DE102012020948B4 - Einrichtung zur Bevorratung und Förderung eines flüssigen Additivs, insbesondere zur katalytischen Abgasentstickung an einem Kfz - Google Patents

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Abstract

Einrichtung zur Bevorratung und Förderung eines flüssigen Additivs zur katalytischen Abgasentstickung an einem Kraftfahrzeug, umfassend – wenigstens einen Vorratsbehälter (2), der ein Vorratsvolumen (3) für das Additiv definiert, – wenigstens eine Förderpumpe (8), – wenigstens eine wenigstens teilweise innerhalb des Vorratsvolumens (3) angeordnete Förderleitung (5), über die das Additiv mittels der Förderpumpe (8) einer Injektionseinrichtung an einem Abgasstrang des Kraftfahrzeuges zuführbar ist, – wenigstens eine Filtereinrichtung (7) zur Filterung des zu fördernden Additivs, – wenigstens eine Heizeinrichtung zur Bereitstellung wenigstens einer eisfreien Teilmenge des Additivs bei niedrigen Umgebungstemperaturen, und – wenigstens einen Füllstandsgeber und/oder einen Qualitätssensor für das bevorratete Additiv als Funktionseinheiten, wobei wenigstens eine Filtereinrichtung (7) und ein Füllstandsgeber innerhalb des Vorratsvolumens (3) an dem Boden (6) des Vorratsbehälters (2) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, – dass alle Funktionseinheiten in Funktionsgruppen aufgeteilt sind, die dezentral innerhalb des Vorratsbehälters (2) oder an dem Vorratsbehälter (2) angeordnet sind, und – dass wenigstens die Filtereinrichtung (7), der Füllstandsgeber und/oder der Qualitätssensor und die Förderpumpe (8) als elektrisch und/oder hydraulisch miteinander verbundene, räumlich voneinander getrennte Unterbaugruppen ausgebildet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bevorratung und Förderung eines flüssigen Additivs, insbesondere zur katalytischen Abgasentstickung an einem KFZ, umfassend wenigstens einen Vorratsbehälter, der ein Vorratsvolumen für das Additiv umschließt, wenigstens eine Förderpumpe sowie einer Förderleitung zur Förderung des Additivs an einen Verbraucher.
  • Derartige Einrichtungen zur Bevorratung von Additiv werden im Allgemeinen auch als sogenannte SCR-Behälter bezeichnet. Die Vorratsbehälter beinhalten üblicherweise eine wässrige Harnstofflösung zur Abgasentstickung an Dieselfahrzeugen (selektive katalytische Reduktion).
  • Damit die wässrige Harnstofflösung bei Unterschreiten eines bestimmten Außentemperaturwerts nicht gefriert, sind Maßnahmen zur Beheizung des Vorratsvolumens und/oder zur Beheizung eines geringeren Abschmelzvolumens vorgesehen, um bei niedrigen Außentemperaturen eine Versorgung des Verbrauchers mit Harnstofflösung zu gewährleisten.
  • Die zuvor erwähnten Einrichtungen sind sowohl in Lastkraftwagen als auch in Bussen und Personenkraftwagen verbaut. In Personenkraftwagen sind insbesondere die Vorratsbehälter in einem nicht ohne Weiteres einsehbaren Bereich des zur Verfügung stehenden Bauraums des Kfz verbaut. Da das Vorratsvolumen häufig so bemessen ist, dass eine Nachfüllung der Behälter mit den Serviceintervallen des Fahrzeugs erfolgen kann, spielt eine optimale Bauraumausnutzung im Kfz bei einem verhältnismäßig großen Vorratsvolumen eine besondere Rolle.
  • Bekannte Einrichtungen zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine mit wässrigen Harnstofflösungen sind beispielsweise aus der DE 102 51 588 A1 , aus der DE 10 2008 008 324 A1 sowie aus der EP 2 161 422 A2 bekannt. Insbesondere bei jüngeren Varianten solcher Einrichtungen hat sich eine integrierte Bauweise durchgesetzt, derart, wie sie beispielsweise in der EP 2 161 422 A2 beschrieben ist. Danach sind eine Flüssigkeitsförderpumpe, Heizeinrichtungen, Filter etc. in den Vorratsbehälter integriert. Beispielsweise ist es bekannt, diese Teile in einem Fördermodul zusammenzufassen, welches am Boden des Vorratsbehälters befestigt ist.
