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Stand der Technik
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Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere selbstzündenden Verbrennungsmotoren, muss aufgrund der verschärften Abgasgesetzgebung unter anderem der Anteil an Stickoxiden im Abgas reduziert werden. Ein etabliertes Verfahren zur Stickoxid-Reduktion in Abgasnachbehandlungssystemen basiert auf selektiver katalytischer Reduktion (SCR). Beim SCR-Verfahren werden die Stickoxide mit Hilfe eines Betriebs-Hilfsstoffs, insbesondere eines Reduktionsmittels, zu Stickstoff und Wasser reduziert. Als Reduktionsmittel wird häufig eine wässrige Harnstoff-Wasser-Lösung eingesetzt, die von einem Dosiersystem in den Abgastrakt eingebracht wird. Hierbei wird das Reduktionsmittel üblicherweise von einem Vorratsbehälter über ein Versorgungssystem zu einem Dosiermodul befördert, mit dem das Reduktionsmittel in das Abgasrohr eingespritzt wird.
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Bei der Verwendung von flüssigem Reduktionsmittel, wie beispielsweise Harnstoff-Wasser-Lösung, die je nach zugesetztem Antifrost-Schutzmittel bei Temperaturen unter ca. –12°C einfrieren kann, ergeben sich bezüglich der Frostsicherheit besondere Anforderungen an ein solches Dosiersystem. So besteht insbesondere beim Abstellen der Brennkraftmaschine das Risiko, dass die Harnstoff-Wasser-Lösung bei tiefen Temperaturen in kurzer Zeit einfriert und dies aufgrund der damit einhergehenden Volumenausdehnung die Elemente des Dosiersystems, insbesondere den Vorratsbehälter, nachhaltig schädigt. Des Weiteren ist auch im Einfrierfall eine Versorgung mit flüssigem Reduktionsmittel sicherzustellen, um das Dosiersystem und damit die Reduktion von Stickoxiden weiter betreiben zu können. Daher soll im Falle eines vereisten Dosiersystems, insbesondere bei Vereisung im Vorratsbehälter, möglichst schnell nach Anschalten des Fahrzeuges wieder einsatzfähiges Reduktionsmittel zur Verfügung stehen. Eine wesentliche Herausforderung bei bekannten Dosiersystemen besteht somit darin, die einzelnen Komponenten, insbesondere den Vorratsbehälter des Betriebs-Hilfsstoffs, Frostsicher zu gestalten, das heißt vor Beschädigung durch Einfrieren zu schützen und im Einfrierfall eine Vorrichtung bereitzustellen, die das Auftauen des Reduktionsmittels erlaubt.
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In der Regel wird der Vorratsbehälter mit aktiven Heizelementen ausgestattet, um das Dosieren von Reduktionsmittel in den Abgastrakt auch bei tiefen Temperaturen zu gewährleisten. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Einrichtungen zum Einbringen eines Reduktionsmittels in das Abgas bekannt. So beschreibt beispielsweise
DE 10 2004 051 746 ein Dosiersystem, das innerhalb einer Tankkammer eines Tankmodulgehäuses als kompaktes Einbaumodul ausgestaltet ist. Dieses Einbaumodul umfasst alle notwendigen Komponenten zum Beispiel Elektronik, Pumpen und/oder Dosiermittel. Desweitern kann das Tankmodul eine bauliche Einheit mit dem Kraftstofftank bilden, wobei die das Dosiersystem umfassende Tankkammer unmittelbar neben dem Kraftstofftank angeordnet ist. Zur Frostsicherheit sieht die in DE 10 2004 051 746 beschriebene Ausführungsform eine Heizvorrichtung vor, die innerhalb der Tankkammer angeordnet ist und somit Dosiersystem und Tankkammer gleichzeitig beheizt.
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Aktive Heizelemente, insbesondere zur Beheizung des Vorratsbehälters, nehmen allerdings Platz in Anspruch. Zudem sind weitere Vernetzungen zu elektrischen Anschlüssen oder alternativ zu anderen Heizelementen der Brennkraftmaschine notwendig, was zusätzlichen Aufwand bei der Montage des Dosiersystems mit sich bringt.
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Offenbarung und Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Versorgungssystem für Brennkraftmaschinen, insbesondere selbstzündende Verbrennungsmotoren, vorgeschlagen, das einen Kraftstofftank zum Betrieb eines Verbrennungsmotors und mindestens einen Vorratsbehälter für einen Betriebs-Hilfsstoff umfasst, wobei der mindestens eine Vorratsbehälter zumindest teilweise in den Kraftstofftank eingebettet ist. Dieser mindestens eine Vorratsbehälter kann insbesondere Teil eines Dosiersystems darstellen und beispielsweise ein gefrierfähiges Reduktionsmittel zur Abgasnachbehandlung bevorraten. Vorzugsweise umschließt der Kraftstofftank den Umfang des mindestens einen Vorratsbehälters ganz oder teilweise. Dabei ist es von Vorteil, dass der mindestens eine Vorratsbehälter auch in der Höhe zumindest teilweise in den Kraftstofftank eingelassen ist.
