DE102008060937A1

DE102008060937A1 - Kraftfahrzeug-Behälteranordnung

Info

Publication number: DE102008060937A1
Application number: DE102008060937A
Authority: DE
Inventors: Oliver Ziehl
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-12-06
Filing date: 2008-12-06
Publication date: 2010-06-10

Abstract

Eine Kraftfahrzeug-Behälteranordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einer Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst einen ersten Behälter (10) zum Aufnehmen eines flüssigen Hilfsmittels (28) für die Abgasnachbehandlungseinrichtung, der eine Entnahmevorrichtung (20) zum Entnehmen des flüssigen Hilfsmittels, um es der Abgasnachbehandlungseinrichtung zuzuführen, und einen Füllstandssensor (16) zum Erfassen des Pegels (26) des flüssigen Hilfsmittels (28) im ersten Behälter (12) aufweist; und einen zweiten Behälter (12) zum Aufnehmen des flüssigen Hilfsmittels (28) für die Abgasnachbehandlungseinrichtung, wobei der erste und der zweite Behälter (10, 12) über eine Verbindungsleitung (14) so miteinander verbunden sind, dass ein Hilfsmittelvolumen im ersten Behälter (10) mit einem Hilfsmittelvolumen im zweiten Behälter (12) verbunden ist. Außerdem ist der zweite Behälter (12) höher als der erste Behälter (10) angeordnet und ist der erste Behälter (10) mit einem ersten Lüftungsventil (22) versehen und der zweite Behälter (12) mit einem zweiten Lüftungsventil (24) versehen. Die Behälteranordnung weist ferner eine Steuerung (32) auf, welche das erste und das zweite Lüftungsventil (22, 24) öffnet, wenn der durch den Füllstandssensor (16) erfasste Pegel (26) des flüssigen Hilfsmittels (28) im ersten Behälter (10) unter einen unteren Grenzwert sinkt, und das erste und das zweite Lüftungsventil (22, 24) schließt, wenn der durch den Füllstandssensor (16) erfasste ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Behälteranordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einer Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Bei Brennkraftmaschinen existieren immer strengere Grenzwerte für die Abgase, weshalb die Brennkraftmaschinen üblicherweise mit immer effektiveren Abgasnachbehandlungseinrichtungen gekoppelt werden. Diese Abgasnachbehandlungseinrichtungen benötigen im Allgemeinen Hilfsmittel für verschiedene chemische Reaktionen mit den Abgasen der Brennkraftmaschine. Zum Beispiel wird bei dieselbetriebenen Brennkraftmaschinen zur Reduzierung des Stickoxidanteils im Abgasstrom eine selektive katalytische Reduktion (SCR) durchgeführt, bei welcher die Stickoxide mit Hilfe von Reduktionsmitteln wie beispielsweise einer Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) zu Stickstoff und Wasser reduziert werden.
Derartige Hilfsmittel werden üblicherweise in einem Behälter bzw. Tank gelagert und über eine Leitung zu einem Dosiermodul befördert, mit dem die Hilfsmittel an einer geeigneten Stelle in die Abgasnachbehandlungseinrichtung bzw. ein Abgasrohr eingespritzt werden.
Grundsätzlich ist die Bevorratung des Reduktionsmittels in einem Reduktionsmitteltank möglich. Wegen des bei Kraftfahrzeugen im Allgemeinen sehr begrenzten Bauraums ist es außerdem bekannt, zwei miteinander verbundene, kleinere Reduktionsmitteltanks vorzusehen, die an verschiedenen geeigneten Stellen im Kraftfahrzeug positioniert werden können. Eine solche Behälteranordnung ist zum Beispiel in der JP 2007-055353 A offenbart. Bei dieser Kraftfahrzeug-Behälteranordnung sind zwei Reduktionsmittelbehälter auf etwa gleicher Höhe angeordnet und über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden, welche mit einer geeigneten Ventileinrichtung geöffnet und geschlossen wird. Die Ventileinrichtung wird dabei so gesteuert, dass der Flüssigkeitspegel in dem einen Behälter, der mit einem Entnahmestutzen und einem Einfüllstutzen versehen ist, nicht unter einen vorbestimmten Pegel sinkt, der mittels eines Füllstandssensors überwacht wird.
