CN103518046B - 存储箱及其功能单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于尾气后处理设备（3）中液体还原剂的喷射设备（15）的存储箱（19）的功能单元（20），该尾气后处理设备包括用于选择性催化还原SCR的催化器（11）。所述功能单元（20）基本上布置成从存储箱（19）有目的地输送还原剂并且防止所述还原剂至少在功能单元（20）的区域中在温度极低时结冰。所述功能单元（20）构造成当还原剂结冰时不被损坏。

Description

存储箱及其功能单元

技术领域

本发明涉及一种喷射设备的存储箱及其功能单元。

背景技术

由于日益严格的尾气控制法规，特别在具有内燃机的汽车情形下，尾气中的氧化碳成分更必须进一步减少。一种通用的方法是使用催化器进行选择性催化还原(SCR)的方法，其中，尾气中有害健康的氧化氮成分借助于液体还原剂，例如尿素水溶液(所谓AdBlue)被还原成氮气和水。在这种方法中，通常用泵将还原剂从存储箱输送到进给阀，又将还原剂喷射到所述尾气中。

现有技术与本发明在下文中用“上”和“下”区别。在这里，如果没有另外指出，这些说明是指所述存储箱的安装状态。

从WO2010/078989A1熟知一种用于液体还原剂的存储箱的电阻加热器，它布置在所述存储箱的内部和底部上。通过对水状的尿素水溶液加热，在永久冻结带长时间停止后可能发生在运行过程中还原剂的结冰和解冻。液态尿素水溶液从所述存储箱的抽取在从WO2010/078989A1已知的系统中是通过吸取喷枪进行的，所述吸取喷枪通过存储箱上侧的开口插入到所述存储箱中。在从WO2010/078989A1熟知的存储箱情形时，用于填满和抽空所述存储箱的所有开口以及用于引入所述功能单元的插入开口布置在所述存储箱的还原剂流动区域上面。然而因为不同的汽车的存储箱具有不同的结构高度，例如吸取喷枪，但还有布置在所述存储箱中的功能单元必须适应存储箱的形状。这不可避免地导致高的变型多样性，并因而引起高成本。

因此，功能单元也发展成从下面插入到存储箱中的底部开口中。在这种功能单元情形下，所述泵或者可能一个用于测定填充线的传感器一般是所述功能单元的构件。然而所述已知的实例更不利地需要大的结构空间。因为所述结构空间在径向方向上受到限制，所述功能单元必须建造成所述高度。因此，所述功能单元，尤其是过滤器突出直到所述存储箱的大约中间，并且因此存在严重的冰压危险。所述还原剂一直从所述存储箱的外侧向内部结冰，即在更长的结冰阶段后，液体气泡残留在所述存储箱的中间，此外，所述液体气泡能够突然结冰并且此时膨胀约10％。由此，产生更高的压力，所谓冰压，容易导致所述功能单元的施加有冰压的构件被损坏。

发明内容

本发明与开头所述的现有技术不同，在所述存储箱中的吸取管道(22)的开口和基本上竖向布置的烟囱式构件(Kamin)之间存在一个起节流阀作用的间隙。

烟囱式构件和间隙的组合导致还在至少部分地填满空气或者尾气的吸取管道时，由泵单元迅速且可靠地输送至少由还原剂和空气构成的两相混合物。由此实现所述进给系统的可靠运行和尤其阻止所述进给系统的调整的错误信息或者不稳定性。结果，有害物质排放也由此减少。

根据本发明的进一步有利的构型，所述功能单元包括一个壳体、泵体和阀板，并且所述功能单元插入到所述存储箱底部的开口中并与所述存储箱密封地连接。吸取管道和输送管道构造在所述阀板中。此外，所述加热装置和可能的传感器也可仍然集成到所述功能单元中，从而根据本发明的功能单元紧凑地并且特别是非常平坦地构成。此外，有利地，不需要管道通到所述存储箱上侧。

