УСТРОЙСТВО С РЕЗЕРВУАРОМ И УСТРОЙСТВОМ ПОДАЧИ ДЛЯ ВОССТАНОВИТЕЛЯ Российский патент 2015 года по МПК F01N3/20 

Настоящее изобретение относится к устройству, которое имеет резервуар с днищем резервуара и устройство подачи для жидкости, причем жидкость является, прежде всего, жидким восстановителем для очистки отработанного газа (ОГ).

Для удаления оксидов азота (NOx) в потоке ОГ двигателей внутреннего сгорания, предпочтительно, в поток ОГ впрыскивается жидкий восстановитель для того, чтобы с помощью катализатора преобразовывать содержащиеся в потоке ОГ оксиды азота в элементарный азот (N₂) и воду (Н₂O). В качестве жидкого восстановителя, предпочтительно, активное вещество, например аммиак (NH₃) и/или мочевина (CH₄N₂O), растворяется в воде и добавляется. Для создания запаса восстановителя предусмотрен резервуар, который взаимодействует с устройством подачи, так что является возможной подача восстановителя из резервуара в поток ОГ.

При подаче или же создании запаса этого восстановителя имеется ряд технических проблем, чтобы при всех условиях эксплуатации добавлять в поток ОГ заданное количество восстановителя. Эти проблемы обоснованы, прежде всего, тем, что жидкий восстановитель, прежде всего водный раствор мочевины, может замерзать. Для того чтобы предотвратить замерзание жидкого восстановителя, может добавляться, например, антифриз, так что точка замерзания водного раствора мочевины, которая обычно составляет около -11°С, понижается до -40°С.

Тем не менее, даже при использовании такого антифриза или же средства понижения точки замерзания должно быть обеспечено, что оксиды азота в потоке ОГ восстанавливаются и при очень низких температурах в окружении автомобиля. Для этой цели, при определенных условиях, требуется сначала разморозить или же растопить восстановитель. Для этого уже предлагались различные решения для нагрева резервуара и/или частичного объема резервуара. Однако эти решения являются частично непригодными для того, чтобы проводить повторяющееся размораживание и замораживание таким образом, чтобы в поток ОГ надежно мог вводиться жидкий восстановитель.

Особые трудности возникают тогда, когда происходит отбор жидкого восстановителя вблизи днища резервуара и через днище резервуара. Для этого случая было, например, обнаружено, что хотя с помощью нагревателя на днище резервуара замерзший восстановитель и может быть разморожен, расположенные выше области замерзшей жидкости не могут быть достигнуты, и поэтому вокруг места отбора остается толстая корка льда. Однако отсос разжиженного восстановителя приводит к вакууму, против которого обычно используемые здесь насосы работать не могут.

Исходя из этого, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы, по меньшей мере, частично решить указанные со ссылкой на уровень техники проблемы.

Прежде всего, должна быть решена задача, состоящая в том, чтобы разработать стратегию нагрева или же управления теплом, с помощью которой достигается целенаправленное и достаточное размораживание замерзшего восстановителя уже через короткое время после начала. При этом следует стремиться, прежде всего, к концентрированному вводу тепла без того, что при этом создавались бы локальные горячие места, которые достигают температур поверхности выше 90°С. Кроме того, должны быть предложены, при необходимости, предохранительные меры, которые целенаправленно оказывают влияние на функциональность или же стратегию нагрева.

В качестве еще одной задачи следует указать, что должны быть предложены меры, которые обеспечивают возможность безупречного отбора жидкого восстановителя именно при процессе размораживания или же через короткое время после процесса размораживания, так чтобы была возможной подача, прежде всего, по существу без пузырей.

Кроме того, цель этого изобретения состоит в том, чтобы улучшить управление теплом вблизи места отбора, а также безупречный отбор жидкого восстановителя по соответствующему перепускному трубопроводу уже поданного восстановителя к резервуару.

Еще одной задачей изобретения является то, чтобы предложить меры, с помощью которых имелась бы более точная информация о степени размораживания или же уровне жидкого восстановителя во время процесса размораживания или же через короткое время после процесса размораживания.

Еще одна задача состоит в том, чтобы указать меры, с помощью которых уже процесс замерзания протекал бы целенаправленно, так чтобы на детали резервуара или же сам резервуар воздействовала меньшая нагрузка и/или вслед за этим создавались благоприятные условия для размораживания.

Кроме того, должно быть достигнуто, чтобы происходил благоприятный нагрев резервуара, так чтобы со стороны автомобиля необходимо было предоставлять в распоряжение как можно меньше энергии.

В качестве еще одной частичной задачи рассматривается конструирование устройства таким образом, чтобы им было просто манипулировать для мер по осмотру и/или мер по техобслуживанию. Прежде всего, также должен быть возможным осмотр и/или техобслуживание устройства подачи при не полностью опорожненном резервуаре.

Кроме того, должны быть разработаны меры, с помощью которых предотвращается образование вакуума при нагреве при отборе восстановителя. При этом должна иметь место по возможности незначительная техническая трудоемкость.

Для решения по меньшей мере одной из вышеуказанных задач предлагается устройство, охарактеризованное признаками п. 1 формулы изобретения. Благоприятные усовершенствования, которые, при определенных условиях, относятся к другим задачам изобретения, указаны в сформулированных в виде зависимых пунктах формулы изобретения. Следует указать на то, что приведенные отдельно в формуле изобретения признаки могут быть скомбинированы друг с другом любым, технологически рациональным образом и описывают другие варианты осуществления изобретения. Описание, прежде всего, в связи с фигурами, поясняет изобретение и указывает дополнительные примеры осуществления.

В соответствии с этим здесь предлагается устройство, содержащее по меньшей мере один резервуар с днищем резервуара и устройство подачи для жидкости, причем устройство подачи расположено в камере на днище резервуара, и камера имеет по меньшей мере один расположенный в ней электрический нагреватель, причем камера свободна от жидкости, а жидкость представляет собой водный раствор мочевины.

