DE112016005569T5

DE112016005569T5 - Filtersystem und Filterverfahren für Fluidvorratsbehälter

Info

Publication number: DE112016005569T5
Application number: DE112016005569.2T
Authority: DE
Inventors: Shawn Herold; Matthew F. Fahrenkrug; Jason W. Hudgens; Theron J. Cassidy
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2016-01-06
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2018-09-06
Also published as: WO2017120040A1; US20170189837A1; CN108463617A

Abstract

Ein Fluidvorratsbehälter (200), in dem ein fließfähiges Reduktionsmittel untergebracht werden kann, das in einem SCR-Abgasbehandlungsprozess verwendet wird, kann verschiedene Arten oder Designs von Schlauchfiltern (262) zum Filtern von Schmutzteilchen und Verunreinigungen aus dem Reduktionsmittel, bevor dieses aus dem Vorratsbehälter (200) ausgeleitet wird, aufweisen. Um den Schlauchfilter (262) an einer Kopfbaugruppe (202) zu sichern, in der die verschiedenen Einlass- und Auslassrohre untergebracht sind, ist der Schlauchfilter (262) in einem Aspekt so ausgelegt, dass er um einen Kopfvorsprung (254) passt, der von der Kopfbaugruppe (202) vorragt und in das Vorratsbehältervolumen (204) vorsteht. Es können verschiedene Konfigurationen für den Schlauchfilter (262) verwendet werden, um den Schlauchfilter (262) am Kopfvorsprung (254) auf solche Weise zu sichern, dass die Rohre der Kopfbaugruppe (202) vom Rest des Vorratsbehältervolumens (204) isoliert werden, um zu verhindern, dass lose Teilchen und dergleichen ungewollt aus dem Vorratsbehälter (200) herausgeholt werden.

Description

Technisches gebiet
Diese Offenbarung betrifft allgemein Abgabesysteme für Dieselabgasfluide, die in Verbindung mit Motoremissionsbegrenzungssystemen verwendet werden, und genauer ein Filtersystem und ein Filterverfahren zur Verwendung mit Reduktionsmittelabgabesystemen.
Hintergrund
Ein bekanntes Verfahren für die Verringerung bestimmter Bestandteile in einem Dieselmotorabgas ist die Verwendung eines Abgasnachbehandlungssystems, das eine selektive katalytische Reduktion (selective catalytic reduction, SCR) von Stickoxiden anwendet. In einem typischen SCR-System wird ein fließfähiges Reduktionsmittel, das manchmal als Dieselabgasfluid (diesel exhaust fluid, DEF) bezeichnet wird und das Harnstoff oder eine auf Harnstoff basierende Wasserlösung enthalten kann, mit Abgas gemischt, bevor dieses an einem geeigneten Katalysator bereitgestellt wird. In manchen Anwendungen wird das Reduktionsmittel durch eine spezielle Einspritzdüse direkt in eine Abgasleitung eingespritzt. Im Falle von Harnstoff mischt sich das eingespritzte Reduktionsmittel mit Abgas und spaltet sich auf, wodurch Ammoniak (NH3) im Abgasstrom bereitgestellt wird. Der Ammoniak reagiert dann an einem Katalysator mit Stickoxiden (NO_x) im Abgas, wodurch Stickstoffgas (N₂) und Wasser (H₂O) bereitgestellt werden.
Es leuchtet ein, dass SCR-Systeme das Vorhandensein irgendeiner Art von Reduktionsmittel erfordern, das sich ausreichend nahe am Motorsystem befindet, damit der Motor im Betrieb ständig gespeist werden kann. Es sind verschiedene Arten von Reduktionsmittelabgabesystemen bekannt, die in Motoranwendungen verwendet werden. In bekannten Reduktionsmitteleinspritzsystemen ist ein Vorratsbehälter an einem Fahrzeug installiert, der als Behältnis für das Reduktionsmittel dient, welches aus dem Vorratsbehälter geholt und in abgemessenen Mengen an das Motorabgassystem abgegeben wird. Der Vorratsbehälter weist ein endliches Harnstofffassungsvermögen auf, so dass eine regelmäßige Auffüllung des Reduktionsmittels im Vorratsbehälter erforderlich ist. In bestimmten Anwendungen, beispielsweise im Bergbau, im Bauwesen, in der Landwirtschaft und auf anderen Anwendungsgebieten, kann das Auffüllen des Reduktionsmittels in der Arbeitsumgebung der Maschine durchgeführt werden. Solche Auffüllungs- oder Ergänzungsarbeiten werden typischerweise dadurch durchgeführt, dass man das Reduktionsmittel durch eine abnehmbare Vorratsbehälterabdeckung in den Vorratsbehälter ausgibt. Es leuchtet ein, dass Schmutz und andere lose Teilchen in den Vorratsbehälter fallen können, insbesondere während Auffüllungsarbeiten, was Probleme machen kann, wenn der Schmutz und/oder die losen Teilchen in eine Pumpe gesaugt werden, die Reduktionsmittel aus dem Vorratsbehälter holt, und/oder mit dem Reduktionsmittel an die Reduktionsmitteleinspritzdüse abgegeben werden, die typischerweise schmale Zwischenräume und kleine Einspritzöffnungen aufweist, die durch die losen Teilchen verklebt oder verstopft werden können.
Bisher wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen, um das Vorkommen von losen Teilchen innerhalb eines Reduktionsmittelvorratsbehälters zu verringern. Die meisten dieser Lösungen schlagen das Hinzufügen eines Filtermediums zu einer Einfüllöffnung des Vorratsbehälters oder das Hinzufügen von Filtern auf einer Linie mit einer Reduktionsmittelspeiseleitung innerhalb des Systems an einer Stelle stromaufwärts von einer Reduktionsmittelpumpe und/oder vor der Reduktionsmitteleinspritzdüse vor. Solche bekannten Lösungen stellen jedoch gewisse Herausforderungen dar. Zum Beispiel kann ein Filter, das an einem Einlass des Behälters angeordnet ist, das schnelle Befüllen des Behälters behindern, das aber erwünscht ist, insbesondere deshalb, weil ein in die Länge gezogener Auffüllprozess profitable Betriebszeit der Maschine kosten kann. Darüber hinaus sind die wässrigen Bestandteile der Reduktionsfluide anfällig für thermische Einflüsse, beispielsweise für eine Zersetzung bei hohen Temperaturen oder ein Erstarren bei tiefen Temperaturen, was ihr Vorhandensein in längeren Inline-Speisewegen und/oder Filtern wegen der Kristallisationswirkungen und/oder des Gefrierens innerhalb des Filters unerwünscht macht. Solche Bedingungen, welche die Hinzufügung von Heizungen und/oder anderen Temperatursteuervorrichtungen erfordern, die den Reduktionsmittelspeisesystemen hinzugefügt werden müssen, erhöhen die Kosten und die Komplexität dieser Systeme.
Kurzdarstellung
Die Offenbarung beschreibt in einem Aspekt einen Schlauchfilter, der in einem Vorratsbehälter angeordnet werden kann, um ein flüssiges Reduktionsmittel, das im Vorratsbehälter enthalten ist, zu filtern. Der Schlauchfilter kann einen Stützring aus relativ starrem Material und einen Filterstrumpf aus Filtermaterial aufweisen, der sich im Vergleich zum Stützring durch relative Nachgiebigkeit auszeichnet. Der Filterstrumpf weist eine längliche Konfiguration auf, die ein geschlossenes Ende, ein dazu entgegengesetztes offenes Ende und einen röhrenförmigen Abschnitt aufweist, der sich zwischen dem geschlossenen Ende und dem offenen Ende erstreckt. Das offene Ende bedingt eine Schlauchöffnung und weist einen Saum aus Filtermaterial auf, der über den Stützring gelegt und am röhrenförmigen Abschnitt befestigt ist, um den Stützring am Schlauchfilter zu sichern.
In einem anderen Aspekt beschreibt die Offenbarung einen Vorratsbehälter für flüssiges Reduktionsmittel, das für eine Abgasbehandlung verwendet wird. Der Vorratsbehälter weist einen Vorratsbehälterkörper auf, der ein Vorratsbehältervolumen bedingt. Um einen Kopf aufnehmen zu können, in dem Speise- und Rückführrohre angeordnet sind, weist der Vorratsbehälter ferner eine Kopföffnung auf, die durch einen Vorratsbehälterkranz bedingt wird, der eine absatzartige Struktur am Übergang zwischen Vorratsbehälteräußerem und Vorratsbehälterkranz bildet. Die Kopfbaugruppe weist einen Kopf auf mit einem Kopfflansch und einem Kopfvorsprung, der vom Kopfflansch vorsteht und in seiner Form der Kopföffnung entspricht und darin aufgenommen werden kann. Ein Schlauchfilter weist einen Stützring und einen Filterstrumpf aus Filtermaterial auf, der ein geschlossenes Ende und ein offenen Ende aufweist, das eine Schlauchöffnung bedingt. Um die Schlauchöffnung herum kann ein Saum aus Filtermaterial vorhanden sein, der über den Stützring gelegt und wieder am Filterstrumpf befestigt ist. Der Stützring und der Schlauch sind so gestaltet, dass sie eng um den Kopfvorsprung passen, um sie zwischen dem Vorratsbehälterkranz und dem Kopfflansch anordnen zu können, um den Schlauchfilter an der Kopfbaugruppe zu sichern.
