JP5946465B2 - 排ガス後処理システムに還元剤を供給するための装置 - Google Patents

Description

内燃機関、特にディーゼルエンジンを備えた自動車では、法的排ガス規制値が絶えず厳しくなっているため、とりわけたとえば窒素酸化物（ＮＯｘ）のような排ガス流内の大気汚染物質をさらに低減させねばならない。この場合に使用する普及した方法は触媒還元であり、すなわちいわゆるＳＣＲ方法（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）である。この場合、内燃機関、特にディーゼルエンジンの作動中に、ポンプを用いて液状還元剤が貯留容器から、排ガス管の触媒器の領域に備えられて噴射ノズルを有する噴射モジュールへ搬送される。還元剤としては、一般にほぼ３２．５％の尿素水溶液が使用され、これは商品名”ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）”として市販されている。これに関連して考慮すべきことは、この尿素水溶液は−１１℃以下の温度で凍結し、６０℃以上では熱分解し、その結果特に低温の冬期作動に対しては、必要な氷圧耐性を保証できるように加熱機構を設けねばならないことである。

技術水準からは、ディーゼルエンジンでのＳＣＲ方法のために必要な尿素水溶液を貯留し、排ガス後処理システムにこの還元剤を供給するための多数の装置が知られている。特許文献１から、液状作用物質を貯留するためのタンクが知られている。可撓性の吸込み管の一端はタンク底部付近で加熱部によって取り囲まれ、この場合吸込み管は付加的に内側および／または外側に加熱線を有している。態勢に関係なく還元剤の吸込みを可能にするために、この装置全体は揺動ポット内にある。揺動ポットの側部には充填レベルゲージがある。揺動ポットと充填レベルゲージとはタンクの内部に配置されている。充填レベルゲージの電気接続線と吸込み管とは、機械的摩耗に対する保護手段としての繊維ホースを備えている。充填レベルゲージはダイレクト加熱機構を備えていないので、特に凍結温度が長時間持続する場合には充填レベルゲージの凍結を防止することができない。特許文献２は、他のタンク装置を開示している。このタンクの場合、氷圧耐性はタンクカバーの下方にあるエアクッションによって生じ、エアクッションは最大充填時でも機能する。エアクッションを形成するため、たとえば直方体状または中空筒状の空間画成部がタンクカバー下方に設けられ、空間画成部はタンク底部側へ開口している。従って、タンクの充填時には、空気が空間画成部から側方へ逃げることができないので、空間画成部にエアクッションが形成される。タンク内容物が凍結すると、このエアクッションは圧縮され、それによってタンクの損傷が阻止される。しかしながら、タンクの極端な傾斜態勢では、エアクッションが少なくとも部分的に空間画成部から逃げることができるので、氷圧耐性を保証することができない。

特許文献３は、容器内の液体の充填レベルを測定するための装置に関わる。充填レベルを測定するため、超音波変換器がタンク底部の領域に配置され、その超音波ビームはタンク底部に対し平行に延在する。タンク底部側の転向要素により、超音波ビームは９０゜転向され、下から測定管を通って液面のほうへ誘導され、そこで反射して転向要素によって再び超音波変換器のほうへ誘導される。超音波変換器の下流側に接続されている電子評価機構により、タンク内での液面の高さを反射した超音波信号から検出することができる。しかしながら、この容器レベル測定装置は非常に高い技術コストを要求する。

さらに、特許文献４から、容器内の液体の充填高さを検知するための装置が知られている。この装置は圧力センサによって実現されている。圧力センサは容器底部領域に配置され、筒状のハウジングによって取り囲まれ、ハウジングの高さはほぼ最大充填レベルに相当している。ハウジングには多数の小さな補償穴が貫通しており、これらの補償穴は貫流液体に対し配量作用を及ぼし、その結果前記センサには実質的に液体の静圧力のみが作用する。これにより前記センサの出力信号は高い時間的精度を有している。しかしながら、容器の傾斜が大きすぎたり、液体が少なくとも部分的に凍結したりすると、場合によっては測定結果に影響することがある。

独国特許出願公開第１０２００８０４１７２３Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２００８０４１８０５Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２００７０５９８５３Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２００７０２８１４７Ａ１号明細書

それ故、本発明の課題は、自動車において通常発生するあらゆる周囲条件および作動状態において排ガス後処理システムへの還元剤の確実な供給が保証され、同時に還元剤レベルの精確な検知と監視とが可能であり、簡潔な構成を有し、省スペースまたはコンパクトな構成のために自動車に容易に組み込むことができる、ディーゼルエンジンの排ガス後処理システムに還元剤を確実に供給するための装置を提供することである。

排ガス後処理システムに、ディーゼルエンジンの排ガス流内の窒素酸化物を低減させるための還元剤を、特に尿素水溶液を供給するための装置であって、前記還元剤のためのタンクと、特に電気加熱可能な吸込み管を介して前記タンクから前記還元剤を搬出するための搬送モジュールとを備えた前記装置が開示される。

