DE102017203301A1

DE102017203301A1 - Tankvorrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102017203301A1
Application number: DE102017203301.0A
Authority: DE
Inventors: Guido Bernd Finnah; Juergen Hanneke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-12-29
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2018-07-05
Also published as: WO2018121908A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tankvorrichtung (2) für ein Fahrzeug, mit einem Tank (3) zur Aufnahme und Bereitstellung eines flüssigen Mediums (4), mit einer in dem Tank (3) angeordneten Entnahmeeinrichtung (5), die eine Ansaugstelle (9), mindestens ein der Ansaugstelle (9) zugeordnetes Filterelement (10), einen Träger (8) für das Filterelement (10) und die Ansaugstelle (9) sowie eine Heizeinrichtung (17) aufweist. Es ist vorgesehen, dass der Träger (8) eine Schwappschutzwand (16) aufweist, die sich zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Filterfläche des Filterelements (10) und nur bereichsweise entlang eines Rands des Filterelements (10) erstreckt, und dass die Heizeinrichtung (17) in die Schwappschutzwand (16) integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tankvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Tank zur Aufnahme und Bereitstellung eines flüssigen Mediums, insbesondere eines flüssigen Abgasnachbehandlungsmittels, mit einer in dem Tank angeordneten Entnahmeeinrichtung, die eine Ansaugstelle für das Medium, mindestens ein der Ansaugstelle zugeordnetes Filterelement, einen Träger für das Filterelement und die Ansaugstelle sowie eine Heizeinrichtung aufweist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein vorteilhaftes Abgasnachbehandlungssystem, das eine derartige Tankvorrichtung für ein flüssiges Abgasnachbehandlungsmittel, sowie ein Einspritzventil zum Hinzugeben des Abgasnachbehandlungsmittels in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors und eine Fördereinrichtung zum Fördern des Abgasnachbehandlungsmittels von der Tankvorrichtung zu dem Einspritzventil aufweist.
Stand der Technik
Tankvorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. So ist es bekannt, in Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, Tankvorrichtungen vorzusehen, um Aggregate des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise einen Verbrennungsmotor oder ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem flüssigen Medium zu versorgen. Insbesondere werden aufgrund der immer strenger werdenden Verordnungen in Bezug auf zulässige Schadstoffemissionen von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen Abgasnachbehandlungsmittel notwendig, die regelmäßig dem Abgas eines Verbrennungsmotors zugefügt werden müssen. Dabei werden Tankvorrichtungen eingesetzt, die jederzeit das Abgasnachbehandlungsmittel flüssig zur Verfügung stellen können sollen. In einem Tank wird dazu eine Entnahmeeinrichtung angeordnet, die eine Ansaugstelle und insbesondere eine Fördereinrichtung zum Ansaugen des Mediums an der Ansaugstelle und zum Fördern des angesaugten Mediums zu einer Dosierstelle aufweist. Bei der Fördereinrichtung handelt es sich üblicherweise um eine Förderpumpe. Der Ansaugstelle ist dabei üblicherweise ein Filterelement zugeordnet, sodass von der Fördereinrichtung keine Schmutzpartikel oder dergleichen angesaugt werden, welche die Pumpe und/oder das Abgasnachbehandlungssystem beschädigen könnten. Zur korrekten Anordnung von Ansaugstelle und Filterelement zueinander ist ein Träger vorgesehen, der diese beiden hält oder trägt und insbesondere zueinander ausrichtet. Der Träger ist insbesondere aus einem Material gefertigt, das in Bezug auf das Medium resistent ist, sodass keine Schäden an dem Träger durch das Medium entstehen können.
