DE102012223174B4

DE102012223174B4 - Additivbehälter

Info

Publication number: DE102012223174B4
Application number: DE102012223174.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Fischer
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2017-08-17
Anticipated expiration: 2032-12-15
Also published as: DE102012223174A1

Abstract

Additivbehälter in einem Kraftfahrzeug mit einer Einlassöffnung, einem Entnahmestutzen, einer Pumpe und einer Heizvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Additivbehälter (1) mit einem Zusatzbehälter (5) verbunden ist, der Zusatzbehälter (5) ein kleineres Volumen als der Additivbehälter (1) besitzt, der Entnahmestutzen (8) über eine Öffnung (7) in den Zusatzbehälter (5) geführt ist, die Ansaugöffnung (9) des Entnahmestutzens (8) im Zusatzbehälter (5) angeordnet ist und dass der Zusatzbehälter (5) die Heizvorrichtung (11) aufweist, wobei die Heizvorrichtung an der Ansaugöffnung (9) des Entnahmestutzens (8) angeordnet ist.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Additivbehälter in einem Kraftfahrzeug mit einer Einlassöffnung, einem Entnahmestutzen, einer Pumpe und einer Heizvorrichtung. Solche Additivbehälter dienen beispielsweise zur Speicherung von Harnstoff, welcher dem Kraftstoff zugegeben wird, um den Ausstoß von Stickoxiden im Abgas zu reduzieren.
Es ist bekannt, das Additiv in einem solchen separaten Behälter zu bevorraten und in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis dem Kraftstoff zugegeben. Der Additivbehälter besitzt neben der Einlassöffnung zum Nachfüllen des Additivs über einen Entnahmestutzen und eine Pumpe. Die Pumpe saugt über den Entnahmestutzen das Additiv an und fördert es über eine Leitung zu einer Dosiereinrichtung, über die das Additiv dem Kraftstoff beigemischt wird. Nachteilig hierbei ist, dass der als Additiv verwendete Harnstoff bei niedrigen Temperaturen gefriert. Solche Additivbehälter müssen daher eine Heizvorrichtung aufweisen, um den Harnstoff aufzutauen, damit er von der Pumpe angesaugt werden kann. In Abhängigkeit von der Größe des Additivbehälters kann das Auftauen des Additivs mit einem erheblichen Energieaufwand verbunden sein. Zudem erfordert die Anordnung einer entsprechenden Heizvorrichtung erheblichen apparativen Aufwand.
Die DE 20 2006 010 615 U1 zeigt ein Tanksystem mit einem Haupttank und einer Abschmelzvorrichtung mit Schmelztank. Das Tanksystem dient zur Bereitstellung eines von einem Flüssigkeitsverbraucher nach einem Kaltstart benötigten vorbestimmten Kaltstartvolumens einer Betriebsflüssigkeit. Hierzu ist ein Haupttank mit einer Befüllöffnung vorgesehen. Der Haupttank weist eine Abschmelzvorrichtung auf, die eine Schmelztank und eine Einlassöffnung aufweist, durch die der Innenraum des Schmelztankes mit Betriebsflüssigkeit befüllbar ist.
Weiterhin ist eine Kaltstartheizung vorgesehen, die zur Abschmelzung von der im Schmelztank gefrorenen Betriebsflüssigkeit dient. Der Schmelztank ist dabei wenigstens so groß wie das benötigte Kaltstartvolumen und kleiner als der Innenraum des Haupttanks.
Die DE 10 2007 061 808 A1 zeigt ein Tankentnahmesystem mit einer Kaltstartheizung für gefrorene Flüssigkeiten aus einem Kraftfahrzeugtanksystem mit mindestens einem Haupttank, mit wenigstens einem Wärmeabgabeelement, das mit mindestens einem Heizelement wärmeleitend verbunden ist und die im Heizelement erzeugte Wärme in die gefrorene Flüssigkeit leitet. Dadurch wird ein Kaltstartvolumen aufgeschmolzen. Weiterhinzeigt die Druckschrift ein Verfahren zur Entnahme einer gefrorenen Flüssigkeit aus dem Kraftfahrzeugtanksystem.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Additivbehälter zu schaffen, der auch bei niedrigen Temperaturen mit geringem apparativen und energetischen Aufwand betrieben werden kann.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass der Additivbehälter mit einem Zusatzbehälter verbunden ist, dass der Zusatzbehälter ein kleineres Volumen als der Additivbehälter besitzt, der Entnahmestutzen über eine Öffnung in den Zusatzbehälter geführt ist, die Ansaugöffnung des Entnahmestutzens im Zusatzbehälter angeordnet ist und der Zusatzbehälter die Heizvorrichtung aufweist, wobei die Heizvorrichtung an der Ansaugöffnung des Entnahmestutzens angeordnet ist.
