Diesel-Brennkraftmaschinen und magerbetriebene Otto-Brenn- kraftmaschinen, bei denen Kraftstoff unmittelbar in den Brennraum im Zylinder eingespritzt wird, neigen wegen des ho- hen Sauerstoffüberschusses, mit denen sie betrieben werden, zu hohen NOx-Emissionen. Zur Verringerung des NOx-Gehaltes im Abgas solcher Brennkraftmaschinen ist das sogenannte Selec- tiv-Catalytic-Reduction (SCR)-Verfahren bekannt. Dabei wird an einer Stelle stromaufwärts eines Reduktionskatalysators mit Hilfe einer elektrisch angesteuerten Dosiereinrichtung ein Reduktionsmittel in den Abgasstrom eingebracht, das die im Abgas enthaltenen Stickoxide in Anwesenheit von Sauerstoff am Reduktionskatalysator zu unschädlichem Stickstoff N2 und Wasser H20 umsetzt. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der Veröffentlichung"Ein geregeltes Abgasnachbehandlungs- system zur Erfüllung zukünftiger Emissionsgrenzwerte bei Pkw- Dieselmotoren"von Schöppe et al, 17. Internat. Wiener Moto- rensymposium, 1996, Bd. 1, beschrieben. Als Reduktionsmittel kann Ammoniak NH3 dienen, aus Gründen der Handhabbarkeit wird üblicherweise eine wässrige Harnstofflösung eingesetzt. Es ist aber auch möglich, Kraftstoff oder Derivate als Redukti- onsmittel zu verwenden.

Bei solchen Abgasnachbehandlungssystemen wird von einem Steu- ergerät der Brennkraftmaschine oder von einem gesonderten Steuergerät, vielfach als Dosiersteuergerät oder DENOX- Steuergerät bezeichnet, fortlaufend die Sollmenge des zu do- sierenden Reduktionsmittels auf der Grundlage von Betriebspa- rametern der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise die in

den Brennraum eingebrachte Kraftstoffmenge, Betriebstempera- tur und Drehzahl, sowie der Temperatur des Reduktionskataly- sators berechnet.

Als Dosiereinrichtung dient dabei vorzugsweise ein herkömmli- ches Einspritzventil, wie es beispielsweise bei einer Nieder- druck-Benzineinspritzanlage Verwendung findet. Entsprechend dem geänderten Verwendungszweck eines solchen Einspritzven- tils (Dosierventils), nämlich Reduktionsmittel, z. B. wässrige Harnstofflösung einzuspritzen, sind zumindest die unmittelbar der Harnstofflösung ausgesetzten Komponenten des Ventils aus harnstoffresistenten Materialien (Edelstahl, beschichtetes Metall, Kunststoff) gefertigt und die Geometrie der Aus- trittsöffnung des Ventils ist den gegenüber den bei Kraft- stoffzumessung kleineren auszustoßenden Mengen angepaßt.

Da in solchen SCR-Systemen das Reduktionsmittel direkt in das Abgas eingebracht wird, wird das Dosierventil mit einer geeigneten Aufnahmevorrichtung oder Adapter derart am Abgas- rohr befestigt, daß der Flüssigkeitsstrahl in den heissen Ab- gasstrom eindringt und verdampft. Dabei soll vermieden wer- den, daß Flüssigkeit die Wandung des Adapters oder des Abgas- rohres benetzt, da dies in bestimmten Temperaturbereichen zu Ablagerungen führen kann.

Die Abgastemperaturen können unter ungünstigen Bedingungen am Ort des Dosierventils mehr als 500°C erreichen, was negative Einflüsse auf das einzubringende Reduktionsmittel und auch auf das Dosierventil selbst nachziehen kann.

Der Einsatz von herkömmlichen Niederdruck- Benzineinspritzventilen ist in der Regel nur bis zu einer be- stimmten Temperatur, typisch ca. 130°C zulässig. Dies ist be- gründet in der Spulenkonstruktion, insbesondere der Isolie- rung der Spulen für den elektromagnetischen Antrieb und der thermischen Festigkeiten der verwendeten Materialien, z. B. der Dichtungen.

