Впрыскивающее устройство для подачи жидкой добавки

Изобретение относится к впрыскивающему устройству для подачи жидкой добавки в устройство для очистки отработавшего газа (ОГ). Впрыскивающее устройство (1) для подачи жидкой добавки (2) в устройство (3) для очистки отработавшего газа (ОГ). Впрыскивающее устройство (1) имеет вводимую в контакт с устройством (3) для очистки ОГ выпускную область (4), расположенную на расстоянии от выпускной области (4) присоединительную область (5) с соединительным элементом (6) трубопровода текучей среды и проходящий от присоединительной области (5) к выпускной области (4) канал (28) для добавки (2). Впрыскивающее устройство (1) имеет клапан (7) для контроля подачи добавки, а также по меньшей мере одно средство (25) регулирования теплового потока, которое задает направление (10) замерзания в канале (28) от выпускной области (4) к присоединительной области (5). Также предложен способ замораживания впрыскивающего устройства (1), способ изготовления впрыскивающего устройства (1) и автомобиль, в котором предусмотрено впрыскивающее устройство (1). Техническим результатом изобретения является увеличение надежности устройства. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к впрыскивающему устройству для подачи жидкой добавки в устройство для очистки отработавшего газа (ОГ).

Из уровня техники известны устройства для очистки ОГ, в которые подается добавка. В таких устройствах для очистки ОГ происходят специальные процессы очистки ОГ, в которых ОГ подсоединенного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) очищается с помощью добавки. Например, определенные вредные компоненты в ОГ с помощью добавки могут быть превращены в безвредные вещества, и/или посредством подачи добавки может происходить оказание влияния на условия окружающей среды в устройстве для очистки ОГ, которое является благоприятным для превращения. В качестве (жидкой) добавки могут быть использованы, например, вода, горючее, окислители и/или восстановители.

Все более широко реализуемым в устройствах для очистки ОГ способом очистки ОГ является способ селективного каталитического восстановления (способ СКВ), при котором в ОГ вводится восстановитель, с помощью которого соединения оксидов азота в ОГ превращаются в безвредные вещества, а именно азот, воду и СО₂. В качестве восстановителя предпочтительно используется аммиак. Обычно аммиак в автомобилях хранится не как таковой, а в виде раствора предшественника восстановителя, который в случае надобности может быть превращен в собственно восстановитель. В качестве раствора предшественника восстановителя может быть применен, например, водный раствор мочевины. Подходящий 32,5-процентный водный раствор мочевины может быть приобретен под торговым названием AdBlue®. Раствор предшественника восстановителя может быть превращен в восстановитель (аммиак), или внешне относительно ОГ в предусмотренном для этого конвертере, и/или внутренне относительно ОГ в устройстве для очистки ОГ. Превращение может происходить чисто термически посредством нагрева раствора предшественника восстановителя. Кроме того, является возможной каталитическая поддержка реакции превращения катализатором, прежде всего, так называемым гидролизным катализатором. В дальнейшем понятия «восстановитель» и «раствор предшественника восстановителя» используются как синонимы.

Для подачи жидкой добавки в устройство для очистки ОГ рассматривается, прежде всего, эксплуатируемое управляемым образом и/или работающее самостоятельно (в зависимости от давления) впрыскивающее устройство (содержащее сопло, инжектор, клапан или тому подобное). В связи с типично высокими температурами ОГ в устройстве для очистки ОГ впрыскивающее устройство должно быть выполнено соответственно стойким к высоким температурам. Часто во впрыскивающем устройстве расположен клапан, который для подачи жидкой добавки может контролируемым образом открываться и закрываться. Такой клапан, как правило, является особенно термочувствительным и поэтому должен защищаться от высоких температур устройства для очистки ОГ. Прежде всего, должно быть обеспечено, чтобы точность дозирования не ухудшалась и при этих колебаниях температуры.

Еще одна проблема заключается в том, что водные добавки (прежде всего, восстановители) могут замерзать при низких температурах окружающей среды. Описанный 32,5-процентный водный раствор мочевины AdBlue® замерзает, например, уже при -11°С. Такие низкие температуры в автомобиле могут иметь место, например, во время длительных стоянок. При замерзании добавка расширяется. При этом впрыскивающее устройство может быть повреждено, если в нем в случае замерзания еще находится добавка.

Чтобы защитить впрыскивающее устройство от расширения восстановителя в случае замерзания, из уровня техники известны различные решения. Европейское описание к патенту ЕР 1747394 В1 показывает, например, клапанную форсунку, которая выполнена так, что она открывается, когда находящийся в клапане восстановитель замерзает. Тогда возникающее расширение объема может смещаться в устройство для очистки ОГ. Однако с этим связана неконтролируемая подача в систему выпуска ОГ, в результате чего, наряду с неблагоприятными условиями реакции, констатируется еще и повышенный расход.

Из немецкого выкладного описания изобретения к неакцептованной заявке DE 102009032487 А1, кроме того, известно выполнение на впрыскивающем устройстве дополнительного бокового клапана, который обратным трубопроводом соединен с баком для восстановителя. Тогда имеющее место расширение объема в случае замерзания через этот клапан может быть уменьшено обратно в бак. Однако этот вариант является технически относительно трудоемким и, при определенных условиях, чувствительным к помехам, так как обратный трубопровод должен ответвляться фактически внутри впрыскивающего устройства, чтобы там достигнуть опорожнения.