在一个优选实施例中，所述功能单元的壳体从下面插入到所述存储箱中，并且与所述存储箱焊接在一起。这保证简单地安装和所述存储箱需要的密封性。

进一步有利地，为了通过输送管道输送还原剂，所述功能单元具有泵装置，所述泵装置包括电磁铁，工作膜片和阀板。所述工作膜片优选布置在所述阀板区域中或者所述输送管道的入口区域中；所述电磁铁优选布置在所述功能单元的与阀板相对置的区域中。衔铁布置在所述工作膜片上，衔铁通过电流的接通和断开而可穿过所述电磁铁运动。所述泵装置因而可有利地相对于所述已知的装置相对简单地构建。通过所述工作膜片的这种可能的振起和跌落，经由所述工作膜片的如此产生的泵运动控制还原剂流入到所述功能单元中或从所述功能单元流出。在流入管道和输送管道中布置的阀元件分别承担所述流入到所述功能单元中或者从所述功能单元中流出的功能。在所述功能单元中布置的通风管道可提供所需要的通风，尤其是在所述入口区域中。

特别有利地，所述功能单元可通过至少一个加热装置加热。加热装置必须位于所述功能单元中，于是在冰冻时，所述还原剂可保持液态，或者在所述汽车的停止中结冰后又可解冻。所述加热装置在这里可包括PTC加热元件，其中，所述加热元件优选压入到圆柱形的铝制结构体中。所述铝制结构体可额外地挤压包封塑料以避免腐蚀并且制成热量分布体。其它良好的导热材料自然也可代替铝。圆柱形的热量分布体在这里可宽阔地配置，以使它基本上环绕所述功能单元的所有部件，以便在需要时加热或者解冻所述功能单元的部件。所述圆柱形铝制结构体的突出之处在于高的刚度，从而尤其在所述功能单元的布置在圆柱形铝制结构体内部的压力敏感的部件，例如所述泵装置和所述阀板相对于所述存储箱密封的区域，在冰冻时在冰压情形下得到充分保护。

因为所述电磁铁较早地布置在所述功能单元的上部区域中，在所述电磁体通电时产生的热对所述功能单元的装置，例如过滤元件，是有用的，尤其是布置在所述功能单元的上部区域中。除所述热量分布体外，所述电磁铁于是制成在所述功能单元内部的第二加热装置。

进一步有利地，所述功能单元具有过滤元件，用于过滤被引入到所述存储箱中的还原剂，优选是可间接加热的滤布。所述滤布在这里优选精纺地制成，所述还原剂的颗粒可被滤出，于是，所述流入管道或者输送管道可不被堵塞。令人满意的是，所述滤布布置在所述功能单元的上部部分中，以使所述滤布基本上覆盖所述功能单元，并且所述滤布可通过布置在这个区域中的电磁铁加热。所述圆柱形热量分布体中的加热元件也可将热量传导到所述滤布的区域中，由此所述滤布可在需要时被加热。在预计滤出特别多的颗粒时，所述滤布也可呈波浪形地布置，从而能够基本上扩大过滤表面。也可能将所述滤布可更换地固定。

于是，热量尤其可从优选包覆塑料的圆柱形热分布体到达尽可能多的所述功能单元的区域，所述功能单元在与所述阀板相对的侧上具有一个导热环，这是有利的。所述导热环保证所述热量例如最可能地传导到所述存储箱的位于其上的冰上。在解冻时，外壳的塑料能够促进热传导，所述导热环承担将热最优地传导所述冰上。此外，所述导热环在示出存储箱盖的侧上具有凹处，所述凹处在机动车行驶时在所述存储箱中可能捕获晃荡的液态还原剂。所述凹处因而能够使所述功能单元在所述还原剂的低料位时也可具有充足的还原剂以在内部输送。

