-
Die Erfindung betrifft ein Tanksystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
-
Ein solches Tanksystem umfasst ein erstes Volumen zur Bevorratung von Kraftstoff und ein zweites Volumen zur Bevorratung eines Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, wobei das zweite Volumen im ersten Volumen aufgenommen ist.
-
Stand der Technik
-
Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2009 000 094 A1 ist ein Dosiersystem zum Einbringen eines Reduktionsmittels in den Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, das einen Tank zur Bevorratung des Reduktionsmittels umfasst. Das Fassungsvermögen des im Wesentlichen zylinderförmigen Tanks beträgt lediglich 2 bis 10 Liter. Um die Herstellungskosten zu reduzieren, wird die Ausbildung des Tanks als Einheitstank vorgeschlagen, der bauraumeffizient in einen Kraftstofftank integriert werden kann. Der Einheitstank für das Reduktionsmittel kann hierzu in eine kopfseitige Öffnung des Kraftstofftanks eingesteckt oder in eine zylindrische Einwölbung der geschlossenen Außenhaut des Kraftstofftanks eingesetzt werden. Darüber hinaus wird in der Offenlegungsschrift vorgeschlagen, den Reduktionsmitteltank in die Außenhaut des Kraftstofftanks einzuformen. Die Integration des Reduktionsmitteltanks in den Kraftstofftank besitzt den Vorteil, dass über einen Kraftstoffrücklauf in den Kraftstofftank gelangender erwärmter Kraftstoff zur Erwärmung des Reduktionsmittels genutzt werden kann. Die Erwärmung des Reduktionsmittels soll ein Einfrieren bei niedrigen Außentemperaturen verhindern. Üblicherweise ist hierzu ein Heizelement in den Reduktionsmitteltank integriert, das bei Integration des Reduktionsmitteltanks in den Kraftstofftank jedoch entfallen kann.
-
Aus der
DE 101 12 353 A1 ist eine Betriebsmittelaufnahme für ein Kraftfahrzeug bekannt, das zur getrennten Aufnahme von mindestens zwei Betriebsstoffen genutzt werden kann.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Stand der Technik weiterzubilden. Insbesondere soll ein Tanksystem angegeben werden, bei dem die Vorteile, die sich durch die Integration des Reduktionsmitteltanks in den Kraftstofftank ergeben, noch besser genutzt werden. Ferner soll ein Tanksystem mit verbesserter Servicefähigkeit, d. h. Tauschbarkeit einzelner Komponenten, angegeben werden.
-
Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgaben wird das Tanksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Das für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagene Tanksystem umfasst ein erstes Volumen zur Bevorratung eines Kraftstoffs und ein zweites Volumen zur Bevorratung eines Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung. Das zweite Volumen ist im ersten Volumen aufgenommen und von diesem über eine umlaufend innenliegende Tankwandung getrennt. Erfindungsgemäß ist die umlaufend innenliegende Tankwandung an eine bodenseitige Tankwandung angeformt und definiert eine bodenseitige Öffnung des zweiten Volumens, die über ein Deckelteil verschlossen ist. Die Trennung der beiden Volumina erfolgt demnach über eine gemeinsame Trennwand. Die gemeinsame Trennwand erleichtert die Wärmeabgabe des erwärmten Kraftstoffs diesseits der Trennwand an das Reduktionmittel jenseits der Trennwand. Ferner ist über die gemeinsame Trennwand eine fluiddichte Trennung der beiden Volumina sichergestellt, die zusätzliche Dichtelemente entbehrlich macht. Indem die gemeinsame Trennwand umlaufend innenliegend ausgebildet ist, d. h. vollständig im ersten Volumen aufgenommen ist, wird sie über ihren gesamten Umfangsbereich von Kraftstoff umströmt, wodurch der Wärmeaustausch weiter verbessert wird. Über die bodenseitige Öffnung des zweiten Volumens, welche über das Deckelelement verschlossen wird, kann bei einer lösbaren Befestigung des Deckelteils an der bodenseitigen Tankwandung in einfacher Weise der Austausch von Komponenten vorgenommen werden, die im zweiten Volumen zur Bevorratung des Reduktionsmittels aufgenommen sind. Bei diesen Komponenten kann es sich beispielsweise um einen Filter, Heizelemente oder sonstige Komponenten handeln. Auf diese Weise wird die Servicetauglichkeit des Tanksystems erhöht.