Технические результаты, достигаемые при осуществлении изобретения, связаны с размещением электрического нагревателя, предназначенного для нагрева находящейся в резервуаре жидкости, в камере, свободной от жидкости. В частности, в подобной камере выводы электрического нагревателя можно контактировать (с соответствующими проводниками) без применения дополнительной изоляции, которая потребовалась бы в случае воздействия на электрические контакты водного раствора мочевины, так как последний обладает высокой коррозионной активностью, что упрощает конструкцию и уменьшает ее стоимость и затраты на сборку. Кроме того, изобретение позволяет объединить выводы электрического нагревателя и выводы устройства подачи, которое также расположено в камере, например в одном штепсельном разъеме, что также упрощает конструкцию устройства и повышает уровень технологичности. При соответствующем расположении нагревателя в камере и при соответствующем выполнении камеры и ее стенки достигается достаточная передача теплоты от расположенного в камере нагревателя в жидкость, находящуюся в резервуаре.

Резервуар, в принципе, может быть изготовлен из металла и/или синтетического материала. Как правило, резервуар имеет сложную геометрию, так как он приспосабливается к данностям или же пространственным условиям в автомобиле. Резервуар может быть изготовлен монолитным, но это не является настоятельно необходимым. Как правило, резервуару может быть придано днище резервуара, одна или же несколько сторон резервуара и перекрытие резервуара, которые вместе определяют внутреннее пространство резервуара или же объем резервуара. Разумеется, также является возможным, что резервуар разделен на несколько частичных объемов, так что в разных частичных объемах хранятся (разные) количества жидкости.

Кроме того, устройство имеет по меньшей мере одно устройство подачи, причем, как правило, будет предусмотрено именно одно (одиночное) устройство подачи. При этом устройство подачи содержит компоненты, с помощью которых жидкость может транспортироваться из резервуара (пассивные компоненты, как например, проводящие жидкость трубопроводы, и активные компоненты, как например, аппараты для очистки, преобразования, нагрева и т.п. жидкости). В этом отношении устройство подачи предпочтительно содержит по меньшей мере один насос и соответствующие нагнетательные трубопроводы для жидкости. При необходимости, является возможным, что устройство подачи имеет еще и другие компоненты, такие как, например, по меньшей мере один фильтр по меньшей мере один датчик и/или по меньшей мере один вентиль. В устройстве подачи также могут быть интегрированы электронные или же электрические компоненты, как например, схемы, накопители, вычислительные устройства или тому подобное.

Под «жидкостью» подразумевается, прежде всего, вещество, которое, по меньшей мере, при комнатной температуре имеет жидкое агрегатное состояние. В соответствии с изобретением жидкость является восстановителем для обработки оксидов азота, содержащихся в ОГ двигателей внутреннего сгорания. Под жидким восстановителем подразумевается, например, наряду с аммиаком, также предшественник аммиака, такой как, например, мочевина. Жидкий восстановитель может дополнительно иметь по меньшей мере одно понижающее точку замерзания вещество, так же, как и малые, не мешающие подаче, частицы. В этом отношении понятием «жидкость» указывается родовое понятие, прежде всего, именно для этих видов восстановителя, а именно для водного раствора мочевины.

При этом устройство подачи устройства согласно изобретению расположено в камере на днище резервуара. Камера представляет собой, прежде всего, направленное внутрь сводчатое перекрытие, выгиб, уступ или тому подобное от смежного днища резервуара. Таким образом, камера, исходя из днища резервуара, образует высоту камеры. Эта камера свободна от жидкости, которая хранится в резервуаре, и вмещает, по меньшей мере, частично, устройство подачи. Камера может быть встроенной или отдельной соединительной деталью днища резервуара. Кроме того, предпочтительно, чтобы камера была закрыта, предпочтительно на высоте смежного днища резервуара. Кроме того, предпочтительно, чтобы камера была расположена эксцентрично относительно резервуара, то есть вблизи стороны резервуара.

Хотя камера, предпочтительно, простирается из днища резервуара, также является возможным, что камера расположена на боковой стенке резервуара и простирается из боковой стенки резервуара. Однако, при этом предпочтительно, чтобы камера была расположена вблизи днища резервуара. Таким образом, прежде всего, предлагается позиция, которая находится ближе к днищу резервуара, чем к верхней стороне резервуара. Расстояния камеры до верхней стороны резервуара и до днища резервуара могут быть определены, например, через воображаемый центр камеры и его расстояние до воображаемой плоскости верхней стороны резервуара, а также расстояние до воображаемой плоскости днища резервуара. Воображаемая плоскость верхней стороны резервуара или днища резервуара по существу воспроизводит положение или же позицию верхней стороны резервуара или же днища резервуара. При этом выпячивания или выемки в днище резервуара или верхней стороне резервуара учитываться не должны. Предпочтительно расстояние такого воображаемого центра до плоскости верхней стороны резервуара является даже более чем в два раза и особо предпочтительно более чем в пять раз больше, чем расстояние центра до плоскости днища резервуара.

Предложенная здесь компоновка имеет ряд преимуществ. Вдающаяся в резервуар камера позволяет сделать компоновку устройства подачи компактной. Близость устройства подачи к днищу также обеспечивает возможность полного опорожнения резервуара относительно жидкости, независимо от конструктивной формы резервуара, например, по сравнению с резервуарами, в которых жидкость отбирается через расположенное на перекрытии резервуара устройство подачи. Кроме того, вдающаяся в резервуар камера с ее нагревателем обеспечивает то, что тепло при размораживании вводится глубже или же дальше внутрь в лед. Таким образом, локально также увеличивается и нагреваемая поверхность. Предпочтительный контур камеры с относительно крутыми (проходящими практически почти перпендикулярно днищу резервуара) боковыми стенками камеры также приводит к тому, что происходит направленный поток размороженного восстановителя в направлении заданной области днища резервуара, так что здесь может быстро размораживаться большое количество жидкости и транспортироваться к месту отбора.

Нагреватель может быть выполнен по меньшей мере с одним электрическим нагревательным сегментом, который расположен в теплопроводящем контакте, по меньшей мере, с боковой стенкой камеры или с верхней стороной камеры.