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Aufgrund des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einbettungskonzept, wobei der mindestens eine Vorratsbehälter in dem Kraftstofftank aufgenommen ist, kann der mindestens eine Vorratsbehälter wenigstens teilweise von der äußeren Umgebung isoliert werden. Insbesondere beim Abstellen der Brennkraftmaschine und bei tiefen Temperaturen im Außenbereich kann diese Isolation den mindestens einen Vorratsbehälter länger vor dem Einfrierfall schützen und so das Vorkommnis von Eisbrüchen, Quetschungen oder Rissen am Material reduzieren. Ferner können durch die Volumenausdehnung beim Einfrieren mögliche örtliche Verschiebungen von Unterkomponenten wie beispielsweise Pumpen, die in dem mindestens einen Vorratsbehälter untergebracht sind, vermieden oder zumindest minimiert werden.
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Desweiteren kann durch dieses Einbettungskonzept der Kraftstofftank, insbesondere bei laufender Brennkraftmaschine, als Wärmequelle für den mindestens einen Vorratsbehälter genutzt werden. Dabei wird der Kraftstoff aus dem Kraftstofftank zu beispielsweise einem Injektor zur Einspritzung in den Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine befördert. Dies führt weiterhin zu einer Erwärmung von Kraftstoff, wobei überflüssiger Kraftstoff in den Kraftstofftank zurückfließt. Dieser Rückfluss von überflüssigem, erwärmtem Kraftstoff in den Kraftstofftank resultiert wiederum in einem Beheizen des mindestens einen, in den Kraftstofftank eingebetteten Vorratsbehälters. Daher wird der mindestens eine Vorratsbehälter automatisch ohne aktive Heizelemente erwärmt. Dies kann als passive Wärmequelle oder alternativ auch neben möglichen aktiven Heizelementen für den mindestens einen Vorratsbehälter genutzt werden und eine schnellere Erwärmung insbesondere bei vereisten Systemen ermöglichen. Damit wird insbesondere im Falle eines Dosiersystems unmittelbar nach dem Anschalten des vereisten Systems das Reduktionsmittel schnellstmöglich aufgetaut, um den schadstoffmindernden Reduktionszyklus wieder in Gang zu setzten.
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Außerdem stellt das erfindungsgemäß vorgeschlagene Versorgungssystem umfassend mindestens einen Vorratsbehälter eingebettet in den Kraftstofftank eine einfache Möglichkeit zur Fertigung einer passiven Beheizung bereit, die den Montageaufwand im Vergleich zu aktiven Heizvorrichtungen vermindert und zusätzlich den Materialverschleiß reduziert. Des Weiteren werden mit erfindungsgemäß vorgeschlagener passiver Heizvorrichtung durch das Wegfallen einer Ansteuersoftware sowie einer On-Board-Diagnose Überwachung Kosten reduziert. Eine solche Wärmequelle bietet somit eine kostengünstige Alternative oder Zusatzwärmequelle zu aktiven Heizvorrichtungen, die die Frostsicherheit des mindestens einen Vorratsbehälters erhöht. Insgesamt ergeben sich daraus beispielsweise eine längere Lebensdauer sowie, insbesondere im Falle eines Dosiersystems, eine erhöhte Zuverlässigkeit auch bei niedrigen Temperaturen.
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Weiterhin kann der mindestens eine Vorratsbehälter einen offenen Bereich, d. h. einen Bereich des mindestens einen Vorratsbehälters, der nicht vom Kraftstofftank umgeben ist, für den direkten Anschluss von Versorgungselementen, wie beispielsweise einem Fördermodul oder einer Einfüllvorrichtung, aufweisen, was eine kompakte Bauweise erlaubt und durch das Wegfallen zusätzlicher aktiver Heizelemente für mögliche Verbindungsleitungen die Montage erleichtert.