本発明によれば、
ａ）前記タンクの外側に延在している前記吸込み管がタンク底部の領域にあるポンプサンプに接続され、
ｂ）前記ポンプサンプの領域に、特に電気で作動されるポンプサンプ加熱部が配置され、
ｃ）少なくとも１つの、特に電気で作動される加熱棒が前記タンク内部に達し、
ｄ）前記タンクの外側に少なくとも１つの充填レベルゲージが延在している。

これにより、特に−１１℃以下の周囲温度で装置のフェールセーフ作動が達成され、その結果このような低周囲温度の場合も、下流側に接続される排ガス後処理システムへの還元剤の供給が確保されている。さらに、本発明による装置により、ほとんど態勢に関係なく、排ガス後処理システムに還元剤またはＡｄＢｌｕｅ（登録商標）を供給することが可能になる。

ポンプサンプがタンク底部の下面に装着され、タンクに一体に形成されていないので、空間内での装置の態勢に関係なく、常に十分な量の還元剤が吸込み管の領域に存在し、これによって搬送モジュールによる還元剤の、ほとんど態勢に関係のない均一な吸込みが可能である。これにより、ＳＣＲプロセスを目的とした触媒排ガス浄化を正常に実施するために必要な還元剤を、後続の排ガス後処理システムにほぼ態勢に関係なく且つ温度に依存して供給することが可能になる。搬送モジュールは従来のポンプであり、たとえばダイヤフラムポンプ、歯車ポンプ、回転ポンプ、ホースポンプ、ピストンポンプ等であり、必要な場合には、有利には電気で加熱可能な加熱機構を用いて凍結が防止されている。

有利には電気で作動されるポンプサンプ加熱部を用いると、ポンプサンプ上方の領域またはキャビティを不凍に保持することができ、その結果低温が長時間継続した場合でも、搬送モジュールによる還元剤の確実な吸込みが可能である。ポンプサンプ加熱部は、ポンプサンプ上方に氷圧耐性のホルダまたは適当な保持部を用いて固定されている。ポンプサンプは、傾斜して周回するように延在している側壁を備えた、ほぼ鍋状またはほぼ円錐切頭状の、内部が中空の幾何学的形状を有している。

タンクは、簡単な幾何学的空間形状とは異なる複雑な形態を有していてもよい（いわゆる自由形状タンク）。これにより、構造的に予め設定された狭いスペース条件の自動車にも装置を組み込むことができる。ポンプサンプまたは吸込み個所は有利にはタンクの最深点に位置している。吸込み管の氷結を阻止するため、吸込み管は氷圧耐性があるように構成され、そして適当な、有利には電気で作動される電気加熱機構をも備えている。さらに、吸込み管はポンプサンプを起点としてタンク外側の搬送モジュールまで延在している。これにより、堅牢なブロックに還元剤が凍結した場合でも、吸込み管は還元剤と直接に接触せず、その結果吸込み管を自由に保持しておくために比較的わずかな加熱電力が必要であるにすぎない。

タンク内容物が少なくとも部分的に氷結した場合に、タンク上面にあるタンク通気部とポンプサンプまたは吸込み個所との間に脱気通路を形成させてこれを自由に保持するため、通常は同様に電気で作動される加熱棒が、好ましくはタンクの全高にわたって延在している。脱気通路は、上側タンク通気部から加熱棒に沿って、凍結した還元剤を貫通してポンプサンプ領域にあるキャビティまで延在している。これにより、タンク内容物が少なくとも一部氷結した場合でも、搬送モジュールによる還元剤の申し分のない吸込みが保証されている。加熱棒は有利にはポンプサンプ加熱部上に固定されている。

タンク内の還元剤の充填レベルは、氷圧耐性のあるホース状の充填レベルゲージを用いて連続的に検知され、充填レベルゲージはタンク外面に沿って延在し、または、該外面に配置されている。この場合、充填レベルゲージ内での還元剤のレベルは、連通管の原理に基づきタンク内での還元剤の充填高さと常に対応している。

ポンプサンプはタンク底部領域にあるタンク開口部を覆っており、タンクは少なくとも１つのタンク通気部を有している。

これにより、還元剤で常に充填されている空間が生じ、その還元剤リザーバーはタンク内の揺動運動の影響をほとんど受けず、その結果ポンプサンプの領域には、均一な吸込み用の常に十分な還元剤がある。結果的に、ポンプサンプの直径はタンク底部内に配置されるタンク開口部の内径よりも著しく大きい。タンク下面に装着されるポンプサンプは、有利には溶接によって固定される。これとは択一的に、たとえば接着、クランプ、圧着またはねじ止めのような他の固定技術をポンプサンプのタンクへの固定に適用可能である。タンク開口部へのポンプサンプの装着を容易にするため、タンク開口部には、ほぼ長方形の横断面幾何学的形状をもった、周回するように延在するフランジが形成されている。フランジは、選定した固定態様に依存して密封手段および／またはねじ山を備えていてよい。タンク通気部は還元剤の支障のない搬出を可能にする。というのは、タンク内での負圧の発生が阻止されるからである。

