DE102017207068A1

DE102017207068A1 - Dieselabgasfuidsystem

Info

Publication number: DE102017207068A1
Application number: DE102017207068.4A
Authority: DE
Inventors: Ryan Kruse; Francis J. Lahey; Mark D. Benedict; Douglas J. Send; Paul Wantschik; Eric Nohr; Paul Riffel; Jonathan COPELAND
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2018-04-05
Also published as: US10371030B2; US20180094562A1

Abstract

Ein Abgasreinigungssystem enthält einen Tank, um ein Fluid zu speichern, und eine Befestigungsplatte, die mit dem Tank gekoppelt ist. Eine Leitvorrichtung ist innerhalb des Tanks unter der Befestigungsplatte positioniert. Die Leitvorrichtung weist eine Außenwand auf, die einen inneren Hohlraum und eine Öffnung definiert. Ein Sensor ist in dem inneren Hohlraum zum Detektieren eines Zustands des Fluids positioniert. Ein Zuführkanal erstreckt sich durch die Befestigungsplatte in den Tank. Ein Rückführkanal erstreckt sich durch die Befestigungsplatte in den Tank und weist einen Auslass auf, der zum Abführen eines Rückführfluids unter der Öffnung und außerhalb der Leitvorrichtung und des inneren Hohlraums positioniert ist.

Description

Gebiet
Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen ein System zum Aufbereiten von Abgas in einem internen Verbrennungsmotor.
Hintergrund
Dieselmotoren sind das bevorzugte Mittel zum Erzeugen von Drehmoment zur Verwendung in einem großen Bereich von Anwendungen, die von Transport, wie zum Beispiel Schwerlastkraftwagen und Zügen, geländefähigen landwirtschaftlichen und Bergbaugeräten, bis zu Erzeugung von Elektrizität vor Ort im großen Maßstab reichen. Dieselmotoren arbeiten bei hohen Innentemperaturen, die dazu führen können, dass sich zumindest ein Teil des im Motor vorhandenen Stickstoffs im Moment der Verbrennung mit Sauerstoff verbindet, um Stickoxide zu bilden (einschließlich NO und NO₂). Stickoxide verbinden sich leicht mit flüchtigen organischen Verbindungen in der Atmosphäre zur Bildung von Smog und werden als Schadstoff betrachtet. Praktisch jede Industrienation regelt die Werte von Stickoxiden, die rechtlich in die Atmosphäre abgeführt werden können.
Die Emission von Stickoxiden kann zum Beispiel durch Verwendung von selektiver katalytischer Reduktion (SCR) reduziert werden, die Dosieren eines Reduktionsmittels (im Allgemeinen Dieselabgasfluid (DEF – Diesel Exhaust Fluid)) in Motorabgas, bevor es durch einen Katalysator beaufschlagt wird, umfasst. Das DEF reduziert Stickoxidemissionen durch Umwandeln der Stickoxide in Nebenprodukte, die weniger schädlich sind. Typische Auslasssysteme können ein Steuersystem zum Einspritzen des DEF aus einem Tank oder Behälter in das Abgas enthalten.
