248 angeordnet. Der Hauptabschnitt 246 ist auf dem Flanschteilstück 243 des Reagensrohrs 240 angeordnet. Ferner wird der Hauptabschnitt 246 gegen die Oberseite 244 des Flanschteilstücks 243 gedrückt. In einer weiteren Ausführungsform kann der Hauptabschnitt 246 mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Bereich des Flanschteilstücks 243 des Reagensrohrs 240 verbunden sein. Der Hauptabschnitt 246 kann eine ringförmige Form haben, die eine Hauptöffnung 252 definiert. Auch wenn in der veranschaulichten Ausführungsform die Hauptöffnung 252 eine im Wesentlichen kreisförmige Form hat, können andere Formen der Hauptöffnung 252 im Umfang der vorliegenden Offenbarung in Betracht gezogen werden. Solche Formen der Hauptöffnung 252 können polygonal, elliptisch, usw. sein. Die Hauptöffnung 252 ist zumindest teilweise um das Reagensrohr 240 herum angeordnet. Das Reagensrohr 240 kann sich somit durch die Hauptöffnung 252 hindurch erstrecken. In einer Ausführungsform kann der Hauptabschnitt 246 auf das Flanschteilstück 243 des zweiten Körpers 204 aufgepresst sein. In anderen Ausführungsformen kann der Hauptabschnitt 246 durch verschiedene Verfahren wie beispielsweise Schweißen, Hartlöten, Haftmittel, mechanische Befestigungsmittel usw. am zweiten Körper 204 angebracht sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Hauptabschnitt 246 lösbar mit dem zweiten Körper 204 verbunden sein.
Die Zwischenabschnitte 250 können sich von diametral entgegengesetzten Seiten des Hauptabschnitts 246 aus erstrecken. In einem unverformten oder normalen Zustand hat jeder der Zwischenabschnitte 250 eine gekrümmte Form, die sich vom Hauptabschnitt 246 aus aufwärts erstreckt und sich dann zum jeweiligen länglichen Abschnitt 248 hin abwärts krümmt. Insbesondere weist jeder Zwischenabschnitt 250 ein erstes Teilstück 250a, das sich vom Hauptabschnitt 246 aus aufwärts erstreckt, und ein zweites Teilstück 250b auf, das sich abwärts krümmt und auf den jeweiligen länglichen Abschnitt 248 trifft. In einer Ausführungsform kann das erste Teilstück 250a eine im Wesentlichen planare Form haben. Das erste Teilstück 250a ist ferner im unverformten Zustand bzw. in der unverformten Konfiguration mit einem Winkel ‚Ag‘ (in 6 gezeigt) in Bezug auf den Hauptabschnitt 246 geneigt. Das zweite Teilstück 250b hat eine gekrümmte Form und verbindet das erste Teilstück 250a mit dem jeweiligen länglichen Abschnitt 248. Jeder Zwischenabschnitt 250 ist so ausgelegt, dass er sich verformt, um eine Bewegung des zweiten Körpers 204 relativ zum ersten Körper 202 zu ermöglichen. Insbesondere verformt sich jeder Zwischenabschnitt 250, um eine Bewegung des zweiten Körpers 204 weg von dem ersten Körper 202 entlang der axialen Richtung ‚D‘ zu ermöglichen. Im verformten Zustand bzw. der verformten Konfiguration ist, wie in 7 gezeigt, das erste Teilstück 250a im Wesentlichen parallel zum Hauptabschnitt 246 ausgerichtet, d.h. ein Winkel zwischen diesen beträgt im Wesentlichen null. Nachdem jeder Zwischenabschnitt 250 bis zu einem Punkt verformt oder gebogen ist, an dem das erste Teilstück 250a im Wesentlichen parallel zum Hauptabschnitt 246 ausgerichtet ist, kann das Federelement 206 die maximale axiale Bewegung des zweiten Körpers 204 relativ zum ersten Körper 202 begrenzen. Ein Abstand ‚D1‘ (in 7 gezeigt) kann der maximalen axialen Bewegung des zweiten Körpers 204 relativ zum ersten Körper 202 entsprechen. Der Abstand ‚D1‘ kann der Abstand zwischen dem zweiten Körper 204 und dem Stangenstück 256 sein.
Jeder längliche Abschnitt 248 weist eine erste Region 248a, eine zweite Region 248b und eine dritte Region 248c auf, die zwischen der ersten und der zweiten Region 248a, 248b angeordnet ist. Die erste Region 248a erstreckt sich vom zweiten Teilstück 250b des jeweiligen Zwischenabschnitts 248 aus. Die zweite Region 248b kann mit dem ersten Körper 202 verbunden sein. Die erste Region 248a und die zweite Region 248b können jeweils eine im Wesentlichen planare Form haben. In der veranschaulichten Ausführungsform ist eine Breite ‚W1‘ (in 2 gezeigt) der ersten Region 248a größer als eine Breite ‚W2‘ der zweiten Region 248b. Ferner hat die dritte Region 248c eine verjüngte Form und verbindet die erste Region 248a mit der zweiten Region 248b. In einer Ausführungsform ist die zweite Region 248b des länglichen Abschnitts 248 durch Schweißen mit dem ersten Körper 202 verbunden. In anderen Ausführungsformen kann die zweite Region 248b durch verschiedene Verfahren wie beispielsweise Hartlöten, mechanische Befestigungsmittel, Haftmittel usw. mit dem ersten Körper 202 verbunden sein. In einigen Ausführungsformen können die erste und/oder die dritte Region 248a, 248c des länglichen Abschnitts 248 ebenfalls durch verschiedene Verfahren mit dem ersten Körper 202 verbunden sein. In einer anderen Ausführungsform kann jeder längliche Abschnitt 248 mit dem ersten Körper 202 durch ein beliebiges nicht dauerhaftes Fügeverfahren lösbar verbunden sein. Eine solche lösbare Verbindung kann es ermöglichen, den zweiten Körper 204 vom ersten Körper 202 zu entfernen, um so die Wartung und/oder den Austausch einer oder mehrerer interner Komponenten (z.B. der Ventilbaugruppe 216) des Injektors 110 zu ermöglichen. In einer weiteren Ausführungsform kann jeder längliche Abschnitt 248 mit dem ersten Körper 202 durch eine Schnappverbindung verbunden sein.
In einer Ausführungsform ist das Federelement 206 vorgespannt, um den zweiten Körper 204 in Richtung des ersten Körpers 202 vorzuspannen. In einer anderen Ausführungsform ist das Federelement 206 ferner so konfiguriert, dass es die Ventilbaugruppe 216 in Richtung des ersten Körpers 202 vorspannt oder drückt. Der zweite Körper 204 kann sich in Reaktion auf die Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens entgegen der Vorspannung des Federelements 206 bewegen. Das Federelement 206 ist ferner so konfiguriert, dass es eine in Reaktion auf die Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens erfolgende maximale Bewegung des zweiten Körpers 204 relativ zum ersten Körper 202 begrenzt. Insbesondere kann das Federelement 206 eine Vorspannkraft ‚Fb‘ entgegen einem Druck ‚P‘ ausüben, der vom Reagens während des Gefrierens ausgeübt wird. Das Reagens kann sich im gefrorenen Zustand aufgrund von Eisbildung ausdehnen. Die Ausdehnung des Reagens wird also durch die Ausdehnung von Eis verursacht. Der Druck ‚P‘ wird durch Eis ausgeübt, das sich durch das Gefrieren des Reagens bildet. In einer Ausführungsform kann es sich bei der Begrenzung der Bewegung des zweiten Körpers 204 um einen Endanschlag handeln.
Die Ventilbaugruppe 216 (in 4 bis 7 gezeigt) weist einen Elektromagnet 254, ein Stangenstück 256, ein Außenrohr 258, ein Innenrohr 260, ein Ventilelement 262, eine Rückstellfeder 264, ein Sitzelement 266, einen Düsenabschnitt 268 und ein Endelement 270 auf. In einer Ausführungsform kann es sich bei der Ventilbaugruppe 216 um eine entnehmbare oder austauschbare Modulbaugruppe handeln. Die Ventilbaugruppe 216 kann somit bei Bedarf aus dem Injektor 110 entnommen und durch eine andere Ventilbaugruppe ersetzt werden. In alternativen Ausführungsformen ist die Ventilbaugruppe 216 möglicherweise nicht aus dem Injektor 110 entnehmbar. Die Ventilbaugruppe 216 ist so konfiguriert, dass sie das Reagens selektiv durch die Auslassöffnung 228 des ersten Körpers 202 abgibt.
Der Elektromagnet 254 weist eine Spule 272, einen Spulenkörper 274, ein Rohr 276 und eine Endkappe 278 auf. Der Elektromagnet 254 kann innerhalb des ersten Körpers 202 angeordnet sein. Die Spule 272 umfasst eine um den Spulenkörper 274 gewickelte Drahtspule. Das Rohr 276 umgibt den Spulenkörper 274 zumindest teilweise. Das Rohr 276 kann auf einer Schulter des ersten Körpers 202 gelagert sein. Die Endkappe 278 deckt den Spulenkörper 274 und das Rohr 276 zumindest teilweise von oben ab. Die Endkappe 278 und das Rohr 276 können einen Flussrahmen des Elektromagnets 254 bilden. Das Anschlussgehäuse 210 ist mit dem Elektromagnet 254 verbunden. Insbesondere kann das Anschlussgehäuse 210 mit dem Flussrahmen des Elektromagnets 254 verbunden sein. In einer Nut des Anschlussgehäuses 210 kann ein Haltering 280 vorgesehen sein. Der Haltering 280 kann ferner auf einer weiteren Schulter des ersten Gehäuses 202 gelagert sein. Der Haltering 280 kann das Anschlussgehäuse 210 innerhalb des ersten Gehäuses 202 halten und/oder stützen. In einer anderen Ausführungsform kann das Anschlussgehäuse 210 auf den Elektromagnet 254 aufgeformt sein. In anderen Ausführungsformen kann das Anschlussgehäuse 210 durch verschiedene Verfahren wie beispielsweise Schweißen, Hartlöten, mechanische Befestigungsmittel, Haftmittel, Übermaßpassung usw. mit dem Elektromagnet 254 verbunden sein. In einer Ausführungsform kann das Anschlussgehäuse 210 lösbar mit dem Elektromagnet 254 verbunden sein. Die Stromversorgung der Spule 272 kann über einen oder mehrere Drähte (nicht gezeigt) erfolgen, die durch das Anschlussgehäuse 210 verlaufen. Die Spule 272 kann in Reaktion auf ein Signal von der elektronischen Einspritzsteuerung 128 erregt werden. Zudem ist ein Dichtelement 282 (z.B. ein O-Ring) zwischen dem Rohr 276 und dem ersten Körper 202 eingebaut. Das Dichtelement 282 kann ein Austreten des Reagens und/oder der Abgase verhindern.
Das Stangenstück 256 kann zumindest teilweise innerhalb des Elektromagnets 254 und des Anschlussgehäuses 210 aufgenommen sein. Das Stangenstück 256 definiert eine durch dieses verlaufende Bohrung 284. In der veranschaulichten Ausführungsform handelt es sich bei der Bohrung 284 um eine Senkbohrung. Die Bohrung 284 steht mit einem Durchgang 286 des Reagensrohrs 240 in Fluidverbindung. Ferner ist das Reagensrohr 240 zumindest teilweise in einem breiteren Abschnitt der Bohrung 284 des Stangenstücks 256 aufgenommen. Zwischen dem zweiten Körper 204 und der Ventilbaugruppe 216 ist ein Dichtelement 287 angeordnet. Insbesondere ist das Dichtelement 287 zwischen dem Reagensrohr 240 und dem Stangenstück 256 angeordnet. In einer anderen Ausführungsform kann das Dichtelement 287 zwischen dem ersten Körper 202 und dem zweiten Körper 204 angeordnet sein. Das Dichtelement 287 kann ein O-Ring sein. Ferner ist das Dichtelement 287 in einer Nut 289 des Stangenstücks 256 aufgenommen. In einer alternativen Ausführungsform kann das Dichtelement 287 in einer Nut (nicht gezeigt) des Reagensrohrs 240 aufgenommen sein. Das Dichtelement 287 kann ein Austreten des Reagens aus dem Injektor 110 verhindern. Der zweite Körper 204 einschließlich des Reagensrohrs 240 kann in Reaktion auf eine Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens gegenüber dem ersten Körper 202 verschoben werden. Das Federelement 206 kann die axiale Bewegung des zweiten Körpers 204 begrenzen. In einem verschobenen Zustand können, wie in 7 gezeigt, das Reagensrohr 240 und das Stangenstück 256 eine Expansionskammer 291 zwischen sich definieren. Die Expansionskammer 291 kann eine Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens ermöglichen. Die Expansionskammer 291 kann somit als Reservoir für das gefrierende Reagens dienen. Insbesondere kann die Expansionskammer 291 als Reservoir für Eis dienen, das sich durch das Gefrieren des Reagens bildet. Da sich das Eis ausdehnen kann, können Schäden an verschiedenen Komponenten des Injektors 110 verhindert werden. Ferner kann das Dichtelement 287 ein Austreten des Reagens aus der Expansionskammer 291 verhindern. Ein Volumen der Expansionskammer 291 kann dafür optimiert sein, eine ausreichende Ausdehnung von im gefrorenen Zustand des Reagens gebildetem Eis zu ermöglichen.
Das Innenrohr 260 definiert eine Rohrbohrung 288, die mit der Bohrung 284 des Stangenstücks 256 in Fluidverbindung steht. In einer Ausführungsform können das Innenrohr 260, das Stangenstück 256 und das Reagensrohr 240 koaxial zueinander ausgerichtet sein. In einer Ausführungsform kann das Innenrohr 260 aus einem magnetischen Material (beispielsweise Edelstahl 430) hergestellt sein, so dass die elektrische Erregung der Spule 272 ein Magnetfeld erzeugt, das das Innenrohr 260 in Richtung des Stangenstücks 256 drängt.
Die Rückstellfeder 264 ist zwischen jeweiligen Schultern des Stangenstücks 256 und des Innenrohrs 260 aufgenommen. Ferner ist das Innenrohr 260 im Außenrohr 258 eingeschlossen. Das Außenrohr 258 ist zumindest teilweise im Elektromagnet 254 und dem Leitungsabschnitt 226 des ersten Körpers 202 aufgenommen. Das Innenrohr 260 definiert ferner mehrere Rohrlöcher 292. Bei den Rohrlöchern 292 kann es sich um Durchgangslöcher handeln, die an einer Wand des Innenrohrs 260 definiert sind. In einer Ausführungsform kann das Innenrohr 260 zwei solche Rohrlöcher 292 aufweisen, die einander diametral gegenüber liegen. Die Rohrlöcher 292 können eine Fluidverbindung zwischen der Rohrbohrung 288 und einer Rohrkammer 294 ermöglichen. Die Rohrkammer 294 kann zumindest teilweise durch eine Bohrung des Außenrohrs 258 definiert sein.