Weil häufig verwendete Abgasnachbehandlungsmittel bei Temperaturen von etwa -11°C gefrieren, ist es außerdem bekannt, Tankvorrichtungen, die zur Aufnahme eines solchen Abgasnachbehandlungsmittels dienen, mit einer Heizeinrichtung zu versehen, mittels welcher bei Bedarf gefrorenes Abgasnachbehandlungsmittel beziehungsweise gefrorenes Medium erwärmt und aufgetaut wird, sodass dieses in flüssiger Form abgesaugt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Tankvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Heizeinrichtung in vorteilhafter Art und Weise in die Tankvorrichtung integriert ist und insbesondere ein schnelles Auftauen von Medium in der Nähe der Ansaugstelle und insbesondere des Filterelements ermöglicht. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass der Träger eine Schwappschutzwand aufweist, die sich zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Filterfläche des Filterelements und nur bereichsweise entlang eines Rands des Filterelements erstreckt, und dass die Heizeinrichtung in die Schwappschutzwand integriert ist. Dadurch wird erreicht, dass zum einen durch die Schwappschutzwand Schmutzpartikel daran gehindert werden, zu dem Filterelement zu gelangen, und dass zum anderen in unmittelbarer Umgebung des Filterelements Wärme in den Tank und insbesondere in gegebenenfalls gefrorenes Medium abgegeben werden kann, sodass das Medium insbesondere im Bereich des Filterelements aufgetaut und zum Absaugen zur Verfügung gestellt werden kann. Außerdem hat die Schwappschutzwand den Vorteil, dass die Schwappschutzwand bei einer vorteilhaften Anordnung der Schwappschutzwand zu einer Einfüllöffnung für das Medium derart, dass die Schwappschutzwand zwischen der Einfüllöffnung und dem Filterelement steht, verhindert, dass eingefülltes Medium direkt auf das Filterelement gelangt, wodurch ein Luftsperrverhalten des Filterelements im Fall der Erstbefüllung unerwünscht beschleunigt wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schappschutzwand wenigstens eine Krümmung in ihrem Verlauf entlang des Rands des Filterelements aufweist. Durch den gekrümmten Verlauf wird erreicht, dass sich die Schwappschutzwand nahe zu der Ansaugstelle erstreckt, um einen vorteilhaften Bereich in dem Tank mittels der in die Wand integrierten Heizeinrichtung zu erwärmen.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schwappschutzwand einen kreisbogenförmigen Verlauf aufweist. Durch den kreisbogenförmigen Verlauf ergibt sich ein vorteilhaftes Auftauverhalten, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die Ansaugstelle innerhalb der Kreisbogenform liegt.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Schwappschutzwand viertelkreisförmig oder halbkreisförmig ausgebildet ist, sodass sie sich um 90° oder 180° eines Kreisbogens erstreckt. Hierdurch bietet die Schwappschutzwand einen vorteilhaften Schwappschutz sowie die vorteilhafte Auftaumöglichkeit, wie zuvor bereits beschrieben.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung zumindest ein in oder an der Schwappschutzwand angeordnetes Heizelement aufweist. Das Heizelement ist dabei insbesondere von der Schwappschutzwand getragen und somit verliersicher an dieser gehalten. Ist das Heizelement an der Schwappschutzwand gehalten, kann es in direktem Kontakt mit dem in dem Tank vorhandenen Medium stehen und dadurch einen besonders hohen Wärmeeintrag in das Medium gewährleisten. Ist das Heizelement in der Wand angeordnet, so besteht kein direkter Kontakt zu dem Medium. Durch eine vorteilhafte Materialwahl der Schwappschutzwand sowie einer vorteilhaften Wandstärke der Schwappschutzwand wird dabei dennoch ein ausreichender Wärmeeintrag in das Medium gewährleistet.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Heizelement als elektrisches Heizelement, beispielsweise als PCT-Heizkörper oder als Widerstandsheizkörper, insbesondere aus Metall oder aus elektrisch leitfähigem Kunststoff ausgebildet ist. Dadurch ist eine einfache und kompakte Ausführungsform der Heizeinrichtung in oder an der Schwappschutzwand gewährleistet.
Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass das Heizelement als eine Heizmittelleitung für flüssiges und/oder gasförmiges Heizmedium ausgebildet ist. Dabei ist das Heizelement beispielsweise in einen Wärmekreislauf integrierbar und kann mittels flüssigen oder gasförmigen Wärmeleitmittel, beispielsweise Kühlwasser eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs, durchströmt werden, um Wärme in das Medium beziehungsweise in den Tank einzubringen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Heizelement vollständig von der Schwappschutzwand eingehaust ist, sodass kein direkter Kontakt zwischen dem Heizelement und dem in dem Tank befindlichen Medium besteht. Dadurch ist das Heizelement sicher vor dem Medium geschützt und eine lange Lebensdauer ist gewährleistet.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Heizelement von dem Material der Schwappschutzwand umspritzt ist. Dadurch ist eine einfache und kostengünstige Integration der Heizeinrichtung, insbesondere des Heizelements, in die Schwappschutzwand gewährleistet. In Bezug auf die vorgeschlagenen Ausführungsform des Heizelements als Heizmittelleitung ist unter einem vollständigen Einhausen zu verstehen, dass die Heizmittelleitung an ihrem Außenumfang vollständig von der Schwappschutzwand, insbesondere von dem Material der Schwappschutzwand eingehaust ist, wobei selbstverständlich ein Zulauf und ein Ablauf der Heizmittelleitung die Schwappschutzwand durchstoßen beziehungsweise von außerhalb der Schwappschutzwand zugängig sind, um eine Verbindung zu einem Heizmittelkreislauf zu ermöglichen.
Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsmittelsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Tankeinrichtung aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen

1 ein Abgasnachbehandlungsmittelsystem in einer vereinfachten Darstellung,
2 eine Detailansicht einer Tankvorrichtung des Abgasnachbehandlungssystems und
3 eine Draufsicht auf die Tankvorrichtung.

1 zeigt in einer vereinfachten Schnittdarstellung ein Abgasnachbehandlungssystem 1 für einen Verbrennungsmotor eines hier nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Das Abgasnachbehandlungssystem 1 weist eine Tankvorrichtung 2 auf, die einen Tank 3 zur Aufbewahrung eines flüssigen Abgasnachbehandlungsmittels 4, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, aufweist. In dem Tank 3 ist eine Entnahmeeinrichtung 5 angeordnet. Vorliegend ist die Entnahmeeinrichtung 5 am Boden 6 des Tanks 3 eine Öffnung 7 verschließend angeordnet. Die Entnahmeeinrichtung 5 weist einen Träger 8 auf, der insbesondere aus Kunststoff gefertigt ist, und eine Ansaugstelle 9, die in 1 nur gestrichelt gezeichnet ist, sowie ein der Ansaugstelle zugeordnetes Filterelement 10 trägt. Die Ansaugstelle 9 ist beispielsweise als Bohrung oder Kanal in dem Träger 8 ausgebildet, der zu einer Fördereinrichtung 11 führt, die vorliegend als Förderpumpe ausgebildet ist. In Förderrichtung gesehen ist das Filterelement 10 der Ansaugstelle 9 vorgeschaltet, sodass nur gefiltertes Medium 4 in die Ansaugstelle 9 und damit zu der Fördereinrichtung 4 gelangen kann.
Die Fördereinrichtung 11 ist beispielsweise durch einen Verbindungsschlauch 12 mit einem Einspritzventil 13 oder Dosierventil verbunden, dass einem Abgasrohr 14 des bereits genannten Verbrennungsmotors zugeordnet ist, um das von der Fördereinrichtung 11 geförderte Medium 4 in das Abgasrohr 14 einzuspritzen, sodass es sich mit dem durch das Abgasrohr strömenden Abgas vermengt und schadstoffreduzierend mit diesem zusammen wirkt, beispielsweise in einem stromabwärts liegenden Katalysator.
2 zeigt die Entnahmevorrichtung 5 in einer vergrößerten Schnittdarstellung. Der Träger 8 ist mehrteilig ausgebildet und weist unter anderem einen die Öffnung 7 verschließenden Deckel 15 sowie ein Gehäuse 16 auf, dass zur Aufnahme, insbesondere zur flüssigkeitsdichten Aufnahme der Fördereinrichtung 11 dient. Wie bereits erwähnt, trägt der Filter das Filterelement 10, dass insbesondere ein vorteilhaftes Filtergewebe aufweist, dass sich in einer Ebene, vorliegend parallel zum Boden 6 des Tanks 3 erstreckt. Unterhalb des Filterelements 10 ist die Saugstelle 9 verortet.
Neben dem Filterelement 10 ist eine Schwappschutzwand 16 von dem Träger 8 ausgebildet, die sich über das Filterelement 10 hinaus nach oben in den Tank 3 hineinerstreckt und insofern senkrecht zur Filterfläche des Filterelements 10 ausgerichtet ist.