装置の他の有利な構成では、少なくとも１つの補償要素をポンプサンプの領域に位置決めする。これにより装置の氷圧耐性がさらに最適化される。補償要素は有利にはリング状に構成され、ポンプサンプ内へ挿入され、或いは、他の態様ではたとえばクランプ、接着または嵌め込みによってポンプサンプ内に固定される。これによりポンプサンプ領域での必要な氷圧耐性が確保される。補償要素は、有利には十分に圧縮性があり、化学的に抵抗力のあるプラスチック材料、たとえばＥＰＤＭ（Ｅｔｈｙｌｅｎ−Ｐｒｏｐｙｌｅｎ−Ｄｉｅｎ−Ｍｏｎｏｍｅｒ）ラバーで製造されている。

他の構成では、ポンプサンプの領域に少なくとも１つのフィルタ要素が配置されている。

このフィルタ要素のために、還元剤の中に含まれている何らかの異物または汚染粒子の吸込みが回避され、これに伴って搬送モジュールの詰まりまたはブロック、或いは、排ガス後処理システム全体の故障が回避される。フィルタ要素はいわゆる３Ｄフィルタとして実施されていてよい。

他の有利な構成では、充填レベルゲージは少なくとも２本の抵抗線によって形成され、該抵抗線は、プラスチックシースを備え、且つ還元剤と導電接触することができる。

有利には２本の抵抗線は、還元剤またはＡｄＢｌｕｅ（登録商標）に対し十分な化学的抵抗力を有する金属合金で製造されている。好ましくはスパイラル状に巻かれている抵抗線は、一部のみが充填レベルゲージの電気絶縁性プラスチックシースの中に埋設されている。このことは、たとえば円形横断面幾何学的形状をもつ抵抗線のほぼ半分のみが充填レベルゲージの外側スリーブを形成しているプラスチックシースに挿入されていることを意味している。この場合、抵抗線は充填レベルゲージのプラスチックシースの内側に延在している。これにより、一方では充填レベルゲージ内で上昇および下降する還元剤に対し必要な密封性が可能になり、他方では充填レベル測定に必要な、抵抗線と還元剤との間の電気接触が可能になる。さらに、有利には１ｍｍないし５ｍｍの壁厚をもつ、連続的に形成されているプラスチックシースは、充填レベルゲージに必要な機械的固有安定性を付与し、同時に抵抗線間に必要な電気絶縁部でもある。従って結果的に、充填レベルゲージは、近似的には、ホース内部で部分的に露出している「スパイラル補強部」を備えた通常のスパイラルホースの形態を有する。抵抗線の各スパイラルは、導電性の還元剤の充填高さまで短絡されている多数の電気抵抗線のチェーン状直列接続を表わす。従って、２本のスパイラル状抵抗線の間で測定可能なオーム抵抗は還元剤の充填高さに比例している。これとは択一的に、抵抗線が直線状に延在していてもよい。抵抗線の代わりに、任意の合金成分を備えた金属ワイヤーを使用してもよいが、金属ワイヤーは還元剤に対し化学的に耐性がなければならない。

装置の他の構成によれば、特に電気加熱可能な吸込み管、ポンプサンプ加熱部、加熱棒への供給のための少なくとも２本のケーブルが実質的に吸込み管に沿って延在している。

これによって装置の電気ケーブル配線が容易になる。電気供給線またはケーブルは、吸込み管の内側または外側に延在していてよい。ケーブルと吸込み管とをまとめて１本のロープ状の形成物を得るために、部分的な被覆部、たとえばケーブルスパイラルまたはスパイラルホースを設けてよい。

装置の他の有利な構成によれば、充填レベルゲージと吸込み管と少なくとも２本のケーブルとは少なくとも部分的に熱絶縁シースによって取り囲まれている。

熱絶縁シースは、まず、熱ロスを減少させるので上記構成要素の電気加熱に必要なエネルギー使用量を減少させる。他方、熱絶縁シースは上記構成要素を１本のロープに結束し、または、まとめ、これによって特に取り付けが簡単になる。電気ケーブルと吸込み管とは、絶縁シース内部での取り付けを簡単にするために、少なくとも部分的に被覆部を備えていてよい。熱絶縁シースは、たとえば独立気泡プラスチック等の熱絶縁に優れた任意の材料で形成されていてよい。択一的な実施態様では、ケーブルと吸込み管とは充填レベルゲージの内部に延在している。

これにより、充填レベルゲージが吸込み管と少なくとも２本のケーブルとをほぼ同軸に取り囲むので、構造的構成がさらに簡潔になる。給電ケーブルと吸込み管とを充填レベルゲージ内へ引き込む前に、ケーブルと吸込み管との双方を少なくとも部分的に補助被覆部を用いてまとめて、１つの束またはロープ状形成物を形成させるのが有利である。

充填レベル高さを検出する際の測定ミスを少なくするために、充填レベルゲージは有利には少なくとも１つの通気部を有している。充填レベルゲージの通気部は、有利にはタンク通気部と同じ高さまたはそれよりも高い位置に配置されている。

