DE102018208091A1 - Behälter für ein gefrierbares Fluid zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Behälter für ein gefrierbares Fluid zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Erfindungsgemäß ist ein Behälter für ein Eis bildendes Fluid, zum Zuführen in einen Brennraum oder in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei der Behälter wenigstens eine Schwallwand und/oder wenigstens einen Schwalltopf und wenigstens und eine elektrische Heizeinrichtung zur Beheizung des Fluids besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeirichtung in der Schwallwand und/oder in der Schwalltopfwand eingebaut ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Behälter für ein beim Betrieb einer Brennkraftmaschine verwendbares Fluid nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei mit Dieselkraftstoff betriebenen Verbrennungsmotoren wird zur Reduzierung von Stickoxiden eine Abgasbehandlung auf der Basis der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) durchgeführt. Bei den dazu verwendeten SCR-Abgasreinigungssystemen wird zum Beispiel nach einem Vorkatalysator in den Abgasstrom ein Reduktionsmittel eingespritzt, welches einem im Fahrzeug befindlichen Reduktionsmitteltank entnommen wird. Als Reduktionsmittel kann hierfür eine wässrige Harnstofflösung mit einem Harnstoffanteil von 32,5 Prozent verwendet werden, die bei etwa minus 11 Grad Celsius gefriert. Um das Einfrieren des Reduktionsmittels zu verhindern, sind herkömmliche Reduktionsmitteltanks mit einer Heizeinrichtung ausgestattet.
  • Bei manchen mit Ottokraftstoff betriebenen Verbrennungsmotoren wird Wasser zur Kühlung über die Einspritzanlage mit eingespritzt, um eine Vollastanreicherung des Gemischs vermeiden zu können. Die DE 10 2015 119 204 A1 beschreibt Verfahren und Systeme für eine Motorverdünnungssteuerung über Direkteinspritzung von Wasser aus einem Behälter.
  • Aus der DE 10 2011 108 213 A1 ist ein beheizbarer Behälter zur Verwendung als Reduktionsmitteltank für ein gefrierempfindliches SCR-Reduktionsmittel bekannt. Dieser wird mittels elektrischen Heizelementen beheizt und ist sehr kompliziert aufgebaut, was die Herstellkosten erhöht.
  • Für alle Anwendungen ist es Aufgabe der Erfindung, einen heizbaren Behälter für ein Eis bildendes Fluid, zum Zuführen in einen Kraftstoff- oder Abgasbereich einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, zu schaffen, der auf einfache Weise eine sichere Versorgung des Kraftstoff- oder Abgasbereichs der Brennkraftmaschine mit dem Fluid gewährleistet, insbesondere mit Reduktionsmittel für eine SCR-Abgasanlage oder mit Wasser und dessen elektrische Heizeinrichtung so im Behälter integriert ist, dass sie wenig Bauraum beansprucht.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die abhängigen Ansprüche.
  • Erfindungsgemäß ist ein Behälter für ein Eis bildendes Fluid, zum Zuführen in einen Brennraum oder in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei der Behälter wenigstens eine Schwallwand und/oder wenigstens einen Schwalltopf und wenigstens eine elektrische Heizeinrichtung zur Beheizung des Fluids besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeirichtung in der Schwallwand und/oder in der Schwalltopfwand eingebaut ist.
  • Durch die Integration der elektrischen Heizeinrichtung in eine oder mehrere Schwallwände, wobei diese auch einen Schwalltopf bilden können, wird Bauraum gespart, so dass mehr nutzbares Volumen im Tank vorhanden ist. Außerdem wird das Auftauen des Fluids beschleunigt, da dieses durch die Schwallwände zurück gehalten wird und somit gezielt partiell beheizt wird, ohne sich sofort wieder mit dem Restfluid im Behälter zu mischen.
  • Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens teilweise beheizte Schwallwand und/oder die beheizten Schwallwände im Behälter als Schwalltopf ausgebildet sind. Mit einem solchen Schwalltopf ist es dann vorteilhafterweise möglich, eine bestimmte Menge des Fluids, das von beheizter Schwallwand umgeben ist, gezielt schneller zu erwärmen als den Rest des Fluids im Behältervolumen. Vorteilhafterweise ist eine Auslassöffnung für das Fluid im Behälter, insbesondere über eine Pumpe oder ein Fluid-Förder-Modul, in einem Boden des Behälters, direkt im Schwalltopf eingebracht.