In einem noch anderen Aspekt beschreibt die Offenbarung eine Kombination aus Filterflansch/Schlauchfilter zur Einführung in einen Vorratsbehälter, der Reduktionsfluid für eine Abgasbehandlung enthält. Der Schlauchfilter/Filterflansch weist einen Filterflansch mit einem Hülsenrahmen von zylindrischer Form auf, der einen zentralen Leerraum und eine Achsenlinie bedingt. Der Filterflansch weist ferner einen ringförmigen Flansch auf, der sich senkrecht zu einem ersten Ende des Hülsenrahmens und konzentrisch zum zentralen Leerraum erstreckt. Die Filterflansch/Schlauchfilter-Kombination weist ferner einen Schlauchfilter aus nachgiebigem Filtermaterial auf mit einem geschlossenen Ende und einem offenen Ende, das entgegengesetzt zum geschlossenen Ende angeordnet ist. Für das Zusammensetzen der Filterflansch/Schlauchfilter-Kombination bedingt das offene Ende des Schlauchfilters eine Schlauchöffnung, die an der zylindrischen Hülse befestigt wird.
Figurenliste

1 ist eine schematische Blockzeichnung eines Verbrennungsmotors, der mit verschiedenen Abgasnachbehandlungssystemen verbunden ist, einschließlich eines SCR-Systems gemäß der Offenbarung.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Reduktionsmittelvorratsbehälters für die Unterbringung eines Reduktionsmittelfluids, der vom SCR-System von 1 isoliert ist.
3 ist eine Querschnittsplanansicht des Reduktionsmittelvorratsbehälters entlang der Linie 3-3 von 2 und stellt die inneren Komponenten des Vorratsbehälters dar.
4 ist eine perspektivische Ansicht einer Kopfbaugruppe, in der die Fluideinlässe und -auslässe des Reduktionsmittelvorratsbehälters untergebracht sind, wobei an der Kopfbaugruppe ein Schlauchfilter befestigt ist, der dafür ausgelegt ist, teilweise in den Vorratsbehälter eingeführt zu werden.
5 ist eine Querschnittsansicht eines Vorratsbehälters, wobei ein Abschnitt des Schlauchfilters zwischen der Innenfläche der Kopfbaugruppe und dem Vorratsbehälterflansch angeordnet ist.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Schlauchfilters mit einem Stützring, der vom offene Ende des Schlauchfilters umsäumt ist und der dafür ausgelegt ist, den Schlauchfilter in den Vorratsbehälter zu hängen.
7 ist eine perspektivische Ansicht des Stützrings einschließlich einer radialen Lücke, die so ausgelegt ist, dass sie eine radiale Stauchung und Aufweitung des Stützring ermöglicht.
8 ist eine Querschnittsansicht des Schlauchfilters und der Dichtung von 6, die nach dem Zusammensetzen zwischen einer Grenzfläche zwischen Vorratsbehälter und der Kopfbaugruppe angeordnet ist.
9 ist eine perspektivische Ansicht des Schlauchfilters von 7, der in einer Vorratsbehälter-/Kopföffnung des Vorratsbehälters angeordnet ist, mit einer Dichtung, die konzentrisch um das offene Ende des Schlauchfilters herum angeordnet ist.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines Filterflansches mit einer Hutform oder -kontur, der ein Bestandteil des Schlauchfilters sein kann, um den Schlauchfilter im Vorratsbehälter zu sichern.
11 ist eine perspektivische Ansicht des Filterflansches von 10, der am Schlauchfilter gesichert ist, der vom Filterflansch nach unten ragt.
12 ist eine Schnittansicht eines Vorratsbehälters, wobei der Filterflansch an der Grenzfläche zwischen der Kopfbaugruppe und der Vorratsbehälterprägung angeordnet ist, wobei der Schlauchfilter innerhalb des Vorratsbehältervolumens angeordnet ist.
13 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des hutförmigen Filterflansches, wobei ein Hülsenrahmen, dem die mehreren Fenster fehlen, Bestandteil des Schlauchfilters ist und innerhalb der Schlauchöffnung gesichert ist.
14 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des Filterflansches mit einer Hutform, der Bestandteil des Schlauchfilters ist.
15 ist eine perspektivische Ansicht des Filterflansches von 14, der am Schlauchfilter befestigt ist, der vom Filterflansch nach unten ragt.
16 ist eine perspektivische Ansicht des Filterflansches von 15, der am Schlauchfilter befestigt ist und an der Grenzfläche zwischen dem Vorratsbehälter und der Kopfbaugruppe angeordnet ist.
17 ist eine Querschnittsansicht eines Filterflansches, der dem in 15 ähnelt und am Schlauchfilter befestigt ist, wobei die zylindrische Hülse in einer entgegengesetzten Ausrichtung in Bezug auf den Vorratsbehälter und den Schlauchfilter angeordnet ist.

Ausführliche beschreibung
Diese Offenbarung betrifft Emissionsbegrenzungssysteme für Maschinen und genauer Reduktionsmittelfiltersysteme zur Verwendung mit auf SCR basierenden Nachbehandlungssystemen für Dieselmotoren, die in stationären oder mobilen Maschinen verwendet werden. Die Maschinen, die in der vorliegenden Offenbarung betrachtet werden, können in einer Reihe von Anwendungen und Umgebungen verwendet werden. Zum Beispiel kommen alle Maschinen in Betracht, die irgendeine Art von Arbeit im Zusammenhang mit einer Industrie wie Bergbau, Bauwesen, Landwirtschaft, Transport, Schifffahrt oder irgendeiner anderen Industrie verrichten, die in der Technik bekannt ist. Zum Beispiel kann die Art der Maschine, die hierin in Betracht kommt, eine Erdbewegungsmaschine sein, wie etwa ein Radlader, ein Bagger, ein Kipper, ein Löffelbagger, eine Lademaschine, eine Zugmaschine, ein Deckenfertiger oder dergleichen. Abgesehen von mobilen Maschinen kann die in Betracht kommende Maschine eine stationäre oder transportierbare Maschine sein, wie etwa ein Stromaggregat, ein Motor, der einen Gasverdichter oder eine Pumpe antreibt, und dergleichen. Darüber hinaus kann es sich bei der Maschine um Arbeitsmittel oder Zubehörteile dafür handeln, wie sie für eine Reihe von Aufgaben genutzt oder verwendet werden, unter anderem zum Laden, zum Verdichten, zum Anheben, zum Kehren, was unter anderem Schaufeln, Verdichter, Gabelstapler, Bürsten, Greifer, Fräser, Schermesser, Schneiden, Brecher/Hämmer, Schnecken und andere einschließt.
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei in 1 ein der Veranschaulichung dienendes Blockschema eines Abgasnachbehandlungssystems 100 gezeigt ist, das einem Verbrennungsmotor 102 einer Maschine zugeordnet ist. Der Verbrennungsmotor 102 ist dafür ausgelegt, einen Kraftstoff auf Kohlenwasserstoffbasis wie etwa Diesel oder Benzin zu verbrennen und die darin enthaltene potentielle chemische Energie in mechanische Energie in Form einer Drehbewegung umzuwandeln. In der dargestellten Ausführungsform kann der Motor ein kompressionsgezündeter Dieselmotor sein, aber in anderen Ausführungsformen kann er ein fremdgezündeter Benzinmotor, eine Gasturbine usw. sein. Das Nachbehandlungssystem 100 kann modular gepackt sein, wie in der dargestellten Ausführungsform, um damit nachträglich bereits vorhandene Motoren auszurüsten oder um es alternativ an neuen Motoren zu installieren. In der dargestellten Ausführungsform weist das Nachbehandlungssystem 100 ein erstes Nachbehandlungsmodul 104 auf, das mit einem Abgasweg 106 vom Motor 102 in Fluidverbindung steht. Während des Motorbetriebs ist das erste Modul 104 stromabwärts vom Motor 102 angeordnet, um intern ein Motorabgas aus dem Weg 106 zu empfangen. Das erste Nachbehandlungsmodul 104 kann verschiedene Abgasbehandlungsvorrichtungen enthalten, wie etwa einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 108 und ein Dieselpartikelfilter (DPF) 110, aber es können auch andere Vorrichtungen verwendet werden. Das erste Nachbehandlungsmodul 104 und die darin befindlichen Komponenten sind optional und können für verschiedene Motoranwendungen, in denen die vom ersten Modul 104 bereitgestellte Abgasbehandlungsfunktion nicht nötig ist, weggelassen werden. In der dargestellten Ausführungsform kann Abgas, das vom Motor 102 am ersten Modul 104 bereitgestellt wird, zuerst durch den DOC 108 und dann durch das DPF 110 strömen, bevor es in einen Überführungsweg 112 eintritt.