Das Ventilelement 262 ist an einem Ende mit dem Innenrohr 260 verbunden. Das Ventilelement 262 kann über verschiedene Verfahren wie beispielsweise Schweißen, Haftmittel, Übermaßpassung, Hartlöten, mechanische Befestigungsmittel usw. mit dem Innenrohr 260 verbunden sein. Das Ventilelement 262 kann ferner einen Flansch aufweisen, der ein Ende des Innenrohrs 260 stützt. Die Rückstellfeder 264 drängt normalerweise das Innenrohr 260 und das Ventilelement 262 gegen einen Ventilsitz des Sitzelements 266. In einer geschlossenen Position liegt ein Stopfenabschnitt des Ventilelements 262 auf dem Ventilsitz auf und verschließt eine Sitzöffnung des Sitzelements 266. Der Stopfenabschnitt kann an einem Ende eines Ventilschafts des Ventilelements 262 angeordnet sein. Bei Erregung der Spule 272 kann sich das Innenrohr 260 in Richtung des Stangenstücks 256 bewegen, wodurch das Ventilelement 262 vom Sitzelement 266 wegbewegt wird. Der Stopfenabschnitt des Ventilelements 262 ist somit in einer offenen Position vom Ventilsitz weg verschoben. In der offenen Position kann das Reagens durch die Sitzöffnung des Sitzelements 266 strömen.
Der Düsenabschnitt 268 kann an das Sitzelement 266 angrenzen. Der Düsenabschnitt 268 kann das diesen durchströmende Reagens zerstäuben. Somit kann der Düsenabschnitt 268 einen Sprühnebel aus dem Reagens erzeugen. Das Endelement 270 kann den Düsenabschnitt 268 innerhalb des Außenrohrs 258 stützen. Das Endelement 270 definiert ferner eine Bohrung, durch die das zerstäubte Reagens strömen kann. Der Reagenssprühnebel kann durch die Auslassöffnung 228 des ersten Körpers 202 austreten, wenn der Injektor 110 das Reagens in den Abgasstrom oder -fluss des Motors 102 abgibt (in 1 gezeigt).
Während eines Betriebs des Injektors 110 wird das Reagens am Reagenseinlass 241 aufgenommen. Ein beispielhafter Reagensströmungsweg ‚R‘ ist in 6 gezeigt. Das Reagens strömt durch das Einlassfilter 242 und den Durchgang 286 des Reagensrohrs 240. Das Reagens strömt weiter in die Bohrung 284 des Stangenstücks 256 und in die Rohrbohrung 288 des Innenrohrs 260. Das Reagens kann das Innenrohr 260 durch die Rohrlöcher 290 verlassen und tritt in die Rohrkammer 294 ein. In der geschlossenen Position des Ventilelements 262 kann der Stopfenabschnitt des Ventilelements 262 verhindern, dass das Reagens aus der Rohrkammer 294 austritt. Die Rückstellfeder 264 drängt das Ventilelement 262 in die geschlossene Position. Bei Erregung der Spule 272 kann das Innenrohr 260 gegen das Stangenstück 256 gedrängt werden. Das Innenrohr 260 kann das Ventilelement 262 entgegen der Vorspannung der Rückstellfeder 264 vom Sitzelement 266 wegbewegen. Der Stopfenabschnitt des Ventilelements 262 ist kann somit vom Ventilsitz des Sitzelements 266 weg verschoben werden. In der offenen Position des Ventilelements 262 kann das Reagens durch die Sitzöffnung des Sitzelements 266 in den Düsenabschnitt 268 strömen. Das Reagens kann durch den Düsenabschnitt 268 zerstäubt werden. Das zerstäubte Reagens kann dann den Injektor 110 durch die Bohrung des Endelements 270 und die Auslassöffnung 228 des ersten Körpers 202 in Form eines Sprühnebels verlassen. Der Reagenssprühnebel kann in den Abgasstrom des Motors 102 eintreten und bei Passieren der SCR-Komponente 114 die selektive katalytische Reduktion (SCR) der NOx-Emissionen im Abgasstrom ermöglichen. Wenn die Einspritzung des Reagens in den Abgasstrom nicht erforderlich ist, kann die Spule 272 abgeschaltet werden. Die Rückstellfeder 264 kann das Ventilelement 262 in die geschlossene Position bewegen, wenn keine entgegenwirkende elektromagnetische Kraft vorhanden ist.
Der Injektor 110 kann durch das am Fluideinlass 236 des Fluideinlassrohrs 212 aufgenommene Fluid gekühlt werden, wie durch den Fluidströmungsweg ‚F‘ in 5 gezeigt. Ferner kann das Fluid in der Fluidkammer 232 den Injektor 110 durch das Fluidauslassrohr 214 verlassen. Das Fluid in der Fluidkammer 232 kann den Leitungsabschnitt 226 des ersten Körpers 202 kühlen. Das Volumen des Fluids in der Fluidkammer 232 kann dafür optimiert sein, eine effiziente Kühlung zu gewährleisten. Somit können eine oder mehrere Komponenten der Ventilbaugruppe 216, die zumindest teilweise in dem Leitungsabschnitt 226 aufgenommen sind, gekühlt werden. Das in der Rohrkammer 294 befindliche Reagens kann ebenfalls gekühlt werden. Dies kann eine Verfestigung des Reagens durch hohe Temperaturen des Abgassystems 100 im Wesentlichen verhindern.
In einer normalen Position des zweiten Körpers 204 ist, wie in 6 veranschaulicht, das Federelement 206 so vorgespannt, dass es den zweiten Körper 204 in Richtung des ersten Körpers 202 vorspannt. Dies kann einem ungefrorenen Zustand des Reagens entsprechen. In der normalen Position kann das Flanschteilstück 243 des zweiten Körpers 204 ferner auf einem Ende des Stangenstücks 256 angeordnet sein. Das Reagens kann sich in gefrorenem Zustand ausdehnen. In der veranschaulichten Ausführungsform kann der Injektor 110 in radialer Richtung im Wesentlichen starr sein. Folglich kann sich das Reagens entlang der axialen Richtung ‚D‘ ausdehnen. Ferner kann das gefrierende Reagens aufgrund der Ausdehnung den Druck ‚P‘ auf den zweiten Körper 204 ausüben, wodurch der zweite Körper 204 entlang der axialen Richtung ‚D‘ vom ersten Körper 202 weg verschoben wird. Der Druck ‚P‘ kann durch sich ausdehnendes Eis ausgeübt werden, das im gefrorenen Zustand des Reagens gebildet wird. Das Federelement 206 verformt sich ebenfalls, um die Bewegung des zweiten Körpers 204 entlang der axialen Richtung ‚D‘ zu ermöglichen. Insbesondere können sich die Zwischenabschnitte 250 des Federelements 206 verformen, um die Bewegung des zweiten Körpers 204 relativ zum ersten Körper 202 zu ermöglichen. Die vom Federelement 206 ausgeübte Vorspannkraft ‚Fb‘ kann jedoch die Bewegung des zweiten Körpers 204 begrenzen und den zweiten Körper 204 in dem (in 7 gezeigten) Abstand ‚D1‘ vom Ende des Stangenstücks 256 halten. Dies kann einer ausgefahrenen Position oder Konfiguration des zweiten Körpers 204 entsprechen. Die Vorspannkraft ‚Fb‘, die durch das Federelement 206 aufgrund der Vorspannung ausgeübt wird, kann somit dem Druck ‚P‘ entgegenwirken, der von dem Reagens im gefrorenen Zustand ausgeübt wird. Die durch die Bewegung des zweiten Körpers 204 gebildete Expansionskammer 291 kann zudem Raum für die Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens bereitstellen. Das Dichtelement 287 kann ein Austreten des Reagens aus dem Injektor 110 verhindern. Bei einem anschließenden Auftauen des Reagens kann sich das Reagens zusammenziehen. Der Druck ‚P‘ wird dann gegebenenfalls nicht mehr auf den zweiten Körper 204 ausgeübt. Das Federelement 206 kann den zweiten Körper 204 in Richtung des ersten Körpers 202 vorspannen, nachdem das Eis aufgetaut ist. Insbesondere kann das Federelement 206 den zweiten Körper 204 verschieben und den zweiten Körper 204 gegen das Ende des Stangenstücks 256 festhalten.
Der Injektor 110 kann somit eine das Federelement 206 umfassende Gefrierschutzfunktion aufweisen, die eine sichere Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens ermöglicht. Somit kann eine Beschädigung des Injektors 110 durch das gefrierende Reagens im Wesentlichen verhindert werden. Zudem kann durch das Dichtelement 287 ein Austreten des Reagens verhindert werden. Nachdem das Reagens aufgetaut ist, bewegt das Federelement 206 den zweiten Körper 204 ferner in seine normale Position.
8 bis 11 veranschaulichen einen Injektor 400 gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Der Injektor 400 kann zum Einspritzen eines Reagens in den Abgasstrom des Motors 102 (in 1 gezeigt) vorgesehen sein. Der Injektor 400 weist einen ersten Injektorkörper 402 (im Folgenden als „erster Körper 402“ bezeichnet), einen zweiten Injektorkörper 404 (im Folgenden als „zweiter Körper 404“ bezeichnet), ein Federelement 406, ein Reagensauslassrohr 408, ein Elektroanschlussgehäuse 410 (im Folgenden als „Anschlussgehäuse 410“ bezeichnet) und eine Ventilbaugruppe 412 auf. Der Injektor 400 kann eine Längsachse ‚L1‘ definieren, die sich entlang einer Länge des Injektors 400 erstreckt.
Der erste Körper 402 kann im Wesentlichen hohl sein und umschließt zumindest teilweise die Ventilbaugruppe 412. Ferner weist der erste Körper 402 einen oberen Abschnitt 414 und einen unteren Abschnitt 416 auf. Der obere Abschnitt 414 kann an einem oberen Ende offen sein. Eine obere Kappe 418 kann das obere Ende des oberen Abschnitts 414 zumindest teilweise abdecken. Der obere Abschnitt 414 kann eine im Wesentlichen zylindrische Form haben. Ferner kann der untere Abschnitt 416 eine verjüngte Form haben. Der erste Körper 402 weist ferner einen Montageflansch 422 auf. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Montageflansch 422 mit dem ersten Körper 402 integral ausgebildet. Der Montageflansch 422 definiert mehrere Flanschöffnungen 424. Die Flanschöffnungen 424 ermöglichen die Befestigung des Montageflansches 422 an der Abgasleitung 106 (in 1 gezeigt) über mechanische Befestigungsmittel wie beispielsweise Schrauben.
Der untere Abschnitt 416 definiert eine Auslassöffnung 428 zur Abgabe des Reagens in den Abgasstrom. Der obere Abschnitt 414 des ersten Körpers 402 weist eine Anschlussöffnung 429 zur Aufnahme des Anschlussgehäuses 410 durch diese hindurch auf. Der erste Körper 402 weist ferner einen Aufnahmeabschnitt 434 zur zumindest teilweisen Aufnahme des Reagensauslassrohrs 408 auf. Der Aufnahmeabschnitt 434 kann in Bezug auf die Längsachse ‚L1‘ des Injektors 400 geneigt sein. Das Reagensauslassrohr 408 somit ebenfalls in Bezug auf die Längsachse ‚L1‘ geneigt sein. Das Reagensauslassrohr 408 kann über verschiedene Verfahren mit dem ersten Körper 402 verbunden sein, beispielsweise durch Schweißen, Hartlöten, Haftmittel, mechanische Befestigungsmittel, Übermaßpassung usw. In einer Ausführungsform kann das Reagensauslassrohr 408 lösbar mit dem ersten Körper 402 verbunden sein. Das Reagensauslassrohr 408 weist ferner ein auf diesem angeordnetes Flanschteilstück 910 auf. Das Flanschteilstück 910 weist eine Oberseite 911 auf.
Das Reagensauslassrohr 408 kann ein hohles Rohr sein, durch das das Reagens strömen kann. Das Reagensauslassrohr 408 definiert einen Reagensauslass 436, der in Fluidverbindung mit einer Reagenskammer 438 des ersten Körpers 402 angeordnet ist. Ferner ist der Reagensauslass 436 zu der Abgasleitung 106 (in FIG. gezeigt) beabstandet, wobei sich die Reagenskammer 438 zwischen ihnen befindet. In der veranschaulichten Ausführungsform kann der Reagensauslass 436 eine Blende sein, die eine Abgabe des Reagens aus dem Reagensauslassrohr 408 steuert. Die Reagenskammer 438 kann durch den unteren Abschnitt 416 definiert sein. Ein Strömungsdurchgang 437 (in 9 gezeigt) des Reagensauslassrohrs 408 kann mit einer schrägen Bohrung 439 des ersten Körpers 402 in Fluidverbindung stehen. Die schräge Bohrung 439 kann mit der Reagenskammer 438 in Fluidverbindung stehen. Ferner kann der Reagensauslass 436 das Fluid in eine Rücklaufleitung (nicht gezeigt) abgeben, die mit dem Reagenstank 120 (in 1 gezeigt) verbunden ist. Das Reagens in der Reagenskammer 438 kann eine oder mehrere Komponenten der Ventilbaugruppe 412 zumindest teilweise umgeben und die eine oder die mehreren Komponenten kühlen. Ferner kann ein Volumen des Reagens in der Reagenskammer 438 dafür optimiert sein, eine effiziente Kühlung der einen oder der mehreren Komponenten der Ventilbaugruppe 412 zu gewährleisten.