Wird das Einspritzventil oder zumindest Teile davon aber fur längere Zeit über diese maximal zulässige Temperatur erwärmt, so kommt es zu Funktionsstörungen bis zum vollständigen Aus- fall des Einspritzventils.

Im Falle der Verwendung von wässriger Harnstofflösung als Reduktionsmittel darf diese nicht längere Zeit über bestimmte Temperaturgrenzen (typische Obergrenze ca. 70°C) erwärmt wer- den, da der Harnstoff oberhalb dieser kritischen Temperatur beginnt, sich in andere chemische Verbindungen umzusetzen und eine effek-tive Abgasnachbehandlung nicht mehr gewährleistet ist.

Der das Dosierventil aufnehmende Adapter muß muß also einen hohen Temperaturgradienten zwischen Abgasrohr und Dosierven- til ermöglichen, so daß trotz des Ventilseinbau am heißen Ab- gasrohr eine möglichst effiziente Kühlung realisiert werden kann.

In der DE 44 36 397 A1 ist zum Einbringen eines Reduktions- mittels in das dem Reduktionskatalysator zugeführten Abgas ein elektrisch gesteuertes Dosierventil vorgesehen, das in einem gemeinsamen Gehäuse mit einem Steuerventil kombiniert ist. Das Steuerventil dient der gesteuerten Einbringung von zugeführter Druckluft, in der eine über das Dosierventil vor- gelagerte Menge von Reduktionsmittel aufbereitet, intermit- tierend in das Abgas eingegeben wird. Das Steuerventil und das Dosierventil sind in einem gemeinsamen Trägerkörper ange- ordnet, der von Kühlwasser aus dem Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine umströmt wird. Durch eine solche Ausge- staltung kann zwar die Maximaltemperatur an der Stirnseite der Einspritzventilaufnahme auf die Kühlwassertemperatur begrenzt (max. 90°-100°C) und die Temperaturbeanspruchung des Harnstoffkreislaufes entlastet werden, es sind aber zusätz- lich ein Kühlmantel, Leitungen und Schlauchverbindungen nötig.

In der DE 38 24 954 A1 ist eine Reinigungsanlage für die Abgase einer Brennkraftmaschine mit in einem Gehäuse angeord- neten Katalysator, einer Abgasleitung zwischen der Brenn- kraftmaschine und dem Katalysator beschrieben, bei der ein Wärmerohr dessen Verdampfungszone den dem Katalysator zuge- führten Abgasen Wärme entzieht und diese über eine in einer Umgebung mit niedriger Temperatur liegende Konden-sationszone abgibt. Die Verdampfungszone des ungeregelten Wärmerohres ist dabei in der Abgasleitung stromauf des Katalysatorgehäuses angeordnet.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine ein- fach aufgebaute Aufnahmevorrichtung für ein Dosierventil einer Abgasnachbehandlunganlage für eine mit Luftüberschuß betriebene Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die thermische Belastung des Dosierventils und des Reduktionsmittels möglichst gering ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Durch die Verwendung eines ungeregelten Wärmerohres, auch als heat pipe bezeichnet, in der Ventilaufnahmevorrichtung zum Transport der vom Abgas auf das Dosierventil einwirkenden Ab- wärme zu einer Kondensationszone, die in einer Umgebung nied- rigerer Temperatur liegt, ist es auf einfache Weise möglich, das Dosierventil zu kühlen und einer chemischen Veränderung des Reduktionsmittels aufgrund der hohen Temperaturen vorzu- beugen.

Ein Hohlraum in der Ventilaufnahmevorrichtung, der als Kühl- ring die Dosierventilspitze umfasst und der mit einer Flüs- sigkeit gefüllt ist, steht in Fließverbindung mit einer Wär- mesenke, z. B. einem Kühlkörper, der zur Vergrößerung der Oberfläche und damit zur Erhöhung der Kühlwirkung mit Rippen versehen ist.

Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß kein separater Kühlmittelkreislauf oder Komponenten für eine aktive Kühlung (Gebläse, Kühlmittelpumpe), einschließlich elektrischer oder hydraulische Elemente notwendig sind. Sie weist keinerlei be- weglichen Teile auf, ist völlig wartungsfrei und kann auf- grund seiner Einfachheit kostengünstig eingesetzt werden. Die Wärmesenke kann problemlos in das Fahrzeug integriert werden, da die Form weitgehend frei den Einbaubedingungen angepaßt werden und nur eine relativ kleine Wärmemenge pro Zeiteinheit abgeführt werden muß.

