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Stand der Technik
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Die zunehmend strengeren Emissionsgrenzwerte für Stückoxide erfordern vor allem bei schweren Kraftfahrzeugen Abgasnachbehandlungseinrichtungen, die eine selektive katalytische Reduktion (SCR) der in den Rohemissionen der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide vornehmen. Dieses sogenannte SCR-Verfahren ist aus dem Stand der Technik bekannt, so dass auf eine detaillierte Erläuterung im Zusammenhang mit der beanspruchten Erfindung verzichtet werden kann. Ein Beispiel einer solchen Abgasnachbehandlungseinrichtung ist aus der
DE 10 2006 012 855 A1 bekannt.
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Bei dieser bekannten Einrichtung wird ein flüssiges Reduktionsmittel, welches zum Beispiel eine Harnstoff-Wasser-Lösung sein kann, in einem Behälter gespeichert und von einem Fördermodul über ein Dosierventil bedarfsgerecht in das Abgassystem der Brennkraftmaschine eingedüst.
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Weil das Reduktionsmittel bei niedrigen Temperaturen einfriert und dabei eine Volumenzunahme erfährt, muss das System so ausgelegt werden, dass das Einfrieren nicht zu Beschädigungen einzelner Komponenten oder des Behälters führt. Aus diesem Grund ist die Gestaltung des Behälters strengen Richtlinien unterworfen.
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Ein probates Mittel zur Vermeidung solcher Beschädigungen besteht darin, den Behälter nicht vollständig mit flüssigem Reduktionsmittel gefüllt wird, sondern dass im oberen Bereich des Behälters ein ausreichend großes Luftpolster verbleibt, so dass die Volumenzunahme beim Gefrieren des Reduktionsmittels durch das komprimierbare Luftpolster und/oder eine Entlüftung ohne nennenswerten Druckanstieg ausgeglichen werden kann. Dieses Luftpolster reduziert die Speicherkapazität für flüssiges Reduktionsmittel bei vorgegebenem Volumen des Behälters, was wegen des knappen in modernen Fahrzeugen zur Verfügung stehenden Platzes einen Nachteil darstellt.
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Um diesen Nachteil zu verringern ist es auch bekannt, das Reduktionsmittel auf zwei Tanks zu verteilen. Diese Zwei-Tank-Systeme bieten eine höhere Flexibilität im Hinblick auf die Ausnutzung des im Kraftfahrzeug zur Verfügung stehenden Platzes. Nachteilig an diesen 2-Tank-Systemen ist deren vergleichsweise großer Herstellungs-Aufwand, da sie eine aufwendige Einrichtung zum Umpumpen des Reduktionsmittels vom sogenannten Passivtank in den Aktivtank erfordern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Behältersystem bereitzustellen, das unter Berücksichtigung der Designrichtlinien für die Behälter von flüssigem Reduktionsmittel flexibel an den in verschiedenen Fahrzeugen oder Fahrzeugvarianten vorhandenen Bauraum anpassbar ist und gleichzeitig kostengünstig herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Zusatzbehälter nach dem anhängigen Anspruch 1 sowie ein Behältersystem nach dem nebengeordneten Anspruch 2 umfassend einen Zusatzbehälter und einen Grundbehälter gelöst. Der Zusatzbehälter wird bei Bedarf und wenn in dem Fahrzeug ausreichend Platz vorhanden ist, auf einen Grundbehälter aufgesetzt. Dadurch wird die Menge des flüssigen Reduktionsmittels, welches in dem Zusatzbehälter und dem Grundbehälter gespeichert werden kann, erhöht, ohne dass eine Einrichtung zum Umpumpen benötigt wird.
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Damit das erfindungsgemäße Behältersystem diese Aufgabe erfüllt, ist an dem im Bodenbereich des Zusatztanks ein Stutzen ausgebildet ist, der Stutzen in Einbaulage des Zusatzbehälters nach unten aus dem Bodenbereich des Zusatztanks ragt. Der Zusatzbehälter umfasst neben dem Bodenbereich noch einen Wandbereich und einen in Einbaulage des Zusatzbehälters oberen Abschlussbereich.
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Dadurch ist es möglich, den Zusatzbehälter auf einen Grundbehälter aufzusetzen. Dabei ist vorgesehen, dass der Stutzen mit einem entsprechenden Durchbruch im oberen Abschlussbereich des Grundbehälters zusammenwirkt und der Stutzen durch den Durchbruch in den Grundbehälter ragt. Dadurch ist es möglich, die Kapazität des Grundbehälters zu erweitern, indem ein erfindungsgemäßer Zusatzbehälter auf den Grundbehälter aufgesetzt wird. Der Stutzen des Zusatzbehälters, der nach unten in den Grundbehälter ragt, übernimmt dabei gleichzeitig die Aufgabe, ein Überfüllen des Grundbehälters zu vermeiden, so dass immer ein ausreichend großes Luftpolster über dem freien Flüssigkeitsspiegel des Reduktionsmittels in dem Grundbehälter vorhanden ist. Infolgedessen können Schäden durch Einfrieren des im Grundbehälter befindlichen Reduktionsmittels wirkungsvoll vermieden werden.