Der zweite Körper 404 weist ein Reagensrohr 440 auf. Das Reagensrohr 440 kann im Wesentlichen parallel zur Längsachse ‚L1‘ ausgerichtet sein. Außerdem kann das Reagensrohr 440 im Wesentlichen hohl sein und offene Enden aufweisen. Das Reagensrohr 440 kann das Reagens über die Versorgungsleitung 124 aus der Pumpe 122 (in 1 gezeigt) aufnehmen. Das Reagensrohr 440 nimmt ferner das Reagens an einem Reagenseinlass 441 auf. Das Reagensrohr 440 weist ein Einlassfilter 442 auf, durch das das Reagens strömt. Der zweite Körper 404 weist ferner ein Flanschteilstück 443 auf, der sich vom Reagensrohr 440 aus erstreckt. Das Flanschteilstück 443 weist eine Oberseite 444 auf. Die Konfiguration des Reagenseinlasses und -auslasses wie in 8 bis 11 dargestellt ist beispielhaft, und alternative Konfigurationen sind im Umfang der vorliegenden Offenbarung möglich. Beispielsweise kann das Reagensrohr 440 einen Reagensauslass aufweisen, während das Rohr 408 einen Reagenseinlass aufweisen kann.
In einer Ausführungsform kann der zweite Körper 404 in Bezug auf den ersten Körper 402 beweglich sein. Ferner kann der zweite Körper 404 entlang einer axialen Richtung ‚Da‘ beweglich sein, die im Wesentlichen parallel zur Längsachse ‚L1‘ des Injektors 400 verläuft. Das Federelement 406 ist zwischen dem ersten Körper 402 und dem zweiten Körper 404 positioniert. Ferner kann das Federelement 406 den zweiten Körper 404 beweglich mit dem ersten Körper 402 verbinden. In einer Ausführungsform kann es sich bei dem Federelement 406 um eine im Wesentlichen flache Feder handeln. Ferner kann das Federelement 406 durch mindestens einen Stanz- oder Formprozess gebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform kann das Federelement 406 aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt sein. Das Federelement 406 weist einen Hauptabschnitt 446, mindestens einen länglichen Abschnitt 448 und mindestens einen Zwischenabschnitt 450 auf, der zwischen dem Hauptabschnitt 446 und dem mindestens einen länglichen Abschnitt 448 angeordnet ist. In der veranschaulichten Ausführungsform weist das Federelement 406 ein Paar länglicher Abschnitte 448 und ein Paar Zwischenabschnitte 450 auf. In einer alternativen Ausführungsform kann jeder der beiden länglichen Abschnitte 448 eine Zick-Zack-Form haben, um zusätzlichen Bewegungsweg des zweiten Körpers 404 zu ermöglichen. Jeder der beiden Zwischenabschnitte 450 ist zwischen dem Hauptabschnitt 446 und einem entsprechenden länglichen Abschnitt 448 angeordnet. Der Hauptabschnitt 446 ist auf dem Flanschteilstück 443 des Reagensrohrs 440 angeordnet. Ferner wird der Hauptabschnitt 446 gegen die Oberseite 444 des Flanschteilstücks 443 gedrückt. In einer weiteren Ausführungsform kann der Hauptabschnitt 446 mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Bereich des Flanschteilstücks 443 des Reagensrohrs 440 verbunden sein. Der Hauptabschnitt 446 kann eine ringförmige Form haben, die eine Hauptöffnung 452 definiert. Auch wenn in der veranschaulichten Ausführungsform die Hauptöffnung 452 eine im Wesentlichen kreisförmige Form hat, können andere Formen der Hauptöffnung 452 im Umfang der vorliegenden Offenbarung in Betracht gezogen werden. Solche Formen der Hauptöffnung 452 können polygonal, elliptisch, usw. sein. Die Hauptöffnung 452 ist zumindest teilweise um das Reagensrohr 440 herum angeordnet. Das Reagensrohr 440 kann sich somit durch die Hauptöffnung 452 hindurch erstrecken. In einer Ausführungsform kann der Hauptabschnitt 446 auf das Flanschteilstück 443 des zweiten Körpers 404 aufgepresst sein. In anderen Ausführungsformen kann der Hauptabschnitt 446 durch verschiedene Verfahren wie beispielsweise Schweißen, Hartlöten, Haftmittel, mechanische Befestigungsmittel usw. am zweiten Körper 404 angebracht sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Hauptabschnitt 446 lösbar mit dem zweiten Körper 404 verbunden sein.
Die Zwischenabschnitte 450 können sich von diametral entgegengesetzten Seiten des Hauptabschnitts 446 aus erstrecken. In einem unverformten oder normalen Zustand hat jeder der Zwischenabschnitte 450 eine gekrümmte Form, die sich vom Hauptabschnitt 446 aus aufwärts erstreckt und sich dann zum jeweiligen länglichen Abschnitt 448 hin abwärts krümmt. Insbesondere weist jeder Zwischenabschnitt 450 ein erstes Teilstück 450a, das sich vom Hauptabschnitt 446 aus aufwärts erstreckt, und ein zweites Teilstück 450b auf, das sich abwärts krümmt und auf den jeweiligen länglichen Abschnitt 448 trifft. In einer Ausführungsform kann das erste Teilstück 450a eine im Wesentlichen planare Form haben. Das erste Teilstück 450a ist ferner im unverformten Zustand bzw. in der unverformten Konfiguration mit einem Winkel ‚Ah‘ (in 10 gezeigt) in Bezug auf den Hauptabschnitt 446 geneigt. Das zweite Teilstück 450b hat eine gekrümmte Form und verbindet das erste Teilstück 450a mit dem jeweiligen länglichen Abschnitt 448. Jeder Zwischenabschnitt 450 ist so ausgelegt, dass er sich verformt, um eine Bewegung des zweiten Körpers 404 relativ zum ersten Körper 402 zu ermöglichen. Insbesondere verformt sich jeder Zwischenabschnitt 450, um eine Bewegung des zweiten Körpers 404 weg von dem ersten Körper 402 entlang der axialen Richtung ‚Da‘ zu ermöglichen. Im verformten Zustand bzw. der verformten Konfiguration wie in 11 gezeigt ist das erste Teilstück 450a im Wesentlichen parallel zum Hauptabschnitt 446 ausgerichtet, d.h. ein Winkel zwischen diesen beträgt im Wesentlichen null. Nachdem jeder Zwischenabschnitt 450 bis zu einem Punkt verformt oder gebogen ist, an dem das erste Teilstück 450a im Wesentlichen parallel zum Hauptabschnitt 446 ausgerichtet ist, kann das Federelement 406 die maximale axiale Bewegung des zweiten Körpers 404 relativ zum ersten Körper 402 begrenzen. Ein Abstand ‚D2‘ (in 11 gezeigt) kann der maximalen axialen Bewegung des zweiten Körpers 404 relativ zum ersten Körper 402 entsprechen. Der Abstand ‚D2‘ kann der Abstand zwischen dem zweiten Körper 404 und dem Stangenstück 456 sein.
Jeder längliche Abschnitt 448 hat eine im Wesentlichen planare Form. In einer Ausführungsform ist jeder längliche Abschnitt 448 durch Schweißen mit dem ersten Körper 402 verbunden. In anderen Ausführungsformen kann jeder längliche Abschnitt 448 durch verschiedene Verfahren wie beispielsweise Hartlöten, mechanische Befestigungsmittel, Haftmittel usw. mit dem ersten Körper 402 verbunden sein. In einer anderen Ausführungsform kann jeder längliche Abschnitt 448 mit dem ersten Körper 402 durch ein beliebiges nicht dauerhaftes Fügeverfahren lösbar verbunden sein. Eine solche lösbare Verbindung kann es ermöglichen, den zweiten Körper 404 vom ersten Körper 402 zu entfernen, um so die Wartung und/oder den Austausch einer oder mehrerer interner Komponenten (z.B. der Ventilbaugruppe 412) des Injektors 400 zu ermöglichen. In einer weiteren Ausführungsform kann jeder längliche Abschnitt 448 mit dem ersten Körper 402 durch eine Schnappverbindung verbunden sein.
In einer Ausführungsform ist das Federelement 406 vorgespannt, um den zweiten Körper 404 in Richtung des ersten Körpers 402 vorzuspannen. In einer anderen Ausführungsform ist das Federelement 406 ferner so konfiguriert, dass es die Ventilbaugruppe 412 in Richtung des ersten Körpers 402 vorspannt oder drückt. Der zweite Körper 404 kann sich in Reaktion auf die Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens entgegen der Vorspannung des Federelements 406 bewegen. Das Federelement 406 ist ferner so konfiguriert, dass es eine in Reaktion auf die Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens erfolgende maximale Bewegung des zweiten Körpers 404 relativ zum ersten Körper 402 begrenzt. Insbesondere kann das Federelement 406 eine Vorspannkraft ‚Fs‘ entgegen einem Druck ‚Pa‘ ausüben, der vom Reagens während des Gefrierens ausgeübt wird. Das Reagens kann sich im gefrorenen Zustand aufgrund von Eisbildung ausdehnen. Die Ausdehnung des Reagens erfolgt also aufgrund einer Ausdehnung von Eis. Der Druck ‚Pa‘ wird durch Eis ausgeübt, das sich durch das Gefrieren des Reagens bildet. In einer Ausführungsform kann es sich bei der Begrenzung der Bewegung des zweiten Körpers 404 um einen Endanschlag handeln.
Die Ventilbaugruppe 412 (in 9 bis 11 gezeigt) weist einen Elektromagnet 454, ein Stangenstück 456, ein Außenrohr 458, ein Innenrohr 460, ein Ventilelement 462, eine Rückstellfeder 464, ein Sitzelement 466, einen Düsenabschnitt 468 und ein Endelement 470 auf. In einer Ausführungsform kann es sich bei der Ventilbaugruppe 412 um eine entnehmbare oder austauschbare Modulbaugruppe handeln. Die Ventilbaugruppe 412 kann somit bei Bedarf aus dem Injektor 400 entnommen und durch eine andere Ventilbaugruppe ersetzt werden. Die Ventilbaugruppe 412 ist so konfiguriert, dass sie das Reagens selektiv durch die Auslassöffnung 428 des ersten Körpers 402 abgibt. Der Elektromagnet 454 weist eine Spule 472, einen Spulenkörper 474, ein Rohr 476 und eine Endkappe 478 auf. Der Elektromagnet 454 kann innerhalb des ersten Körpers 402 angeordnet sein. Die Strukturen und Funktionalitäten der verschiedenen Komponenten der Ventilbaugruppe 412 und des Elektromagnets 454 ähneln weitgehend denen der Ventilbaugruppe 216 bzw. des Elektromagnets 254, die vorstehend unter Bezugnahme auf 2 bis 7 beschrieben wurden. Daher wird auf einige Einzelheiten der Ventilbaugruppe 412 und des Elektromagnets 454 in der vorliegenden Offenbarung nicht eingegangen.
Ein Haltering 480 kann das Anschlussgehäuse 410 innerhalb des ersten Gehäuses 402 halten und/oder stützen. Zudem ist ein Dichtelement 482 (z.B. ein O-Ring) zwischen dem Rohr 476 und dem ersten Körper 402 eingebaut. Das Dichtelement 482 kann ein Austreten des Reagens verhindern. Das Stangenstück 456 definiert eine durch dieses verlaufende Bohrung 484. Die Bohrung 484 steht mit einem Durchgang 486 des Reagensrohrs 440 in Fluidverbindung. Ferner ist das Reagensrohr 440 zumindest teilweise in der Bohrung 484 des Stangenstücks 456 aufgenommen.
Zwischen dem zweiten Körper 404 und der Ventilbaugruppe 412 ist ein Dichtelement 487 angeordnet. Konkret ist das Dichtelement 487 zwischen dem Reagensrohr 440 und dem Stangenstück 456 angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform kann das Dichtelement 487 zwischen dem ersten Körper 402 und dem zweiten Körper 404 angeordnet sein. Das Dichtelement 487 kann ein O-Ring sein. Ferner ist das Dichtelement 487 in einer Nut 489 des Reagensrohrs 440 aufgenommen. Das Dichtelement 487 kann ein Austreten des Reagens aus dem Injektor 400 verhindern.
Der zweite Körper 404 einschließlich des Reagensrohrs 440 kann in Reaktion auf eine Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens aus dem ersten Körper 402 verschoben werden. Das Federelement 406 kann die axiale Bewegung des zweiten Körpers 404 begrenzen. In einem verschobenen Zustand wie in 11 gezeigt können das Reagensrohr 440 und das Stangenstück 456 eine Expansionskammer 491 zwischen sich definieren. Die Expansionskammer 491 kann eine Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens ermöglichen. Die Expansionskammer 491 kann somit als Reservoir für das gefrierende Reagens dienen. Konkret kann die Expansionskammer 491 als Reservoir für Eis dienen, das sich durch das Gefrieren des Reagens bildet. Da sich das Eis ausdehnen kann, können Schäden an verschiedenen Komponenten des Injektors 400 verhindert werden. Ferner kann das Dichtelement 487 ein Austreten des Reagens aus der Expansionskammer 491 verhindern. Ein Volumen der Expansionskammer 491 kann dafür optimiert sein, eine ausreichende Ausdehnung von im gefrorenen Zustand des Reagens gebildetem Eis zu ermöglichen.
Das Innenrohr 460 definiert eine Rohrbohrung 488, die mit der Bohrung 484 des Stangenstücks 456 in Fluidverbindung steht. In einer Ausführungsform können das Innenrohr 460, das Stangenstück 456 und das Reagensrohr 440 koaxial zueinander ausgerichtet sein. Die Rückstellfeder 464 ist zwischen jeweiligen Schultern des Stangenstücks 456 und des Innenrohrs 460 aufgenommen. Ferner ist das Innenrohr 460 im Außenrohr 458 eingeschlossen. Das Außenrohr 458 ist zumindest teilweise im Elektromagnet 454 und dem unteren Abschnitt 416 des ersten Körpers 402 aufgenommen. Das Innenrohr 460 definiert ferner mehrere Rohrlöcher 492. Die Rohrlöcher 492 können eine Fluidverbindung zwischen der Rohrbohrung 488 und einer Rohrkammer 494 ermöglichen. Die Rohrkammer 494 kann zumindest teilweise durch eine Bohrung des Außenrohrs 458 definiert sein. Das Außenrohr 458 weist ferner ein Loch 496 auf, das zwischen der Rohrkammer 494 des Außenrohrs 458 und der Reagenskammer 438 des ersten Körpers 402 eine Fluidverbindung herstellt. Das Reagens in der Reagenskammer 438 kann eine oder mehrere Komponenten der Ventilbaugruppe 412 kühlen.
