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Die Erfindung betrifft einen Tank für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Tanks.
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Ein solcher Tank für ein Kraftfahrzeug ist bereits aus der
DE 10 2013 210 742 A1 bekannt. Der Tank weist einen Aufnahmeraum zum Aufnehmen eines Reduktionsmittels zum Entsticken von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs auf. Ferner weist der Tank eine Fördereinrichtung zum Fördern des Reduktionsmittels aus dem Aufnahmeraum auf. Dabei umfasst die Fördereinrichtung eine Heizeinrichtung, mittels welcher ein erster Teilbereich des Aufnahmeraums erwärmbar ist, wodurch in dem ersten Teilbereich gefrorenes Reduktionsmittel erwärmbar und dadurch aufschmelzbar ist. Bei diesem Tank umfasst die Heizeinrichtung eine Heizmatte, welche auf mehreren, voneinander beabstandeten Erhebungen eines Tankbodens des Tanks aufliegt.
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Problematisch hierbei ist, dass, insbesondere bei einem hohen Füllstand des Reduktionsmittels in dem Tank, die in die Fördereinrichtung integrierte Heizeinrichtung den Tank nur in dem ersten Teilbereich nahe der Heizeinrichtung aufheizen kann, sodass das gefrorene Reduktionsmittel nur in dem ersten Teilbereich aufgeschmolzen werden kann. Ist das geschmolzene Reduktionsmittel aufgebraucht, so kann nachgetanktes flüssiges Reduktionsmittel nicht zu der Entnahmeöffnung gelangen und dem Abgasnachbehandlungssystem zugeführt werden, da das flüssige Reduktionsmittel von restlichem, aufgrund der mangelnden Wirksamkeit der Heizeinrichtung nicht schmelzbarem und somit noch gefrorenem Reduktionsmittel von der Fördereinrichtung ferngehalten wird und somit nicht mittels der Fördereinrichtung aus dem Aufnahmeraum gefördert werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Tank und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine zuverlässigere Entstickung von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Tank mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen Tank der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine zuverlässigere Entstickung des Abgases realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem Aufnahmeraum wenigstens ein Wärmeleitelement angeordnet ist, mittels welchem in in dem Aufnahmeraum gefrorenem Reduktionsmittel unter Leiten von Wärme aus dem ersten Teilbereich in einen von dem ersten Teilbereich unterschiedlichen weiteren Teilbereich des Aufnahmeraums wenigstens ein sich von dem ersten Teilbereich zu dem weiteren Teilbereich erstreckender Kanal zum Führen von flüssigem Reduktionsmittel aus dem weiteren Teilbereich in den ersten Teilbereich ausbildbar ist.
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Der Tank kann beispielsweise ein aus Plastik gefertigter Tank sein, dessen Aufnahmeraum beispielsweise ein Volumen von 25 Litern aufweist. In den Aufnahmeraum des Tanks kann über eine Befülleinrichtung des Tanks, beispielsweise einen Tankeinfüllstutzen, Reduktionsmittel beziehungsweise eine Reduktionsflüssigkeit für eine selektive katalytische Reduktion (Selective Catalytic Reduction – SCR) eingefüllt werden. Das Reduktionsmittel kann dabei über die Fördereinrichtung, insbesondere über eine Pumpe der Fördereinrichtung, aus dem Aufnahmeraum gefördert beziehungsweise entnommen werden. Das entnommene Reduktionsmittel kann einem Abgasnachbehandlungssystem des Kraftfahrzeugs zugeführt werden, um das Reduktionsmittel dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine zuzuführen. Hierdurch kann das Reduktionmittel zum Reduzieren von Stickoxiden in dem Abgas genutzt werden. Als Reduktionsmittel, welches auch als AdBlue bezeichnet wird, wird dabei insbesondere eine wässrige Harnstofflösung beziehungsweise Urea verwendet.
