EP3049773A1 - Einrichtung zur einführung einer gefrierfähigen flüssigkeit in das abgassystem eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Einrichtung zur einführung einer gefrierfähigen flüssigkeit in das abgassystem eines kraftfahrzeuges

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EP3049773A1
EP3049773A1 EP14772350.6A EP14772350A EP3049773A1 EP 3049773 A1 EP3049773 A1 EP 3049773A1 EP 14772350 A EP14772350 A EP 14772350A EP 3049773 A1 EP3049773 A1 EP 3049773A1
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protector
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Ronny STANGL
Stephan Heinrich
Denny SCHÄDLICH
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Aumovio Germany GmbH
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Definitions

  • Such devices for introducing a freezable liquid into the exhaust system of a motor vehicle are known ⁇ be.
  • a device in which an aqueous urea solution for NO x reduction is metered into the exhaust gas.
  • the urea solutions used for this purpose consist of distilled water and 32.5% urea. This solution freezes at -11 ° C. If the motor vehicle is lowered and the temperature of the fluid drops below -11 ° C, the solution freezes in the tank, whereby the fluid expands in the frozen state by about 11%.
  • the transmitter / receiver is arranged on the underside of the tank bottom.
  • a plate flange
  • the ice protector of this sensor is mounted on the bottom plate of the sensor and has an opening over the second mirror so that the sound waves can be radiated upward through the opening in the tank and reflected back from the surface of the urea solution.
  • the ice protector except for the above-mentioned opening is substantially closed ⁇ ge.
  • the ice protector is formed integrally with a bottom plate of the sensor or the tank bottom. If the sensor has its own bottom plate, which is located on the bottom of the tank, the bottom plate and ice protector form a unit. If the sensor does not have its own ground and if the corresponding part of the sensor is attached directly to the bottom of the tank, it forms

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Abstract

Einrichtung zur Einführung einer gefrierfähigen Flüssigkeit in das Abgassystem eines Kraftfahrzeuges Es wird eine Einrichtung zur Einführung einer gefrierfähigen Flüssigkeit in das Abgassystem eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Die Einrichtung besitzt einen Tank (1) zur Aufnahme der gefrierfähigen Flüssigkeit und einen Sensor (7) zur Bestimmung der Konzentration und/oder des Füllstandes der gefrierfähigen Flüssigkeit im Tank. Ferner ist ein kuppelförmiger Eisprotektor (2) zum Schutz des im Tank befindlichen Teiles (8,9,10,11) des Sensors vorgesehen. Der Eisprotektor ist einstückig mit dem Sensorboden oder dem Tankboden ausgebildet, und die Kuppel des Eisprotektors weist eine im Wesentlichen vollständig offene Oberseite auf. Hierdurch wird die Funktionssicherheit der Einrichtung gesteigert.

Description

Beschreibung
Einrichtung zur Einführung einer gefrierfähigen Flüssigkeit in das Abgassystem eines Kraftfahrzeuges
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Einführung einer gefrierfähigen Flüssigkeit in das Abgassystem eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
Derartige Einrichtungen zur Einführung einer gefrierfähigen Flüssigkeit in das Abgassystem eines Kraftfahrzeuges sind be¬ kannt. Beispielsweise ist eine Einrichtung bekannt, bei der eine wässrige Harnstofflösung zur NOx-Reduzierung in das Ab- gas eindosiert wird. Die hierfür eingesetzten Harnstofflösun- gen bestehen aus destilliertem Wasser und 32,5 % Harnstoff. Diese Lösung gefriert bei -11 °C. Wird das Kraftfahrzeug ab¬ gestellt und sinkt die Temperatur der Flüssigkeit unter -11 °C, gefriert die Lösung im Tank, wobei sich die Flüssigkeit im gefrorenen Zustand um etwa 11 % ausdehnt.
Es ist dabei ferner bekannt, den Gehalt der gefrierfähigen Flüssigkeit in der Einrichtung, insbesondere im Tank, mittels eines Sensors zu überwachen. Dieser Sensor dient zur Bestim- mung der Konzentration und/oder des Füllstandes der gefrierfähigen Flüssigkeit im Tank und ist zumindest zum Teil im Tank am Boden desselben angeordnet. Hierbei kann der Sensor einen eigenen Boden aufweisen, der mit dem Boden des Tanks verbunden ist, beispielsweise verschweißt ist, oder die Teile des Sensors können direkt am Tankboden angeordnet sein.
