DE202020103754U1 - Integriertes Modul zur Regelung und Steuerung von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug und die entsprechende Versorgungsgruppe zur Regelung, Steuerung und Zufuhr von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Integriertes Modul (16) zur Regelung und Steuerung von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug, umfassend- ein inneres Element (36), welches Sensoren (40) zur Regelung der Eigenschaften und/oder des Füllstandes der Flüssigkeit und mindestens teilweise eine Zuführ-/Rückführleitung (24) der Flüssigkeit umfasst,- ein äußeres Element (44), welches ein Heizelement (48) für die Flüssigkeit umfasst,- wobei das innere Element (36) und das äußere Element (44) lösbar miteinander verbunden sind, so dass sie voneinander abtrennbar sind.

Description

  • ANWENDUNGSBEREICH
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein integriertes Modul zur Regelung und Steuerung von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug und eine entsprechende Versorgungsgruppe zur Regelung, Steuerung und Zufuhr von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug.
  • STAND DER TECHNIK
  • In der letzten Zeit werden auf dem Gebiet der endothermen Motoren für Kraftfahrzeuge zunehmend Vorrichtungen zur Speicherung und gesteuerten Zufuhr von Flüssigkeiten eingesetzt, um den direkten und/oder indirekten Betrieb von endothermen Antrieben zu optimieren.
  • Diese Vorrichtungen sehen insbesondere die kontrollierte Einspritzung von Wasser in die Verbrennungskammer vor (typischerweise bei Benzinverbrennungsmotoren, jedoch nicht ausschließlich) sowie die Einspritzung einer Wasser-Harnstoff-Lösung zur Behandlung der Abgase von Dieselverbrennungsmotoren.
  • Bei der „water injection“-Technologie wird über die Ansaugleitung direkt oder indirekt Wasser in die Verbrennungskammer eingespritzt, um die Klopftendenz zu reduzieren und die Temperatur der Abgase zu drosseln. Auch bei Dieselmotoren kann auf die gleiche Weise Wasser in die Verbrennungskammer eingespritzt werden, mit dem Ziel, die Bildung von Stickstoffoxid zu verringern.
  • Bei Motoren, die nach dem Dieselprinzip arbeiten, kann es zudem notwendig sein, mit Harnstoff gemischtes entmineralisiertes Wasser in die Abgasbehandlungsanlage einzuspritzen, sofern ein SCR-System mit variabler Konzentration vorhanden ist.
  • Alle diese Anwendungen benötigen somit ein bestimmtes Flüssigkeitsvolumen, das entmineralisiertes Wasser und/oder Harnstoff enthält und üblicherweise in einem entsprechenden Behälter in dem Fahrzeug vorhanden ist.
  • Wie erwähnt, werden diese Flüssigkeiten direkt in der Verbrennungskammer (Wasser) oder entlang der Abgasleitung (Wasser-Harnstoff-Gemisch) verwendet.
  • Die bekannten Lösungen erfordern Flüssigkeitsspeicherbehälter (Wasser/Harnstoff), die mit einer Vielzahl von Zubehöreinrichtungen versehen sein müssen, wie etwa Filtrations-/Flüssigkeitsregelsysteme, Flüssigkeitspumpsysteme, Vorlauf- und Zuführleitungen zur Rückführung der Flüssigkeiten und Heizsysteme, die dazu dienen, die Flüssigkeiten bei Bedarf aufzutauen, welche dazu neigen, infolge der niedrigen Temperaturen zu erstarren. Diese Flüssigkeitsbehälter sind üblicherweise im unteren Teil des Fahrzeugs angeordnet und nicht im Fahrzeuginnenraum, sondern außen, so dass sie Temperaturen ausgesetzt sein können, die mehrere Grade unter 273K erreichen können.
  • Die bekannten Lösungen bringen einige Probleme und Nachteile mit sich.
  • Diese bekannten Systeme sind insbesondere mit einem einstückigen Körper versehen, der alle für das Pumpen und die Behandlung der Flüssigkeit notwendigen Zubehöreinrichtungen umfasst und am Behälter befestigt ist, so dass er mit diesem in Fluidverbindung steht.
  • Überdies sind diese bekannten Lösungen recht komplex und erfordern für jeden Flüssigkeitsbehälter, an den die Vorrichtungen angeschlossen werden, eine spezielle Ausführungsform.