Исходя из вышеописанного уровня техники, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы указать впрыскивающее устройство для впрыскивания жидкой добавки в устройство для очистки ОГ, которое, по меньшей мере частично, решает затронутые выше технические проблемы. Прежде всего, новое впрыскивающее устройство не должно повреждаться в результате замерзания добавки. Кроме того, впрыскивающее устройство должно быть сконструировано особенно просто технически и в плане управления, и быть экономичным. Кроме того, должны быть указаны благоприятный способ замораживания впрыскивающего устройства для жидкой добавки, а также способ изготовления такого впрыскивающего устройства.

Эти задачи решены с помощью впрыскивающего устройства в соответствии с признаками п. 1 формулы изобретения, а также способа замораживания впрыскивающего устройства в соответствии с признаками пункта 9 и способа изготовления впрыскивающего устройства в соответствии с пунктом 11 формулы изобретения. Другие благоприятные варианты осуществления изобретения указаны в сформулированных соответственно как зависимые пунктах формулы изобретения. Приведенные в формуле изобретения отдельно признаки являются комбинируемыми между собой любым, технологически рациональным, образом и могут быть дополнены поясняющими фактами из описания, причем показываются дополнительные варианты осуществления изобретения.

Изобретение относится к впрыскивающему устройству для подачи жидкой добавки в устройство для очистки ОГ, причем впрыскивающее устройство имеет вводимую в контакт с устройством для очистки ОГ выпускную область, расположенную на расстоянии от выпускной области присоединительную область с соединительным элементом трубопровода текучей среды и проходящий от присоединительной области к выпускной области канал для добавки, и впрыскивающее устройство имеет клапан для контроля подачи добавки, а также по меньшей мере одно средство регулировки теплового потока, которое задает направление замерзания в канале от выпускной области к присоединительной области.

Впрыскивающее устройство обозначает, прежде всего, конструктивную деталь, которая может входить в контакт с предусмотренным для этого отверстием в стенке устройства для очистки ОГ или же выпускного трубопровода. Таким образом, впрыскивающее устройство может быть постоянно или с возможностью разъединения, но предпочтительно герметично, смонтировано, насажено и/или прифланцовано к устройству для очистки ОГ. Впрыскивающее устройство состоит, например, из инжектора и держателя инжектора, а также, при необходимости, других элементов. Например, может быть предусмотрена крышка, которая запирает держатель инжектора и при этом закрывает инжектор. Инжектор представляет собой, например, клапанную форсунку, похожую на те, что предназначены для подачи топлива в ДВС.

Под «выпускной областью» и «присоединительной областью» (самопоясняющим образом) подразумеваются соответственно области впрыскивающего устройства. Если впрыскивающее устройство рассматривается как трехмерная конструктивная деталь, выпускная область является, прежде всего, областью, которая в смонтированном состоянии на устройстве для очистки ОГ расположена поблизости от устройства для очистки ОГ, а присоединительная область предпочтительно является областью, где к впрыскивающему устройству может быть подсоединен трубопровод для добавки. Типично, мысленно может быть предположена разделительная плоскость между выпускной областью и присоединительной областью через впрыскивающее устройство. Обычно выпускная область и присоединительная область расположены одна против другой. Под тем, что присоединительная область удалена от выпускной области, имеется в виду, прежде всего, то, что между присоединительной областью и выпускной областью имеется расстояние. Обычно впрыскивающее устройство является продолговатым, и выпускная область находится на одной стороне или же на одном конце, а присоединительная область на противолежащей стороне или же на противолежащем конце впрыскивающего устройства.

Предпочтительно, канал образован внутри впрыскивающего устройства и соединяет присоединительную область с выпускной областью. По каналу добавка течет от соединительного элемента трубопровода текучей среды в устройство для очистки ОГ. Канал проходит частично присоединительную область и частично выпускную область. Для этого канал имеет внутренний объем. Канал не должен обязательно проходить прямолинейно и может иметь отклонения, изгибы или тому подобное. Канал также не должен обязательно иметь единое поперечное сечение по всей своей длине от присоединительной области до выпускной области. Прежде всего, в области клапана возможны отличия в поперечном сечении вдоль канала.

Предпочтительно, клапан выполнен для того, чтобы в заданные моменты времени (контролируемым образом и/или полностью) закрывать канал. Если канал закрыт с помощью клапана, добавка больше не проводится через канал в устройство для очистки ОГ. С помощью клапана может контролироваться количество подаваемой добавки. Клапан может иметь, например, подвижный сердечник, который в закрытом состоянии перекрывает канал, а в открытом состоянии канал освобождает. Сердечник клапана может приводиться в движение, например, электромагнитным способом. Клапан имеет, например, электромагнитную катушку, которая может прилагать силу к подвижному сердечнику, когда по катушке течет электрический ток.

Замораживающее устройство проходит, предпочтительно полностью, вдоль канала. Если канал имеет по меньшей мере один изгиб, направление замерзания предпочтительно следует этим отклонениям. Однако также является возможным, что направление замерзания не полностью или же не точно следует каждому отклонению, или же каждому изгибу канала, а определено (воображаемой) прямолинейной соединительной линией от выпускной области и присоединительной области. Во всяком случае, под этим, прежде всего, подразумевается, что направление замерзания по существу получается из прохождения канала от выпускной области к присоединительной области или же из направления канала.

Средства регулирования теплового потока на впрыскивающем устройстве могут быть подразделены на две разные группы. К первой группе средств регулирования теплового потока относятся теплопроводящие структуры, которые благоприятствуют внутреннему тепловому потоку через теплопроводящую структуру. Поэтому тепловой поток направляется предпочтительно вдоль теплопроводящей структуры. Ко второй группе относятся теплоизоляторы, которые препятствуют внутреннему тепловому потоку через теплоизолятор. Поэтому тепловой поток с помощью теплоизолятора отклоняется.