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Um auch Schäden durch das Einfrieren des im Zusatzbehälter befindlichen Reduktionsmittels zu vermeiden, sind auch in dem Zusatzbehälter Mittel zur Füllstandsbegrenzung vorgesehen. Diese Mittel zur Füllstandsbegrenzung können in analoger Weise sowohl beim Grundbehälter als auch beim Zusatzbehälter einen Stutzen oder ein Tauchrohr umfassen. Alternativ oder zusätzlich können diese Mittel zur Füllstandsbegrenzung auch einen Schwimmer umfassen. Dabei können die Mittel zur Füllstandsbegrenzung Bestandteile des Grundbehälters oder des Zusatzbehälters sein.
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Um sicherzustellen, dass zwischen dem Zusatzbehälter und dem Grundbehälter kein Reduktionsmittel austritt, ist vorgesehen, dass der Zusatzbehälter und der Grundbehälter dichtend miteinander verbunden sind. Dies kann bevorzugt durch Verschweißen der aus Kunststoff hergestellten Behälter geschehen. Alternativ ist es auch möglich, die Behälter miteinander zu verkleben und/oder zu verschrauben.
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Um zu gewährleisten, dass einerseits ein Befüllen des Grundbehälters und des Zusatzbehälters mit flüssigem Reduktionsmittel möglich ist und andererseits auch über das Fördermodul bei Bedarf das flüssige Reduktionsmittel aus dem Grundbehälter entnommen werden kann, weisen der Zusatztank und/oder der Grundbehälter eine Belüftungs- und Entlüftungseinrichtung auf.
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Als weitere Sicherheitseinrichtung kann in dem Zusatztank und/oder dem Grundbehälter je ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen sein. Dieses Druckbegrenzungsventil kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass es bei Druckdifferenz von +/–100 mbar öffnet, so dass einerseits ein Bersten der beiden Behälter aufgrund eines Überdrucks sicher ausgeschlossen werden kann. Andererseits ist auch beim Entstehen eines großen Unterdrucks in einem der beiden Behälter sichergestellt, dass Umgebungsluft in die Behälter nachströmen kann, so dass flüssiges Reduktionsmittel aus dem Grundbehälter entnommen werden kann, bis dieser vollständig entleert wurde.
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Das Nachfüllen des Grundbehälters erfolgt durch flüssiges Reduktionsmittel, welches durch die Schwerkraft aus dem oberhalb des Grundbehälters angeordneten Zusatzbehälter durch den Stutzen in den Grundbehälter strömt. Dabei ist aufgrund der Baulänge des Stutzens sichergestellt, dass immer ein ausreichend großes Luftpolster im Grundbehälter vorhanden ist.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Behältersystems sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen beschriebenen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Behältersystems,
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Behältersystems und
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3 einen herkömmlichen Grundbehälter ohne aufgesetzten Zusatzbehälter.
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Behältersystems umfassend einen Vorratsbehälter 1 und einen Zusatzbehälter 3 schematisch dargestellt. Sowohl der Grundbehälter 1 als auch der Zusatzbehälter 3 sind bis zu ihrer maximalen Füllgrenze mit einem flüssigen Reduktionsmittel gefüllt. Der Flüssigkeitsspiegel des Reduktionsmittels ist in den Abbildungen durch eine Linie 5 dargestellt. Wenn Reduktionsmittel in das Abgassystem einer Brennkraftmaschine eingedüst werden soll, wird es über eine Saugleitung 7 aus dem Grundbehälter 9 entnommen. Das dazu erforderliche Fördermodul mit einer Pumpe sowie ein Dosierventil mit dessen Hilfe die erforderliche Menge von flüssigem Reduktionsmittel in die Abgasanlage eingedüst wird, sind in den 1 bis 3 nicht dargestellt.
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Um zu verhindern, dass sich in dem Grundbehälter 1 ein unzulässig hoher Überdruck ausbildet, ist in einem oberen Abschlussbereich 9 des Grundbehälters 1 ein Druckbegrenzungsventil 11 angeordnet. Das Druckbegrenzungsventil 11 sorgt für einen Druckausgleich zwischen der Umgebung und dem Behälter. Zum Beispiel nach einer Passfahrt kann eine Druckdifferenz zwischen der Umgebung und dem Behälter vorhanden sein, die durch das Druckbegrenzungsventil 11 auf einen vorgegebenen Betrag begrenzt wird.
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Das Druckbegrenzungsventil 11 öffnet also auch dann, wenn ein zu starker Unterdruck in dem Grundbehälter 1 herrscht. Dies kann dann der Fall sein, wenn beispielsweise das Reduktionsmittel im Zusatzbehälter 3 noch gefroren ist und somit ein Nachströmen des Reduktionsmittels vom Zusatzbehälter 3 in den Grundbehälter 1 nicht möglich ist. In diesem Fall erlaubt das Druckbegrenzungsventil 11, dass Luft aus der Umgebung in den Grundbehälter 1 nachströmt. Somit ist gewährleistet, dass auch in diesem Fall flüssiges Reduktionsmittel aus dem Grundbehälter 1 über die Saugleitung 7 entnommen werden kann.