于是为了在所述功能单元中常常有充足的还原剂进行输送，如果所述功能单元包括至少一个用于还原剂的储存器则是有利的。第一储存器在这里优选位于可加热的圆柱形的热量分布体内部。由此也保证在冰冻时，所述还原剂可加热并且液态的还原剂位于所述储存器中，于是它可通过所述功能单元进行输送。

还有利地，用于还原剂的第二储存器相邻地直接从外部设置到所述功能单元上。这个布置在功能单元本身外部的第二储存器可布置在所述存储箱中，以使它同样可通过所述圆柱形的热量分布体加热。通过例如一个在所述存储箱中在所述功能单元外侧紧靠所述另外的储存器在朝向另外的储存器方向上倾斜的斜坡，所述另外的储存器也可能在所述存储箱相对低料位时不断地通过晃荡运动填充还原剂。通过行驶期间的晃荡运动，所述另外的储存器的还原剂接着通过所述导热环的凹处到达所述功能单元内部。

附图说明

本发明的其它特征和优点从其他可选技术方案、描述和附图得到。应理解，前面所述的且后面仍将阐明的特征不仅以每个给出的组合，还以其它的组合或者单独地描绘本发明的一个基本方面。附图示出本发明的优选实施例，并且在下面的描述中详细地阐明。在附图中示出：

图1示出本发明的周围环境；

图2示出存储箱的根据本发明的功能单元。

具体实施方式

在图1中十分简单地且示意性地示出内燃机1，内燃机1具有尾气后处理装置3。尾气后处理装置3包括排气管5、氧化催化器7和用以选择性地催化还原有害身体健康的氧化氮的SCR催化器11。图中没有示出通常布置在氧化催化器7下游的颗粒过滤器。尾气通过排气管5的流动方向通过箭头(没有附图标记)表示。

为了供给SCR催化器11液体还原剂，例如尿素水溶液(所谓AdBlue)或者其它液体还原剂，用于尿素水溶液的进给装置13在SCR催化器11上游布置在排气管5上。进给装置13在需要时在SCR催化器11上游将尿素水溶液喷射到排气管5中。

适于喷射尿素水溶液的进给系统除输送装置13外还包括存储箱19，根据本发明的、用于输送液体还原剂的功能单元20集成在存储箱19中。

使用附图标记99表示4/2换向阀，它用于使功能单元20的输送方向反转。由此，所述进给系统尽可能被抽空，以能够避免还原剂冰冻时的损坏。

功能单元20包括泵装置41(见图2)，泵装置41优选是可用电操纵的。输送管道22设置在存储箱19和进给装置13之间。输送管道22优选在下面连接在存储箱19上。输送管道22能够至少部分地构造为软管。功能单元20可包括用于探测存储箱19中的料位的传感器(未示出)。

为了完整性起见，还指出在排气系统中布置传感器，即氧化氮传感器25以及温度传感器24和27。这些传感器24、25和27通过信号线(未示出)而与内燃机1的控制器29连接。第一控制器29控制内燃机1且发送数据和从用于尿素水溶液的进给系统的第二控制器31接收数据。来自和发送到进给系统的第二控制器31的信号连接在图1中通过虚线描绘。

图2示出根据本发明的功能单元20。功能单元20包括多个标准组件，例如构造为隔膜泵的泵装置41、加热元件63、导热体61(在上面与导热环67隔绝)、滤用筛65、阀板35和(排气)烟囱式构件59。

功能单元20从下面插入到存储箱19的优选环形的开口中并且接着通过焊缝33而与存储箱19密封地连接。

功能单元20由三个主要构件组成。它们是具有空腔23的壳体21、泵体32和阀板35。

在壳体21的中心构造向下开口的空腔23。泵体32布置在空腔23上。空腔23由阀板35封闭。

在泵体32中布置工作腔室50，膜43和它们的具有衔铁45和电磁铁47的电磁驱动器。膜43通过衔铁45借助于电磁铁47运行。在运行中，电磁铁47拉动衔铁45克服弹簧元件49的弹簧力。在运行中，工作膜片43通过接通和断开流过电磁铁47的电流而上下运动。在向下运动时，还原剂从泵装置41的工作腔室50输送到输送管道22中，在向上运动时，还原剂通过在阀板35中布置的吸取管道51吸取到工作区域50中。

