JP5886270B2 - 液体還元剤を提供するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体還元剤のためのタンクを有し、および該タンクから排気ガス処理装置内に還元剤を供給するための注入器まで液体還元剤を送達するために該タンクに配置される送達ユニットを有する、液体還元剤を提供するための装置に関する。

最近、（自動車の）内燃エンジンの排気ガスを浄化するために、排気ガスに供給される還元剤を用いて内燃エンジンの排気ガスを浄化する排気ガス処理装置の使用が増加している。自動車の内燃エンジンは、例えば自動車を駆動するために使用される。

例えば、選択的触媒還元法は公知であり、その方法において、内燃エンジンの排気ガスは窒素酸化化合物の浄化であり、その窒素酸化化合物を還元する媒体が排気ガスに供給される。そのような媒体は例えばアンモニアである。アンモニアは通常、直接ではなくむしろ、前駆体媒体（還元剤前駆体とも称される）の形態で自動車に保存される。実際の還元剤であるアンモニアを生成するために、その還元剤前駆体は特にこの目的のために、または排気ガス処理装置において提供されるリアクタで、後で変換される。

そのような還元剤前駆体は、例えば商標名Ａｄ−Ｂｌｕｅとして入手可能である３２．５％の尿素水溶液である。そのような還元剤前駆体溶液は健康を害さないので問題なく保存され得る。しかしながら、そのような還元剤前駆体溶液は凍結し得る問題がある。これは常に、自動車の作動の間、起こり得る温度で生じ得る。３２．５％の尿素水溶液は例えば−１１℃で凍結する。特に自動車が作動段階の間、長時間停止している場合、このような温度は自動車においてもちろん起こり得る。したがって、液体還元剤を提供するための装置は、還元剤の凍結が防がれるかまたは少なくとも装置に対する損傷を引き起こし得ないように設計されるべきである。

さらに、還元剤は異なる不純物を含有し得る。その不純物は、内燃エンジンの排気ガスに最初に供給されるべきではない。なぜならそれらは、排気システムにおいて残渣を生じ得るからである。第２に、そのような不純物はまた、還元剤を送達するための装置内に移動させるべきではない。なぜなら、不純物は、装置において、ダクトおよび／またはバルブの閉塞を生じ得るからである。

また、還元剤を提供するための装置に対する１つの重要な要求は、そのような装置が可能な限り高価でないようにすべきという事実である。供給される還元剤による排気ガスの浄化は、製造および自動車の作動におけるかなりの追加のコスト要因の原因となる。

出発点として前述の従来技術を考慮して、本発明の目的は、従来技術と併せて明らかにされている技術問題を少なくとも部分的に解決することである。特に、液体還元剤を提供するための特定の費用のかからない装置を提供することを目的とする。

この目的は、請求項１の特徴による装置によって達成される。この装置のさらなる有益な改良は従属請求項に特定される。請求項に個々に特定される特徴は、任意の所望の技術的に有意な方法において互いに組み合わされてもよく、本発明のさらなる実施形態が特定されている詳細な説明からの説明的要因によって補足されてもよい。

本発明は、内部空間を有するタンクと、タンクの内部空間に少なくとも部分的に配置される容器とを有する、液体還元剤を提供するための装置であって、容器は、その外側で、フィルタ面およびフィルタ深さを有するフィルタにより少なくとも部分的に囲まれ、タンクからフィルタを通り、還元剤についての抽出点まで還元剤を送達するように設定される送達ユニットが容器において配置される、装置に関する。

ここで、液体還元剤は、特に、液体還元剤前駆体、例えば、還元剤に変換され得る３２．５％の尿素水溶液を意味すると理解される。還元剤のためのタンクは好ましくはプラスチックから製造される。タンクは例えば射出成形プロセスによって製造されてもよい。タンクの内部空間に少なくとも部分的に配置される容器は好ましくは金属から構成される。容器は特に、容器とタンクとの間の流体密封接続を生じるようにタンクの壁内に成形されてもよい。フランジがタンクに一体的に成形されてもよく、容器がそのフランジに取り外し可能に固定される。容器は例えば、ＳＡＥ留め具またはＳＡＥネジ接続によってフランジに固定されてもよい。フランジは、例えば、容器と同様に金属から構成され、流体密封式でタンクの壁に成形されてもよい。フランジおよび容器は好ましくは、ほぼ等しい熱膨張率を有し、それにより、フランジと容器との間の密封作用は、変動温度条件下でさえも保証される。

容器は好ましくは、タンクのタンク壁内の開口部に固定される。容器は好ましくは、ポット基部を有するポットとして形成され、（円筒形の）ポット壁がポット基部に接続され、一方の側が開口している。容器がタンク壁内の開口部を閉鎖し、その容器がタンクの内部空間内に延在するように、容器は好ましくはタンク壁内に挿入される。容器は、還元剤を含まないか、または還元剤が別々に誘導され、密封形態である、送達ユニットのためのレセプタクルを有する。

容器を少なくとも部分的に囲むフィルタは好ましくは、容器の円周面および／またはポット壁を完全に包囲する。さらに、容器の上側もまた、フィルタにより包囲または囲まれてもよい。したがって、円筒形のフィルタまたは環状のフィルタが好適である。フィルタは特に、タンク壁と容器との間にのみ配置されるので、容器およびフィルタは一緒に、タンク内で空間を節約するように配置されてもよい。これは特に、さらなるコンポーネントがタンク壁とフィルタとの間および／またはフィルタと容器との間に配置されないことを意味する。すなわち、これはまた、タンク内に保存される還元剤が最初にフィルタを流れ、その後、容器の内部領域に流れることを意味する。このように、特に、フィルタが容器の外側に配置され、容器はさらにタンク容量を一緒に画定することが示される。