  • Die Unterbringung aller Zubehöreinrichtungen in einem einzigen Körper erschwert zudem die Montage und Demontage, beispielsweise für Wartungs- oder Reparaturzwecke.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Daher ist es notwendig, die angeführten Probleme und Nachteile der bekannten Technik zu beseitigen.
  • Dies wird durch ein integriertes Modul zur Regelung und Steuerung von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug gemäß dem Anspruch 1 sowie eine entsprechende Versorgungsgruppe zur Regelung, Steuerung und Zufuhr von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug gemäß dem Anspruch 16 erreicht.
  • Weitere Ausführungsformen dieser Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Figurenliste
  • Weitere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung und ihre bevorzugten, jedoch nicht einschränkenden, beispielhaften Ausführungsformen ersichtlich, wobei:
    • 1a eine schematische Gesamtansicht einer Versorgungsgruppe zur Regelung, Steuerung und Zufuhr von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
    • 1b eine schematische Gesamtansicht einer Versorgungsgruppe zur Regelung, Steuerung und Zufuhr von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
    • 2 eine perspektivische Ansicht eines integrierten Moduls mit einem inneren und einem äußeren Element gemäß einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
    • 3 eine perspektivische Ansicht eines Elements eines integrierten Moduls gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
  • Elemente und Teile von Elementen, die in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen identisch sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In den oben aufgeführten Figuren bezeichnet 4 allgemein eine Versorgungsgruppe zur Regelung, Steuerung und Zufuhr von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass der Begriff Fahrzeug in einem weiten Sinn zu verstehen ist; mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung kann in jedem Fahrzeugtyp problemlos angewendet werden, der mit einer Brennkraftmaschine 8 versehen ist, welche mit unterschiedlichen Typen von Kraftstoff betrieben wird.
  • Die Versorgungsgruppe 4 umfasst einen Flüssigkeitsbehälter 12, ein integriertes Modul 16 zur Regelung und Steuerung der Flüssigkeit in einem Fahrzeug und mindestens eine Förderpumpe 20 für die Flüssigkeit.
  • Der Flüssigkeitsbehälter 12 kann jede beliebige Form und Größe aufweisen und sowohl aus einem Metallwerkstoff gefertigt sein, bevorzugt jedoch aus einem Polymerwerkstoff.
  • Wie im Folgenden näher beschrieben, ist das integrierte Modul 16 mit dem Flüssigkeitsbehälter 12 dicht verbunden.
  • Die mindestens eine Förderpumpe 20 für die Flüssigkeit ist mit einer Zuführleitung 24 versehen, die sich in Richtung einer Versorgungsanlage 28 der Brennkraftmaschine 8 und/oder in Richtung einer Abgasbehandlungsanlage 32 der Brennkraftmaschine 8 erstreckt. Die Zuführleitung kann ihrerseits mit einem Hochdruckventil 26 ausgerüstet sein. Die Versorgungsanlage 28 ist mit Injektoren 29 versehen, die dazu dienen, die Flüssigkeit direkt in den Brennraum einzuspritzen (direkte Einspritzung) oder in eine Vorkammer (indirekte Einspritzung). Die Abgasbehandlungsanlage 32 der Brennkraftmaschine 8 kann beispielsweise mit einem Injektor 33 versehen sein, der dazu dient, die Flüssigkeit entlang der Abgasanlage einzuspritzen.
  • Üblicherweise wird als Flüssigkeit zur Einspritzung in die Versorgungsanlage 28 entmineralisiertes Wasser verwendet, während zur Einspritzung in die Abgasbehandlungsanlage 32 der Brennkraftmaschine 8 ein Wasser-Harnstoff-Gemisch verwendet wird.
  • Das integrierte Modul 16 zur Regelung und Steuerung von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug umfasst ein inneres Element 36, welches wiederum Sensoren 40 zur Regelung der Eigenschaften und/oder des Füllstandes der Flüssigkeit umfasst, und ein äußeres Element 44, das ein Heizelement 48 zur Erwärmung der Flüssigkeit aufweist.
  • Bevorzugt umfasst das innere Element 36 mindestens teilweise eine Zuführ-/Rückführleitung 24 der Flüssigkeit oder ist mit mindestens einer solchen verbunden.