Insbesondere kommt hierbei ein Ultraschallsensor zur Anwendung, der speziell zur Bestimmung der Konzentration und/oder des Füllstandes der vorstehend erwähnten wässrigen Harnstoff- lösung eingesetzt wird. Hierbei lässt sich die Konzentration aus der charakteristischen Laufzeit der durchstrahlten Flüssigkeit ermitteln (Schallgeschwindigkeit im Medium) . Typi- scherweise emittiert der entsprechende Ultraschallwandler ei¬ ne akustische Welle, die an einer oder mehreren im Tank ange¬ ordneten Reflexionsflächen zurückgeworfen wird und am Wandler, der hier als Sender und als Empfänger dient, wieder als elektrisches Signal gewandelt und weiterverwertet wird. Der Abstand zwischen Wandler und Reflektor (bzw. der Reflektoren zueinander) bestimmt die Genauigkeit des Messsystems.
Ist die Flüssigkeit, insbesondere Harnstofflösung, im Tank gefroren, so kann die gebildete Eismasse auf den im Tank be¬ findlichen Teil des Sensors drücken und insbesondere die Re¬ ferenzen (Reflektoren) bzw. den gesamten Teil des im Tank angeordneten Sensors beschädigen. Diese Kräfte können bei halbaufgetautem Tank (Eisklumpen) während der Fahrt durch Be- schleunigungen sowie Schwappen noch zunehmen. Um dies zu verhindern, ist der im Tank befindliche Teil des Sensors mit ei¬ nem kuppeiförmigen Eisprotektor versehen, der am Boden des Sensors oder des Tanks angebracht ist. Diese meist halbkugel¬ förmige Anordnung bewirkt, dass das Eis über den Protektor gleitet und somit den im Tank angeordneten Teil des Sensors nicht beschädigt. Die Kräfte, die durch das Eis, das im Pro¬ tektor gefangen ist, auftreten können, sind vernachlässigbar.
Beispielsweise befindet sich ein Ultraschallsensor auf dem Markt, bei dem der Sender/Empfänger auf der Unterseite des Tankbodens angeordnet ist. Im Tank selbst auf dessen Boden befindet sich eine Platte (Flansch) , auf der die übrigen Tei¬ le des Sensors angeordnet sind. Es handelt sich hierbei um einen Spiegel zur Umlenkung der vertikal vom Sender abge- strahlten Schallwellen in Horizontalrichtung, zwei Reflektoren und einen weiteren Spiegel, mit dem Schallwellen vertikal nach oben abgelenkt werden. Der Eisprotektor dieses Sensors ist auf der Bodenplatte des Sensors befestigt und weist über dem zweiten Spiegel eine Öffnung auf, damit die Schallwellen nach oben durch die Öffnung in den Tank abgestrahlt und von der Oberfläche der Harnstofflösung zurückreflektiert werden können. Bei dieser Ausführungsform ist daher der Eisprotektor bis auf die vorstehend erwähnte Öffnung im Wesentlichen ge¬ schlossen .
Bei einem derartigen Sensor und bei einem derartigen Eispro- tektor können sich aber speziell beim Betanken oder durch Ausgasen der in der Flüssigkeit (Harnstofflösung) gelösten Gase (Luftsauerstoff) unter dem Eisprotektor Blasen bilden, die ähnlich einer Taucherglocke die Luft unter der Kuppel bzw. Kappe sammeln und eine Messung der Laufzeit verhindern bzw. den Sensor vorübergehend „erblinden" lassen, bis sich die Blasen ablösen oder sich auflösen. Die Zeit bis zur erneuten Messbereitschaft kann dabei zwischen Sekunden und mehreren Stunden betragen. Da es sich bei dem Eisprotektor ferner um ein separates Teil handelt, entstehen zusätzliche Kos- ten durch Material-, Herstellungs-, Fertigungs-, Logistik- und Montagekosten.