Der Überführungsweg 112 bringt das erste Nachbehandlungsmodul 104 mit einem zweiten Nachbehandlungsmodul 114 in Fluidverbindung, so dass Abgas aus dem Motor 102 nacheinander durch das erste und das zweite Nachbehandlungsmodul 104 und 114 strömt, bevor es aus einem Schacht 120, der mit dem zweiten Nachbehandlungsmodul verbunden ist, in die Umgebung freigesetzt wird. In der dargestellten Ausführungsform umschließt das zweite Nachbehandlungsmodul 114 einen SCR-Katalysator 116 und einen Ammoniakoxidationskatalysator (AMOX) 118. Der SCR-Katalysator 116 und der AMOX 118 wirken so, dass sie Abgas aus dem Motor 102 in Anwesenheit von Ammoniak behandeln, das nach dem Abbau eines fluiden oder flüssigen Reduktionsmittels, das in das Abgas im Überführungsweg 112 gespritzt wird, bereitgestellt wird.
Genauer kann das Reduktionsmittel 122 in der fluiden oder flüssigen Phase eine Harnstoff enthaltende Wasserlösung sein, die allgemein als Dieselabgasfluid (DEF) bezeichnet wird, das von einer Reduktionsmitteleinspritzdüse 124 in den Überführungsweg 112 eingespritzt wird. Das Reduktionsmittel 122 ist innerhalb eines tankähnlichen Vorratsbehälters 126 enthalten und wird der Reduktionsmitteleinspritzdüse 124 von einer Pumpe 128 bereitgestellt. Wenn das Reduktionsmittel 122 in den Überführungsweg 112 eingespritzt wird, mischt es sich mit Abgas, das dort hindurch strömt, und wird mit diesem zum zweiten Nachbehandlungsmodul 114 überführt. Um die Durchmischung von Reduktionsmittel mit dem Abgas zu fördern, kann ein Mischer 130, der aus Prallblechen besteht, entlang des Überführungswegs 112 angeordnet sein. Es leuchtet ein, dass die Stelle, wo sich die Reduktionsmitteleinspritzdüse 124 am Überführungsweg 112 befindet, die Einspritzdüse aufgrund einer Erwärmung durch Abgas während des Betriebs relativ hohen Temperaturen aussetzen kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Strom von Motorkühlmittel durch die Einspritzdüse bereitgestellt, aber ein solcher Kühlmittelstrom ist optional.
Ein Problem, das während des Betriebs auftreten kann, ist das Ansaugen von Schmutz und/oder anderen losen Teilchen, die im Vorratstank 126 vorhanden sein können. Da Harnstoff gefrieren kann, befindet sich der Einlassstutzen innerhalb des Vorratsbehälters 126 und anderer ähnlicher Vorratsbehälter nahe am Boden des Vorratsbehälters, so dass flüssiger Harnstoff auch dann entnommen werden kann, wenn zu Beginn des Betriebs des Motors 102 noch gefrorener Harnstoff im Vorratsbehälter vorhanden ist und schwimmt, und eine Heizung, die innerhalb des Vorratsbehälters angeordnet ist, noch nicht die gesamte Menge an Harnstoff, die im Vorratsbehälter gehalten wird, aufgetaut hat. Jedoch wird dadurch, dass aus diesem Grund Flüssigkeit aus dem unteren Teil des Vorratsbehälters 126 geholt wird, das System auch anfälliger für die Ansaugung von losen Teilchen, Schmutz oder anderen Verunreinigungen, die innerhalb des Vorratsbehälters vorhanden sein können, beispielsweise weil sie während Auffüllarbeiten durch eine Einfüllöffnung fallen.
Eine ausführlichere Ausführungsform des Vorratsbehälters 200 für die Unterbringung des Reduktionsmittelfluids ist in 2 und 3 dargestellt. Für eine Fluidverbindung zwischen dem Reduktionsmittelfluid und dem SCR-System des zweiten Nachbehandlungsmoduls weist der Vorratsbehälter 200 eine Kopfbaugruppe 202 auf, die oben am Vorratsbehälter 204 installiert ist und die mit verschiedenen Einlass- und Auslassrohren konfiguriert ist. Der gezeigte Vorratsbehälter 200 ist eine einstückige geformte Kunststoffstruktur, die einen Vorratsbehälterkörper bildet, der ein allgemein hohles inneres Vorratsbehältervolumen definiert, um eine Menge des Reduktionsmittels für eine anhaltende Behandlung des Abgases vorrätig zu halten. Um den Vorratsbehälter 200 mit Reduktionsmittelfluid zu füllen, kann das Vorratsbehältervolumen durch eine Einfüllöffnung 206 hindurch zugänglich sein, die durch den Vorratsbehälterkörper hindurch angeordnet und von einer abnehmbaren Einfülllochabdeckung 208 verschlossen ist, und um den Vorratsbehälterhohlraum zu leeren, kann eine Ablassschraube 209 nahe des Bodens des Vorratsbehälters angeordnet sein.
Die Kopfbaugruppe 202 beherbergt die Einlass- und Auslassrohre zum Führen von Fluid in das und aus dem Vorratsbehältervolumen 204. Um Reduktionsmittel über die Reduktionsmitteleinspritzdüse 124 und die Pumpe 128 (1) in den SCR-Prozess einzuspeisen, weist die Kopfbaugruppe 202 einen Reduktionsmittelspeisestutzen 210 auf, der außerhalb des Vorratsbehälters 200 angeordnet ist und der einen Teil des Reduktionsmittelspeiserohrs 212 bildet, das in das Vorratsbehältervolumen 204 geführt ist. Um sicherzustellen, dass das Speiserohr 212 Zugang zum Reduktionsmittel hat, kann sich das Speiserohr in einen Sumpf 214 erstrecken, der am Boden des Vorratsbehältervolumens 204 angeordnet ist. Der Sumpf 214 kann einen Einlassfilter 216 aufweisen, um Schmutz und Verunreinigungen aus dem fließfähigen Reduktionsmittel zu entfernen, bevor dieses in das Speiserohr 212 eintritt. Um überschüssiges Reduktionsmittel, das aus dem SCR-Prozess zurückgeführt werden kann, aufzunehmen, kann die Kopfbaugruppe 202 einen Reduktionsmittelrückführstutzen 218 aufweisen, der zurückgeführtes Reduktionsmittel in der Nähe des oberen Endes des Vorratsbehältervolumens 204 abgeben kann. In einer Ausführungsform kann zur Messung der Menge an Reduktionsmittel im Vorratsbehälter 200 ein Reduktionsmittelfüllstandssensor 220, der verschiebbar an einem Sensorstab 222 angeordnet ist, im Vorratsbehältervolumen 204 installiert sein, der sich koaxial und parallel zum Speiserohr 212 erstreckt. Der Reduktionsmittelfüllstandssensor 220 kann oben auf dem Reduktionsmittelfluid schwimmen und kann Ablesungen oder Messungen in Bezug auf den Sensorstab 222 vornehmen, welche die Menge des Reduktionsmittels angeben.
Da die Maschine, die den Vorratsbehälter 200 enthält, sehr kalten Außentemperaturen ausgesetzt werden kann, kann die Kopfbaugruppe 202 eine Heizvorrichtung 230 beherbergen, um ein Gefrieren des fließfähigen Reduktionsmittels zu verhindern. In der dargestellten Ausführungsform kann die Heizvorrichtung 230 ein Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher sein, der Wärme, die von einem Strom warmen Motorkühlmittels bereitgestellt wird, verwendet, um gefrorenes Reduktionsmittelfluid im Vorratsbehälter 200 zu erwärmen. Auch wenn eine kühlmittelbetätigte Heizung gezeigt ist, können auch andere Arten von Heizungen, wie etwa elektrisch angetriebene oder durch Abgaswärme angetriebene Heizungen, um nur einige zu nennen, verwendet werden. Die kühlmittelbetätigte Heizung weist einen Kühlmitteleinlassweg 232 auf, der erwärmtes Kühlmittel von einem Motor, beispielsweise vom Motor 102 (1), in ein spiralförmiges Element oder eine röhrenartige Heizspule 234 speist, das bzw. die innerhalb des Vorratsbehältervolumens 204 und in Kontakt mit dem darin befindlichen Kühlmittel angeordnet ist. Kühlmittel, das durch den Kühlmitteleinlassweg 232 hindurch bereitgestellt wird, läuft durch die Heizspule 234, wodurch das Reduktionsmittel erwärmt wird. Von der Heizspule 234 kann der Strom des Kühlmittels durch einen Kühlmittelauslassweg 236 zum Motor zurückkehren.