しかしながら、フィルタは回転対称である必要はない。したがって、フィルタは、第１のくぼみを有する円筒形の基本形状を有してもよい。次いで、容器に、対応する第２のくぼみが設けられてもよい。このような設計によって、容器に対するフィルタの配向は予め規定される。なぜなら、第１のくぼみが第２のくぼみに係合するように、フィルタは容器に対してのみ配向され得るからである。容器は、タンク底部における円形開口部（タンク開口部）内に挿入されてもよく、円形開口部の断面は、円筒形の基本形状の断面に実質的に対応する。したがって、第１のくぼみおよび第２のくぼみは、開口部内に自由空間を生じ、その自由空間内に、例えば、フィルタとタンクとの間の中間空間内に配置されていないか、またはタンク内のフィルタの外側に配置される、レベルセンサが挿入されてもよい。容器は、その下側で、容器およびレベルセンサを担持する閉鎖パネル（容器基部として）を有してもよく、その閉鎖パネルによって、タンク底部の開口部が完全に閉鎖される。

本発明の文脈内で、フィルタ面は、還元剤の流れが衝突し得るか、または還元剤の流れが通過できる、利用可能なフィルタの面全体あるいはフィルタ材料の表面積を意味すると理解される。フィルタ深さとは、還元剤がフィルタを覆わなければならない経路の長さ、またはフィルタのフィルタ材料の厚さを指す。

容器内に還元剤のための送達ユニットが提供される。その送達ユニットは好ましくは、以下のコンポーネントのうちの少なくとも１つを有する：ポンプ、送達ユニットからタンク内に戻る還元剤の戻る流れを制御するための少なくとも１つの戻しバルブ、少なくとも１つのセンサ、および凍結した還元剤を加熱するための少なくとも１つのヒータ。記載したコンポーネントの全てが容器内の送達ユニットに提供されることが好ましい。少なくとも１つのセンサは好ましくは、温度センサ、圧力センサ、流量センサ（ｔｈｒｏｕｇｈｆｌｏｗ ｓｅｎｓｏｒ）および／または還元剤の濃度もしくは化学成分を測定するためのセンサである。記載した個々のコンポーネントを接続するため、および還元剤を誘導するために、好ましくはダクトが設けられる。そのダクトは、例えば、金属性のキャリアプレートに設けられてもよい。金属性のキャリアプレートは、熱伝導形式で容器の壁に接続されてもよく、それにより、個々のコンポーネントから容器の間の熱の分布が、金属性キャリアプレートを介して起こり得る。１つのみ（単一）のアクティブヒータが容器に設けられることが好ましく、そのヒータにより生成される熱は、送達ユニットのコンポーネントおよびそのコンポーネントにある還元剤およびタンク内にある還元剤と対応する（パッシブ（受動的））分布構造により分布されてもよい。外側に配置されるフィルタは装置のフィルタのみ、または特にさらなるフィルタが容器内に設けられないことが好ましい。

本発明に係る装置によって、非常に小型の構造ユニットで、還元剤のための非常に大きなフィルタ面を実現することが可能となる。タンク内の還元剤の不純物は通常、送達ユニットのフィルタを容易に詰まらせる。特に、フィルタが送達ユニット内に配置される場合、フィルタの容積および利用可能なフィルタ面は制限される。このように、フィルタは容易に詰まり得る。これは本発明に係る装置によって回避できる。システムの同一の構造上のサイズに関して、本発明に係る装置におけるフィルタ面は、内部フィルタを有する対応する装置におけるフィルタ面より大きい。

フィルタが内側支持構造および外側支持構造、ならびにまた内側支持構造と外側支持構造との間に配置されるフィルタ媒体、またはフィルタ材料を有し、内側支持構造および外側支持構造が還元剤の流れる開口部を有する場合、本発明に係る装置は特に利点がある。内側支持構造および／または外側支持構造は、例えば、スクリーンとして、または織物形態として形成されてもよい。また、内側支持構造および／または外側支持構造は、金属シートの形態またはプラスチックから製造された壁の形態であってもよい。ここで、開口部は互いに間隔を空けて設けられ、その開口部を通して、還元剤は、支持構造からフィルタ媒体まで移動できる。支持構造の開口部は、フィルタ材料の濾過孔よりかなり大きい。特に、開口部は、フィルタ材料の濾過孔の平均で少なくとも５０倍、好ましくは少なくとも１００倍、特に好ましくは少なくとも３００倍のサイズである。

支持構造は主に、フィルタ媒体の固定および衝突保護を提供するのに役立つ。特に、特定の凍結した還元剤がタンク内に存在する場合、支持構造は、フィルタ材料が凍結した還元剤を動かすことを防ぐ役割を有する。さらに、支持構造はフィルタ材料に寸法安定性を与える。フィルタ材料と容器との間隔はこのように規定される。

還元剤を加熱するためのヒータが、外側支持構造内または内側支持構造内あるいは外側支持構造上および／または内側支持構造上に設けられてもよい。そのようなヒータは、例えば、支持構造上にプリントされた加熱コイルの形態であってもよい。