Mit der Anordnung eines mit dem Additivbehälter verbundenen Zusatzbehälters, der die Heizvorrichtung aufweist, wird ein kleines separates Volumen geschaffen, welches direkt von der Heizvorrichtung erwärmt wird. Ist dieses Volumen aufgetaut, kann das flüssige Additiv über den Entnahmestutzen von der Pumpe angesaugt werden. Aufgrund des separaten Volumens muss wesentlich weniger Additiv aufgetaut werden, wodurch sich die Zeitspanne, ab der das Additiv zur Verfügung steht, zum Beispiel zur Abgasnachbehandlung, erheblich verkürzt werden. Aufgrund des kleineren aufzutauenden Volumens kann die Heizvorrichtung ebenfalls deutlich kleiner gestaltet werden. Zudem kommt die Heizvorrichtung mit einer reduzierten Heizleistung aus. Dies alles führt zu einem kostengünstigen aufgebauten Additivbehälter.
Mit dieser Anordnung der Heizvorrichtung an der Ansaugöffnung des Entnahmestutzens ist das Heizelement an dem Ort angeordnet, an dem zuerst das Additiv in flüssiger Form bereitstehen muss, um von der Pumpe angesaugt zu werden. Die Befestigung kann dabei relativ einfach mittels einer Rast- oder Steckverbindung erfolgen. Sofern der Entnahmestutzen separat montiert wird, kann das Heizelement aber auch am Boden des Zusatzbehälters angeordnet sein.
In einer besonders einfachen und kostengünstigen Ausgestaltung ist das Heizelement ein elektrischer Widerstand.
Ein erhöhter Bedarf an Bauraum wird vermeiden, wenn der Zusatzbehälter im Additivbehälter angeordnet ist. In dieser Ausgestaltung kann der Zusatzbehälter am Boden oder einer Seitenwand des Additivbehälters befestigt sein. Die Befestigung kann ebenfalls über Rast- und Steckverbindungen oder mittels Schweißen erfolgen.
Eine separate Verbindung des Zusatzbehälters mit dem Additivbehälter wird dagegen vermieden, wenn der Zusatzbehälter als integraler Bestandteil des Additivbehälters ausgebildet ist, beispielsweise durch Formung einer separaten Kammer während des Herstellprozesses des Additivbehälters. Das Befüllen des Zusatzbehälters erfolgt ohne zusätzliche Hilfsaggregate, wenn der Zusatzbehälter Öffnungen zum Additivbehälter besitzt, so dass das Additiv aus dem Additivbehälter in den Zusatzbehälter gelangt.
Im einfachsten Fall sind die Öffnungen frei durchströmbare Bohrungen in einer oder mehreren Begrenzungswänden des Zusatzbehälters.
Eine zusätzliche Filterung des Additivs wird erreicht, wenn in den Öffnungen Filtermaterial angeordnet ist.
Eine Befestigung des Zusatzbehälters im Additivbehälter ist dagegen nicht erforderlich, wenn der Zusatzbehälter außerhalb des Additivbehälters angeordnet ist. Auch in dieser Ausgestaltung kann der Zusatzbehälter einteilig mit dem Additivbehälters ausgebildet sein.
Um eine zu große Wärmeableitung von der Zusatzheizung zum Additivbehälter zu vermeiden, ist es vorteilhaft den Zusatzbehälter mit Abstand zum Additivbehälter anzuordnen. Die fluidische Verbindung zum Additivbehälter kann dann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung über mindestens einen, vorzugsweise zwei bis vier, Stutzen des Zusatzbehälters erfolgen, der in eine entsprechende Öffnung im Additivbehälter einsetzbar ist. Sofern der Stutzen und die Öffnung eine Geometrie nach Art einer Rastverbindung aufweisen, kann dadurch gleichzeitig über die fluidische Verbindung eine mechanische Verbindung des Zusatzbehälters am Additivbehälter erfolgen. Eine separate Befestigung des Zusatzbehälters am Additivbehälter kann somit entfallen.
Über die Verbindungsgeometrie zwischen Stutzen und Öffnung wird bereits eine Dichtwirkung erzielt. Zur Erhöhung der Dichtwirkung trägt es bei, wenn die Verbindung von Stutzen und Öffnung zusätzlich eine Dichtung aufweist.
Nachdem das Volumen im Zusatzbehälter aufgetaut ist und von der Pumpe angesaugt wurde, muss sichergestellt sein, dass Additiv aus dem Additivbehälter in den Zusatzbehälter nachläuft. Das bedeutet, dass im Bereich der Stutzen ausreichend flüssiges Additiv vorhanden sein muss. Zum Auftauen des Additivs in diesem Bereich kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung dadurch unterstützt werden, wenn der mindestens eine Stutzen aus einem wärmeleitenden Material, vorzugsweise Metall, besteht. So kann ein Teil der Wärme des Heizelements in den angrenzenden Bereich des Additivbehälters geleitet werden.