Um die Kopfbaugruppe 202 und die von ihr beherbergten Rohre in den Vorratsbehälter 200 einzuführen, kann eine Kopföffnung 240, die Zugang zum Vorratsbehältervolumen 204 bereitstellt, oben durch den Vorratsbehälterkörper hindurch angeordnet sein. In der in 2 und 3 dargestellten Ausführungsform kann die Kopföffnung 240 durch eine Vorratsbehälterprägung 242 hindurch angeordnet sein, die aus dickerem oder verstärktem Material gebildet ist und die auf der Außenfläche des Vorratsbehälters 200 ausgebildet ist. Der Übergang zwischen der Kopföffnung 240 und der oberen Oberfläche der Vorratsbehälterprägung 242 kann einen Vorratsbehälterkranz 246 bedingen, der eine absatzartige Struktur am Körper des Vorratsbehälters 200 bildet. Damit die Kopfbaugruppe 202 mit der Kopföffnung 240 wirkmäßig zusammenpasst, kann sie einen Kopf 250 mit einem Kopfflansch 252 und einem Kopfvorsprung 254, der vom Kopfflansch vorsteht oder ausgeht, aufweisen. Der Kopf 250 kann aus geformtem Kunststoff oder maschinell bearbeitetem Metall bestehen und die Stellen festlegen, wo sich die Einlass- und Auslassrohre, die durch ihn hindurch angeordnet sind, befinden, wenn er in der Kopföffnung 240 angeordnet ist. In der dargestellten Ausführungsform können der Kopfflansch 252 und der Kopfvorsprung 254 kreisförmig sein und können einen Flanschdurchmesser und einen Vorsprungsdurchmesser aufweisen, wobei der Vorsprungsdurchmesser kleiner ist als der Flanschdurchmesser. Der kreisförmige Kopfflansch 252 und der Kopfvorsprung 254 können eine Längsachsenlinie 255, entlang derer das Speiserohr 212 und die Heizspule 232 angeordnet sind, konzentrisch umgeben und bedingen. Jedoch sind in anderen Ausführungsformen andere Formen für den Kopfflansch und den Vorsprung möglich. Nach der Installation am Vorratsbehälter 200 kann der Kopfflansch 252 an dem Absatz aufliegen, der von der Vorratsbehälterprägung 242 außerhalb des Vorratsbehälters gebildet wird, und der Vorratsbehältervorsprung 254 kann in der Kopföffnung 240 aufgenommen sein, so dass das Speiserohr 212, der Sensorstab 222 und die Heizvorrichtung 230 nach unten in das Vorratsbehältervolumen 204 ragen. Der Absatz, der von der Vorratsbehälterprägung 242 gebildet wird, kann eine Kreisform mit einem Durchmesser aufweisen, der dem des Kopfflansches 252 entspricht, und die Kopföffnung 240 und der Vorratsbehälterkranz 246, der von ihr definiert wird, können kreisförmig sein und einen Durchmesser aufweisen, der etwas kleiner ist als derjenige der Vorratsbehälteröffnung, und so bemessen sein, dass eine Gleitpassung mit dem Kopfvorsprung 254 gebildet wird. Die Kopfbaugruppe 202 ist somit der primäre Weg für eine Fluidverbindung in den und aus dem Vorratsbehälter 200. Die Kopfbaugruppe 202 kann durch mehrere Schraubbefestigungsmittel 244, die durch die Befestigungsmittelbohrungen 256 im Kopf 250 hindurch gehen und in komplementäre Schraubenlöcher in der Vorratsbehälterprägung 242 geschraubt werden können, abnehmbar am Vorratsbehälter 200 montiert werden. Um lose Teilchen, Verunreinigungen oder Eis, die im Reduktionsmittel schweben, zu entfernen und um das längliche Speiserohr 212 und die Heizvorrichtung 230 zu schützen, kann eine Filterbaugruppe 260 einschließlich eines schlauchähnlichen Filters 262 an der Unterseite der Kopfbaugruppe 202 gesichert sein und nach unten in das Vorratsbehältervolumen 204 ragen.
Es wird auf 4 Bezug genommen, wo die Filterbaugruppe 260 und ein Verfahren zu deren Sicherung an der Kopfbaugruppe 202 besser dargestellt sind. In einem Aspekt der Offenbarung kann der Schlauchfilter auf solche Weise direkt an der Kopfbaugruppe befestigt werden, dass das Innere des Schlauchfilters, wenn er im Vorratsbehältervolumen installiert ist, effektiv vom Vorratsbehältervolumen isoliert ist. Der Schlauchfilter 262 kann eine röhrenförmige, hülsen- oder strumpfartige Konfiguration aus flexiblem oder nachgiebigem Material aufweisen, die länglich ist und sich genauso weit erstreckt wie das Speiserohr 212 und die Kopfbaugruppe 230, so dass er diese umgibt und umschließt. Um die Röhrenform bereitzustellen, kann der Schlauchfilter 262 ein geschlossenes Ende 264 und ein entgegengesetztes offenes Ende aufweisen, das eine Mündung oder Schlauchöffnung 266 entgegengesetzt zum geschlossenen Ende bedingt. In einer Ausführungsform kann das Material des Schlauchfilters Stützen oder Nähte aufweisen, die dabei helfen, die Röhrenform aufrechtzuerhalten. Der Schlauchfilter 262 kann aus einer Schicht aus Polypropylenfilzstoff oder -material mit einer Porosität von etwa 30 µm bis 40 µm bestehen. Die Porosität des Schlauchfilters 262 hängt von der Größe der losen Teilchen ab, die sich erwartungsgemäß im Vorratsbehälter befinden werden, und kann demgemäß auf jede Größe geändert werden, aber es kann allgemein angenommen werden, dass die Porosität zwischen 1 µm und 50 µm liegt. Wie gezeigt, weist der Polypropylenfilz eine innere, durch einen Überzug geglättete Seite und eine äußere, unbehandelte oder ungeglättete Seite auf, die sich wie Filz anfühlt und die Außenfläche des Filters vergrößert, um lose Teilchen, die sich innerhalb des Vorratsbehältervolumens umherbewegen, einzufangen, die aber keine losen Fasern oder Teilchen vom Filter auf dessen innerer, gefilterter Seite einführt. In bestimmten Ausführungsformen können Stoffe verwendet werden, bei denen beide Seiten durch einen Überzug geglättet wurden. Darüber hinaus kann das Polypropylenmaterial durch ein anderes Material ersetzt werden, das gegen die Art des Fluids, das gefiltert werden soll, beständig ist. Darüber hinaus ist hier zwar ein Material mit einer einzigen Schicht für den Schlauchfilter 262 gezeigt, aber es können mehrere Schichten oder Lagen verwendet werden. In einer in Betracht gezogenen Ausführungsform werden zwei oder mehr Lagen verwendet, um die Filtereffizienz zu verbessern. Was den Aufbau des Schlauchfilters 262 betrifft, so kann ein Flächengebilde oder ein Stoff in die geeignete Form geschnitten und genäht werden. Alternativ dazu kann der Filter unter Verwendung einer Art Strumpfstrickmaschine unter Verwendung von Polypropylenfasern und -garn in Röhrenform gewebt werden.
Nach Sicherung an der Kopfbaugruppe 202 kann die strumpfartige Konfiguration des Schlauchfilters 262 einen inneren Hohl- oder Leerraum definieren, der abmessungsmäßig der Heizspule 234 der Heizvorrichtung 230 entspricht. Nach der Installation an der Heizvorrichtung 230 dehnt die Heizspirale 234 den Schlauchfilter 262 somit auf und verhindert, dass er unter dem Einfluss des Reduktionsmittelstroms, der in das Speiserohr gesaugt wird, um ihn aus dem Vorratsbehälter zu entnehmen, zusammenfällt. Dadurch wird auch verhindert, dass der Schlauchfilter in das Speiserohr 212 gesaugt wird und dieses verstopft, und dass er den Reduktionsmittelfüllstandssensor 220, der am Sensorstab 222 angeordnet ist, behindert. Während des Betriebs kann das fließfähige Reduktionsmittel aus dem umgebenden Vorratsbehältervolumen 204 (3) durch den Schlauchfilter 262 strömen oder dringen, um zum Speiserohr 212 zu gelangen, wodurch lose Teilchen und Verunreinigungen aus dem Reduktionsmittel gefiltert und entfernt werden. Die Heizspule 234 kann auch verhindern, dass der Schlauchfilter 262 um den Reduktionsmittelfüllstandssensor 220 am Sensorstab 222, der konzentrisch innerhalb der spiralartigen Heizspule angeordnet sein kann, zusammenfällt und diesen behindert. Somit wird verhindert, dass der Schlauchfilter 262 die Reduktionsmittelmengenmessungen behindert.
