УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ВОССТАНОВИТЕЛЯ В СИСТЕМУ СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ Российский патент 2016 года по МПК F01N3/20 B01D53/94 

Уровень техники

На механических транспортных средствах, в частности автомобилях, с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), прежде всего дизельными двигателями, в связи с постоянным ужесточением законодательно устанавливаемых норм на предельно допустимые показатели выброса вредных веществ с отработавшими газами (ОГ) требуется дальнейшее снижение содержания помимо прочего загрязняющих атмосферу вредных газообразных веществ в потоке ОГ, таких, например, как оксиды азота (NO_x). Для сокращения выброса подобных вредных веществ широкое применение при этом нашел метод каталитического восстановления, т.е. так называемый СКВ-метод (метод селективного каталитического восстановления). Данный метод основан на том, что при работе ДВС, прежде всего дизельного двигателя, к дозирующему модулю, оснащенному форсункой и расположенному в зоне каталитического нейтрализатора в выпускном трубопроводе, насосом подается жидкий восстановитель, отбираемый из содержащего его бака. В качестве такого восстановителя обычно используется примерно 32,5%-ный водный раствор мочевины, выпускаемый и поставляемый в продажу под торговым наименованием "AdBlue^®". В этом отношении необходимо учитывать тот факт, что такой водный раствор мочевины замерзает при температуре ниже -11°C, а при температуре выше 60°C термически разлагается, в связи с чем прежде всего для эксплуатации в зимних условиях при низких температурах требуется предусматривать соответствующие нагревательные устройства для возможности обеспечить необходимую стойкость к давлению льда.

Из уровня техники известно множество устройств для хранения запаса водного раствора мочевины, необходимого для селективного каталитического восстановления оксидов азота в ОГ дизельных двигателей, и для подачи такого восстановителя в системы снижения токсичности ОГ. Из DE 102008041723 A1 известен бак для хранения запаса жидкой активной добавки. Внутрь такого бака выступает всасывающий трубопровод, который выполнен в виде гибкой всасывающей трубки, конец которой вблизи дна бака окружен нагревательным устройством, и который при этом дополнительно снабжен внутри и/или снаружи нагревательными проволоками. Вся эта конструкция находится в успокоительной камере с целью обеспечить возможность всасывания восстановителя вне зависимости от положения бака. Сбоку на успокоительной камере находится уровнемер. Успокоительная камера, а также уровнемер расположены внутри бака. Электрический соединительный провод, подсоединенный к уровнемеру, а также всасывающий трубопровод заключены в тканевый шланг в качестве их защиты от механического истирания. Поскольку уровнемер не снабжен устройством для его непосредственного нагрева, не исключена возможность замерзания находящегося в нем восстановителя, прежде всего при длительно сохраняющихся отрицательных температурах.

Из DE 102008041805 A1 известен еще один бак. Стойкость такого бака к давлению льда обеспечивается находящейся под его крышкой воздушной прослойкой, которая образуется даже при наполнении бака до максимально возможного уровня. Для образования такой воздушной прослойки предусмотрен, например, расположенный под крышкой бака ограничитель его внутреннего пространства в форме прямоугольного параллелепипеда или полого цилиндра, открытый со стороны дна бака. Тем самым при заполнении бака в ограничителе его внутреннего пространства образуется воздушная прослойка, поскольку воздух не может выходить сбоку из этого ограничителя внутреннего пространства. При замерзании содержимого бака такая воздушная прослойка сжимается, благодаря чему предотвращается повреждение бака. Однако в экстремальных наклонных положениях бака невозможно обеспечить его стойкость к давлению льда, поскольку образующий воздушную прослойку воздух может по меньшей мере частично выходить из ограничителя внутреннего пространства бака.