Zusammenfassung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält ein Abgasreinigungssystem einen Tank zum Speichern eines Fluids. Eine Befestigungsplatte ist mit dem Tank gekoppelt. Eine Leitvorrichtung ist unter der Befestigungsplatte im Tank positioniert. Die Leitvorrichtung weist eine Außenwand auf, die einen inneren Hohlraum und eine Öffnung definiert. Ein Sensor ist im inneren Hohlraum zum Detektieren eines Zustands des Fluids positioniert. Ein Zuführkanal erstreckt sich durch die Befestigungsplatte in den Tank. Ein Rückführkanal erstreckt sich durch die Befestigungsplatte in den Tank und weist einen Auslass auf, der zum Abführen eines Rückführfluids unter der Öffnung und außerhalb der Leitvorrichtung und des inneren Hohlraums positioniert ist.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel enthält ein Abgasreinigungssystem einen Tank zum Speichern eines Fluids. Eine Leitvorrichtung ist im Tank positioniert. Die Leitvorrichtung weist eine Außenwand auf, die einen inneren Hohlraum und eine Öffnung definiert. Ein Sensor ist im inneren Hohlraum zum Detektieren eines Zustands des Fluids positioniert. Ein Zuführkanal erstreckt sich in den Tank. Ein Rückführkanal erstreckt sich in den Tank und weist einen Auslass auf, der zum Abführen des Fluids unter der Öffnung und vom inneren Hohlraum weg positioniert ist.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel enthält ein Abgasreinigungssystem einen Injektor zum Einleiten eines Fluids in einen Abgasstrom, eine Zuführvorrichtung zum Zuführen von Fluid zum Injektor und einen Tank zum Speichern des Fluids. Eine Leitvorrichtung ist im Tank positioniert, wobei die Leitvorrichtung eine Außenwand aufweist, die einen inneren Hohlraum und eine Öffnung definiert. Ein Sensor ist im inneren Hohlraum zum Detektieren eines Zustands des Fluids positioniert. Ein Zuführkanal erstreckt sich in den Tank, um der Zuführvorrichtung Fluid aus dem Tank zuzuführen. Ein Rückführkanal erstreckt sich in den Tank, um Fluid aus der Zuführvorrichtung zu dem Tank zurückzuführen. Der Rückführkanal erstreckt sich durch die obere Öffnung und durch die Außenwand der Leitvorrichtung und weist einen Auslass auf, der zum Abführen des Fluids außerhalb der Leitvorrichtung positioniert ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Aspekte und Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele gehen aus der Beschreibung dieser Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher hervor, wobei:
1 eine schematische Ansicht eines beispielhaften Dieselabgasfluidzuführsystems ist;
2 eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Dieselabgasfluidtanks und Einsatzes ist;
3 eine Schnittansicht von 2 entlang Linie 3-3 ist;
4 eine perspektivische Draufsicht des Einsatzes von 1 mit entfernter Leitvorrichtung ist;
5 eine perspektivische Ansicht der rechten Seite von 4 ist;
6 eine perspektivische Ansicht der linken Seite von 4 ist;
7 eine perspektivische Rückansicht von 4 ist;
8 eine perspektivische Seitenteilansicht des Einsatzes ist, die das sich durch die Leitvorrichtung erstreckende Rückführrohr zeigt; und
9 eine perspektivische Vorderteilansicht des Einsatzes ist, die das sich durch die Leitvorrichtung erstreckende Rückführrohr zeigt.
Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines DEF-Zuführsystems 10, das einen Tank 12 zum Speichern des DEF-Fluids und ein Zuführmodul 14 zum Pumpen des DEF-Fluids aus dem Tank 12 und seinem Zuführen zu einem Injektor 16 enthält. Eine Zuführleitung 18 stellt Fluid aus dem Tank 12 für das Zuführmodul 14 bereit, und eine Druckleitung 20 stellt Fluid aus dem Zuführmodul 14 für den Injektor 16 bereit. Das Zuführmodul 14 dosiert basierend auf den Motoranforderungen eine bestimmte Menge von DEF-Fluid zum Injektor 16, und jegliches nicht verwendetes DEF-Fluid wird über eine Rückführleitung 22 zum Tank 12 zurückgeführt.
2–9 zeigen ein Ausführungsbeispiel für einen Tank 110 zur Verwendung mit einem DEF-Abgabesystem und einem Einsatz 112, der sich in den Tank 110 erstreckt. Der Tank 110 weist mehrere Außenwände 114 auf, die eine Kammer 116 zum Halten des DEF-Fluids definieren. Der Einsatz 112 enthält eine Platte 118, eine Leitvorrichtung 120 und eine(n) oder mehrere Fluidkanäle und Sensorkomponenten, von denen Beispiele unten beschrieben werden. Die Größe, die Form und die Konfiguration des Tanks 110 und der verschiedenen Einsatzkomponenten können in Abhängigkeit von der Art des Fahrzeugs und der Motoranforderungen variiert werden.
