Titel

Kühlkörper für Einspritzventil

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper für ein Einspritzventil, insbesondere für ein Einspritzventil, das zum Einspritzen eines flüssigen Reduktionsmittels in ei- nen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch ein Einspritzventil, das mit solch einem Kühlkörper verbunden ist.

Stand der Technik

Bei Kraftwagen mit Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, muss aufgrund der verschärften Abgasgesetzgebung unter anderem der Schadstoff ΝΟχ reduziert werden. Eine Methode, die dabei häufig zur Anwendung kommt, ist das sogenannte SCR-Verfahren, bei dem der Schadstoff NO _x unter zu

Hilfenahme eines flüssigen Reduktionsmittels zu N ₂ und H ₂ 0 reduziert wird.

Dazu wird das flüssige Reduktionsmittel aus einem Tank entnommen, von einer Förderpumpe zu einem an einem Abgasstrang des Verbrennungsmotors angeordneten Einspritzmodul gefördert und von dem Einspritzmodul dosiert in den Abgasstrang eingespritzt, wo es sich mit den durch den Abgasstrang strömenden

Abgasen des Verbrennungsmotors vermischt. Da das Einspritzmodul den hohen Temperaturen der durch den Abgasstrang strömenden Abgase ausgesetzt ist, ist meist eine kühlwasserbasierte Kühlung vorgesehen, um die Temperatur des Einspritzmoduls zu begrenzen und so ein Überhitzen des Einspritzmoduls zu ver- meiden.

DE 10 2010 051 656 A1 und DE 10 2010 048 284 A1 offenbaren jeweils eine Anordnung zum Kühlen des Einspritzmoduls. Bei den dort gezeigten Anordnungen ist der Kühladapter ein separates Bauteil, das aus zwei Blechteilen zusam- mengeschweißt ist, die einen Ringkanal bilden, der über zwei Klebeverbindungen mit einem Schaftbereich des Dosierventils verbunden ist. Offenbarung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Kühlkörper für ein Einspritzmodul bereitzustellen, der insbesondere einfach herzustellen ist und der auch bei hohen Temperaturen, wie sie beispielsweise beim Betrieb eines Verbrennungsmotors und bei einer Montage durch Löten oder Schweißen auftreten, das Kühlvolumen zuverlässig und dauerhaft abdichtet.

Ein erfndungsgemäßer Kühlkörper für ein Einspritzventil, das insbesondere zum Einspritzen eines flüssigen Reduktionsmittels in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, hat einen hohlen Bereich, der zur Aufnahme eines Abschnitts des Einspritzventils vorgesehen ist, ein um diesen hohlen Bereich umlaufendes Kühlblech sowie eine an einer Stirnseite des hohlen Bereichs angeordneten Stirnplatte. Das Kühlblech und die Stirnplatte sind fluiddicht mitei- nander verbunden, so dass in einem Zustand, in dem ein einspritzseitiger Abschnitt eines Einspritzventils bestimmungsgemäß in dem hohlen Bereich angeordnet ist, die Stirnplatte, das Kühlblech und das Einspritzventil gemeinsam ein um den einspritzseitigen Abschnitt des Einspritzventils umlaufendes Kühlvolumen begrenzen. Die Stirnplatte weist dabei wenigstens einen napfförmig ausge- formten Bereich auf, der eine Stirnwand und wenigstens eine Seitenwand hat und zur Aufnahme des einspritzseitigen Abschnitts des Einspritzventils ausgebildet ist. Im napfförmig ausgebildeten Bereich der Stirnplatte ist wenigstens eine Einspritzöffnung vorgesehen, die es ermöglicht, Fluid durch die Stirnplatte aus dem Einspritzventil in den Abgasstrang des Verbrennungsmotors einzuspritzen.

Die Erfindung umfasst auch eine Einspritzvorrichtung mit einem Einspritzventil, das insbesondere zum Einspritzen eines fluiden Reduktionsmittels in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors ausgebildet ist, und einem erfindungsgemäßen Kühlkörper, wie er zuvor beschrieben worden ist. Dabei ist ein einspritz- seitiger Abschnitt des Einspritzventils in dem napfförmigen Bereich der Stirnplatte des Kühlkörpers angeordnet, insbesondere so, dass er mit der Stirnseite und wenigstens einer Seitenwand des napfförmigen Bereichs im Kontakt steht.