3 zeigt eine vereinfachte Draufsicht auf die Tankvorrichtung 2. Hierbei ist zu erkennen, dass das Filterelement 10 vorliegend eine nierenförmige Kontur aufweist. Die Schwappschutzwand 16 erstreckt sich dabei entlang des Rands des Filterelements 10 nur abschnittsweise, sodass der Verlauf der Schwappschutzwand 16 eine Krümmung gemäß der Nierenform des Filterelements 10 aufweist. Bevorzugt erstreckt sich die Schwappschutzwand 16 dabei entlang eines Kreisbogens, beispielsweise viertelkreisbogen- oder halbkreisbogenförmig, kann aber auch -gestrichelt gezeigt - verlängert werden.
In die Schwappschutzwand 16 ist eine Heizeinrichtung 17 integriert. Diese weist vorliegend ein elektrisch betreibbares Heizelement 18 auf, das beispielsweise als elektrischer PTC- oder Widerstandsheizkörper ausgebildet ist. Dieser ist vollständig vom Material des Schwappschutzwand 16 umgeben, beispielsweise in dem das Heizelement 18 durch das Material der Schwappschutzwand 16 durch Umspritzen eingehaust ist. Das Heizelement 18 erstreckt sich dabei entlang des Verlaufs der Schwappschutzwand 16, sodass es sich ebenfalls auf der bevorzugten Krümmung oder Kreisbogenform erstreckt. Lediglich elektrische Kontaktstellen 19 sind dabei von außen zugänglich, um das Betreiben der Heizeinrichtung 17 zu ermöglichen.
Durch die vorteilhafte Ausbildung des Abgasnachbehandlungssystems 1 und insbesondere der Tankvorrichtung 2 wird erreicht, dass durch die große Nähe der Heizeinrichtung 17 zu der Ansaugstelle 9 und dem Filterelement 10 ein schnelles Auftauen des Filterelements 10, der Saugstelle 9 sowie des sich daran anschließenden Saugkanals, optional auch eines Rücklaufs 23 der Fördereinrichtung 11, gewährleistet ist. Ist außerdem auf der von dem Filterelement 19 abgewandten Seite der Schwappschutzwand 16 eine Füllstandsensoreinrichtung 20 angeordnet, wie in 3 angedeutet, so wird auch diese in vorteilhafte Weise durch die Wärme der Heizeinrichtung 17 aufgewärmt, sodass gefrorenes Abgasnachbehandlungsmittel aufgetaut wird. Die vorteilhafte Ausbildung erlaubt einen gleichmäßigen Wärmeeintrag in das Medium im Tank 3.
Dadurch, dass sich die Schwappschutzwand 16 nur abschnittsweise entlang des Rands des Filterelements 10 erstreckt, wird sie auch als einseitig erhöhte Filterwand bezeichnet. Durch die vertikale beziehungsweise senkrechte Ausrichtung der Heizeinrichtung 17 in der Schwappschutzwand 16 ergibt sich ein schnelles Auftauen des Mediums in den für den Pumpenbetrieb notwendigen Bereichen der Entnahmeeinrichtung 5. Durch eine vorteilhafte Wahl von Wandstärken kann außerdem der Wärmeeintrag von der Heizeinrichtung 17 in den Tank 3 in eine gewünschte Richtung gezielt werden.
Durch den vorteilhaften Verlauf der Schwappschutzwand 16 werden außerdem Schwappgeräusche, die sich in Tank 3 während der Fahrt ergeben können, reduziert, sodass weitere Sondermaßnahmen zur Geräuschminimierung nicht erforderlich sind. Außerdem hat das vorliegende Ausführungsbeispiel den Vorteil, dass eine Partikelbeladung der Filteroberfläche des Filterelements 10 durch die Schwappschutzwand 16 ebenfalls reduziert wird, weil mit Partikeln belastete Flüssigkeit nicht mehr direkt an das Filterelement 10 gelangen kann. Die Partikel sinken dann an der Schwappschutzwand 16 nach unten und können nicht mehr auf das Filterelement 10 gespült werden. Mit dem erweiterten Schwappschutz reduziert sich außerdem die mögliche Eintragsfläche für Partikel auf dem Inneren Durchmesser des Schwappschutzes. Ferner wird durch den Schwappschutz beziehungsweise die Schwappschutzwand 16 verhindern, dass beim Befüllen des Tanks 3 eine direkte Benetzung der Filteroberfläche erfolgt.