  • Eine solche integrierte Bauweise hat den Vorzug einer verhältnismäßig einfachen Montage innerhalb des Kfz, insbesondere wegen der Austauschbarkeit der gesamten Einrichtung als Modul oder gegebenenfalls wegen der Austauschbarkeit der innerhalb des Vorratsbehälters angeordneten Fördereinrichtung.
  • Eine solche Anordnung ist allerdings mit dem Nachteil behaftet, dass der Gestaltung der Geometrie des Vorratsbehälters beziehungsweise des Vorratsvolumens gewisse Grenzen gesetzt sind, insbesondere deshalb, weil das Fördermodul an zentraler Stelle im Behälter befestigt sein muss. Von der Einbausituation her betrachtet, ist es allerdings wünschenswert, die Geometrie des Vorratsbehälters so auszuwählen, dass der Vorratsbehälter im verbleibenden Einbauraum innerhalb des Kfz unter möglichst großer Volumenausnutzung möglichst nah an der Bodenfreiheitslinie des Kfz angeordnet werden kann.
  • Unter der Bodenfreiheitslinie wird im Allgemeinen eine konstruktiv vorgegebene Begrenzungslinie verstanden, unterhalb derer in Richtung Fahrbahn keine Bauteile mit Ausnahme der Räder innerhalb der Karosserie des Fahrzeuges angeordnet sein dürfen.
  • Aus der DE 10 2011 006 105 A1 ist eine Funktionseinheit für einen Reduktionsmittel-Vorratstank bekannt, welcher eine Heizvorrichtung, einen Wärmeverteiler mit wenigstens einem Hohlraum zur Aufnahme wenigstens eines Heizelements und wenigstens eine weitere Komponente wie beispielsweise eine Pumpe und einen Füllstandssensor umfasst. Die Funktionseinheit ist an einem bodenseitig offenen Behälter eines Reduktionsmittelvorratstanks einsetzbar, so dass die Funktionseinheit einen Sumpf als schwappsichere Stelle des Behälters ausbildet.
  • Die DE 10 2009 000 094 A1 bezieht sich auf ein Dosiersystem zum Einbringen eines Reduktionsmittels in Form von Harnstoff oder einer wässrigen Harnstofflösung in den Abgastrakt einer Verbrennungsmaschine. Das Dosiersystem umfasst einen Tank zur Bevorratung des Reduktionsmittels, ein Förderaggregat mit einem Füllstandssensor und ein Dosiermodul. Der Tank ist als Einheitstank ausgebildet, der ein Volumen von 2 l bis 10 l aufweist und der in einen Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges integriert ist.
  • Die DE 201 19 512 U1 beschreibt eine Reduktionsmittelversorgungseinheit für eine Reduktionsmitteldosiereinrichtung zum Zuführen eines Reduktionsmittels in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, die einen Reduktionsmitteltank sowie eine Pumpeneinheit zum Fördern des flüssigen Reduktionsmittels umfasst, wobei die Pumpeneinheit einen Pumpenmotor umfasst, durch den die eingesetzten Pumpmittel zum Fördern des flüssigen Reduktionsmittels antreibbar sind, wobei der Pumpenmotor und die Pumpmittel oberhalb des maximalen Füllstandes des Reduktionsmitteltanks angeordnet sind und die Pumpeneinheit ein bis in den Bereich der tiefsten Stelle des Reduktionsmitteltanks reichendes Saugrohr sowie eine Belüftungseinrichtung zum selbsttätigen Belüften der Pumpmittel zugeordnet sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die so gestaltet ist, dass für die Wahl der Behälterkontur mehr Freiheitsgrade zur Verfügung stehen.
  • Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Unter einem Qualitätssensor im Sinne der Erfindung ist ein Sensor zu verstehen, mit dem eine Fehlbefüllung des Vorratsbehälters detektierbar ist. Die Detektion des korrekt eingefüllten Additivs kann über verschiedenste physikalische Parameter des Additivs erfolgen, beispielsweise über eine Dichtemessung oder über eine Leitfähigkeitsmessung des eingefüllten Mediums.