Durch den in der Stirnplatte ausgebildeten napfförmigen Bereich ist es möglich, z. B. durch (Laser-)Schweißen eine formschlüssige Verbindung zwischen dem

Einspritzventil und der Stirnplatte zu schaffen, die auch bei hohen Temperaturen, wie sie insbesondere beim Betrieb eines Verbrennungsmotors an dessen Abgasstrang auftreten, fluiddicht ausgebildet werden kann. Insbesondere kann in die- sem Hochtemperaturbereich erfindungsgemäß auf wärmeempfindliche Klebeverbindungen und/oder O-Ringe verzichtet werden. Es wird daher ein Kühlkörper zur Verfügung gestellt, der auch bei hohen Betriebstemperaturen dauerhaft ein gut abgedichtetes Kühlvolumen bereitstellt und der aufgrund weniger Fügestellen einfach und kostengünstig herstellbar ist.

Da insbesondere der vordere, einspritzseitige Abschnitt des Einspritzventils in der Regel zylinderförmig ausgebildet ist, ist auch der zur Aufnahme des vorderen, einspritzseitigen Abschnitts des Einspritzventils vorgesehene napfförmige Bereich in der Regel rotationssymmetrisch um die Längsachse des zylinderförmigen Abschnitts des Einspritzventils mit einer kreisförmigen Stirnseite und einer entlang des Umfangs der kreisförmigen Stirnseite umlaufenden Seitenwand ausgebildet. Die Form des napfförmigen Bereichs kann aber auch an andere mögliche Ventilformen, z. B. Einspritzventile, die einen ellipsenförmigen oder vielecki- gen Querschnitt haben, angepasst werden, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.

In einer möglichen Ausführungsform sind das Kühlblech und die Stirnplatte durch Schweißen, insbesondere Laserschweißen, fluiddicht miteinander verbunden. Da sowohl das Kühlblech als auch die Stirnplatte aus hitzebeständigem Metall ausgebildet sind, kann durch Schweißen, insbesondere Laserschweißen, kostengünstig eine dauerhaft zuverlässig abdichtende Verbindung zwischen dem Kühlblech und der Stirnplatte hergestellt werden. In einer Ausführungsform weist der Kühlkörper zusätzlich ein Anschlussstück auf, das zur Aufnahme eines dem einspritzseitigen Abschnitt gegenüberliegenden hinteren Endbereichs des Einspritzventils ausgebildet ist. Ein derartiges Anschlussstück ermöglicht es, das Einspritzventil vollständig im Kühlkörper einzuschließen und auf diese Weise vor schädlichen Umwelteinflüssen zu schützen. Vorzugsweise ist das Anschlussstück so ausgebildet, dass es eine Zulaufleitung enthält, aufnimmt und/oder abstützt, die ausgebildet ist, um dem Einspritzventil das einzuspritzende Fluid zuzuführen.

In einer Ausführungsform ist an dem Kühlblech des Kühlkörpers wenigstens ein Zulaufstutzen und/oder ein Ablaufstutzen vorgesehen, der ausgebildet ist, um ein

Kühlfluid in das bzw. aus dem Kühlvolumen zu führen. Auf diese Weise kann ein Kühlfluid zuverlässig in das Kühlvolumen eingeführt und wieder aus diesem abgeführt werden. In einer Ausführungsform ist das Anschlussstück so ausgebildet, dass es an den Zulaufstutzen und/oder an den Ablaufstutzen montierbar ist. Der Zulaufstutzen und der Ablaufstutzen stellen gute und stabile Befestigungsmöglichkeiten für das Anschlussstück zur Verfügung. Insbesondere kann so auf das Herstellen einer zusätzlichen Befestigungsmöglichkeit für das Anschlussstück verzichtet werden, wodurch die Herstellungskosten für den Kühlkörper gering gehalten werden können.

In einer Ausführungsform liegt wenigstens ein Bereich des Kühlblechs an dem Einspritzventil an und das Kühlvolumen ist durch wenigstens einen O-Ring, der zwischen dem Einspritzventil und dem Kühlblech angeordnet ist, fluiddicht abgedichtet. Auf diese Weise wird eine konstruktiv einfache aber zuverlässige Abdichtung des Kühlvolumens geschaffen.

In einer alternativen Ausführungsform weist das Einspritzventil wenigstens zwei koaxial zueinander angeordnete Metallhülsen auf, die durch Schweißen, insbesondere Laserschweißen, fluiddicht miteinander verbunden sind, um eine fluid- dichte Verbindung zwischen den beiden Metallhülsen zu schaffen. Auf diese Weise kann ein fluiddicht abgedichtetes Kühlvolumen bereit gestellt werden, ohne einen O-Ring zu verwenden.

Figurenbeschreibung

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers mit einem Einspritzventil.

Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1 , der den Bereich um die Ventilspitze des Einspritzventils zeigt.

Die Figuren 3a und 3b veranschaulichen die Befestigung des Anschlussstücks an den Zu- und Ablaufstutzen des Kühlkörpers; und

Figur 4 zeigt eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers mit einem Einspritzventil. Figur 1 zeigt eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers 38 mit einem Einspritzventil 1 und Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1 , der den Bereich um die Spitze 1 a des Einspritzventils 1 zeigt.

Das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Einspritzventil 1 besitzt eine einspritzseitige Hülse 3, in die mittels einer umlaufenden (Laser-)Schweißung 14 ein Ventilsitz 6 eingeschweißt ist. Der Ventilsitz 6 ist durch ein beweglich in der Hülse 3 des Einspritzventils 1 gelagertes Ventil-Verschlusselement 5 wahlweise verschließbar und freigebbar, um kontrolliert Fluid aus dem Einspritzventil 1 in einen in der Figur 1 nicht gezeigten Abgasstrang einspritzen zu können.

Ein erfindungsgemäßer Kühlkörper 38 umfasst ein U-förmig gebogenes Kühlblech 8, an das, z.B. durch eine umlaufende (Laser-)Schweißung 24, eine Stirnplatte 7 fluiddicht angeschlossen ist. Die Stirnplatte 7 ist im Bereich um die Spitze 1 a des Einspritzventils 1 napfförmig so ausgebildet, dass die Spitze 1a des Einspritzventils 1 im Wesentlichen formschlüssig in den napfförmig ausgebildeten Bereich 7a einführbar ist. In der Stirnseite 7c des napfförmig ausgebildeten Bereichs 7a sind ein oder mehrere Spritzlöcher 13 ausgebildet, die es ermöglichen, Fluid aus dem Einspritzventil 1 durch die Spritzlöcher 13 in einen, in den Figuren nicht gezeigten, Abgasstrang einzuspritzen.

Der Kühlkörper 38, der das um das Einspritzventil 1 umlaufende Kühlblech 8 und die Stirnplatte 7 umfasst, ist, z.B. über eine umlaufende (Laser-)Schweißung 15, mit der Hülse 3 des Einspritzventils 1 verbunden. Auf diese Weise entsteht ein geschlossenes, ringförmig um die Hülse 3 des Einspritzventils 1 umlaufendes Kühlvolumen 36, das von der Stirnplatte 7, die den Boden des Kühlvolumens 36 bildet, sowie der Hülse 3 des Einspritzventils 1 und dem Kühlblech 8, welche gemeinsam die innere bzw. äußere und obere Seitenwand des Kühlvolumens 36 bilden, begrenzt wird.

Die Verbindungsstellen 24 und 15 zwischen der Stirnplatte 7 und dem Kühlblech 8 bzw. der Stirnplatte 7 und der Hülse 3 des Einspritzventils 1 werden beim Betrieb des Verbrennungsmotors durch die heißen Abgase im Abgasstrang auf hohe Temperaturen erhitzt. Die vorgeschlagene stoffschlüssige Verbindung, z.B. durch (Laser-)Schweißen, ist daher einer Verbindung durch Kleben oder einer O- Ringabdichtung vorzuziehen, da sie eine deutlich höhere Haltbarkeit und Zuverlässigkeit aufweist.

Der Kühlkörper 38 ist mit einem Einlassstutzen 9a und einem Auslassstutzen 9b, ausgebildet, die vorgesehen sind, um ein fluides Kühlmittel in das Kühlvolumen 36 einzubringen und erhitztes Kühlmittel wieder aus dem Kühlvolumen 36 abzuführen. Durch das Kühlmittel kann die Temperatur des Einspritzventils 1 im Betrieb trotz hoher Abgastemperaturen des Verbrennungsmotors unter einem vorgegebenen Grenzwert gehalten werden, um ein Überhitzen des Einspritzventils 1 zu verhindern und so die Funktionsfähigkeit des Einspritzventils 1 dauerhaft zu erhalten.

Die Abdichtung zwischen dem Kühlblech 8 und dem Einspritzventil 1 erfolgt im ersten, in der Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen ersten O-Ring 17, der sich im gekühlten Bereich befindet, so dass er nicht den hohen Abgastemperaturen ausgesetzt ist, und der einen an der Hülse 3 des Einspritzventils 1 anliegenden Bereich 21 des Kühlblechs 8 radial gegen die Hülse 3 abdichtet. Durch die gebogene Formgebung des an der Hülse 3 anliegenden Bereichs 21 des Kühlblechs 8 ist gewährleistet, dass der erste O-Ring 17 zugleich an einem am oberen Ende der Hülse 3 ausgebildeten Bund 37 anliegt und das Kühlvolumen 36 so auch in axialer Richtung fluiddicht abdichtet.