Совершенно особо предпочтительно, что соответственно по меньшей мере один электрический нагревательный элемент расположен на или же в боковой стенке камеры и по меньшей мере один электрический нагревательный элемент на или же в верхней стороне камеры. В качестве электрического нагревательного элемента, предпочтительно, рассматривается электрический теплопровод, такой как например, нагревательная проволока, пленочный нагреватель или тому подобное. Нагреватель также может иметь по меньшей мере один нагревательный элемент с нагревательным резистором с положительным температурным коэффициентом. В случае с таким нагревательным элементом также говорят о нагревательном элементе РТС (РТС=positive temperature coefficient). Нагреватель может быть напечатан и/или наклеен на стенку камеры, прежде всего, с внутренней стороны камеры. Также является возможным, что нагреватель закрепляется на стенке камеры чем-то типа скобы. Например, нагреватель с помощью скобы может быть прижат к внешней стороне и/или внутренней стороне стенки камеры. Для эксплуатации электрических нагревательных сегментов нагревателя предусмотрен соответствующий источник тока, который является, прежде всего, целенаправленно регулируемым.

В этой связи особо предпочтительно, что предусмотрено несколько нагревательных сегментов в направлении высоты камеры. То есть, другими словами, что, исходя из днища резервуара, в направлении верхней стороны камеры предусмотрено несколько, прежде всего проходящих вокруг камеры, предпочтительно расположенных параллельно друг другу, нагревательных сегментов. Эти нагревательные сегменты могут эксплуатироваться или же регулироваться, прежде всего, независимо друг от друга. К тому же, также является возможным, что эти нагревательные сегменты выполнены по-разному, прежде всего, относительно отдельных показателей теплопроизводительности. При этом совершенно особо предпочтительно, что потенциальная теплопроизводительность нагревательных сегментов уменьшается в направлении высоты камеры снизу вверх. Другими словами, это также означает, что нагревательный сегмент, который расположен вблизи днища резервуара, обеспечивает больший ввод тепла внутрь резервуара, чем нагревательный сегмент, который расположен ближе к верхней стороне камеры.

Согласно одному усовершенствованию изобретения предлагается, что, по меньшей мере, в области верхней стороны камеры предусмотрена изоляция. При этом совершенно особо предпочтительно, что термическая изоляция расположена между стенкой камеры с нагревателем и внутренним пространством камеры с устройством подачи. При необходимости, вся смежная с нагревателем в сторону к внутреннему пространству камеры или же устройству подачи область может быть выполнена с одной или несколькими термическими изоляциями. К тому же, совершенно особо предпочтительно, что камера не имеет изоляции напротив верхней стороны камеры в сторону окружающей среды. За счет этого должно быть достигнуто, прежде всего, то, что тепло, которое обеспечивается по меньшей мере одним нагревателем, подводится прямо в жидкость в резервуаре по соседству с камерой, а не в уменьшенном или же явно уменьшенном количестве во внутреннее пространство камеры или же в устройство подачи. Кроме того, может быть достигнуто то, что при внешнем воздействии холода сначала замерзает устройство подачи, а не жидкость в непосредственной близости от термически изолированной стенки камеры. За счет этого обеспечивается надежная эксплуатация устройства и при долговременном воздействии холода на месте отбора, а также энергетически благоприятное и быстрое размораживание замерзшей жидкости в случае замерзания. Термическая изоляция имеет, прежде всего, меньшую теплопроводность, чем металл или синтетический материал. Предпочтительно, термическая изоляция содержит, по меньшей мере, керамику или пену с открытыми порами.

Согласно одному усовершенствованию также предлагается, что нагреватель содержит по меньшей мере один саморегулирующийся нагревательный сегмент. Тем самым, прежде всего, имеется в виду, что происходит (автоматический) контроль или же регулирование, и что заданная температура в области контакта с камерой в сторону жидкости не превышается. При этом теплопроизводительность может быть рассчитана так, что при температуре жидкости около 0°C не превышается максимальная температура поверхности стенки камеры (например, 90°C или даже лишь 70°C) в том числе и в областях, где во время процесса размораживания, например, не имеется значительной доли жидкости. Для этого может быть, например, применен нагревательный материал, который испытывает зависящее от температуры изменение (электрического) сопротивления и, тем самым, сам регулирует теплопроизводительность вследствие изменения сопротивления. Нагревательный элемент с положительным температурным коэффициентом в этом смысле является саморегулирующимся. Еще одну возможность образования саморегулирующегося нагревательного элемента предлагает биметаллический переключатель. Биметаллический переключатель образован из двух разных материалов с различными коэффициентами теплового расширения. Биметаллический переключатель может быть выполнен так, что он прерывает электрическое соединение, как только температура превысит пороговую температуру. В нагревателе такой биметаллический переключатель может быть предусмотрен, чтобы регулировать нагреватель самостоятельно на заданную температуру нагрева. Для саморегулирующегося нагревательного элемента внутри нагревательного элемента также может быть предусмотрено самостоятельное регулирующее устройство, состоящее из датчика температуры, регулятора и регулируемого резистора.

При необходимости, могут быть предусмотрены и дополнительные переключатели, прежде всего так называемые термопереключатели, чтобы для отдельных нагревательных сегментов выполнять двухточечное регулирование.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения также предлагается, чтобы по меньшей мере один нагреватель был выполнен в виде измерителя уровня наполнения. Это относится, прежде всего, к случаю, когда нагреватель выполнен из нагревательного материала, который имеет зависящее от температуры электрическое сопротивление. Вследствие контакта нагревателя с окружающей средой в сторону резервуара на различных высотах камеры могут быть определены различные температуры и, тем самым, именно для периода размораживания может быть получена информация о текучести или же высоте уровня жидкости вокруг камеры. Это касается, прежде всего, и состояния, когда большие доли жидкости в резервуаре еще заморожены, например и там, где по возможности имеется измеритель уровня наполнения для всего резервуара. Здесь для определения уровня наполнения или же уровня жидкости, прежде всего, может быть использовано рассмотрение энергии. Количество энергии, которое необходимо для нагрева содержимого резервуара, по меньшей мере, в определенном температурном диапазоне, пропорционально количеству наполнения. Поэтому из количества введенной в резервуар энергии нагрева можно сделать заключение о высоте наполнения резервуара.