  • Die Erfindung kann dahingehend zusammengefasst werden, dass bei der erfindungsgemäßen Einrichtung alle Funktionseinheiten in Funktionsgruppen aufgeteilt sind, die dezentralisiert bzw. dezentral innerhalb des Vorratsbehälters oder am Vorratsbehälter angeordnet sind. Die Lage der Funktionseinheiten, die wenigstens eine Förderpumpe, wenigstens eine Filtereinrichtung und wenigstens eine Heizeinrichtung sowie wenigstens einen Füllstandssensor und/oder einen Qualitätssensor umfassen, ist am Vorratsbehälter frei wählbar. Die Verlegung der Förderleitung und deren Verzweigung im Vorratsbehälter ist ebenfalls frei wählbar und nur durch die Anordnung der Funktionseinheiten zueinander vorgegeben. Der Vorratsbehälter kann dadurch mit einer kleineren Behältergrundfläche realisiert werden, deren Ausprägung nicht notwendigerweise durch die Gestaltung der Funktionseinheiten vorgegeben ist.
  • Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine Filtereinrichtung und ein Füllstandsgeber innerhalb des Vorratsvolumens an dem Behälterboden befestigt sind. Eine Förderpumpe kann sowohl innerhalb des Vorratsvolumens als auch außerhalb des Vorratsvolumens angeordnet sein.
  • Unter einer Förderpumpe im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Funktionseinheit zu verstehen, die wenigstens einen hydraulischen Teil und einen elektrischen Teil umfasst, wobei der elektrische Teil den Antrieb für den hydraulischen Teil umfasst.
  • Bei einer besonders bevorzugten Variante der Einrichtung gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Förderpumpe außerhalb des Vorratsvolumens angeordnet ist und über wenigstens eine abgedichtete Durchführung in einer Wand des Vorratsbehälters an die Förderleitung angeschlossen ist. Die Förderpumpe kann vollständig räumlich getrennt von dem Vorratsbehälter, d. h. von dem Vorratsbehälter abgesetzt angeordnet sein, alternativ ist jedoch vorgesehen, dass die Förderpumpe als austauschbare Unterbaugruppe in eine äußere Vertiefung im Boden des Vorratsbehälters eingesetzt ist.
  • Da der Füllstandsgeber unabhängig von der Anordnung der Förderpumpe platziert werden kann, ist es beispielsweise möglich, als Füllstandsgeber einen Ultraschallsensor am Boden des Vorratsvolumens zu platzieren. Die Position eines solchen Ultraschallfüllstandssensors wird idealerweise so gewählt, dass dieser an der Stelle des höchstmöglichen Flüssigkeitsstandes innerhalb des Vorratsbehälters platziert ist.
  • Als Füllstandsgeber kann beispielsweise auch eine sogenannte Kombi-Sensor-Einheit vorgesehen sein, die sowohl einen Ultraschallfüllstandssensor als auch einen Dichtesensor als Qualitätssensor umfasst. Der Dichtesensor dient dazu, die korrekte Konzentration der Harnstofflösung im Vorratsbehälter zu gewährleisten bzw. eine von der Norm abweichende Konzentration zu detektieren.
  • Bei einer besonders bevorzugten Variante der Einrichtung gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Filtereinrichtung wenigstens ein Filterelement umfasst.
  • Die Förderleitung kann innerhalb des Vorratsvolumens verzweigt sein und mehrere saugseitige Anschlüsse aufweisen, denen jeweils ein Filterelement vorgeschaltet ist.
  • Zusätzlich kann die Förderleitung von einem Filterelement bis zu einer Durchführung im Behälter beheizt sein. Beispielsweise kann diese in einem Kunststoffmantel mit einer eingegossenen Heizwendel verlegt sein.
  • Die Durchführung durch die Wand des Behälters kann beispielsweise eine Steckverbindung umfassen, über die die Förderpumpe hydraulisch und/oder elektrisch konnektierbar ist.
  • Beispielsweise können in einer domförmigen Vertiefung in der Außenseite des Bodens des Vorratsbehälters mehrere abgedichtete Steckverbindungen vorgesehen sein, die als Durchführungen durch die Wand des Behälters ausgebildet sind, in die die Förderpumpe oder ein Förderpumpenmodul einsetzbar ist. Ein solches Förderpumpenmodul kann beispielsweise auch eine Rückförderpumpe und gegebenenfalls ein eigenes Abschmelzvolumen umfassen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
  • 1: ein erstes Ausführungsbeispiel der Einrichtung gemäß der Erfindung und
  • 2: ein zweites Ausführungsbeispiel der Einrichtung gemäß der Erfindung.