装置の他の構成によれば、ポンプサンプは隆起部の領域内またはタンク底部の凹部内に配置されている。これにより、特にタンク内での還元剤のレベルが低い場合に、吸込み挙動をさらに改善することができる。

次に、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
タンクなしで示した装置の図である。 タンクに装着されるポンプサンプの横断面図である。 装置のタンクをかなり簡略に示した平面図である。 タンクの一部が氷結している装置の横断面図である。 ケーブルレイアウトの概観図である。 充填レベルゲージと吸込み管と電気ケーブルを併せて示した絶縁シースの横断面図である。 充填レベルゲージの図である。 充填レベルゲージの等価電気回路図である。 タンク底部の１実施形態を示す図である。 タンク底部の１実施形態を示す図である。

図１は本発明による装置の図である。

装置１０は、とりわけ、ほぼ鍋状のポンプサンプ１２を含み、該ポンプサンプは、加熱される氷圧耐性の吸込み管１６を介して搬送モジュール１４と結合されている。ポンプサンプ１２の例示した鍋状形状とは異なり、該ポンプサンプは、たとえば、著しく傾斜して周回するように延在する壁をもつ内部中空の円錐切頭部材の幾何学的形状を有していてもよい。ポンプサンプ１２には充填レベルゲージ１８が接続され、該充填レベルゲージはその上端に通気部２０を有している。熱ロスを最少にするため、加熱される吸込み管１６も充填レベルゲージ１８も絶縁シース２２によって完全に取り囲まれている。ポンプサンプ１２は、図１には図示していないタンクの下側タンク開口部の領域に固定されている。タンクは、ＳＣＲ方法を実施するために必要な還元剤を貯留するために用いる。ＳＣＲ方法では、還元剤として通常はＡｄＢｌｕｅ（登録商標）が使用され、これはほぼ３２．５パーセントの尿素水溶液である。還元剤はポンプサンプ１２を起点として搬送モジュール１４により吸込み管１６を介してタンクから吸い出され、液圧接続管２４を介して図示していない触媒排ガス浄化システムへさらに搬送される。装置１０の必要な氷圧耐性を保証するため、ポンプサンプ１２内には、リング状の弾性補償要素２６が配置されている。補償要素２６は、弾性があって化学的にＡｄＢｌｕｅ（登録商標）に対し十分耐性がある、たとえばＥＰＤＭのようなプラスチック材料で製造されている。補償要素２６はたとえばポンプサンプ１２内に接着、圧入、締め付け、加硫固定されていてよく、或いは、ゆるく挿入されているだけでもよい。補償要素２６が設けられているため、ポンプサンプ１２の領域で−１１℃以下で凍結する還元剤の膨張運動は、補償要素２６の適当な変形によって吸収され、これによって装置１０の必要な氷圧耐性が保証されている。汚染粒子および他の異物がタンクから搬送モジュール１４内および／または内燃エンジンの図示していない排ガス浄化システム内へ到達しないようにするため（到達すると、排ガス浄化システム全体の詰まりおよび／または全体の故障になることがある）、円板状のフィルタ要素２８が設けられ、該フィルタ要素は好ましくはポンプサンプ１２の横断面全体にわたって延在している。フィルタ要素２８は有利にはいわゆる３Ｄフィルタ要素である。ポンプサンプ１２は、吸込み管１６の領域に常に十分な量の還元剤が残っていて、態勢にほとんど依存しない還元剤の搬送が搬送モジュール１４を用いて可能であるよう保証している。さらに、ポンプサンプ１２の上方には、有利には電気で作動するポンプサンプ加熱部３０が配置され、該ポンプサンプ加熱部は、図示した実施形態では、それぞれ等間隔で互いに平行に配置された３つの板状の加熱要素を有している。ポンプサンプ加熱部３０の固定は少なくとも２つのホルダ３２，３４を用いて行い、該ホルダは必要な氷圧耐性を有している。ポンプサンプ加熱部３０の上方には加熱棒３６が位置決めされ、該加熱棒は、タンクの全高にわたって、図１には同様に図示していないタンク通気部のほうへ延在している。ポンプサンプ加熱部３０を用いると、還元剤の少なくとも一部が凍結していても、ポンプサンプ１２の上方に、排ガス浄化システムへの供給のために液状還元剤で充填されるキャビティ（ここには図示せず）を解凍によって形成可能である。このケースでもタンクの十分な通気を確保するために、加熱棒３６を用いて、凍結した還元剤の中に該還元剤の一部の溶融により空気通路（ここには図示せず）を形成可能であり、且つ継続的に確保することができ、該空気通路はタンク通気部とポンプサンプ１２の領域にあるキャビティとの間を連通させる。吸込み管１６の加熱部も、ポンプサンプ加熱部３０および加熱棒３６も有利には電気で作動され、理想的なケースでは、わずか２本の給電ケーブルだけで電流が供給される。この目的のため、前述した加熱機構が電気的に並列に接続されている。搬送モジュール１４も同様に電気で作動され、この場合通常のプラグ接続部３８を介して給電が行われる。