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Der Zusatzbehälter 3 weist an seinem Bodenbereich 13 einen Stutzen 15 auf, der durch einen Durchbruch 17 im oberen Abschlussbereich 9 des Grundbehälters 1 in das Innere des Grundbehälters 1 ragt.
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Der Grundbehälter 1 wird nur soweit mit flüssigem Reduktionsmittel gefüllt, bis der freie Spiegel 5 das untere Ende des Stutzens 15 erreicht. Somit ist es möglich, durch die Länge des Stutzens 15 das Volumen des Luftpolsters in dem Grundbehälter 1 einzustellen.
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In ähnlicher Weise ist an dem oberen Abschlussbereich 19 des Zusatzbehälters 3 eine Einfülleinrichtung 21 vorgesehen, die ebenfalls ein Tauchrohr 23 aufweist. Auch hier wird über die Länge des Tauchrohrs 23 das Luftvolumen über dem Flüssigkeitsspiegel 5 im Zusatzbehälter 3 festgelegt. Bei dem in dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Zusatzbehälter 3 in seinem oberen Abschlussbereich 19 eine Entlüftungs- und Belüftungseinrichtung 25 auf. Des Weiteren ist es selbstverständlich auch möglich, ein Druckbegrenzungsventil 11, sowohl am Grundbehälter 1 als auch am Zusatzbehälter 3 vorzusehen.
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Der Zusatzbehälter 3 und der Grundbehälter 1 sind über eine Schweißnaht 27 flüssigkeitsdicht und gasdicht miteinander verbunden. Die Schweißnaht 27 ist als Ring ausgebildet, die um den Stutzen 15 herum verläuft.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, den Zusatzbehälter 3 mit seinem Bodenbereich 13 und den oberen Abschlussbereich 9 des Grundbehälters 1 miteinander zu verkleben oder auf andere an sich bekannte Weise dichtend miteinander zu verbinden.
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In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Behältersystems dargestellt, bei dem der Stutzen 15 des Zusatzbehälters 1 einen Schwimmer 29 aufweist. In dem Stutzen 15 ist ein Anschlag 31 für den Schwimmer 33 ausgebildet. Wenn der Füllstand im Grundbehälter 1 unter den in 2 dargestellten Spiegel 5 absinkt, dann sinkt mit ihm auch der Schwimmer 29 nach unten und gibt eine oder mehrere Öffnungen 33 im Stutzen 15 frei, so dass flüssiges Reduktionsmittel vom Zusatzbehälter 3 in den Grundbehälter 1 nachströmen kann. Der Schwimmer 29 hat hier gewissermaßen die Funktion eines Schieberkolbens, der die Öffnungen 33 freigibt bzw. verschließt und damit den Füllstand im Grundbehälter 1 regelt.
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Ansonsten sind in allen Figuren gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und es gilt das bzgl. Der anderen Figuren Gesagte entsprechend.
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In 3 ist der Grundbehälter 1 gemäß den ersten beiden Ausführungsbeispielen ohne Zusatzbehälter 3 dargestellt. Dies ist eine Variante, die dann zum Tragen kommt, wenn entweder nur sehr wenig Bauraum in dem Fahrzeug vorhanden ist oder wenn der Bedarf an Reduktionsmittel so gering ist, dass auch die Kapazität des Grundbehälters 1 ausreicht, um zwischen zwei Wartungsintervallen des Kraftfahrzeugs ohne Nachfüllen des Grundbehälters 1 eine Versorgung der SCR-Einrichtung zu gewährleisten. In diesem Fall wird über den Durchbruch 17 im oberen Abschlussbereich 9 des Grundbehälters 1 eine Befüllleitung 35 in den Grundbehälter 1 eingeführt und mit Hilfe einer Flanschplatte 37 dichtend mit dem Grundbehälter 1 verbunden. Auch hier empfiehlt es sich, die Flanschplatte 37 und den oberen Abschlussbereich 9 des Grundbehälters 1 über eine Schweißnaht 27, die hier als Kehlnaht ausgebildet sein kann, miteinander zu verbinden.
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Aus der Zusammenschau der 1 bis 3 wird deutlich, dass durch das erfindungsgemäße Behältersystem ein Baukastensystem bereitgestellt wird, welches es ermöglicht, mit weitgehend identischen Bauteilen verschiedene Fahrzeugvarianten und Fahrzeugtypen abzudecken, wobei bei den Fahrzeugvarianten, mit längeren Wartungsintervallen oder einem höheren Verbrauch an Reduktionsmittel die Speicherkapazität des Grundbehälters 1 durch einfaches Aufsetzen des Zusatzbehälters 3 und Verschweißen von Zusatzbehälter 3 und Grundbehälter 1 (siehe die Schweißnaht 27) zu erhöhen.
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Zusätzliche Pumpen oder sonstigen aktiven Elemente sind bei dem erfindungsgemäßen Behältersystem nicht erforderlich, so dass die Installation eines Zusatzbehälters 3 nur geringe Zusatzkosten verursacht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006012855 A1 [0001]