Ferner ist aus der DE 103 31 566 AI ein Strömungsmittelni- veausensor bekannt, der eine hohlzylindrisch ausgebildete Ge- häusekomponente zur Abdeckung von Bauteilen des Sensors auf¬ weist. Weitere Messanordnungen zur Bestimmung eines Füllstandes und/oder einer Konzentration einer Flüssigkeit sind aus der DE 10 2011 013 687 AI, der DE 10 2012 205 640 AI und der DE 10 2011 089 685 AI bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, die besonders funktionssicher arbeitet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Einrichtung der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
Der erfindungsgemäß ausgebildete Eisprotektor ist kuppelför- mig gestaltet, d. h. besitzt abgerundete Seitenflächen, die nach oben zusammenlaufen. Im Gegensatz zum Stand der Technik weist er jedoch keine im Wesentlichen geschlossene Oberseite auf, sondern eine vollständig offene Oberseite. Hiermit wird erfindungsgemäß erreicht, dass der Eisprotektor einerseits noch die nötige Steifigkeit und Kräfte ableitende Wirkung hat, andererseits jedoch die Ausbildung von Blasen unter dem Kuppeldach verhindert. Es entstehen daher keine Blasenfallen, die die Messung des Sensors beeinflussen.
Da die abgerundeten Seitenwände der Kuppel des Eisprotektors erhalten bleiben, wird weiterhin erreicht, dass das im Tank gebildete Eis über den Protektor gleitet und den im Tank angeordneten Teil des Sensors, insbesondere die vorgesehenen Spiegel und Reflektoren, nicht beschädigt. Die Kräfte, die durch das durch die vollständig offene Oberseite der Kuppel eindringende Eis verursacht werden, stellen hierbei keine große Gefahr für den innerhalb des Protektors angeordneten Teil des Sensors dar und werden letztendlich in Kauf genommen .
Das zweite wichtige Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Eisprotektor einstückig mit einer Bodenplatte des Sensors oder dem Tankboden ausgebildet ist. Wenn der Sensor eine eigene Bodenplatte hat, die auf dem Tankboden angeordnet ist, bilden Bodenplatte und Eisprotektor eine Einheit. Hat der Sensor keinen eigenen Boden und ist der entsprechende Teil des Sensors direkt auf dem Tankboden befestigt, bildet der
Eisprotektor mit dem Tankboden eine Einheit. In beiden Fällen wird ein zusätzliches Teil, das am Sensorboden oder Tankboden befestigt werden muss, vermieden. Es entfallen daher verschiedene Fertigungsschritte (Zusammenführung des Eisprotek- tors mit dem jeweiligen Boden, entsprechende Befestigung etc . ) .
In Weiterbildung der Erfindung handelt es sich bei der gefrierfähigen Flüssigkeit insbesondere um eine wässrige Harn- Stofflösung. Der Sensor ist vorzugsweise ein Ultraschallsensor, wobei mit dem Sensor sowohl die Konzentration als auch der Füllstand der gefrierfähigen Flüssigkeit im Tank ermit- telt werden kann. Zur Konzentrationsmessung wird beispielsweise die Laufzeit des Schalls innerhalb der Flüssigkeit mit bis zu zwei mit verschiedenem Abstand zum Sender angeordneten Reflektoren gemessen. Bei der Füllstandsmessung findet eine Messung der Laufzeit bis zur Flüssigkeitsoberfläche statt, an der der Ultraschall reflektiert wird. Da der erfindungsgemäß vorgesehene Einsprotektor eine vollständig offene Oberseite aufweist, ist eine Umlenkung der Ultraschallwelle aus ihrer Horizontalrichtung parallel zum Boden des Sensors vertikal nach oben durch die oben offene Oberseite des Eisprotektors möglich .