  • Die in der Zeichnungsfigur 1 dargestellte Einrichtung 1 ist außerordentlich stark vereinfacht. Diese umfasst einen Vorratsbehälter 2 von dem aus Vereinfachungsgründen nur der in Einbaulage bodenseitige Bereich dargestellt ist. Der Vorratsbehälter 2 ist beispielsweise aus zwei einstückig durch Spritzgießen hergestellten Halbschalen aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt. Alternativ kann der Vorratsbehälter 2 auch durch Thermoformen oder Extrusionsblasformen bahnförmiger Extrudate aus thermoplastischem Kunststoff erhalten worden sein. Die Halbschalen sind umlaufend zueinander zu dem geschlossenen Vorratsbehälter 2 verschweißt. Der Vorratsbehälter 2 umschließt ein Vorratsvolumen 3, welches eine wässrige Harnstofflösung aufnimmt. Die Harnstofflösung wird mittels einer Dosierleitung 4 einer nicht dargestellten Injektionseinrichtung an dem Abgasstrang einer Dieselbrennkraftmaschine zugeführt.
  • Innerhalb des Vorratsvolumens 3 ist eine verzweigte Förderleitung 5 verlegt, über die flüssiger Harnstoff mittels einer Förderpumpe 8 der Dosierleitung 4 aufgegeben wird. Die Förderleitung 5 ist innerhalb des Vorratsbehälters 2 an zwei ortsfest auf dem Boden 6 des Vorratsbehälters 2 platzierte Filterelemente 7 angeschlossen. Die Filterelemente 7 sind stark vereinfacht dargestellt.
  • Die Filterelemente 7 können an beliebiger Stelle des Vorratsbehälters 2 angeordnet sein, vorzugsweise sind diese jedoch an den tiefsten Stellen des Vorratsvolumens 3 oder bestimmter Teilvolumina angeordnet. Die Filterelemente 7 definieren jeweils feste Ansaugpunkte am Boden 6 des Vorratsbehälters 2. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Förderpumpe 8 und eine Rückförderpumpe 10 in einem Pumpenmodul 9 angeordnet, das außerhalb des Vorratsvolumens 3 an dem Vorratsbehälter 2 befestigt ist. Die Filterelemente 7 sind jeweils mit der Förderleitung 5 an die Förderpumpe 8 angeschlossen.
  • Die Förderleitung 5 kann zumindest in ihren innerhalb des Vorratsbehälters 2 verlegten Abschnitten beheizt sein, beispielsweise mit einer nicht dargestellten Heizdrahtummantelung. Der Heizdraht ist in bekannter Art und Weise als Widerstandsheizelement ausgebildet.
  • Wie bereits zuvor erwähnt, ist innerhalb des Pumpenmoduls 9 die Förderpumpe 8 und die Rückförderpumpe 10 angeordnet, welche einen nicht von der Injektionseinrichtung in den Abgasstrahl eingespritztes Harnstoffvolumen in den Vorratsbehälter 2 zurückführt.
  • Das Pumpenmodul 9 ist als geschlossene Unterbaugruppe ausgebildet und in eine äußere Vertiefung 11 des Bodens 6 des Vorratsbehälters 2 eingesetzt. Das Pumpenmodul 9 muss nicht notwendigerweise eine Rückförderpumpe 10 umfassen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies so vorgesehen. Das Pumpenmodul 9 ist über wenigstens eine nicht dargestellte abgedichtete Durchführung mit den Funktionsgruppen innerhalb des Vorratsbehälters 2 elektrisch und/oder hydraulisch verbunden. Die Funktionsgruppen umfassen die Filterelemente 7 sowie einen Kombisensor 12. Der Kombisensor 12 umfasst einen Dichtesensor sowie einen Ultraschallfüllstandssensor, mittels dessen der Füllstand innerhalb des Vorratsvolumens 3 detektierbar ist. Über den Dichtesensor lässt sich die Konzentration der Harnstofflösung innerhalb des Vorratsbehälters 2 ermitteln.