図２は、ポンプサンプを取り付けたタンクの横断面図である。

装置１０の他のシステムコンポーネントとしてのタンク４０は還元剤４２の貯留に用いられ、実質的に平坦なタンク底部４４を有している。タンク底部４４には円形のタンク開口部４６が形成されている。このタンク開口部は周回するように延在するフランジ４８によって取り囲まれ、該フランジは有利にはタンク４０に一体に形成されている。フランジ４８はポンプサンプ１２をタンク底部４４に下側から装着するのを容易にし、この装着は有利には溶接によって行われる。ここでは図をわかりやすくするために参照符号を付していない、タンク開口部４６の直径は、同様に参照符号を付していないポンプサンプ１２の内径よりもかなり小さく選定されており、その結果ポンプサンプ１２はタンク開口部４６を完全に覆っている。

図２の実施形態では、２つの管状接続部５０，５２がポンプサンプ１２に形成されている。接続部５０には、搬送モジュール１４と結合されている吸込み管１６が接続されている。吸込み管１６、充填レベルゲージ１８および／または管状接続部５０，５２は、タンク４０内での望ましくない揺動運動を緩和するために絞りの機能をもつ少なくとも１つの横断面先細り部を有している。接続部５２は充填レベルゲージ１８の結合に用いる。ポンプサンプ加熱部３０および加熱棒３６への給電は、ここでは例として吸込み管１６を貫通して延在するように敷設された２本のケーブル５４，５６を用いて行う。これとは択一的に、ケーブル５４，５６を吸込み管１６の外側に延在させてもよい。このような配置構成では、吸込み管１６とケーブル５４，５６とを少なくとも部分的にたとえばケーブルスパイラル、ケーブル結束具、ケーブルバンド等の被覆部を用いて１つのロープ状形成物にまとめるのが有利である。吸込み管１６は適当な処置により氷圧耐性をもつように構成され、さらに、この領域での還元剤４２の凍結を抑止するために、同様に有利には電気の供給を受ける加熱機構を有している。内部に電気ケーブル５４，５６が延在している吸込み管１６は、加熱エネルギー消費量を少なくするために絶縁シース２２によって完全に取り囲まれている。図示した配置構成とは異なり、有利には、充填レベルゲージ１８を、加熱される吸込み管１６およびケーブル５４，５６とともに絶縁シース２２によって被覆してもよい。これによって、凍結防止のための充填レベルゲージ１６の加熱が省略される。ポンプサンプ加熱部３０は両ホルダ３２，３４を用いてポンプサンプ１２に固定されている。フランジ４８の下方には、実質的にリング状の補償要素２６があり、該補償要素は、周回するように延在してわずかに傾斜している内壁面５８とポンプサンプ１２の底部６０とに当接している。タンク開口部４６の下方にはフィルタ要素２８が位置決めされている。両接続部５０，５２での吸込み管１６およびホース状の充填レベルゲージ１８の位置固定は、たとえば図示していないクランプブラケット等を用いて行うことができる。

図３は、装置１０をかなり簡略に図示した平面図である。

複雑な幾何学的構成を有する（自由形状）タンク４０の下方には、タンク開口部４６を覆うポンプサンプ１２がある。ポンプ加熱部３０と加熱棒３６とは、ホルダを用いてポンプサンプ１２の上方ほぼ中央に配置されている。ポンプサンプ１２の直径は、十分な被覆と密封作用とを保証するために、タンク開口部４６の直径よりもかなり大きい。図２の図示のものとは異なり、ここでは吸込み管１６と充填レベルゲージ１８とはポンプサンプ１２の同じ側に配置されている。さらに、吸込み管１６も充填レベルゲージ１８も絶縁シース２２によって被覆され、これにより充填レベルゲージを別個に加熱することが省略される。

図４は、還元剤がほぼ完全に凍結した際の装置１０の横断面図である。

タンク４０は、周囲温度が低いためにほとんどが凍結した還元剤６２または「氷」で充填されている。タンク４０は上面に配置されるタンク通気部６４を有し、ここには図示していない搬送モジュールを用いた還元剤４２の支障のない搬送を可能にしている。この目的のため、黒い二重矢印で示唆したように、タンク通気部６４は周囲からの空気を両方向に貫通させることを可能にする。ポンプサンプ１２はタンク底部４４に形成されたタンク開口部４６を覆っている。ポンプサンプ加熱部３０は、ホルダ３２，３４によりポンプサンプ１２の上方に固定されている。タンク開口部４６の下方にはフィルタ要素２８がある。ここには図示していない吸込み管および充填レベルゲージのための両接続部５０，５２は、ポンプサンプ１２から側方へ突出している。電気で作動されるポンプサンプ加熱部３０により、凍結した還元剤６２にキャビティ６６を溶け込ませて、無氷状態に維持することができる。この場合、キャビティ６６はこのゾーンで再び液化した還元剤４２でほぼ完全に充填されている。ポンプサンプ１２およびキャビティ６６の領域での液化はポンプサンプ加熱部３０の作用によって優先的に行われる。これにより、液状凝集状態にある還元剤４２は、接続部５０，５２の領域における周囲温度および装置１０の空間的態勢にほとんど関係なく、常に十分な量で均一な吸込みのために提供される。ポンプサンプ加熱部３０の上方には、電気で作動される加熱棒３６があり、該加熱棒はタンク４０のほぼ全高にわたってタンク通気部６４まで延在している。加熱棒３６はタンク４０内での氷の成長に著しい機械的抵抗をせず、従って還元剤４２が完全に凍結した場合でも加熱棒は破損しない。加熱棒３６により、凍結した還元剤６２内に通気通路６８を溶かして、継続的に空けておくことができる。加熱棒３６をすべての側から取り囲んでいる通気通路６８は、タンク通気部６４とキャビティ６６との間での自在な空気交換を可能にし、その結果まだ液状状態の還元剤４２を搬送モジュールを用いて吸い込んだ際、タンク４０内に負圧は発生せず、搬送モジュールを用いた還元剤４２の支障のない搬送が可能である。加熱棒３６は周回するように延在している加熱ホース７０を含み、該加熱ホースは十分抵抗力のある適当な金属合金から形成されている。加熱ホース７０は加熱棒被覆部７２を備え、またはコーティングされており、該加熱被覆部は還元剤またはＡｄＢｌｕｅ（登録商標）に対し耐性があるプラスチック材料で形成されている。