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Insbesondere wenn das Kraftfahrzeug über einen längeren Zeitraum tiefen Temperaturen ausgesetzt ist, kann es vorkommen, dass das Reduktionsmittel in dem Aufnahmeraum des Tanks gefriert. Durch die von der Heizeinrichtung, welche auch als Tankheizung bezeichnet wird, bereitgestellte Heizleistung kann dabei nur der erste Teilbereich des Aufnahmeraums, welcher insbesondere angrenzend an die Heizeinrichtung ausgebildet ist, erwärmt werden, sodass nur das sich in diesem ersten Teilbereich des Aufnahmeraums befindliche gefrorene Reduktionsmittel aufgeschmolzen wird. Falls sich aufgrund eines hohen Füllstandes des Reduktionsmittels in dem Aufnahmeraum weiteres gefrorenes Reduktionsmittel außerhalb des ersten Teilbereiches in dem Aufnahmeraum befindet, kann dieses von der Heizeinrichtung nicht aufgeschmolzen werden. Dadurch entsteht nach der Förderung des aufgeschmolzenen und somit aufgetauten Reduktionsmittels aus dem ersten Teilbereich des Aufnahmeraums in dem ersten Teilbereich ein sich zwischen der Fördereinrichtung und dem gefrorenen Reduktionsmittel befindlicher Hohlraum beziehungsweise eine Kavität. Das restliche gefrorene Reduktionsmittel überdeckt dann die Fördereinrichtung und bildet damit eine Barriere zwischen dem weiteren Teilbereich, welchem beispielsweise über die Befülleinrichtung flüssiges Reduktionsmittel zuführbar ist, und der Fördereinrichtung. Anders ausgedrückt wird durch das gefrorene Reduktionsmittel ein Reduktionsmittelfluss von dem weiteren Teilbereich zu der Fördereinrichtung blockiert.
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Um dieses Problem zu beheben, ist das zumindest eine Wärmeleitelement in dem Aufnahmeraum angeordnet. Das Wärmeleitelement ist dabei beispielsweise als ein Wärmeleitblech ausgebildet, welches insbesondere aus Edelstahl gefertigt ist. Denkbar ist auch, dass das Wärmeleitblech aus anderen reduktionsmittelbeständigen Materialien, wie beispielsweise wärmeleitfähigen Kunststoffsondertypen ausgebildet ist. Das Wärmeleitelement ist dabei derart angeordnet, dass es thermisch mit dem ersten Teilbereich und dem weiteren Teilbereich gekoppelt ist. Dabei ist das Wärmeleitelement insbesondere beabstandet zu der Heizeinrichtung angeordnet, sodass von der Heizeinrichtung bereitgestellte Wärme über das in dem ersten Teilbereich aufgetaute Reduktionsmittel in das Wärmeleitelement eingeleitet wird. Mittels des Wärmeleitelementes wird die von der Heizeinrichtung bereitgestellte Wärme in den weiteren Teilbereich geleitet. Dadurch wird mittels des Wärmeleitelementes eine Wärmeleitbrücke durch das gefrorene Reduktionsmittel ausgebildet. Durch die in das Wärmeleitelement geleitete Wärme wird ein an das Wärmeleitelement angrenzender Teil des gefrorenen Reduktionsmittels aufgeschmolzen, sodass der sich entlang des Wärmeleitelementes erstreckende Kanal zwischen dem ersten und dem weiteren Teilbereich erzeugt wird. Durch diesen Kanal kann beispielsweise nachgetanktes flüssiges Reduktionsmittel aus dem weiteren Teilbereich zu dem ersten Teilbereich fließen und damit von der Fördereinrichtung aus dem Aufnahmeraum gefördert werden.
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Durch das Bereitstellen des Wärmeleitelementes ergibt sich der Vorteil, dass eine Abgasnachbehandlung durch Nachtanken von Reduktionsmittel zuverlässig und schnell bereitgestellt werden kann, auch wenn das gesamte zuvor in den Aufnahmeraum gefüllte und sich somit in dem Aufnahmeraum befindliche Reduktionsmittel aufgrund eines längeren Stillstandes des Kraftfahrzeugs bei niedrigen Temperaturen gefroren ist. Es muss also in vorteilhafter Weise nicht das gesamte Reduktionsmittel, beispielsweise durch Beheizen des gesamten Kraftfahrzeugs, aufgetaut werden und/oder eine Heizeinrichtung mit höherer Heizleistung bereitgestellt werden.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das Wärmeleitelement als eine wärmeleitfähige Schwallwand ausgebildet ist.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die Fördereinrichtung an einer den Aufnahmeraum zumindest teilweise in Fahrzeughochrichtung nach unten begrenzenden Unterschale des Tanks, und das Wärmeleitelement an einer den Aufnahmeraum zumindest teilweise in Fahrzeughochrichtung nach oben begrenzenden Oberschale angeordnet ist.