В DE 102007059853 A1 описано устройство для измерения уровня жидкости в емкости. Для такого измерения уровня жидкости используется ультразвуковой преобразователь, который расположен у дна емкости и испускаемый которым ультразвуковой пучок распространяется параллельно дну емкости. Этот ультразвуковой пучок отклоняется на 90° расположенным у дна емкости отклоняющим элементом, направляется им снизу по измерительной трубке к поверхности жидкости, отражается от ее поверхности в обратном направлении и вновь направляется отклоняющим элементом обратно к ультразвуковому преобразователю. Уровень жидкости в емкости может затем определяться электронным блоком обработки, расположенным за ультразвуковым преобразователем, на основании отраженного ультразвукового сигнала. Однако такое устройство для измерения уровня жидкости в емкости требует весьма высоких затрат на его техническую реализацию.

Из DE 102007028147 A1 известно далее устройство для определения уровня жидкости в емкости, реализованное на базе датчика давления. Такой датчик давления расположен при этом у дна емкости и окружен цилиндрическим корпусом, высота которого соответствует примерно максимально возможному уровню заполнения емкости жидкостью. Корпус пронизан множеством мелких отверстий для выравнивания давления, которые оказывают на протекающую через них жидкость дросселирующее действие, вследствие чего на датчик давления действует в основном лишь гидростатическое давление жидкости. Благодаря этому выходной сигнал датчика давления имеет высокое постоянство во времени. Однако слишком сильный наклон емкости либо замерзание жидкости по меньшей мере в отдельных местах может при определенных условиях искажать результат измерения.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать устройство для надежной подачи восстановителя в систему снижения токсичности ОГ дизельного двигателя, которое обеспечивало бы надежную подачу восстановителя в систему снижения токсичности ОГ во всех обычно встречающихся при эксплуатации автомобилей окружающих условиях и рабочих режимах и одновременно позволяло бы точно определять и контролировать уровень восстановителя и которое имело бы простую конструкцию и допускало бы возможность своей легкой интеграции в автомобиль благодаря малым габаритам, соответственно компактной конструкции.

Краткое изложение сущности изобретения

В изобретении предлагается устройство для подачи восстановителя в систему снижения токсичности отработавших газов (ОГ), прежде всего для подачи в нее водного раствора мочевины для восстановления оксидов азота в потоке ОГ дизельного двигателя, имеющее бак для восстановителя и подающий модуль для подачи восстановителя из содержащего его бака по всасывающему трубопроводу, прежде всего по электрообогреваемому всасывающему трубопроводу.

Согласно изобретению

а) проходящий вне бака всасывающий трубопровод подсоединен к находящемуся в зоне дна бака зумпфу,

б) в зоне зумпфа расположено предназначенное для его нагрева нагревательное устройство, прежде всего электронагревательное устройство,

в) в бак выступает по меньшей мере один нагревательный стержень, прежде всего электронагревательный стержень, и

г) вне бака проходит по меньшей мере один уровнемер.

Благодаря этому прежде всего при окружающих температурах ниже -11°C достигается безотказная работа предлагаемого в изобретении устройства и тем самым обеспечивается надежное снабжение последующей системы снижения токсичности ОГ, называемой также системой нейтрализации ОГ, восстановителем даже при столь низких окружающих температурах. Помимо этого предлагаемое в изобретении устройство обеспечивает возможность практически не зависящей от своего положения подачи необходимой для нейтрализации ОГ активной добавки (восстановителя), соответственно продукта "AdBlue^®" в систему нейтрализации ОГ.

Благодаря наличию зумпфа, прикрепленного снизу ко дну бака и выполненного не за одно целое с ним, восстановитель вне зависимости от пространственного положения предлагаемого в изобретении устройства постоянно присутствует на входе всасывающего трубопровода в достаточном количестве и тем самым может вне зависимости от положения предлагаемого в изобретении устройства равномерно всасываться подающим модулем. Благодаря этому обеспечивается практически не зависящее от положения предлагаемого в изобретении устройства и температуры снабжение последующей системы снижения токсичности ОГ восстановителем, который необходим для надлежащей каталитической нейтрализации ОГ в рамках СКВ-процесса. Под подающим модулем подразумевается обычный насос, такой, например, как диафрагменный насос, шестеренный насос, центробежный насос, шланговый насос, плунжерный насос или иной аналогичный насос, который при необходимости защищен от замерзания нагревательным устройством, предпочтительно электронагревательным устройством.