在图2右侧，用于液体还原剂的输送管道22集成到阀板35中。第一止回阀39布置在输送管道22中。

在图2左侧，吸取管道51集成到阀板35中。第二止回阀53布置在吸取管道51中。吸取管道51在图2左端部向下垂直折弯。吸取管道51的折弯部分在泵体32中和在泵壳体21中延伸。

吸取管道在壳体21中沿竖向方向延伸的延长部具有附图标记59，下文中称作烟囱式构件。烟囱式构件59在过滤元件65下面很靠近过滤元件65处中止。过滤元件65优选实施为细孔滤布，并且在外边缘与热量分布体61连接。

起节流阀55作用的间隙位于烟囱式构件59的下端部和吸取管道51的竖向部段之间。通过间隙55，吸取管道51与第一液体储存器57液压地连接。第一液体储存器57在径向方向上由加热元件63或者更确切地说，热量分布体61和空腔23限界。

在图2中画出了尿素水溶液的液面。如果所述液面比图2中所示的液面进一步下降，则所述烟囱式构件的上端部凸出到位于过滤元件65下面中的空气泡中。

如果在这种状态下使隔膜泵41通电，则隔膜泵41通过节流阀55吸取位于第一液体储存器57中的尿素水溶液。同时，隔膜泵41通过烟囱式构件59吸取空气。此时，尿素水溶液和空气混合成为由各隔膜泵41输送的两相混合物。

过滤材料是部分地疏水的，并且只允许少量的空气或者甚至不允许空气流过。因此，空气聚集在滤布下面。这些空气部分地事先溶解在液体中或者通过用于对所述系统排气的止回阀借助于上4/2阀99到达所述系统中。在汽车每次停车时回吸，以阻止因结冰而产生的损坏。但这也表明在汽车每次启动时，空气位于过滤器65下面。在运行时间中，除烟囱式构件59和节流阀55，整个腔室57充满空气。然后，所述泵抽吸，还原剂通过滤布65到达腔室57中。这导致一种不可控制的抽出，首先例如在转弯行驶或者下坡行驶时液体还原剂被晃动到导热环67内部。

热量分布体61优选由铝制成，其中，也可使用其它材料。一个或多个PTC加热元件63被压入到热量分布体61中。加热元件63和/或热量分布体61为防止碰撞而涂有塑料涂层。

导热体61向上转入到导热环67中。导热体61和导热环67承担将热量从加热元件63传递到所述尿素水溶液。

导热环67具有凹处69，凹处69优选向内向下倾斜地取向。凹处69结束于过滤元件65上部某处的导热环67内部，从而液体还原剂例如在下坡行驶时可到达所述导热环内部和过滤元件65上。

在圆柱形热量分布体61外侧，存储箱19构成一个环形壁71，环形壁71与热量分布体61的外壁构成另一储存器73。第二储存器73还具有防溅罐的功能。为了封闭存储箱19，倾斜延伸的斜坡75连接到环形壁71上，斜坡75限界第二储存器73。

如果在所述存储箱中存在还原剂，还原剂通过过滤元件65到达第一储存器57中并且在需要时可由隔膜泵41输送。当在需要时通过提高工作膜片43，还原剂从储存器57通过输入管道51到达工作区域50中的时候，出现这种情况。通过对电磁铁47通电，工作膜片43通过衔铁45向下运动。由此，还原剂通过输送管道22输送给进给装置13。

通过所述还原剂在行驶期间的晃动运动，所述还原剂在低料位时从存储箱19通过斜坡75到达第二储存器73中。所述还原剂从那里经过导热环67的凹处69到达第一储存器57中。所述还原剂从储存器57以上述方式由隔膜泵41输送。