Der Additivbehälter und der Zusatzbehälter lassen sich in unterschiedlichen Ausgestaltungen fertigen, wenn sie aus Kunststoff bestehen. Durch Blasformen oder Spritzgießen lassen sich Additivbehälter sowohl mit integriertem als auch mit außen angeformten Zusatzbehälter herstellen.
Zu Begrenzung der erforderlichen Heizleistung und um eine zu große Wärmeableitung zum Additivbehälter oder an die Umgebung zu vermeiden, ist zumindest ein Teil der Wandung des Zusatzbehälters wärmeisolierend ausgebildet.
Um nicht verbrauchtes Additiv wieder in den Behälter zurückzuführen, weist der Zusatzbehälter einen Rücklauf für das Additiv auf. Der Vorteil besteht darin, dass das die wärme des flüssigen Additivs zur Unterstützung des Heizelements genutzt werden kann.
Um das Heizelement mit möglichst geringer elektrischer Energie zu betreiben, wird die Heizleistung nur im Bedarfsfall zugeschaltet. Zu diesem Zweck ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung ein Temperatursensor angeordnet, dessen Signal beim Unterschreiten einer kritischen Temperatur zum Aktivieren der Heizvorrichtung genutzt wird.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigt in:
1 eine schematische Darstellung des Additivbehälters und
2 eine weitere Ausgestaltung des Additivbehälters.
1 zeigt einen Additivbehälter 1 für Harnstoff zur Abgasnachbehandlung in einem Kraftfahrzeug mit einer Einlassöffnung 2. Am Boden 3 und einer Seitenwand 4 des Additivbehälters 1 ist ein Zusatzbehälter 5 angeordnet. Der Zusatzbehälter 5 ist einteilig mit dem Additivbehälter 1 verbunden. Die Behälter bestehen aus Kunststoff und sind mittels Blasformen hergestellt. Der Zusatzbehälter 5 besitzt an der dem Additivbehälter 1 zugewandten Seite als Bohrungen 6 ausgebildeten Öffnungen, über die das Additiv aus dem Additivbehälter 1 in den Zusatzbehälter 5 strömen kann. Über eine Öffnung 7 ist ein Entnahmestutzen 8 in den Zusatzbehälter 5 geführt. Die Ansaugöffnung 9 des Entnahmestutzens 8 ist nahe des Bodens 10 des Zusatzbehälters 5 angeordnet. An der Ansaugöffnung 9 ist ein Heizelement 11 angeordnet, welches zum Auftauen des Additivs vorgesehen ist. Über die Ansaugöffnung 9 wird das flüssige Additiv von einer Pumpe 12 angesaugt und über einen Auslass 13 an der Pumpe 12 einer nicht dargestellten Dosiereinrichtung zugeführt, über die der Harnstoff dem Kraftstoff beigemischt wird.
In 2 ist ein Additivbehälter 1 mit einem außen zugeordneten Zusatzbehälter 5 dargestellt. Beide Behälter sind getrennt voneinander hergestellt. Der Zusatzbehälter 5 besitzt an seiner oberen Wandung eine Öffnung, durch die der Entnahmestutzen 8 von der Pumpe 12 in den Zusatzbehälter 5 geführt ist. An der Ansaugöffnung 9 ist das Heizelement 11 am Entnahmestutzens 8 angeklipst. In der dem Additivbehälter 1 zugewandten Seitenwand des Zusatzbehälters 5 sind drei Stutzen 14 aus Metall eingesetzt. Mit ihrem anderen Ende sind die Stutzen 14 mit je einer Öffnung 15 im Additivbehälter 1 verbunden. Die Öffnungen 15 besitzen eine radial umlaufende Nut, in die die mit einem umlaufenden Wulst ausgebildeten Enden der Stutzen 14 verrasten. Ein als O-Ring ausgebildeter Dichtring zwischen Öffnung 15 und Stutzen 14 sorgt zusätzlich für eine sichere Abdichtung. Auf diese Weise wird gleichzeitig die Befestigung des Zusatzbehälters 5 am Additivbehälter 1, und die dichte fluidische Verbindung beider Behälter erzeugt. Da die Stutzen 14 aus Metall und somit gut wärmeleitend sind, wird über sie Wärme aus dem Zusatzbehälter 5 in den Bereich der Öffnungen 15 des Additivbehälters 1 übertragen. Dadurch wird das in diesem Bereich befindliche Additiv ebenfalls mit ausreichend Wärme beaufschlagt, so dass in diesem Bereich immer ausreichend flüsssiges Additiv zum Nachlaufen in den Zusatzbehälter 5 zur Verfügung steht. Damit der Zusatzbehälter 5 seine Wärme nicht zu schnell an die Umgebung abgibt, ist er mit einem wärmeisolierenden Material 16 umhüllt. Ein im Zusatzbehälter 5 angeordneter Temperatursensor 17 sorgt dafür, dass das Heizelement 11 nur bei Bedarf betrieben wird. Weiter besitzt der Zusatzbehälter 5 einen Rücklauf 18 für zur Dosiereinrichtung gefördertes und dort nicht verbrauchtes Additiv.