Удельная тепловая емкость жидкости в резервуаре, как правило, также является зависимой от агрегатного состояния жидкости. Замерзшая вода, например, имеет удельную тепловую емкость 2,06 кДж/(кг К) [килоджоуль на килограмм и Кельвин]. Жидкая вода имеет удельную тепловую емкость 4,19 кДж/(кг К) [килоджоуль на килограмм и Кельвин]. Водный раствор мочевины, который часто используется в качестве восстановителя, имеет сравнимые тепловые емкости в соответствующих агрегатных состояниях. Поэтому для нагрева замерзшей жидкости или для нагрева жидкой жидкости требуются разные количества энергии. Это может быть использовано, чтобы в рамках рассмотрения энергии определять агрегатное состояние наполнения резервуара.

Для улучшения и контроля рассмотрения энергии в резервуаре и/или на камере также могут быть установлены проводящие полоски в качестве дополнительных датчиков температуры. Температурные сигналы этих датчиков температуры могут быть также приняты во внимание при рассмотрении энергии.

Согласно одному усовершенствованию изобретения нагреватель также может содержать нагреватель охлаждающей жидкостью. Нагреватель охлаждающей жидкостью может быть выполнен по типу охлаждающего змеевика, который промывается охлаждающей жидкостью двигателя. Такой охлаждающий змеевик может быть предусмотрен на стенке камеры внутри и/или снаружи камеры.

Следуя еще одному аспекту изобретения, на днище резервуара вблизи днища может быть расположено по меньшей мере одно теплопроводное средство. При этом, прежде всего, имеется в виду, что генерированная камерой «греющая» мощность по (пассивным) теплопроводным средствам вводится в (соседнюю или граничащую) окружающую среду камеры, а именно, в находящееся там днище резервуара. Для этого могут быть предусмотрены отдельные и/или интегрированные теплопроводные средства на или же в днище резервуара. Теплопроводным средством может быть, прежде всего, влитое в днище резервуара металлическое кольцо (например, так называемый SAE-коннектор) и/или (влитой) стакан или же (влитая) гильза, которая образует или же, по меньшей мере, частично ограничивает нечто типа углубления или же выемки вокруг камеры. Разумеется, является возможным ориентировать теплопроводные средства не только в сторону днища резервуара. Также является возможным предусмотреть теплопроводные средства на стенке камеры и распределять генерированную нагревателем «греющую» мощность (также) по поверхности камеры в сторону внутреннего пространства резервуара. Предпочтительно, теплопроводные средства образованы из металлического материала.

Предпочтительным также является вариант, при котором теплопроводное средство служит креплению камеры.

Так, теплопроводное средство может одновременно быть частью или целым креплением камеры, так что может быть достигнуто простое выполнение крепления камеры и теплопроводных средств.

Следуя еще одному аспекту изобретения, также предлагается устройство, в котором предусмотрен слив жидкости из резервуара в камеру и обратный слив из камеры в резервуар, причем слив и обратный слив расположены в различных местоположениях камеры. Является совершенно особо предпочтительным, что слив расположен на меньшей геодезической высоте, чем обратный слив. Совершенно особенно благоприятным считается то, что слив расположен вблизи днища резервуара, в то время как обратный слив расположен на противолежащей сливу боковой стенке камеры и/или, совершенно особо предпочтительно, на верхней стороне камеры. При таком расположении слива и обратного слива может быть обеспечено, что воздушные пузыри, которые, при определенных условиях, через обратный слив снова вводятся в резервуар, напрямую снова не засасываются сливом. Кроме того, таким образом может быть достигнуто то, что уже поданная, а тем самым, как правило, и нагретая жидкость подводится в другие области резервуара, притом, что во время процесса размораживания еще можно ожидать наличия льда. Для этой цели обратный слив может быть выполнен с простирающейся до области вблизи верхней стороны камеры трубочкой, соплом или тому подобным. К тому же, на стенке камеры, прежде всего на верхней стороне камеры, могут быть образованы направляющие структуры, с помощью которых возвращенная через обратный слив жидкость, прежде всего, равномерно, целенаправленно течет вдоль стенки камеры, и поэтому быстро и без пузырей может быть снова подведена в резервуар для жидкости вблизи слива. Хотя здесь постоянно речь идет соответственно об отдельном сливе и обратном сливе, их число может изменяться, так что, например, будет предусмотрено несколько обратных сливов. Кроме того, следует указать на то, что запорное средство может относиться (совместно) и к нескольким компонентам или же трубопроводам для жидкости.

Однако, также может быть благоприятным, если слив и обратный слив расположены непосредственно вместе. Правда, тогда обратный слив предпочтительно расположен над сливом для того, чтобы воздушные пузыри, которые выходят из обратного слива, по возможности не входили в контакт со сливом. При таком варианте возможно необходимо только одно отверстие в стенке камеры для проведения слива и обратного слива. Так может быть уменьшено количество необходимых уплотнений.

Согласно одному особо предпочтительному варианту вышеописанного устройства также предлагается, что, по меньшей мере, слив или обратный слив имеет перемычку (блокиратор) стока. Совершенно особо предпочтительно, что, как слив, так и обратный слив имеет перемычку стока. Перемычка стока может быть выполнена с помощью электрического установочного устройства (например, вентиля и т.п.) и/или механического установочного устройства (клапана, пружинной системы и т.п.). При этом перемычка стока выполнена так, что при активировании перемычки стока проход жидкости через слив и/или обратный слив прекращается. Это, прежде всего, относится к случаю, когда устройство подачи извлекается из камеры или же с камерой из резервуара, например для инспекционных процедур или для техобслуживания. В соответствии с этим, такая перемычка стока обеспечивает то, что все еще находящаяся в резервуаре жидкость при или же после извлечения устройства подачи не вытекает. Совершенно особо предпочтительно, что перемычка стока взаимодействует по меньшей мере с одним компонентом устройства подачи и/или стенкой камеры, так чтобы в смонтированном состоянии устройства подачи или же камеры перемычка стока является автоматически открытой, а при извлечении автоматически закрывается.