  • Wenn die Schwallwand und/oder der Schwalltopf aus einem wärmeleitenden Schaum bestehen, von dem die elektrische Heizeinrichtung umgeben ist, hat das den Vorteil, dass die Schwallwände oder der Schwalltopf mit der Heizeinrichtung einfach herzustellen und im Behälter einfach und preiswert zu integrieren sind, da solche elektrische Heizeinrichtungen immer mit Kunststoff umspritzt werden müssen, um dem Fluid ausgesetzt werden zu können. Durch Integration der elektrischen Heizeinrichtung in die Schwallwände oder in die Schwalltopfwand ist dieser Schritt nicht mehr nötig und es werden Herstellungskosten gespart.
  • Weitere bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung aus PTC Steinen und/oder aus PTC Paste und/oder aus wenigstens einem elektrischen Widerstand besteht. Dabei kann die elektrische Heizeinrichtung vorteilhafterweise einfach als Flächenheizeinrichtung ausgebildet werden.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung näher dargestellt. Dazu zeigt die einzige Figur in schematischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Behälter für ein flüssiges Additiv zum Zuführen in einen Kraftstoffbereich oder in einen Abgasbereich einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Das Additiv kann zum Beispiel Wasser zum Einspritzen in einen Ottomotor oder eine Harnstofflösung zum Einspritzen in einen Dieselmotor sein.
  • Der in der Figur dargestellte heizbare Behälter 1, der in Einbaulage in einem nicht gezeichneten Kraftfahrzeug dargestellt ist, in der eine Schwerkraftrichtung, Pfeil S, nach unten gerichtet ist, besteht aus einem Oberteil 2 mit einem durch einen Deckel 2" verschlossenen Einfüllstutzen 2' und einem Unterteil 3, die einen Innenraum 8 bilden. Der Einfüllstutzen 2' dient zum Befüllen des Innenraumes 8 des Behälters 1 mit einem Fluid 4. Dabei wird der Behälter 1 mittels einer nicht gezeichneten Entlüftungseinrichtung, zum Beispiel über einen Entlüftungsstutzen, angeschlossen an eine Entlüftungsleitung, mit einem nicht gezeichneten Tauchrohr an deren einem Ende, entlüftet. Es ist auch eine Entnahmevorrichtung zur Entnahme von Fluid 4 aus dem Behälter 1 vorgesehen, um das Fluid 4 einer bestimmungsgemäßen Verwendung zuzuführen. Dies ist beispielsweise eine Abgasbehandlung von Abgasen einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs mit dem Fluid 4, beispielsweise einer wässrigen Harnstofflösung oder Wasser, zur Schadstoffreduktion. Beide möglichen Inhaltsstoffe im Innenraum 8 des Behälters 1 haben die Eigenschaft, bei einer Umgebungstemperatur von ca. -11 Grad Celsius, die Harnstofflösung, bzw. Null Grad Celsius, das Wasser, zu gefrieren. Daher müssen bestimmte Vorkehrungen getroffen werden, um die Abgasnachbehandlung bei allen vorkommenden Umgebungstemperaturen zu ermöglichen.
  • So besteht die Entnahmevorrichtung, an einem Boden 3' des Unterteils 3 des Behälters 1, angebracht an dessen, geodätisch gesehen, tiefster Stelle, aus einem elektrisch betriebenen Fluid-Förder-Modul 6 mit elektrischem Anschluss 6' für dessen Betrieb und Fluidanschluss 6" zur Fluidentnahme hin zur Brennkraftmaschine.
