CN106574537A - 用于机动车的工作液体的储罐 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车(2)的工作液体的储罐(1)，所述储罐具有：由塑料制成的储罐壁(3)，该储罐壁具有开口(4)；和布置在开口(4)上的由金属制成的插入件(5)；以及柔性密封元件(6)，所述柔性密封元件用于使储罐壁(3)和插入件(5)彼此液体密封地连接，其中，由于储罐壁(3)和插入件(5)的热膨胀在储罐壁(3)和插入件(5)之间出现了相对位移(7)且柔性密封元件(6)如此设计，使得分别在插入件(5)上和在储罐壁(3)上形成密封面(8、16)，密封元件(6)与相对位移(7)无关地贴靠在所述密封面处。

Description

用于机动车的工作液体的储罐
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的工作液体的储罐。该储罐尤其适合用于，存储用于机动车中的排气净化的液体添加剂。
背景技术
用于净化机动车中内燃机的排气的排气处理装置被广泛使用，在所述排气处理装置中使用了液体添加剂用于排气净化。在这种排气处理装置中，例如执行选择催化还原[SCR-工艺，SCR＝Selective Catalytic Reduction]的排气净化工艺。在这种工艺中，内燃机的排气中的氮氧化合物借助于氨被还原。
氨通常不直接存储在机动车中，而是以液体的氨前体溶液的形式存在。尿素-水-溶液尤其经常用作氨前体溶液。可买到商标的尿素-水-溶液作为用于机动车中排气净化的工作液体，该尿素-水-溶液中尿素含量为32.5％。尿素-水-溶液可以在排气内部(在排气处理装置内部)或在排气外部(在排气处理装置外部为此所设置的单独的反应器中)转化为氨。
在为机动车中的排气净化提供工作液体时，问题尤其在于，所述工作液体(尤其是所述的尿素-水-溶液)在低温时会冻住。例如，尿素水含量为32.5％的尿素-水-溶液在-11℃时结冰。因此，用于存储这种工作液体的储罐必须如此构造，使得其能经受住在结冰时出现的冰冻压力。此外，通常需要设置加热装置，当工作液体冻住时，可以借助于加热装置融化工作液体。此外还需要的是，储罐和用于输送该液体添加剂的输送装置不受尿素-水-溶液的腐蚀。
发明内容
从该现有技术出发，本发明的任务在于，说明一种用于机动车的工作液体的特别有利的储罐。该储罐尤其适合用于存储作为工作液体的尿素-水-溶液。然而在该储罐中也可以存储其它液体。
该任务通过具有权利要求1所述特征的储罐完成。储罐的其它有利的设计方案在从属权利要求中说明。还要指出，在各个权利要求中说明的特征能以任意的技术上有意义的方式彼此组合，以及通过来自说明书所阐述的实施情况补充，其中描述了储罐的其它实施变型方案。
需要说明一种用于机动车的工作液体的储罐，所述储罐具有：由塑料制成的储罐壁，该储罐壁具有开口；和布置在开口处的由金属制成的插入件；以及柔性密封元件，所述柔性密封元件用于使储罐壁和插入件彼此液体密封地连接，其中，由于储罐壁和插入件的热膨胀在储罐壁和插入件之间(至少部分地)出现了相对位移且柔性密封元件如此设计，使得分别在插入件上和在储罐壁上形成密封面，密封元件与相对位移无关地贴靠在所述密封面处。
具有储罐壁的储罐优选利用注塑工艺由塑料制成。该储罐可以具有极其复杂的储罐几何形状，该储罐几何形状与在机动车中供储罐使用的结构空间匹配。
储罐中由金属制成的插入件例如可以是盆形件，通过该盆形件能把液体从储罐中取出。该插入件也可以具有加热装置，利用该加热装置能够对储罐中的液体加热。插入件也可以是防溅盆，该防溅盆至少局部地划分储罐，并通过该防溅盆减少储罐中工作液体的溢出晃动。