しかしながら、フィルタのフィルタ材料またはフィルタ媒体はまた、自己支持構造であってもよく、それにより、内側支持構造および／または外側支持構造は設けられない。次いで、フィルタ材料またはフィルタ媒体自体は寸法的に安定である。

さらに、フィルタ媒体は、その濾過作用がフィルタ深さにわたって変化するように設計されてもよい。例えば、フィルタ媒体は、外側支持構造付近の粗い粒子が比較的早い段階で既に濾過され、より微細な粒子がフィルタ媒体により深く浸透し、例えば、内側支持構造付近でフィルタ媒体に濾過されるように形成されてもよい。さらに、フィルタ媒体はフィルタ面にわたって種々の形態であってもよい。例えば、フィルタ媒体は、タンク底部付近のさらに下方へ浸透しないように形成されてもよい。還元剤のためのタンクにおいて、粒子は概してタンク底部に蓄積する。還元剤は多くの場合、タンク内のさらに上方にあり、汚れていない。したがって、フィルタ媒体を、タンク内のフィルタの高さにわたって種々の形態にすることは利点がある。例えば、タンク底部のフィルタ媒体の領域において、粗い粒子を濾過するのに特に好適である追加のフィルタ材料が提供されてもよい。

本発明に係る装置の１つの設計変形例において、フィルタ材料は、フィルタ深さにわたって、最初に最大７０μｍ［マイクロメートル］より大きい直径を有する粒子を濾過するように構築される。この後、フィルタ深さに沿って、多くても７０μｍ［マイクロメートル］および少なくても２０μｍ［マイクロメートル］の間の直径を有する粒子が濾過される領域があり、比較的小さな粒子のみがその領域を通過できる。最後に微細なフィルタ層が続き、８μｍ［マイクロメートル］より大きな直径を有する粒子が送達ユニット内に通過できないことを保証する。最も微細なフィルタ層がフィルタ媒体の透過性にとって一番重要である。フィルタ材料は特に多層形態であってもよい。異なるサイズの粒子を濾過するための異なる記載されているフィルタ層に関して、次いで、各々の場合、フィルタ材料の１つの別の層を使用してもよく、その層を通して、各々の場合、上記の粒子直径に対応する粒子が通過できる。フィルタ層の孔径は、粒子に対するフィルタ層の透過性を同時に規定する。フィルタ媒体の最終的な孔径は、多くとも２０μｍ［マイクロメートル］、好ましくは多くとも１５μｍ［マイクロメートル］、特に好ましくは多くとも８μｍ［マイクロメートル］である。

本発明に係る装置の１つの設計の変形例において、フィルタ媒体は、５ｍｍから１５ｍｍの間のフィルタ深さを有してもよい。特にフィルタ媒体が、粒子がフィルタ材料に蓄積されるフィルタ深さである場合、そのフィルタ深さは利点がある。

フィルタ材料またはフィルタ媒体は、例えば、合成樹脂繊維から構築される。フィルタ材料またはフィルタ媒体は、例えば、ポリプロピレン繊維によって作製される。フィルタ材料またはフィルタ媒体は織物形態または不織形態で作製されてもよい。

フィルタ材料は、例えば、容器周囲に層状にされるかまたは容器周囲に巻かれる材料ストリップであってもよい。そのような材料ストリップはまた、複数回、容器周囲に層状にされるかまたは容器周囲に巻かれる。したがって、多層のフィルタ材料が形成されてもよい。材料ストリップはまた、局所的に異なる特性および特に異なる孔径を有してもよい。各々の場合、フィルタ材料の領域は異なる孔径で形成されることが好適である。そのような材料ストリップは、フィルタ深さに沿って種々の孔径を有する多層のフィルタ要素を形成するように容器周囲に層状にされるかまたは容器周囲に巻かれてもよい。

支持構造は例えばプラスチックまたは金属から製造される。プラスチックから作製される支持構造の場合、好ましくはＰＡ［ポリアミド］またはＰＰ［ポリプロピレン］が使用される。金属性支持構造は例えば高級（ハイグレード（ｈｉｇｈ−ｇｒａｄｅ））鋼から形成されてもよい。好ましくは、Ｖ２Ａ高級鋼またはＶ４Ａ高級鋼から作製される。適切な高級鋼の例は、Ｇｅｒｍａｎ ｓｔｅｅｌ ｋｅｙのような鋼１．４３０１である。金属性支持構造は、それらが良好な熱導体であるという利点を有する。特に、金属性支持構造はまた、金属フィラメントから繊維形態または不織形態で作製されてもよく、各々の場合、支持構造は、フィルタ媒体よりかなり大きな開口部を有するべきである。支持構造は好ましくは、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の直径を有する開口部を有する。

フィルタのフィルタ材料は好ましくは、容器上で少なくとも１つの密閉リップによってその端部またはその端部領域で密封され、それにより、タンクから容器上の抽出開口部まで移動する還元剤はフィルタを通過しなければならなくなる。代替としてまたは加えて、フィルタ材料はまた、接着性接続部によってその端部またはその端部領域で密封されてもよい。１つの設計の変形例において、フィルタのフィルタ材料は容器上で直接密封される。しかしながら、また、フィルタ材料はキャリア構造を密封することができる。そのようなキャリア構造は例えば、容器上に取り付けられ得るフードであってもよい。