  • Das innere Element 36 umfasst insbesondere die hydraulischen Verbindungen, welche erforderlich sind, um die Flüssigkeit der Pumpe zuzuführen und um die Flüssigkeit eventuell in den Flüssigkeitsbehälter 12 zurückzuleiten.
  • Bevorzugt sind das innere Element 36 und das äußere Element 44 lösbar miteinander verbunden, so dass sie voneinander abtrennbar sind.
  • Das innere und das äußere Element 36, 44 sind beispielsweise mittels lösbaren Verbindungsmitteln, wie etwa Schrauben, Bolzen oder dergleichen, miteinander verbunden.
  • Bevorzugt ist zwischen dem inneren und dem äußeren Element 36, 44 eine hydraulische Dichtung 52 vorgesehen.
  • Wie oben erwähnt, umfasst das innere Modul 36 die Sensoren 40 zur Regelung der Eigenschaften der Flüssigkeit.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Sensoren 40 mindestens einen Qualitätssensor 56 und/oder mindestens einen Füllstandssensor 60 und/oder mindestens einen Temperatursensor 64.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das innere Element 36 zudem eine Filterpatrone (68) (falls Wasser verwendet wird, eine antibakterielle Filterpatrone), welche vor der Ansaugung angeordnet ist und Verunreinigungen beseitigt, die möglicherweise im Inneren des Flüssigkeitsbehälters 12 vorhanden sind. Die Filterpatrone 68 ist bevorzugt entfernbar, so dass sie gewechselt oder für planmäßige Wartungsarbeiten während der Inspektion entfernt werden kann.
  • Im Unterschied zu den Anwendungen, welche die Nutzung des Wasser-Harnstoff-Gemischs vorsehen, werden bei der Verwendung von Wasser als Flüssigkeit zusätzlich zu den oben aufgeführten Komponenten zwei Biokontaminationskontrollzonen 72 hinzugefügt, und zwar eine aktive und eine passive.
  • Das äußere Element 44 ist so angeordnet, dass es das innere Element 36 zumindest teilweise umschließt.
  • Gemäß einer Ausführungsform hat das äußere Element 44 eine zylindrische Form und ist in Bezug auf das innere Element 36 koaxial angeordnet.
  • Das äußere Element 44 kann eine vordere Öffnung 74 zur Ansaugung der Flüssigkeit aufweisen.
  • Bevorzugt besteht das äußere Element ausschließlich aus dem Heizelement 48, beispielsweise in Form eines Heizringes, der das innere Element 36 umschließt.
  • Das äußere Element 44 besteht aus einem äußeren kreisförmigen Ring, in den das innere Element 36 eingefügt wird, das bevorzugt mittels Schrauben befestigt wird. Die hydraulische Dichtung zwischen diesen zwei Elementen ist durch eine kreisförmige Gummidichtung sichergestellt.
  • Das als Heizelement 48 ausgeführte äußere Element 44 kann ein starres elektrisches Heizelement umfassen, das beispielsweise aus PTC-Chips besteht und sich nahezu über den gesamten Umfang erstreckt; überdies kann das äußere Element, wie erwähnt, an seinem vorderen Teil eine Öffnung aufweisen, damit der Durchfluss der Flüssigkeit ins Innere sichergestellt ist, wo sich die Ansaugung befindet.
  • Das Heizelement 48 kann einen elektrischen Wärmewiderstand umfassen; alternativ oder zusätzlich kann das Heizelement 48 zudem einen Flüssig-Flüssig-Wärmetauscher umfassen.
  • Das Heizelement 48 kann eine veränderbare Leistung abgeben, die bei Verwendung von Wasser höher sein kann und bei Verwendung des Wasser-Harnstoff-Gemischs niedriger und die notwendig ist, um das Auftauen eines ausreichenden Flüssigkeitsvolumens für den Start des Systems zu garantieren.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das äußere Element 44 so geformt, dass es zusammen mit dem inneren Element 36 ein im Wesentlichen zylindrisches Auffangvolumen 76 der Flüssigkeit begrenzt, das geeignet ist, die Flüssigkeit zumindest teilweise aufzunehmen, wobei in dem Auffangvolumen 76 bevorzugt die Sensoren 40 zur Regelung der Eigenschaften und/oder des Füllstandes der Flüssigkeit untergebracht sind.