由金属制成的插入件和由塑料制成的储罐壁通常具有极其不同的热膨胀系数。在此，该热膨胀系数指的是一种参数，该参数描述由于温度升高导致的热膨胀。该热膨胀系数的单位通常是μm/mK。例如，20μm/mK的热膨胀系数表示，在参考温度下长度为1m的构件在温度比参考温度高100°K时长度膨胀为1002mm。而当温度比参考温度低100°K时，该构件的长度缩短为0.998m。构件的实际膨胀特性通常不是线性的。因此，对热膨胀系数的说明通常是在参考温度的紧邻环境中的工件的膨胀特性的线性近似值。
由于储罐壁和插入件由不同的材料制成(塑料或金属)，所以插入件和储罐壁的热膨胀通常是不同的。因此，当出现温度波动时，在储罐壁和插入件之间会出现此处所述的相对位移。
在出现相对位移时，插入件的几何重心相对于储罐或储罐壁的几何重心会完全转移。然而也可能的是，插入件的几何重心和储罐壁的几何重心与热膨胀无关地相对彼此固定不变且仅局部地出现热位移，从而相应地仅储罐壁的部段相对彼此移动。
在储罐壁处或插入件处的密封面在此指的是与实际上在储罐壁或在插入件处存在的温度无关地始终与密封元件接触的面。即密封元件不会由于相对位移而与密封面分离。在实施变型方案中，密封元件被持久地固定在密封面处，从而不会出现相对位移或者仅出现有限的相对位移。在另外的实施变型方案中，密封元件贴靠在密封面处且在密封面处会出现密封元件和插入件或储罐壁之间的相对运动。然而，插入件处和储罐壁处的密封面在尺寸上构造为这样(大)，即在所有出现的温度下密封面分别被密封元件覆盖。在这种情况下，“出现的温度”是储罐在机动车中通常会承受的最小温度和最大温度。例如，如此设计密封面和密封元件，使得在-50℃和+90℃之间的温度范围内保证密封性。此外，可以把密封元件固定在插入件上或储罐壁上。在上述给出的温度范围内，密封面与热膨胀无关地不被工作液体润湿。在出现热膨胀时，密封元件绝不会完全与储罐壁处和插入件处的被润湿的区域交叠。
插入件布置在其中的开口尤其优选位于储罐的下部区域中或底部区域中。尤其优选在储罐壁的储罐底部中设置所述开口。
对储罐来说尤其优选的是，插入件是用于接纳输送单元的壳体，该输送单元用于输送来自储罐的工作液体。
输送单元优选包括用于输送工作液体的泵以及必要时还包括其它组件，例如传感器、阀等。优选利用输送单元能够实现计量地提供来自储罐的工作液体。
将输送单元连同壳体定位在储罐的底部上实现了，与储罐中液体的液位相对无关地从储罐中取出液体。用于输送液体的输送单元的金属壳体是特别稳定的。此外，这种金属壳体还尤其适合于继续传导热量。优选在插入件或在壳体中布置了加热装置。由该加热装置产生的热量通过插入件或通过壳体传输至储罐中的工作液体。
对储罐来说尤其优选的是，开口具有大于100mm[毫米]的直径。开口的直径优选大于120mm，以及更尤其优选在130mm和200mm之间。
已经证明的是，在储罐壁中对金属插入件来说具有大于100mm的直径的备选方案是必要的，以便保证储罐壁和插入件之间的可靠的流体密封的密封。尤其已经证明的是，利用常规的密封件(例如常规的O形环密封件)不能实现充分的密封，因为当出现相对运动时，常规的密封件在储罐壁和插入件处的密封面上滑动。插入件的直径大于100mm的区域(常规的密封件在该区域中滑动)通常尺寸大到，使得密封面完全被工作液体润湿。这通常导致了密封面处的泄漏。当储罐通常承受温度波动时，这种泄漏特别大。同时通常尤其需要直径大于100mm的插入件作为用于输送单元的壳体。只有这种大小的插入件或壳体提供了足够的地方，使得在那里输送单元的所有的组件都能够安置在其中。
所述的密封设计方案一方面可以有针对性地允许相对位移且另一方面保证了密封面可靠地贴靠在或者可靠地覆盖在储罐壁或插入件处。因此可以实现，一方面可以使用如此大的直径用于储罐壁中的开口或者储罐中的金属插入件和壳体，以及另一方面保证了插入件或壳体在储罐壁处持久的流体密封的密封。