Следуя еще одному аспекту изобретения, также предлагается устройство, в котором резервуар имеет по меньшей мере один локальный вентиляционный нагреватель, который простирается, исходя от слива жидкости, выходящей на днище резервуара, по меньшей мере через одну сторону резервуара до области вблизи перекрытия резервуара. Вентиляционный нагреватель ориентирован или же выполнен, прежде всего, так, что он образует по меньшей мере один канал на ограничении резервуара, когда жидкость в резервуаре является замерзшей. При этом вентиляционный нагреватель подводит тепло к замерзшей жидкости так, что образуется по существу непрерывно продолженная область с локально концентрированным вводом тепла. При этом этот вентиляционный нагреватель проходит, исходя от слива жидкости на днище резервуара, непрерывно до стороны резервуара вдоль днища резервуара, а затем вдоль сторон резервуара до области вблизи перекрытия резервуара. Тем самым, прежде всего, подразумевается, что вентиляционный нагреватель простирается по меньшей мере на 50% высоты стороны резервуара, более предпочтительно, даже по меньшей мере на 80%, и совсем предпочтительно, вплоть до максимальной высоты наполнения жидкости в резервуаре. Так, с помощью вентиляционного нагревателя может быть надежно реализовано (проходимое для газа) соединение между находящимся над жидкостью объемом газа в резервуаре и сливом, так что как раз предотвращается образование вакуума в области слива или же камеры. В принципе, является возможным, что будет предусмотрен (отдельный) вентиляционный нагреватель конкретно для этой цели, но также является возможным, например, обширный нагрев резервуара локально, то есть осуществлять нагрев в небольшой по сравнению со стороной резервуара, точно заданной, отграниченной области в особой мере (целенаправленно или же отдельно).

В этой связи также считается благоприятным, если по меньшей мере один локальный вентиляционный нагреватель расположен линейно в направляющей резервуара. Для этого является возможным, что снаружи и/или внутри на или же в ограничении резервуара (днище резервуара, сторона резервуара) предусмотрена канавка. Она может быть выполнена на днище резервуара или же стороне резервуара в виде отдельной конструктивной детали, но, предпочтительным является интегрированный, монолитный вариант. Является совершенно особо предпочтительным, если направляющая образуется уже при изготовлении резервуара. Для случая, когда направляющая выполнена в сторону внутреннего пространства резервуара, при необходимости, она может служить (частично) в качестве ограничения для подлежащего образованию канала и/или в качестве защиты от блуждающих кусочков льда. Для случая, когда направляющая предусмотрена снаружи на резервуаре, она может служить для фиксации нагревателя. Направляющая представляет собой, прежде всего, частичное ограждение вентиляционного нагревателя.

Кроме того, считается особенно благоприятным, если по меньшей мере один локальный вентиляционный нагреватель, по меньшей мере, частично образован обогреваемым инжекционным трубопроводом, который простирается от устройства подачи к инжектору для жидкости. Именно в области применения изобретения при восстановлении оксидов азота в ОГ мобильных двигателей внутреннего сгорания жидкость или же восстановитель во время подачи в инжектор нагревается. Для этой цели, при необходимости, применяются трубы и/или шланги, которые имеют электрические нагреватели. Таким образом, здесь предлагается, располагать этот нагреваемый инжекционный трубопровод в теплопроводном контакте с резервуаром, так чтобы производимое там тепло передавалось и на днище резервуара или же сторону резервуара. При необходимости, для этого должны быть, по меньшей мере, частично удалены термические изоляции нагреваемого инжекционного трубопровода, чтобы в значительном объеме была возможной отдача тепла и находящейся в резервуаре жидкости. В качестве альтернативы или дополнительно, нагреваемый инжекционный трубопровод может быть выполнен так, что он имеет по меньшей мере две частичных области, которые отличаются по своему коэффициенту теплопередачи. Это может происходить, например, путем выполнения частичных областей с разной термической изоляцией. При этом особо предпочтительным является вариант, при котором первая частичная область с первым коэффициентом теплопередачи расположена на резервуаре, в то время как вторая, расположенная не на резервуаре частичная область имеет второй коэффициент теплопередачи, который ниже, чем первый коэффициент теплопередачи. В принципе, является возможным, что нагреваемый инжекционный трубопровод проводится внутри резервуара, но предпочтительным является вариант, при котором нагреваемый инжекционный трубопровод зафиксирован в расположенной снаружи направляющей. В первом случае предпочтительно первой частичной областью нагреваемого инжекционного трубопровода является частичная область, которая проводится через внутреннее пространство резервуара, в то время как второй частичной областью нагреваемого инжекционного трубопровода является частичная область, которая расположена вне резервуара.

Предпочтительным является вариант, при котором выполнена термическая изоляция, которая соединена с крышкой, с помощью который направляющая является разъемным образом закрываемой.

Это благоприятным образом делает возможным вариант, при котором теплопередача наружу за счет термической изоляции меньше, чем теплопередача в резервуар. Благодаря возможности разъемного закрытия направляющая и размещенные в ней конструктивные детали являются легкодоступными для осмотра или техобслуживания.

Кроме того, является возможным выполнить по меньшей мере один локальный вентиляционный нагреватель, по меньшей мере, частично с креплением резервуара к автомобилю. При фиксации таких устройств на автомобиле применяются, например, так называемые стяжные ленты, которые снаружи участками прилегают к резервуару. Такие стяжные ленты также могут быть выполнены с нагревателем и посредством своего контакта вносят тепло внутрь резервуара. Таким образом и эти конструктивные детали могут быть использованы для того, чтобы образовывать по меньшей мере один такой вентиляционный нагреватель с локальным действием для целенаправленного проявления каналов вблизи ограничения резервуара.

Предпочтительной областью применения настоящего изобретения является устройство типа устройства подачи восстановителя для автомобилей с двигателем внутреннего сгорания, которые выпускают ОГ в систему выпуска ОГ. При этом устройство подачи восстановителя интегрировано в автомобиль за счет того, что резервуар закреплен на автомобиле. Устройство подачи восстановителя выполнено для того, чтобы, прежде всего, с использованием соответствующего блока управления, по потребности подводить восстановитель в систему выпуска ОГ.