Bei den bisher bekannten Behälteranordnungen mit zwei Reduktionsmittelbehältern muss das Reduktionsmittel von dem einen Behälter in den anderen Behälter gepumpt werden und/oder müssen Ventile, die mit dem Reduktionsmittel in Kontakt stehen, gesteuert werden. Bei tiefen Temperaturen besteht die Gefahr, dass die entsprechenden Pumpen bzw. Ventile durch das gefrierende Reduktionsmittel in ihrer Funktionsfähigkeit beeinträchtigt werden.
In diesem Zusammenhang ist aus der DE 10 2006 027 487 A1 auch ein Reduktionsmittelbehälter bekannt, in den ein Innenbehälter eingesetzt ist, wobei eine Heizeinrichtung mit diesem Innenbehälter gekoppelt ist, um bei niedrigen Temperaturen das Reduktionsmittel im Innenbehälter aufzutauen. Im Fall der DE 10 2006 046 899 A1 und DE 10 2006 048 721 A1 sind der Innenbehälter und der Außenbehälter zudem miteinander verbunden. In einer Weiterbildung, die in der DE 10 2006 046 900 A1 beschrieben ist, ist auch der Außenbehälter mit einer Heizeinrichtung versehen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kraftfahrzeug-Behälteranordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einer Abgasnachbehandlungseinrichtung mit zwei Hilfsmittelbehältern zu schaffen, deren Funktionsfähigkeit mit einfachen Mitteln und auch bei niedrigen Temperaturen gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Kraftfahrzeug-Behälteranordnung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Kraftfahrzeug-Behälteranordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einer Abgasnachbehandlungseinrichtung enthält einen ersten Behälter zum Aufnehmen eines flüssigen Hilfsmittels für die Abgasnachbehandlungseinrichtung und einen zweiten Behälter zum Aufnehmen des flüssigen Hilfsmittels für die Abgasnachbehandlungseinrichtung, wobei der erste und der zweite Behälter über eine Verbindungsleitung so miteinander verbunden sind, dass ein Hilfsmittelvolumen im ersten Behälter mit einem Hilfsmittelvolumen im zweiten Behälter verbunden ist. Der erste Behälter weist eine Entnahmevorrichtung zum Entnehmen des flüssigen Hilfsmittels, um es der Abgasnachbehandlungseinrichtung zuzuführen, und einen Füllstandssensor zum Erfassen des Pegels des flüssigen Hilfsmittels im ersten Behälter auf.
Gemäß der Erfindung ist der zweite Behälter höher als der erste Behälter angeordnet und ist der erste Behälter mit einem ersten Lüftungsventil versehen und ist der zweite Behälter mit einem zweiten Lüftungsventil versehen. Außerdem weist die Behälteranordnung eine Steuerung auf, welche das erste und das zweite Lüftungsventil öffnet, wenn der durch den Füllstandssensor erfasste Pegel des flüssigen Hilfsmittels im ersten Behälter unter einen unteren Grenzwert sinkt, und das erste und das zweite Lüftungsventil schließt, wenn der durch den Füllstandssensor erfasste Pegel des flüssigen Hilfsmittels im ersten Behälter über einen oberen Grenzwert steigt.
Die Behälteranordnung für die Aufnahme eines Hilfsmittels für die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst zwei miteinander verbundene Behälter. Da zwei Behälter vorgesehen sind, können diese kleiner ausgestaltet werden und somit je nach den zur Verfügung gestellten Platzverhältnissen im Kraftfahrzeug einfacher und variabler angebracht werden. Das Nachfüllen des ersten Behälters, an dem die Entnahmevorrichtung vorgesehen ist, erfolgt ohne Pumpen allein durch die Schwerkraftwirkung des Hilfsmittels selbst und durch Öffnen und Schließen der zwei Lüftungsventile an den beiden Behältern zum Druckausgleich. Die beiden Lüftungsventile gewähren auch bei tiefen Temperaturen eine sichere Funktionsweise der Behälteranordnung, da sie nicht mit dem evt. gefrierenden Hilfsmittel in Kontakt kommen.