Das Ventilelement 462 ist an einem Ende mit dem Innenrohr 460 verbunden. Die Rückstellfeder 464 drängt normalerweise das Innenrohr 460 und das Ventilelement 462 gegen einen Ventilsitz des Sitzelements 466. In einer geschlossenen Position liegt ein Stopfenabschnitt des Ventilelements 462 auf dem Ventilsitz auf und verschließt eine Sitzöffnung des Sitzelements 466. Bei Erregung der Spule 472 kann sich das Innenrohr 460 in Richtung des Stangenstücks 456 bewegen, wodurch das Ventilelement 462 vom Sitzelement 466 wegbewegt wird. Der Stopfenabschnitt des Ventilelements 462 ist somit in einer offenen Position vom Ventilsitz weg verschoben. In der offenen Position kann das Reagens durch die Sitzöffnung des Sitzelements 466 strömen.
Der Düsenabschnitt 468 kann an das Sitzelement 466 angrenzen. Der Düsenabschnitt 468 kann das diesen durchströmende Reagens zerstäuben. Das Endelement 470 kann den Düsenabschnitt 468 innerhalb des Außenrohrs 458 stützen. Das Endelement 470 definiert ferner eine Bohrung, durch die das zerstäubte Reagens strömen kann. Der Reagenssprühnebel kann durch die Auslassöffnung 428 des ersten Körpers 402 austreten, wenn der Injektor 400 das Reagens in den Abgasstrom oder -fluss des Motors 102 abgibt (in 1 gezeigt).
Während eines Betriebs des Injektors 400 wird das Reagens am Reagenseinlass 441 aufgenommen. Ein beispielhafter Reagensströmungsweg ‚R1‘ ist in 9 gezeigt. Das Reagens strömt durch das Einlassfilter 442 und den Durchgang 486 des Reagensrohrs 440. Das Reagens strömt weiter in die Bohrung 484 des Stangenstücks 456 und in die Rohrbohrung 488 des Innenrohrs 460. Das Reagens kann das Innenrohr 460 durch die Rohrlöcher 490 verlassen und tritt in die Rohrkammer 494 ein. In der geschlossenen Position des Ventilelements 462 kann der Stopfenabschnitt des Ventilelements 462 verhindern, dass das Reagens aus der Rohrkammer 494 austritt. Die Rückstellfeder 464 drängt das Ventilelement 462 in die geschlossene Position. Bei Erregung der Spule 472 kann das Innenrohr 460 gegen das Stangenstück 456 gedrängt werden. Das Innenrohr 460 kann das Ventilelement 462 entgegen der Vorspannung der Rückstellfeder 464 vom Sitzelement 466 wegbewegen. Der Stopfenabschnitt des Ventilelements 462 ist kann somit vom Ventilsitz des Sitzelements 466 weg verschoben werden. In der offenen Position des Ventilelements 462 kann das Reagens durch die Sitzöffnung des Sitzelements 466 in den Düsenabschnitt 468 strömen. Das Reagens kann durch den Düsenabschnitt 468 zerstäubt werden. Das zerstäubte Reagenz kann dann den Injektor 400 durch die Bohrung des Endelements 470 und die Auslassöffnung 428 des ersten Körpers 402 in Form eines Sprühnebels verlassen. Der Reagenssprühnebel kann in den Abgasstrom des Motors 102 eintreten und bei Passieren der SCR-Komponente 114 die selektive katalytische Reduktion (SCR) der NOx-Emissionen im Abgasstrom ermöglichen. Wenn die Einspritzung des Reagens in den Abgasstrom nicht erforderlich ist, kann die Spule 472 abgeschaltet werden. Die Rückstellfeder 464 kann das Ventilelement 462 in die geschlossene Position bewegen, wenn keine entgegenwirkende elektromagnetische Kraft vorhanden ist.
Wie durch den Reagensströmungsweg ‚R1‘ angedeutet, kann das Reagens in der Rohrkammer 494 durch das Loch 496 in die Reagenskammer 438 strömen. Das Reagens in der Reagenskammer 438 kann eine oder mehrere Komponenten der Ventilbaugruppe 412 kühlen. Eine Form und/oder Abmessungen des Lochs 496 können entsprechend den Kühlanforderungen der Ventilbaugruppe 412 gewählt sein. Das Volumen des Reagens in der Reagenskammer 438 kann zudem dafür optimiert sein, eine effiziente Kühlung zu gewährleisten.
In einer normalen Position des zweiten Körpers 404 ist, wie in 10 veranschaulicht, das Federelement 406 so vorgespannt, dass es den zweiten Körper 404 in Richtung des ersten Körpers 402 vorspannt. Dies kann einem ungefrorenen Zustand des Reagens entsprechen. In der normalen Position kann das Flanschteilstück 443 des zweiten Körpers 404 ferner auf einem Ende des Stangenstücks 456 angeordnet sein. Das Reagens kann sich in gefrorenem Zustand ausdehnen. In der veranschaulichten Ausführungsform kann der Injektor 400 in radialer Richtung im Wesentlichen starr sein. Folglich kann sich das Reagens entlang der axialen Richtung ‚Da‘ ausdehnen. Ferner kann das gefrierende Reagens aufgrund der Ausdehnung den Druck ‚Pa‘ auf den zweiten Körper 404 ausüben, wodurch der zweite Körper 404 entlang der axialen Richtung ‚Da‘ vom ersten Körper 402 weg verschoben wird. Der Druck ‚Pa‘ kann durch sich ausdehnendes Eis ausgeübt werden, das im gefrorenen Zustand des Reagens gebildet wird. Das Federelement 406 verformt sich ebenfalls, um die Bewegung des zweiten Körpers 404 entlang der axialen Richtung ‚Da‘ zu ermöglichen. Konkret können sich die Zwischenabschnitte 450 des Federelements 406 verformen, um die Bewegung des zweiten Körpers 404 relativ zum ersten Körper 402 zu ermöglichen. Die vom Federelement 406 ausgeübte Vorspannkraft ‚Fs‘ kann jedoch die Bewegung des zweiten Körpers 404 begrenzen und den zweiten Körper 404 in dem (in 11 gezeigten) Abstand ‚D2‘ vom Ende des Stangenstücks 456 halten. Dies kann einer ausgefahrenen Position oder Konfiguration des zweiten Körpers 404 entsprechen. Die Vorspannkraft ‚Fs‘, die durch das Federelement 406 aufgrund der Vorspannung ausgeübt wird, kann somit dem Druck ‚Ps‘ entgegenwirken, der von dem Reagens im gefrorenen Zustand ausgeübt wird. Die durch die Bewegung des zweiten Körpers 404 gebildete Expansionskammer 491 kann zudem Raum für die Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens bereitstellen. Das Dichtelement 487 kann ein Austreten des Reagens aus dem Injektor 400 verhindern. Bei einem anschließenden Auftauen des Reagens kann sich das Reagens zusammenziehen. Der Druck ‚Pa‘ wird dann gegebenenfalls nicht mehr auf den zweiten Körper 404 ausgeübt. Das Federelement 406 kann den zweiten Körper 404 in Richtung des ersten Körpers 402 vorspannen, nachdem das Eis aufgetaut ist. Konkret kann das Federelement 406 den zweiten Körper 404 verschieben und den zweiten Körper 404 gegen das Ende des Stangenstücks 456 festhalten.
Der Injektor 400 kann somit eine das Federelement 406 umfassende Gefrierschutzfunktion aufweisen, die eine sichere Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens ermöglicht. Somit kann eine Beschädigung des Injektors 400 durch das gefrierende Reagens im Wesentlichen verhindert werden. Zudem kann durch das Dichtelement 487 ein Austreten des Reagens verhindert werden. Nachdem das Reagens aufgetaut ist, bewegt das Federelement 406 den zweiten Körper 404 ferner in seine normale Position.
Der Injektor 400 wie in 8 bis 11 dargestellt ist nur beispielhaft, und alternative Konfigurationen sind im Umfang der vorliegenden Offenbarung möglich. Beispielsweise kann anstelle des zweiten Körpers 404 das Reagensauslassrohr 408 in Bezug auf den ersten Körper 402 beweglich sein. Ferner kann ein Federelement (nicht dargestellt) das Reagensauslassrohr 408 in Richtung des ersten Körpers 402 vorspannen. Das Federelement kann zudem die in Reaktion auf eine Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens erfolgende Bewegung des Reagensauslassrohrs 408 begrenzen. Das Federelement kann ferner das Reagensauslassrohr 408 in eine normale Position bewegen, wenn das Reagens aufgetaut ist. Somit ist die vorliegende Offenbarung nicht auf eine Bewegung in der axialen Richtung ‚Da‘ des Injektors 400 beschränkt, um eine Ausdehnung des Reagens im gefrorenen Zustand zu ermöglichen. Stattdessen kann die Bewegung in einem beliebigen Winkel relativ zur Längsachse ‚L1‘ ausgerichtet sein.
In einer weiteren Ausführungsform können sowohl der zweite Körper 404 als auch das Reagensauslassrohr 408 in Bezug auf den ersten Körper 402 beweglich sein. Der Injektor 400 kann dann zwei Federelemente aufweisen. Ein Federelement kann am zweiten Körper 404 verwendet werden, während das andere Federelement am Reagensauslassrohr 408 verwendet werden kann.
12 und 13 veranschaulichen Querschnittsansichten eines Injektors 600 gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Der Injektor 600 ähnelt in Aufbau und Funktion im Wesentlichen dem vorstehend unter Bezugnahme auf 2 bis 7 beschriebenen Injektor 110. Ähnliche Komponenten wurden daher mit ähnlichen Bezugszeichen versehen. Ein Federelement 602 des Injektors 600 kann jedoch auch als obere Kappe für den ersten Körper 202 wirken. Insbesondere kann das Federelement 602 verschiedene Teile der Ventilbaugruppe 216 innerhalb des ersten Körpers 202 halten. Das Federelement 602 ist zwischen dem ersten Körper 202 und dem zweiten Körper 204 positioniert. Das Federelement 602 kann zudem den zweiten Körper 204 beweglich mit dem ersten Körper 202 verbinden. In einer Ausführungsform kann es sich bei dem Federelement 602 um eine allgemein flache Feder handeln. Ferner kann das Federelement 602 durch mindestens einen Stanz- oder Formprozess gebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform kann das Federelement 602 aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt sein. Das Federelement 602 weist mindestens einen Hauptabschnitt 604, mindestens einen Zwischenabschnitt 606, mindestens einen länglichen Abschnitt 608 und mindestens einen Kappenabschnitt 610 auf. In einer Ausführungsform kann das Federelement 602 eine im Wesentlichen achsensymmetrische Konfiguration haben. Insbesondere kann das Federelement 602 im Wesentlichen symmetrisch um die Längsachse ‚L‘ des Injektors 600 sein. In alternativen Ausführungsformen kann das Federelement 602 ein Paar Zwischenabschnitte 606, die sich vom Hauptabschnitt 604 aus erstrecken, und ein Paar länglicher Abschnitte 608 aufweisen, die sich von jeweiligen Zwischenabschnitten 606 aus erstrecken. In einer anderen Ausführungsform kann das Federelement 602 mehrere Zwischenabschnitte 606 aufweisen, wobei sich jeder Zwischenabschnitt 606 von einem separaten Hauptabschnitt (nicht gezeigt) erstreckt. Außerdem kann sich jeder der länglichen Abschnitte 608 von einem entsprechenden Zwischenabschnitt 606 aus erstrecken. Somit sind die Zwischenabschnitte 606 und die länglichen Abschnitte 608 nicht miteinander verbunden. Die Zwischenabschnitte 606 und die länglichen Abschnitte 608 können voneinander weg gebogen oder verformt werden, wodurch die Wartung und/oder der Austausch einer oder mehrerer interner Komponenten (z.B. der Ventilbaugruppe 216) des Injektors 600 ermöglicht wird.
Der Hauptabschnitt 604 ist auf dem Flanschteilstück 243 des Reagensrohrs 240 angeordnet. Ferner wird der Hauptabschnitt 604 gegen die Oberseite 244 des Flanschteilstücks 243 gedrückt. Die Oberseite 244 kann eine Lippenkontur aufweisen, so dass der Hauptabschnitt 604 auf den zweiten Körper 204 aufschnappt oder einrastet. Dadurch kann auch eine Drehung des zweiten Körpers 204 verhindert werden. In einer weiteren Ausführungsform kann der Hauptabschnitt 604 mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Bereich des Flanschteilstücks 243 des Reagensrohrs 240 verbunden sein. Der Hauptabschnitt 604 kann eine ringförmige Form haben, die eine Hauptöffnung 612 definiert. Die Hauptöffnung 612 ist zumindest teilweise um das Reagensrohr 240 herum angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform weist der Hauptabschnitt 604 möglicherweise keine vollständig umschlossene Öffnung auf. Beispielsweise kann die Hauptöffnung 612 im Wesentlichen U-förmig sein. Das Reagensrohr 240 kann sich somit durch die Hauptöffnung 612 hindurch erstrecken. In einer Ausführungsform kann der Hauptabschnitt 604 auf das Flanschteilstück 243 des zweiten Körpers 204 aufgepresst sein. In anderen Ausführungsformen kann der Hauptabschnitt 604 durch verschiedene Verfahren wie beispielsweise Schweißen, Hartlöten, Haftmittel, mechanische Befestigungsmittel usw. am zweiten Körper 204 angebracht sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Hauptabschnitt 604 lösbar mit dem zweiten Körper 204 verbunden sein.
Der Zwischenabschnitt 606 kann sich vom Hauptabschnitt 604 aus erstrecken. In einer anderen Ausführungsform kann der Hauptabschnitt 604 ein Ende oder eine Verlängerung des Zwischenabschnitts 606 sein, das bzw. die mit dem zweiten Körper 204 in Kontakt ist. In einem unverformten oder normalen Zustand hat, wie in 12 gezeigt, der Zwischenabschnitt 606 eine gekrümmte Form, die sich vom Hauptabschnitt 604 aus aufwärts erstreckt und sich dann zum länglichen Abschnitt 608 hin abwärts krümmt. In einem verformten Zustand bzw. einer verformten Konfiguration ist, wie in 13 gezeigt, ein Teil des Zwischenabschnitts 606 im Wesentlichen parallel zum Hauptabschnitt 604 ausgerichtet. Nachdem der Zwischenabschnitt 606 bis zu einem Punkt verformt oder gebogen ist, an dem der Teil des Zwischenabschnitts 606 im Wesentlichen parallel zum Hauptabschnitt 604 ausgerichtet ist, kann das Federelement 602 die maximale axiale Bewegung des zweiten Körpers 204 relativ zum ersten Körper 202 begrenzen. Ein Abstand ‚D3‘ (in 13 gezeigt) kann der maximalen axialen Bewegung des zweiten Körpers 204 relativ zum ersten Körper 202 entsprechen. Der Abstand ‚D3‘ kann der Abstand zwischen dem zweiten Körper 204 und dem Stangenstück 256 sein.
