-
Die Erfindung betrifft einen Vorratstank für eine Einspritzeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Stand der Technik
-
Zum Betreiben von Kraftfahrzeugen mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) wird aus einem Vorratstank ein flüssiges Reduktionsmittel – in der Regel eine Harnstoff-Wasser-Lösung (sog. AdBlue) – in ein Abgasrohr in Strömungsrichtung vor einem SCR-Katalysator eingedüst.
-
Im Vorratstank ist ein sogenannter Schwall- bzw. Heiztopf zum Sammeln und gegebenenfalls Aufheizen von flüssigen Reduktionsmittel eingebaut. Mit der Fördereinrichtung, die bspw. eine Membranpumpe umfasst, wird AdBlue z. B. in einen beheizbaren Saugschlauch, der dazu noch ein Filterelement aufweisen kann, gefördert. Der Vorratstank weist üblicherweise unter dem Schwall-/Heiztopf eine Vertiefung (sog. Sumpf) auf, damit der Schwall-/Heiztopf immer ausreichend mit flüssigem AdBlue gefüllt ist, um einen mit dem Saugschlauch verbundenen Ansaugstutzen im Schwall-/Heiztopf mit Flüssigkeit zu versorgen. Geschieht dieses nicht, wird Luft angesaugt. Schon bei einzelnen kleinen Luftblasen kann es zu einem kompletten Druckverlust in dem System kommen, was anschließend zu einem Ausfall der gesamten Fördereinrichtung führen kann. Der Sumpf verringert nachteiligerweise das nutzbare Volumen des Vorratstanks; eine zeitliche Nutzung einer Tankfüllung wird dadurch verringert.
-
Auch der Schwall-/Heiztopf verringert das nutzbare Volumen des Vorratstanks. Er ist in der Regel im Bereich eines Zentrums des Vorratstanks eingebaut, um bei Schräglagen nach allen Richtungen jeweils dasselbe Ansaugverhalten für den Ansaugstutzen aufzuweisen. Er ist damit aber in einem Bereich positioniert, in dem es beim Durchfrieren des flüssigen Mediums von außen nach innen zu Deformationen und Beschädigungen aufgrund von Kräften, die durch eine Volumenänderung beim Phasenübergang hervorgerufen werden, kommen kann. Zudem verursachen der Schwall-/Heiztopf, sowie die Ausbildung des Sumpfbereiches im Vorratstank erhöhte Herstellungskosten.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von dem eingangs genannten Stand der Technik darin, dass die Fördereinrichtung Saugschläuche umfasst, die zu mehreren Ansaugstutzen führen, wobei die Ansaugstutzen über eine gesamte Bodenfläche des Vorratstanks verteilt angeordnet sind. Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, mehrere Ansaugstutzen über die Bodenfläche des Vorratstanks derart zu verteilen, dass jederzeit und bei allen Schräglagen des Vorratstanks mindestens ein Ansaugstutzen der Fördereinrichtung mit flüssigem Reduktionsmittel zumindest teilweise bedeckt ist. Der Vorratstank braucht vorteilhafterweise deshalb keinen Sumpf und auch keinen Schwall-/Heiztopf aufzuweisen, da die Fördereinrichtung durch die Anordnung der Ansaugstutzen stets mit flüssigem Reduktionsmittel versorgt werden kann. Es wird sichergestellt, dass keine Luft ungewollt angesaugt wird. Ein dadurch bedingter Ausfall der Fördereinrichtung wird damit verhindert; die Herstellungskosten des Vorratstanks werden durch den Wegfall des Schwall-/Heiztopfes und des Sumpfes gesenkt.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn mindestens zwei Ansaugstutzen im Vorratstank in einer Reihenanordnung durch Saugschläuche verbunden sind. Es ist dabei möglich, dass alle im Vorratstank angeordneten Ansaugstutzen in der Reihenanordnung eingebunden sind. Auch eine ringförmige Anordnung der Saugschläuche ist denkbar. Ferner ist möglich, dass mindestens zwei Ansaugstutzen jeweils einen separaten, zueinander parallel angeordneten Saugschlauch aufweisen, wobei anschließend die mindestens zwei separaten Saugschläuche zu einem gemeinsamen Saugschlauch zusammenführbar sind, so dass die Saugschläuche eine Y-Anordnung bilden.