  • Sowohl der Kombisensor 12 als auch die Filterelemente 7 können beispielsweise als einstückig mit dem Boden 6 des Behälters ausgebildete Funktionsgruppen ausgebildet sein, diese können allerdings auch bei der Herstellung des Vorratsbehälters 2 mit dem Boden 6 des Vorratsbehälters 2 verrastet oder verschweißt worden sein.
  • Die Dosierleitung 4 und andere elektrische Leitungen, die außerhalb des Vorratsbehälters 2 verlegt sind, können beispielsweise aus der Vertiefung 11 über einen oder mehrere Nutkanäle im Boden 6 des Behälters herausgeführt worden sein. Der oder die Nutkanäle können beispielsweise als nach unten weisende offene Rillen im Boden 6 des Vorratsbehälters 2 vorgesehen sein.
  • Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Einrichtung 1 gemäß 2 unterscheidet sich im Wesentlichen von derjenigen in 1 dadurch, dass das Pumpenmodul 9 nicht unmittelbar an dem Vorratsbehälter angeordnet ist, sondern von diesem abgesetzt ist. Die Förderleitungen 5 und die elektrische Leitung zu dem Kombisensor 12 sind durch hierfür vorgesehene Durchführungen aus dem Vorratsbehälter herausgeführt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Einrichtung
    2
    Vorratsbehälter
    3
    Vorratsvolumen
    4
    Dosierleitung
    5
    Förderleitung
    6
    Boden
    7
    Filterelemente
    8
    Förderpumpe
    9
    Pumpenmodul
    10
    Rückförderpumpe
    11
    Vertiefung
    12
    Kombisensor

Claims (6)

  1. Einrichtung zur Bevorratung und Förderung eines flüssigen Additivs zur katalytischen Abgasentstickung an einem Kraftfahrzeug, umfassend – wenigstens einen Vorratsbehälter (2), der ein Vorratsvolumen (3) für das Additiv definiert, – wenigstens eine Förderpumpe (8), – wenigstens eine wenigstens teilweise innerhalb des Vorratsvolumens (3) angeordnete Förderleitung (5), über die das Additiv mittels der Förderpumpe (8) einer Injektionseinrichtung an einem Abgasstrang des Kraftfahrzeuges zuführbar ist, – wenigstens eine Filtereinrichtung (7) zur Filterung des zu fördernden Additivs, – wenigstens eine Heizeinrichtung zur Bereitstellung wenigstens einer eisfreien Teilmenge des Additivs bei niedrigen Umgebungstemperaturen, und – wenigstens einen Füllstandsgeber und/oder einen Qualitätssensor für das bevorratete Additiv als Funktionseinheiten, wobei wenigstens eine Filtereinrichtung (7) und ein Füllstandsgeber innerhalb des Vorratsvolumens (3) an dem Boden (6) des Vorratsbehälters (2) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, – dass alle Funktionseinheiten in Funktionsgruppen aufgeteilt sind, die dezentral innerhalb des Vorratsbehälters (2) oder an dem Vorratsbehälter (2) angeordnet sind, und – dass wenigstens die Filtereinrichtung (7), der Füllstandsgeber und/oder der Qualitätssensor und die Förderpumpe (8) als elektrisch und/oder hydraulisch miteinander verbundene, räumlich voneinander getrennte Unterbaugruppen ausgebildet sind.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (8) außerhalb des Vorratsvolumens (3) angeordnet ist und über wenigstens eine abgedichtete Durchführung in einer Wand des Vorratsbehälters (2) an die Förderleitung (5) angeschlossen ist.
  3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (8) in eine äußere Vertiefung (11) im Boden (6) des Vorratsbehälters (2) eingesetzt ist.
  4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung wenigstens ein Filterelement umfasst.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleitung (5) innerhalb des Vorratsvolumens (3) mehrere saugseitige Anschlüsse aufweist, denen jeweils ein Filterelement (7) vorgeschaltet ist.
  6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung wenigstens eine Steckverbindung umfasst, über die die Förderpumpe (8) hydraulisch und/oder elektrisch konnektierbar ist.
DE102012020948.7A 2012-10-25 2012-10-25 Einrichtung zur Bevorratung und Förderung eines flüssigen Additivs, insbesondere zur katalytischen Abgasentstickung an einem Kfz Active DE102012020948B4 (de)

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