当发生特别严重的冰冻时，所述还原剂从下面和外面缓慢地结冰。为了能够提供液体还原剂，所述还原剂必须被加热或者解冻。为此，一方面，在圆柱形的热量分布体61中的加热元件63，另一方面，发出热的电磁铁47可用作加热装置。符合目的的是，泵装置41布置成使得电磁铁47布置在功能单元20的上部区域中。

阀板35向下平整地封闭功能单元20。通过这个布置保证在冰冻时阀板35首先冰冻，而位于阀板35上方的区域，尤其通过发热的电磁体47和热量分布体61的布置而更迟地结冰。在这种从下向上地结冰时可不产生冰压，这是因为所述还原剂继续向上逸出直到过滤元件65下面。

在过滤元件65下方存在空气泡77，因为从还原剂释的空气可不经过细孔过滤元件65向上逸出。该可压缩的空气泡77在还原剂从液相转变成固相时吸收所述还原剂的膨胀，并由此阻止功能单元20因冰压而被损坏。

因为所述结冰的还原剂体积增加，还原剂可在存储箱19中产生明显的变形。功能单元20的根据本发明的设计的突出之处是因圆柱形的热量分布体61而具有高刚度。变形临界的泵单元41以及阀板35对存储箱19的密封位置在内部通过圆柱形的热量分布体61防止被损坏，因为所述还原剂从下向上冻透并且空气泡77吸收结冰的还原剂增加的体积。

环形壁71在所述存储箱底部在径向方向上非常软地匹配存储箱，以使变形实际发生在存储箱19的壁71中而不是在功能单元20中。

Claims (12)

1.用于液体还原剂的存储箱的功能单元(20)，其中，所述功能单元(20)可设置在所述存储箱(19)的底部中，所述功能单元(20)具有泵装置(41)，所述泵装置(41)布置成从所述存储箱(19)输送还原剂，其特征在于，在吸取管道(22)的开口和基本上竖向地布置的烟囱式构件之间存在用作节流阀的间隙(55)，其中，所述吸取管道通过所述间隙(55)与用于还原剂的第一储存器(57)液体地连通，并且其中所述烟囱式构件在很靠近过滤元件(65)的下部处中止且布置成吸取可聚集在所述过滤元件(65)下方的空气。

2.根据权利要求1所述的功能单元，其特征在于，所述功能单元(20)插入到所述存储箱(19)的底部中的开口中并且与所述存储箱(19)密封连接。

3.根据权利要求1所述的功能单元，其特征在于，所述功能单元(20)包括至少一个壳体(21)、泵体(32)和阀板(35)。

4.根据权利要求3所述的功能单元，其特征在于，吸取管道(51)和输送管道(22)构造在所述阀板(35)中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的功能单元，其特征在于，所述泵装置(41)包括衔铁(45)、电磁铁(47)、膜片(43)和阀板(35)。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的功能单元，其特征在于，所述功能单元(20)可通过加热元件(63)、导热体(61)和/或导热环(67)加热。

7.根据权利要求6所述的功能单元，其特征在于，所述导热体(61)和/或导热环(67)构造成基本上圆柱形的。

8.根据权利要求6所述的功能单元，其特征在于，实施为滤布的过滤元件(65)密封地安置在所述导热体(61)的上端部上。

9.根据权利要求6所述的功能单元，其特征在于，所述导热环(67)具有凹处(69)，所述凹处(69)在行驶时捕获在所述存储箱(19)中晃动的液体。

10.根据权利要求6所述的功能单元，其特征在于，所述导热体(61)限界用于还原剂的第一储存器(57)。

11.根据权利要求8所述的功能单元，其特征在于，在运行中，在所述过滤元件(65)下方形成空气泡(77)。

12.用于液体还原剂的存储箱，其中，在所述存储箱(19)的底部中设置根据前述权利要求中任一项所述的功能单元(20)。