  • Oberteil 2 und Unterteil 3 des Behälters 1 können, wie bei herkömmlichen Behältern, miteinander fluiddicht verschweißt sein und bestehen beispielsweise aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE) oder aus Polypropylen (PP), bevorzugt im Spritzgießverfahren gefertigt. Sowohl das Unterteil 3, als auch das Oberteil 2 nehmen das Fluid 4 bis maximal zur Öffnung des nicht gezeichneten Tauchrohrs auf. Darüber grenzt ein Eiskompensationsvolumen an. Das Fluidvolumen und das Eiskompensationsvolumen addieren sich zum gesamten Behältervolumen des Innenraums 8. Wird der Behälter 1 durch den Einfüllstutzen 2' befüllt, so kann eine im Innenraum 8 des Behälters 1 vorhandene Luft durch das Tauchrohr entweichen bis dieses vom Fluidstand her in das Fluid 4 eintaucht. Danach nicht mehr und die Betankung wird beendet. Das Tauchrohr ist also im Eiskompensationsvolumen im Oberteil 2 des Behälters 1 angeordnet. In gängigen Behältern 1 beträgt das so vorgehaltene Eiskompensationsvolumen beispielsweise 12% des Gesamtvolumens. Gefriert das Fluid 4 im Behälter 1, so bildet sich zunächst eine Eisschicht an den Außenwänden des Behälters 1. Zeitgleich gefriert die Fluidoberfläche 4'. Dabei wird flüssiges Fluid 4 im Inneren eingeschlossen, dessen Druck immer weiter steigt. Schließlich kommt es zur Druckentladung durch Eisaufbruch, der sich gewöhnlich in Richtung einer Fahrzeughochachse in das Eiskompensationsvolumen hinein ausbreitet.
  • Dass, im Falle von gefrorenem Fluid 4, dieses, möglichst schnell, flüssig am Fluidanschluss 6" des Behälters 1 zur Fluidentnahme und Ausgabe über das Fluid-Förder-Modul 6 zur Verfügung steht zur Anwendung in der Brennkraftmaschine oder in der Abgasleitung, ist am Boden 3', um das Fluid-Förder-Modul 6 herum, ein Schwalltopf 7 aus Schwallwänden 7', 7", 7'" angebracht, in die jeweils eine elektrische Heizeirichtung 9', 9", 9'" eingebaut ist. So wird jede Schwallwand 7', 7", 7'" zu einer Flächenheizeinrichtung, zum Beispiel gebildet aus nicht gezeichneten PTC Steinen und/oder aus nicht gezeichneter PTC Paste und/oder aus wenigstens einem nicht gezeichneten elektrischen Widerstand pro Schwallwand 7', 7", 7"'. Es ist aber auch möglich, dass der Schwalltopf 7 aus einer einzelnen, um das Fluid-Förder-Modul 6 umlaufenden und eventuell über ihren Umfang geschlossen ausgebildeten Schwallwand gebildet ist.
  • Die Schwallwände 7', 7", 7'" und/oder der Schwalltopf 7 können auch aus einem nicht gezeichneten wärmeleitenden Schaum bestehen, von dem die elektrische Heizeinrichtung 9', 9", 9"',umgeben ist, die über elektrische Leitungen 11, oder nicht gezeichnete elektrische Steckverbindungen, durch den Boden 3' des Behälters 1 mit elektrischem Strom versorgt wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015119204 A1 [0003]
    • DE 102011108213 A1 [0004]

Claims (5)

  1. Behälter (1) für ein Fluid (4), zum Zuführen in einen Brennraum oder in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei der Behälter (1) wenigstens eine Schwallwand (7', 7", 7"') und/oder wenigstens einen Schwalltopf (7) und wenigstens eine elektrische Heizeinrichtung (9',9", 9''') zur Beheizung des Fluids (4) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeirichtung (9',9", 9''') in der Schwallwand (7', 7", 7"') und/oder in der Schwalltopfwand (7) eingebaut ist.
  2. Behälter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schwallwand (7', 7", 7''') im Behälter (1) als Schwalltopf (7) ausgebildet ist.
  3. Behälter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwallwand (7', 7", 7''') aus einem wärmeleitenden Schaum besteht, von dem die elektrische Heizeinrichtung (9', 9", 9''') umgeben ist.
  4. Behälter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung (9', 9", 9''') aus PTC Steinen und/oder aus PTC Paste und/oder aus wenigstens einem elektrischen Widerstand besteht.
  5. Behälter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung (9', 9", 9''') als Flächenheizeinrichtung ausgebildet ist.
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