図５は、装置１０のケーブルレイアウトを説明する概観図である。

任意に成形されたタンク４０の上面には、タンク通気部６４と充填レベルゲージ１８の通気部２０とがある。搬送モジュール１４から液圧接続管２４が分岐し、該液圧接続管は図示していない排ガス後処理システムに還元剤を供給するために用いる。タンク４０の図示していない最深点の領域には、ポンプサンプ加熱部３０と加熱棒３６とを備えたポンプサンプ１２がある。ポンプサンプ１２内には、さらに、ポンプサンプ加熱部３０と加熱棒３６とを位置固定するための２つのホルダ３２，３４が固定されている。ホルダ３２，３４に対し横方向にフィルタ要素２８が位置決めされている。絶縁シース２２の内部には、一部が見える充填レベルゲージ１８と、絶縁シース２２によって完全に覆われている吸込み管１６と、ポンプサンプ加熱部３０および加熱棒３６に給電するためのケーブルとが敷設されている。タンク４０の外面にて延在している絶縁シース２２は、または、その中に延在している吸込み管１６と充填レベルゲージ１８と電気ケーブル５４，５６とは、ポンプサンプ１２を搬送モジュール１４または充填レベルゲージ１８の通気部２０と結合させている。

図６は、充填レベルゲージと吸込み管と電気ケーブルとを備えた絶縁シースの簡略横断面図である。

絶縁シース２２は、充填レベルゲージ１８と両電気ケーブル５４，５６と還元剤４２用の吸込み管１６とを被覆しており、結果的にコンパクトな接続ロープ７４またはほぼ楕円形の横断面幾何学的形状を備えた「ケーブルホースツリー」を形成し、該接続ロープまたは「ケーブルホースツリー」は装置のポンプサンプと搬送モジュール１４との間の唯一の結合部である。これにより、自動車における装置のより容易な操作およびより簡単な組み込みおよび／または交換が達成される。さらに接続ロープ７４は、タンクからの還元剤４２の搬送を可能にするとともに、該接続ロープ７４内に組み込まれている充填レベルゲージ１８による還元剤４２の充填高さ（レベル）の、正確かつタンクの態勢にはほとんど関係のない測定を可能にする。接続ロープ７４の取り付けを容易にするため、両電気ケーブル５４，５６と吸込み管１６とは少なくとも部分的に被覆部７６を備えていてよい。オプションで設けられるこの被覆部７６は電気絶縁する必要がなく、還元剤４２に対し化学的に抵抗力がある必要もなく、たとえば通常のケーブルスパイラル、ケーブル結束具、ケーブルバンド等で製造されていてよい。図６に示した構成とは異なり、両電気導線５４，５６と吸込み管１６とは充填レベルゲージ１８自体の内部でほぼ同軸に敷設されていてもよく、この場合には充填レベルゲージ１８の直径は十分大きく選定されねばならない。このような配置構成では、接続ロープ７４のほぼ円形の幾何学的形状の横断面が生じる。