  • Das Auffangvolumen 76 ist bevorzugt kreisförmig und wird außen von einer Seitenwand 80 des äußeren Elements 44 und innen von einer Basis 50 des integrierten Moduls 16 begrenzt.
  • Diese Anordnung hat einen doppelten Vorteil: zum einen wird eine Art Grube gebildet, in der zwecks Analyse mittels der Sensoren ein Teil der Flüssigkeit gesammelt wird, zum anderen bildet sich ein Flüssigkeitsvolumen, das problemlos und schnell mittels des Heizelements 48 erwärmt werden kann, von dem es umschlossen wird. Daher ist es auch im Falle des Gefrierens der Flüssigkeit, beispielsweise weil sie längere Zeit nicht genutzt wurde und niedrigen Temperaturen ausgesetzt war, in sehr kurzer Zeit möglich, die Flüssigkeit wiederherzustellen und somit die Funktionalität des Moduls und die Einspritzung der Flüssigkeit.
  • Bevorzugt ist das äußere Element 44 mit lösbaren Verbindungsmitteln versehen, mit denen es lösbar an dem Flüssigkeitsbehälter 12 befestigt wird.
  • Zur dichten Befestigung an diesem Behälter ist das äußere Element 44 mit einer Dichtung versehen.
  • Alternativ kann die Befestigung des äußeren Elements 44 an dem Flüssigkeitsbehälter 12 mithilfe der Spiegelschweißtechnologie erfolgen.
  • Wie aus dieser Beschreibung ersichtlich wird, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, die aufgeführten Nachteile der bekannten Technik zu überwinden.
  • Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass ein aus zwei Elementen bestehendes Modul bereitgestellt wird: einem inneren Element und einem äußeren Element. Das innere Element, welches die Sensoren und den Filtrationsbereich umfasst (sowie die Bereiche zur antibakteriellen Kontrolle, falls Wasser verwendet wird) ist abnehmbar und kann einzeln an Behältern verwendet werden, die kleiner sind und die nicht die Verwendung des äußeren Elements erfordern.
  • Das äußere Element, in dem das innere Element montiert wird, besteht aus einem elektrischen Heizelement. Das auf diese Weise ausgeführte Modul kann an Behältern montiert werden, die eine Erwärmung der Flüssigkeit oder des Gemischs erfordern, und hat den Vorteil, dass es eine Standardgröße aufweist und in Bezug auf die verschiedenen, gegenwärtig handelsüblichen Systeme austauschbar ist.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das äußere und das innere Element mittels Schrauben oder ähnlichen lösbaren Verbindungsmitteln miteinander verbunden sind, so dass sie beispielsweise zur Wartung des Systems voneinander trennbar sind.
  • Diese Lösung kann für alle Behälter angewendet werden, welche eine Schnittstelle mit geeigneten Abmessungen aufweisen und die zur Einspritzung von Wasser in eine Brennkraftmaschine und zur Einspritzung eines Wasser-Harnstoff-Gemischs in die Abgasleitung von Dieselmotoren verwendet werden.
  • Die Abmessungen dieses Moduls (innen + außen) garantieren die Austauschbarkeit zwischen den verschiedenen Systemen (Wasser oder Wasser-Harnstoff-Gemisch), welche gegenwärtig handelsüblich sind und ein integriertes Modul mit den oben beschriebenen Merkmalen erfordern.
  • Das innere Element dieses Systems kann aufgrund seiner geringen Abmessungen und seiner Kompaktheit auch einzeln an Behältern verwendet werden, die kleinere Abmessungen oder eine komplexere Form aufweisen und für die keine Verwendung eines Heizelements vorgesehen ist.
  • Zur Erfüllung spezieller Anforderungen kann ein Fachmann zahlreiche Änderungen und Variationen an den oben beschriebenen Modulen vornehmen, die jedoch sämtlich in dem durch die nachfolgenden Ansprüche festgelegten Umfang der Erfindung enthalten sind.
  • Anmerkung des Übersetzers: Im Absatz 41 des ital. Textes steht an Stelle des Bezugszeichens 44 das Bezugszeichen 36.