Предназначенное для нагрева зумпфа нагревательное устройство, предпочтительно электронагревательное устройство, позволяет поддерживать свободной ото льда зону, соответственно полость над зумпфом, благодаря чему даже при длительно сохраняющихся низких температурах возможно надежное всасывание восстановителя подающим модулем. Предназначенное для нагрева зумпфа нагревательное устройство закреплено над зумпфом способными выдерживать давление льда держателями, соответственно пригодным для этого креплением. Зумпфу придана приблизительно чашеобразная геометрическая форма или геометрическая форма примерно усеченного конуса, который является полым внутри, с наклонной круговой боковой стенкой.

Бак может также иметь сложную пространственную форму, отличную от простой геометрической пространственной формы (так называемую свободную геометрическую форму). Благодаря этому предлагаемое в изобретении устройство можно также встраивать в автомобили, на которых по причине конструктивных особенностей имеется лишь ограниченное монтажное пространство для его размещения. Зумпф, соответственно место всасывания восстановителя в предпочтительном варианте размещены в наиболее низкой точке бака. Во избежание замерзания всасывающего трубопровода он выполнен стойким к давлению льда и равным образом оснащен пригодным нагревательным устройством, предпочтительно электронагревательным устройством. Помимо этого всасывающий трубопровод проходит начиная от зумпфа до подающего модуля вне бака. Благодаря этому всасывающий трубопровод не контактирует с замерзающим при определенных условиях в массивный ледяной блок восстановителем, и поэтому для сохранения проходимости всасывающего трубопровода требуется лишь сравнительно малая идущая на его нагрев электрическая мощность.

Нагревательный стержень, который, как правило, также выполнен электронагревательным, предпочтительно должен проходить по всей высоте бака с тем, чтобы при по меньшей мере частично замерзшем содержимом бака обеспечивать образование вентиляционного канала между расположенным сверху на баке его вентиляционным устройством и зумпфом, соответственно местом всасывания восстановителя и сохранения этого вентиляционного канала сквозным, соответственно проходимым. Такой вентиляционный канал проходит от расположенного сверху вентиляционного устройства бака вдоль нагревательного стержня сквозь замерзший восстановитель до полости в зоне зумпфа. Благодаря этому обеспечивается бесперебойное всасывание восстановителя подающим модулем даже при по меньшей мере частично замерзшем содержимом бака. Нагревательный стержень в предпочтительном варианте закреплен на нагревательном устройстве, предназначенном для нагрева зумпфа.

Уровень восстановителя в баке непрерывно регистрируется стойким к давлению льда шлангообразным уровнемером, который проходит, соответственно расположен снаружи бака вдоль него. При этом уровень восстановителя в уровнемере в соответствии с принципом сообщающихся сосудов всегда соответствует уровню восстановителя в баке.

Зумпф перекрывает отверстие в дне бака, который при этом имеет по меньшей мере одно вентиляционное устройство.