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Das Tankgehäuse enthaltend Kraftstofftankkammer und mindestens eine Vorratsbehälter kann einteilig oder alternative zweiteilig aus beispielsweise Aluminium, Stahl oder Kunststoff gefertigt werden. Hierbei können der Kraftstofftank und der mindestens eine Vorratsbehälter verschiedene Formen, beispielsweise rechteckig, oval oder zylindrisch, annehmen. In vorteilhafter Weise kann Kunststoff mittels Glasverfahren leicht und kostengünstig verarbeitet werden. Zusätzlich weisen aus Kunststoff hergestellte Tankgehäuse eine geringere Korrosionsanfälligkeit auf. Alternativ kann jedoch auch Stahl im Tiefziehverfahren in beliebigen Formen zu einem solchen Tankgehäuse geformt werden. Insbesondere stehen bei erfindungsgemäß vorgeschlagenem Versorgungssystem umfassend mindestens eine Vorratsbehälter eingebettet in den Kraftstofftank die wärmeleitenden und diffusionsdichten Eigenschaften des Tankgehäuses im Vordergrund. Dies kann zum Beispiel im Falle von Kunststofffertigung durch die Verwendung von mehrschichtigen Gehäusewänden, das heißt mehreren Schichten aus verschiedenen Kunststoffen, erreicht werden.
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Im Falle der einteiligen Fertigung umfasst das Tankgehäuse eine Kraftstoffkammer und mindestens eine zweite Kammer für mindestens einen Vorratsbehälter. Ein zweiteilig gefertigtes Tankgehäuse umfasst ein Kraftstofftankgehäuse und mindestens einen Vorratsbehälter, die separat gefertigt sind. Hierbei weist das Kraftstofftankgehäuse vorzugsweise mindestens eine Aufsparung auf, in der der mindestens eine Vorratsbehälter zumindest teilweise aufgenommen ist. In diesem Fall kann der mindestens einen Vorratsbehälter kraft- und/oder formschlüssig in der Aussparung des Kraftstofftankgehäuses fixiert sein. So können Halterungen eingesetzt werden, die zum Beispiel als Schnappverbindung, Klebeverbindung oder Klemmverschluss ausgebildet sind. Im Falle eines zweiteiligen Tankmodulgehäuses ist allerdings eine gute Wärmeleitung zwischen dem Kraftstofftank und dem mindestens einen Vorratsbehälter zu gewährleisten. Dies kann beispielsweise mittels einer wärmeleitenden Schicht zwischen dem Kraftstofftankgehäuse und dem mindestens einen Vorratsbehälter erreicht werden. Eine solche Schicht kann beispielsweise mittels Leiterplatten aus Aluminium, Wärmeleitpaste oder Glasfasermatten realisiert werden. Insgesamt ist somit bei einer einteiligen Fertigung des Tankgehäuses einerseits der Montageaufwand geringer und andererseits eine gute Wärmeleitung zwischen den Tankkammern zu erreichen, während bei einer zweiteiligen Fertigung des Tankgehäuses die Diffusionsdichtheit zwischen dem Kraftstofftankgehäuse und dem mindestens einen Vorratsbehälter in vorteilhafter Weise herzustellen ist.
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Erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann sowohl für Aktivtanks, die mit einer direkten Einfüllvorrichtung versehen sind, als auch für Passivtanks, die der reinen Bevorratung mit indirekter Befüllung dienen, eingesetzt werden. In vorteilhafter Ausführung ist der mindestens eine Vorratsbehälter als Aktivtank ausgestaltet und umfasst mindestens eine Einfüllvorrichtung zum Befüllen mit Betriebs-Hilfsstoff, wie zum Beispiel Reduktionsmittel. Diese Einfülleinrichtung kann eine Einfüllöffnung an dem mindestens eine Vorratsbehälter sowie einen über Einfüllleitungen in Verbindung stehenden, entfernen Einfüllstutzen beinhalten. In ähnlicher Weise kann der Kraftstofftank eine Einfüllvorrichtung für Kraftstoff vorsehen. In bevorzugter Ausführungsform sind die Einfüllleitungen und der Einfüllstutzen des mindestens einen Vorratsbehälters räumlich der Einfüllleitung und dem Einfüllstutzen des Kraftstofftanks zugeordnet. So ergibt sich eine besonders Platz sparende Alternative, die zusätzlich leicht zu montieren ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben. Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Versorgungssystems in der Seitenansicht,
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2 einen Ausschnitt des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Versorgungssystems gemäß 1 in einer weiteren Ausführungsvariante dargestellt in der Draufsicht.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Versorgungssystems 10 ist in 1 gezeigt. In diesem Beispiel ist ein Verbrennungsmotor 11 schematisch dargestellt und umfasst beispielsweise ein Versorgungssystem 36, das Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 12 zur Einspritzung 38 in den Verbrennungsraum 34 befördert. Nach Verbrennung werden die Abgase in den Abgasauslassbereich 40 geleitet, wo zum Beispiel ein Dosiersystem 13 zur Abgasnachbehandlung, insbesondere zur Reduktion von Stickoxiden, zum Einsatz kommen kann. Ein solches Dosiersystem 13 ist vereinfacht in 1 dargestellt und beinhaltet neben einem Vorratsbehälter 14 zur Lagerung des Reduktionsmittels beispielsweise ein Fördermodul 42, Versorgungsleitungen 44 sowie ein Dosiermodul 46, welches das Reduktionsmittel in den Abgasauslassbereich 40 einbringt.