-
Denkbar ist auch, dass ein Teil der Saugschläuche in Reihenanordnung und ein anderer Teil der Saugschläuche in Y-Anordnung angeordnet sind. Durch die vielfältigen Möglichkeiten der Führung der Saugschläuche und der Positionierung der Ansaugstutzen kann die Anordnung vorteilhafterweise an jede beliebig ausgebildete Form des Vorratstanks tankspezifisch angepasst werden. Die Kosten dafür sind gering. Eine notwendige Mindestanzahl der Ansaugstutzen im Vorratstank wird durch die Größe des Vorratstanks, die maximale Schräglage des Vorratstanks beim Fahren und einer Wahrscheinlichkeit eines möglichen Schmutzeintrags im Vorratstank bestimmt. Das Anwenden der Y-Anordnung ist bspw. bei Verwendung eines sog. Satteltanks besonders vorteilhaft. Der Satteltank weist mehrere Tankbecken auf, die durch einen Sattel voneinander getrennt sind und aus denen gleichzeitig oder auch nur explizit aus einem Tankbecken flüssiges Reduktionsmittel gefördert werden kann.
-
Außerdem ist vorteilhaft, dass die Ansaugstutzen jeweils eine Filtereinrichtung umfassen. Dabei kann die Filtereinrichtung bevorzugt ein geschlossenes Reservoir für das flüssige Reduktionsmittel aufweisen, wobei das Reservoir zumindest teilweise aus einem derart feinmaschigen Filtermaterial besteht, das das flüssige Reduktionsmittel unter Normalbedingungen nicht durchlässt. Sobald das flüssige Reduktionsmittel aus dem Reservoir durch die Fördereinrichtung gefördert wird, entsteht im Reservoir ein Unterdruck. Der Unterdruck bewirkt, dass flüssiges Reduktionsmittel aus dem Vorratstank durch das Filtermaterial in das Reservoir transportiert werden kann. Ist der Ansaugstutzen nicht mit flüssigem Reduktionsmittel bedeckt, bleibt das Reservoir auch bei leichtem Unterdruck gefüllt. Luft kann nicht eindringen. Deshalb weist das Reservoir immer einen hohen Flüssigkeitsfüllstand auf. Dadurch wird vorteilhafterweise sichergestellt, dass keine Luft durch die Fördereinrichtung angesaugt wird und die Betriebsfähigkeit der Fördereinrichtung beeinträchtigt. Ein Füllstand des Vorratstanks kann dabei tiefer liegen als im Reservoir.
-
Außerdem kann die Filtereinrichtung eine Entlüftung umfassen, die bspw. durch ein kostengünstiges Pilzventil realisiert werden kann. Dadurch kann zum Beispiel bei einer Initialfüllung die Luft entweichen.
-
Um im Winter ein Einfrieren des Reduktionsmittels zu verhindern bzw. dieses wieder aufzutauen, ist es vorteilhaft, dass die Saugschläuche beheizbar sind. Die Ansaugstutzen können dabei indirekt über die beheizten Saugschläuche beheizt werden, so dass auch im Winterbetrieb flüssiges Reduktionsmittel im Bereich des Ansaugstutzens jederzeit zur Verfügung steht. Natürlich kann der Ansaugstutzen auch eine eigene Beheizung, z. B. einen Infrarot-Strahler, umfassen.
-
Ferner ist vorteilhaft, dass die Ansaugstutzen nahe einer Seitenwand des Vorratstanks angeordnet sind. Dadurch wird einerseits bei Frost die Gefahr von Beschädigungen durch Eisdruck minimiert. Andererseits ist bei Schräglagen des Vorratstanks der Flüssigkeitsfüllstand an den Seitenwänden besonders hoch, was das Ansaugen des flüssigen Reduktionsmittels begünstigt, da dort besonders bei geringem Flüssigkeitsfüllstand der Ansaugstutzen mit flüssigem Reduktionsmittel zumindest teilweise bedeckt ist.
-
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Ansaugstutzen einen standardisierten Aufbau haben. Die erfindungsgemäßen standardisierten Ansaugstutzen können in einfacher Weise auf den Saugschlauch aufgezogen oder aufgeclipst werden. Die Ansaugstutzen werden an der Bodenfläche des Vorratstanks bevorzugt so montiert, dass für jede mögliche Schräglage mindestens ein Ansaugstutzen noch mit flüssigem Reduktionsmittel zumindest teilweise bedeckt ist. Die Ansaugstutzen können zum Beispiel an der Bodenfläche des Vorratstanks durch Verrasten befestigt oder dort angeschweißt werden.
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
-
1 das Umfeld der Erfindung;
-
2 eine Fördereinrichtung zum Absaugen eines flüssigen Reduktionsmittels in einem erfindungsgemäßen Vorratstank;
-
3 zwei mögliche Anordnungen der Ansaugstutzen in einer Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Vorratstank; und
-
4 eine von 2 abweichende Form und Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Vorratstanks.