Claims (16)

  1. Integriertes Modul (16) zur Regelung und Steuerung von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug, umfassend - ein inneres Element (36), welches Sensoren (40) zur Regelung der Eigenschaften und/oder des Füllstandes der Flüssigkeit und mindestens teilweise eine Zuführ-/Rückführleitung (24) der Flüssigkeit umfasst, - ein äußeres Element (44), welches ein Heizelement (48) für die Flüssigkeit umfasst, - wobei das innere Element (36) und das äußere Element (44) lösbar miteinander verbunden sind, so dass sie voneinander abtrennbar sind.
  2. Integriertes Modul (16) zur Regelung und Steuerung von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das innere und das äußere Element (36, 44) mittels lösbaren Verbindungsmitteln miteinander verbunden sind.
  3. Integriertes Modul (16) zur Regelung und Steuerung von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die lösbaren Verbindungsmittel Schrauben, Bolzen und Ähnliches umfassen.
  4. Integriertes Modul (16) zur Regelung und Steuerung von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei zwischen dem inneren und dem äußeren Element (36, 44) eine Dichtung (52) angeordnet ist.
  5. Integriertes Modul (16) zur Regelung und Steuerung von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Sensoren (40) zur Regelung der Eigenschaften der Flüssigkeit mindestens einen Qualitätssensor (56) und/oder mindestens einen Füllstandssensor (60) und/oder mindestens einen Temperatursensor (64) umfassen.
  6. Integriertes Modul (16) zur Regelung und Steuerung von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das äußere Element (44) so angeordnet ist, dass es das innere Element (36) mindestens teilweise umschließt.
  7. Integriertes Modul (16) zur Regelung und Steuerung von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das äußere Element (44) eine zylindrische Form aufweist und in Bezug auf das innere Element (36) koaxial angeordnet ist.
  8. Integriertes Modul (16) zur Regelung und Steuerung von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das äußere Element (44) eine vordere Öffnung zur Ansaugung der Flüssigkeit aufweist.
  9. Integriertes Modul (16) zur Regelung und Steuerung von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das äußere Element (44) ausschließlich aus einem Heizring besteht, der das innere Element (36) umschließt.
  10. Integriertes Modul (16) zur Regelung und Steuerung von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das äußere Element (44) so geformt ist, dass es zusammen mit dem inneren Element (36) ein im Wesentlichen zylindrisches Auffangvolumen (76) der Flüssigkeit begrenzt, das geeignet ist, die Flüssigkeit zumindest teilweise aufzunehmen, wobei in dem Auffangvolumen (76) die Sensoren (40) zur Regelung der Eigenschaften und/oder des Füllstandes der Flüssigkeit untergebracht sind.
  11. Integriertes Modul (16) zur Regelung und Steuerung von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei das Auffangvolumen (76) kreisförmig ist und außen von einer Seitenwand (80) des äußeren Elements (44) und innen von einer Basis (50) des integrierten Moduls (16) begrenzt wird.
  12. Integriertes Modul (16) zur Regelung und Steuerung von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Heizelement (48) einen elektrischen Wärmewiderstand umfasst.
  13. Integriertes Modul (16) zur Regelung und Steuerung von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Heizelement (48) einen Flüssig-Flüssig-Wärmetauscher umfasst.
  14. Integriertes Modul (16) zur Regelung und Steuerung von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das äußere Element (44) mit lösbaren Verbindungsmitteln versehen ist, mit denen es lösbar an dem Flüssigkeitsbehälter (12) befestigt wird.
  15. Integriertes Modul (16) zur Regelung und Steuerung von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das äußere Element (44) mit einer Dichtung zur dichten Befestigung an dem Flüssigkeitsbehälter (12) versehen ist.
  16. Versorgungsgruppe (4) zur Regelung, Steuerung und Zufuhr von Flüssigkeiten in einem Fahrzeug, umfassend: - einen Flüssigkeitsbehälter (12), - ein integriertes Modul (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das integrierte Modul (16) mit dem Flüssigkeitsbehälter (12) dicht verbunden ist, - mindestens eine Förderpumpe (20) für die Flüssigkeit, welche mit einer Zuführleitung (24) versehen ist, die sich in Richtung einer Versorgungsanlage (28) einer Brennkraftmaschine (8) und/oder in Richtung einer Abgasbehandlungsanlage (32) einer Brennkraftmaschine (8) erstreckt.
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