Wichtig ist, dass der erfindungsgemäß vorgesehene Eisprotek¬ tor eine ausreichende Steifigkeit besitzt, um eine entspre- chende Schutzfunktion für den im Tank angeordneten Teil des Sensors auszuüben. Um diese Schutzfunktion zu erreichen, ist die Kuppel des Eisprotektors vorzugsweise durch Versteifungs¬ rippen verstärkt. Dabei weist die Kuppel insbesondere auf ih¬ rer Außenseite ein Gebilde aus längsgerichteten und/oder quergerichteten Versteifungsrippen auf. Diese sich kreuzenden Versteifungsrippen stellen eine große Steifigkeit mit geringem Materialaufwand sicher.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß ausgebildeten Ein- richtung besteht darin, dass Teile des Sensors, insbesondere Ultraschallsensors, von der Kuppel des Eisprotektors abge¬ hängt sein können. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind daher die entsprechenden Teile des Sensors nicht am Sen¬ sorboden oder Tankboden befestigt, sondern vom oberen Bereich der Kuppel des Eisprotektors gelagert. Insbesondere kann es sich hierbei um eine Lagerung der Referenzen (Reflektoren) und/oder Spiegel des Sensors handeln. Bevorzugt wird dabei eine Ausführungsform, bei der sich ein Balken über die offene Oberseite des Eisprotektors erstreckt, von dem die entspre- chenden Sensorteile, insbesondere die Referenzstruktur, abge¬ hängt sind. Diese Ausführungsform der Abhängung bietet besondere Vorteile für den Fall, dass sich Blasen im Bereich des Bodens des Sensors bzw. Tanks, insbesondere an den dort vor¬ gesehenen Reflektoren oder Spiegeln, bilden. Die entsprechenden Teile können daher durch diese Art der Befestigung im Abstand vom Boden angeordnet werden.
Eine Blasenbildung im Schallpfad des Ultraschallsensors wird daher durch die vollständig offene Oberseite des Eisprotek¬ tors verhindert, andererseits auch eine spezielle Befestigung der Sensorteile (Reflektoren, Spiegel) durch Abhängung von der Oberseite der Kuppel ermöglicht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie¬ len in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen schematischen Vertikalschnitt durch einen
Flüssigkeitstank mit Sensor zur Bestimmung der Konzentration und des Füllstandes der Flüssigkeit;
Figur 2 eine räumliche Darstellung einer aus Sensorboden und Eisprotektor bestehenden Einheit; und
Figur 3 eine weitere Ausführungsform einer aus Sensorboden und Eisprotektor bestehenden Einheit mit Vorrichtung zum Abhängen der Sensorreferenz .
Der in Figur 1 im schematischen Vertikalschnitt dargestellte Tank 1 ist Teil einer Einrichtung zur Einführung einer wäss- rigen Harnstofflösung in das Abgassystem eines Kraftfahrzeuges. Die entsprechenden Zuleitungen zum Tank und Ableitungen vom Tank sind hier nicht dargestellt. Die Oberfläche der im Tank 1 befindlichen wässrigen Harnstofflösung ist mit 12 bezeichnet .
Um die Konzentration und den Füllstand der wässrigen Harnstofflösung im Tank 1 zu messen, ist ein Ultraschallsensor vorgesehen, dessen Teile hier schematisch dargestellt sind. Der Ultraschallsensor besitzt einen als Sender und Empfänger wirkenden Ultraschallwandler 7, der an der Unterseite des Bodens 6 des Tanks 1 angeordnet ist. Im Inneren des Tanks 1 be¬ findet sich eine aus einer Bodenplatte 3 des Sensors und ei- nem kuppeiförmigen Eisprotektor 2 bestehende Einheit, die einstückig ausgebildet ist und aus einem geeigneten Kunst¬ stoff gefertigt ist. Die Oberseite der Kuppel des Eisprotek¬ tors ist vollständig offen. Die Kuppel weist hierbei eine et¬ wa ovale Oberseitenöffnung 5 auf. Innerhalb der aus Eispro- tektor und Sensorboden 3 bestehenden Einheit 2 befinden sich weitere Teile des Ultraschallsensors, nämlich ein erster Schallspiegel 8, eine Referenz, die zwei Reflektoren 9, 10 aufweist, und ein zweiter Schallspiegel 11. Die vom Ultra¬ schallwandler 7 abgegebene Ultraschallwelle trifft dabei auf den ersten Schallspiegel 8 und wird horizontal umgelenkt. Sie trifft auf ihrem horizontalen Pfad auf die beiden Reflektoren 9, 10 und wird von diesen zurück zum Empfänger reflektiert. Ein weiterer Teil der Schallwelle trifft auf den zweiten Schallspiegel 11 und wird von diesem nach oben abgelenkt. Dieser Teil trifft auf die Oberfläche 12 der Harnstofflösung, wird von dieser reflektiert und gelangt auf dem gleichen Weg zurück zum Empfänger. Über eine entsprechende LaufZeitmessung können die Konzentration und der Füllstand der Harnstofflö¬ sung ermittelt werden.