此外，对储罐来说有利的是，柔性密封元件是密封环，该密封环以第一贴靠面贴靠在储罐壁上以及以第二贴靠面贴靠在插入件上，其中，第一贴靠面和第二贴靠面大于由于热膨胀出现的、在储罐壁和插入件之间的最大相对位移。
在此尤其描述了一种密封环，该密封环保证了储罐壁和密封环面之间或者在插入件和密封环面之间不是直线接触，而是面接触。对插入件和储罐壁之间、插入件和密封环之间或者储罐壁和密封环之间的相对位移来说，与温度无关地始终存在剩余平面，该剩余平面被密封元件完全覆盖。
密封元件尤其是具有矩形横截面的密封环。这种密封环与具有圆形横截面的密封环相比具有在插入件或在储罐壁处的大的贴靠面。
在一些实施变型方案中，如此设计密封环，使得当出现储罐壁和插入件之间的所述相对位移时，所述密封环在储罐壁或在插入件处滚动。在这种密封环中优选保证了，把密封环的最大滚动角选择为如此之小，从而尽管如此仍在插入件处和在储罐壁处保持上述密封面，该密封面与热位移无关地始终完全被密封环或密封元件覆盖。
此外对储罐来说有利的是，在热膨胀时，柔性密封元件在储罐壁处的第一密封面处以及在插入件处的第二密封面处滚动。
滚动的密封件尤其很少磨损，因为相应地在密封元件和插入件之间或者在密封元件和储罐壁之间不由于相对位移而出现摩擦。
此外对储罐来说有利的是，柔性密封元件是软管密封环。
软管密封环是密封环的特殊形式，其内部是中空的。软管密封环由于压力扁平地压在密封面上且由此得到插入件处或储罐壁处相对较大的密封面。可以如此设置软管密封环，使得在储罐壁和插入件之间出现相对位移时，该软管密封环在插入件处或在储罐壁处滚动。备选地或附加地，软管密封环可以如此设置，使得该软管密封环由于这种相对位移而被推动，以及在储罐壁处或在插入件处滑动。在储罐壁和插入件之间的此处所述的连接的框架内考虑两种变型方案。
对储罐来说同样有利的是，柔性密封元件是薄膜件，其中，薄膜件的第一部段材料结合地连接在储罐壁上，薄膜件的第二部段材料结合地连接在金属的储罐插入件上，其中，薄膜件在第一部段和第二部段之间具有柔性区域，该柔性区域对储罐壁和插入件之间由于热膨胀出现的相对位移进行补偿。
这种构造为薄膜件的密封元件例如可以利用焊接连接件焊接在储罐壁上或插入件上。这种密封元件同样可以粘合在储罐壁上或插入件上。构造为薄膜件的密封元件优选在柔性区域中和在第一部段处和在第二部段处都是柔性的。在第一部段处和在第二部段处这种柔性是尤其必要的，以便能够局部地补偿有限的热膨胀。密封元件或薄膜件的材料在第一部段处和在第二部段处必须能够局部地与储罐壁和插入件的在连接处发生的热膨胀匹配。在柔性区域中，密封元件的柔性是必要的，以便保证对相对位移的补偿。
储罐壁和插入件优选不仅通过密封元件彼此连接而且额外地存在单独的安装部件用于连接储罐壁和插入件。这种单独的安装部件在此优选保证了插入件在储罐壁上的机械固定，其中，单独的安装部件允许了相对位移。单独的安装部件例如由法兰和盖体组成，其使插入件在储罐壁中的开口处张紧。通过这种单独的安装部件阻止了插入件垂直于储罐壁的相对位移，而可以出现插入件平行于储罐壁的相对位移。
在另一个优选的实施变型方案中，插入件插入在储罐壁的、形成了中间构件的部段中。该中间构件通过焊接连接件与(另外的)储罐壁连接。该中间构件形成了一种中间法兰，该中间法兰用于把金属插入件可靠地流体密封地连接到塑料储罐壁上且进而实现了插入件在储罐壁中的安装。
在此还应该描述一种机动车，该机动车具有内燃机、带有SCR-催化净化器的排气处理装置以及上述用于存储和提供用于排气净化的工作液体的储罐。
附图说明