-
Das vorgeschlagene Tanksystem kann über ein Kunststoff-Blasverfahren oder ein Kunststoff-Spritzgießverfahren hergestellt werden. Mehrere Teile werden bevorzugt miteinander verschweiß oder verschraubt. Verschweißen besitzt den Vorteil, dass zusätzliche Dichtungen im Fügebereich entbehrlich sind.
-
Das der Bevorratung des Reduktionsmittels dienende zweite Volumen besitzt vorzugsweise ein Fassungsvermögen von 2 bis 15 Litern.
-
Weiterhin vorzugsweise ist das zweite Volumen exzentrisch im ersten Volumen aufgenommen, so dass das erste Volumen durch das zweite Volumen in unterschiedlich große Teilvolumina unterteilt ist. Die Unterteilung in unterschiedlich große Teilvolumina besitzt den Vorteil, dass aus dem Rücklauf zuströmender erwärmter Kraftstoff gezielt dem kleineren Teilvolumen zugeführt werden kann. Dies hat zur Folge, dass sich der erwärmte Kraftstoff weniger stark mit dem im ersten Volumen bereits vorhandenen Kraftstoff durchmischt und somit in der Lage ist, mehr Wärme an das im zweiten Volumen vorhandene Reduktionsmittel abzugeben. Die unterschiedlich großen Teilvolumina sind vorzugsweise über wenigstens einen Spalt zwischen der umlaufend innenliegenden Tankwandung und einer außenliegenden Tankwandung verbunden. Die Verbindung der Teilvolumina stellt den Austausch von Kraftstoff sicher, wobei die Größe des Spalts jedoch derart klein gewählt ist, dass der Austausch verzögert erfolgt.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besitzt die umlaufend innenliegende Tankwandung wenigstens eine sich in das erste Volumen hinein erstreckende Ausstülpung. Eine solche Ausstülpung kann mehrere Funktionen erfüllen. Bevorzugt sind mehrere, unterschiedlich ausgestaltete Ausstülpungen vorgesehen.
-
Vorzugsweise ist wenigstens eine Ausstülpung zur Vergrößerung der Oberfläche der innenliegenden Tankwandung vorgesehen. Die Ausstülpung kann sich dabei über den gesamten Außenumfang der innenliegenden Tankwandung erstrecken. Beispielsweise kann die innenliegende Tankwandung wellig geformt sein. Die Vergrößerung der Oberfläche der innenliegenden Tankwandung verbessert den Wärmeaustausch zwischen dem Kraftstoff und dem Reduktionsmittel.
-
Weiterhin bevorzugt ist wenigstens eine Ausstülpung vorgesehen, welche der innenliegenden Tankwandung eine gewisse Elastizität verleiht, so dass bei gefrierendem Reduktionsmittel die innenliegende Tankwandung in der Lage ist, dem Eisdruck nachzugeben.
-
Darüber hinaus wird eine Ausstülpung der innenliegenden Tankwandung vorgeschlagen, die sich in das kleinere Teilvolumen des ersten Volumens hinein erstreckt. Da es sich hierbei bevorzugt um das Teilvolumen handelt, dem gezielt erwärmter Kraftstoff aus einem Kraftstoffrücklauf zugeführt wird, kann über diese Ausstülpung die wärmeübertragende Oberfläche nochmals vergrößert werden.
-
Bevorzugt geht die sich in das kleinere Teilvolumen des ersten Volumens hinein erstreckende Ausstülpung der innenliegenden Tankwandung in die bodenseitige Tankwandung über und bildet einen Aufnahmeraum aus, in den ein Filterelement eingesetzt ist. Der Aufnahmeraum ist somit über die bodenseitige Öffnung zugänglich, so dass in einfacher Weise ein Austausch des Filterelements möglich ist. Das Filterelement ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet. In diesem Fall ist der Aufnahmeraum zur Aufnahme des Filterelements im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet.
-
Das Filterelement liegt bevorzugt - zumindest im Bereich der Ausstülpung - unmittelbar an der innenliegenden Tankwandung an. Dadurch ist ein optimaler Wärmeaustausch über die innenliegende Tankwandung gewährleistet, der sicherstellt, dass im Filterelement vorhandenes Reduktionsmittel nicht einfriert oder bereits gefrorenes Reduktionsmittel schnell aufgetaut.