フィルタ内への還元剤の流入を均質化するための構造がタンク内のフィルタ周囲に設けられる場合、本発明に係る装置はさらに利点がある。半径方向外側に延びるリブが例えばフィルタ周囲に設けられてもよい。フィルタに均一に近づく流れがそのようなリブによって保証され得る。特に、そのようなリブによって、流れはフィルタ面に対して垂直にそらされる。分配構造は、タンク、容器および／またはフィルタの一部であってもよく、ならびに／あるいは（互いに係合する外形により）確実にロックする方法、接着方法（コンポーネントが原子間力または分子間力により一緒に保持される、例えばはんだ付け、溶接、接着など）または非確実（ｎｏｎ−ｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙ）にロックする方法（静止摩擦による）で前記コンポーネントに取り付けられてもよい。

タンクがタンク底部を有し、容器が、還元剤がタンクから送達ユニットに流れ出すことができる抽出開口部を有し、その抽出開口部がタンク底部に近接して配置されるように容器がタンク底部に配置される場合、本発明に係る装置はさらに利点がある。タンク底部の容器の領域においてくぼみが設けられ、容器は、そのくぼみの領域におけるタンク底部のタンク開口部に挿入されることが好ましい。次いで、容器の周囲に、タンクの内部空間の還元剤だめ状（ｓｕｍｐ−ｌｉｋｅ）のくぼみまたは環状の還元剤だめが形成される。このようなくぼみにおいて、還元剤は、各々の場合、タンク内の非常に低い還元剤の充填レベルでさえも利用可能である。さらに、タンク内の還元剤の不純物は、通常、重力により、特にタンクの最下点において堆積される。その最下点は環状の還元剤だめのくぼみにより形成される。タンク底部に近接して抽出開口部を配置する結果として、タンクを実質的に空にすることが可能となる。タンクに含まれる還元剤は、タンク底部に延びるフィルタを介して抽出開口部に移動できる。

フィルタのフィルタ面が、フィルタ深さの平方の少なくとも１０倍に対応する場合、本発明に係る装置はさらに利点がある。フィルタ面は好ましくはさらに、フィルタ深さの平方の５０倍に対応し、特に好ましくはさらに２００倍に対応する。これは特に、非常に大きな面積範囲および小さな深さを有するフィルタ表す。非常に大きなフィルタ面が濾過に利用可能であるため、このようなフィルタは容易に閉塞され得ない。フィルタ深さとフィルタ表面積の比は好ましくは、以下の式のように計算される：

上記の式において、パラメータＡＦはフィルタ表面積に対応し、パラメータＴＦはフィルタ材料の深さに対応する。パラメータｋは、フィルタ深さの平方とフィルタ表面積の比を表す。

フィルタが波形を有する場合、本発明に係る装置はさらに利点がある。フィルタの波形によって、フィルタ表面積は、フィルタについての小さな空間の要求を維持しながら、さらに増加し得る。波形は、例えば、正弦曲線、三角形、長方形および／または蛇行形であってもよい。ここで、波形は振幅および波長により規定される。波長は好ましくは、少なくとも３倍のフィルタ深さ、特に好ましくは少なくとも５倍のフィルタ深さに対応する。振幅は好ましくは、少なくとも５倍のフィルタ深さ、特に好ましくは少なくとも１０倍のフィルタ深さに対応する。

フィルタと容器との間に、フィルタ面上のいずれかの点から容器上の抽出開口部まで還元剤が移動できる中間空間が設けられる場合、本発明に係る装置はさらに利点がある。ここで、還元剤が送達ユニット内に移動できる容器上の抽出開口部は、フィルタ面と比べて非常に小さな断面積を有する。抽出開口部の断面積は例えば、フィルタ面の多くとも２０分の１、好ましくは多くとも５０分の１、特に好ましくは多くとも２００分の１である。このような抽出開口部は、還元剤の汚染により非常に容易に閉塞される。正確には、これは、非常に大きなフィルタ面および還元剤の流れ方向において抽出開口部の上流の容器の外側におけるフィルタの配置によって防がれる。しかしながら、濾過された還元剤は、フィルタのいずれかの点から抽出開口部まで移動できなければならない。これは、フィルタと容器との間の中間空間により確実にされる。中間空間は、特に、間隔を空けて容器の壁全体にわたって配置されるフィルタによって実現される。

この目的のために、壁とフィルタとの間にスペーサが設けられてもよい。

中間空間は好ましくは、容器に設けられる送達ユニットおよびヒータに特に近接するその配置の結果として特に迅速に加熱され得るほぼ円筒形の容積を構成する。凍結した還元剤がタンクに存在する場合、中間空間は、本発明に係る装置の作動の開始後、特に迅速に解凍され得る開始容積を構成し、それにより、少なくとも部分的に凍結した還元剤が開始後の装置に存在する場合でさえ、特に液体還元剤についての抽出点において液体還元剤が迅速に利用可能となる。

フィルタと容器との間の中間空間および抽出開口部に還元剤を送達するのに好適である構造が容器に設けられる。このような構造は例えば、容器面上の少なくとも１つの（少なくとも部分的に囲む）チャネルの形態であってもよい。その少なくとも１つのチャネルは抽出開口部の方向へテーパー状になっていてもよい。