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Auch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Wärmeleitelement in Fahrzeughochrichtung über der Fördereinrichtung zumindest bereichsweise überlappend mit der Fördereinrichtung und beabstandet zu der Fördereinrichtung angeordnet ist.
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Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn das Wärmeleitelement mit der Oberschale verrastet ist.
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Es hat sich außerdem als vorteilhaft gezeigt, wenn eine Länge des Wärmleitelementes einem Durchmesser der Fördereinrichtung entspricht.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Tanks. Bei dem Verfahren werden eine mittels der Fördereinrichtung aus dem Aufnahmeraum geförderte Menge des Reduktionsmittels, eine in der Umgebung des Tanks herrschende Temperatur und wenigstens eine eine in dem Aufnahmeraum aufgenommene Menge des Reduktionsmittels charakterisierende Messgröße erfasst. Außerdem wird wenigstens ein Hinweissignal im Innenraum des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von der erfassten Menge, der erfassten Temperatur und der erfassten Messgröße ausgegeben. Durch das Erfassen der aus dem Aufnahmeraum geförderten Menge des Reduktionsmittels kann beispielsweise eine erfasst werden, dass eine unzureichende Einspritzmenge des Reduktionsmittels in das Abgasnachbehandlungssystem des Kraftfahrzeugs eingebracht wird beziehungsweise wurde. Anhand der Umgebungstemperatur kann bestimmt werden, ob die Umgebungstemperatur unterhalb des Gefrierpunktes des Reduktionsmittels liegt. Durch das Erfassen der Messgröße kann beispielsweise ein hoher oder unplausibler Füllstand des Reduktionsmittels in dem Aufnahmeraum detektiert werden. Falls nämlich Umgebungstemperaturen von in etwa –10 Grad Celsius herrschen und zusätzlich ein hoher oder unplausibler Füllstand in dem Aufnahmeraum erfasst worden ist, aber die Einspritzmenge des Reduktionsmittels in das Abgasnachbehandlungssystem nicht ausreicht, so ist dies ein Indiz dafür, dass das Reduktionsmittel in dem Aufnahmeraum gefroren ist sowie das von der Heizeinrichtung aufgeschmolzene Reduktionsmittel bereits verbraucht ist und daher kein weiteres Reduktionsmittel aus dem Aufnahmeraum gefördert werden kann. Der Fahrer wird daraufhin mittels des Hinweissignals zum Nachtanken von Reduktionsmittel aufgefordert, wobei das nachgetankte, flüssige Reduktionsmittel durch den von dem Wärmeleitelement beziehungsweise Wärmeleitblech erzeugten Kanal zu der Fördereinrichtung gelangen kann.
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Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Tank vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. 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.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische und geschnittene Seitenansicht eines Tanks eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem Aufnahmeraum zum Aufnehmen eines Reduktionsmittels zum Entsticken von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs,;
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2 eine schematische Draufsicht einer Unterschale des Tanks gemäß 1;
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3 eine schematische Draufsicht einer Oberschale des Tanks gemäß 1; und
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4 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht eines Wärmeleitelementes, welches an der Oberschale des Tanks befestigt ist.
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In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht einen Tank 10 für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug wie beispielsweise einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen. Der Tank 10 weist einen Aufnahmeraum 12 auf, in welchem ein Reduktionsmittel 14 zum Entsticken von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine des Krafttahrzeugs aufgenommen ist. Das Reduktionsmittel 14 kann eine wässrige Harnstofflösung, beispielsweise sogenanntes AdBlue, sein. Der Tank 10 weist eine den Aufnahmeraum 12 in Fahrzeughochrichtung H nach oben begrenzende Oberschale 16 beziehungsweise Deckelschale sowie eine den Aufnahmeraum 12 in Fahrzeughochrichtung H nach unten begrenzende Unterschale 18 beziehungsweise Bodenschale auf. Die Oberschale 16 und die Unterschale 18 sind in Befestigungsbereichen 20 mechanisch miteinander verbunden. Die Oberschale 16 kann außerdem eine Bohrung 22 für eine Befülleinrichtung (3) aufweisen, über welche Reduktionsmittel 14 in den Aufnahmeraum 12 eingefüllt beziehungsweise nachgetankt werden kann.