-
In 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 stark vereinfacht und schematisch dargestellt und zeigt das Umfeld der Erfindung. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 umfasst ein Abgasrohr 5, einen Oxidationskatalysator 7 und einen SCR-Katalysator 11. Nicht dargestellt ist ein Partikelfilter, der üblicherweise stromabwärts des Oxidationskatalysators 7 angeordnet wird. Die Strömungsrichtung des Abgases durch das Abgasrohr 5 ist durch Pfeile (ohne Bezugszeichen) angedeutet.
-
Um den SCR-Katalysator 11 mit einem flüssigen Reduktionsmittel, z. B. einer Harnstoff-Wasser-Lösung (sog. AdBlue) oder einem anderen flüssigen Reduktionsmittel zu versorgen, ist stromaufwärts des SCR-Katalysators 11 am Abgasrohr 5 eine Dosiereinrichtung 13 für die Harnstoff-Wasser-Lösung angeordnet. Die Dosiereinrichtung 13 spritzt bei Bedarf die Harnstoff-Wasser-Lösung stromaufwärts des SCR-Katalysators 11 in das Abgasrohr 5 ein.
-
Das gesamte Dosiersystem umfasst neben der Dosiereinrichtung 13 eine Dosierpumpe 18, sowie einen Vorratstank 19 für die Harnstoff-Wasser-Lösung. Zwischen der Dosierpumpe 18 und der Dosiereinrichtung 13 ist eine erste Leitung (Reduktionsmittelzuführleitung) 20 vorgesehen. Zwischen dem Vorratstank 19 und der Dosierpumpe 18 ist eine zweite Leitung als Saugleitung 22 für die Harnstoff-Wasser-Lösung vorgesehen. Sie kann am Vorratstank 19 oben oder unten, im Prinzip an jeder beliebigen Position, angeschlossen sein, wird aber bevorzugt durch einen Deckel des Vorratstanks 19 geführt. Die Dosierpumpe 18 und die Saugleitung 22 sind Teil einer in 1 nicht vollständig dargestellten Fördereinrichtung 33 für die Harnstoff-Wasser-Lösung; sie umfasst zusätzlich bevorzugt mehrere im Vorratstank 19 angeordnete Ansaugstutzen 30. Die Leitungen 20 und 22 können zumindest teilweise auch als Schlauch ausgebildet sein. Der Vorratstank 19 kann außerdem einen Sensor zur Ermittlung eines Füllstandes im Vorratstank 19 umfassen (nicht dargestellt).
-
Der Vollständigkeit halber sei noch auf die in der Abgasanlage angeordneten Sensoren, nämlich einen Stickoxid-Sensor 25, sowie Temperatur-Sensoren 24 und 27 hingewiesen. Diese Sensoren 24, 25 und 27 sind über Signalleitungen (ohne Bezugszeichen) mit einem ersten Steuergerät 29 der Brennkraftmaschine 1 verbunden. Das erste Steuergerät 29 steuert die Brennkraftmaschine 1 und sendet und empfängt Daten von einem zweiten Steuergerät 26 des Dosiersystems. Die Signalverbindungen von und zum zweiten Steuergerät 26 des Dosiersystems sind in 1 durch gestichelte Linien dargestellt.
-
2 zeigt die Fördereinrichtung 33 zum Absaugen der Harnstoff-Wasser-Lösung im Vorratstank 19. Dabei zeigt 2 lediglich einen einzigen Ansaugstutzen 30; die Fördereinrichtung 33 weist jedoch bevorzugt mehrere Ansaugstutzen 30 auf. Der Ansaugstutzen 30 der Fördereinrichtung 33 weist ein Gehäuse 31 auf, welches auf einer Bodenfläche 32 des Vorratstanks 19 über eine Schweißnaht 34 befestigt ist. Das Gehäuse 31 könnte auch bspw. über eine Rastverbindung an der Bodenfläche 32 befestigt sein (nicht dargestellt). Das Gehäuse 31 des Ansaugstutzens 30 weist eine Filtereinrichtung 36 auf, durch die die Harnstoff-Wasser-Lösung beim Absaugen hindurchtreten kann. Die Harnstoff-Wasser-Lösung wird über die als Saugschlauch ausgebildete Saugleitung 22 in Förderrichtung 37 gefördert. Der Saugschlauch 22 passiert den Ansaugstutzen 30. In einer Richtung ist der Saugschlauch 22 mit einem weiteren, in 2 nicht dargestellten, gleichartig ausgebildeten Ansaugstutzen verbunden, in entgegengesetzter Richtung führt der Saugschlauch 22 zur Dosierpumpe 18. Dabei wird der Saugschlauch 22 bevorzugt durch einen in 2 nicht dargestellten Deckel des Vorratstanks 19 nach außen zur Dosierpumpe 18 geführt. Im Vorratstank 19 werden also mehrere Ansaugstutzen 30 durch Saugschläuche 22 miteinander verbunden, wobei bevorzugt an einer zentralen Position der Saugschlauch 22 zur Dosierpumpe 18 geführt wird. Der Saugschlauch 22 ist dabei in einfacher Weise auf den Ansaugstutzen 30 bzw. die Dosierpumpe 18 aufgezogen oder aufgeclipst. In entgegengesetzter Richtung zur Bodenfläche 32 ist am Gehäuse 31 ein Pilzventil 38 angeordnet.