Wie am besten in den 2 und 3 gezeigt, weist die Platte 118 einen oberen Flansch 122, der zumindest teilweise an einer Außenfläche des Tanks 110 anliegt, oder eine am Tank positionierte Dichtung auf. Die Platte 118 weist auch ein oberes Gehäuse 124, das im Wesentlichen in der Mitte der Platte 118 positioniert ist, und einen Satz von Öffnungen, die sich durch die Platte 118 in den Tank 110 erstreckende Kanäle positionieren, auf. Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthalten die Kanäle eine Fluidzuführleitung 126, eine Fluidrückführleitung 128, einen Heizfluideinlass 130 und einen Heizfluidauslass 132.
Schläuche, Rohre und andere Röhrenglieder (nicht gezeigt) können mit den Kanälen verbunden sein, um Fluid zu und von anderen stromabwärtigen oder stromaufwärtigen Komponenten zu bringen.
Wie in 3 gezeigt, erstreckt sich die Leitvorrichtung 120 unter der Platte 118 in den Tank 110 und weist eine Außenwand 134 auf, die einen inneren Hohlraum definiert. Die Leitvorrichtung 120 enthält einen oberen Abschnitt 136, einen mittleren Abschnitt 138 und einen unteren Abschnitt 140. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der obere Abschnitt 136 schmaler als der mittlere Abschnitt 138 und der untere Abschnitt 140, obgleich die Abschnitte auch einen konstanten Durchmesser aufweisen können. Die Leitvorrichtung 120 wird durch ein oder mehrere Befestigungselemente 142, die die Leitvorrichtung 120 zum Beispiel durch eine Halterung mit der Platte 118 oder anderen Komponenten verbinden können, in Position gehalten. Eine Verbindung durch die Befestigungselemente 142 kann auch ein Verschmälern oder Ballen des Leitvorrichtungsmaterials 120 verursachen. In einem Ausführungsbeispiel ist die Leitvorrichtung 120 aus einem porösen Material, zum Beispiel aus einem vliesförmigen Filz aus Polypropylen, hergestellt. Die Größe der Poren und die Art des Materials kann genauso wie die Größe, die Form und die Konfiguration der Leitvorrichtung 120 in Abhängigkeit beispielsweise von dem Fluid und den Motoranforderungen variiert werden.
Die 4–7 zeigen einen Satz von beispielhaften Komponenten, die in dem inneren Hohlraum der Leitvorrichtung 120 positioniert sind. Die Komponenten können Verlängerungen der Fluidkanäle enthalten, die sich durch die Platte 118 erstrecken. Der Zuführkanal 126 weist zum Beispiel einen unteren Teil 144 auf, der sich in den inneren Hohlraum der Leitvorrichtung 120 erstreckt. Eine Öffnung in dem unteren Teil 144 des Zuführkanals 126 gestattet es dem DEF-Fluid, aus dem inneren Hohlraum zu einer oder mehreren stromabwärtigen Komponenten zu strömen. Ein Filter 146 kann auch in oder unter dem inneren Hohlraum positioniert sein, um das in den Zuführkanal 126 eintretende DEF zu filtern. In einem Ausführungsbeispiel kann die Leitvorrichtung 120 mit mindestens einem Teil des Filters 146 verbunden sein oder sich um diesen herum erstrecken. Der Heizfluideinlass und -auslass 130, 132 sind mit einer Heizspule 148 verbunden, die sich spiralförmig in der Leitvorrichtung 120 erstreckt.