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In und insbesondere an der Unterschale 18 des Tanks 10 ist eine Fördereinrichtung 24 angeordnet. Mittels der Fördereinrichtung 24, beispielsweise mittels einer Pumpe der Fördereinrichtung 24, kann das Reduktionsmittel 14 aus dem Aufnahmeraum 12 gefördert und einem hier nicht gezeigten Abgasnachbehandlungssystem des Kraftfahrzeugs zugeführt werden. Das Reduktionsmittel wird dabei zum Reduzieren von Stickoxiden in dem Abgas genutzt. Das in dem Aufnahmeraum 12 angeordnete Reduktionsmittel 14 ist hier in einem gefrorenen Zustand gezeigt. Das Reduktionsmittel 14 kann beispielsweise aufgrund eines Stillstandes des Kraftfahrzeugs für mehrere Wochen bei Temperaturen von weniger als –11 Grad Celsius gefroren sein.
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Zum Schmelzen beziehungsweise Verflüssigen oder Auftauen des Reduktionsmittels 14 weist die Fördereinrichtung 24 eine Heizeinrichtung 26 auf. Mittels der Heizeinrichtung 26 kann jedoch nur ein erster Teilbereich 28 des Aufnahmeraums 12 erwärmt werden, sodass nur das sich in dem ersten Teilbereich 28 befindliche Reduktionsmittel 14 geschmolzen werden kann. Nach der Förderung des in dem ersten Teilbereich 28 aufgetauten Reduktionsmittels 14 durch die Fördereinrichtung 24 wird somit eine Kavität beziehungsweise ein Hohlraum über der Fördereinrichtung 24 gebildet. Weiteres gefrorenes Reduktionsmittel 14 außerhalb des ersten Teilbereiches 28 überdeckt die Fördereinrichtung 24 kuppelartig. Falls nun Reduktionsmittel 14 über die hier nicht gezeigte Befülleinrichtung in einen weiteren Teilbereich 30 des Aufnahmeraums 12, welcher sich hier in Fahrzeughochrichtung H über dem gefrorenen Reduktionsmittel 14 befindet und angrenzend an das Reduktionsmittel 14 ausgebildet ist, eingefüllt wird, so kann dieses nicht zu der Fördereinrichtung 24 gelangen, da zwischen dem ersten Teilbereich 28 und dem weiteren Teilbereich 30 noch gefrorenes Reduktionsmittel 14 angeordnet ist. Der weitere Teilbereich 30 ist dabei ein Luftraum beziehungsweise eine Ebene, zu dem beziehungsweise der flüssiges Reduktionsmittel 14 beziehungsweise AdBlue gelangen kann.
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Daher weist der Tank 10 zusätzlich zumindest ein Wärmeleitelement 32 auf, wobei ein das Wärmeleitelement 32 aufweisender Bereich 34 des Aufnahmeraums 12 in 1 zusätzlich in vergrößerter Ansicht gezeigt ist. Das Wärmeleitelement 32, welches insbesondere als ein geknicktes Wärmeleitblech aus einem wärmeleitfähigen Material, beispielsweise Edelstahl, ausgebildet ist, ist dabei derart in dem Aufnahmeraum 12 angeordnet, dass es sich von dem ersten Teilbereich 28 in Fahrzeughochrichtung H zu dem weiteren Teilbereich 30 erstreckt. Dabei bildet das Wärmeleitelement 32 eine Wärmeleitbrücke zwischen dem ersten Teilbereich 28 und dem weiteren Teilbereich 30 aus. Das Wärmeleitelement 32 ist in Fahrzeughochrichtung H beabstandet zu der Heizeinrichtung 26 angeordnet. Das Wärmeleitelement 32 ist dabei durch das sich in dem ersten Teilbereich 28 befindliche und durch die Heizeinrichtung 26 aufgeschmolzene Reduktionsmittel 14 thermisch mit der Heizeinrichtung 26 gekoppelt, sodass das Wärmeleitelement 32 von der Heizeinrichtung 26 bereitgestellte Wärme von dem ersten Teilbereich 28 zu dem weiteren Teilbereich 30 leiten kann. Durch die Wärmeleitung kann das gefrorene Reduktionsmittel 14 beziehungsweise Eis entlang der Oberfläche des Wärmeleitelementes 32 über die Länge beziehungsweise Höhe des Wärmeleitelementes 32 bis zu dem Luftraum aufgetaut werden. Dadurch wird ein durch das gefrorene Reduktionsmittel 14 verlaufender Kanal 36 ausbildet, durch welchen ein Durchfluss 38 von Reduktionsmittel 14 stattfinden kann. Anders ausgedrückt kann durch den Kanal 36 nachgetanktes Reduktionsmittel 14, welches über die Befülleinrichtung in den weiteren Teilbereich 30 nachgefüllt werden kann, von dort mittels der Fördereinrichtung 24 gefördert werden.