1 zeigt hierzu vereinfacht einen Einfüllstutzen 21, der in den Tank 3 eingebracht ist, um Abgasnachbehandlungsmittel 4 nachzufüllen. Dazu ist eine Einfüllöffnung 22 an der Oberseite des Tanks 3 vorgesehen. Durch die vorteilhafte Anordnung der Entnahmeeinrichtung 5 und ihrer Ausrichtung derart, dass die Schwappschutzwand 16 zwischen der Einfüllöffnung 22 und dem Filterelement 10 liegt, wird erreicht, dass frisch eingefülltes Abgasnachbehandlungsmittel auf die Schwappschutzwand 16 beziehungsweise die Außenseite der Schwappschutzwand 16 trifft und nicht direkt auf das Filterelement 10 gelangen kann. Dadurch, dass eine direkte Benetzung des Filterelements 10 vermieden wird, verschiebt sich das Luftsperrverhalten des Filtermaterials bei der Erstbefüllung und führt zu einer schnelleren Einsatzbereitschaft der Entnahmeeinrichtung 5, bei welcher insbesondere ein verlängertes Luftansaugen durch die Fördereinrichtung 11 vermieden ist.
Auch ergibt sich dadurch der Vorteil, dass das Abgasnachbehandlungsmittel auch noch weit oberhalb des Filterelements 10 aufgetaut wird und damit für höhere Förderraten auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen zur Verfügung steht. Die vertikale Ausrichtung der Schwappschutzwand 16 ermöglicht außerdem eine Konvektion/Zirkulation des flüssigen Mediums 4 in dem Tank 3, wodurch eine Durchwärmung des Tanks 3 verbessert wird. Die große Fläche des Heizelements 18 verbessert außerdem den Wärmeübergang.
Eine Längung des Trägers 8 durch unterschiedliche Schwindungsverhältnisse kann auf der ansaugstellen-fernen Seite kompensiert werden. Insbesondere sind dazu, wie in 3 gezeigt, die Kontaktstellen 19 und die Ansaugstelle 9 nah beieinander angeordnet.

Claims

Tankvorrichtung (2) für ein Fahrzeug, mit einem Tank (3) zur Aufnahme und Bereitstellung eines flüssigen Mediums (4), mit einer in dem Tank (3) angeordneten Entnahmeeinrichtung (5), die eine Ansaugstelle (9), mindestens ein der Ansaugstelle (9) zugeordnetes Filterelement (10), einen Träger (8) für das Filterelement (10) und die Ansaugstelle (9) sowie eine Heizeinrichtung (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (8) eine Schwappschutzwand (16) aufweist, die sich zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Filterfläche des Filterelements (10) und nur bereichsweise entlang eines Rands des Filterelements (10) erstreckt, und dass die Heizeinrichtung (17) in die Schwappschutzwand (16) integriert ist.
Tankvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwappschutzwand (16) wenigstens eine Krümmung in ihrem Verlauf entlang des Rands des Filterelements (10) aufweist.
Tankvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwappschutzwand (16) einen kreisbogenförmigen Verlauf aufweist.
Tankvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwappschutzwand (16) viertelkreisförmig oder halbkreisförmig ausgebildet ist.
Tankvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (17) zumindest ein in oder an der Schwappschutzwand (16) angeordnetes Heizelement (18) aufweist.
Tankvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (18) als elektrisch betreibbarer Heizkörper ausgebildet ist.
Tankvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (18) als eine durch die Schwappschutzwand (16) verlaufende Heizmittelleitung für ein flüssiges und/oder gasförmiges Heizmittel ausgebildet ist.
Tankvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (18) vollständig von der Schwappschutzwand (16) eingehaust ist.
Tankvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (18) von dem Material der Schwappschutzwand (16) umspritzt ist.
Abgasnachbehandlungssystem (1) für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einer Tankvorrichtung (2) für ein flüssiges Abgasnachbehandlungsmittel, mit einem Einspritzventil (13) zum Hinzugeben des Abgasnachbehandlungsmittels in einen Abgasstrom des Verbrennungsmotors und mit einer Fördereinrichtung (11) zum Fördern des Abgasnachbehandlungsmittels von der Tankvorrichtung (2) zu dem Einspritzventil (13), gekennzeichnet durch die Ausbildung der Tankvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.