Um zu verhindern, dass Wasser von außen in das Kühlvolumen 36 eindringt, kann zusätzlich ein zweiter O-Ring 18 vorgesehen sein, der die Kontaktstelle zwischen einer Metallhülse 2 des Einspritzventils 1 und dem Kühlblech 8 in radialer Richtung abdichtet. Durch die Formgebung des Kühlblechs 8 im Bereich 20 des zweiten O-Ringes 18 ist zugleich gewährleistet, dass ein hinterer Bereich 1 b des Einspritzventils 1 , der insbesondere aus Kunststoff ausgebildet sein kann, in axialer Richtung gegenüber der Metallhülse 2 abgedichtet ist. Die Montage der O-Ringe 17 und 18 erfolgt, bevor die Stirnplatte 7, z.B. durch (Laser-)Schweißen, fest mit der Spitze 1a des Einspritzventil 1 verbunden wird.

Der Kühlkörper 38 weist auch einen Flansch 23 auf, über den er an dem, in der Figur 1 nicht gezeigten, Abgasstrang befestigt wird.

Das einzuspritzende Fluid bzw. Reduktionsmittel wird dem Einspritzventil 1 über ein Anschlussstück 27, das einen Fluidzulauf 27a aufweist, zugeführt. Um das Einspritzventil 1 vor der Hitze der durch den Abgasstrang strömenden heißen Abgase zu schützen, ist das Anschlussstück 27 bis auf einen, in der Figur 1 nicht gezeigten Abgang für einen elektrischen Stecker, der zur Ansteuerung des Einspritzventils 1 vorgesehen ist, weitgehend abgeschlossen. Das Anschlussstück 27 ist beispielsweise als Blechteil ausgebildet. Über zwei Blechbügel 11 und 12 wird es durch Einklipsen an den Zu- und Ablaufstutzen 9a, 9b des Kühlkörpers 38 angebracht, wie in den Figuren 3a und 3b veranschaulicht.

Das Anschlussstück 27 ist durch einen dritten O-Ring 19, der vorzugsweise in einer um einen oberen Abschnitt des Einspritzventils 1 umlaufenden Nut 4 angeordnet ist, gegenüber dem Einspritzventil 1 abgedichtet, so dass ein unkontrolliertes Austreten von Fluid an der Kontaktstelle zwischen dem Einspritzventil 1 und dem Anschlussstück 27 zuverlässig verhindert wird.

Um Wärme aus dem Anschlussstück 27, insbesondere im Bereich des dritten O- Ringes 19, abzuführen, ist zwischen dem Kühlkörper 38 und Anschlussstück 27 eine Kontaktfläche 22 vorgesehen.

Damit das im unteren Bereich des Kühlvolumens 36 an den heißen Abgasstrang unmittelbar angrenzende Kühlmittel im Betrieb nicht zum Sieden kommt, ist ein Hitzeschild 25 in Form einer dünnen Metallscheibe vorgesehen. Das Hitzeschild 25, das über einen Hinterschnitt 26 mit dem Kühlkörper 38 verbunden ist, umschließt zusammen mit der Stirnplatte 7 einen nahezu abgeschlossenen Luftraum 39 um den napfförmigen Bereich 7a. Der Luftraum 39 wird durch das Kühlmittel gekühlt und verhindert so, dass das Kühlmittel im Bodenbereich des Kühlvolumens 36 auf oder über seine Siedetemperatur erhitzt wird.

Figur 4 zeigt eines Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers 40 mit einem Einspritzventil 1.

Der Kühlkörper 40 gemäß dem in der Figur 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel, und diejenigen Komponenten, die mit denen des in der Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels identisch sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht erneut im Detail beschrieben.

Im zweiten Ausführungsbeispiel ist ein im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel alternatives Abdichtungskonzept verwirklicht: Das Einspritzventil 41 weist im zweiten Ausführungsbeispiel zwei Metallhülsen 2, 3 auf, die durch eine zusätzli- che, in Umfangsrichtung der Metallhülsen 2, 3 verlaufende Laserschweißung 16 fluiddicht miteinander verbunden sind. Der im ersten Ausführungsbeispiel vorgesehene erste O-Ring 17, der trotz der vorgesehenen Kühlung relativ hohen Temperaturen ausgesetzt und daher verschleißanfällig ist, kann daher entfallen.