下面根据附图具体描述本发明以及技术领域。需要指出，附图仅是示意性的且分别仅示出本发明的优选实施例。在附图中示出的大小比例关系尤其应该理解为仅为示意性的。附图示出：
图1示出所述储罐的第一实施变型方案；
图2示出所述储罐的第二实施变型方案；
图3示出所述储罐的第三实施变型方案；
图4示出所述储罐的第四实施变型方案；
图5示出在所述储罐处出现的位移的示意性图表；以及
图6示出具有所述储罐的机动车。
具体实施方式
图1、2、3和4分别示出具有储罐壁3的所述储罐1的四个不同的实施变型方案。在储罐壁3中设置有开口4，插入件5插入在该开口中，该插入件利用密封元件6密封在储罐处。在所有在图1至4中示出的实施变型方案中，插入件5是壳体9，该壳体适合用于接纳输送单元10，该输送单元用于把来自储罐的用于排气净化的液体添加剂提供至排气处理装置。在图4中示例性地具体示出了输送单元，其中，在图4中示出的输送单元10的结构强烈简化。输送单元10具有泵30且在抽吸位置29处把工作液体从储罐1中取出并在提供接头31处提供该工作液体。提供接头31例如用于连接此处未具体示出的管路，该管路通到用于输出工作液体至排气处理装置的喷射器处。
在图1至3中的实施变型方案中，插入件5分别利用单独的安装部件33固定在储罐壁3上。该单独的安装部件33包括储罐壁3处的法兰34以及安置(例如旋紧或套设)在法兰34上的盖体28。插入件5张紧在盖体28和储罐壁3之间。因此，一方面阻止了插入件5垂直于储罐壁3的位移。另一方面，由法兰34和盖体28组成的安装部件33实现了插入件5和储罐壁3之间平行于储罐壁3的相对位移。
根据图1的实施变型方案，密封元件6是密封环12。密封环以第二贴靠面14贴靠在插入件上以及利用第一贴靠面13贴靠在储罐壁3上并从而使储罐壁3和插入件5相对彼此密封。
根据图2的实施变型方案，密封元件6是薄膜件17，该薄膜件具有固定在储罐壁3上的第一部段18和固定在插入件5上的第二部段19，其中，在第一部段18和第二部段19之间布置了柔性区域20，该柔性区域实现了插入件5和储罐壁3之间的相对位移。
根据图3示出了密封元件6的实施变型方案，该实施变型方案是软管密封环15。软管密封环15以特殊的方式尤其适合于形成滚动的密封元件6，因为在软管密封环15中在滚动时较少出现损坏软管密封环15的内部剪切力。
图4中仅示意性示出储罐1。在此，插入件5插入储罐壁3的、形成中间构件26的部段中。该中间构件通过焊接连接件27与另外的储罐壁3连接。中间构件26形成了一种中间法兰，该中间法兰用于把金属插入件5可靠地流体密封地连接至塑料储罐壁上，以及进而实现了把插入件5安装到储罐壁3中。作为用于储罐壁3中插入件5的密封设计方案，根据图4实现了根据图2的设计方案。然而，中间构件26也可以与其它此处所述的密封设计方案(根据图1或图3)组合起来。
图5中描述了相对位移7，该相对位移会由于储罐壁3和插入件5的热膨胀而出现。附图部分a)示出了一种情况，其中插入件5和储罐壁3尤其被拉动远离彼此。附图部分b)示出了一种情况，根据这种情况插入件5和储罐壁3尤其紧密地放在一起。例如，在温度特别低(最小)时，存在根据附图部分b)的情况，而在温度特别高(最大)时，存在根据附图部分a)的情况。然而在此最小温度和最大温度配属于附图部分a)和附图部分b)仅是示例性的。实际上(根据储罐几何形状以及储罐壁和插入件的热膨胀系数)，在此也可以存在恰好颠倒的情况，从而附图部分b)对应于最大温度，而附图部分a)对应于最小温度。还相应地可以看出在密封元件6和储罐壁3之间的第一密封面8以及在插入件和密封元件6之间的第二密封面16，所述密封面分别与插入件5和储罐壁3相对彼此的位置无关地被密封元件6覆盖。还可以考虑，A例如示出一箭头，其中存在用于储罐的最大允许可能的温度，而箭头B示出一种情况，在该情况中存在用于储罐的最小可能的温度。在图5中也示出了最大滚动角32，密封元件6在储罐壁3处以及在插入件5处滚动了该最大滚动角。