Der Begriff „Hilfsmittel” bezeichnet allgemein Mittel, die für einen chemischen und/oder physikalischen Prozess in der Abgasnachbehandlungseinrichtung der Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Hierzu zählen insbesondere Reduktionsmittel wie beispielsweise eine Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) zum Reduzieren von Stickoxiden im Abgasstrom zu Stickstoff und Wasser.
Unter dem Begriff „Füllstandssensor” werden allgemein Vorrichtungen zum Erfassen eines Füllstandes eines flüssigen Hilfsmittels im ersten Behälter verstanden. Der „Füllstandssensor” kann dabei eines oder mehrere Sensorelemente enthalten, die an einer bzw. mehreren verschiedenen Höhenpositionen im Behälter angeordnet sind. Außerdem kann der „Füllstandssensor” wahlweise ortsfest angebrachte Sensorelemente und/oder höhenvariable Sensorelemente (z. B. Schwimmer) enthalten. Mit dem „Füllstandssensor” können wahlweise absolute oder relative Füllstandswerte erfasst werden und es können wahlweise exakte Füllstände oder nur das Unterschreiten bzw. Überschreiten von bestimmten Füllstandswerten ermittelt werden.
Die in dieser Anmeldung in Zusammenhang mit der Höhenrichtung verwendeten Begriffe beziehen sich jeweils auf die Einbausituation der Behälteranordnung in einem Kraftfahrzeug.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind der erste und der zweite Behälter so angeordnet, dass eine Unterkante eines Innenraums des zweiten Behälters oberhalb eines Pegels des flüssigen Hilfsmittels im ersten Behälter, der dem oberen Grenzwert entspricht, positioniert ist. Auf diese Weise kann das gesamte Hilfsmittelvolumen aus dem zweiten Behälter entnommen und dem ersten Behälter zugeführt werden.
Eine Befüllvorrichtung zum Befüllen der Behälteranordnung mit dem flüssigen Hilfsmittel kann wahlweise an dem ersten Behälter, dem zweiten Behälter und/oder der Verbindungsleitung vorgesehen sein.
Obige sowie weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung besser verständlich. Darin zeigt die einzige Figur eine stark schematisierte Darstellung des Aufbaus einer Kraftfahrzeug-Behälteranordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt beispielhaft eine Kraftfahrzeug-Behälteranordnung gemäß der Erfindung zum Aufnehmen eines Hilfsmittels (z. B. Reduktionsmittel wie HWL) für eine Abgasnachbehandlungseinrichtung des Kraftfahrzeugs.
Die erfindungsgemäße Behälteranordnung umfasst einen ersten Behälter 10 und einen zweiten Behälter 12, die miteinander über eine Verbindungsleitung 14 verbunden sind. Beide Behälter 10, 12 sind zur Aufnahme des Hilfsmittels für die Abgasnachbehandlungseinrichtung des Kraftfahrzeugs geeignet, d. h. insbesondere entsprechend fluiddicht und fluidresistent ausgebildet. Die Anschlüsse der Verbindungsleitung 14 sind am ersten und zweiten Behälter 10, 12 jeweils im unteren Bereich angeordnet, sodass die Hilfsmittelvolumina 28 in den beiden Behältern 10, 12 miteinander in Verbindung stehen.
Der erste Behälter 10 weist einen Füllstandssensor 16 zum Erfassen eines Pegels 26 des Hilfsmittels 28 im ersten Behälter 10 auf. Dieser Füllstandssensor 16 ist so ausgebildet und angeordnet, dass er jeweils den genauen Füllstand des Hilfsmittels 28 im ersten Behälter 10 erfasst. Alternativ kann er auch so ausgebildet und angeordnet sein, dass er nur erfasst, ob der Füllstand bzw. Pegel 26 des Hilfsmittels 28 im ersten Behälter 10 über einen oberen, maximalen Grenzwert steigt bzw. unter einen unteren, minimalen Grenzwert sinkt. Der Füllstandssensor 16 kann außerdem mehrere Sensorelemente an unterschiedlichen Höhenpositionen im ersten Behälter 10 und/oder einen Schwimmkörper auf dem Hilfsmittel umfassen.
