DE102009011019A1

DE102009011019A1 - Behälteranordnung für ein Fahrzeug, Befüllkartusche für eine Behälteranordnung, Fahrzeug und Verfahren zum Überführen eines Hilfsmittels in eine Behälteranordnung

Info

Publication number: DE102009011019A1
Application number: DE102009011019A
Authority: DE
Inventors: Steffen Dipl.-Kfm. Martin (FH); Detlef Dr. rer. nat. Scharr
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-02-28
Filing date: 2009-02-28
Publication date: 2010-09-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Behälteranordnung (1) für ein Fahrzeug, mit einem Hilfsmittelbehälter (2), welcher eine Einfülleinrichtung (3) zum Einfüllen eines Hilfsmittels und zum Koppeln mit einer Befüllkartusche aufweist. In der Befüllkartusche ist das Hilfsmittel enthalten. Die Behälteranordnung (1) umfasst eine Fördereinrichtung (12), mittels welcher Hilfsmittel aus der Behälteranordnung (1) in die Befüllkartusche förderbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Befüllkartusche für die Behälteranordnung (1), ein Fahrzeug mit einer Behälteranordnung (1) sowie ein Verfahren zum Überführen eines Hilfsmittels in eine Behälteranordnung (1) für ein Fahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft eine Behälteranordnung für ein Fahrzeug, mit einem Hilfsmittelbehälter, welcher eine Einfülleinrichtung zum Einfüllen eines Hilfsmittels und zum Koppeln mit einer Befüllkartusche, in welcher das Hilfsmittel enthalten ist, aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Befüllkartusche für eine solche Behälteranordnung, ein Befüllsystem für ein Fahrzeug, und ein Fahrzeug. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Überführen eines Hilfsmittels in eine Behälteranordnung für ein Fahrzeug, bei welchem mit einer Einfülleinrichtung eines Hilfsmittelbehälters der Behälteranordnung eine das Hilfsmittel enthaltende Befüllkartusche gekoppelt wird.
Die US 2007/0163245 A1 beschreibt ein Befüllsystem für ein Fahrzeug, welches einen in dem Fahrzeug angeordneten Hilfsmittelbehälter umfasst. Der Hilfsmittelbehälter dient zum Bevorraten einer wässrigen Harnstofflösung. Beim Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs entstehendes Abgas wird in einer Abgasbehandlungseinrichtung des Fahrzeugs mit der wässrigen Harnstofflösung versetzt. Durch selektive katalytische Reduktion (SCR, selective catalytic reduction) wird in einem SCR-Katalysator im Abgas enthaltenes Stickoxid mit aus der wässrigen Harnstofflösung freigesetztem Ammoniak in Stickstoff umgewandelt. Das Befüllsystem umfasst eine Befüllkartusche, welche zum Befüllen des Hilfsmittelbehälters mit der wässrigen Harnstofflösung vorgesehen ist. Zum Koppeln der Befüllkartusche mit dem Hilfsmittelbehälter ist ein Auslass der Befüllkartusche in einen Einfüllstutzen des Hilfsmittelbehälters einführbar. Nach dem Überführen des Hilfsmittels aus der Befüllkartusche in den Hilfsmittelbehälter kann die entleerte Befüllkartusche an eine Tankstelle zurückgegeben werden.
Als nachteilig bei einem derartigen Befüllsystem ist der Umstand anzusehen, dass es bei ungünstigen Umgebungsbedingungen zu einer eingeschränkten Funktionsfähigkeit des Befüllsystems kommen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Behälteranordnung, eine Befüllkartusche sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art mit einer verbesserten Funktionsfähigkeit zu beschaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Behälteranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Des Weiteren wird diese Aufgabe durch eine Befüllkartusche mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7, durch ein Befüllsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10, sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Behälteranordnung für ein Fahrzeug umfasst einen Hilfsmittelbehälter und eine Einfülleinrichtung zum Einfüllen eines Hilfsmittels in die Behälteranordnung. Die Einfülleinrichtung dient hierbei auch zum Koppeln der Behälteranordnung mit einer Befüllkartusche, in welcher das Hilfsmittel enthalten ist. Des Weiteren umfasst die Behälteranordnung eine Fördereinrichtung, mittels welcher Hilfsmittel aus der Behälteranordnung in die Befüllkartusche förderbar ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die eingeschränkte Funktionsfähigkeit des dem Stand der Technik gemäßen Befüllsystems bei ungünstigen Umgebungsbedingungen darin begründet kann, dass das Hilfsmittel in der Befüllkartusche zumindest teilweise gefroren vorliegt. Ist das in der Befüllkartusche enthaltene Hilfsmittel zumindest teilweise gefroren, beispielsweise aufgrund einer Lagerung der Befüllkartusche im Außenbereich einer Tankstelle im Winter, so kann vorliegend die Fördereinrichtung für Abhilfe sorgen.