フィルタと容器との間の中間空間は、タンク底部の領域において、（少なくとも部分的に）囲んだ溝の形態で拡大した部分を有してもよい。その溝は特に、抽出開口部の領域において配置される。したがって、濾過された還元剤についての拡大したリザーバが容器とフィルタとの間に形成されてもよい。

送達ユニットが、その送達ユニットからタンク内に還元剤を戻すための戻りラインを有し、その戻りラインがフィルタと容器との間の中間空間内に開口する場合、本発明に係る装置はさらに利点がある。そのような戻りラインは典型的に、送達ユニットに設けられる戻しバルブにより閉鎖されてもよい。したがって、送達ユニットは２つの異なる作動モードにおいて選択的に作動されてもよい。第１の作動モードにおいて、還元剤はタンクから送達され、送達ユニットおよび戻りラインを通してタンク内に戻される。その第１の作動モードはまた、循環と称される。このような循環は、例えば、送達ユニットにおいて形成される気泡を送達ユニットの外部に移動させるのに有益である。また、このような循環によって、還元剤を加熱することも可能である。第２の作動モードにおいて、還元剤は、タンクから送達ユニットを通して還元剤についての抽出点まで送達される。

送達ユニット内に配置されるヒータにおいて、送達ユニットにおける還元剤は特に強く加熱される。循環によって、このように、タンク内の還元剤の加熱を得ることができる。特に、還元剤の加熱はフィルタと容器との間の中間空間において行われてもよい。

送達ユニット内または容器内に取り付けられたヒータからの熱もタンク内に移動させるために、熱伝導ブリッジが容器に設けられてもよく、その熱伝導ブリッジは容器からフィルタを通してタンク内まで延びる。その熱伝導ブリッジは好ましくは、少なくとも部分的に十分な熱伝導率を有する金属からなる。

フィルタは、容器に取り付けられ得るフードと組み合わされてもよい。次いでフィルタおよびフードは結合コンポーネントを形成する。フードは、フィルタまたはフィルタのフィルタ材料のためのキャリア構造として役立つ。フードは好ましくは容器上で密封され、それにより、タンクから容器上の抽出開口部まで通過する還元剤は、フィルタを通過しなければならない。フードは、ネジによって容器上に留められてもよい。代替として、フードおよび容器は各々、スレッドが設けられてもよい。次いで、フードは容器上または容器の上部に直接ネジで締められる。スナップ作用の固定具もまた、フードおよび容器に設けられてもよく、そのスナップ作用の固定具によってフードは容器上に固定される。スナップ作用の固定具は、例えば、容器上の囲まれたくぼみによって実現されてもよく、フードは、その囲まれたくぼみ内にラッチすることができる対応する突起を有する。さらなる設計の変形例において、フードはまた、容器に磁気的に固定されてもよい。

本発明の好ましい設計の変形例において、フィルタは、タンク内の還元剤のスロッシング運動により少なくとも部分的に洗浄されるように設計される。スロッシング運動は、フィルタ面上またはフィルタ面の領域に蓄積される粒子を洗い流す。この目的のために、フィルタは好ましくは、外面に金属シートの形態またはプラスチックから作製される壁の形態で存在する。フィルタの外側面、すなわち容器から反対側の面は、この場合、その上の粒子がスロッシング運動によって洗い流されるように平滑になるように形成される。フィルタから開始してタンク内に延び、フィルタまで均一に近づく流れを生じる役割を同時に果たす構造によりスロッシング運動は支援されてもよい。

特に、前記フィルタは、排気ライン内の還元剤の計量のために、タンクと計量点との間の還元剤のために、作動の間のみ、アクティブであるフィルタである（すなわち、マイクロアセンブリフィルタとは別に、例えば、注入器、ポンプなどに挿入し、初期作動の間のみアクティブである）。したがって、還元剤の適切な洗浄がフィルタによって保証され、それにより、投与ユニットにおけるコンポーネント（ポンプ、バルブ、注入器など）に対する損傷が回避される。

本発明はまた、内燃エンジンと、内燃エンジンの排気ガスを浄化するための排気システムとを有する自動車であって、その排気システムは、排気システム内に還元剤を供給するための注入器であって、その注入器は液体還元剤を提供するために本発明に係る装置に接続される、注入器を有する自動車に関する。

明確にするために、本明細書で使用する「少なくとも１つ」という用語は、例えば、「１つおよび／またはそれ以上」ならびに／あるいは「全て」という用語と同様に置き換えられてもよいことも指摘しておく。

本発明およびその技術分野は図面を元にして以下により詳細に説明される。図面は特に好ましい例示的な実施形態を示すが、本発明を限定するものではない。特に図面、および特に例示した比率は単なる概略である。

図１は装置の第１の設計の変形例を示す。 図２は装置の第２の設計の変形例を示す。 図３は装置の第３の設計の変形例を示す。 図４は装置の第４の設計の変形例を示す。 図５は装置の断面図を示す。 図６はさらなる装置の断面図を示す。 図７は装置を有する自動車を示す。 図８は装置の１つの設計の変形例の外側支持構造の詳細を示す。 図９は装置のさらなる設計の変形例の外側支持構造の詳細を示す。