-
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Filterelement unter Vorspannung an der innenliegenden Tankwandung anliegt und die Vorspannung über ein lösbar mit dem Deckelteil verbundenes Adapterstück bewirkt wird. Das mit dem Deckelteil lösbar verbundene Adapterstück vereinfacht bei Bedarf den Austausch des Filterelements, da nicht das gesamte Deckelteil, sondern lediglich das Adapterstück abgenommen bzw. gelöst werden muss. Ferner kann über das Adapterteil eine Vorspannkraft auf das Filterelement ausgeübt werden, welche zugleich als Dichtkraft wirkt und ein Unterwandern des Filterelements verhindert. Vorteilhafterweise ist zwischen dem Filterelement und der innenliegenden Tankwandung und/oder zwischen dem Filterelement und dem Adapterstück wenigstens ein Dichtelement eingelegt. Dadurch kann die Dichtwirkung weiter verbessert werden.
-
Um das Adapterstück bei Bedarf vom Deckelteil lösen zu können, wird vorgeschlagen, dass das Adapterstück mechanisch, vorzugsweise mittels Schrauben, am Deckelteil befestigt ist. Zur Abdichtung des Verbindungsbereichs ist vorzugsweise zwischen dem Adapterstück und dem Deckelteil wenigstens ein Dichtelement eingelegt. Das Dichtelement kann derart ausgebildet und angeordnet sein, dass es in einem Radial- oder eine Axialspalt zwischen dem Adapterstück und dem Deckelteil zu liegen kommt.
-
Vorteilhafterweise formt die innenliegende Tankwandung im Bereich der den Aufnahmeraum zur Aufnahme des Filterelements ausbildenden Ausstülpung eine Vertiefung aus. In der Vertiefung sammelt sich Kraftstoff, so dass selbst bei niedrigem Kraftstofffüllstand eine gewisse Schutzfunktion des Kraftstoffs gewährleistet ist. Bevorzugt besitzt die Vertiefung einen Bodenbereich, der in das dem Adapterstück abgewandte Ende des ringförmigen Filterelements eingreift. Auf diese Weise wird eine Lagefixierung des Filterelements in radialer Richtung bewirkt. Zugleich wird die Kontaktfläche des Filterelements mit der innenliegenden Tankwandung vergrößert, was sich vorteilhaft auf den gewünschten Wärmeaustausch auswirkt.
-
Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass ein Heizelement zur Beheizung des Reduktionsmittels im zweiten Volumen vorgesehen ist. Das Heizelement soll insbesondere in kälteren Klimazonen sicherstellen, dass das Reduktionsmittel nicht gefriert bzw. schnell auftaut. Die Gefahr des Gefrierens kann auch in gemäßigten Klimazonen verstärkt bestehen, beispielsweise dann, wenn das Kraftfahrzeug häufig im Stadtverkehr eingesetzt wird. Denn dann ist der Kraftstoffeinspritzdruck so niedrig, dass der über den Kraftstoffrücklauf in das Tanksystem gelangende Kraftstoff nur unzureichend erwärmt ist. Ungünstig wirkt sich zudem ein hoher Kraftstofffüllstand im Tanksystem aus.
-
Vorzugsweise ist das Heizelement im oder am Adapterstück angeordnet. Das Heizelement stellt somit sicher, dass im Filterelement vorhandenes Reduktionsmittel nicht gefriert bzw. schnell auftaut. Zudem kann bei lösbarer Befestigung des Adapterteils am Deckelteil das Heizelement in einfacher Weise ausgetauscht oder gewartet werden.
-
Bevorzugt ist im Deckelteil oder im Adapterteil eine Absaugöffnung vorgesehen. Über die Absaugöffnung kann das Reduktionsmittel entnommen werden. Die Absaugöffnung mündet weiterhin bevorzugt in einen Absaugraum, der von dem Filterelement umschlossen wird. Das Filterelement stellt somit sicher, dass keine Schmutzpartikel in den Absaugraum oder die Absaugöffnung gelangen.