Nach dem Koppeln der Befüllkartusche mit der Einfülleinrichtung der Behälteranordnung kann nämlich in der Behälteranordnung sich befindendes, flüssiges Hilfsmittel zum Auftauen des gefrorenen Hilfsmittels in der Befüllkartusche genutzt werden. Das flüssige Hilfsmittel aus der Behälteranordnung dient also dem Auftauen des Hilfsmittels in der Befüllkartusche, indem die Fördereinrichtung das flüssige Hilfsmittel in die Befüllkartusche fördert. Die Fördereinrichtung kann hierbei insbesondere das Hilfsmittel im Kreislauf fördern. Hierfür kann es vorgesehen sein, eine von der Fördereinrichtung oder dem Hilfsmittelbehälter abgehende Leitung, über welche das Hilfsmittel einem Dosiermodul zuführbar ist, abzusperren. Dadurch ist auch bei einer Temperatur kleiner des Gefrierpunkts des Hilfsmittels, also bei ungünstigen Umgebungsbedingungen, eine verbesserte Funktionsfähigkeit bei einem Überführen des Hilfsmittels in die Behälteranordnung gegeben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Behälteranordnung eine Heizeinrichtung zum Beheizen des sich in der Behälteranordnung befindenden Hilfsmittels. Dadurch kann auch bei besonders lang andauernd tiefen Temperaturen, welche gegebenenfalls zu einem Gefrieren des Hilfsmittels in der Behälteranordnung führen können, mittels der Heizeinrichtung aufgetautes Hilfsmittel bereitgestellt werden. Das aufgetaute Hilfsmittel aus der Behälteranordnung steht dann zum Auftauen des Hilfsmittels in der Befüllkartusche zur Verfügung. Auch wenn das Hilfsmittel in der Behälteranordnung nicht oder nur bereichsweise gefroren ist, kann das mittels der Heizeinrichtung, etwa in Form eines elektrischen Durchlauferhitzers, erwärmte Hilfsmittel aus der Behälteranordnung das gefrorene Hilfsmittel in der Befüllkartusche besonders rasch auftauen.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Fördereinrichtung eine bidirektional fördernde Pumpeinrichtung umfasst. So kann eine Zuleitung zu der Pumpe abwechselnd zum Ansaugen und zum Pumpen des Hilfsmittels genutzt werden und so zu einem besonders wirkungsvollen Fördern des Hilfsmittels aus der Behälteranordnung in die Befüllkartusche – und gegebenenfalls zurück – beitragen.
Weist die Behälteranordnung die Heizeinrichtung auf, so ist vorteilhaft die Pumpeinrichtung so ausgebildet, dass sie aus einem beheizten Bereich der Behälteranordnung beheiztes Hilfsmittel ansaugen und der Befüllkartusche zuführen kann. Der beheizte Bereich kann sich hierbei insbesondere in dem Hilfsmittelbehälter befinden.
Die bidirektional fördernde Pumpeinrichtung kann hierbei als Zahnradpumpe oder dergleichen ausgebildet sein, welche durch Umschalten der Drehrichtung von Saugen auf Pumpen umstellen kann. Alternativ kann eine einfach wirkende Membranpumpe mittels eines 4/2-Wegeventils oder dergleichen zum abwechselnden Pumpen und Saugen veranlassbar ausgebildet sein.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Einfülleinrichtung eine Selbstschließeinrichtung aufweist, welche beim Abkoppeln der Befüllkartusche selbsttätig schließend, insbesondere selbsttätig staubdicht schließend, ausgebildet ist. Eine solche Selbstschließeinrichtung kann beispielsweise einen federbelasteten Stempel oder dergleichen umfassen. Dadurch kann bei abgekoppelter Befüllkartusche eine Verschmutzung des Inhalts der Behälteranordnung über die Einfülleinrichtung zumindest weitgehend vermieden werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Einfülleinrichtung ein Gewinde zum, insbesondere gasdichten, In-Eingriff-Bringen eines korrespondierenden Gewindes der Befüllkartusche auf. Durch ein solches In-Eingriff-Bringen, korrespondierender Gewinde ist ein besonders sicheres Festlegen der Befüllkartusche an der Einfülleinrichtung während des gegebenenfalls langwierigen, beispielsweise eine Zeitdauer von bis zu 30 min beanspruchenden, Auftauens des Inhalts der Befüllkartusche zu gewährleisten.
Schließlich hat es ich als vorteilhaft gezeigt, wenn zwischen einer Befüllöffnung der Einfülleinrichtung und dem Hilfsmittelbehälter eine Leitung angeordnet ist. Dadurch ist eine räumliche Trennung von Hilfsmittelbehälter und Befüllöffnung ermöglicht, welche ein bauraumoptimiertes Unterbringen des Hilfsmittelbehälters ebenso zulässt wie eine besonders gute, wartungsfreundliche und das Befüllen erleichternde Zugänglichkeit der Befüllöffnung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine verbesserte Funktionsfähigkeit beim Überführen des Hilfsmittels aus der Befüllkartusche in die Behälteranordnung erreichbar durch eine Befüllkartusche, welche einen Hilfsmittelaufnahmeraum umfasst, wobei eine Wand des Hilfsmittelsaufnahmeraums aus einem Material gebildet ist, welches bei einer Temperatur kleiner oder gleich einem Gefrierpunkt des Hilfsmittels formstabil ist. Bei dem Material kann es sich insbesondere um einen Kunststoff und/oder Stahl handeln.
Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es bei aus dem Stand der Technik bekannten Materialien für den Hilfsmittelaufnahmeraum der Befüllkartusche dazu kommen kann, dass bei einer Temperatur kleiner oder gleich dem Gefrierpunkt des Hilfsmittels ein Koppeln von Befüllkartusche und Einfülleinrichtung nicht mehr möglich ist, da das gefroren in dem Hilfsmittelaufnahmeraum vorliegende Hilfsmittel zu einer zu starken Verformung der Befüllkartusche geführt hat. Ist dagegen der Hilfsmittelaufnahmeraum auch bei einer Temperatur kleiner oder gleich dem Gefrierpunkt des Hilfsmittels formstabil, so ist ein Koppeln von Befüllkartusche und Einfülleinrichtung auch dann möglich, wenn das Hilfsmittel in dem Hilfsmittelaufnahmeraum gefroren vorliegt. Der formstabile Hilfsmittelaufnahmeraum bewahrt auch eine mit der Einfülleinrichtung der Behälteranordnung zu koppelnde Auslasseinrichtung der Befüllkartusche vor einer Verformung, welche andernfalls ein Koppeln der Befüllkartusche mit der Einfülleinrichtung der Behälteranordnung erschweren würde.
Insbesondere kann außer dem Hilfsmittelaufnahmeraum auch die Auslasseinrichtung, welche insbesondere ein Gewinde aufweisen kann, ebenfalls aus dem formstabilen Material gebildet sein. Als hochwertige, formstabile Materialien aus Stahl und/oder Kunststoff für die Befüllkartusche können beispielsweise Materialien zum Einsatz kommen, welche in der ISO-22241 aufgeführt sind.
Das Verwenden eines derartigen formstabilen und hochwertigen Stahls und/oder Kunststoffs für die Befüllkartusche ermöglicht einerseits eine Vielzahl von Befüllzyklen mit ein- und derselben Befüllkartusche. Andererseits trägt die Hochwertigkeit des Materials der Befüllkartusche dazu bei, eine Wiederverwendung der Befüllkartusche vorzusehen. Die geleerte Befüllkartusche kann also, etwa von einer das Hilfsmittel vertreibenden Einrichtung, zurückgenommen und wiederbefüllt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Befüllkartusche eine Belüftungsleitung auf, welche zum Überführen eines gasförmigen Mediums aus der Behälteranordnung in den Hilfsmittelaufnahmeraum ausgebildet ist. So kann beim Überführen des flüssigen Hilfsmittels aus der Befüllkartusche in die Behälteranordnung im Gegenzug das aus der Behälteranordnung verdrängte gasförmige Medium, beispielsweise ein Gemisch aus Luft und Hilfsmitteldampf, in den Hilfsmittelaufnahmeraum überführt werden. Dadurch ist ein unerwünschtes Austreten des gasförmigen Mediums in die Umgebung beim Befüllen der Behälteranordnung vermeidbar.
Die Belüftungsleitung kann darüber hinaus zum besonders wirksamen Einbringen des flüssigen Hilfsmittels aus der Behälteranordnung in die Befüllkartusche zum Zwecke des Auftauens von gefrorenem Hilfsmittel in der Befüllkartusche herangezogen werden. Über die Belüftungsleitung kann das flüssige, zum Auftauen dienende Hilfsmittel im Kreislauf gefördert werden. Durch Vorsehen eines entsprechenden Anschlussteils der Behälteranordnung, welches mit der Belüftungsleitung koppelbar ist, kann sogar ein gezieltes Beaufschlagen der Belüftungsleitung über die Fördereinrichtung erreicht werden. Alternativ kann auch durch Ausbilden eines vergleichsweise hohen Drucks in der Behälteranordnung mittels der Fördereinrichtung ein Eintreten des flüssigen Hilfsmittels in die Belüftungsleitung erreicht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist eine Auslasseinrichtung der Befüllkartusche eine Selbstschließeinrichtung auf, welche beim Abkoppeln von der Einfülleinrichtung des Hilfsmittelbehälters selbsttätig schließend ausgebildet ist. Dadurch ist ein Verschmutzen des Hilfsmittelaufnahmeraums, etwa beim Lagern und/oder Transportieren der Befüllkartusche, vermeidbar.
Ergänzend oder alternativ kann zum Schutz vor Verschmutzung die Auslasseinrichtung im Neuzustand der Befüllkartusche eine Versiegelung aufweisen, beispielsweise in Form einer Schutzfolie oder dergleichen.