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In der vorliegenden Ausführungsform gemäß 1 beinhaltet das erfindungsgemäß vorgeschlagene Versorgungssystem der Brennkraftmaschine 10 ein Tankgehäuse 20, welches sowohl den Kraftstofftank 12 als auch den Vorratsbehälter 14 umfasst. Weiterhin ist der Vorratsbehälter 14 in den Kraftstofftank 12 eingebettet, wobei der Vorratsbehälter 14 dem vollen Umfang nach und bis zu einer Höhe 16 vom Kraftstofftank 12 umschlossen ist. In vorteilhafter Weise ist ein offener Bereich 18, das heißt ein Bereich, der nicht vom Kraftstofftank 12 umgeben ist, an der Oberseite des Vorratsbehälters 14 vorgesehen, um weitere Versorgungselemente des Dosiersystems 13, wie beispielsweise das Fördermodul 42, anzubringen und so eine möglichst kompakte Bauweise zu erzielen.
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Dieses erfindungsgemäß vorgeschlagene Versorgungssystem 10 isoliert durch die Abschirmung mit Hilfe des Kraftstofftanks 12 den Vorratsbehälter 14 nach außen. Insbesondere bei niedrigen Temperaturen nach Abstellen der Brennkraftmaschine und im Falle von gefrierfähigem Reduktionsmittel führt diese Isolation zu einer Verlangsamung des Einfriervorgangs. Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemäß vorgeschlagene Versorgungssystem 10 beinhaltend das Tankgehäuse 20 eine passive Beheizung des Vorratsbehälters 14. Diese passive Beheizung wird bei laufendem Verbrennungsmotor 11 durch die erwärmte, nicht benötigte Kraftstoffrücklaufmenge der Einspritzung 38 erreicht, ohne dass Zusatzwärmequellen notwendig sind. Auf diese Weise kann die Versorgung des Dosiersystems 13 mit Reduktionsmittel auch bei niedrigen Temperaturen gewährleistet werden.
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Das in 1 dargestellte Tankgehäuse 20 ist einteilig ausgebildet. In diesem Fall werden das Kraftstofftankgehäuse 26 mit integriertem Vorratsbehälter 14 zum Beispiel aus Stahl im Verfahren des Tiefziehens gefertigt. Desweiteren müssen in einer solchen Ausführungsform keine weiteren Maßnahmen zur verbesserten Wärmeleitung getroffen werden.
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Zum Befüllen des Kraftstofftanks 12 ist eine Einfüllöffnung für Kraftstoff 50 über Einfüllleitungen 52 mit einem Einfüllstutzen für Kraftstoff 54 verbunden. Der Einfüllstutzen für Kraftstoff 54 ist bevorzugt an einem vom Kraftstofftank 12 entfernten möglichst gut zugänglichen Außenbereich der Brennkraftmaschine untergebracht. In ähnlicher Weise kann auch an dem Vorratsbehälter 14 eine Einfüllöffnung 56 vorgesehen sein, die ebenso über eine Einfüllleitung für Reduktionsmittel 58 mit einem Einfüllstutzen für Reduktionsmittel 60 verbunden sein kann. In bevorzugter Ausführungsform sind die Einfüllleitung für Reduktionsmittel 58 sowie der Einfüllstutzen für Reduktionsmittel 60 räumlich mit der Einfüllleitung für Kraftstoff 52 und dem Einfüllstutzen für Kraftstoff 54 angeordnet. Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise mit geringem Montageaufwand.
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2 stellt einen Ausschnitt der in 1 abgebildeten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Versorgungssystems 10 in einer Draufsicht dar. Im Unterschied zu 1 ist das Tankgehäuse 20 in 2 zweiteilig ausgebildet, wobei das Kraftstofftankgehäuse 26 und der Vorratsbehälter 14 separat hergestellt sind. Hierbei weist das Kraftstofftankgehäuse 26 eine Aussparung 28 auf, in die der Vorratsbehälter aufgenommen ist. In dieser Ausführung kann der Vorratsbehälter 14 kraft- oder formschlüssig mit dem Kraftstofftank 12 verbunden sein, wobei eine solche Verbindung zum Beispiel als Schnappverbindung, Klebeverbindung oder Klemmverschluss ausgebildet sein kann. Im Falle eines zweiteiligen Tankgehäuses 20 ist allerdings eine gute Wärmeleitung zwischen dem Kraftstofftank 12 und dem Vorratsbehälter 14 zu gewährleisten. Dies kann beispielsweise mittels wärmeleitender Schicht 62 erreicht werden
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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