Посредством соответствующего выбора средств регулирования теплового потока на впрыскивающем устройстве, принимая во внимание размещение и воздействие на тепловой поток, может быть задан предпочтительный, направленный тепловой поток во впрыскивающем устройстве в случае замерзания. Направление замерзания впрыскивающего устройства, как правило, ориентировано противоположно предпочтительному направлению движения теплового потока. Эта ориентация направления замерзания и направления движения теплового потока относительно друг друга получается автоматически, так как в результате теплового потока тепло сначала отбирается там, где тепло может уходить быстрее всего, и поэтому там, прежде всего, образуется замерзшая добавка. Поэтому в предложенном здесь впрыскивающем устройстве пробка из замерзшего восстановителя сначала образуется в выпускной области. Затем она растет или же увеличивается во впрыскивающем устройстве в направлении присоединительной области.

Поэтому по меньшей мере одно средство регулирования теплового потока выбирается и размещается так, что при длительной температуре окружающей среды ниже предела замерзания добавки сначала находящаяся в канале добавка замерзает в выпускной области, а затем это образование льда распространяется в направлении присоединительной области. Таким образом, происходящее одновременно с этим увеличение объема замерзающей добавки в канале компенсируется тем, что все еще жидкие части добавки выталкиваются в направлении присоединительной области или же через присоединительную область. Так может быть предотвращено, при определенных условиях, вредное давление льда, причем одновременно достигается технически простой возврат добавки в систему восстановителя.

Впрыскивающее устройство является особо благоприятным, если присоединительная область окружена выполненным в виде теплоизоляции средством регулирования теплового потока, которое выполнено в виде напыленной на впрыскивающее устройство пластмассовой оболочки.

Если в присоединительной области предусмотрена теплоизоляция, то в случае замерзания или же в случае охлаждения впрыскивающего устройства тепловой поток от впрыскивающего устройства через присоединительную область в окружающую впрыскивающее устройство среду уменьшен. Тогда тепловой поток из впрыскивающего устройства через выпускную область сильнее или же больше, чем описанный тепловой поток через присоединительную область. Предпочтительно, теплоизоляция выполнена так, что накопленное во впрыскивающем устройстве количество тепловой энергии почти полностью отводится через выпускную область в подсоединенное устройство для очистки ОГ, и/или через присоединительную область в окружение впрыскивающего устройства не отводится значительный тепловой поток. Предпочтительно, впрыскивающее устройство полностью заключено в пластмассовую оболочку. Напыленная пластмассовая оболочка может быть выполнена с дополнительным материалом, который участками нанесен на сплошную пластмассовую оболочку впрыскивающего устройства. Сплошная пластмассовая оболочка впрыскивающего устройства также может быть участками, то есть, прежде всего, в окружении присоединительной области, быть выполнена с большей толщиной стенки, чем в районе выпускной области. И таким образом тепловой поток из впрыскивающего устройства в присоединительной области может быть (дополнительно или же сильнее) ограничен, тогда как одновременно создаются благоприятные условия тепловому потоку из впрыскивающего устройства через выпускную область, и таким образом получается направление замерзания от выпускной области к присоединительной области.

Кроме того, впрыскивающее устройство является благоприятным тогда, когда присоединительная область окружена выполненным в виде крышки средством регулирования теплового потока, причем между крышкой и клапаном образована воздушная подушка.

При этом воздушная подушка (или же содержащее воздух пространство) также существует между проходящим через впрыскивающее устройство каналом и крышкой. Средство регулирования теплового потока, которое состоит из крышки и воздушной подушки, действует как теплоизоляция, которая расположена вокруг присоединительной области впрыскивающего устройства. Само собой разумеется, могут быть использованы и несколько (отдельных) воздушных подушек.

Оба вышеуказанных средства регулирования теплового потока могут быть отнесены к вышеупомянутой второй группе. Предпочтительные примеры средств регулирования теплового потока первой группы поясняются, прежде всего, в дальнейшем. Само собой разумеется, эти средства регулирования теплового потока могут применяться в любом сочетании друг с другом.

Так, считается благоприятным то, что выпускная область имеет по меньшей мере одно выполненное как теплопроводящая структура средство регулирования теплового потока для стока тепла из впрыскивающего устройства во вводимое в контакт устройство для очистки ОГ.

Такая теплопроводящая структура благоприятствует тепловому потоку через выпускную область из впрыскивающего устройства. Теплопроводящая структура может быть выполнена, например, в виде металлической вставки во впрыскивающем устройстве, прежде всего, если впрыскивающее устройство (снаружи) выполнено преимущественно из пластмассы. Металлическая вставка в качестве теплопроводящей структуры может быть впрыснута и/или влита в пластмассу. Металлическая вставка в выполненном из пластмассы впрыскивающем устройстве приводит к тому, что тепло уходит через металлическую вставку и таким образом существенно определяет тепловой поток через впрыскивающее устройство. Теплопроводящая структура может находиться в непосредственном теплопроводящем контакте относительно устройства для очистки ОГ. Типично, устройство для очистки ОГ имеет стенку из металла (выпускной трубопровод). Теплопроводящая структура в одной особо предпочтительной конструктивной форме непосредственно соединена со стенкой устройства для очистки ОГ. Это может быть осуществлено, например, с помощью винта. Таким образом, одновременно теплопроводящая структура также может служить для крепления впрыскивающего устройства на устройстве для очистки ОГ. Совершенно особо предпочтительно, существует плотный контакт с каналом в районе выпускной области, например канал там также, по меньшей мере, частично образован или же ограничен теплопроводящей структурой.