Der längliche Abschnitt 608 erstreckt sich vom Zwischenabschnitt 606 aus. Der Zwischenabschnitt 606 kann somit zwischen dem Hauptabschnitt 604 und dem länglichen Abschnitt 608 angeordnet sein. Ferner kann der längliche Abschnitt 608 mit dem Stangenstück 256 verbunden sein. In einer Ausführungsform ist der längliche Abschnitt 608 durch Schweißen mit dem Stangenstück 256 verbunden. In anderen Ausführungsformen kann der längliche Abschnitt 608 durch verschiedene Verfahren wie beispielsweise Hartlöten, mechanische Befestigungsmittel, Haftmittel usw. mit dem Stangenstück 256 verbunden sein. In einer anderen Ausführungsform kann der längliche Abschnitt 608 mit dem Stangenstück 256 durch ein beliebiges nicht dauerhaftes Fügeverfahren lösbar verbunden sein. Eine solche lösbare Verbindung kann es ermöglichen, den zweiten Körper 204 vom ersten Körper 202 zu entfernen, um so die Wartung und/oder den Austausch einer oder mehrerer interner Komponenten (z.B. der Ventilbaugruppe 216) des Injektors 600 zu ermöglichen. In einer weiteren Ausführungsform kann der längliche Abschnitt 608 mit dem Stangenstück 256 durch eine Schnappverbindung verbunden sein.
Der Kappenabschnitt 610 erstreckt sich von dem länglichen Abschnitt 608 aus und ist im Wesentlichen normal zur Längsachse ‚L‘ des Injektors 600 ausgerichtet. Der längliche Abschnitt 608 kann somit zwischen dem Zwischenabschnitt 606 und dem Kappenabschnitt 610 angeordnet sein. Der Kappenabschnitt 610 deckt das obere Ende des ersten Körpers 202 zumindest teilweise ab. In einer Ausführungsform ist der Kappenabschnitt 610 durch Schweißen mit dem ersten Körper 202 verbunden. In anderen Ausführungsformen kann der Kappenabschnitt 610 durch verschiedene Verfahren wie beispielsweise Hartlöten, mechanische Befestigungsmittel, Haftmittel usw. mit dem ersten Körper 202 verbunden sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Kappenabschnitt 610 mit dem ersten Körper 202 durch ein beliebiges nicht dauerhaftes Fügeverfahren lösbar verbunden sein. Eine solche lösbare Verbindung kann es ermöglichen, den zweiten Körper 204 vom ersten Körper 202 zu entfernen, um so die Wartung und/oder den Austausch einer oder mehrerer interner Komponenten (z.B. der Ventilbaugruppe 216) des Injektors 600 zu ermöglichen. In einer weiteren Ausführungsform kann der Kappenabschnitt 610 mit dem ersten Körper 202 durch eine Schnappverbindung verbunden sein.
In einer Ausführungsform ist das Federelement 602 vorgespannt, um den zweiten Körper 204 in Richtung des ersten Körpers 202 vorzuspannen. In einer anderen Ausführungsform ist das Federelement 602 ferner so konfiguriert, dass es die Ventilbaugruppe 216 in Richtung des ersten Körpers 202 vorspannt oder drückt. Der zweite Körper 204 kann sich in Reaktion auf die Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens entgegen der Vorspannung des Federelements 602 bewegen. Das Federelement 602 ist ferner so konfiguriert, dass es eine in Reaktion auf die Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens erfolgende maximale Bewegung des zweiten Körpers 204 relativ zum ersten Körper 202 begrenzt. Insbesondere kann das Federelement 602 eine Vorspannkraft ‚F1‘ entgegen dem vom Reagens während des Gefrierens ausgeübten Druck ‚P‘ ausüben. Das Reagens kann sich im gefrorenen Zustand aufgrund von Eisbildung ausdehnen. Die Ausdehnung des Reagens wird also durch die Ausdehnung von Eis verursacht. Der Druck ‚P‘ wird durch Eis ausgeübt, das sich durch das Gefrieren des Reagens bildet. Das Federelement 602 kann ferner so konfiguriert sein, dass es das obere Ende des ersten Körpers 202 zumindest teilweise abdeckt.
Der zweite Körper 204 einschließlich des Reagensrohrs 240 kann in Reaktion auf eine Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens gegenüber dem ersten Körper 202 axial verschoben werden. Das Federelement 602 kann eine maximale axiale Bewegung des zweiten Körpers 204 begrenzen. In einem verschobenen Zustand wie in 13 gezeigt, können das Reagensrohr 240 und das Stangenstück 256 eine Expansionskammer 614 zwischen sich definieren. Die Expansionskammer 614 kann eine Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens ermöglichen. Die Expansionskammer 614 kann somit als Reservoir für das gefrierende Reagens dienen. Konkret kann die Expansionskammer 614 als Reservoir für Eis dienen, das sich durch das Gefrieren des Reagens bildet. Da sich das Eis ausdehnen kann, können Schäden an verschiedenen Komponenten des Injektors 600 verhindert werden. Ferner kann das Dichtelement 287 ein Austreten des Reagens aus der Expansionskammer 614 verhindern. Ein Volumen der Expansionskammer 614 kann dafür optimiert sein, eine ausreichende Ausdehnung von im gefrorenen Zustand des Reagens gebildetem Eis zu ermöglichen.
In einer normalen Position des zweiten Körpers 204 wie in 12 veranschaulicht ist das Federelement 602 so vorgespannt, dass es den zweiten Körper 204 in Richtung des ersten Körpers 202 vorspannt. Dies kann einem ungefrorenen Zustand des Reagens entsprechen. In der normalen Position kann das Flanschteilstück 243 des zweiten Körpers 204 ferner auf einem Ende des Stangenstücks 256 angeordnet sein. Das Reagens kann sich in gefrorenem Zustand ausdehnen. In der veranschaulichten Ausführungsform kann der Injektor 600 in radialer Richtung im Wesentlichen starr sein. Folglich kann sich das Reagens entlang der axialen Richtung ‚D‘ ausdehnen. Ferner kann das gefrierende Reagens aufgrund der Ausdehnung den Druck ‚P‘ auf den zweiten Körper 204 ausüben, wodurch der zweite Körper 204 entlang der axialen Richtung ‚D‘ vom ersten Körper 202 weg verschoben wird. Der Druck ‚P‘ kann durch sich ausdehnendes Eis ausgeübt werden, das im gefrorenen Zustand des Reagens gebildet wird. Das Federelement 602 verformt sich ebenfalls, um die Bewegung des zweiten Körpers 204 entlang der axialen Richtung ‚D‘ zu ermöglichen. Insbesondere kann sich der Zwischenabschnitt 606 des Federelements 602 verformen, um die Bewegung des zweiten Körpers 204 relativ zum ersten Körper 202 zu ermöglichen. Die vom Federelement 602 ausgeübte Vorspannkraft ‚F1‘ kann jedoch die maximale Bewegung des zweiten Körpers 204 begrenzen und den zweiten Körper 204 in dem (in 13 gezeigten) Abstand ‚D3‘ vom Ende des Stangenstücks 256 halten. Dies kann einer ausgefahrenen Position oder Konfiguration des zweiten Körpers 204 entsprechen. Die Vorspannkraft ‚F1‘, die durch das Federelement 602 aufgrund der Vorspannung ausgeübt wird, kann somit dem Druck ‚P‘ entgegenwirken, der von dem Reagens im gefrorenen Zustand ausgeübt wird. Die durch die Bewegung des zweiten Körpers 204 gebildete Expansionskammer 614 kann zudem Raum für die Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens bereitstellen. Das Dichtelement 287 kann ein Austreten des Reagens aus dem Injektor 600 verhindern. Bei einem anschließenden Auftauen des Reagens kann sich das Reagens zusammenziehen. Der Druck ‚P‘ wird dann gegebenenfalls nicht mehr auf den zweiten Körper 204 ausgeübt. Das Federelement 602 kann den zweiten Körper 204 in Richtung des ersten Körpers 202 vorspannen, nachdem das Eis aufgetaut ist. Konkret kann das Federelement 602 den zweiten Körper 204 verschieben und den zweiten Körper 204 gegen das Ende des Stangenstücks 256 festhalten.
Der Injektor 600 kann somit eine das Federelement 602 umfassende Gefrierschutzfunktion aufweisen, die eine sichere Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens ermöglicht. Somit kann eine Beschädigung des Injektors 600 durch das gefrierende Reagens im Wesentlichen verhindert werden. Zudem kann durch das Dichtelement 287 ein Austreten des Reagens verhindert werden. Nachdem das Reagens aufgetaut ist, bewegt das Federelement 602 den zweiten Körper 204 ferner in seine normale Position. Das Federelement 602 kann zusätzlich als obere Kappe für den ersten Körper 202 wirken.
14 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Injektors 800 gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung. 15 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Abdeckungselements 801 des Injektors 800 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 16 und 17 zeigen Querschnittsansichten des Injektors 800. Der Injektor 800 ähnelt in Aufbau und Funktion im Wesentlichen dem vorstehend unter Bezugnahme auf 2 bis 7 beschriebenen Injektor 110. Ähnliche Komponenten wurden daher mit ähnlichen Bezugszeichen versehen. Ein Federelement 802 des Injektors 800 kann jedoch auch als obere Kappe für den ersten Körper 202 dienen. Ferner weist der Injektor 800 das Abdeckungselement 801 auf, das an den ersten Körper 202 gekoppelt ist. Das Abdeckungselement 801 weist einen integralen Flanschabschnitt 803 zum Befestigen des Injektors 800 an einer Komponente auf. Darüber hinaus definiert der erste Körper 202 ein erstes Ende 805 und ein dem ersten Ende entgegengesetztes zweites Ende 807. Sowohl das erste als auch das zweite Ende 805, 807 können offen sein. Ferner können das erste Ende 805 und das zweite Ende 807 in Bezug auf die Längsachse ‚L‘ des Injektors 800 zueinander beabstandet sein. Insbesondere können das erste und das zweite Ende 805, 807 axiale Enden des Injektors 800 sein. Das erste Ende 805 kann ein oberes Ende sein und befindet sich proximal zum zweiten Körper 204. Das zweite Ende 807 kann ein unteres Ende sein und grenzt an das Abdeckungselement 801 an. Das erste Ende 805 kann auch ein Einsetzen und/oder Entnehmen der Ventilbaugruppe 216 aus dem Injektor 800 ermöglichen. Der vertiefte Abschnitt 230 ist am zweiten Ende 807 angeordnet. Der Leitungsabschnitt 226 des Injektors 800 kann ebenfalls am zweiten Ende 807 angeordnet sein und erstreckt sich von dem vertieften Abschnitt 230 aus. Die Auslassöffnung 228 ist proximal zum zweiten Ende 807 des ersten Körpers 202 angeordnet. Ferner ist die Auslassöffnung 228 durch den Leitungsabschnitt 226 definiert. Das Abdeckungselement 801 ist so ausgelegt, dass es das zweite Ende 807 des Injektors 800 zumindest teilweise abdeckt.
Das Federelement 802 ist zwischen dem ersten Körper 202 und dem zweiten Körper 204 positioniert. Das Federelement 802 ist so ausgelegt, dass es eine Bewegung des zweiten Körpers 204 relativ zum ersten Körper 202 in Reaktion auf die Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens ermöglicht. Das Federelement 802 kann das erste Ende 805 des Injektors 800 zumindest teilweise abdecken. Ferner kann das Federelement 802 verschiedene Teile der Ventilbaugruppe 216 innerhalb des ersten Körpers 202 halten. Das Federelement 802 ist zwischen dem ersten Körper 202 und dem zweiten Körper 204 positioniert. Das Federelement 802 kann zudem den zweiten Körper 204 beweglich mit dem ersten Körper 202 verbinden. Der zweite Körper 204 ist somit beweglich an den ersten Körper 202 gekoppelt. In der veranschaulichten Ausführungsform weist, wie in 16 gezeigt, das Federelement 802 ein erstes Federteil 802A und ein zweites Federteil 802B auf. Das erste und das zweite Federteil 802A, 802B können separate Komponenten sein und sind unabhängig voneinander mit dem ersten Körper 202 und dem zweiten Körper 204 verbunden. In einer Ausführungsform sind das erste und das zweite Federteil 802A, 802B jeweils lösbar mit dem ersten Körper 202 und dem zweiten Körper 204 verbunden. Das erste und das zweite Federteil 802A, 802B können auf dem ersten und dem zweiten Körper 202, 204 einschnappen. Insbesondere können das erste und das zweite Federteil 802A, 802B jeweils ein verformbarer Clip sein, die durch jeweilige Schnappverbindungen am ersten Körper 202 und am zweiten Körper 204 anbringbar sind. Außerdem können das erste und das zweite Federteil 802A, 802B jeweils leicht vom Injektor 800 entfernt werden, indem das erste und das zweite Federteil 802A, 802B jeweils von der Längsachse ‚L‘ des Injektors 800 weg verformt werden. Dies kann die Wartung und/oder den Austausch einer oder mehrerer interner Komponenten (z.B. der Ventilbaugruppe 216) erleichtern. In einer Ausführungsform können das erste und das zweite Federteil 802A, 802B des Federelements 802 jeweils eine allgemein flache Feder sein. Ferner können das erste und das zweite Federteil 802A, 802B jeweils durch mindestens einen Stanz- oder Formprozess gebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform können das erste und das zweite Federteil 802A, 802B aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt sein. Das erste und das zweite Federteil 802A, 802B weisen jeweils einen Hauptabschnitt 804, einen Zwischenabschnitt 806, einen ersten länglichen Abschnitt 808, einen zweiten Zwischenabschnitt 810 und einen zweiten länglichen Abschnitt 812 auf.