-
Die Filtereinrichtung 36 weist ein geschlossenes Reservoir (nicht sichtbar) für die Harnstoff-Wasser-Lösung im Innern des Gehäuses 31 auf, wobei das Reservoir aus einem derart feinmaschigen Filtermaterial besteht, das die Harnstoff-Wasser-Lösung unter Normalbedingungen nicht durchlässt. Sobald die Harnstoff-Wasser-Lösung aus dem Reservoir durch die Fördereinrichtung 33 gefördert wird, entsteht im Reservoir ein Unterdruck. Der Unterdruck bewirkt, dass die Harnstoff-Wasser-Lösung aus dem Vorratstank 19 durch das Filtermaterial in das Reservoir transportiert werden kann. Ist der Ansaugstutzen 30 nicht mit der Harnstoff-Wasser-Lösung bedeckt, bleibt das Reservoir auch bei leichtem Unterdruck gefüllt. Luft kann nicht eindringen. Durch Oberflächen-(Spannungs-)Effekte kann Flüssigkeit ohne nenneswerten Druck durch das Filtermaterial hindurch, Luft aber nicht. Deshalb weist das Reservoir immer einen hohen Flüssigkeitsfüllstand auf. Es wird sichergestellt, dass keine Luft durch die Fördereinrichtung 33 angesaugt wird. Das Pilzventil 38 dient zum Entweichen von Luft bei einer Initialfüllung des Reservoirs.
-
3 zeigt zwei mögliche Anordnungen der Ansaugstutzen 30 in einer Draufsicht auf den Vorratstank 19. Auf der rechten Seite in 3 weist ein im Wesentlichen rechteckig ausgestalteter Vorratstank 19 drei Ansaugstutzen 30 auf, die in einer Reihenanordnung hintereinander durch Abschnitte des Saugschlauchs 22 verbunden sind. Auf der linken Seite sind vier Ansaugstutzen 30 dargestellt, die ebenfalls in einer Reihenanordnung hintereinander durch Abschnitte des Saugschlauchs 22 in einem T-förmig ausgestalteten Vorratstank 19 verbunden sind. In beiden Anordnungen ist die Anordnung der Ansaugstutzen 30 der Form des Vorratstanks 19 tankspezifisch angepasst, wobei die Ansaugstutzen 30 möglichst in der Nähe einer Seitenwand des Vorratstanks 19 positioniert sind. Die Anzahl der Ansaugstutzen 30 im jeweiligen Vorratstank 19 ist beispielhaft und kann je nach Bedarf beliebig anders sein.
-
4 zeigt eine von 2 abweichende Form und Ausgestaltung des Vorratstanks 19. Der Vorratstank 19 ist in 4 als ein Satteltank ausgebildet, d. h. die Bodenfläche 32 weist eine Wölbung 40 auf, die den Vorratstank 19 in zwei getrennte Vorratsbecken 42 aufteilt. Der Satteltank 19 kann auch mehrere Wölbungen 40 umfassen, so dass auch mehrere voneinander getrennte Vorratsbecken 42 entstehen. In jedem Vorratsbecken 42 ist mindestens ein Ansaugstutzen 30 positioniert, wobei jeder Ansaugstutzen 30 an einem separaten Saugschlauch 22 angeschlossen ist. Die Ansaugstutzen 30 sind gemäß der Beschreibung zu 2 ausgestaltet. Die einzelnen Saugschläuche 22 werden in einem weiteren Verlauf zu einem gemeinsamen Saugschlauch 22 zusammengeführt. Es bildet sich also eine Y-Anordnung der Saugschläuche 22. Der zusammengeführte Saugschlauch 22 ist im weiteren Verlauf an der Dosierpumpe 18 angeschlossen (nicht dargestellt).
-
Die mit den 2 bis 4 beschriebenen Anordnungen aus den Ansaugstutzen 30 und den Saugschläuchen 22 können in jede beliebige Form des Vorratstanks 19 tankspezifisch angepasst bzw. kombiniert werden. Es kann jeweils dabei zuverlässig verhindert werden, dass beim Ansaugen von Harnstoff-Wasser-Lösung Luft mit angesaugt und damit die Betriebsfähigkeit der Fördereinrichtung 33 beeinträchtigt wird.