Um die Filterbaugruppe 260 an der Kopfbaugruppe 202 zu sichern, kann die Schlauchöffnung 266 allgemein kreisförmig sein und einen Durchmesser aufweisen, der dem Kopfvorsprung 254 entspricht. Um die Filterbaugruppe 260 an der Kopfbaugruppe 202 zu installieren, kann die Schlauchöffnung 266 den Kopfvorsprung 254 aufnehmen und konzentrisch umringen, wobei das Speiserohr 212, der Sensorstab 222 und die Heizspule 234 in den inneren Leerraum des Schlauchfilters 262 eingeführt sind. Nach dem Einführen kann die Schlauchöffnung 266 angrenzend an den Übergang zwischen dem Kopfflansch 252 und dem Kopfvorsprung 254 angeordnet sein, so dass der Schlauchfilter 262 an der Unterseite des Kopfflansches anliegt. Außerdem kann der nachgiebige Schlauchfilter 262 zusätzliches oder hinzugefügtes Material oder einen hinzugefügten Schlauchabschnitt 268 aufweisen, das bzw. der an der Schlauchöffnung 266 angeordnet ist und sich an der Unterseite des Kopfflansches 252 sammelt oder bauscht. Somit ist der hinzugefügte Schlauchabschnitt 268 angrenzend an den Kopfflansch 252, der den größeren Durchmesser aufweist, angeordnet und umschließt den Kopfvorsprung 254, der den kleineren Durchmesser aufweist, konzentrisch, wenn der Schlauchfilter 262 an der Kopfbaugruppe 202 installiert ist. Der hinzugefügte Schlauchabschnitt 268 kann aus dem gleichen Material bestehen wie der Rest des Schlauchfilters 262 und kann die gleichen nachgiebigen oder flexiblen Eigenschaften aufweisen. Der hinzugefügte Schlauchabschnitt 268 kann dadurch bereitgestellt werden, dass die Länge des Schlauchfilters 262 um ein kleines Stück verlängert wird und zugelassen wird, dass die zusätzliche Länge in Bezug auf den Durchmesser der Schlauchöffnung 266 allgemein radial nach außen vorsteht.
Es wird auf 5 Bezug genommen, wo gezeigt ist, dass ein Vorteil des hinzugefügten Schlauchabschnitts 268 darin besteht, dass nach der Installation der Kopfbaugruppe 202 im Vorratsbehälter 200 das hinzugefügte Material zwischen der Grenzfläche des Kopfflansches 252 und der Vorratsbehälterprägung 242 angeordnet und komprimiert ist, wodurch eine horizontal ausgerichtete Abdichtung zwischen den beiden Komponenten bereitgestellt wird. Wenn die Kopfbaugruppe 202 am Vorratsbehälter 200 gesichert ist, wirken die Kopfbaugruppe und die Vorratsbehälterprägung 242 zusammen, um den hinzugefügten Schlauchabschnitt 268 an der Grenzfläche einzuklemmen und festzuhalten und um den Schlauchfilter 262 zu halten, so dass er innerhalb des Vorratsbehältervolumens 204 aufgehängt bleibt. Außerdem kann der röhrenförmige Abschnitt des Schlauchfilters 262, der in der Nähe der Schlauchöffnung 266 liegt, zwischen der Kopföffnung 240, die in der Vorratsbehälterprägung 242 angeordnet ist, um den Vorratsbehälterkranz 246 zu bilden, und dem Kopfvorsprung 254, der vom Kopfflansch 252 vorsteht, nach unten vorragen. Die Kopföffnung 240 und der Kopfvorsprung 254 können so bemessen sein, dass sie eine kleine freie Lücke bereitstellen und das Material des Schlauchfilters 262, der dazwischen angeordnet wird, gegen den Vorratsbehälterkranz 246 komprimieren können, um eine stärkere Dichtfunktion bereitzustellen. Da das Material des Schlauchfilters 262 im Wesentlichen in allen Bereichen der Grenzfläche zwischen dem Vorratsbehälter 200 und der Kopfbaugruppe 202 angeordnet ist, so dass die beiden Komponenten nicht direkt in Kontakt miteinander kommen, wird das Vorratsbehältervolumen 204 effektiv gegen den inneren Leerraum isoliert, der innerhalb des Schlauchfilters eingeschlossen ist, und lose Teilchen im Reduktionsmittel werden daran gehindert, zum Speiserohr 212 zu gelangen.
Die obige Ausführungsform, bei welcher der hinzugefügte Schlauchabschnitt 268 zwischen der Kopfbaugruppe 202 und der Vorratsbehälterprägung 242 komprimiert wird, kann schwierig zu installieren sein, insbesondere dann, wenn den Schlauchfilter 262 vom Kopfvorsprung 254 heruntergleitet, bevor die Installation abgeschlossen ist. Außerdem kann die scharfe Ecke des Übergangs zwischen der zylindrischen Kopföffnung 240 und der oberen Oberfläche der Vorratsbehälterprägung 242 das Material des Schlauchfilters 262 zerreißen oder aufschlitzen. Für eine andere Ausführungsform zur Erleichterung der Installation der Filterbaugruppe 260 in einem Vorratsbehälter ist eine Filterbaugruppe 360, die einen Schlauchfilter 362 einschließt, in 6 dargestellt. Das Filtermaterial des Schlauchfilters 362 der vorliegenden Ausführungsform kann eine röhrenförmige, strumpf- oder ärmelartige Konfiguration aufweisen, einschließlich eines Filterstrumpfs 363 mit einem geschlossenen Ende 364 und einem entgegengesetzt ausgerichteten offenen Ende, das eine Schlauchöffnung 366 bedingt, mit einem länglichen röhrenartigen Abschnitt 368, der sich zwischen dem geschlossenen Ende und der Schlauchöffnung erstreckt. Der röhrenartige Abschnitt 368 kann einen inneren Hohl- oder Leerraum und eine Achsenlinie 369 bedingen, die vom röhrenförmigen Abschnitt umringt und umschlossen wird. Das Filtermaterial des Schlauchfilters 362 kann eine beliebige der oben genannten Arten von nachgiebigen oder flexiblen Filtermaterialien sein, unter anderem Polypropylenfilzmaterial.
Um die Filterbaugruppe 360 während der Installation am Kopfvorsprung zu sichern, der von der Kopfbaugruppe vorsteht, kann der Schlauchfilter 362 einen Stützring 370 aufweisen, der aus einem dünnen Aluminiumstreifen 372 aus einem im Vergleich mit dem nachgiebigen Filtermaterial relativ starren Material besteht, das erstrebenswerterweise elastische Eigenschaften aufweist. Zum Beispiel kann der Stützring 370 in verschiedenen Ausführungsformen aus Metall oder Kunststoff bestehen. Der Durchmesser des Stützrings 370 kann abmessungsmäßig dem Durchmesser der Schlauchöffnung 366 entsprechen, und der Querschnitt des Streifens 372 kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus rund, oval und rechteckig besteht. Um den Stützring des 370 am Filterstrumpf 363 zu sichern, kann der Schlauchfilter 362 eine zusätzliche Verlängerung des Filtermaterials aufweisen, die sich vom Rand der Schlauchöffnung 366 aus erstreckt. Der Stützring 370 kann nahe an der Schlauchöffnung 366 angeordnet und so ausgerichtet sein, dass er das Äußere der Materialverlängerung umgibt, die radial nach außen und über den Stützring zurückgelegt sein kann,, um einen Saum 374 bereitzustellen. Wenn der Saum 374 so angeordnet wird, liegt er über dem Streifen 372 und umschließt diesen, und daher wird der Stützring 370 nahe an der Schlauchöffnung 366 festgehalten. In anderen Ausführungsformen kann der Stützring 370 jedoch auch innerhalb des Filterstrumpfs 363 angeordnet sein und der Saum 374 kann radial einwärts gefaltet sein. Der Saum 374 kann die gesamte Schlauchöffnung 366 vollkommen umringen, so dass der Stützring vollständig im Saum eingeschlossen ist. Der umgelegte Abschnitt des Saums 374 kann durch Nähen, Heften, Kleben oder dergleichen am röhrenförmigen Abschnitt 368 des Filterstrumpfs 363 gesichert werden, oder in den Ausführungsformen, in denen das Filtermaterial Kunststoff ist, kann der Saum durch örtlich begrenztes Schmelzen oder Schweißen am röhrenförmigen Abschnitt gesichert werden.