図１、２、３、４、５および６は、大部分、同じように標識されたコンポーネントを有するので、それらを最初にここで一緒に説明する。図１〜４は、各場合において、垂直断面図を示した本発明に係る装置１を示す。図５および６は水平断面図において装置１を示す。各場合において、装置１は、内部空間３を画定するタンク壁４１を有するタンク２を有する。タンク２の下側において、タンク壁４１はタンク底部１５を形成する。タンク底部１５において、タンク開口部４２が配置される。タンク開口部４２内に、タンク２から抽出点９まで還元剤を送達するための送達ユニット８が配置される容器４が挿入される。抽出点９は好ましくは、ラインに接続され得るポート（排出口）であるか、または排気ガス処理コンポーネントにおいて還元剤が抽出点９から供給点まで送達され得る、還元剤が通るホースである。容器４は、円周面３８、容器の上側３９および容器の基部４０を有し、タンク開口部４２が容器により閉鎖されるように容器４はタンク開口部４２に配置される。送達ユニット８は、抽出開口部１６においてタンク２から還元剤を抽出し、圧力センサ２６を介して、ポンプ２４によって前記還元剤を抽出点９まで送達するように設定される。あるいは、抽出開口部１６から戻りライン１９まで、およびタンク２に戻る還元剤の循環もまた、可能である。このような循環は、戻りライン１９を開口または閉鎖できる戻しバルブ２５によって制御される。

容器４に直接近接して、還元剤だめ（ｓｕｍｐ）２８がタンク底部１５に形成され、タンク２において低い還元剤充填レベルの場合、ためている還元剤を収集する。フィルタ５は容器４の円周面３８に形成される。フィルタ５は、少なくとも部分的に還元剤だめ２８内に配置されるようにタンク２に配置される。図１〜４のような設計変形例の場合、フィルタ５は容器４の円周面３８を完全に囲む。フィルタ５は、内側支持構造１０と外側支持構造１１との間にフィルタ媒体１２を有する（図１、２、３、４）。内側支持構造１０および外側支持構造１１は各々、還元剤がフィルタ媒体１２内へおよびフィルタ媒体１２から外へ通過できる開口部１３を有する。フィルタ５は、フィルタ深さ７およびフィルタ面６を有する。容器４とフィルタ５との間に、還元剤がフィルタ面６のいずれかの点から抽出開口部１６まで移動できる中間チャンバ１８が設けられる。

特別な特徴として、図１において、タンク開口部４２に配置されるフランジ３７を例示する。そのようなフランジ３７は、例えば、金属から形成されてもよいが、タンク壁４１の残りはプラスチックから形成される。次いでフランジ３７は好ましくは、少なくとも部分的にタンク壁４１内に成型（キャスト（ｃａｓｔ））される。ヒータ２７は容器の上側３９の領域に配置される。

１つの特定の実施形態において、図２に示すように、容器４は第１のポット２９の形態である。フィルタ５は前記第１のポット２９に固定される。第１のポット２９は、フィルタ５と一緒に、タンク開口部４２内に挿入されてもよく、第１の接続部３２によりタンク２に接続される。第１の接続部３２は特に流体密封形態でなければならない。なぜなら、タンク２の内部空間３の側から還元剤と恒久的に接触するからである。第１のポット２９は、送達ユニット８が配置される据え付けパネル３１により下流方向で閉鎖される。送達ユニット８は好ましくは、据え付けパネル３１が第１のポット２９に挿入される前に、据え付けパネル３１に完全に据え付けられてもよい。据え付けパネル３１を有する送達ユニット８が第１のポット２９に挿入されることを可能にするために、第１の連結部３４が抽出点１６に設けられ、第２の連結部３５が戻りライン１９に設けられ、それらの連結部によって、送達ユニット８が、流体密封の形態でタンク２または第１のポット２９に接続され得る。第１の連結部３４および第２の連結部３５は例えば加圧されたＯリングシールにより形成される。据え付けパネル３１は、第２の接続部３３によって第１のポット２９および／または容器４またはタンク２に対して密閉される。第２の接続部３３は、第１の接続部３２よりかなり低減した密閉作用を示すように設計されてもよい。第２の接続部３３は好ましくは、第１の接続部３２と異なり、外部から容器４内に浸透する水分を防ぐためだけに設けられ、液体還元剤の影響を恒久的に受けない。

特別な特徴として、図３は、第１のポット２９および第２のポット３０から形成される容器４を例示する。ここで、第１のポット２９はフィルタ５を保持する。第２のポット３０は結合したコンポーネントの全てを有する送達ユニット８を含む。ここで、送達ユニット８を通る還元剤を循環させるための戻りライン１９は中間空間１８で終端する。中間空間１８は第１のポット２９と第２のポット３０との間に形成される。ここでまた、図２に従って、第１のポットが第１の接続部３２により据え付けられ、第２のポット３０がタンク２上で第２の接続部３３により据え付けられる。しかしながら、ここで、第１の接続部３２の場合、およびまた、第２の接続部３３の場合の両方において高密閉作用が必要とされる。なぜなら、第１の接続部３２およびまた、第２の接続部３３の両方は、タンク２の内部空間３にある液体還元剤の影響を受けるからである。フィルタ５のフィルタ媒体１２またはフィルタ材料は、容器４上の密閉リップ５０によってその端部４９またはその端部領域で密閉され、それによって、タンク２から容器４上の抽出開口部１６まで移動する還元剤はフィルタ５を通過しなければならない。