Eine verbesserte Funktionsfähigkeit eines Befüllsystems für ein Fahrzeug ist gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung durch eine erfindungsgemäße Behälteranordnung geschaffen, wobei mit einer Einfülleinrichtung der Behälteranordnung eine erfindungsgemäße Befüllkartusche zum Austausch von Hilfsmittel koppelbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine verbesserte Funktionsfähigkeit der Behälteranordnung geschaffen, wenn diese in einem Fahrzeug angeordnet ist, wobei eine Befüllöffnung der Einfülleinrichtung in einem Motorraum, oder in einem Kofferraum, oder in einem Fahrgastraum, insbesondere in einem Fußraum des Fahrgastraums, oder hinter einer Tankklappe des Fahrzeugs angeordnet ist. Das optimale Anordnen der Befüllöffnung im Fahrzeug ist hierbei von einer Reihe unterschiedlicher Parameter bestimmt.
So sorgt ein Anordnen der Befüllöffnung im Kofferraum oder hinter der Tankklappe oder im Fahrgastraum für eine einfache Zugänglichkeit der Befüllöffnung, so dass ein Koppeln der Befüllkartusche mit der Befüllöffnung besonders bequem zu bewerkstelligen ist. Des Weiteren verhindert eine derartige Anordnung der Befüllöffnung eine unerwünscht hohe thermische Belastung der mit der Befüllöffnung gekoppelten Befüllkartusche, welche andernfalls zu einer Verringerung der Qualität des Hilfsmittels führen könnte.
Während im Fahrgastraum, insbesondere im Fußraum des Fahrgastraums, eine besonders einfache Zugänglichkeit zu der Befüllöffnung gegeben ist, ist im Kofferraum oder hinter der Tankklappe die Befüllöffnung demgegenüber einer besonders geringen Verschmutzungsgefahr ausgesetzt.
Ist die Befüllöffnung hingegen im Motorraum des Fahrzeugs angeordnet, so kann beim Betreiben des Fahrzeugs frei werdende Abwärme des Motors zusätzlich zum raschen Bereitstellen des Hilfsmittels durch Auftauen beitragen.
Befindet sich das Dosiermodul, mittels welchem das Hilfsmittel einer Abgasbehandlungseinrichtung des Fahrzeugs zuführbar ist, ebenfalls im Motorraum, ist zudem beim Anordnen der Befüllöffnung im Motorraum eine besonders kurze Leitungslänge zwischen Befüllöffnung und Dosiermodul realisierbar.
Ist demgegenüber das Dosiermodul im Heckbereich des Fahrzeugs angeordnet und die Befüllöffnung im Kofferraum oder hinter der Tankklappe oder im rückwärtigen Bereich des Fahrgastraums, so erlaubt dies ein Ausbilden kurzer Leitungen der Behälteranordnung.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Einfülleinrichtung und/oder der Hilfsmittebehälter und/oder ein beim Koppeln der Befüllkartusche mit der Einfülleinrichtung von der Befüllkartusche einnehmbarer Raum zumindest bereichsweise mit Wärme einer fahrzeugseitigen Wärmequelle beaufschlagbar in dem Fahrzeug angeordnet ist. So kann eine ohnehin fahrzeugseitig vorhandene Wärmequelle gleichzeitig zum Beaufschlagen zumindest eines Bereichs der Behälteranordnung und/oder der Befüllkartusche mit Wärme genutzt werden.
Bei der Wärmequelle kann es sich insbesondere um eine Komponente eines Kühlmittelkreislaufs handeln, beispielsweise einen Kühlmittelkühler, wobei eine Komponente des Befüllsystems mit warmer Abluft des Kühlmittelkühler beaufschlagbar ist, wenn diese Komponente des Befüllsystems in vergleichsweise großer Nähe zu dem Kühlmittelkühler angeordnet ist. Auch ein gezieltes Beaufschlagen der Komponente des Befüllsystems, etwa mittels eines die Abwärme zu der Komponente hinführenden Lüfters oder Luftleitelements, kann vorgesehen sein.
Ebenso kann eine Heizeinrichtung zum Beheizen des Fahrgastraums gleichzeitig zum Beheizen der Einfülleinrichtung, des Hilfsmittelbehälters, oder der Befüllkartusche genutzt werden. Dies ist insbesondere dann vereinfacht möglich, wenn die Befüllkartusche im Fußraum des Fahrgastraums anordenbar ist, welcher beim Klimatisieren des Fahrgastraums mit vergleichsweise warmer Luft beaufschlagbar ist.
Auch warme Abluft eines Kondensators einer Fahrzeug-Klimaanlage kann gezielt so gelenkt werden, dass sie zum Bereitstellen des Hilfsmittels in flüssiger Form in wenigstens einer Komponente des Befüllsystems beiträgt. Alternativ kann die Komponente des Befüllsystems im Abluftbereich des Kondensators angeordnet sein.
Ergänzend oder alternativ kann im Überschuss aus einem Kraftstoffbehälter geförderter, im Bereich einer Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs erwärmter, und anschließend dem Kraftstoffbehälter wieder rückgeführter Kraftstoff zum, insbesondere gezielten, Beheizen von wenigstens einer Komponente des Befüllsystems herangezogen werden.