Предпочтительно, теплопроводящая структура выполнена так, что в случае выключения или же в случае замерзания, она, хотя и действует в качестве теплопроводящей структуры для проведения тепла из впрыскивающего устройства в устройство для очистки ОГ, но в регулярной эксплуатации не вводит или вводит лишь в незначительной мере тепло из устройства для очистки ОГ во впрыскивающее устройство. Это может быть достигнуто, например, за счет того, что теплопроводящая структура выполнена по меньшей мере с одним биметаллом. Биметалл деформируется под влиянием температуры. Выполненная с биметаллом теплопроводящая структура может быть сконструирована так, что при высоких температурах устройства для очистки ОГ она (например, механически) прерывает контакт между устройством для очистки ОГ и впрыскивающим устройством, а при низких температурах (в случае замерзания) устанавливается термический контакт между впрыскивающим устройством и устройством для очистки ОГ.

Впрыскивающее устройство также является благоприятным, если впрыскивающее устройство имеет держатель клапана, в котором расположен клапан и который выполнен для того, чтобы вводить в контакт впрыскивающее устройство с устройством для очистки ОГ, причем в держателе клапана образован по меньшей мере один канал хладагента, по которому в процессе эксплуатации впрыскивающего устройства может протекать хладагент для охлаждения клапана, причем канал хладагента во время паузы в работе впрыскивающего устройства действует как выполненное в виде теплопроводящей структуры средство регулирования теплового потока.

При эксплуатации впрыскивающего устройства во время эксплуатации устройства для очистки ОГ является благоприятным то, что температура во впрыскивающем устройстве поднимается не настолько, чтобы впрыскивающее устройство (и, прежде всего, расположенный во впрыскивающем устройстве клапан) повреждались. Для этого впрыскивающее устройство может быть выполнено с каналом хладагента, по которому течет хладагент. Канал хладагента может быть подсоединен к контуру охлаждения ДВС. Тогда в качестве хладагента для впрыскивающего устройства также используется охлаждающая жидкость ВС. Жидким хладагентом очень большое количество тепла из впрыскивающего устройства может быть отведено в окружающую среду и при незначительных отличиях в температуре. Тогда в процессе эксплуатации температура впрыскивающего устройства, предпочтительно, не существенно выше, чем температура хладагента.

В период времени, в течение которого добавка во впрыскивающем устройстве замерзает, впрыскивающее устройство вместе с контуром охлаждения, типичным образом, бездействует. Но находящийся там хладагент, тем не менее, может быть жидким, так как в хладагенте предпочтительно содержатся вещества, которые, которые заметно понижают точку замерзания хладагента, так что хладагент остается жидким и при очень низких температурах. Предпочтительно, охладитель все еще является жидким при температурах ниже -20°С, особо предпочтительно хладагент замерзает лишь при температурах ниже -35°С. Поэтому в деактивированном состоянии впрыскивающего устройства хладагент в канале хладагента во впрыскивающем устройстве имеется жидким. Однако он находится в движении в контуре охлаждения. Несмотря на это, в связи с температурными отличиями в хладагенте в канале хладагента может получаться или быть индуцированным поток хладагента в канале хладагента. Этот поток может быть использован для того, чтобы канал хладагента образовывал особенно эффективное теплопроводящее средство или же особенно эффективную теплопроводящую структуру во впрыскивающем устройстве. Охладительный канал предпочтительно выполнен так, что в случае замерзания посредством потока хладагента в канале хладагента он проводит тепло от впрыскивающего устройства через выпускную область к устройству для очистки ОГ. Совершенно особо предпочтительно, существует плотный контакт с каналом в районе выпускной области, например там канал также, по меньшей мере, частично образуется или же ограничивается стенкой охладительного канала.

Кроме того, является особо благоприятным, если в канале хладагента расположено по меньшей мере одно выполненное в виде теплопроводящей пластины средство регулирования теплового потока.

Расположенная в канале хладагента теплопроводящая пластина может уже сама иметь функцию теплопроводности. Кроме того, является возможным, что такая теплопроводящая пластина служит (лишь) для того, чтобы благоприятствовать потоку хладагента в направлении через выпускную область из впрыскивающего устройства. Теплопроводящая пластина в канале хладагента может, прежде всего, обеспечивать то, чтобы в канале хладагента устанавливался (локально) циркулирующий поток восстановителя, который в первом направлении потока транспортирует тепло от впрыскивающего устройства к выпускной области, а в противоположном втором направлении потока образует обратный поток, так что хладагент течет обратно, когда он отдал тепло в выпускной области. Такая теплопроводящая пластина делит канал хладагента предпочтительно на два (по меньшей мере участками) проходящих параллельно канала.

В соответствии с одним усовершенствованием также предлагается, что в выпускной области предусмотрен по меньшей мере один элемент компенсации давления льда, с помощью которого может быть компенсировано увеличение объема добавки при отверждении.

Элемент компенсации давления льда, предпочтительно, выполнен так, что в случае замерзания он освобождает дополнительный объем, в который может уходить увеличение объема добавки при отверждении. Присоединительная область для этого может иметь граничащий с добавкой участок стенки, который является (прежде всего, реверсивно) подвижным. В результате отхода этот участок стенки может увеличивать объем, который заполнен добавкой, в канале. Как уже было указано, при замерзании предпочтительно образуется сначала ледяная пробка из замерзшей добавки в выпускной области впрыскивающего устройства. Это образование льда непрерывно распространяется дальше в направлении замерзания, так что жидкая добавка сжимается, начиная от выпускной стороны к присоединительной стороне. Чтобы увеличение объема добавки можно было полностью (внутри впрыскивающего устройства) компенсировать с как можно меньшими техническими затратами, является благоприятным располагать элемент компенсации давления льда там, где до последнего момента еще имеется жидкая добавка. Поскольку направление замерзания в описанном здесь впрыскивающем устройстве проходит от выпускной стороны к присоединительной стороне, элемент компенсации давления льда должен быть расположен на присоединительной стороне. На присоединительной стороне элемент компенсации давления льда также особенно хорошо защищен от тепла, которое во время работы исходит от устройства для очистки ОГ.