Eine besonders effiziente Kühlung des Dosierventils ergibt sich, wenn die Wärmesenke als Kühlkörper ausgebildet ist, der an einer Stelle im Fahrzeug angeordnet ist, die entweder vom Fahrtwind oder vom Luftstrom des Kühlerlüfters angeströmt wird.

Zur Erhöhung der Kühlleistung können auch mehrere Wärmerohre an der Ventilaufnahmevorrichtung vorgesehen werden, die ent- weder alle mit einem gemeinsamen Kühlkörper verbunden sind, oder es ist jedem Wärmerohr ein eigener Kühlkörper zugeord- net.

Durch die Anwendung des heat pipe-Prinzips ergibt sich insge- samt eine sehr einfach aufgebaute und kostengünstige Möglich- keit der Kühlung des Dosierventils. Das Reduktionsmittel wird nicht mehr über die kritische Temperatur erhöht und es findet somit keine thermische Zersetzung des Reduktionsmittels statt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher er- läutert. Es zeigen : Figur 1 eine Blockdarstellung einer Brennkraftmaschine mit zugehöriger Abgasnachbehandlungsanlage, bei der die

erfindungsgemäße Aufnahmevorrichtung eingesetzt wird und Figur 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungs- beispieles der erfindungsgemäßen Aufnahmevorrichtung.

In Figur 1 ist in Form eines Blockschaltbildes sehr verein- facht eine mit Luftüberschuß betriebene Brennkraftmaschine mit einer ihr zugeordneten Abgasnachbehandlungsanlage ge- zeigt. Dabei sind nur diejenigen Teile dargestellt, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Insbesondere ist auf die Darstellung des Kraftstoffkreislaufes verzichtet worden. In diesem Ausführungsbeispiel ist als Brennkraft- maschine eine Dieselbrennkraftmaschine gezeigt und als Re- duktionsmittel zum Nachbehandeln des Abgases wird wässrige Harnstofflösung verwendet.

Der Brennkraftmaschine 1 wird über eine Ansaugleitung 2 die zur Verbrennung notwendige Luft zugeführt. Eine Einspritz- anlage, die beispielsweise als Hochdruckspeichereinspritz- anlage (Common rail) mit Einspritzventilen ausgebildet sein kann, die Kraftstoff KST direkt in die Zylinder der Brenn- kraftmaschine 1 einspritzen, ist mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet. Das Abgas der Brennkraftmaschine 1 strömt über eine Abgasleitung 4 zu einer Abgasnachbehandlungsanlage 5 und von diesem über einen nicht dargestellten Schalldämpfer ins Freie.

Zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 1 ist ein an sich bekanntes Motorsteuergerät 6 über eine hier nur schematisch dargestellte Daten-und Steuerleitung 7 mit der Brennkraftmaschine 1 verbunden. Über diese Daten-und Steuerleitung 7 werden Signale von Sensoren (z. B. Temperatur- sensoren für Ansaugluft, Ladeluft, Kühlmittel, Lastsensor, Geschwindigkeitssensor) und Signale für Aktoren (z. B. Ein- spritzventile, Stellglieder) zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Motorsteuergerät 6 übertragen.

Die Abgasnachbehandlungsanlage 5 weist einen Reduktionskata- lysator 8 auf, der mehrere in Reihe geschaltete Katalysator- einheiten 81,82 beinhaltet. Stromabwärts und/oder stromauf- wärts des Reduktionskatalysators 8 kann zusätzlich je ein Oxidationskatalysator angeordnet sein. Ferner ist ein Dosier- steuergerät 9 vorgesehen, das einem Reduktionsmittelvorrats- behälter 10 mit einer elektrisch ansteuerbaren Förderpumpe 11 für das Reduktionsmittel zugeordnet ist.