-
Weiterhin bevorzugt wird der Absaugraum nach oben von einem in das Filterelement eingreifenden Bodenbereich einer Vertiefung der innenliegenden Tankwandung begrenzt, so dass sich in der Vertiefung sammelnder erwärmter Kraftstoff ein Gefrieren des im Absaugraum vorhandenen Reduktionsmittels verhindert oder bereits gefrorenes Reduktionsmittel beim Auftauen unterstützt. Alternativ oder ergänzend kann im oder am Adapterstück ein Heizelement zu Beschleunigung eines etwaigen Auftauprozesses angeordnet sein.
-
Die vorstehenden Ausführungen zeigen, dass die sich in das kleinere Teilvolumen des ersten Volumens hinein erstreckende Ausstülpung der innenliegenden Tankwandung eine Vielzahl von Vorteilen bietet, die insbesondere dem Schutz besonders kritischer Bereiche bzw. Komponenten, wie beispielsweise dem Bereich der Absaugöffnung und/oder dem Filterelement, dienen. Zudem erweist sich das vorgeschlagene Tanksystem als besonders servicefreundlich, da über die bodenseitige Öffnung die wartungsintensiven Komponenten im Bedarfsfall leicht zugänglich und damit schnell austauschbar sind.
-
Zur Befüllung und/oder Entlüftung des das Reduktionsmittel aufnehmenden Volumens wird vorgeschlagen, dass die umlaufend innenliegende Tankwandung an ihrem der bodenseitigen Öffnung gegenüberliegenden Ende in eine außenliegende Tankwandung übergeht, in welcher wenigstens eine Öffnung ausgebildet ist. Die Befüllung und/oder Entlüftung des zweiten Volumens erfolgt demzufolge bevorzugt von oben.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Tanksystem,
- 2 einen schematischen Querschnitt durch das Tanksystem der 1 und
- 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus der 1 im Bereich einer Ausstülpung einer innenliegenden Tankwandung zur Trennung zweier Volumina.
-
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
-
Der 1 ist ein Tanksystem mit einem ersten Volumen 1 zur Bevorratung eines Kraftstoffs und einem zweiten Volumen 2 zur Bevorratung eines Reduktionsmittels zu entnehmen. Das zweite Volumen 2 ist vollständig im ersten Volumen 1 aufgenommen, wobei eine umlaufend innenliegende Tankwandung 3 die beiden Volumina 1, 2 voneinander trennt. Durch die Aufnahme des zweiten Volumens 2 im ersten Volumen 1 wird das erste Volumen 1 in zwei Teilvolumina 1.1, 1.2 unterteilt, die über beidseitig des Volumens 2 zwischen der innenliegenden Tankwandung 3 und einer außenliegenden Tankwandung 8 ausgebildete Spalte 7 verbunden sind (siehe 2). Die Anordnung des zweiten Volumens 2 im ersten Volumen 1 ist exzentrisch, so dass das Teilvolumen 1.1 deutlich kleiner als das Teilvolumen 1.2 ist. Über einen Anschluss 26 kann dem kleineren Teilvolumen 1.1 erwärmter Kraftstoff aus einem Kraftstoffrücklauf zugeführt werden.
-
Aufgrund der Verbindung der beiden Teilvolumina 1.1 und 1.2 über die Spalte 7 ist der Kraftstofffüllstand in beiden Teilvolumina 1.1 und 1.2 gleich. Bei gleichem Füllstand befindet sich im Teilvolumen 1.1 jedoch deutlich weniger Kraftstoff als im Teilvolumen 1.2, so dass der über den Anschluss 26 in das Teilvolumen 1.1 gelangende erwärmte Kraftstoff weniger stark durchmischt wird und demzufolge weniger stark abkühlt. Der im Teilvolumen 1.1 vorhandene Kraftstoff kann daher dazu genutzt werden, das im Volumen 2 vorhandene Reduktionsmittel zu erwärmen, um sicherzustellen, dass dieses bei niedrigen Außentemperaturen nicht gefriert oder schneller auftaut. Die innenliegende Tankwandung 3 dient dabei als Wärmeübertragungsfläche.