Der Hauptabschnitt 804 jeweils des ersten und des zweiten Federteils 802A, 802B ist auf dem Flanschteilstück 243 des Reagensrohrs 240 angeordnet. Ferner wird der Hauptabschnitt 804 gegen die Oberseite 244 des Flanschteilstücks 243 gedrückt. Die Oberseite 244 kann eine Lippenkontur aufweisen, so dass der Hauptabschnitt 804 auf den zweiten Körper 204 aufschnappt oder einrastet. Dadurch kann auch eine Drehung des zweiten Körpers 204 verhindert werden. In einer weiteren Ausführungsform kann der Hauptabschnitt 804 mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Bereich des Flanschteilstücks 243 des Reagensrohrs 240 verbunden sein. Bei dem Hauptabschnitt 804 kann es sich um ein kreisförmiges Segment handeln. Die Hauptabschnitte 804 des ersten und des zweiten Federteils 802A, 802B definieren zusammen eine Hauptöffnung 814. Die Hauptöffnung 814 ist zumindest teilweise um das Reagensrohr 240 herum angeordnet. In einer Ausführungsform weist der Hauptabschnitt 804 möglicherweise keine vollständig umschlossene Öffnung auf. Beispielsweise kann die Hauptöffnung 814 im Wesentlichen U-förmig sein. Das Reagensrohr 240 kann sich somit durch die Hauptöffnung 814 hindurch erstrecken. In einer Ausführungsform kann der Hauptabschnitt 804 ein gekrümmtes Ende (nicht gezeigt) zum Sichern des entsprechenden ersten und zweiten Federteils 802A, 802B am zweiten Körper 204 aufweisen. Außerdem können das erste und das zweite Federteil 802A, 802B durch Wegbiegen der entsprechenden Hauptabschnitte 804 von der Längsachse ‚L‘ des Injektors 800 vom zweiten Körper 204 entfernt werden.
Der erste Zwischenabschnitt 806 jeweils des ersten und des zweiten Federteils 802A, 802B kann sich vom Hauptabschnitt 804 aus erstrecken. In einer anderen Ausführungsform kann der Hauptabschnitt 804 ein Ende oder eine Verlängerung des ersten Zwischenabschnitts 806 sein, das bzw. die mit dem zweiten Körper 204 in Kontakt ist. In einem unverformten oder normalen Zustand hat, wie in 16 gezeigt, der erste Zwischenabschnitt 806 eine gekrümmte Form, die sich vom Hauptabschnitt 804 aus aufwärts erstreckt und sich dann zum ersten länglichen Abschnitt 808 hin abwärts krümmt. In einem verformten Zustand bzw. einer verformten Konfiguration ist, wie in 17 gezeigt, ein Teil des ersten Zwischenabschnitts 806 im Wesentlichen parallel zum Hauptabschnitt 804 ausgerichtet. Nachdem der erste Zwischenabschnitt 806 bis zu einem Punkt verformt oder gebogen ist, an dem der Teil des ersten Zwischenabschnitts 806 im Wesentlichen parallel zum Hauptabschnitt 804 ausgerichtet ist, kann das Federelement 802 die maximale axiale Bewegung des zweiten Körpers 204 relativ zum ersten Körper 202 begrenzen. Ein Abstand ‚D4‘ (in 17 gezeigt) kann der maximalen axialen Bewegung des zweiten Körpers 204 relativ zum ersten Körper 202 entsprechen. Der Abstand ‚D4‘ kann der Abstand zwischen dem zweiten Körper 204 und dem Stangenstück 256 sein.
Der erste längliche Abschnitt 808 jeweils des ersten und des zweiten Federteils 802A, 802B erstreckt sich vom ersten Zwischenabschnitt 806 aus. Der erste Zwischenabschnitt 806 kann somit zwischen dem Hauptabschnitt 804 und dem ersten länglichen Abschnitt 808 angeordnet sein. Ferner kann der erste längliche Abschnitt 808 lösbar mit dem Stangenstück 256 verbunden sein. Eine solche lösbare Verbindung kann es ermöglichen, den zweiten Körper 204 vom ersten Körper 202 zu entfernen, um so die Wartung und/oder den Austausch einer oder mehrerer interner Komponenten (z.B. der Ventilbaugruppe 216) des Injektors 800 zu ermöglichen. In einer weiteren Ausführungsform kann der erste längliche Abschnitt 808 mit dem Stangenstück 256 durch eine Schnappverbindung verbunden sein. Darüber hinaus kann der erste längliche Abschnitt 808 vom Stangenstück 256 weg gebogen oder verformt werden, um eine Wartung einer oder mehrerer Kernkomponenten des Injektors 800 zu ermöglichen.
Der zweite Zwischenabschnitt 810 jeweils des ersten und des zweiten Federteils 802A, 802B erstreckt sich vom ersten länglichen Abschnitt 808 aus. Der erste Zwischenabschnitt 806 kann somit an einem Ende des ersten länglichen Abschnitts 808 angeordnet sein, während der zweite Zwischenabschnitt 810 an einem entgegengesetzten Ende des ersten länglichen Abschnitts 808 angeordnet sein kann. Insbesondere kann der erste längliche Abschnitt 808 zwischen dem ersten und dem zweiten Zwischenabschnitt 806, 810 angeordnet sein. Die zweiten Zwischenabschnitte 810 des ersten und des zweiten Federteils 802A, 802B können zusammen als obere Kappe für den ersten Körper 202 wirken. Insbesondere decken die zweiten Zwischenabschnitte 810 zumindest teilweise das erste Ende 805 des ersten Körpers 202 ab. Der zweite Zwischenabschnitt 810 kann somit ein Kappenabschnitt jeweils des ersten und des zweiten Federteils 802A, 802B sein. Der zweite Zwischenabschnitt 810 kann eine gekrümmte Form haben, die sich vom ersten länglichen Abschnitt 808 aus abwärts erstreckt und dann im Wesentlichen normal zur Längsachse ‚L‘ des Injektors 800 ausgerichtet ist. Der zweite Zwischenabschnitt 810 kann ferner gekrümmt sein, um auf den zweiten länglichen Abschnitt 812 zu treffen. Das erste Ende 805 des ersten Körpers 202 kann abgerundet oder abgeschrägt sein, um der gekrümmten Form der zweiten Zwischenabschnitte 810 des ersten und des zweiten Federteils 802A, 802B zu entsprechen. Der zweite Zwischenabschnitt 810 kann lösbar mit dem ersten Körper 202 verbunden sein. Eine solche lösbare Verbindung kann es ermöglichen, den zweiten Körper 204 vom ersten Körper 202 zu entfernen, um so die Wartung und/oder den Austausch einer oder mehrerer interner Komponenten (z.B. der Ventilbaugruppe 216) des Injektors 800 zu ermöglichen. In einer weiteren Ausführungsform kann der zweite Zwischenabschnitt 810 mit dem ersten Körper 202 durch eine Schnappverbindung verbunden sein. Darüber hinaus kann der zweite Zwischenabschnitt 810 vom ersten Körper 202 weg gebogen oder verformt werden, um eine Wartung einer oder mehrerer Kernkomponenten des Injektors 800 zu ermöglichen.
Der zweite längliche Abschnitt 812 jeweils des ersten und des zweiten Federteils 802A, 802B erstreckt sich vom zweiten Zwischenabschnitt 810 aus. Ferner kann der zweite längliche Abschnitt 812 lösbar mit dem ersten Körper 202 verbunden sein. Eine solche lösbare Verbindung kann es ermöglichen, den zweiten länglichen Abschnitt 812 vom ersten Körper 202 zu entfernen, um so die Wartung und/oder den Austausch einer oder mehrerer interner Komponenten (z.B. der Ventilbaugruppe 216) des Injektors 800 zu ermöglichen. In einer weiteren Ausführungsform kann der zweite längliche Abschnitt 812 mit dem ersten Körper 202 durch eine Schnappverbindung verbunden sein. Darüber hinaus kann der zweite längliche Abschnitt 812 vom ersten Körper 202 weg gebogen oder verformt werden, um eine Wartung einer oder mehrerer Kernkomponenten des Injektors 800 zu ermöglichen. In einer Ausführungsform kann der zweite längliche Abschnitt 812 ein gekrümmtes Ende (nicht gezeigt) aufweisen, das in eine Lippe (nicht gezeigt) des ersten Körpers 202 eingreift, um das entsprechende erste und zweite Federteil 802A, 802B an dem ersten Körper 202 zu sichern.
Das Abdeckungselement 801 weist einen Schalenabschnitt 818 und den Flanschabschnitt 803 auf, der mit dem Schalenabschnitt 818 integral ausgebildet ist. Der Flanschabschnitt 803 kann sich vom Schalenabschnitt 818 aus auswärts erstrecken. Der Schalenabschnitt 818 ist so ausgelegt, dass er das zweite Ende 807 des ersten Körpers 202 zumindest teilweise abdeckt. Der Schalenabschnitt 818 kann eine im Wesentlichen achsensymmetrische Konfiguration haben. Insbesondere kann der Schalenabschnitt 818 im Wesentlichen symmetrisch um die Längsachse ‚L‘ des Injektors 800 sein. Ferner definiert der Schalenabschnitt 818 des Abdeckungselements 801 eine durch diesen verlaufende Abdeckungsöffnung 820. Die Abdeckungsöffnung 820 kann mittig auf dem Schalenabschnitt 818 positioniert sein. Die Abdeckungsöffnung 820 ist so ausgelegt, dass sie den Leitungsabschnitt 226 des Injektors 800 zumindest teilweise aufnimmt. Insbesondere kann die Abdeckungsöffnung 820 ein Ende 822 des Leitungsabschnitts 226 aufnehmen. Der Leitungsabschnitt 226 kann ferner eine an das Ende 822 angrenzende Stufe aufweisen, so dass der Leitungsabschnitt 226 auf dem Schalenabschnitt 818 gestützt werden kann. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Abdeckungsöffnung 820 im Wesentlichen kreisförmig. Die Abdeckungsöffnung 820 kann jedoch jede geeignete Form haben, um den Leitungsabschnitt 226 zumindest teilweise darin aufzunehmen. In einer Ausführungsform kann der Schalenabschnitt 818 auf den Leitungsabschnitt 226 aufgepresst sein. Insbesondere kann ein Innendurchmesser des Schalenabschnitts 818, der die Abdeckungsöffnung 820 definiert, auf das Ende 822 des Leitungsabschnitts 226 aufgepresst sein. Zwischen dem Schalenabschnitt 818 und einem Außendurchmesser des zweiten Endes 807 des ersten Körpers 202 kann eine Spielpassung vorgesehen sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Schalenabschnitt 818 ferner an einer oder mehreren Schweißstellen oder -punkten mit dem Leitungsabschnitt 226 verschweißt sein. Insbesondere kann der Schalenabschnitt 818 an einer ersten Schweißstelle 826 mit dem Leitungsabschnitt 226 verschweißt sein. In anderen Ausführungsformen kann der Schalenabschnitt 818 durch verschiedene andere Verfahren wie beispielsweise Hartlöten, mechanische Befestigungsmittel, Haftmittel usw. mit dem ersten Körper 202 verbunden sein. Der Schalenabschnitt 818 kann als untere Kappe oder Anschlussabdeckung für den Injektor 800 wirken. Ferner können der erste Körper 202 und der Schalenabschnitt 818 zusammen eine Fluidkammer 824 definieren. Die Fluidkammer 824 kann den Leitungsabschnitt 226 zumindest teilweise umgeben. Insbesondere können der Schalenabschnitt 818, der vertiefte Abschnitt 230 und der Leitungsabschnitt 226 die Fluidkammer 824 definieren. Das Fluideinlass- und -auslassrohr 212, 214 des Injektors 800 können mit der Fluidkammer 824 in Fluidverbindung stehen. Insbesondere ist der Fluideinlass 236 (in 3 gezeigt) des Fluideinlassrohrs 212 in Fluidverbindung mit der Fluidkammer 824 angeordnet. In ähnlicher Weise ist der Fluidauslass 238 (in 3 gezeigt) des Fluidauslassrohrs 214 in Fluidverbindung mit der Fluidkammer 824 angeordnet. Der Fluideinlass 236 kann so eingerichtet sein, dass er ein Fluid aufnimmt, das sich vom Reagens unterscheidet. In einer Ausführungsform kann das Fluid ein Kühlmittel sein (z.B. Wasser). Der Fluideinlass 236 kann das Fluid aus dem Kühlsystem 130 (in 1 gezeigt) über die Fluidversorgungsleitung 132 aufnehmen. Der Fluiddurchgang 239 (in 5 gezeigt) des Fluideinlassrohrs 212 kann mit der schrägen Bohrung 245 (in 5 gezeigt) des ersten Körpers 202 in Fluidverbindung stehen. Die schräge Bohrung 245 kann mit der Fluidkammer 824 in Fluidverbindung stehen. Ferner kann das Fluid in der Fluidkammer 824 den Injektor 800 durch das Fluidauslassrohr 214 verlassen. Ein Strömungsdurchgang (nicht gezeigt) des Fluidauslassrohrs 214 kann mit einer weiteren schrägen Bohrung (nicht gezeigt) des ersten Körpers 202 in Fluidverbindung stehen. Diese schräge Bohrung kann mit der Fluidkammer 824 in Fluidverbindung stehen. Die Fluidkammer 824 kann als Kühlkammer für eine oder mehrere Komponenten des Injektors 800 wirken. Die Kühlfunktion der Fluidkammer 824 kann im Wesentlichen der Kühlfunktion der Fluidkammer 232 (in 5 gezeigt) des Injektors 110 ähneln.
Der Flanschabschnitt 803 kann mit dem Schalenabschnitt 818 des Abdeckungselements 801 integral ausgebildet sein. Somit kann das Abdeckungselement 801 sowohl eine Anschlussabdeckung als auch einen Montageflansch oder eine Montagehalterung des Injektors 800 in einer einstückigen Konstruktion beinhalten. Das Abdeckungselement 801 kann durch Stanzen oder Feingießen hergestellt sein. Ferner kann das Abdeckungselement 801 aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt sein. Der Flanschabschnitt 803 kann eine komplexe dünnwandige Montageplatte sein, die sich von einem äußeren Teil des Schalenabschnitts 818 aus erstreckt. Der Flanschabschnitt 803 definiert ferner mindestens eine Montageöffnung oder ein Montageloch 828. In der veranschaulichten Ausführungsform aus 15 weist der Flanschabschnitt 803 drei Montagelöcher 828 auf. Jedes der Montagelöcher 828 hat eine Kreisform. Jedoch kann jedes der Montagelöcher 828 je nach Anforderung eine beliebige andere Form haben. Die Montagelöcher 828 können es ermöglichen, den Flanschabschnitt 803 und damit den Injektor 800 über mechanische Befestigungsmittel wie beispielsweise Schrauben an einer Komponente zu befestigen. Bei der Komponente kann es sich um die Abgasleitung 106 (in 1 gezeigt) des Abgassystems 100 handeln. In einer Ausführungsform kann der Flanschabschnitt 803 an einer oder mehreren Schweißstellen oder - punkten mit dem ersten Körper 202 verschweißt sein. Insbesondere kann der Flanschabschnitt 803 an einer zweiten Schweißstelle 830 mit einem erweiterten Abschnitt 823 des ersten Körpers 202 verschweißt sein. In anderen Ausführungsformen kann der Flanschabschnitt 803 durch verschiedene andere Verfahren wie beispielsweise Hartlöten, mechanische Befestigungsmittel, Haftmittel usw. mit dem ersten Körper 202 verbunden sein.