Als Reduktionsmittel dient in diesem Ausführungsbeispiel wässrige Harnstofflösung, die in dem Reduktionsmittelvorrats- behälter 10 gespeichert ist. Dieser weist eine elektrische Heizeinrichtung 12 und Sensoren 13,14 auf, welche die Tempe- ratur der Harnstofflösung bzw. den Füllstand im Reduktions- mittelvorratsbehälter 10 erfassen. An das Dosiersteuergerät 9 werden außerdem noch die Signale eines stromaufwärts des Re- duktionskatalysators 8 angeordneten Temperatursensors und ei- nes stromabwärts des Reduktionskatalysators 8 angeordneten Abgasmeßaufnehmers, z. B. eines NOx-Sensors übergeben (nicht dargestellt).

Das Dosiersteuergerät 9 steuert ein elektromagnetisches Do- sierventil 15 an, dem bedarfsweise über eine Leitung 16 Harn- stofflösung mit Hilfe der Förderpumpe 11 aus dem Reduktions- mittelvorratsbehälter 10 zugeführt wird. Die Einspritzung der Harnstofflösung mittels des Dosierventiles 15 erfolgt in die Abgasleitung 4 stromaufwärts des Reduktionskatalysators 8.

Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 strömt das Abgas in der eingezeichneten Pfeilrichtung durch die Abgasleitung 4.

Das Dosiersteuergerät 9 ist zum gegenseitigen Datentransfer über ein elektrisches Bussystem 17 mit dem Motorsteuergerät 6 verbunden. Über das Bussystem 17 werden die zur Berechnung der zu dosierenden Menge an Harnstofflösung relevanten Be- triebsparameter, wie z. B. Maschinendrehzahl, Luftmasse,

Kraftstoffmasse, Regelweg einer Einspritzpumpe, Abgasmassen- strom, Betriebstemperatur, Ladelufttemperatur, Spritzbeginn usw. dem Dosiersteuergerät 9 übergeben.

Ausgehend von diesen Parametern und den Meßwerten für die Ab- gastemperatur und dem NOx-Gehalt berechnet das Dosiersteuer- gerät 9 die einzuspritzende Menge an Harnstofflösung und gibt aber eine elektrische Verbindungsleitung 18 ein entsprechen- des elektrisches Signal an das Dosierventil 15 ab. Durch die Einspritzung in die Abgasleitung 4 wird der Harnstoff hydro- lysiert und durchmischt. In den Katalysatoreinheiten 81 und 82 erfolgt die katalytische Reduktion des NOX im Abgas zu N2 und H20.

Als Dosierventil 15 zum Einbringen der Harnstofflösung in die Abgasleitung 4 dient in der Regel ein übliches Niederdruck- Benzineinspritzventil, das in eine mit einer Wandung der Ab- gasleitung 4 fest verbundene Ventilaufnahmevorrichtung lösbar befestigt ist.

In Figur 2 ist ein solches Dosierventil 15 einschließlich der Ventilaufnahmevorrichtung 19 näher dargestellt, wobei das Dosierventil 15 ungeschnitten und die Ventilaufnahmevor- richtung 19 teilweise geschnitten gezeigt ist. Diese Ven- tilaufnahmevorrichtung 19 ist aber eine Außenwandung 191 fest mit der Wandung 41 der Abgasleitung 4 verbunden, im Falle einer metallischen Ventilaufnahmevorrichtung 19 z. B. mit dieser verschweißt. Alternativ hierzu kann die Ventilauf- nahmevorrichtung 19 aus Keramik und/oder zumindest die vom Abgasrohr abgewandten Teile davon aus temperaturfestem Kunst- stoff bestehen. Das verwendete Material soll einerseits ein schlechter Wärmeleiter sein, damit möglichst wenig Wärme vom Abgas und der Abgasleitung 4 auf das Dosierventil 15 übergeht und andererseits eine genügend hohe mechanische Festigkeit aufweisen, um das Dosierventil 15 aufzunehmen und auch im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 sicher zu halten.

Das Dosierventil 15 wird in die Ventilaufnahmevorrichtung 19 eingesteckt und mittels einer geeigneten Verschraubung oder Klemmvorrichtung 192 sicher gehalten, so daß das Dosierventil 15 in radialer und axialer Richtung zentriert ist.