Впрыскивающее устройство является особо благоприятным, если элемент компенсации давления льда выполнен в виде перемещаемого соединительного элемента трубопровода текучей среды, который предварительно напряжен так, что при регулярном рабочем давлении он не перемещается.

Перемещаемый соединительный элемент трубопровода текучей среды может быть выполнен, например, в виде штекера, который с помощью перемещаемого кольца круглого сечения насажен на инжекторе или же на клапане во впрыскивающем устройстве. И при смещении соединительного элемента трубопровода текучей среды относительно инжектора соединение между указанным соединительным элементом и инжектором посредством кольца круглого сечения является герметичным. Предварительное напряжение соединительного элемента трубопровода текучей среды может быть достигнуто, например, за счет того, что указанный соединительный элемент удерживается в рабочем положении натянутой пружиной. Как только инициированная увеличением объема добавки сила становится больше, чем прилагаемая пружиной сила, соединительный элемент трубопровода текучей среды смещается из рабочего положения в положение компенсации льда.

Кроме того, в рамках изобретения предлагается способ замораживания впрыскивающего устройства для подачи жидкой добавки в устройство для очистки ОГ, который имеет следующую структуру. Впрыскивающее устройство имеет выпускную область, которая является вводимой в контакт с устройством для очистки ОГ, присоединительную область с соединительным элементом трубопровода текучей среды, который расположен на расстоянии от выпускной области, и проходящий от присоединительной области к выпускной области канал. При этом способ имеет, по меньшей мере, следующие шаги:

а) создание теплового потока из впрыскивающего устройства через выпускную область в устройство для очистки ОГ с помощью по меньшей мере одного средства регулирования теплового потока,

б) по меньшей мере, частичное предотвращение теплового потока из впрыскивающего устройства через присоединительную область в окружающую среду впрыскивающего устройства в присоединительной области,

в) задание направления замерзания в канале от выпускной области к присоединительной области,

г) образование пробки из замерзшего восстановителя в канале в выпускной области, и

д) увеличение пробки в направлении замерзания.

Описанный способ во впрыскивающем устройстве применяется всегда в том случае, если температуры в окружающей среде впрыскивающего устройства упали настолько, что добавка начинает замерзать или же затвердевать. Для создания теплового потока на шаге а) описанным образом могут быть применены теплопроводящие структуры и/или теплоизоляторы в качестве средств регулирования теплового потока. Теплоизоляторы обусловливают тепловой поток везде там, где теплоизоляции нет или же есть, но мало. Тепловой поток направляется, прежде всего, через предусмотренные теплопроводящие структуры.

Предотвращение теплового потока на шаге б) также может быть достигнуто посредством средств регулирования теплового потока описанным образом. Теплопроводящие структуры предотвращают тепловой поток в направлении, отличном от направления теплопроводящей структуры. Теплоизоляторы предотвращают тепловой поток через изоляцию. Тепловой поток направляется, прежде всего, вокруг предусмотренных теплоизоляторов.

Средством регулирования теплового потока задано направление замерзания для шага в) в канале от выпускной области к присоединительной области. Направление замерзания не обязательно должно ориентироваться точно вдоль канала. Направление замерзания может лишь грубо следовать направлению канала от выпускной области к присоединительной области.

На шаге г) канал во впрыскивающем устройстве сначала закупоривается или же так запирается пробкой в выпускной области, что восстановитель больше не может покидать впрыскивающее устройство в направлении выпускного трубопровода. Предпочтительно, канал в выпускной области выполнен так, что пробка прочно зацепляется на канале и в результате увеличения больше не отсоединяется или же больше не перемещается. Это может быть достигнуто, например, посредством шероховатой и/или имеющей поднутрение стенки канала в выпускной области и/или посредством снабженной дырчатой структурой (прерывистой поверхностной структурой) конструктивной детали.

На шаге д) пробка увеличивается в направлении замерзания (дальше в направлении присоединительной области впрыскивающего устройства) до тех пор, пока имеющаяся во впрыскивающем устройстве добавка не замерзнет полностью. Увеличение объема всей добавки во впрыскивающем устройстве вслед за этим на шаге е) может быть компенсировано элементом компенсации давления льда, который ограничивает давление в канале или же во впрыскивающем устройстве.

Описанным способом становится возможным заморозить имеющийся во впрыскивающем устройстве восстановитель без риска повреждения впрыскивающего устройства.

Способ является особо благоприятным, если для шага а) в качестве средства регулирования теплового потока применятся канал хладагента, по которому тепловой поток из впрыскивающего устройства через выпускную область стекает в устройство для очистки ОГ.

Для этой цели в канале хладагента образуется, предпочтительно, (локально) циркулирующий поток хладагента, который транспортирует тепло через выпускную область. Для этого охлажденный хладагент течет в направлении из впрыскивающего устройства к выпускной области, а снова подогретый хладагент для этого течет от выпускной области во впрыскивающее устройство. Под понятием «локально циркулирующий» здесь, прежде всего, имеется в виду, что хладагент циркулирует не в пределах всего контура охлаждения автомобиля, а лишь локально, внутри впрыскивающего устройства.