Die inneren Komponenten können auch einen oder mehrere Sensoren enthalten. Zum Beispiel erstreckt sich ein Niveausensor 150 mit einem Schwimmer 152, der beweglich mit einem Schaft 154 verbunden ist, unter der Platte 118 und kann einen Leiter (nicht gezeigt) enthalten, der sich in das Gehäuse 124 erstreckt, um Signale für eine Steuereinheit (nicht gezeigt) bereitzustellen. Ein Fluidkonzentrationssensor 156 enthält einen piezoelektrischen Ultraschallwandler 158 und einen Reflektor 160. Der Wandler 158 wirkt sowohl als Sender als auch Empfänger. Das piezoelektrische Element vibriert, um ein akustisches Signal zu erzeugen, das sich durch das Fluid zum Reflektor 160 bewegt. Das Signal wird vom Reflektor 160 zurückgeworfen und bewegt sich zum Wandler 158 zurück. Die Laufzeit des Signals kann zum Beispiel über einen Leiter, der sich durch einen Sensorkanal 161 zu dem Verbindungsgehäuse 124 erstreckt, an eine Steuereinheit ausgegeben werden. Die Laufzeit des Signals wird dazu verwendet, die Konzentration des Fluids zu messen, beispielsweise das Vorhandensein von irgendwelchen Verunreinigungen zu bestimmen. Wenn Verunreinigungen gefunden werden, kann eine Warnung an einen Bediener gesendet werden. Verunreinigungen können andere Fluide, wie zum Beispiel Wasser, Diesel, Frostschutzmittel und Öle, oder Feststoffe, wie zum Beispiel Staub und andere Schmutzteilchen, enthalten. Die Heizspule 148 kann sich zumindest teilweise um den Konzentrationssensor 156 herum erstrecken und kann mit der Leitvorrichtung verbunden sein, um die Auswirkung von gefrorenen Fluidpartikeln auf die Genauigkeit der Messwerte des Konzentrationssensors 156 zu begrenzen oder einzuschränken.
Wie am besten in den 5 und 6 gezeigt, erstreckt sich die Rückführleitung 128 unter der Platte 118 und enthält einen ersten Abschnitt 162 und einen zweiten Abschnitt 164, der sich in einem Winkel von dem ersten Abschnitt 162 erstreckt. Der erste und der zweite Abschnitt 162, 164 können durch ein Kniestück verbunden sein, das den ersten Abschnitt 162 von dem zweiten Abschnitt 164 weg biegt. Eine Halterung 166 unterstützt das Positionieren und Festhalten der Rückführleitung 128, obgleich andere Befestigungselemente und Stützen verwendet werden können. Wie am besten in den 8 und 9 gezeigt, erstreckt sich die Rückführleitung 128 durch die Leitvorrichtung 120 zur Bereitstellung eines Auslasses für das Rückführfluid, das sich außerhalb des inneren Hohlraums der Leitvorrichtung 120 befindet. Es können in der Leitvorrichtung 120 eine Öffnung oder ein Schlitz zur Aufnahme der Rückführleitung 128 vorgesehen sein. In dem Ausführungsbeispiel erstreckt sich der abgewinkelte zweite Abschnitt 164 durch die Leitvorrichtung 120 zum Leiten des Stroms der Rückführleitung von der Leitvorrichtung 120 und dem inneren Hohlraum weg.
Im Betrieb wird DEF-Fluid aus dem Tank 110 nach Bedarf aus dem inneren Hohlraum der Leitvorrichtung 120 durch die Fluidzuführleitung 126 und zu einer stromabwärtigen Komponente, zum Beispiel dem in 1 gezeigten DEF-Zuführmodul 14, gepumpt. Jegliches DEF-Fluid, das dem Abgasstrom nicht zugeführt wird, wird durch die Rückführleitung 128 zum Tank 110 zurückgeführt. Das zum Tank 110 zurückgeführte DEF-Fluid kann belüftet werden und kann deshalb Luft in das im Tank 110 gelagerte DEF-Fluid einspeisen. Das Einspeisen von Luft kann Ungenauigkeiten bei den Messwerten vom Fluidkonzentrationssensor 156 verursachen, indem die Stärke des Signals und die Signallaufzeit beeinflusst werden. Durch Verlängern der Rückführleitung 128 durch die Leitvorrichtung 120 wird verhindert, dass sich Luft auf den Konzentrationssensors 156 auswirkt. Jegliche im Fluid vorhandene Luft wird abgeleitet, bevor sie den Sensor 156 erreicht, und die Leitvorrichtung 120 kann das Verhindern, dass belüftetes Fluid in den inneren Hohlraum eintritt, unterstützen, was im Gebrauch zu genaueren und konstanteren Konzentrationsmesswerten führt. Darüber hinaus kann das DEF-Rückführfluid eine andere Temperatur als das im Tank 110 gelagerte Fluid haben, was zu Temperaturschwankungen führt, wenn das Fluid zurückgeführt wird. Diese Temperaturschwankungen können auch ungenaue Sensormesswerte verursachen. Dadurch, dass sich die Rückführleitung 128 durch die Leitvorrichtung 120 erstreckt, werden Temperaturschwankungen am Konzentrationssensor 156 reduziert oder eliminiert.