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In 2 ist die Unterschale 18 des Tanks 10 in einer Draufsicht gezeigt. Entlang der aus der Bildebene von 2 hinausragenden Fahrzeughochrichtung H ist das Wärmeleitelement 32 zumindest bereichsweise überlappend mit der Fördereinrichtung 24 und damit mit der Heizeinrichtung 26 angeordnet. Die Länge beziehungsweise Höhe des Wärmeleitelementes 32 entlang der Fahrzeughochrichtung H entspricht etwa einem Durchmesser der Fördereinrichtung 24, insbesondere in etwa 130 Millimeter. Außerdem ist in 2 gezeigt, dass in dem Aufnahmeraum 12 des Tanks 10 eine Vielzahl von Schwallwänden 40, 42 angeordnet ist. Die Schwallwände 40 sind insbesondere aus Plastik ausgebildet und dienen der Geräuschminderung von Schwappgeräuschen in dem Aufnahmeraum 12 des Tanks 10. Das Wärmeleitelement 32 wird dabei durch die in Fahrzeughochrichtung H oberhalb der Fördereinrichtung 24 angeordnete Schwallwand 42 gebildet, wobei die Schwallwand 42 im Gegensatz zu den Schwallwänden 40 aus einem wärmeleitfähigen Material, beispielsweise Edelstahl, ausgebildet ist. Somit kann das Wärmeleitelement 32 als eine der Schwallwände 40, 42, welche ohnehin in dem Tank 10 vorgesehen sind, in den Aufnahmeraum 12 integriert werden, wobei aus Kostengründen vorzugsweise nur die das Wärmeleitelement 32 ausbildende Schwallwand 42 aus dem wärmeleitfähigen Material hergestellt ist. Mit anderen Worten weist die Schwallwand 42, insbesondere deren Werkstoff, eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die Schwallwände 40, insbesondere deren Werkstoff, auf.
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In 3 ist die Oberschale 16 des Tanks 10 in einer Draufsicht gezeigt. Außerdem ist in 3 die in der Oberschale 16 ausgebildete Bohrung 22 für den Einfüllstutzen zum Befüllen des Aufnahmeraums 12 mit dem Reduktionsmittel 14 erkennbar. Außerdem weist der Tank 10 einen Füllstandssensor 44 auf, welcher einen Füllstand beziehungsweise eine Menge des Reduktionsmittels 14 in dem Aufnahmeraum 12 erfassen kann. Das Wärmeleitelement 32 ist dabei insbesondere an der Oberschale 16 befestigt, beispielsweise in die Oberschale 16 eingeklipst.
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Dazu weist, wie in 4 gezeigt ist, die Oberschale 16 eine lokale Nut 46 auf, wobei das Wärmeleitelement 32 eine Biegung 56 zum Anordnen in der Nut 46 aufweist. Die Biegung 56 ist zwischen einer ersten Wand 48 und einer zweiten Wand 50 der Nut 46 eingeklemmt und damit in der Nut 46 verkrallt. Das Wärmeleitelement 32 weist dabei eine Lochung 52 auf, in welcher eine Hinterschneidung 54 der Oberschale 16 angeordnet ist. Durch dieses Ineinandergreifen der Lochung 52 und der Hinterschneidung 54 kann ein Herausrutschen des Wärmeleitelementes 32 aus der Nut 46 verhindert werden und somit das Wärmeleitelement 32 zuverlässig und sicher an der Oberschale 16 gehalten werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Tank
- 12
- Aufnahmeraum
- 14
- Reduktionsmittel
- 16
- Oberschale
- 18
- Unterschale
- 20
- Befestigungsbereich
- 22
- Bohrung
- 24
- Fördereinrichtung
- 26
- Heizeinrichtung
- 28
- erster Teilbereich
- 30
- weiterer Teilbereich
- 32
- Wärmeleitelement
- 34
- Bereich
- 36
- Kanal
- 38
- Durchfluss
- 40
- Schwallwand
- 42
- wärmeleitfähige Schwallwand
- 44
- Füllstandssensor
- 46
- Nut
- 48
- Wand
- 50
- Wand
- 52
- Lochung
- 54
- Hinterschneidung
- 56
- Biegung
- H
- Fahrzeughochrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013210742 A1 [0002]