Ergänzend oder alternativ kann ein, insbesondere ein durch Fahrtwind bewirkter, Luftstrom der Umgebung der Verbrennungskraftmaschine und/oder der Umgebung eines Abgasstrangs der Verbrennungskraftmaschine zugeführt und gezielt wenigstens einer Komponente des Befüllsystems zugeführt werden.
Ein derartiges Beaufschlagen wenigstens einer Komponente des Befüllsystems mit Wärme einer fahrzeugseitigen Wärmequelle kann insbesondere so geregelt sein, dass eine Temperatur oberhalb des Gefrierpunkts des Hilfsmittels in einem Bereich der Einfülleinrichtung und/oder des Hilfsmittebehälters und/oder des Raums für die Befüllkartusche dauerhaft zu gewährleisten ist. Handelt es sich bei dem Hilfsmittel um eine wässrige Harnstofflösung mit einem Gefrierpunkt von rund –12°C, so kann vorgesehen sein in dem Befüllsystem dauerhaft eine Temperatur von wenigstens –10°C zu erreichen.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn eine Einrichtung vorgesehen ist, mittels welcher das Beaufschlagen zumindest eines Bereichs der Einfülleinrichtung und/oder des Hilfsmittelbehälters und/oder des Raums für die Befüllkartusche mit Wärme der fahrzeugseitigen Wärmequelle unterbindbar ist. Dadurch kann gewährleistet werden, dass es zu keinem unerwünscht starken Wärmeeintrag in wenigstens eine Komponente des Befüllsystems kommt.
Beispielsweise kann ein zum Beheizen der Komponente des Befüllsystems vorgesehener Luftstrom nur dann vorgesehen sein, wenn dies zum Auftauen von gefrorenem Hilfsmittel notwendig ist. Das Unterbinden des Beaufschlagens einer Komponente des Befüllsystems mit Wärme der fahrzeugseitigen Wärmequelle kann hierbei insbesondere in Abhängigkeit von einer Temperatur, insbesondere von einer Temperatur des Hilfsmittels und/oder einer Umgebungstemperatur, erfolgen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine verbesserte Funktionsfähigkeit einer Behälteranordnung durch ein Verfahren zum Überführen eines Hilfsmittels in eine Behälteranordnung für ein Fahrzeug geschaffen, bei welchem eine das Hilfsmittel enthaltende Befüllkartusche mit einer Einfülleinrichtung eines Hilfsmittelbehälters der Behälteranordnung gekoppelt wird, wobei eine Fördereinrichtung der Behälteranordnung Hilfsmittel aus der Behälteranordnung in die Befüllkartusche fördert.
Die für die erfindungsgemäße Behälteranordnung und/oder für die erfindungsgemäße Befüllkartusche beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Vorteile gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren zum Überführen des Hilfsmittels in die Behälteranordnung. Bevorzugt kommt das Verfahren bei einem Fahrzeug zum Einsatz, welches ein die Behälteranordnung und die Befüllkartusche umfassendes Befüllsystem aufweist.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 stark schematisiert einen Ausschnitt aus einer Behälteranordnung für ein Fahrzeug, mittels welcher eine wässrige Harnstofflösung einem Abgastrakt des Fahrzeugs zuführbar ist;
2 eine Befüllkartusche, welche zum Überführen der wässrigen Harnstofflösung in die Behälteranordnung gemäß 1 mit einer Befüllöffnung der Behälteranordnung koppelbar ist; und
3 stark schematisiert ein Fahrzeug, mit unterschiedlichen Anordnungsorten für die Befüllöffnung der Behälteranordnung gemäß 1.
Eine in 1 schematisch und ausschnittsweise gezeigte Behälteranordnung 1 umfasst einen Hilfsmittelbehälter 2 sowie eine Einfülleinrichtung 3. Der Hilfsmittelbehälter 2 ist über eine vorliegend nicht gezeigte Leitung mit einem Dosiermodul verbunden, mittels welchem eine in dem Hilfsmittelbehälter 2 zwischengespeicherte, wässrige Harnstofflösung in einen Abgasstrang eines Fahrzeugs 16 (vgl. 3) einbringbar ist.
Das beim Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs mit Kraftstoff entstehende Abgas wird hierbei in dem Abgasstrang mit der wässrigen Harnstofflösung versetzt. Durch selektive katalytische Reduktion (SCR, selektive catalytic reduction) wird in einem in dem Abgasstrang angeordneten SCR-Katalysator im Abgas enthaltendes Stickoxid mit aus der wässrigen Harnstofflösung freigesetztem Ammoniak in Stickstoff umgewandelt.
Zum Fördern der wässrigen Harnstofflösung zu dem Dosiermodul weist die Behälteranordnung 1 eine Pumpeinrichtung 12 auf.