Der kuppeiförmig ausgebildete Eisprotektor, der einen Teil der Einheit 2 bildet, besitzt eine abgerundete Seitenwand 4, so dass beim Gefrieren der Harnstofflösung im Tank 1 gebildetes Eis nach oben über die Teile des Ultraschallsensors hin- weg geleitet wird und diese Teile nicht beschädigt. Die ovale Oberseitenöffnung 5 des Eisprotektors verhindert die Ansamm¬ lung von Blasen innerhalb des Protektors, die sich auf die Ultraschallmessung nachteilig auswirken. Figur 2 zeigt die aus dem Eisprotektor und der Bodenplatte 3 gebildete einstückige Einheit in schematischer Ansicht. Die Kuppel des Eisprotektors ist oben offen und weist dort eine etwa ovale Oberseitenöffnung 5 auf. Die Seitenwand des Eis¬ protektors ist entsprechend abgerundet, so dass gebildetes Eis nach oben abgelenkt wird und nicht auf die Sensorteile trifft .
Figur 3 zeigt eine schematische räumliche Ansicht einer wei¬ teren Ausführungsform einer aus Bodenplatte 3 und Eisprotektor bestehenden einstückigen Einheit 2. Diese Einheit 2 ist auf ihrer Oberseite mit einem die ovale Oberseitenöffnung 5 überbrückenden Balken 14 versehen, an dem die aus den Reflektoren 9, 10 bestehende Referenz aufgehängt ist (nicht ge¬ zeigt) . Hierdurch wird die Referenz im Abstand vom Boden 3 gelagert, so dass dort angesammelte Blasen die Messung nicht stören .
Um die Seitenwand 4 der Einheit 2 zu versteifen, ist bei bei¬ den Ausführungsformen der Figuren 2 und 3 auf deren Außenseite ein Gebilde aus längsgerichteten und quergerichteten Versteifungsrippen 13 vorgesehen.

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung zur Einführung einer gefrierfähigen Flüssigkeit in das Abgassystem eines Kraftfahrzeuges mit einem Tank zur Aufnahme der gefrierfähigen Flüssigkeit, einem Sensor zur Bestimmung der Konzentration und/oder des Füllstandes der gefrierfähigen Flüssigkeit im Tank, der zumindest zum Teil im Tank am Boden desselben angeordnet ist, und einem kuppeiförmigen Eisprotektor mit abgerundeten, nach oben zusammenlaufenden Seitenflächen zum Schutz des im Tank befindlichen Teiles des Sensors, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Eis¬ protektor (2) einstückig mit einer Bodenplatte (3) des Sensors oder dem Tankboden (6) ausgebildet ist und dass die Kuppel des Eisprotektors (2) eine vollständig offene Oberseite aufweist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es sich bei der gefrierfä¬ higen Flüssigkeit um eine wässrige Harnstofflösung handelt .
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t , dass es sich bei dem Sensor um einen Ultraschallsensor handelt.
4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kup¬ pel des Eisprotektors (2) eine etwa ovale Oberseitenöff¬ nung (5) aufweist.
5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kup¬ pel des Eisprotektors (2) mit Versteifungsrippen (13) verstärkt ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kuppel auf ihrer Au¬ ßenseite ein Gebilde aus längsgerichteten und/oder quergerichteten Versteifungsrippen (13) besitzt.
7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Teile des Sensors von der Kuppel des Eisprotektors (2) abge¬ hängt sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sich ein Balken (14) über die offene Oberseite (5) des Eisprotektors (2) er¬ streckt, von dem die Teile des Sensors abgehängt sind.
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