Da der Schalenabschnitt 818 und der Flanschabschnitt 803 integral ausgebildet sind, kann das Abdeckungselement 801 auf mindestens eine Schweißverbindung verzichten, wodurch eine Montagezykluszeit und damit verbundene Kosten reduziert werden. Das Abdeckungselement 801 kann zudem potenzielle Ausrichtungsprobleme (beispielsweise radiales Spiel) zwischen dem Schalenabschnitt 818 und dem ersten Körper 202 beseitigen, die andernfalls den Schweißprozess beeinträchtigen könnten. Das Abdeckungselement 801 kann zudem einen zusätzlichen thermischen Vorteil bieten, indem es den integralen Flanschabschnitt 803 direkt kühlt. Das Abdeckungselement 801 kann zudem die Kosten reduzieren, da die Anschlussabdeckung und der Montageflansch integral und nicht als separate Komponenten gefertigt werden. Auch wenn das Abdeckungselement 801 unter Bezugnahme auf den Injektor 800 beschrieben wird, ist es denkbar, das Abdeckungselement 801 in die vorstehend beschriebenen Injektoren 110, 400, 600 zu integrieren.
In einer Ausführungsform sind das erste und das zweite Federteil 802A, 802B des Federelements 802 jeweils so vorgespannt, dass sie den zweiten Körper 204 in Richtung des ersten Körpers 202 vorspannen. In einer anderen Ausführungsform sind das erste und das zweite Federteil 802A, 802B des Federelements 802 ferner so konfiguriert, dass sie die Ventilbaugruppe 216 in Richtung des ersten Körpers 202 vorspannen oder drücken. Der zweite Körper 204 kann sich in Reaktion auf die Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens entgegen der Vorspannung des ersten und des zweiten Federteils 802A, 802B bewegen. Das erste und das zweite Federteil 802A, 802B sind ferner so konfiguriert, dass sie eine in Reaktion auf die Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens erfolgende maximale Bewegung des zweiten Körpers 204 relativ zum ersten Körper 202 begrenzen. Insbesondere können das erste und das zweite Federteil 802A, 802B eine Vorspannkraft ‚F2‘ entgegen dem vom Reagens während des Gefrierens ausgeübten Druck ‚P‘ ausüben. Das Reagens kann sich im gefrorenen Zustand aufgrund von Eisbildung ausdehnen. Die Ausdehnung des Reagens wird also durch die Ausdehnung von Eis verursacht. Der Druck ‚P‘ wird durch Eis ausgeübt, das sich durch das Gefrieren des Reagens bildet. Das erste und das zweite Federteil 802A, 802B können ferner so konfiguriert sein, dass sie das erste Ende 805 des ersten Körpers 202 zumindest teilweise abdecken.
Der zweite Körper 204 einschließlich des Reagensrohrs 240 kann in Reaktion auf eine Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens gegenüber dem ersten Körper 202 axial verschoben werden. Das erste und das zweite Federteil 802A, 802B können eine maximale axiale Bewegung des zweiten Körpers 204 begrenzen. In einem verschobenen Zustand können, wie in 17 gezeigt, das Reagensrohr 240 und das Stangenstück 256 eine Expansionskammer 832 zwischen sich definieren. Die Expansionskammer 832 kann eine Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens ermöglichen. Die Expansionskammer 832 kann somit als Reservoir für das gefrierende Reagens dienen. Konkret kann die Expansionskammer 832 als Reservoir für Eis dienen, das sich durch das Gefrieren des Reagens bildet. Da sich das Eis ausdehnen kann, können Schäden an verschiedenen Komponenten des Injektors 800 verhindert werden. Ferner kann das Dichtelement 287 ein Austreten des Reagens aus der Expansionskammer 832 verhindern. Ein Volumen der Expansionskammer 832 kann dafür optimiert sein, eine ausreichende Ausdehnung von im gefrorenen Zustand des Reagens gebildetem Eis zu ermöglichen.
In einer normalen Position des zweiten Körpers 204 sind, wie in 16 veranschaulicht, das erste und das zweite Federteil 802A, 802B so vorgespannt, dass sie den zweiten Körper 204 in Richtung des ersten Körpers 202 vorspannen. Dies kann einem ungefrorenen Zustand des Reagens entsprechen. In der normalen Position kann das Flanschteilstück 243 des zweiten Körpers 204 ferner auf einem Ende des Stangenstücks 256 angeordnet sein. Das Reagens kann sich in gefrorenem Zustand ausdehnen. In der veranschaulichten Ausführungsform kann der Injektor 800 in radialer Richtung im Wesentlichen starr sein. Folglich kann sich das Reagens entlang der axialen Richtung ‚D‘ ausdehnen. Ferner kann das gefrierende Reagens aufgrund der Ausdehnung den Druck ‚P‘ auf den zweiten Körper 204 ausüben, wodurch der zweite Körper 204 entlang der axialen Richtung ‚D‘ vom ersten Körper 202 weg verschoben wird. Der Druck ‚P‘ kann durch sich ausdehnendes Eis ausgeübt werden, das im gefrorenen Zustand des Reagens gebildet wird. Das erste und das zweite Federteil 802A, 802B verformen sich jeweils ebenfalls, um die Bewegung des zweiten Körpers 204 entlang der axialen Richtung ‚D‘ zu ermöglichen. Insbesondere kann sich der erste Zwischenabschnitt 806 jeweils des ersten und des zweiten Federteils 802A, 802B verformen, um die Bewegung des zweiten Körpers 204 relativ zum ersten Körper 202 zu ermöglichen. Die vom ersten und zweiten Federteil 802A, 802B ausgeübte Vorspannkraft ‚F2‘ kann jedoch die maximale Bewegung des zweiten Körpers 204 begrenzen und den zweiten Körper 204 in dem (in 17 gezeigten) Abstand ‚D4‘ vom Ende des Stangenstücks 256 halten. Dies kann einer ausgefahrenen Position oder Konfiguration des zweiten Körpers 204 entsprechen. Die Vorspannkraft ‚F2‘, die durch das erste und das zweite Federteil 802A, 802B aufgrund der Vorspannung ausgeübt wird, kann somit dem Druck ‚P‘ entgegenwirken, der von dem Reagens im gefrorenen Zustand ausgeübt wird. Die durch die Bewegung des zweiten Körpers 204 gebildete Expansionskammer 832 kann zudem Raum für die Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens bereitstellen. Das Dichtelement 287 kann ein Austreten des Reagens aus dem Injektor 800 verhindern. Bei einem anschließenden Auftauen des Reagens kann sich das Reagens zusammenziehen. Der Druck ‚P‘ wird dann gegebenenfalls nicht mehr auf den zweiten Körper 204 ausgeübt. Das erste und das zweite Federteil 802A, 802B können den zweiten Körper 204 in Richtung des ersten Körpers 202 vorspannen, nachdem das Eis aufgetaut ist. Insbesondere können das erste und das zweite Federteil 802A, 802B den zweiten Körper 204 verschieben und den zweiten Körper 204 gegen das Ende des Stangenstücks 256 festhalten.
Der Injektor 800 kann somit eine das Federelement 802 umfassende Gefrierschutzfunktion aufweisen, die eine sichere Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens ermöglicht. Somit kann eine Beschädigung des Injektors 800 durch das gefrierende Reagens im Wesentlichen verhindert werden. Zudem kann durch das Dichtelement 287 ein Austreten des Reagens verhindert werden. Nachdem das Reagens aufgetaut ist, bewegen das erste und das zweite Federteil 802A, 802B des Federelements 802 den zweiten Körper 204 ferner in seine normale Position. Das erste und das zweite Federteil 802A, 802B können zusätzlich als obere Kappe für den ersten Körper 202 wirken. Insbesondere können die zweiten Zwischenabschnitte 810 des ersten und des zweiten Federteils 802A, 802B das erste Ende 805 des ersten Körpers 202 zumindest teilweise abdecken. Die zweiten Zwischenabschnitte 810 können somit mindestens eine Kern- oder interne Komponente (beispielsweise die Ventilbaugruppe 216) des Injektors 800 innerhalb des ersten Körpers 202 halten. Die zweiten Zwischenabschnitte 810 können zudem vom ersten Körper 202 weg gebogen werden, um eine Wartung einer oder mehrerer Kernkomponenten des Injektors 800 zu ermöglichen. Insbesondere können die zweiten Zwischenabschnitte 810 es ermöglichen, eine oder mehrere Komponenten der Ventilbaugruppe 216 aus dem ersten Körper 202 zu entnehmen.
18 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Injektors 900 gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Der Injektor 900 ähnelt in Aufbau und Funktion im Wesentlichen dem vorstehend unter Bezugnahme auf 8 bis 11 beschriebenen Injektor 400. Ähnliche Komponenten wurden daher mit ähnlichen Bezugszeichen versehen. Ein Federelement 902 des Injektors 600 ist jedoch zwischen dem Reagensauslassrohr 408 und dem ersten Körper 402 angeordnet. Das Reagensauslassrohr 408 definiert eine Rohrachse ‚T‘, die mit einem Winkel ‚Ai‘ relativ zur Längsachse ‚L1‘ des Injektors 900 geneigt ist. Ferner ist anstelle des zweiten Körpers 404 das Reagensauslassrohr 408 in Bezug auf den ersten Körper 402 beweglich. Insbesondere ist das Reagensauslassrohr 408 entlang einer geneigten Richtung ‚Di‘ beweglich, die im Wesentlichen parallel zur Rohrachse ‚T‘ verläuft. Somit ist die Bewegung des Reagensauslassrohrs 408 mit dem Winkel ‚Ai‘ in Bezug auf die Längsachse ‚L1‘ geneigt. Das Federelement 902 verbindet das Reagensauslassrohr 408 beweglich mit dem ersten Körper 402. Ferner ist das Federelement 902 vorgespannt, um das Reagensauslassrohr 408 in Richtung des ersten Körpers 402 vorzuspannen. Das Federelement 902 kann zudem die in Reaktion auf eine Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens erfolgende Bewegung des Reagensauslassrohrs 408 begrenzen. Das Federelement 902 kann ferner das Reagensauslassrohr 408 in eine normale Position (wie in 18 gezeigt) bewegen, wenn das Reagens aufgetaut ist.
In einer Ausführungsform kann es sich bei dem Federelement 902 um eine im Wesentlichen flache Feder handeln. Ferner kann das Federelement 902 durch mindestens einen Stanz- oder Formprozess gebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform kann das Federelement 902 aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt sein. Das Federelement 902 weist einen Hauptabschnitt 904, ein Paar länglicher Abschnitte 906 (nur einer in 18 gezeigt) und ein Paar Zwischenabschnitte 908 (nur einer in 18 gezeigt) auf, die zwischen dem Hauptabschnitt 904 und den entsprechenden länglichen Abschnitten 906 angeordnet sind.
Der Hauptabschnitt 904 ist auf dem Flanschteilstück 910 des Reagensauslassrohrs 408 angeordnet. Ferner wird der Hauptabschnitt 904 gegen die Oberseite 911 (in 8 gezeigt) des Flanschteilstücks 910 gedrückt. Der Hauptabschnitt 904 kann eine ringförmige Form haben, die eine Hauptöffnung 912 definiert. Auch wenn in der veranschaulichten Ausführungsform die Hauptöffnung 912 eine im Wesentlichen kreisförmige Form hat, können andere Formen der Hauptöffnung 912 im Umfang der vorliegenden Offenbarung in Betracht gezogen werden. Solche Formen der Hauptöffnung 912 können polygonal, elliptisch, usw. sein. Die Hauptöffnung 912 ist zumindest teilweise um das Reagensauslassrohr 408 herum angeordnet. Das Reagensauslassrohr 408 kann sich somit durch die Hauptöffnung 912 hindurch erstrecken. In einer Ausführungsform kann der Hauptabschnitt 904 auf das Flanschteilstück 910 des Reagensauslassrohrs 408 aufgepresst sein. In anderen Ausführungsformen kann der Hauptabschnitt 904 durch verschiedene Verfahren wie beispielsweise Schweißen, Hartlöten, Haftmittel, mechanische Befestigungsmittel usw. am Reagensauslassrohr 408 angebracht sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Hauptabschnitt 904 lösbar mit dem Reagensauslassrohr 408 verbunden sein.
Die Zwischenabschnitte 908 können sich von diametral entgegengesetzten Seiten des Hauptabschnitts 904 aus erstrecken. In einem unverformten oder normalen Zustand haben, wie in 18 gezeigt, die Zwischenabschnitte 908 jeweils eine gekrümmte Form, die sich vom Hauptabschnitt 904 aus aufwärts erstreckt und sich dann zum jeweiligen länglichen Abschnitt 906 hin abwärts krümmt. Jeder Zwischenabschnitt 908 ist so ausgelegt, dass er sich verformt, um eine Bewegung des Reagensauslassrohrs 408 relativ zum ersten Körper 402 zu ermöglichen. Insbesondere verformt sich jeder Zwischenabschnitt 908, um eine Bewegung des Reagensauslassrohrs 408 weg von dem ersten Körper 402 entlang der geneigten Richtung ‚Di‘ zu ermöglichen. In einem verformten Zustand kann das Federelement 902 die maximale Bewegung des Reagensauslassrohrs 408 relativ zum ersten Körper 402 begrenzen.
Jeder längliche Abschnitt 906 hat eine im Wesentlichen planare Form. In der veranschaulichten Ausführungsform ist jeder längliche Abschnitt 906 mit dem Aufnahmeabschnitt 434 des ersten Körpers 402 verbunden. In einer Ausführungsform ist jeder längliche Abschnitt 906 durch Schweißen mit dem ersten Körper 402 verbunden. In anderen Ausführungsformen kann jeder längliche Abschnitt 906 durch verschiedene Verfahren wie beispielsweise Hartlöten, mechanische Befestigungsmittel, Haftmittel usw. mit dem ersten Körper 402 verbunden sein. In einer anderen Ausführungsform kann jeder längliche Abschnitt 906 mit dem ersten Körper 402 durch ein beliebiges nicht dauerhaftes Fügeverfahren lösbar verbunden sein. Eine solche lösbare Verbindung kann es ermöglichen, das Reagensauslassrohr 408 vom ersten Körper 402 zu entfernen, um so die Wartung und/oder den Austausch einer oder mehrerer interner Komponenten des Injektors 900 zu ermöglichen. In einer weiteren Ausführungsform kann jeder längliche Abschnitt 906 mit dem ersten Körper 402 durch eine Schnappverbindung verbunden sein.