Die Einfülleinrichtung 3 der Behälteranordnung 1 umfasst eine Befüllöffnung 4 und eine die Befüllöffnung 4 mit dem Hilfsmittelbehälter 2 verbindende Leitung 5. Die Befüllöffnung 4, welche vorliegend als Befüllstutzen ausgebildet ist, weist ein Außengewinde 6 auf. Auf das Außengewinde 6 der Befüllöffnung 4 ist ein Auslassstutzen 7 einer in 2 schematisch gezeigten Befüllkartusche 8 gasdicht aufschraubbar. Aus der auf diese Weise gasdicht mit der Einfülleinrichtung 3 gekoppelten Befüllkartusche 8 ist dann die wässrige Harnstofflösung in die Behälteranordnung 1 überführbar.
Die Einfülleinrichtung 3 weist eine Selbstschließeinrichtung auf, welche vorliegend einen durch eine Feder 9 belasteten Stempel 10 umfasst. Beim Koppeln des ein Innengewinde 11 aufweisenden Auslassstutzens 7 der Befüllkartusche 8 mit der Befüllöffnung 4 wird der Stempel 10 gegen die Feder 9 gedrückt und ermöglicht so ein Einströmen der wässrigen Harnstofflösung in die Behälteranordnung 1. Wird die Befüllkartusche 8 wieder von der Behälteranordnung 1 abgeschraubt, schließt der Stempel 10 die Befüllöffnung 4 in Folge der Kraftbeaufschlagung durch die Feder 9 selbsttätig staubdicht.
Um sicherzustellen, dass auch dann ein Überführen der wässrigen Harnstofflösung aus der Befüllkartusche 8 in die Behälteranordnung 1 möglich ist, wenn die wässrige Harnstofflösung in der Befüllkartusche 8 gefroren vorliegt, weist die Behälteranordnung 1 die Pumpeinrichtung 12 auf. Mittels der Pumpeinrichtung 12 ist flüssige Harnstofflösung aus der Behälteranordnung 1 in die Befüllkartusche 8 förderbar.
Die Befüllkartusche 8, welche die gefroren in dieser vorliegende wässrige Harnstofflösung enthält, wird also mit der Einfülleinrichtung 3 der Behälteranordnung 1 verschraubt, und anschließend wird flüssige Harnstofflösung aus der Behälteranordnung 1 mittels der Pumpeinrichtung 12 in die Befüllkartusche 8 gefördert.
Die Behälteranordnung 1 weist eine vorliegend nicht gezeigte Heizeinrichtung in Form eines elektrischen Durchlauferhitzers auf, mittels welchem selbst dann flüssige wässrige Harnstofflösung in der Behälteranordnung 1 bereitstellbar ist, wenn Temperaturen unter dem Gefrierpunkt der wässrigen Harnstofflösung vorliegen.
Handelt es sich bei der wässrigen Harnstofflösung um eine unter dem Markennamen AdBlue^® vertriebene Harnstofflösung, so gefriert diese bei einer Temperatur von etwa –12°C. Wird also in dem Hilfsmittelbehälter 12 eine Temperatur von –12°C oder weniger festgestellt, so wird die Pumpeinrichtung 12 zum Fördern von mittels der Heizeinrichtung verflüssigter Harnstofflösung in die Befüllkartusche 8 veranlasst, sobald die Befüllkartusche 8 mit der Befüllöffnung 4 gekoppelt ist.
Wie aus 2 hervorgeht, weist die Befüllkartusche 8 eine Belüftungsleitung 13 auf, mittels welcher die flüssige oder verflüssigte Harnstofflösung aus der Behälteranordnung 1 in einen Aufnahmeraum 14 der Befüllkartusche 8 überführbar ist. Liegt die wässrige Harnstofflösung in der Befüllkartusche 8 flüssig vor, so dient die Belüftungsleitung 13 zum Überführen von Luft und/oder Lösungsdämpfen aus der Behälteranordnung 1 in den Aufnahmeraum 14 beim Befüllen des Hilfsmittelbehälters 2 mit der wässrigen Harnstofflösung aus der Befüllkartusche 8. Die Befüllkartusche 8 arbeitet somit nach dem geschlossenen Gaspendel-Prinzip.
Eine Wand 15 des Aufnahmeraums 14 der Befüllkartusche 8 ist vorliegend aus einem hochwertigen Kunststoff oder Stahl gebildet, welcher bei einer Temperatur unter dem Gefrierpunkt der wässrigen Harnstofflösung formstabil ist.
Beim Gefrieren der wässrigen Harnstofflösung in dem Aufnahmeraum 14 der Befüllkartusche 8 sorgt die Formstabilität des Materials der Wand 15 dafür, dass die der Auslassstutzen 7 der Befüllkartusche 8 weiterhin passgenau auf die Befüllöffnung 4 der Behälteranordnung 1 aufschraubbar ist.