В рамках изобретения также предлагается способ изготовления впрыскивающего устройства для подачи жидкой добавки в устройство для очистки ОГ. При этом впрыскивающее устройство имеет, по меньшей мере, выпускную область, которая является вводимой в контакт с устройством для очистки ОГ, присоединительную область с соединительным элементом трубопровода текучей среды, которая расположена на расстоянии от выпускной области, и проходящий от присоединительной области к выпускной области канал. Способ включает, по меньшей мере, следующие шаги:

i. присоединение впрыскивающего устройства к устройству для очистки ОГ,

ii. наполнение канала добавкой,

iii. понижение температуры в окружающей среде впрыскивающего устройства,

iv. установление направления замерзания добавки в канале, и

v. интеграция по меньшей мере одного средства регулирования теплового потока на впрыскивающем устройстве, так что достигается направление замерзания от выпускной области к присоединительной области.

Способ изготовления впрыскивающего устройства согласно изобретению также может быть применен, прежде всего, как способ тестирования, чтобы предусмотреть подходящие средства регулирования теплового потока и/или проверить, имеет ли впрыскивающее устройство заданное направление замерзания (шаги i)-v)).

В первом варианте способа изготовления впрыскивающего устройства могут быть один раз проведены шаги i)-v) способа для определенного типа впрыскивающего устройства, а затем могут быть соответственно выполнены средства регулирования теплового потока для всех впрыскивающих устройств этого типа в рамках серийного производства.

Во втором варианте способа изготовления впрыскивающего устройства шаги i)-v) способа могут быть проведены один раз для каждого случая применения впрыскивающего устройства. Затем для всех применяемых впрыскивающих устройств определенного типа в этом случае применения могут быть соответственно выполнены средства регулирования теплового потока. Под случаем применения здесь подразумевается определенное применение впрыскивающего устройства в определенном автомобиле или же в определенном типе автомобиля. Этот образ действий является предпочтительным, прежде всего, тогда, когда устройство для очистки ОГ имеет значительное и/или решающим образом определяющее влияние на направление замерзания.

Для шага iii) способа является благоприятным, если температура в окружающей среде впрыскивающего устройства понижается так, как это происходит позднее во время регулярного использования впрыскивающего устройства (реальное условие эксплуатации). Например, для шага iii) в окружающей среде впрыскивающего устройства предусмотрены именно конструктивные детали, которые действительно предусмотрены при регулярной эксплуатации впрыскивающего устройства в его окружающей среде. Такие конструктивные детали обычно имеют влияние на распределение тепла в окружающей среде впрыскивающего устройства при понижении температуры. Поэтому является благоприятным принимать во внимание эти конструктивные детали и их влияние на распределение температуры в окружающей среде впрыскивающего устройства для способа изготовления впрыскивающего устройства. Направление замерзания во впрыскивающем устройстве на шаге iii) может быть определено, например, посредством того, что способ проводится параллельно с несколькими впрыскивающими устройствами, и способ в каждом случае прерывается в разные моменты времени, когда добавка еще не полностью замерзла в направлении замерзания. Отдельные впрыскивающие устройства, с которыми был проведен способ, затем могут быть исследованы, чтобы установить, где и/или насколько замерз восстановитель. Это может быть проверено, например, ультразвуковым способом и/или рентгеновским способом. Но также возможно демонтировать впрыскивающие устройства, с которыми был проведен способ, чтобы установить, где имелся замерзший восстановитель, а где еще нет.

В рамках изобретения также указывается автомобиль, имеющий ДВС и устройство для очистки ОГ для очистки ОГ ДВС, причем на устройстве для очистки ОГ предусмотрено впрыскивающее устройство для подачи добавки согласно изобретению.

Описанные для впрыскивающего устройства особые преимущества и конструктивные признаки являются применимыми и переносимыми на оба описанных способа. То же самое относится и к особым преимуществам и конструктивным признакам, которые описаны для обоих способов (способ изготовления и способ замораживания). Эти преимущества и особые конструктивные признаки являются переносимыми на впрыскивающее устройство согласно изобретению. Таким образом, способ изготовления, прежде всего, является пригодным для изготовления описанного согласно изобретению впрыскивающего устройства.

Далее изобретение и технический контекст поясняются более детально на фигурах. На фигурах показаны особо предпочтительные примеры осуществления, которыми изобретение, однако, не ограничено. Прежде всего, следует указать на то, что фигуры и, прежде всего, представленные соотношения размеров являются лишь схематическими. Показано на:

Фиг. 1: первый конструктивный вариант впрыскивающего устройства,

Фиг. 2: второй конструктивный вариант впрыскивающего устройства,

Фиг. 3: третий конструктивный вариант впрыскивающего устройства,

Фиг. 4: теплопроводящая вставка для впрыскивающего устройства с каналом хладагента,

Фиг. 5: другая теплопроводящая вставка для впрыскивающего устройства с каналом хладагента,

Фиг.6: автомобиль, имеющий впрыскивающее устройство согласно изобретению.

Представленные на фиг. 1, 2 и 3 разные конструктивные варианты впрыскивающего устройства имеют некоторые совпадающие признаки, которые в последующем сначала объясняются вместе.

Впрыскивающее устройство 1 в каждом случае имеет присоединительную область 5 с соединительным элементом 6 трубопровода текучей среды, а также выпускную область 4. Выпускная область 4 контактирует с устройством 3 для очистки ОГ. Присоединительная область 5 расположена на расстоянии от устройства 3 для очистки ОГ. Устройство 3 для очистки ОГ выполнено, например, по типу выпускного трубопровода. Через него во время эксплуатации может протекать ОГ, что здесь в качестве примера обозначено стрелкой. Впрыскивающее устройство 1 имеет держатель 14 клапана, а также расположенный в держателе 14 клапана клапан 7. Клапан 7 может быть, например, клапанной форсункой или же инжектором, как например, он используется для установления количества топлива для ДВС. Держатель 14 клапана служит для размещения клапана 7 и, как правило, устанавливает механическое соединение с устройством 3 для очистки ОГ. Через впрыскивающее устройство от присоединительной области 5 к выпускной области 4 простирается канал 28, который наполнен добавкой 2.