In einer Ausführungsform ist das Federelement 902 vorgespannt, um das Reagensauslassrohr 408 in Richtung des ersten Körpers 402 vorzuspannen. Das Reagensauslassrohr 408 kann sich in Reaktion auf die Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens entgegen der Vorspannung des Federelements 902 bewegen. Das Federelement 902 ist ferner so konfiguriert, dass es eine in Reaktion auf die Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens erfolgende maximale Bewegung des Reagensauslassrohrs 408 relativ zum ersten Körper 402 begrenzt.
In einer Ausführungsform kann ein Dichtelement (nicht gezeigt) zwischen dem Reagensauslassrohr 408 und dem ersten Körper 402 angeordnet sein. Das Dichtelement kann ein O-Ring sein. Das Dichtelement kann ein Austreten des Reagens aus dem Injektor 900 während einer Bewegung des Reagensauslassrohrs 408 verhindern.
In einer normalen Position des Reagensauslassrohrs 408 ist, wie in 18 veranschaulicht, das Federelement 902 so vorgespannt, dass es das Reagensauslassrohr 408 in Richtung des ersten Körpers 402 vorspannt. Dies kann einem ungefrorenen Zustand des Reagens entsprechen. Das Reagens kann sich in gefrorenem Zustand ausdehnen. Das gefrierende Reagens kann aufgrund der Ausdehnung einen Druck auf das Reagensauslassrohr 408 ausüben, wodurch das Reagensauslassrohr 408 entlang der geneigten Richtung ‚Di‘ vom ersten Körper 402 weg verschoben wird. Das Federelement 902 verformt sich ebenfalls, um die Bewegung des Reagensauslassrohrs 408 entlang der geneigten Richtung ‚Di‘ zu ermöglichen. Insbesondere können sich die Zwischenabschnitte 908 des Federelements 902 verformen, um die Bewegung des Reagensauslassrohrs 408 relativ zum ersten Körper 402 zu ermöglichen. Eine durch das Federelement 902 aufgebrachte Vorspannkraft kann jedoch die Bewegung des Reagensauslassrohrs 408 begrenzen und das Reagensauslassrohr 408 in einem vorbestimmten Abstand relativ zum ersten Körper 402 halten. Die Vorspannkraft, die durch das Federelement 902 aufgrund der Vorspannung ausgeübt wird, kann somit dem Druck entgegenwirken, der von dem Reagens im gefrorenen Zustand ausgeübt wird. Eine durch die Bewegung des Reagensauslassrohrs 408 gebildete Expansionskammer 291 (nicht gezeigt) kann zudem Raum für die Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens bereitstellen. Das Dichtelement kann ein Austreten des Reagens aus dem Injektor 900 verhindern. Bei einem anschließenden Auftauen des Reagens kann sich das Reagens zusammenziehen. Der Druck wird dann gegebenenfalls nicht mehr auf das Reagensauslassrohr 408 ausgeübt. Das Federelement 902 kann das Reagensauslassrohr 408 in Richtung des ersten Körpers 402 vorspannen, nachdem das Eis aufgetaut ist.
Der Injektor 900 kann somit eine das Federelement 902 umfassende Gefrierschutzfunktion aufweisen, die eine sichere Ausdehnung des Reagens während des Gefrierens ermöglicht. Somit kann eine Beschädigung des Injektors 900 durch das gefrierende Reagens im Wesentlichen verhindert werden. Zudem kann durch das Dichtelement ein Austreten des Reagens verhindert werden. Nachdem das Reagens aufgetaut ist, bewegt das Federelement 902 das Reagensauslassrohr 408 ferner in seine normale Position.
Obgleich Aspekte der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die obigen Ausführungsformen speziell gezeigt und beschrieben wurden, liegt für den Fachmann auf der Hand, dass verschiedene zusätzliche Ausführungsformen durch die Modifikation der offenbarten Maschinen, Systeme und Verfahren in Betracht kommen, ohne von dem Gedanken und Schutzumfang des Offenbarten abzuweichen. Derartige Ausführungsformen werden als in den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung, der basierend auf den Ansprüchen und jeglicher Äquivalente davon bestimmt wird, fallend aufgefasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 16044980 [0001]
US 2014054394 A1 [0005]

Claims

Injektor (110, 400, 600, 800, 900) zum Einspritzen eines Reagens, wobei der Injektor (110, 400, 600, 800, 900) Folgendes aufweist: einen ersten Injektorkörper (202, 402), der ein erstes Ende (805) und ein zweites Ende (807) definiert, wobei der erste Injektorkörper (202, 402) ferner eine Auslassöffnung (228, 428) aufweist, die proximal zu dem zweiten Ende (807) angeordnet ist, eine Ventilbaugruppe (216, 412), die zumindest teilweise von dem ersten Injektorkörper (202, 402) umschlossen ist, wobei die Ventilbaugruppe (216, 412) so konfiguriert ist, dass sie das Reagens selektiv durch die Auslassöffnung (228, 428) des ersten Injektorkörpers (202, 402) abgibt, und ein Abdeckungselement (801), das an den ersten Injektorkörper (202, 402) gekoppelt und so ausgelegt ist, dass es das zweite Ende (807) des ersten Injektorkörpers (202, 402) zumindest teilweise abdeckt, wobei das Abdeckungselement (801) einen integralen Flanschabschnitt (803) zum Befestigen des Injektors (110, 400, 600, 800, 900) an einer Komponente aufweist.
Injektor (110, 400, 600, 800, 900) nach Anspruch 1, wobei das Abdeckungselement (801) ferner einen Schalenabschnitt (818) aufweist und wobei der Schalenabschnitt (818) und der erste Injektorkörper (202, 402) ferner eine Fluidkammer (232, 824) definieren.
Injektor (110, 400, 600, 800, 900) nach Anspruch 2, der ferner Folgendes aufweist: einen Fluideinlass (236) in Fluidverbindung mit der Fluidkammer (232, 824) und einen Fluidauslass (238) in Fluidverbindung mit der Fluidkammer (232, 824).
Injektor (110, 400, 600, 800, 900) nach Anspruch 3, wobei der Fluideinlass (236) so eingerichtet ist, dass er ein Fluid aufnimmt, das sich von dem Reagens unterscheidet.
Injektor (110, 400, 600, 800, 900) nach Anspruch 2, wobei der erste Injektorkörper (202, 402) ferner einen Leitungsabschnitt (226) aufweist, der die Auslassöffnung (228, 428) definiert, und wobei der Schalenabschnitt (818) des Abdeckungselements (801) ferner eine Abdeckungsöffnung (820) definiert, die so ausgelegt ist, dass sie den Leitungsabschnitt (226) zumindest teilweise aufnimmt.
Injektor (110, 400, 600, 800, 900) nach Anspruch 1, wobei der Flanschabschnitt (803) des Abdeckungselements (801) ferner mindestens ein Montageloch (828) definiert.
Injektor (110, 400, 600, 800, 900) nach Anspruch 1, der ferner einen an den ersten Injektorkörper (202, 402) gekoppelten zweiten Injektorkörper (204) aufweist, wobei der zweite Injektorkörper (204) ein Reagensrohr (240) aufweist.
Injektor (110, 400, 600, 800, 900) nach Anspruch 7, der ferner ein zwischen dem ersten Injektorkörper (202, 402) und dem zweiten Injektorkörper (204) positioniertes Federelement (206, 406, 602, 802) aufweist, wobei das Federelement (206, 406, 602, 802) so ausgelegt ist, dass es eine Bewegung des zweiten Injektorkörpers (204) relativ zum ersten Injektorkörper (202, 402) in Reaktion auf eine Ausdehnung des Reagens während eines Gefrierens ermöglicht.
Injektor (110, 400, 600, 800, 900) zum Einspritzen eines Reagens, wobei der Injektor (110, 400, 600, 800, 900) Folgendes aufweist: einen ersten Injektorkörper (202, 402), der ein erstes Ende (805) und ein zweites Ende (807) definiert, wobei der erste Injektorkörper (202) ferner eine Auslassöffnung (228, 428) aufweist, die proximal zu dem zweiten Ende (807) angeordnet ist, einen an den ersten Injektorkörper (202, 402) gekoppelten zweiten Injektorkörper (204), wobei der zweite Injektorkörper (202) ein Reagensrohr (240) aufweist, eine Ventilbaugruppe (216, 412), die zumindest teilweise von dem ersten Injektorkörper (202, 402) umschlossen ist, wobei die Ventilbaugruppe (216, 412) so konfiguriert ist, dass sie das Reagens selektiv durch die Auslassöffnung (228, 428) des ersten Injektorkörpers (202, 402) abgibt, und ein Abdeckungselement (801), das an den ersten Injektorkörper (202, 402) gekoppelt und so ausgelegt ist, dass es das zweite Ende (807) des ersten Injektorkörpers (202, 402) zumindest teilweise abdeckt, wobei das Abdeckungselement (801) einen integralen Flanschabschnitt (803) zum Befestigen des Injektors (110, 400, 600, 800, 900) an einer Komponente aufweist.
Injektor (110, 400, 600, 800, 900) nach Anspruch 9, wobei das Abdeckungselement (801) ferner einen Schalenabschnitt (818) aufweist und wobei der Schalenabschnitt (818) und der erste Injektorkörper (202, 402) ferner eine Fluidkammer (232, 824) definieren.
Injektor (110, 400, 600, 800, 900) nach Anspruch 10, der ferner Folgendes aufweist: einen Fluideinlass (236) in Fluidverbindung mit der Fluidkammer (232, 824) und einen Fluidauslass (238) in Fluidverbindung mit der Fluidkammer (232, 824).
Injektor (110, 400, 600, 800, 900) nach Anspruch 11, wobei der Fluideinlass (236) so eingerichtet ist, dass er ein Fluid aufnimmt, das sich von dem Reagens unterscheidet.
Injektor (110, 400, 600, 800, 900) nach Anspruch 10, wobei der erste Injektorkörper (202, 402) ferner einen Leitungsabschnitt (226) aufweist, der die Auslassöffnung (228, 428) definiert, und wobei der Schalenabschnitt (818) des Abdeckungselements (801) ferner eine Abdeckungsöffnung (820) definiert, die so ausgelegt ist, dass sie den Leitungsabschnitt (226) zumindest teilweise aufnimmt.
Injektor (110, 400, 600, 800, 900) nach Anspruch 9, wobei der Flanschabschnitt (803) des Abdeckungselements (801) ferner mindestens ein Montageloch (828) definiert.
Injektor (110, 400, 600, 800, 900) nach Anspruch 9, der ferner ein zwischen dem ersten Injektorkörper (202, 402) und dem zweiten Injektorkörper (204) positioniertes Federelement (206, 406, 602, 802) aufweist, wobei das Federelement (206, 406, 602, 802) so ausgelegt ist, dass es eine Bewegung des zweiten Injektorkörpers (204) relativ zum ersten Injektorkörper (202, 402) in Reaktion auf eine Ausdehnung des Reagens während eines Gefrierens ermöglicht.
Injektor (110, 400, 600, 800, 900) zum Einspritzen eines Reagens, wobei der Injektor (110, 400, 600, 800, 900) Folgendes aufweist: einen ersten Injektorkörper (202, 402), der ein erstes Ende (805) und ein zweites Ende (807) definiert, wobei der erste Injektorkörper (202) ferner eine Auslassöffnung (228, 428) aufweist, die proximal zu dem zweiten Ende (807) angeordnet ist, einen an den ersten Injektorkörper (202, 402) gekoppelten zweiten Injektorkörper (204), wobei der zweite Injektorkörper (204) ein Reagensrohr (240) aufweist, eine Ventilbaugruppe (216, 412), die zumindest teilweise von dem ersten Injektorkörper (202, 402) umschlossen ist, wobei die Ventilbaugruppe (216, 412) so konfiguriert ist, dass sie das Reagens selektiv durch die Auslassöffnung (228, 428) des ersten Injektorkörpers (202, 402) abgibt, und ein an den ersten Injektorkörper (202, 402) gekoppeltes Abdeckungselement (801), wobei das Abdeckungselement (801) Folgendes aufweist: einen Schalenabschnitt (818), der so ausgelegt ist, dass er das zweite Ende (807) des ersten Injektorkörpers (202, 402) zumindest teilweise abdeckt, wobei der Schalenabschnitt (818) und der erste Injektorkörper (202, 402) eine Fluidkammer (232, 824) definieren, und einen Flanschabschnitt (803) zum Befestigen des Injektors (110, 400, 600, 800, 900) an einer Komponente, wobei der Flanschabschnitt (803) mit dem Schalenabschnitt (818) integral ausgebildet ist.
Injektor (110, 400, 600, 800, 900) nach Anspruch 16, der ferner Folgendes aufweist: einen Fluideinlass (236) in Fluidverbindung mit der Fluidkammer (232, 824) und einen Fluidauslass (238) in Fluidverbindung mit der Fluidkammer (232, 824).
Injektor (110, 400, 600, 800, 900) nach Anspruch 17, wobei der Fluideinlass (236) so eingerichtet ist, dass er ein Fluid aufnimmt, das sich von dem Reagens unterscheidet.
Injektor (110, 400, 600, 800, 900) nach Anspruch 16, wobei der erste Injektorkörper (202, 402) ferner einen Leitungsabschnitt (226) aufweist, der die Auslassöffnung (228, 428) definiert, und wobei der Schalenabschnitt (818) des Abdeckungselements (801) ferner eine Abdeckungsöffnung (820) definiert, die so ausgelegt ist, dass sie den Leitungsabschnitt (226) zumindest teilweise aufnimmt.
Injektor (110, 400, 600, 800, 900) nach Anspruch 16, der ferner ein zwischen dem ersten Injektorkörper (202, 402) und dem zweiten Injektorkörper (204) positioniertes Federelement (206, 406, 602, 802) aufweist, wobei das Federelement (206, 406, 602, 802) so ausgelegt ist, dass es eine Bewegung des zweiten Injektorkörpers (202, 402) relativ zum ersten Injektorkörper (204) in Reaktion auf eine Ausdehnung des Reagens während eines Gefrierens ermöglicht.