Es wird auf 7 verwiesen, wo gezeigt ist, dass der Stützring 370 so konstruiert sein kann, dass er den Kopfvorsprung ringsum greift, um die Filterbaugruppe 360 sicher an der Kopfbaugruppe zu halten. Genauer kann der Stützring 370 einen Ringdurchmesser 376 aufweisen, der so bemessen ist, dass er etwas kleiner ist als der entsprechende Außendurchmesser des Kopfvorsprungs. Außerdem kann der Stützring 370 eine radiale Lücke 378 aufweisen, die radial durch einen Abschnitt des Streifens 372 hindurch angeordnet ist, der diese Achsenlinie 369 umringt. Die radiale Lücke 378 kann nur wenige Grad des 360° aufweisenden Stützrings 370 ausmachen, ermöglicht aber eine radiale Stauchung und Aufweitung des Stützrings in Bezug auf die Achsenlinie 369. Es wird auf 8 Bezug genommen, wo gezeigt ist, dass zur Installierung der vorliegenden Ausführungsform des Schlauchfilters 362 im Vorratsbehälter 300 der vorstehende Kopfvorsprung 354 zu Anfang in die kreisförmige Schlauchöffnung 366 eingeführt werden kann. Da der Ringdurchmesser 376 des Stützrings 370 kleiner sein kann als der Vorsprungsdurchmesser, der mit dem Kopfvorsprung 354 assoziiert ist, muss der Stützring sich in Bezug auf die Achsenlinie 369 radial erweitern, was durch die in ihm angeordnete radiale Lücke ermöglicht wird. In einer Ausführungsform können die Schlauchöffnung 366 und der darin gesicherte Stützring 370 angrenzend an den Übergang zwischen dem Kopfflansch 352, der den größeren Durchmesser aufweist, und dem Kopfvorsprung 354, der den kleineren Durchmesser aufweist und der vom Kopfflansch vorsteht, angeordnet werden. Die Elastizität des Stützrings 370 bewirkt, dass der Ring mit dem kleineren Durchmesser um den kreisförmigen Kopfvorsprung 354 an der dargestellten Stelle gestaucht wird, so dass der Schlauchfilter 362 so am Kopf 350 befestigt wird, dass der Filterstrumpf 363 vom Kopfflansch 352 aus nach unten ragt. In einer Ausführungsform kann eine Umfangsnut in der zylindrischen Außenfläche des Kopfvorsprungs 354 angeordnet sein, um den Stützring 370, der innerhalb des Saums 374 angeordnet ist, verrastend aufzunehmen.
Um die Kopfbaugruppe 302 mit dem daran gesicherten Schlauchfilter 362 am Vorratsbehälter 300 zu installieren, wird der Kopfvorsprung 354 in die Kopföffnung 340 eingeführt, die in der Vorratsbehälterprägung 342 auf der Außenseite des Vorratsbehälters angeordnet ist. Der Übergang zwischen der Kopföffnung 340 und der oberen Oberfläche der Vorratsbehälterprägung 342 kann einen Vorratsbehälterkranz 346 bedingen, dessen Größe der Schlauchöffnung 366 und dem Stützring 370 vergleichbar ist, so dass verhindert wird, dass die Schlauchöffnung durch die Kopföffnung hindurch geht. Die Schlauchöffnung 366 und der darin angeordnete Stützring 370 können an der Grenzfläche zwischen der oberen Oberfläche der Vorratsbehälterprägung 342 und der Unterseite des Kopfflansches 352 angeordnet und komprimiert werden. In den Ausführungsformen, in denen der Saum den Stützring umschließt, ist daher Filtermaterial an praktisch jeder Grenzfläche zwischen der Kopfbaugruppe und dem Vorratsbehälter vorhanden. Ebenso erstreckt sich ein röhrenartiger Abschnitt 368 des Filterstrumpfs 363 zwischen der kreisförmigen Kopföffnung 340 und dem entsprechend geformten Kopfvorsprung 354 und kann zwischen ihnen zum Teil komprimiert werden. Somit ist in der vorliegenden Ausführungsform der innere Hohlraum des Schlauchfilters 362 gegen den übrigen Teil des Vorratsbehältervolumens 304 isoliert, so dass lose Teilchen daran gehindert werden, in das Innere des Schlauchfilters zu gelangen. Es wird auf 8 und 9 Bezug genommen, wo gezeigt ist, dass zur weiteren Abdichtung des Vorratsbehältervolumens 304 und um mögliche Wirkungen einer wärmebedingten Ausdehnung und Kontraktion zu bewältigen, in einer Ausführungsform eine ringförmige Dichtung 380 enthalten sein kann, die zwischen dem Kopf 350 und dem Vorratsbehälter 300 angeordnet ist. Die ringförmige Dichtung 380 kann einen Dichtungsdurchmesser 382 aufweisen, dessen Abmessung mindestens so groß ist wie der Ringdurchmesser 376 und der entsprechende Durchmesser der Schlauchöffnung 366. Daher kann die ringförmige Dichtung 380 angrenzend an die obere Oberfläche der Vorratsbehälterprägung 342, welche die Schlauchöffnung 366 umringt, aufgesetzt werden, bevor die Kopfbaugruppe 302 installiert wird. Ferner ist die ringförmige Dichtung 380 nach der Installation zwischen der Vorratsbehälterprägung 342 und dem Kopfflansch 352 angeordnet und komprimiert, wodurch die Dichtung zwischen ihnen verstärkt wird. Der Dichtungsdurchmesser 382 der ringförmigen Dichtung 380 kann so bemessen sein, dass er die Schlauchöffnung 366 und den Stützring 370 radial begrenzt, da diese Komponenten zwischen der Vorratsbehälterprägung 342 und dem Kopfflansch 352 komprimiert werden. Ferner können die Befestigungsmittel 344, welche die Kopfbaugruppe 302 am Vorratsbehälter 300 sichern, durch Befestigungsmittelbohrungen 384 hindurchgehen, die durch die ringförmige Dichtung 380 hindurch und radial um diese angeordnet sind. Die ringförmige Dichtung kann aus jedem geeigneten Dichtungsmaterial bestehen, das beispielsweise Kork einschließt und das die Abdichtung aufgrund der relativen Unkomprimierbarkeit des Materials unterstützen kann, falls die Befestigungsmittel 344 eine Wärmeausdehnung oder -kontraktion durchmachen.
Um die Rückhaltung des Schlauchfilters innerhalb des Vorratsbehältervolumens zu erleichtern, kann der Schlauchfilter in einer weiteren Ausführungsform einen Filterflansch aufweisen, der nahe an der Schlauchöffnung angeordnet ist und der dafür ausgelegt ist, zwischen der Kopfbaugruppe und der Vorratsbehälterprägung komprimiert zu werden. Es wird auf 10 und 11 Bezug genommen, wo gezeigt ist, dass der Filterflansch 400 eine kreisförmige Struktur sein kann, die ungefähr wie ein umgedrehter Hut geformt ist, mit einem flachen, ringförmigen Flansch 402 mit einer bestimmten Breite und einem zylindrischen Hülsenrahmen 404, der an einem ersten Ende am Innendurchmesser des ringförmigen Flansches 402 befestigt ist und vom diesem senkrecht vorragt. Der ringförmige Flansch 402 und der Hülsenrahmen 404 können aus einem dünnen, flexiblen Kunststoffmaterial bestehen. Der ringförmige Flansch 402 kann an seinem Außenrand 406 einen Flanschdurchmesser 416 aufweisen, der größer ist als der Hülsendurchmesser 418 des Hülsenrahmens 404. Der Hülsenrahmen 404 ist allgemein zylindrisch und definiert einen zentralen Leerraum 408, der konzentrisch zu sowohl dem Hülsenrahmen 404 als auch dem ringförmigen Flansch 402 ist und der ferner eine Achsenlinie 409 für Bezugszwecke bedingt. Um für noch mehr Flexibilität zu sorgen, kann der Filterflansch 400 mehrere Öffnungen oder Fenster 410 aufweisen, die von allgemein rechteckiger Form sein können und die teilweise um die Achsenlinie 409 gekrümmt sein können, wie dargestellt, und die in der Nähe des Übergangs zwischen dem Hülsenrahmen 404 und dem ringförmigen Flansch durch den Hülsenrahmen 404 hindurch angeordnet sind. Die Fenster 410 müssen nicht flächengleich sein mit der Höhe des Hülsenrahmens 404, so dass ein unterer Ring 412 an einem zweiten Ende des Hülsenrahmens gebildet wird, der vom ringförmigen Flansch 402 beabstandet ist. Um den ringförmigen Flansch 402 und den unteren Ring 412 zu verbinden, kann der Hülsenrahmen 404 ferner mehrere Rahmenstreben 414 aufweisen, die sich zwischen den Komponenten axial parallel in Bezug auf die Achsenlinie 409 erstrecken und die den Außenrand des Fensters 410 vervollständigen. Es wird auf 11 Bezug genommen, wo gezeigt ist, dass der Filterflansch 400 am Schlauchfilter 420 befestigt ist und einen Teil davon bildet. Der Schlauchfilter 420 kann aus einem nachgiebigen, flexiblen Material bestehen und kann eine schlauchähnliche oder strumpfähnliche Konstruktion aufweisen, einschließlich einer Schlauchöffnung 422 und eines entgegengesetzten geschlossenen Endes 424, mit einem hülsenartigen, röhrenförmigen Abschnitt 428, der sich zwischen der Schlauchöffnung und dem geschlossenen Ende 424 erstreckt. Um die beiden Komponenten zu verbinden, wird der Filterflansch 400 teilweise in die Schlauchöffnung 422 des Schlauchfilters 420 eingeführt, so dass die Schlauchöffnung 422 und der untere Ring 412 konzentrisch angeordnet und flächengleich zueinander sind. Die Schlauchöffnung 422 kann am unteren Ring 412 des Filterflansches 400 durch Nähen, Kleben, Ultraschallschweißen oder dergleichen befestigt werden. Nach dem Befestigen hängt der Schlauchfilter 420 vom unteren Ring 412 herab, wobei die Schlauchöffnung 422 durch die Rahmenstreben 414 unterhalb des ringförmigen Flansches 402 beabstandet sind, so dass die Fenster 410 unbedeckt bleiben.