図７は、充填レベルゲージ１８の１つの可能な構成を示す図である。

ホース状の充填レベルゲージ１８は、たとえばスパイラル状に巻かれた２本の抵抗線８０，８２によって形成され、該抵抗線は電気絶縁性のプラスチック成形材によって形成されたプラスチックシース８４によって外面を覆われている。抵抗線８０，８２は一部のみが外側のプラスチックシース８４内に埋設されている。これにより、充填レベルゲージ１８内にあって限定的な電気伝導率を有している還元剤４２を、該充填レベルゲージ１８の図示していない内面の領域で（表面が）露出している抵抗線８０，８２とダイレクトに電気接触させることができる。同時に、プラスチックシース８４には、両抵抗線８０，８２を互いに電気絶縁させるという課題がある。抵抗線８０，８２もプラスチックシース８４も還元剤４２と直接接触するので、これらの構成要素は十分な耐化学性と耐腐食性とを有していなければならない。充填レベルゲージ１８の作用を、図８に図示した等価電気回路図を用いて詳細に説明する。各抵抗線８０，８２は、多数の個別抵抗器の直列接続または抵抗チェーンによって電気的に再現することができる。図示した等価回路図では、還元剤は、２つの抵抗チェーンの間の電気短絡部８８を生じさせる充填高さ８６を有している。白い二重矢印で示唆したように、充填レベルゲージ１８の内部で還元剤４２の充填高さ８６が変化すると、図示していない２つの接続端子間で測定可能な測定機構全体のオーム抵抗Ｒも変化する。このように、各充填高さ８６には１つの測定可能なオーム抵抗値が割り当てられており、このオーム抵抗値はたとえば図示していないマイクロコントローラ支援型制御および／または調整機構を用いて測定可能、評価可能であり、表示させることができる。測定した抵抗Ｒがほぼ０オームであれば、最大限可能な充填高さ８６が達成されており、これに対し抵抗Ｒが∞（無限）オームであれば、還元剤全損（空のタンク）または断線に相当している。充填レベルゲージ１８の図示していない接続端子間で測定可能な抵抗値Ｒは、マイクロコントローラ支援型制御および／または調整機構を用いた適当な校正により、タンク内にある還元剤残量の絶対充填レベルまたは絶対体積読み取り量に換算することができる。自動車の動的運動のためにタンク内に揺動運動が起これば、これは充填レベルゲージと装着されたポンプサンプとの間にある図示していない先細り部または絞りによって弱められる。絞りは充填レベルゲージ１８の一体の構成部品であってよい。自動車の態勢がいくぶん静的に傾斜すれば、これは、適当な３Ｄ態勢センサを用いて検知し、次に測定結果から数的に算出し、測定信号の低域フィルタリングによって除去することができ、或いは、タンク重心の近くに充填レベルゲージを配置することによって考慮することができる。

さらに、抵抗値の急速な時間的変化は、充填レベルゲージ１８の非密封性を表わしていることがある。充填レベルゲージ１８の測定結果から、制御および／または調整機構を用いて、自動車のドライバーに対し、タンク内の還元剤４２の充填レベルが少ないことを指摘してすぐに再充填することを要求する少なくとも１つの簡単な警告信号を導出することができる。

還元剤４２の導電性はかなり高いので、充填レベルゲージ１８を流れる（測定直流）電流の電流強さはあまり高くないほうがよい。というのは、電流強さが高すぎると、還元剤４２の電気腐食が発生することがあり、加えてこの電気腐食が水素ガスを形成させることがあるからである。このような望ましくない作用を最小限に抑えるため、直流電流の代わりに、有利には電流強さが小さな（測定）交流電流を使用して、充填レベルゲージ１８を用いてタンク４０内の充填高さを検出することができる。両抵抗線８０，８２は、抵抗値を評価するため、ここには図示していない少なくとも２本の測定ケーブルまたは測定導線を介してマイクロコントローラ支援型制御および／または調整機構と接続されている。制御および／または調整機構は、装置の可能な限り空間的にコンパクトな全体構成を得るために、搬送モジュールに一体に組み込まれた構成要素であってよい。

図９および図１０（以下の説明では同時に参照する）は、タンク４０のタンク底部の２つの択一的実施形態を横断面図で示したものである。

図１ないし図７によるタンク底部の構成とは異なり、タンク４０のタンク底部（ここでは符号を付していない）には、図９によれば、ほぼ台形状の横断面幾何学的形状を備えた条溝状の隆起部１００が形成され、その下方にポンプサンプ１２が固定されている。隆起部１００のために、タンク４０内での還元剤４２の揺動運動または傾動運動によってポンプサンプ１２が漸次還元剤で充填され、その結果自動車のすべての作動条件のもとでポンプサンプ１２内には十分な量の還元剤４２が搬送モジュールによる均一な吸込みのために提供される。図１０によるタンク底部（符号は付さず）の第２の択一的実施形態の場合には、タンク底部に槽状の凹部１０２が形成され、これにより、還元剤４２のために「利用不能な容積」を最少にすることで装置の吸込み特性はタンクの傾斜態勢に対して最適化される。この場合、凹部１０２も同様に台形状の横断面幾何学的形状を有している。さらに、隆起部１００も凹部１０２も図９、図１０の図示とは異なる横断面幾何学的形状を有していてよい。

総括すると、本発明による装置により、態勢および温度にほとんど関係なく、ディーゼルエンジンの排ガス後処理システムに、ＳＣＲ方法を実施するために不可欠の還元剤を供給することができる。これによって、自動車の作動条件からほぼ完全に独立した、排ガス後処理システムの常に正常な機能が確保される。さらに、本発明による装置により、貯留タンク内の還元剤レベルを精確に、同様にほとんど態勢に関係なく検出することが可能になる。