图6示出了机动车2，所述机动车具有内燃机22和排气处理装置23，用于净化内燃机22的排气的SCR催化净化器24位于该排气处理装置中。由喷射器25为SCR催化净化器24供给用于排气净化的液体添加剂，该液体添加剂由输送单元10通过管路21从储罐1提供给喷射器25。
附图标记列表：
1 储罐
2 机动车
3 储罐壁
4 开口
5 插入件
6 密封元件
7 位移
8 第一密封面
9 壳体
10 输送单元
11 直径
12 密封环
13 第一贴靠面
14 第二贴靠面
15 软管密封环
16 第二密封面
17 薄膜件
18 第一部段
19 第二部段
20 柔性区域
21 管路
22 内燃机
23 排气处理装置
24 SCR催化净化器
25 喷射器
26 中间构件
27 焊接连接件
28 盖体
29 抽吸位置
30 泵
31 提供接头
32 滚动角
33 安装部件
34 法兰

Claims (8)

1.一种用于机动车(2)的工作液体的储罐(1)，所述储罐具有：由塑料制成的储罐壁(3)，该储罐壁具有开口(4)；和布置在开口(4)处的由金属制成的插入件(5)；以及柔性密封元件(6)，所述柔性密封元件用于使储罐壁(3)和插入件(5)彼此液体密封地连接，其中，由于储罐壁(3)和插入件(5)的热膨胀在储罐壁(3)和插入件(5)之间至少局部地出现了相对位移(7)且柔性密封元件(6)如此设计，使得分别在插入件(5)上和在储罐壁(3)上形成密封面(8、16)，密封元件(6)与相对位移(7)无关地贴靠在所述密封面处。
2.根据权利要求1所述的储罐(1)，其中，插入件(5)是用于接纳输送单元(10)的壳体(9)，所述输送单元用于输送来自储罐(1)的工作液体。
3.根据前述权利要求中任一项所述的储罐(1)，其中，开口(4)具有大于100mm[毫米]的直径(11)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的储罐(1)，其中，柔性密封元件(6)是密封环(12)，该密封环以第一贴靠面(13)贴靠在储罐壁(3)上以及以第二贴靠面(14)贴靠在插入件(5)上，其中，第一贴靠面(13)和第二贴靠面(14)大于由于热膨胀出现的、在储罐壁(3)和插入件(5)之间的最大相对位移(7)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的储罐(1)，其中，在热膨胀时，柔性密封元件(6)在储罐壁(3)处的第一密封面(8)处以及在插入件(5)处的第二密封面(16)处滚动。
6.根据前述权利要求中任一项所述的储罐(1)，其中，柔性密封元件(6)是软管密封环(15)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的储罐(1)，其中，柔性密封元件(6)是薄膜件(17)，其中，薄膜件(17)的第一部段(18)材料结合地连接在储罐壁(3)上，薄膜件(17)的第二部段(19)材料结合地连接在金属的插入件(5)上，其中，薄膜件(17)在第一部段(18)和第二部段(19)之间具有柔性区域(20)，该柔性区域对储罐壁(3)和插入件(5)之间由于热膨胀出现的相对位移(7)进行补偿。
8.一种机动车(2)，具有内燃机(22)、带有SCR-催化净化器(24)的排气处理装置(23)以及根据前述权利要求中任一项所述的、用于存储和提供用于排气净化的液体添加剂的储罐(1)。
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