Es wird auf 12 Bezug genommen, wo gezeigt ist, dass zur Installation des Filterflansches 400 und des daran befestigten Schlauchfilters 420 im Vorratsbehälter 440 der Schlauchfilter und der Flanschfilter an der Kopföffnung 442 fixiert werden, die in der Vorratsbehälterprägung 444 oben am Vorratsbehälters angeordnet ist. Der Filterflansch 400 ist so bemessen, dass der Hülsenrahmen 404 durch die Kopföffnung 442 hindurch eingeführt werden kann, während der senkrechte ringförmige Flansch 402 an der Vorratsbehälterprägung 444 anstößt und von dieser gestützt wird. Die Fenster 410, die im Hülsenrahmen 404 angeordnet sind, können die Einführung erleichtern, da sie eine Verbiegung und Verdrehung des Filterflansches 400 ermöglichen, während der Hülsenrahmen durch die Kopföffnung 442 geschoben wird. Das Material des Filterflansches 400 kann einen solchen Grad an Elastizität oder Formgedächtnis aufweisen, dass der Hülsenrahmen 404 seine ursprüngliche zylindrische Form nach dem Einführen wiedergewinnt. Die Länge des Hülsenrahmens 404 ist so, dass die Schlauchöffnung 422 unterhalb der Kopföffnung 442 angeordnet wird und das gleitende Anliegen zwischen dem Hülsenrahmen 404 und der Kopföffnung 442 nicht stört. Wenn der Kopf 450 am Vorratsbehälter 440 installiert ist, liegt der Kopfflansch 452 nahe an der Oberseite der Vorratsbehälterprägung 444, wodurch der ringförmige Flansch 402 des Filterflansches 400 zwischen den beiden angeordnet und komprimiert wird. Der Kopfvorsprung 454 ist teilweise durch die Kopföffnung 442 hindurch angeordnet und erstreckt sich in den zentralen Leerraum 408, der vom Hülsenrahmen 404 definiert wird, um den Hülsenrahmen nach außen gegen die Kopföffnung 442 zu drängen. Um zu verhindern, dass Reduktionsmittel am Schlauchfilter 420, der an der Schlauchöffnung 422 endet, die rings um den unteren Ring 412 angeordnet ist, vorbei läuft, kann der Kopfvorsprung 454 so bemessen sein, dass er sich bis nahe an den unteren Rand des Fensters 410 erstreckt. Der Kopfvorsprung 454 kann daher vollständig verhindern, dass Reduktionsmittel durch das Fenster 410 und in das Innere des Schlauchfilters 420 überführt wird.
Es wird auf 13 Bezug genommen, wo eine andere Ausführungsform des Filterflansches 500 dargestellt ist, welche die Form eines umgekehrten Huts hat und als Teil des Schlauchfilters 520 in der Nähe der Schlauchöffnung 522 befestigt ist. Der Filterflansch 500 weist wiederum einen flachen, ringförmigen Flansch 502 und einen zylindrischen Hülsenrahmen 504 auf, der sich senkrecht vom Innendurchmesser des ringförmigen Flansches aus erstreckt. Der Hülsenrahmen 504 kann sich zu einem unteren Ring 512, der vom ringförmigen Flansch 502 beabstandet ist, erstrecken und an diesem enden. Der ringförmige Flansch 502 und der zylindrische, röhrenförmige Hülsenrahmen 504 bedingen einen zentralen Leerraum 508 und umgeben diesen konzentrisch. Der ringförmige Flansch 502 und der Hülsenrahmen 504 können auch aus dünnem, semi-nachgiebigem Material bestehen, so dass der Filterflansch 500 während der Einführung in den Vorratsbehälter verformt werden kann. Nach der Befestigung am Schlauchfilter 520 kann der zylindrische Hülsenrahmen 504 die Schlauchöffnung 522 aufweiten und dem Schlauchfilter dabei helfen, seine hülsenartige Konfiguration beizubehalten. Im Gegensatz zum Filterflansch von 10 und 11 hat der dargestellte Filterflansch 500 keine Fenster, und der Hülsenrahmen 504 ist als kontinuierliche zylindrische Oberfläche ausgebildet, deren Durchmesser der Kopfprägung entspricht, die sie aufnimmt, wenn sie im Vorratsbehälter installiert ist. Dadurch, dass die Fenster weggelassen sind, fallen auch potentielle Austrittswege weg, die erzeugt werden könnten, wenn der Kopfvorsprung nicht präzise mit Fenstern zusammenpasst. Um die Einführung des Filterflansches 500 in den Vorratsbehälter zu erleichtern, kann das Material relativ dünn sein, um die Nachgiebigkeit zu erhöhen. In einer weiteren Ausführungsform kann der Hülsenrahmen 504 eine Welligkeit oder einen Biegepunkt aufweisen, die bzw. der es ermöglicht, sich zu verkrümmen, um die Einführung weiter zu erleichtern.
Es wird auf 14 und 15 Bezug genommen, wo eine andere Ausführungsform eines Filterflansches 600 dargestellt ist, der allgemein wie ein Hut geformt ist, um einen Schlauchfilter 620 in einem Vorratsbehälter zu installieren. Ähnlich wie in den vorangehenden Ausführungsformen des Filterflansches, weist die dargestellte Ausführungsform einen flachen, ringförmigen Flansch 602 und einen zylindrischen, röhrenförmigen Hülsenrahmen 604 auf, der sich senkrecht vom Innendurchmesser des ringförmigen Flansches 602 aus erstreckt. Die Kreisform des ringförmigen Flansches 602 und der zylindrische Hülsenrahmen 604 bedingen ferner eine Achsenlinie 609. Ähnlich wie in der Ausführungsform von 13 kann der Hülsenrahmen 604 eine kontinuierliche Oberfläche ohne irgendwelche Fenster oder Öffnungen, die dort hindurch angeordnet sind, sein. Ferner kann der Filterflansch 600 aus dünnem, flexiblem Kunststoffmaterial bestehen, um seine Installation zu vereinfachen. Im Gegensatz zur vorangehenden Ausführungsform kann der Hülsenrahmen 604 relativ kurz sein und sich nur über eine kurze Strecke vom ringförmigen Flansch 602 aus erstrecken. Wenn der ringförmige Flansch 602 beispielsweise eine Flanschbreite 610 einer vorgegebenen Abmessung aufweist, dann kann der Hülsenrahmen 604 eine Flanschlänge 610 aufweisen, die höchstens so groß ist wie die Flanschbreite. Die Schlauchöffnung 622 des Schlauchfilters 620 kann entweder innerhalb oder außerhalb des kürzeren Hülsenrahmens 604 befestigt werden, was zur Aufrechterhaltung der röhrenförmigen offenen Form des Schlauchfilters beiträgt. In der dargestellten Ausführungsform kann der Schlauchfilter 620 so befestigt werden, dass sich der Schlauchfilter und der Hülsenrahmen 604 in Bezug auf den ringförmigen Flansch 602 beide in einer ersten axialen Richtung entlang der Achsenlinie 609 erstrecken. Der Schlauchfilter 620 kann auf jede der oben genannten Arten und Weise am Filterflansch 600 gesichert werden, einschließlich beispielsweise durch Schweißen und Nähen.
Es wird auf 16 Bezug genommen, wo eine Ausführungsform des Filterflansches 600 und des Schlauchfilters 620 im Vorratsbehälter 640 installiert ist. Der ringförmige Flansch 602 ist über der oberen Oberfläche der entsprechend bemessenen ringförmigen Vorratsbehälterprägung 644 konzentrisch zur Kopföffnung 642, die durch den Vorratsbehälter hindurch angeordnet ist, angeordnet. Der Filterflansch 600 kann so angeordnet sein, dass der Hülsenrahmen 604 in die Kopföffnung 642 ragt und den Schlauchfilter 620 in einer hängenden Position trägt. Wenn der Kopf 650 am Vorratsbehälter 640 installiert ist, wird der ringförmige Flansch 602 zwischen dem Kopfflansch 652 angeordnet und komprimiert, und der Kopfvorsprung 654 kann so in die Schlauchöffnung 622 eingeführt werden, dass der Schlauchfilter 620 sich auswärts gegen die Kopföffnung 642 aufweitet. In der dargestellten Ausführungsform kann der Innendurchmesser des Filterflansches 600 so bemessen sein, dass der Hülsenrahmen 604 radial außerhalb der Kopföffnung# 642 angeordnet ist und nur der Schlauchfilter 620 den Kopfvorsprung 654 berührt. In einer weiteren Ausführungsform können zur weiteren Verbesserung der Abdichtung zwischen der Vorratsbehälterprägung 644 und dem Kopfflansch 652 obere und untere ringförmige Dichtungen 660, 662 oberhalb und unterhalb des ringförmigen Flansches 602 des Filterflansches 600 angeordnet sein.