Die vorhergehende detaillierte Beschreibung der bestimmten Ausführungsbeispiele ist zum Zwecke der Erläuterung der allgemeinen Grundzüge und praktischen Anwendung dargelegt worden, wodurch anderen Fachleuten ermöglicht wird, die Offenbarung für verschiedene Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen, wie sie für die bestimmte in Betracht gezogene Verwendung geeignet sind, zu verstehen. Die vorliegende Beschreibung soll nicht zwangsweise erschöpfend sein oder die Offenbarung auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränken. Jegliche der Ausführungsformen und/oder Elemente, die hierin offenbart werden, können mit anderen kombiniert werden, um verschiedene zusätzliche Ausführungsformen zu bilden, die nicht speziell offenbart werden. Demgemäß sind zusätzliche Ausführungsformen möglich und sollen innerhalb dieser Beschreibung und des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche mit umfasst werden. Die Beschreibung beschreibt spezielle Beispiele zum Erreichen eines allgemeineren Ziels, das auf andere Weise erreicht werden kann.
Wie in dieser Anmeldung verwendet, sollen die Begriffe ”vordere(r)”, ”hintere(r)”, ”obere(r)”, ”untere(r)”, ”nach oben”, ”nach unten” und andere Ausrichtungsdeskriptoren die Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung erleichtern und sollen die Struktur der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung nicht auf irgendeine bestimmte Position oder Ausrichtung einschränken. Begriffe hinsichtlich eines Grads, wie zum Beispiel ”im Wesentlichen” oder ”ungefähr” beziehen sich gemäß dem Verständnis durch den Durchschnittsfachmann auf angemessene Bereiche außerhalb des gegebenen Werts, zum Beispiel allgemeine Toleranzen, die mit der Herstellung, Montage und der Verwendung der beschriebenen Ausführungsformen verbunden sind.

Claims

Abgasreinigungssystem, umfassend: einen Tank zum Speichern eines Fluids; eine Befestigungsplatte, die mit dem Tank gekoppelt ist; eine Leitvorrichtung, die unter der Befestigungsplatte im Tank positioniert ist, wobei die Leitvorrichtung eine Außenwand aufweist, die einen inneren Hohlraum und eine Öffnung definiert; einen Sensor, der im inneren Hohlraum zum Detektieren eines Zustands des Fluids positioniert ist; einen Zuführkanal, der sich durch die Befestigungsplatte in den Tank erstreckt; und einen Rückführkanal, der sich durch die Befestigungsplatte in den Tank erstreckt und einen Auslass aufweist, der zum Abführen des Fluids unter der Öffnung und außerhalb der Leitvorrichtung und des inneren Hohlraums positioniert ist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, wobei sich der Rückführkanal durch die Öffnung und durch die Außenwand der Leitvorrichtung erstreckt.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 2, wobei die Leitvorrichtung einen oberen Teil und einen unteren Teil enthält, und wobei sich der Rückführkanal durch den oberen Teil der Leitvorrichtung erstreckt.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Niveausensor, der im inneren Hohlraum der Leitvorrichtung positioniert ist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Heizspule, die im inneren Hohlraum der Leitvorrichtung positioniert ist und einen Einlass und einen Auslass aufweist, die sich durch die Befestigungsplatte erstrecken.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, wobei der Sensor dazu konfiguriert ist, unter Verwendung einer piezoelektrischen Einrichtung die Konzentration des Fluids zu detektieren.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, wobei die Leitvorrichtung ein poröses Material enthält.