Der Aufnahmeraum 14 der Befüllkartusche 8 weist ein Volumen von rund zwei Litern auf, so dass die Befüllkartusche 8 ohne viel Platz zu beanspruchen in dem Fahrzeug 16 (vgl. 3) mitgeführt werden kann. Darüber hinaus ist das Fahrzeug 16, welches die Befüllkartusche 8 mitführt, unabhängig von anderweitigen Betankungseinrichtungen zum Überführen einer wässrigen Harnstofflösung in die Behälteranordnung 1.
Die beispielsweise innerhalb eines Zeitraums von einer halben Stunde durch wiederholtes Beaufschlagen mit flüssiger Harnstofflösung entleerte Befüllkartusche 8, in welcher die wässrige Harnstofflösung gefroren vorlag, ist aufgrund der Hochwertigkeit der für diese verwendeten Materialien voll recyclingfähig und ermöglicht eine besonders hohe Anzahl von Wiederbefüllungen.
Durch die Behälteranordnung 1 und die mit der Behälteranordnung 1 koppelbare Befüllkartusche 8 ist ein technisch einfaches Befüllsystem 22 (vgl. 3) geschaffen, welches ein Nachfüllen von wässriger Harnstofflösung mit geringem Aufwand ermöglicht. Des Weiteren ist dieses Befüllsystem 22, welches die Befüllkartusche 8 und die beispielsweise und schematisch in 1 gezeigte Behälteranordnung 1 umfasst, universell einsetzbar, sowohl für Personenkraftwagen als auch für Nutzfahrzeuge.
3 zeigt mögliche Orte der Anordnung der Befüllöffnung 4 der Behälteranordnung 1 in dem Fahrzeug 16. Wenn die Befüllkartusche 8, wie in 3 schematisch gezeigt, an der in einem Motorraum 17 des Fahrzeugs angeordneten Befüllöffnung 4 der Behälteranordnung 1 angeschraubt ist, so ist das Befüllsystem 22 gekoppelt in dem Fahrzeug 16 angeordnet.
Ist die Befüllöffnung 4, wie in 3 beispielhaft gezeigt, in dem Motorraum 17 des Fahrzeugs 16 angeordnet, so trägt die Abwärme der Verbrennungskraftmaschine zusätzlich zum raschen Auftauen von in der Befüllkartusche 8 gefroren vorliegender wässriger Harnstofflösung bei. Dadurch kann der Energiebedarf der elektrischen Heizeinrichtung der Behälteranordnung 1 verringert werden. Ist der SCR-Katalysator im Frontbereich des Fahrzeugs 16 angeordnet, so lassen sich durch Anordnen der Befüllöffnung 4 in dem Motorraum 17 geringe Leitungslängen der Behälteranordnung 1 realisieren.
Es kann insbesondere eine Beaufschlagungseinrichtung vorgesehen sein, mittels welcher Abwärme der Verbrennungskraftmaschine gezielt der Befüllkartusche 8 und/oder der Behälteranordnung 1 zuführbar ist, so dass in dem Befüllsystem eine Temperatur von mehr als –10°C einregelbar ist.
Um zu vermeiden, dass Komponenten des Befüllsystems einer Erwärmung von mehr als 60°C ausgesetzt sind, kann die Beaufschlagungseinrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur des Befüllsystems gezielt außer Betrieb genommen werden.
Anstelle eines, insbesondere aktiven, Nutzens der Abwärme der Verbrennungskraftmaschine kann auch Wärme eines Kühlmittelkreislaufs und/oder einer Innenraumheizung und/oder einer Klimaanlage und/oder einer Kraftstoffrückführung und/oder des Abgasstrangs als fahrzeugseitige Wärmequelle des Fahrzeugs 16 zum Beaufschlagen wenigstens einer Komponente des Befüllsystems mit Wärme genutzt werden.
Innerhalb eines Fahrgastraums 18 des Fahrzeugs 16 ist die Befüllöffnung 4 bevorzugt in einem vorderen oder hinteren Fußraum 19 anordenbar, so dass eine Fahrgastraumheizung gleichzeitig zum Beheizen der auf die Befüllöffnung 4 aufgeschraubten Befüllkartusche 8 beitragen kann, sofern tiefe Temperaturen dies erfordern.
Alternativ kann die Befüllöffnung 4 in einem Kofferraum 20 des Fahrzeugs 16 angeordnet sein. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn bis zu dem ebenfalls im Heckbereich des Fahrzeugs 16 angeordneten SCR-Katalysator lediglich geringe Leitungslängen vorgesehen werden sollen.
Vorstellbar ist auch eine Anordnung der Befüllöffnung 4 hinter einer Tankklappe 21 des Fahrzeugs 16. Hier ist die Befüllkartusche 8 besonders gut vor Verschmutzung und vor einer thermischen Belastung durch fahrzeugseitige Wärmequellen geschützt angeordnet. Des Weiteren nimmt die auf die Befüllöffnung 4 aufgeschraubte Befüllkartusche 8 so weder im Fahrgastraum 18 noch im Kofferraum 20 Bauraum in Anspruch, welcher so von einem Fahrzeugnutzer nutzbar ist.