Es wird auf 17 Bezug genommen, wo eine andere Ausführungsform des Filterflansches 700 dargestellt ist, die der Hutform und der Anordnung des Filterflansches von 16 ähnelt, mit einem ringförmigen Flansch 702 mit einem kürzeren Hülsenrahmen 704, der senkrecht vom ringförmigen Flansch herabhängt. Der Schlauchfilter 720 kann am Innendurchmesser des Hülsenrahmens 704 gemäß den oben genannten Verfahren befestigt werden. Die Anordnung unterscheidet sich von 16 in Bezug auf die Ausrichtung des Hülsenrahmens 704, wenn sie im Vorratsbehälter 740 installiert ist. Genauer kann sich der Hülsenrahmen 704 in einer ersten axialen Richtung in Bezug auf den ringförmigen Flansch erstrecken, und der Schlauchfilter 720 kann sich in einer zweiten axialen Richtung erstrecken, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist. Nach der Installation ist der ringförmige Flansch 702 zwischen der oberen Oberfläche der Vorratsbehälterprägung 744 und der Unterseite des Kopfflansches 742 des Kopfes 750 angeordnet und komprimiert, wobei der Hülsenrahmen 704 von der Vorratsbehälterprägung 744 weg und zum Kopf hin ausgerichtet ist. Der Hülsenrahmen 704 ist konzentrisch zur Kopföffnung 742 und kann im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen wie die Kopföffnung, erstreckt sich aber vom Übergang zwischen der Kopföffnung und der oberen Oberfläche der Vorratsbehälterprägung 744 axial aufwärts. Demgemäß hebt die Ausrichtung des Hülsenrahmens 704 aufwärts weg von der Vorratsbehälterverstärkung 744 einen Abschnitt des Schlauchfilters 720 aus der Kopföffnung 742 hinaus. Das Filtermaterial des Schlauchfilters 720 isoliert daher den Übergang zwischen der Kopföffnung 742, die im Vorratsbehälter 740 angeordnet ist, und dem Kopf750. In einer Ausführungsform können zur weiteren Verbesserung der Abdichtung zwischen der Vorratsbehälterprägung 744 und dem Kopfflansch 752 obere und untere ringförmige Dichtungen 760, 762 oberhalb und unterhalb des ringförmigen Flansches 702 des Filterflansches 700 angeordnet sein.
Industrielle anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist auf Emissionsbegrenzungssysteme für Motoren und genauer auf Emissionsbegrenzungssysteme anwendbar, die SCR-Prozesse verwenden, welche die Einspritzung eines Reduktionsmittelfluids wie etwa auf Harnstoff basierende Wasserlösungen in Motorabgasströme erfordern. In den offenbarten Ausführungsformen ist ein Schlauchfilter dafür ausgelegt, in der Nähe des Übergangs einer Vorratsbehälteröffnung und einer in der Vorratsbehälteröffnung installierten Kopfbaugruppe angeordnet zu werden, um das Vorratsbehältervolumen effektiv vom inneren Hohlraum des Schlauchfilters zu isolieren, der die Zuführung umschließt, durch die Reduktionsmittel aus dem Vorratsbehälter geholt wird, der vorteilhafterweise so gestaltet ist, dass er ausreichenden Schutz vor dem Eindringen von losen Teilchen, wie etwa Schlamm, Schmutz, Fasern oder dergleichen oder von flüchtigen Verunreinigungen, wie etwa Eis, in ein Pumpensystem und/oder eine anderweitige Verstopfung der Kanäle, die aus dem Vorratsbehälter führen, verhindert.
Man beachte, dass in der obigen Beschreibung Beispiele für das offenbarte System und die offenbarte Technik angegeben werden. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass sich andere Implementierungen der Offenbarung im Detail von den vorangegangenen Beispielen unterscheiden können. Alle Bezugnahmen auf die Offenbarung oder ihre Beispiele sollen auf das jeweilige Beispiel, das an dieser Stelle erörtert wird, bezogen werden und sollen keinerlei allgemeinere Beschränkung des Bereichs der Offenbarung implizieren. Alle Ausdrücke zur Unterscheidung und Abwertung in Bezug auf bestimmte Merkmale sollen eine weniger starke Bevorzugung solcher Merkmale angegeben, sollen diese Formen des Bereichs der Offenbarung aber nicht vollständig ausschließen, solange nichts anderes angegeben ist.
Eine Nennung von Wertebereichen hierin soll nur als Vereinfachungsmethode dienen, um nicht jeden einzelnen Wert, der in dem Bereich liegt, individuell nennen zu müssen, solange nichts Gegenteiliges hierin angegeben ist, und jeder einzelne Wert ist in der Patentschrift eingeschlossen, als würde er hierin individuell genannt. Alle hierin beschriebenen Verfahren können in jeder geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden, solange hierin nichts anderes angegeben ist oder wenn der Kontext nicht klar etwas anderes nahelegt.

Claims

Schlauchfilter (362), der in einem Vorratsbehälter (300) angeordnet werden kann, um ein flüssiges Reduktionsmittel, das im Vorratsbehälter (300) enthalten ist, zu filtern, wobei der Schlauchfilter (362) umfasst: einen Stützring (370) aus relativ steifem Material; und einen Filterstrumpf (363) aus Filtermaterial, das sich durch relative Nachgiebigkeit auszeichnet, wobei der Filterstrumpf (363) eine längliche Konfiguration aufweist, die ein geschlossenes Ende (364), ein offenes Ende, das entgegengesetzt zum geschlossenen Ende (364) angeordnet ist, und einen röhrenförmigen Abschnitt (368), der sich zwischen dem geschlossenen Ende (364) und dem offenen Ende erstreckt, aufweist; und wobei das offene Ende eine Schlauchöffnung (366) bedingt und einen Saum (374) aus Filtermaterial aufweist, der über den Stützring (370) gelegt und am röhrenförmigen Abschnitt (368) gesichert ist.
Schlauchfilter (362) nach Anspruch 1, wobei der Stützring (370) eine radiale Lücke (378) aufweist, so dass der Stützring (370) sich über weniger als 360° erstreckt, wodurch der Stützring (370) radial gestaucht und erweitert werden kann.
Schlauchfilter (362) nach Anspruch 2, wobei der Saum (374) durch Nähen am röhrenförmigen Abschnitt (368) befestigt ist.
Schlauchfilter (362) nach Anspruch 3, wobei der Stützring (370) aus Material besteht, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Metall und Kunststoff.
Schlauchfilter (362) nach Anspruch 4, wobei ein Querschnitt des Stützrings (370) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus rund, oval und rechteckig besteht.
Schlauchfilter (362) nach Anspruch 5, wobei der Filterstrumpf (363) aus Polypropylenfilzmaterial besteht.
Schlauchfilter (362) nach Anspruch 6, wobei der Filterstrumpf (363) eine mehrlagige Konstruktion ist.
Filterflansch/Schlauchfilter-Kombination (400/420), die in einen Vorratsbehälter (440) für Reduktionsmittelfluid eingeführt werden kann, wobei die Filterflansch/Schlauchfilter-Kombination (400/420) umfasst: einen Filterflansch (400), der einen Hülsenrahmen (404) aufweist, der von zylindrischer Form ist und sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende erstreckt und einen zentralen Leerraum (408) und eine Achsenlinie (409) bedingt, wobei der Filterflansch (400) ferner einen ringförmigen Flansch (402) aufweist, der sich senkrecht vom ersten Ende des Hülsenrahmens (404) und konzentrisch zur zentralen Leerraum (408) erstreckt; und einen Schlauchfilter (420) aus nachgiebigem Filtermaterial, der ein geschlossenes Ende (424) und ein offenes Ende, das dem geschlossenen Ende (424) entgegengesetzt ist, aufweist, wobei das offene Ende eine Schlauchöffnung (422) bedingt und am Hülsenrahmen (404) befestigt ist.
Filterflansch/Schlauchfilter-Kombination (400/420) nach Anspruch 8, wobei der Hülsenrahmen (404) einen unteren Ring (412) in der Nähe des zweiten Endes aufweist, der axial entgegengesetzt zum ersten Ende angeordnet ist, und das offene Ende des Schlauchfilters (420) in der Nähe des zweiten Endes und beabstandet zum ringförmigen Flansch (402) befestigt ist, und wobei der Filterflansch (400) ferner mehrere Fenster (410) aufweist, die durch den Hülsenrahmen (404) hindurch angeordnet sind und die von mehreren Rahmenstreben (414) begrenzt sind, die sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstrecken.
Filterflansch/Schlauchfilter-Kombination (400/420) nach Anspruch 8, wobei der Hülsenrahmen (404) eine axiale Länge (612) aufweist und der ringförmige Flansch (402) eine radiale Breite (610) aufweist, und wobei die axiale Länge (612) geringer ist als die axiale Breite (610).