Am ersten Behälter 10 ist zudem eine Entnahmevorrichtung 20 vorgesehen, um in bekannter Weise das Hilfsmittel 28 aus dem ersten Behälter 10 zu entnehmen und der Abgasnachbehandlungseinrichtung des Kraftfahrzeugs zuzuführen. Daneben weist der erste Behälter 10 üblicherweise auch eine Heizvorrichtung 21 auf, um bei tiefen Temperaturen das Hilfsmittel 28 im ersten Behälter 10 aufzutauen oder bereits am Gefrieren zu hindern. Die Heizvorrichtung 21 kann wahlweise mit der Entnahmevorrichtung 20 zu einem Modul zusammengefasst sein.
Die Befüllvorrichtung 18 in Form eines Einfüllstutzens zum Befüllen der Behälteranordnung mit dem Hilfsmittel 28 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel am zweiten Behälter 12 angebracht. Grundsätzlich kann die Befüllvorrichtung 18 alternativ auch am ersten Behälter 10 oder an der Verbindungsleitung 14 zwischen den beiden Behältern 10, 12 angebracht sein. Außerdem ist es möglich, mehrere Einfüllstutzen an verschiedenen Komponenten des ersten Behälters 10, des zweiten Behälters 12 und der Verbindungsleitung 14 vorzusehen.
Wie in 1 veranschaulicht, ist der zweite Behälter 12 höher als der erste Behälter 10, an dem die Entnahmevorrichtung 20 vorgesehen ist, angeordnet. Dabei sind die beiden Behälter 10, 12 vorzugsweise so angeordnet, dass eine Unterkante eines Innenraums des zweiten Behälters 12 oberhalb des Pegels 26 des flüssigen Hilfsmittels im ersten Behälter 10, der einem oberen Grenzwert entspricht, positioniert ist. Auch ist die Verbindungsleitung 14 bevorzugt so angeordnet und ausgebildet, dass das gesamte Hilfsmittel 28 aus dem zweiten Behälter 12 in Richtung zum ersten Behälter 10 abfließen kann.
Ferner ist der erste Behälter 10 mit einem ersten Lüftungsventil 22 versehen und ist der zweite Behälter 12 mit einem zweiten Lüftungsventil 24 versehen. Die beiden Lüftungsventile 22, 24 stehen jeweils mit einem Luftvolumen 30 oberhalb des Hilfsmittelpegels 26 im jeweiligen Behälter 10, 12 in Kontakt. Eine Steuerung 32, welche Messsignale von dem Füllstandssensor 16 im ersten Behälter 10 empfängt, steuert die Funktionen dieser beiden Lüftungsventile 22, 24 in der folgenden Weise.
Sinkt im Betrieb des Kraftfahrzeugs der Pegel 26 des Hilfsmittels 28 im ersten Behälter 10 unter einen vorbestimmten unteren Grenzwert, so wird dies von dem Füllstandssensor 16 im bzw. am ersten Behälter 10 erfasst und ein entsprechendes Signal bzw. ein entsprechender Messwert an die Steuerung 32 übertragen. Dann öffnet die Steuerung 32 das erste Lüftungsventil 22 des ersten Behälters 10 und das zweite Lüftungsventil 24 des zweiten Behälters 12. Nun kann das flüssige Hilfsmittel 28 vom höher liegenden zweiten Behälter 12 in den ersten Behälter 10 fließen, wobei zum Druckausgleich Luft durch das erste Lüftungsventil 22 aus dem ersten Behälter 10 entweichen und durch das zweite Lüftungsventil 24 in den zweiten Behälter 12 nachströmen kann.