Все конструктивные варианты впрыскивающего устройства 1 в соответствии с фиг. 1, 2 и 3 в каждом случае имеют средства 25 регулирования теплового потока, которые во впрыскивающем устройстве 1 задают направление 10 замерзания, так что оно в канале 28 ориентировано от выпускной области 4 к присоединительной области 5. В каждом случае изображена пробка 27 из замерзшей добавки 2 в выпускной области 4. С помощью средств 25 регулирования теплового потока в случае замерзания соответственно получается тепловой поток 26 против направления 10 замерзания из впрыскивающего устройства 1 через выпускную область 4. В конструктивных вариантах согласно фиг. 1-3 в качестве средств 25 регулирования теплового потока соответственно предусмотрены теплопроводящие структуры 8 и теплоизоляторы 9.

В конструктивном варианте согласно фиг. 1 в качестве теплоизолятора 9 предусмотрена крышка 12 на впрыскивающем устройстве 1, посредством которой создается воздушная подушка 13 между клапаном 7 или же каналом 28 и окружающей средой вокруг впрыскивающего устройства, которая изолирует впрыскивающее устройство 1 или же клапан 7 или же канал 28 в присоединительной области 5 от окружающей среды впрыскивающего устройства 1. Кроме того, в конструктивном варианте согласно фиг. 1 в присоединительной области 5 предусмотрен элемент 17 компенсации давления льда, посредством которого может быть компенсировано имеющее место при замерзании увеличение объема в клапане 7 или же в канале 28.

В конструктивном варианте согласно фиг. 2 теплоизолятор 9 выполнен как пластмассовая оболочка 11, которая может быть напылена на конструктивную деталь впрыскивающего устройства 1. В конструктивном варианте согласно фиг. 2 тоже предусмотрен элемент 17 компенсации давления льда. Здесь элемент 17 компенсации давления льда выполнен посредством того, что соединительный элемент 6 трубопровода текучей среды с помощью пружины 22 и крепления 23 предварительно напряжен относительно клапана 7. Соединительный элемент 6 трубопровода текучей среды для компенсации увеличения объема при замерзании может совершать компенсационное движение против силы натяжения пружины 22.

В конструктивном варианте согласно фиг. 3 в качестве теплоизолятора 9 также предусмотрена крышка 12, которая образует воздушную подушку 13. В качестве теплопроводящей структуры 8 здесь существует канал 28, в котором дополнительно расположены теплопроводящие вставки 20 с теплопроводящими пластинами 16.

Конструктивный вариант согласно фиг. 3 также имеет в присоединительной области 5 элемент 17 компенсации давления льда.

На фиг. 4 и 5 изображены теплопроводящие вставки 20. Эти теплопроводящие вставки 20 представляют собой специальные конструктивные детали, которые имеют соответственно несколько теплопроводящих пластин 16. Теплопроводящие вставки 20 являются вставляемыми в канал 15 хладагента согласно фиг. 3. На фиг. 4 показана представленная на фиг. 3 нижняя теплопроводящая вставка 20. На фиг. 5 показана представленная на фиг. 3 верхняя теплопроводящая вставка 20. Теплопроводящие вставки состоят соответственно из теплопроводящих пластин 16 и из по меньшей мере одного несущего кольца 21, которое задает положение теплопроводящих пластин 16 относительно друг друга. Посредством таких теплопроводящих вставок 20 соответственно несколько теплопроводящих пластин 16 вместе за один рабочий шаг могут быть вставлены в канал 15 хладагента. Изображенная на фиг. 4 теплопроводящая вставка 20 выполнена таким образом, что теплопроводящие пластины 16 ориентируются в канале 15 хладагента так, что теплопроводящие пластины 16 непосредственно в выпускной области прилегают к клапану для дозирования жидкости в устройство для очистки ОГ, и таким образом тепло транспортируется непосредственно к выпускной области 4. Для этого теплопроводящие пластины 16 теплопроводящей вставки 20 согласно фиг. 4 сгибаются во встроенном состоянии. Теплопроводящие пластины 16 предпочтительно ориентированы так, что они как можно меньше препятствуют регулярному охлаждающему потоку хладагента через канал 15 хладагента во время работы впрыскивающего устройства.

На фиг. 5 показан автомобиль 18, имеющий ДВС 19 и устройство 3 для очистки ОГ для очистки ОГ ДВС 19, причем в устройство 3 для очистки ОГ с помощью впрыскивающего устройства 1 может подаваться добавка. Впрыскивающее устройство 1 снабжается добавкой с помощью устройства 24 для приготовления добавки.

Хотя конструктивные варианты на фигурах здесь имеют общие признаки, их наличие не является строго обязательным. Также не является императивным, чтобы различные конструктивные признаки были применимыми (только) альтернативно. Напротив, специалист может без особого труда из этих вариантов и с учетом общего описания предпринять технически рациональные модификации.