Далее изобретение, а также технический контекст более детально поясняются на фигурах. Следует указать на то, что на фигурах показаны особо предпочтительные варианты осуществления, которыми изобретение, однако, не ограничено. На фигурах одинаковые конструктивные детали снабжены одинаковыми ссылочными обозначениями. Фигуры являются схематическими. Показано на:

Фиг.1: устройство с резервуаром и устройством подачи в автомобиле,

Фиг.2: деталь устройства с частично изолированной камерой,

Фиг.3: камера с несколькими нагревательными сегментами,

Фиг.4: деталь устройства с удобным для техобслуживания расположением компонентов в камере,

Фиг.5: еще один вариант устройства с локальным вентиляционным нагревателем,

Фиг.6: деталь выполнения локального вентиляционного нагревателя,

Фиг.7: деталь варианта устройства со специальным нагревателем поддона, и

Фиг.8: деталь еще одного варианта устройства со специальным нагревателем поддона.

На фиг.1 схематически показан автомобиль 22 для создания запаса жидкости 2, прежде всего для создания запаса жидкого восстановителя, такого как водный раствор мочевины. Резервуар 1 образует внутреннее пространство своими ограничительными стенками, которые образованы здесь верхним перекрытием 7 резервуара, расположенным внизу днищем 5 резервуара, и расположенными между ними сторонами 6 резервуара. Кроме того, изображенный здесь резервуар 1 имеет в перекрытии 7 резервуара наполнительное отверстие 3, через которое резервуар 1 по потребности может заполняться жидкостью 2. Также является обычным, что такой резервуар 1 имеет один или несколько измерителей 4 уровня наполнения, с помощью которого может быть определен актуальный уровень жидкости 2 в резервуаре 1.

Эксцентрично на днище 5 резервуара выполнена камера 9, в которой расположено устройство 8 подачи. В камере 9 жидкости 2 нет, но там расположены компоненты для подачи жидкости 2 из резервуара 1 к инжектору 17. При этом устройство 8 подачи отбирает жидкость через слив 10, который также расположен вблизи днища 5 резервуара, из внутреннего пространства резервуара 1. Устройство 8 подачи содержит (в указанной здесь последовательности протекания, начиная от слива 10) сначала фильтр 13, затем насос 14 и вентиль 16, с помощью которых жидкость направляется к инжектору 17. На участке трубопровода между насосом 14 и вентилем 16 может быть предусмотрен датчик 15, прежде всего датчик давления или датчик температуры или комбинация из датчика давления и температуры. Вентиль 16 делает возможным, альтернативно дальнейшему направлению жидкости 2 к инжектору 17, подачу к обратному сливу 11, через который жидкость 2 снова полается в резервуар 1 и, следовательно, снова выходит из камеры 9 в резервуар.

Для эксплуатации насоса 14, вентиля 16, инжектора 17 и/или других компонентов может быть предусмотрен блок 18 управления, который сигнальными проводами 23 соединен с компонентами. Дополнительно, блок 18 управления может быть соединен с различными датчиками и/или вышестоящими блоками управления (таким как, например, блоком управления двигателя) для того, чтобы по потребности инициировать подачу или же нагрев. Блок 18 управления также может быть интегрирован в камеру 9. Нагнетаемая устройством 8 подачи жидкость 2 через инжектор 17 подается в выпускной трубопровод 19, по которому ОГ течет в заданном направлении 20 потока. При этом может происходить испарение (например, термофорез) или же превращение (например, гидролиз) жидкости 2 в восстановитель для оксидов азота, при необходимости, с помощью каталитически активных веществ. Затем эта смесь из восстановителя и ОГ может быть подведена в устройство 21 обработки ОГ, прежде всего катализатор, так что оксиды азота в выпускном трубопроводе 19 восстанавливаются. При этом ввод жидкости 2 предпочтительно происходит с учетом требующегося в выпускном трубопроводе 19 количества жидкости 2.

На фиг.2 показана деталь резервуара, причем особое внимание уделено выполнению камеры 9. При этом показано состояние резервуара 1, при котором жидкость является преимущественно замерзшей, и процесс размораживания уже частично произошел. В соответствии с этим вокруг камеры 9 образуется пространство 24, которое окружено замерзшей жидкостью 25. Размороженный или же растопленный частичный объем жидкости 2 собирается вблизи днища 5 резервуара вокруг камеры 9. При этом камера выполнена так, что слив 10 расположен вблизи днища 5 резервуара, то есть в области жидкости 2. Напротив, обратный слив 11 расположен над жидкостью 2 и при этом дополнительно имеет распределитель 26, например типа сопла. Выпущенный через обратный слив 11 уже нагретый частичный объем жидкости 2 смачивает стенки пространства 24 или же граничную поверхность замерзшей жидкости 25 и, тем самым, улучшает теплоотдачу в направлении замерзшей жидкости 25. Кроме того, на стенке камеры предусмотрены направляющие структуры 27, с помощью которых может быть отрегулировано отекание размороженной жидкости через камеру 9.

Внутри камеры 9, наряду с компонентами для подачи жидкости 2. а именно, фильтром 13, насосом 14 и вентилем 16, выполнен нагреватель 29, который расположен на стенках камеры 9 в теплопроводном контакте. В случае с этим нагревателем 29, предпочтительно, речь идет об электрическом нагревателе. Этот нагреватель 29 может быть по потребности активирован и снабжать теплом область вокруг камеры 9. Кроме того, здесь показано, что для нагревателя 29 на верхней стороне 35 камеры предусмотрена направленная внутрь камеры 9 и перекрывающая нагреватель 29 термическая изоляция 28, причем это таким же образом возможно и в направлении боковых стенок камеры или же расположенного там нагревателя 29. Термическая изоляция 28, прежде всего, должна приводить к тому, что стенка камеры является термически отделенной от внутреннего пространства камеры 9, прежде всего, от расположенных там компонентов и/или расположенной под ними плитой основания. Это приводит к тому, что трубопроводы с жидкостью внутри камеры 9 замерзают в первую очередь, а область вокруг камеры 9 внутри резервуара как можно дольше замедляет замерзание жидкости 2.