図４は、図３のような装置１と実質的に対応する本発明に係る装置１の実施形態を示す。ここで、カバー３６がさらに設けられ、それによって、送達ユニット８を含む第２のポット３０が閉鎖される。図４のように送達ユニット８は戻りライン１９を有さず、戻しバルブ２５も有さない。さらに、図４のように容器４はフィルタ５により完全に囲まれるので、容器４の容器の上側３９もまた、フィルタ５により囲まれる。フィルタ材料またはフィルタ媒体１２は、接着接続部５１によってその端部４９またはその端部領域で密閉される。ここで、フィルタ媒体１２は、容器４に据え付けられ得るフードにより形成されるキャリア構造５５により密閉される。この場合、フードは外側支持構造と置き換えている。フードは、同様に接着接続部５１により容器４上で密閉されるので、タンク２から容器４上の抽出開口部１６まで通過する還元剤はフィルタ５を通過しなければならない。容器４において、還元剤を、フィルタ５と容器４との間の中間空間１８内に、および抽出開口部１６まで送達するのに適切である構造も設けられる。この場合、そのような構造は、容器４の表面上の少なくとも１つの（少なくとも部分的に囲んでいる）チャネル５２の形態である。ここで、前記チャネル５２は抽出開口部１６に対してテーパー状になっている。

図５は本発明に係る装置１の水平断面図を示す。図１〜４に加えて、ここで、フィルタ５に対して還元剤の均一な接近流を確実にする機能を果たす構造１４を参照することができる。図１〜４に対応するフィルタ５を図５の上側に示し、そのフィルタは内側支持構造１０および外側支持構造１１ならびにまた間のフィルタ媒体１２を有する。下側領域５において、特の大きなフィルタ面６を有する波形１７を有するフィルタ５が例示される。さらに、円周全体にわたって容器４の円周面３８に配置されるヒータ２７が設けられる。ここで、フィルタ媒体１２またはフィルタ材料は多層形態である。異なるサイズの濾過粒子についての異なる記載されているフィルタ層に関して、ここで、各場合において、フィルタ材料の１つの別の層を使用してもよく、各場合において、上記の粒子直径に対応する粒子が通過できる。この場合、フィルタ材料は、容器４上で層状になるか、または容器４の周囲に巻かれる（一体成形）材料ストリップ５６の形態である。ここで、材料ストリップ５６は複数回、容器４上で層状になるか、または容器４の周囲に巻かれる。したがって、多層のフィルタ材料が形成される。材料ストリップ５６は、局所的に異なる特性、特に異なる孔径を有してもよい。ここで、フィルタ材料の領域は、各場合において、異なる孔径を有して形成される。ここで、このような材料ストリップ５６は、フィルタ深さ７に沿って種々の孔径を有する多層フィルタ材料を形成するように、容器４上で層状になるか、または容器４の周囲に巻かれる。したがって、小さな孔径を有する内側の第１のフィルタ層４７および大きな孔径を有する外側の第２のフィルタ層４８が形成される。

図６は、装置１のさらなる設計変形例の水平断面図を示す。図１〜５に加えて、ここで、構造１４によって少なくとも部分的に形成されるが、この場合、フィルタ５を貫通してタンク２内に容器４から延びている、熱伝導ブリッジ５４が設けられる。前記熱伝導ブリッジ５４は好ましくは少なくとも部分的に十分な熱伝導性を有する金属から構成される。熱は、熱伝導ブリッジ５４を介して容器４から、タンク２および／またはフィルタ５内の還元剤に送られる。ここで、例えばフィルタ５、支持構造１０、１１、キャリア構造５５などのさらなるコンポーネントも加熱される。図６の上側領域において、フィルタ５と容器４との間の中間空間１８は、タンク底部１５の領域において、（少なくとも部分的に）取り囲む溝５３の形態の拡大部を有する。したがって、拡大したリザーバが容器４とフィルタ５との間に形成され得る。ここで、フィルタ５は回転非対称の形態である。フィルタ５は、第１のくぼみ（インプレッション（ｉｍｐｒｅｓｓｉｏｎ））４４を有する円筒形の基本形状を有する。対応する第２のくぼみ４５が容器４に設けられる。このような設計によって、容器４に対するフィルタ５の方向が規定される。なぜなら、フィルタ５は、第１のくぼみ４４が第２のくぼみ４５と係合するように、容器４に対してのみ方向付けられるからである。容器４は、タンク底部の円形開口部（タンク開口部４２）に挿入されてもよく、円形開口部の断面は円形の基本形状の断面に実質的に対応する。したがって、第１のくぼみ４４および第２のくぼみ４５は開口部において自由空間を生じ、その自由空間内に、例えば、フィルタ５とタンク２との間の中間空間１８に配置されていない、すなわちタンク２内のフィルタ５の外側に配置されているレベルセンサ４６が挿入されてもよい。

図７は、内燃エンジン２１および内燃エンジン２１の排気ガスを浄化するための排気システム２２を有する自動車２０を例示する。排気システム２２は注入器２３を有し、その注入器２３によって、還元剤が排気システム２２内に供給され得る。本発明に係る装置１によって注入器２３が還元剤を供給する。本発明に係る注入器２３および装置１は制御ユニット４３により制御される。