Die Ventilaufnahmevorrichtung 19 weist hierzu an seiner der Abgasleitung 4 abgewandten Seite eine dem Durchmesser des Dosierventilkörpers 151 angepaßte Ausnehmung 193 auf, so daß in eingestecktem Zustand die Dosierventilspitze 152 mit seiner Austrittsöffnung 153 kurz vor oder in Höhe der mit einer Durchtrittsöffnung für die Harnstofflösung versehenen Wandung 41 der Abgasleitung 4 liegt. Die Dosierventilspitze 152 dichtet dabei an einem in der Ventilaufnahmevorrichtung 19 angeformten Konus 194 zum Abgas hin ab.

Zur Ableitung der vom Abgas ausgehenden Wärme und damit zur Kühlung des Dosierventils 15 ist derjenige Teil der Ventil- aufnahmevorrichtung 19, der die Dosierventilspitze 152 um- fasst, als Wärmetauschergehäuse ausgebildet. Hierzu ist ein, durch eine äußere Wandung 195 und eine innere Wandung 196 begrenzter Kühlring 197 vorgesehen, wobei die innere Wandung 196 in unmittelbarem räumlichen Kontakt mit der Oberfläche der Dosierventilspitze 152 steht und somit eine Wärmetausch- wand bildet, während der Hohlraum 198 des Kühlringes 197 mit einem flüssigen Medium gefüllt ist.

Zum Erzielen eines verbesserten Wärmeüberganges zwischen Do- sierventilspitze 152 und Kühlring 197 kann auch eine Zwi- schenlage, z. B. eine Folie eingebracht sein.

Ein Wärmerohr 20 (heat pipe) steht einerseits in Fließverbin- dung mit dem Hohlraum 198 des Kühlringes 197 und endet ander- seits in einem Kühlkörper 21, der räumlich entfernt von dem Dosierventil 15 und der Abgasleitung 4 innerhalb des mit der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges angeordnet ist.

Der Kühlkörper 21 ist beispielsweise an einem Abschirmblech 22 befestigt, das fest mit der Ventilaufnahmevorrichtung 19

oder mit der Abgasleitung 4 verbunden ist und die Strahlungs- wärme der heissen Abgasleitung 4 sowohl von dem Wärmerohr 20, als auch von dem Kühlkörper 21 fernhält. Darüberhinaus ist dadurch sichergestellt, daß die Ventilaufnahmevorrichtung 19, das Wärmerohr 20, der Kühlkörper 21 und das Abgasrohr 4 ein gegenüber der Fahrzeugkarosserie federnd aufgehängtes, schwingungsfähigen Gebilde bilden.

Zur Vergrößerung der Oberfläche und damit zur besseren Küh- lung weist der Kühlkörper 21 mehrere Kühlrippen oder Kühl- fahnen 211 auf. Zur Steigerung der Kühlwirkung ist es auch möglich, den Kühlkörper 21 an einer Stelle im'Fahrzeug anzu- ordnen, an der er entweder von dem Fahrtwind oder zumindest teilweise vom Luftstrom eines zur Kühlung der Brennkraftma- schine 1 vorhandenen Lüfters angeströmt wird.

Darüberhinaus ist es auch möglich, mehrere vorzugsweise zu- einander parallele Wärmerohre 20 vorzusehen, die alle mit dem Kühlring 197 verbunden sind und entweder in einen gemeinsamen oder entsprechend der Anzahl der Wärmerohre 20 in mehrere Kühlkörper 21 münden.

Wird als Reduktionsmittel wässrige Harnstofflösung verwendet, so wird als Flüssigkeit für das Wärmerohr 20 ein Kühlmedium gewählt, welches bei ca. 60°C und dem sich bei dieser Tem- peratur einstellenden Druck mit hoher Verdampfungswärme sie- det. Durch den Siedevorgang und der dafür verbrauchten Ver- dampfungswärme wird der Kühlring 197 um die Dosierventilspit- ze 152 sehr effizient gekühlt. Das verdampfte Kühlmedium kon- densiert unter Abgabe der Verdampfungswärme im Wärmerohr 20, das in dem Kühlkörper 21 steckt und fließt zurück in den Kühlring 197 in der Ventilaufnahmevorrichtung.

Aufgrund der thermischen Eigenschaften ist Wasser als Kühl- medium sehr gut geeignet, da der Siedepunkt bei einem Druck von ca. 0,2 bar in diesem Temperaturbereich liegt und Wasser eine relativ hohe Verdunstungsswärme aufweist.