1: Behälteranordnung
2: Hilfsmittelbehälter
3: Einfülleinrichtung
4: Befüllöffnung
5: Leitung
6: Außengewinde
7: Auslassstutzen
8: Befüllkartusche
9: Feder
10: Stempel
11: Innengewinde
12: Pumpeinrichtung
13: Belüftungsleitung
14: Aufnahmenraum
15: Wand
16: Fahrzeug
17: Motorraum
18: Fahrgastraum
19: Fußraum
20: Kofferraum
21: Tankklappe
22: Befüllsystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2007/0163245 A1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ISO-22241 [0018]

Claims

Behälteranordnung für ein Fahrzeug (16), mit einem Hilfsmittelbehälter (2), welcher eine Einfülleinrichtung (3) zum Einfüllen eines Hilfsmittels und zum Koppeln mit einer Befüllkartusche (8), in welcher das Hilfsmittel enthalten ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälteranordnung (1) eine Fördereinrichtung (12) umfasst, mittels welcher Hilfsmittel aus der Behälteranordnung (1) in die Befüllkartusche (8) förderbar ist.
Behälteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälteranordnung (1) eine Heizeinrichtung zum Beheizen des sich in der Behälteranordnung (1) befindenden Hilfsmittels umfasst.
Behälteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung eine bidirektional fördernde Pumpeinrichtung (12) umfasst.
Behälteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfülleinrichtung (3) eine Selbstschließeinrichtung (9, 10) aufweist, welche beim Abkoppeln der Befüllkartusche (8) selbsttätig schließend, insbesondere selbsttätig staubdicht schließend, ausgebildet ist.
Behälteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfülleinrichtung (3) ein Gewinde (6) zum, insbesondere gasdichten, In-Eingriff-Bringen eines korrespondierenden Gewindes (11) der Befüllkartusche (8) aufweist.
Behälteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Befüllöffnung (4) der Einfülleinrichtung (3) und dem Hilfsmittelbehälter (12) eine Leitung (5) angeordnet ist.
Befüllkartusche für eine Behälteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Befüllkartusche (8) einen Hilfsmittelaufnahmeraum (14) umfasst, wobei eine Wand (15) des Hilfsmittelaufnahmeraums (14) aus einem Material, insbesondere aus einem Kunststoff und/oder Stahl, gebildet ist, welches bei einer Temperatur kleiner oder gleich einem Gefrierpunkt des Hilfsmittels formstabil ist.
Befüllkartusche nach Anspruch 7, wobei die Befüllkartusche (8) eine Belüftungsleitung (13) zum Überführen eines gasförmigen Mediums aus der Behälteranordnung (1) in den Hilfsmittelaufnahmeraum (14) aufweist.
Befüllkartusche nach Anspruch 7 oder 8, wobei eine Auslasseinrichtung (7) der Befüllkartusche (8) eine Selbstschließeinrichtung aufweist, welche beim Abkoppeln von der Einfülleinrichtung (3) des Hilfsmittelbehälters (2) selbsttätig schließend ausgebildet ist.
Befüllsystem für ein Fahrzeug (16), mit einer Behälteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, und mit einer Befüllkartusche (8) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Einfülleinrichtung (3) der Behälteranordnung (1) mit der Befüllkartusche (8) zum Austausch von Hilfsmittel koppelbar ist.
Fahrzeug mit einer Behälteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Befüllöffnung (4) der Einfülleinrichtung (3) in einem Motorraum (17), oder in einem Kofferraum (20), oder in einem Fahrgastraum (18), insbesondere in einem Fußraum (19) des Fahrgastraums (18), oder hinter einer Tankklappe (21) des Fahrzeugs (16) angeordnet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei die Einfülleinrichtung (3) und/oder der Hilfsmittelbehälter (2) und/oder ein beim Koppeln der Befüllkartusche (8) mit der Einfülleinrichtung (3) von der Befüllkartusche (8) einnehmbarer Raum zumindest bereichsweise mit Wärme einer fahrzeugseitigen Wärmequelle beaufschlagbar in dem Fahrzeug (16) angeordnet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 12, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, mittels welcher das Beaufschlagen zumindest eines Bereichs der Einfülleinrichtung (3) und/oder des Hilfsmittelbehälters (2) und/oder des Raums für die Befüllkartusche (8) mit Wärme der fahrzeugseitigen Wärmequelle, insbesondere in Abhängigkeit von einer Temperatur, unterbindbar ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Fahrzeug (16) ein Befüllsystem nach Anspruch 10 umfasst.
Verfahren zum Überführen eines Hilfsmittels in eine Behälteranordnung (1) für ein Fahrzeug (16), bei welchem mit einer Einfülleinrichtung (3) eines Hilfsmittelbehälters (2) der Behälteranordnung (1) eine das Hilfsmittel enthaltende Befüllkartusche (8) gekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fördereinrichtung (12) der Behälteranordnung (1) Hilfsmittel aus der Behälteranordnung (1) in die Befüllkartusche (8) fördert.