Исходя из указанного выше уровня техники в изобретении было указано впрыскивающее устройство для впрыска жидкой добавки в устройство для очистки ОГ, которое, по меньшей мере частично, решает затронутые вначале технические проблемы. Прежде всего, здесь предотвращается повреждение впрыскивающего устройства в результате замерзания добавки. Кроме того, впрыскивающее устройство технически и с точки зрения управления просто сконструировано и является экономично изготавливаемым. Кроме того, были указаны благоприятный способ замораживания впрыскивающего устройства для добавки, а также способ изготовления такого впрыскивающего устройства.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1. Впрыскивающее устройство (1) для подачи жидкой добавки (2) в устройство (3) для очистки отработавшего газа (ОГ), причем впрыскивающее устройство (1) имеет вводимую в контакт с устройством (3) для очистки ОГ выпускную область (4), расположенную на расстоянии от выпускной области (4) присоединительную область (5) с соединительным элементом (6) трубопровода текучей среды и проходящий от присоединительной области (5) к выпускной области (4) канал (28) для добавки (2), и впрыскивающее устройство (1) имеет клапан (7) для контроля подачи добавки, а также по меньшей мере одно средство (25) регулирования теплового потока, которое задает направление (10) замерзания в канале (28) от выпускной области (4) к присоединительной области (5).

2. Впрыскивающее устройство (1) по п. 1, причем присоединительная область (5) окружена выполненным как теплоизолятор (9) средством (25) регулирования теплового потока, которое выполнено в виде напыленной на впрыскивающее устройство (1) пластмассовой оболочки (11).

3. Впрыскивающее устройство (1) по п. 1 или 2, причем присоединительная область (5) окружена выполненным в виде крышки (12) средством (25) регулирования теплового потока, причем между крышкой (12) и клапаном (7) образована воздушная подушка (13).

4. Впрыскивающее устройство (1) по п. 1 или 2, причем выпускная область (4) имеет по меньшей мере одно выполненное в виде теплопроводящей структуры (8) средство (25) регулирования теплового потока для оттока тепла из впрыскивающего устройства (1) во вводимое в контакт устройство (3) для очистки ОГ.

5. Впрыскивающее устройство (1) по п. 1 или 2, которое имеет держатель (14) клапана, в котором расположен клапан (7) и который выполнен для того, чтобы вводить в контакт впрыскивающее устройство (1) с устройством (3) для очистки ОГ, причем в держателе (14) клапана образован по меньшей мере один канал (15) хладагента, по которому во время работы впрыскивающего устройства (1) может протекать хладагент для охлаждения клапана (7), причем канал (15) хладагента во время паузы в работе впрыскивающего устройства (1) действует как выполненное в виде теплопроводящей структуры (8) средство (25) регулирования теплового потока.

6. Впрыскивающее устройство (1) по п. 5, причем в канале (15) хладагента расположено по меньшей мере одно выполненное в виде теплопроводящей пластины (16) средство (25) регулирования теплового потока.

7. Впрыскивающее устройство (1) по п. 1 или 2, причем в присоединительной области (5) предусмотрен по меньшей мере один элемент (17) компенсации давления льда, с помощью которого может быть компенсировано увеличение объема добавки (2) при затвердевании.

8. Впрыскивающее устройство (1) по п. 7, причем элемент (17) компенсации давления льда выполнен в виде перемещаемого соединительного элемента (6) трубопровода текучей среды, который предварительно напряжен так, что при регулярном рабочем давлении соединительный элемент (6) трубопровода текучей среды не перемещается.

9. Способ замораживания впрыскивающего устройства (1) для подачи жидкой добавки (2) в устройство (3) для очистки отработавшего газа (ОГ) с выпускной областью (4), которая контактирует с устройством (3) для очистки ОГ, присоединительной областью (5) с соединительным элементом (6) трубопровода текучей среды, которая расположена на расстоянии от выпускной области (4), и проходящим от присоединительной области (5) к выпускной области (4) каналом (28), имеющий, по меньшей мере, следующие шаги:
а) создание теплового потока (26) из впрыскивающего устройства (1) через выпускную область (4) в устройство (3) для очистки ОГ с помощью по меньшей мере одного средства (25) регулирования теплового потока,
б) по меньшей мере частичное предотвращение теплового потока (26) из впрыскивающего устройства (1) через присоединительную область (5) в окружающую среду впрыскивающего устройства (1) в присоединительной области (5),
в) задание направления (10) замерзания в канале (28) от выпускной области (4) к присоединительной области (5),
г) образование пробки (27) из замерзшего восстановителя в канале в выпускной области (4), и
д) увеличение пробки (27) в направлении (10) замерзания.

10. Способ по п. 9, причем для шага а) в качестве средства (25) регулирования теплового потока используют канал (15) хладагента, по которому тепловой поток (26) из впрыскивающего устройства (1) через выпускную область (4) стекает в устройство (3) для очистки ОГ.

11. Способ изготовления впрыскивающего устройства (1) для подачи жидкой добавки (2) в устройство (3) для очистки отработавшего газа (ОГ) с выпускной областью (4), которая является вводимой в контакт с устройством (3) для очистки ОГ, присоединительной областью (5) с соединительным элементом (6) трубопровода текучей среды, которая расположена на расстоянии от выпускной области (4), и проходящим от присоединительной области (5) к выпускной области (4) каналом (28), имеющий следующие шаги:
i. присоединение впрыскивающего устройства (1) к устройству (3) для очистки ОГ,
ii. наполнение канала (28) добавкой (2),
iii. понижение температуры в окружающей среде впрыскивающего устройства (1),
iv. установление направления (10) замерзания добавки (2) в канале (28), и
v. интеграция по меньшей мере одного средства (25) регулирования теплового потока на впрыскивающем устройстве (1), так что достигается направление (10) замерзания от выпускной области (4) к присоединительной области (5).

12. Автомобиль (18), имеющий двигатель внутреннего сгорания (ДВС) (19) и устройство (3) для очистки отработавшего газа (ОГ) для очистки ОГ ДВС (19), причем на устройстве (3) для очистки ОГ предусмотрено впрыскивающее устройство (1) по одному из пп. 1-8 для подачи добавки (2).