-
Um die Wärmeübertragung zu optimieren, weist die innenliegende Tankwandung 3 Ausstülpungen 9, 10 auf, die sich in das Volumen 1 hinein erstrecken. Die Ausstülpung 10, die umlaufend ausgebildet ist, dient der Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche. Ferner gewährleistet sie eine gewisse Nachgiebigkeit der innenliegenden Tankwandung 3 für den Fall, dass das im Volumen 2 vorhandene Reduktionsmittel gefriert und Druck auf die Tankwandung 3 ausübt. Die Ausstülpung 9 ist demgegenüber nicht umlaufend ausgebildet, sondern erstreckt sich lediglich in das kleinere Teilvolumen 1.1, das heißt in den „wärmeren Bereich“ des ersten Volumens 1, hinein. Die Ausstülpung 9 bildet einen Aufnahmeraum 11 aus, in den ein ringförmiges Filterelement 12 aufgenommen ist. Das ringförmige Filterelement 12 ist auf ein Adapterstück 13 aufgesetzt, das mittels Schrauben 16 an einem Deckelteil 6 zum Verschließen einer bodenseitigen Öffnung 5 befestigt ist (siehe 3). Die bodenseitige Öffnung 5 wird durch die innenliegende Tankwandung 3 definiert, die im Bereich der Öffnung 5 in eine bodenseitig Tankwandung 4 übergeht. Das Adapterstück 13 trägt ein ringförmiges Dichtelement 17, das einen Radialspalt zwischen dem Adapterstück 13 und dem Deckelteil 6 abdichtet.
-
Der vergrößerten Darstellung der 3 ist ferner zu entnehmen, dass das Adapterstück 13 als Hohlkörper ausgeführt ist und eine Absaugöffnung 21 ausbildet, die in einen Absaugraum 22 mündet, der von dem Filterelement 12 begrenzt wird. Darüber hinaus besitzt das Adapterstück 13 eine gestufte Außenkontur zur Ausbildung ringförmiger Absätze, die als Stützflächen dienen. Über einen ersten ringförmigen Absatz ist das Adapterstück 13 an dem Deckelteil 6 abgestützt. Ein zweiter ringförmiger Absatz dient der Abstützung des ringförmigen Filterelements 12, wobei zwischen dem Filterelement 12 und dem Adapterstück ein erstes Dichtelement 15 eingelegt ist. Ein weiteres Dichtelement 14 ist auf der gegenüberliegenden Stirnfläche des ringförmigen Filterelements 12 angeordnet, um die Abdichtung zwischen dem Filterelement 12 und der innenliegenden Tankwandung 3 sicherzustellen. Zur Erhöhung der Dichtkraft ist das Filterelement 12 zudem über das Adapterstück 13 in Richtung der innenliegenden Tankwandung 3 axial vorgespannt.
-
Die innenliegende Tankwandung 3 weist im Bereich des Filterelements 12 eine Vertiefung 18 mit einem Bodenbereich 19 auf, der stirnseitig in das ringförmige Filterelement 12 eingreift. Dadurch wird eine radiale Lagefixierung des Filterelements 12 bewirkt. Die Vertiefung 18 dient zugleich als Sammelbecken für erwärmten Kraftstoff, um auch bei niedrigem Kraftstofffüllstand einem Gefrieren des Reduktionsmittels im Bereich des Filterelements 12 bzw. des Absaugraums 22 entgegen zu wirken oder ein schnelles Auftauen bereits gefrorenen Reduktionsmittels zu unterstützten. Wie im Ausführungsbeispiel der 3 dargestellt, kann ferner ein Heizelement 20 vorgesehen werden. Vorliegend ist das Heizelement 20 in das Adapterstück 13 integriert.
-
Die Befüllung des Volumens 2 mit einem Reduktionsmittel erfolgt bei dem dargestellten Tanksystem über eine Öffnung 24, die in eine außenliegende Tankwandung 23 eingebracht ist. In die Öffnung kann ein Stutzen eingesetzt sein, um den Anschluss einer Reduktionsmittelleitung zu erleichtern. In der außenliegenden Tankwandung 23 ist ferner eine Öffnung 25 vorgesehen, über welche das Volumen 2 entlüftbar ist.
-
Das dargestellte Tanksystem wird vorteilhafterweise in einem Kunststoff-Blasverfahren oder in einem Kunststoff-Spritzgießverfahren hergestellt. Mehrere Teile werden bevorzugt mittels Schweißen verbunden. Eine hierzu erforderliche Schweißnaht kann - wie in der 1 angedeutet - in einem Umfangsbereich der außenliegenden Tankwandung 8 gelegt werden.