Bei Erreichen eines maximalen Füllstandsniveaus des Hilfsmittels 28 im ersten Behälter 10, d. h. wenn der Füllstandssensor 16 erfasst, dass der Pegel 26 des Hilfsmittels 28 im ersten Behälter 10 wieder einen vorbestimmten oberen Grenzwert erreicht, wird dies vom Füllstandssensor 16 an die Steuerung 32 gemeldet. Daraufhin schließt die Steuerung 32 das erste Lüftungsventil 22 und das zweite Lüftungsventil 24 wieder, sodass der Volumenstrom des flüssigen Hilfsmittels 28 vom zweiten Behälter 12 in den ersten Behälter 10 gestoppt wird.
Die wie oben beschrieben konstruierte Behälteranordnung für ein Kraftfahrzeug zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie zwei kleinere Behälter 10, 12 umfasst, dass die Ventile 22, 24 zum Steuern des Nachfließens des Hilfsmittels von dem einen in den anderen Behälter 10, 12 nicht mit dem Hilfsmittel in Kontakt stehen und dass dieses Nachfließen allein durch Öffnen und Schließen dieser Lüftungsventile 22, 24 und aufgrund der Schwerkraft des Hilfsmittels 28 selbst geregelt wird. Durch diese Maßnahmen wird auf einfache Weise erreicht, dass die Kraftfahrzeug-Behälteranordnung der Erfindung auch bei tiefen Temperaturen ihre Funktionsfähigkeit behält, da eine Fehlfunktion der Ventile oder ggf. von Pumpen (die hier gar nicht vorhanden sind) durch gefrierendes Hilfsmittel 28 ausgeschlossen ist.
Die vorliegende Erfindung ist dabei nicht auf die gezeigten Größen, Größenverhältnisse, Formen und Höhenpositionen der beiden Behälter 10, 12 beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2007-055353 A [0004]
- DE 102006027487 A1 [0006]
- DE 102006046899 A1 [0006]
- DE 102006048721 A1 [0006]
- DE 102006046900 A1 [0006]

Claims

Kraftfahrzeug-Behälteranordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, mit einem ersten Behälter (10) zum Aufnehmen eines flüssigen Hilfsmittels (28) für die Abgasnachbehandlungseinrichtung, der eine Entnahmevorrichtung (20) zum Entnehmen des flüssigen Hilfsmittels, um es der Abgasnachbehandlungseinrichtung zuzuführen, und einen Füllstandssensor (16) zum Erfassen des Pegels (26) des flüssigen Hilfsmittels (28) im ersten Behälter (12) aufweist; und einem zweiten Behälter (12) zum Aufnehmen des flüssigen Hilfsmittels (28) für die Abgasnachbehandlungseinrichtung, wobei der erste und der zweite Behälter (10, 12) über eine Verbindungsleitung (14) so miteinander verbunden sind, dass ein Hilfsmittelvolumen (28) im ersten Behälter (10) mit einem Hilfsmittelvolumen im zweiten Behälter (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Behälter (12) höher als der erste Behälter (10) angeordnet ist; der erste Behälter (10) mit einem ersten Lüftungsventil (22) versehen ist und der zweite Behälter (12) mit einem zweiten Lüftungsventil (24) versehen ist; und die Behälteranordnung eine Steuerung (32) aufweist, welche das erste und das zweite Lüftungsventil (22, 24) öffnet, wenn der durch den Füllstandssensor (16) erfasste Pegel (26) des flüssigen Hilfsmittels (28) im ersten Behälter (10) unter einen unteren Grenzwert sinkt, und das erste und das zweite Lüftungsventil (22, 24) schließt, wenn der durch den Füllstandssensor (16) erfasste Pegel (26) des flüssigen Hilfsmittels im ersten Behälter (10) über einen oberen Grenzwert steigt.
Kraftfahrzeug-Behälteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Behälter (10, 12) so angeordnet sind, dass eine Unterkante eines Innenraums des zweiten Behälters (12) oberhalb eines Pegels (26) des flüssigen Hilfsmittels im ersten Behälter (10), der dem oberen Grenzwert entspricht, positioniert ist.
Kraftfahrzeug-Behälteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Befüllvorrichtung (18) zum Befüllen der Behälteranordnung mit dem flüssigen Hilfsmittel (18) an wenigstens einer Komponente des ersten Behälters (10), des zweiten Behälters (12) und der Verbindungsleitung (14) vorgesehen ist.