На фиг.3 показано, без изображения компонентов устройства 8 подачи, как может быть выполнен нагреватель 29 на стенках камеры. При этом, прежде всего, показано, что нагреватель 29 имеет несколько нагревательных сегментов 33 (или же нагревательных элементов), которые расположены параллельно друг другу и/или на расстоянии друг от друга по высоте 37 камеры. При этом здесь три нагревательных сегмента простираются по периметру вдоль боковой стенки 34 камеры, и плоскостной электрический нагревательный элемент 33 предусмотрен на верхней стороне 35 камеры. Три расположенных по высоте 37 камеры на боковой стенке 34 камеры нагревательных сегмента 33 выполнены как саморегулирующиеся нагревательные элементы, причем они в то же время выполнены для того, чтобы функционировать в качестве измерителей уровня наполнения. Для этой цели нагревательные сегменты 33 соединены не только с блоком управления, но и с источником 38 тока, так что является возможным целенаправленное, соответствующее потребностям, питание или же определение электрического сопротивления. Дополнительно могут быть предусмотрены переключатели 36, прежде всего так называемые термопереключатели, чтобы ограничивать нагревающее действие этих нагревательных сегментов 33.

На фиг.4 показано, как может быть образована такая камера 9 для того, чтобы было возможным особенно удобное для техобслуживания извлечение устройства 8 подачи при, по меньшей мере, частично заполненном резервуаре. Для этой цели компоненты устройства 8 подачи размещены на (отдельной, например, металлической) плите 32 основания. Плита 32 основания посредством соответствующих уплотнений 30 (разъемно) соединена с днищем 5 резервуара. Стенки камеры, которые здесь являются неотъемлемой частью резервуара, сообщаются с внутренним пространством резервуара через слив 10 и обратный слив 11. Относительно обоих этих трубопроводов для жидкости здесь предусмотрены отдельные перемычки 31 стока, которые предпочтительно при извлечении плиты 32 основания с фильтром 13, насосом 14 и вентилем 16 автоматически закрываются и, тем самым, предотвращают сток жидкости 2 через слив 10 и/или обратный слив 11. Перемычки 31 стока могут приводиться в действие механически или электрически. Дополнительно здесь также предлагается предусмотреть соответствующее запорное средство вблизи фильтра 13 для того, чтобы предотвратить вытекание находящегося в фильтре 13 частичного объема жидкости. Эта перемычка 31 стока может быть частью фильтра или примыкающего трубопровода для жидкости.

На фиг.5 показан еще один вариант резервуара 1 с расположенной вблизи днища 5 резервуара камерой 9, в которой расположено устройство 8 подачи, причем камера 9 выполнена с нагревателем 29. Также здесь показано, что внутри резервуара 1 находится замерзшая жидкость 25, причем она была частично растоплена нагревателем 29 камеры 9. В качестве особенности этого резервуара здесь может быть отмечено, что вокруг камеры 9 на днище 5 резервуара выполнено углубление 41, которое представляет собой что-то типа поддона для растопленной жидкости. Это углубление 41 особенно подходит для того, чтобы через слив 10 отсасывать уже оттаявшую или же растопленную жидкость. Для того чтобы при этом произведенное нагревателем 29 в камере тепло вводить и в это углубление 41, здесь предусмотрены теплопроводные средства 39, которые простираются в это углубление 41 или другие области днища 5 резервуара. Эти теплопроводные средства 39 могут быть выполнены, например, в виде металлических перемычек, металлического кольца и/или металлической гильзы, которые расположены на днище 5 резервуара и/или внедрены в днище 5 резервуара. В этом примере осуществления теплопроводные средства 39 являются частью крепления камеры 9.

Для того чтобы, к тому же, предотвратить образование вакуума в образованном в результате процесса растапливания пространстве 24, этот резервуар 1 имеет локальный вентиляционный нагреватель 40. Этот локальный вентиляционный нагреватель простирается, начиная от камеры 9 или же днища резервуара вблизи слива 10 вдоль днища 5 резервуара, а затем продолжается вдоль стороны 6 резервуара до области вблизи перекрытия 7 резервуара. Этот, выполненный здесь линейно, вентиляционный нагреватель 40 образован инжекционным трубопроводом 12. При этом снабженный нагревателем 29 инжекционный трубопровод 12 проходит в контакте со стенкой резервуара, так что в результате ввода тепла через нагреватель 29 и стенку резервуара внутри резервуара растапливается целенаправленный канал 42, так что пространство 24 соединено с пространством вблизи перекрытия 7 резервуара или же может сообщаться с этим пространством.

Дополнительно, на фиг. 5 показана еще одна конструктивная форма вентиляционного нагревателя 40. На фиг. 5 обозначено крепление 45 для резервуара 1. Это крепление 45 резервуара, при необходимости, может быть выполнено нагреваемым и таким образом образовывать вентиляционный нагреватель 40, который может растапливать целенаправленный канал 42. При необходимости, вентиляционный нагреватель 40 также может быть образован напечатанной на стенку резервуара (электрически нагреваемую) проводящей полоской.

В качестве еще одной конструктивной формы вентиляционного нагревателя 40 на фиг. 5 изображена антенна 48 на камере 9. Эта антенна 48 простирается по высоте резервуара 1 и для растапливания целенаправленного канала 42 может иметь активный нагреватель. В качестве альтернативы или дополнительно в антенне 48 также может быть предусмотрена тепловая трубка, которая для образования целенаправленного канала 42 переносит тепло от камеры 9 в антенну 48.

На фиг. 6 показан возможный вариант такого вентиляционного нагревателя 40 с нагреваемым инжекционным трубопроводом 12 в поперечном сечении. Для этого резервуар 1 выполнен с направляющей 43, в которую может быть введен или же даже зафиксирован инжекционный трубопровод. Вследствие действия нагревателя 29 вокруг инжекционного трубопровода 12 канал 42 внутри резервуара 1 образуется вокруг направляющей 43. К тому же здесь предусмотрено, что для направленного теплового действия нагревателя 29 к внешней стороне резервуара 1 установлена изоляция. Так образуется первая частичная область 46 нагреваемого инжекционного трубопровода 12, которая расположена на резервуаре 1, и вторая частичная область 47, которая направлена от резервуара 1. За счет термической изоляции 28 вторая частичная область 47 имеет коэффициент теплопередачи, который меньше, чем коэффициент теплопередачи первой частичной области 46. Таким образом, достигается, что тепло отводится в увеличенном объеме в резервуар 1 и в уменьшенном объеме наружу.