Благодаря этому создается постоянно заполненное восстановителем пространство, у которого его резервуар с восстановителем практически не чувствителен к колыхательным движениям восстановителя в баке, и поэтому в зумпфе восстановитель всегда присутствует в количестве, достаточном для его равномерного всасывания. В результате диаметр зумпфа явно больше внутреннего диаметра отверстия в дне бака. Зумпф, устанавливаемый на баке снизу него, в предпочтительном варианте крепят к нему сваркой. Альтернативно этому можно использовать и иные методы крепления зумпфа к баку, такие, например, как крепление путем приклеивания, зажимания, запрессовывания или привинчивания. С целью облегчить прикрепление зумпфа к баку под отверстием в его дне на нем по краю этого отверстия выполнен круговой фланец с приблизительно прямоугольным поперечным сечением. Такой фланец в зависимости от выбранного метода крепления зумпфа может быть снабжен уплотнительными средствами и/или резьбой. Вентиляционное устройство бака обеспечивает возможность беспрепятственной подачи из него восстановителя, поскольку предотвращает создание разрежения в баке.

В еще одном предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства в зумпфе расположен по меньшей мере один компенсационный элемент. Благодаря этому дополнительно оптимизируется стойкость предлагаемого в изобретении устройства к давлению льда. Такой компенсационный элемент в предпочтительном варианте выполнен кольцеобразным и вложен в зумпф, соответственно иным способом закреплен в нем, например путем зажимания, вклеивания или вкладывания. Таким путем обеспечивается необходимая стойкость к давлению льда в зумпфе. Компенсационный элемент в предпочтительном варианте изготовлен из обладающего достаточной сжимаемостью и химически стойкого полимерного материала, такого, например, как тройной сополимер этилена с пропиленом и диеновым мономером (СКЭПТ).

В еще одном варианте в зумпфе расположен по меньшей мере один фильтрующий элемент.

Такой фильтрующий элемент предотвращает всасывание вместе с восстановителем возможно присутствующих в нем посторонних частиц, соответственно частиц грязи, и связанное с этим закупоривание, соответственно блокирование подающего модуля, соответственно выход из строя всей системы снижения токсичности ОГ. Фильтрующий элемент может быть выполнен в виде так называемого трехмерного (объемного) фильтра.

В еще одном предпочтительном варианте уровнемер образован по меньшей мере двумя резистивными проволоками, т.е. проволоками высокого сопротивления, которые снабжены полимерной оболочкой и которые способны электрически контактировать с восстановителем.

Такие резистивные проволоки, предпочтительно две резистивные проволоки, изготовлены из сплава металлов, обладающего достаточной химической стойкостью к восстановителю, соответственно к продукту "AdBlue®". Резистивные проволоки, которые в предпочтительном варианте навиты спирально, лишь частично заделаны в электроизоляционную полимерную оболочку уровнемера. Сказанное означает, что резистивные проволоки, например, с круглым поперечным сечением лишь примерно наполовину утоплены в полимерную оболочку, образующую наружную оболочку уровнемера. Резистивные проволоки проходят с внутренней стороны в полимерной оболочке уровнемера. Благодаря этому, с одной стороны, обеспечивается необходимая герметичность уровнемера, не допускающая утечку из него периодически поднимающегося и опускающегося в нем восстановителя, а с другой стороны, обеспечивается необходимый для измерения уровня электрический контакт между резистивными проволоками и восстановителем. Выполненная сплошной полимерная оболочка с толщиной ее стенки предпочтительно от 1 до 5 мм, кроме того, придает уровнемеру необходимую собственную механическую стабильность и одновременно образует необходимую электроизоляцию между резистивными проволоками. Тем самым уровнемер в конечном итоге имеет приблизительно форму обычного спирального шланга с частично обнаженным внутри него "спиральным усилением". Каждая спираль, в виде которой навита каждая резистивная проволока, представляет собой цепеобразное последовательное соединение множества резисторов (электрических сопротивлений), которые накоротко замкнуты вплоть до уровня, на котором находится поверхность электропроводного восстановителя. Вследствие этого омическое сопротивление, измеримое между обеими спиральными резистивными проволоками, пропорционально уровню восстановителя. В другом варианте резистивные проволоки могут также проходить прямолинейно. Вместо резистивных проволок можно также использовать проволоки из сплавов любого состава, которые, однако, должны быть химически стойкими к восстановителю.