Claims

Additivbehälter in einem Kraftfahrzeug mit einer Einlassöffnung, einem Entnahmestutzen, einer Pumpe und einer Heizvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Additivbehälter (1) mit einem Zusatzbehälter (5) verbunden ist, der Zusatzbehälter (5) ein kleineres Volumen als der Additivbehälter (1) besitzt, der Entnahmestutzen (8) über eine Öffnung (7) in den Zusatzbehälter (5) geführt ist, die Ansaugöffnung (9) des Entnahmestutzens (8) im Zusatzbehälter (5) angeordnet ist und dass der Zusatzbehälter (5) die Heizvorrichtung (11) aufweist, wobei die Heizvorrichtung an der Ansaugöffnung (9) des Entnahmestutzens (8) angeordnet ist.
Additivbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (11) ein elektrischer Widerstand ist.
Additivbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzbehälter (5) im Additivbehälter (1) angeordnet ist.
Additivbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzbehälter (5) als separater Behälter am Boden oder einer Seitenwand des Additivbehälters (1) befestigt ist.
Additivbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzbehälter (5) als integraler Bestandteil des Additivbehälters (1) ausgebildet ist.
Additivbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzbehälter (5) Öffnungen (7) zum Additivbehälter (1) besitzt, so dass das Additiv aus dem Additivbehälter (1) in den Zusatzbehälter (5) gelangt.
Additivbehälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (7) frei durchströmbare Bohrungen (6) sind.
Additivbehälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Öffnungen (7) Filtermaterial angeordnet ist.
Additivbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzbehälter (5) außerhalb des Additivbehälters (1) angeordnet ist.
Additivbehälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzbehälter (5) einteilig mit dem Additivbehälter (1) ausgebildet ist.
Additivbehälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzbehälter (5) mindestens einen, vorzugsweise zwei bis vier, Stutzen (14) besitzt, der in eine entsprechende Öffnung (15) im Additivbehälter (1) einsetzbar ist.
Additivbehälter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (14) und die Öffnung (15) eine Geometrie nach Art einer Rastverbindung aufweisen.
Additivbehälter nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Stutzen (14) und Öffnung (15) eine Dichtung besitzt.
Additivbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stutzen (14) aus einem wärmeleitenden Material, vorzugsweise Metall, ist.
Additivbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Additivbehälter (1) und der Zusatzbehälter (5) aus Kunststoff bestehen.
Additivbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Wandung des Zusatzbehälters (5) wärmeisolierend ausgebildet ist.
Additivbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzbehälter (5) einen Rücklauf (18) für das Additiv besitzt.
Additivbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (17) angeordnet ist, dessen Signal zum Schalten der Heizvorrichtung (11) verwendet wird.