Abgasreinigungssystem, umfassend: einen Tank zum Speichern eines Fluids; eine Leitvorrichtung, die im Tank positioniert ist, wobei die Leitvorrichtung eine Außenwand aufweist, die einen inneren Hohlraum und eine Öffnung definiert; einen Sensor, der im inneren Hohlraum zum Detektieren eines Zustands des Fluids positioniert ist; einen Zuführkanal, der sich in den Tank erstreckt; und einen Rückführkanal, der sich in den Tank erstreckt und einen Auslass aufweist, der zum Abführen des Fluids unter der Öffnung und weg von dem inneren Hohlraum positioniert ist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 8, wobei sich der Rückführkanal durch die obere Öffnung und durch die Außenwand der Leitvorrichtung erstreckt.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 9, wobei der Rückführkanal einen ersten Abschnitt, der im Tank positioniert ist, und einen zweiten Abschnitt, der sich in einem Winkel bezüglich des ersten Abschnitts und durch die Außenwand der Leitvorrichtung erstreckt, umfasst.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 8, wobei sich der Zuführkanal in den inneren Hohlraum der Leitvorrichtung erstreckt.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 8, wobei die Leitvorrichtung ein Gewebematerial umfasst.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 8, wobei der Sensor dazu konfiguriert ist, die Konzentration des Fluids zu detektieren.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 8, ferner umfassend eine Heizkomponente, die zumindest teilweise innerhalb des inneren Hohlraums der Leitvorrichtung positioniert ist.
Abgasreinigungssystem, umfassend: einen Injektor zum Einleiten eines Fluids in einen Abgasstrom; eine Zuführvorrichtung zum Zuführen von Fluid zum Injektor; einen Tank zum Speichern des Fluids; eine Leitvorrichtung, die im Tank positioniert ist, wobei die Leitvorrichtung eine Außenwand aufweist, die einen inneren Hohlraum und eine Öffnung definiert; einen Sensor, der im inneren Hohlraum zum Detektieren eines Zustands des Fluids positioniert ist; einen Zuführkanal, der sich in den Tank erstreckt, um Fluid von dem Tank zu der Zuführvorrichtung zu führen; und einen Rückführkanal, der sich in den Tank erstreckt, um Fluid von der Zuführvorrichtung zum Tank zurückzuführen, wobei sich der Rückführkanal durch die obere Öffnung und durch die Außenwand der Leitvorrichtung erstreckt und einen Auslass aufweist, der zum Abführen des Fluids außerhalb der Leitvorrichtung positioniert ist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 15, wobei die Leitvorrichtung einen oberen Teil mit einem ersten Durchmesser und einen unteren Teil mit einem zweiten Durchmesser, der größer als der erste Durchmesser ist, enthält, und wobei sich der Rückführkanal durch den oberen Teil der Leitvorrichtung erstreckt.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 15, ferner umfassend eine Heizspule, die im inneren Hohlraum der Leitvorrichtung positioniert ist, und einen Niveausensor, der im inneren Hohlraum der Leitvorrichtung positioniert ist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 15, wobei der Sensor dazu konfiguriert ist, unter Verwendung einer piezoelektrischen Vorrichtung die Konzentration des Fluids zu detektieren.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 15, wobei die Leitvorrichtung ein nichtgewebtes Material mit einer Öffnung zur Aufnahme des Rückführkanals enthält.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 15, wobei der Injektor, die Zuführvorrichtung und der Tank an einem industriellen Fahrzeug positioniert sind.