図８および図９は各々、本発明に係る装置、特に図５の異なる設計変形例についての外側支持構造１１の詳細を示す。外側支持構造１１は各々開口部１３を有し、その開口部１３を還元剤が通過できる。図８および図９における開口部１３の後ろに示されているのは、各々の場合、フィルタ媒体１２である。各々の場合、開口部１３の間に、１つのヒータ２７が支持構造１１に配置される。ヒータ２７は、開口部１３の周囲にわたる加熱コイルの形態である。その加熱コイルは例えばプリントされてもよい。図８は支持構造１１におけるスロット状の細長い開口部１３を例示する。図９は支持構造１１における多数の比較的小さな円形開口部１３を例示する。

１ 装置
２ タンク
３ 内部空間
４ 容器
５ フィルタ
６ フィルタ面
７ フィルタ深さ
８ 送達ユニット
９ 抽出点
１０ 内側支持構造
１１ 外側支持構造
１２ フィルタ媒体
１３ 開口部
１４ 構造
１５ タンク底部
１６ 抽出開口部
１７ 波形
１８ 中間空間
１９ 戻りライン
２０ 自動車
２１ 内燃エンジン
２２ 排気システム
２３ 注入器
２４ ポンプ
２５ 戻しバルブ
２６ 圧力センサ
２７ ヒータ
２８ 還元剤だめ
２９ 第１のポット
３０ 第２のポット
３１ 据え付けパネル
３２ 第１の接続部
３３ 第２の接続部
３４ 第１の連結部
３５ 第２の連結部
３６ カバー
３７ フランジ
３８ 円周面
３９ 容器の上側
４０ 容器の基部
４１ タンク壁
４２ タンク開口部
４３ 制御ユニット
４４ 第１のくぼみ
４５ 第２のくぼみ
４６ レベルセンサ
４７ 第１のフィルタ層
４８ 第２のフィルタ層
４９ 端部
５０ 密閉リップ
５１ 接着接続部
５２ チャネル
５３ 溝
５４ 熱伝導ブリッジ
５５ キャリア構造
５６ 材料ストリップ

Claims (8)

1. 内部空間（３）とタンク壁（４１）とを有するタンク（２）と、前記タンク（２）の前記内部空間（３）に少なくとも部分的に配置される容器（４）とを有する、液体還元剤を提供するための装置（１）であって、フィルタ（５）と送達ユニット（８）とを接続するように抽出開口部（１６）が容器（４）に形成され、前記タンク（２）はタンク底部（１５）を有し、前記タンク底部（１５）は、容器（４）に直接近接して、還元剤だめ（２８）を有し、前記液体還元剤は、尿素又は尿素水溶液の少なくとも一方を有し、前記容器（４）は、その外側で、フィルタ面（６）およびフィルタ深さ（７）を有するフィルタ（５）により少なくとも部分的に囲まれ、前記タンク（２）から前記フィルタ（５）を通り、抽出点（９）まで前記液体還元剤を送達するように設定される送達ユニット（８）が前記容器（４）において配置され、前記抽出点（９）には、前記送達ユニット（８）によって前記液体還元剤が送達され、前記タンク（２）内に保存される前記液体還元剤が最初に前記フィルタ（５）を流れた後に、前記容器（４）の内部領域に流れ、前記送達ユニット（８）によって前記タンク（２）から抽出された前記液体還元剤が抽出開口部（１６）を流れて送達ユニット（８）に流れ、前記タンク壁（４１）と前記フィルタ（５）との間にさらなるコンポーネントが配置されず、フィルタ（５）に対して均一に近づく前記液体還元剤の流れを阻害するさらなるコンポーネントが配置されない、装置。
2. 前記フィルタ（５）は、内側支持構造（１０）および外側支持構造（１１）を有し、さらに前記内側支持構造（１０）と前記外側支持構造（１１）との間に配置されるフィルタ媒体（１２）を有し、前記内側支持構造（１０）および前記外側支持構造（１１）は還元剤を通して流すための開口部（１３）を有する、請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記容器（４）は抽出開口部（１６）を有し、前記抽出開口部（１６）を通して、還元剤が、前記タンク（２）から前記容器（４）および前記送達ユニット（８）内に流れ出すことができ、前記抽出開口部（１６）が前記タンク底部（１５）に近接して配置されるように、前記容器（４）は前記タンク底部（１５）に配置される、請求項１〜２のいずれか一項に記載の装置（１）。
4. 前記フィルタ（５）の前記フィルタ面（６）は、前記フィルタ深さ（７）の平方の少なくとも１０倍に対応する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置（１）。
5. 前記フィルタ（５）は波形（１７）を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置（１）。
6. 前記フィルタ（５）と前記容器（４）との間に中間空間（１８）が設けられ、前記中間空間（１８）を通して、還元剤が、前記フィルタ面（６）のいずれかの点から前記容器（４）上の抽出開口部（１６）まで通過できる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置（１）。
7. 前記送達ユニット（８）は、前記送達ユニット（８）から前記タンク（２）内へ還元剤を戻すための戻りライン（１９）を有し、前記戻りライン（１９）は、前記フィルタ（５）と前記容器（４）との間の中間空間（１８）内に開口している、請求項６に記載の装置（１）。
8. 内燃エンジン（２１）と、前記内燃エンジン（２１）の排気ガスを浄化するための排気システム（２２）を有する自動車（２０）であって、前記排気システム（２２）は、前記排気システム（２２）内に還元剤を供給するための注入器（２３）を有し、前記注入器（２３）は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の液体還元剤を提供するための装置（１）に接続される、自動車（２０）。
   
   

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