Термическая изоляция 28 интегрирована в крышку 44, с помощью которой направляющая 43 может быть (разъемно) закрыта. За счет этого защищается инжекционный трубопровод 12.

На фиг. 7 и фиг. 8 показаны две разных детали резервуара 1 устройства согласно изобретению. В каждом случае виден вырез из днища 5 резервуара с выполненным в виде поддона углублением 41. В этом углублении 41 в отверстие в днище 5 резервуара снизу вставлена камера 9. Камера 9 посредством уплотнения 30 герметизирована относительно днища 5 резервуара. Здесь уплотнение 30 выполнено в виде кольца круглого сечения. Для того чтобы скрепить между собой днище 5 резервуара, уплотнение 30 и камеру 9, в днище 5 резервуара введен удерживающий элемент 50. Удерживающий элемент 50 может быть, например, влит в днище 5 резервуара. Для скрепления на удерживающем элементе 50 может действовать резьбовое соединение 51 стандарта SAE.

В соответствии с показанным на фиг. 7 вариантом резервуара 1 для углубления 41 нагреватель 29 реализован в виде вставленных в днище 5 резервуара нагревательных проводов. Нагревательные провода могут быть, например, проволочной сеткой или жестяной полоской. В соответствии с выбранным на фиг. 8 вариантом резервуара 1 для углубления 41 нагреватель 29 с внутренней стороны днища 5 резервуара прижат к стенке резервуара. И здесь нагреватель 29 может быть выполнен в виде проволочной сетки или жестяной полоски. Нагреватель 29 может быть прижат к днищу 5 резервуара скобой 49. Скоба 49 или же нагреватель 29 могут быть закреплены на камере 9.

Предпочтительно, нагреватель 29 и скоба 49 выполнены так, что они вместе с камерой 9 могут быть вставлены в отверстие в днище 5 резервуара без необходимости монтажа внутри резервуара 1.

Полноты ради, следует указать на то, что представленные на фигурах выполнения камеры 9, нагревателя 29, вентиляционного нагревателя 40 и перемычек 31 стока отдельно являются благоприятным усовершенствованием известного уровня техники, которые, при необходимости, могут быть также реализованы и независимо друг от друга.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИИ

1 Резервуар 2 Жидкость 3 Наполнительное отверстие 4 Измеритель уровня наполнения 5 Днище резервуара 6 Сторона резервуара 7 Перекрытие резервуара 8 Устройство подачи 9 Камера 10 Слив 11 Обратный слив 12 Инжекционный трубопровод 13 Фильтр 14 Насос 15 Датчик 16 Вентиль 17 Инжектор 18 Блок управления 19 Выпускной трубопровод 20 Направление потока 21 Устройство очистки ОГ 22 Автомобиль 23 Сигнальный провод 24 Пространство 25 Замерзшая жидкость 26 Распределитель 27 Направляющая структура 28 Изоляция 29 Нагреватель 30 Уплотнение 31 Перемычка стока

32 Плита основания 33 Нагревательный сегмент 34 Боковая стенка камеры 35 Верхняя сторона камеры 36 Переключатель 37 Высота камеры 38 Источник электропитания 39 Теплопроводное средство 40 Вентиляционный нагреватель 41 Углубление 42 Канал 43 Направляющая 44 Крышка 45 Крепление резервуара 46 Первая частичная область 47 Вторая частичная область 48 Антенна 49 Скоба 50 Удерживающий элемент 51 Запор стандарта SAE

Изобретение относится к устройству подачи жидкого восстановителя для отработанного газа (ОГ). Устройство содержит резервуар (1) с днищем (5) резервуара и устройство (8) подачи для жидкости (2). Устройство (8) подачи расположено в камере (9) на днище (5) резервуара, и камера (9) имеет расположенный в ней электрический нагреватель (29). Камера (9) свободна от жидкости (2), а жидкость (2) представляет собой водный раствор мочевины. Техническим результатом изобретения является обеспечение эффективного размораживания восстановителя за короткий промежуток времени. 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство, содержащее по меньшей мере один резервуар (1) с днищем (5) резервуара и устройство (8) подачи для жидкости (2), причем устройство (8) подачи расположено в камере (9) на днище (5) резервуара, и камера (9) имеет по меньшей мере один расположенный в ней электрический нагреватель (29), причем камера (9) свободна от жидкости (2), а жидкость (2) представляет собой водный раствор мочевины.

2. Устройство по п.1, в котором нагреватель (29) выполнен по меньшей мере с одним электрическим нагревательным сегментом (33), который расположен в теплопроводном контакте по меньшей мере с боковой стенкой (34) камеры или верхней стороной (35) камеры.

3. Устройство по п.2, в котором предусмотрено несколько нагревательных сегментов (33) в направлении высоты (37) камеры (9).

4. Устройство по одному из пп.1-3, в котором по меньшей мере в области верхней стороны (35) камеры (9) предусмотрена изоляция (28).

5. Устройство по одному из пп.1-3, в котором нагреватель (29) содержит по меньшей мере один саморегулирующийся нагревательный сегмент (33).

6. Устройство по одному из пп.1-3, в котором по меньшей мере один нагреватель (29) выполнен в виде измерителя (4) уровня наполнения.

7. Устройство по одному из пп.1-3, в котором на днище (5) резервуара вблизи камеры (9) расположено по меньшей мере одно теплопроводное средство (39).

8. Устройство по п.7, в котором теплопроводное средство (39) служит креплению камеры (9).

9. Устройство по одному из пп.1-3, в котором предусмотрены слив (10) для жидкости (2) из резервуара (1) в камеру (9) и обратный слив (11) для жидкости (2) из камеры (9) в резервуар (1), причем слив (10) и обратный слив (11) расположены в различных местах камеры (9).

10. Устройство по п.9, в котором по меньшей мере слив (10) или обратный слив (11) имеет перемычку (31) стока.

11. Устройство по п.9, в котором слив (10) расположен вблизи днища (5) резервуара, в то время как обратный слив (11) расположен на верхней стороне (35) камеры (9).

12. Устройство по п.10, в котором слив (10) расположен вблизи днища (5) резервуара, в то время как обратный слив (11) расположен на верхней стороне (35) камеры (9).