１０ 排ガス後処理システムに還元剤を供給するための装置
１２ ポンプサンプ
１４ 搬送モジュール
１６ 吸込み管
１８ 充填レベルゲージ
２２ 熱絶縁シース
２６ 補償要素
２８ フィルタ要素
３０ ポンプサンプ加熱部
３６ 加熱棒
４０ タンク
４２ 還元剤
４４ タンク底部
４６ タンク開口部
５４，５６ ケーブル
６４ タンク通気部
８０，８２ 抵抗線
８４ プラスチックシース

Claims (11)

1. 排ガス後処理システムに、ディーゼルエンジンの排ガス流内の窒素酸化物を低減させるための還元剤（４２）を供給するための装置（１０）であって、前記還元剤（４２）のためのタンク（４０）と、吸込み管（１６）を介して前記タンク（４０）から前記還元剤（４２）を搬出するための搬送モジュール（１４）とを備えた前記装置（１０）において、
   ａ）前記タンク（４０）の外側に延在している前記吸込み管（１６）がタンク底部（４４）の領域にあるポンプサンプ（１２）に接続され、
   ｂ）前記ポンプサンプ（１２）の領域に、電気で作動されるポンプサンプ加熱部（３０）が配置され、
   ｃ）前記タンク（４０）の上面には、少なくとも一つのタンク通気部（６４）が配置され、
   ｄ）少なくとも１つの、電気で作動され、前記ポンプサンプ加熱部（３０）の上方に位置決めされた加熱棒（３６）であって、前記還元剤（４２）が凍結した場合に該加熱棒（３６）を取り囲む通気通路（６８）を形成するための前記加熱棒（３６）が前記タンク（４０）内部で前記還元剤の液面を超える高さまで延在し、
   ｅ）前記タンク（４０）の外側に少なくとも１つの充填レベルゲージ（１８）が延在している、
   ことを特徴とする装置（１０）。
2. 排ガス後処理システムに、ディーゼルエンジンの排ガス流内の窒素酸化物を低減させるための還元剤（４２）である尿素水溶液を供給するための装置（１０）であって、前記還元剤（４２）のためのタンク（４０）と、吸込み管（１６）を介して前記タンク（４０）から前記還元剤（４２）を搬出するための搬送モジュール（１４）とを備えた前記装置（１０）において、
   ａ）前記タンク（４０）の外側に延在している前記吸込み管（１６）がタンク底部（４４）の領域にあるポンプサンプ（１２）に接続され、
   ｂ）前記ポンプサンプ（１２）の領域に、電気で作動されるポンプサンプ加熱部（３０）が配置され、
   ｃ）前記タンク（４０）の上面には、少なくとも一つのタンク通気部（６４）が配置され、
   ｄ）少なくとも１つの、電気で作動され、前記ポンプサンプ加熱部（３０）の上方に位置決めされた加熱棒（３６）であって、前記還元剤（４２）が凍結した場合に該加熱棒（３６）を取り囲む通気通路（６８）を形成するための前記加熱棒（３６）が前記タンク（４０）内部で前記還元剤の液面を超える高さまで延在し、
   ｅ）前記タンク（４０）の外側に少なくとも１つの充填レベルゲージ（１８）が延在している、
   ことを特徴とする装置（１０）。
3. 前記ポンプサンプ（１２）がタンク開口部（４６）を覆っている、請求項１または２に記載の装置（１０）。
4. 少なくとも１つの、前記還元剤（４２）の膨張を補償する弾性補償要素（２６）が前記ポンプサンプ（１２）内に位置決めされている、請求項１から３のいずれか一つに記載の装置（１０）。
5. 前記ポンプサンプ（１２）の領域に少なくとも１つのフィルタ要素（２８）が配置されている、請求項１から４のいずれか一つに記載の装置（１０）。
6. 前記充填レベルゲージ（１８）が少なくとも２本の抵抗線（８０，８２）によって形成され、該抵抗線が、プラスチックシース（８４）を備え、且つ前記還元剤（４２）と導電接触することができる、請求項１から５のいずれか一つに記載の装置（１０）。
7. 前記吸込み管（１６）、前記ポンプサンプ加熱部（３０）、前記加熱棒（３６）へ電気を供給するための少なくとも２本のケーブル（５４，５６）が実質的に前記吸込み管（１６）に沿って延在している、請求項１から６のいずれか一つに記載の装置（１０）。
8. 前記充填レベルゲージ（１８）と前記吸込み管（１６）と前記少なくとも２つのケーブル（５４，５６）とが少なくとも部分的に熱絶縁シース（２２）によって取り囲まれている、請求項７に記載の装置（１０）。
9. 前記少なくとも２つのケーブル（５４，５６）と前記吸込み管（１６）とが前記充填レベルゲージ（１８）の内部に延在している、請求項８に記載の装置（１０）。
10. 前記充填レベルゲージ（１８）が少なくとも１つの通気部（２０）を有している、請求項１から９のいずれか一つに記載の装置（１０）。
11. 前記ポンプサンプ（１２）が前記タンク底部（４４）の隆起部（１００）または凹部（１０２）の領域内に配置されている、請求項１から１０のいずれか一つに記載の装置（１０）。
    
    
    

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