В еще одном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства в основном вдоль всасывающего трубопровода проходят по меньшей мере два кабеля, предназначенные прежде всего для электропитания электрообогреваемого всасывающего трубопровода, нагревательного устройства для нагрева зумпфа и нагревательного стержня.

Благодаря этому упрощается разводка электрических кабелей в предлагаемом в изобретении устройстве. Электрические питающие провода, соответственно кабели, могут проходить внутри всасывающего трубопровода или снаружи него. Для скрепления или стягивания между собой кабелей и всасывающего трубопровода в жгутообразную структуру может быть предусмотрена охватывающая их на отдельных участках оболочка, например спиральная оплетка, соответственно спиральный шланг.

В еще одном предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства уровнемер и всасывающий трубопровод, а также по меньшей мере два кабеля по меньшей мере на отдельных участках заключены в теплоизолирующую оболочку.

Такая теплоизолирующая оболочка, во-первых, уменьшает расход энергии, необходимой для электрического обогрева указанных компонентов, поскольку сокращает тепловые потери. Во-вторых, теплоизолирующая оболочка связывает, соответственно объединяет указанные компоненты в один жгут, благодаря чему прежде всего упрощается монтаж предлагаемого в изобретении устройства. Для упрощения монтажа электрические кабели и всасывающий трубопровод могут быть снабжены внутри изолирующей оболочки по меньшей мере на отдельных участках еще одной, собственной оболочкой. Теплоизолирующая оболочка может быть образована любыми обладающими хорошими теплоизолирующими свойствами материалами, такими, например, как пенопласты с закрытыми порами или иные аналогичные материалы.

В альтернативном варианте кабели и всасывающий трубопровод проходят внутри уровнемера.

Благодаря этому дополнительно упрощается конструкция предлагаемого в изобретении устройства, поскольку уровнемер практически коаксиально охватывает всасывающий трубопровод, а также по меньшей мере два кабеля.

Перед вдеванием электрических питающих кабелей и всасывающего трубопровода в уровнемер может оказаться предпочтительным скреплять или стягивать между собой кабели, а также всасывающий трубопровод по меньшей мере на отдельных участках дополнительной оболочкой в один пучок, соответственно жгутообразную структуру.

Уровнемер в предпочтительном варианте имеет по меньшей мере одно вентиляционное устройство во избежание погрешностей измерения уровня восстановителя. Такое вентиляционное устройство уровнемера в предпочтительном варианте расположено на одном уровне с вентиляционным устройством бака или выше этого уровня.

В еще одном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства зумпф расположен в зоне возвышения или углубления дна бака. Благодаря этому удается дополнительно улучшить характеристики всасывания восстановителя, прежде всего при его низких уровнях в баке.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:

на фиг. 1 - схематичный вид предлагаемого в изобретении устройства без бака,

на фиг. 2 - схематичный вид в разрезе прикрепленного к баку зумпфа,

на фиг. 3 - предельно упрощенный вид в плане бака предлагаемого в изобретении устройства,

на фиг. 4 - схематичный вид в разрезе предлагаемого в изобретении устройства с баком, находящийся в котором восстановитель частично превратился в лед,

на фиг. 5 - схематичный общий вид разводки гидравлических и электрических соединений в предлагаемом в изобретении устройстве,

на фиг. 6 - вид в разрезе изолирующей оболочки с уровнемером, всасывающим трубопроводом, а также электрическими кабелями,

на фиг. 7 - схематичный вид уровнемера,

на фиг. 8 - эквивалентная электрическая схема уровнемера и

на фиг. 9, 10 - два альтернативных варианта выполнения дна бака.

Описание вариантов осуществления изобретения

На фиг.1 схематично показано предлагаемое в изобретении устройство.

Такое устройство 10 имеет помимо прочего зумпф (или приямок, сборник, поддон) 12 приблизительно чашеобразной формы, соединенный с подающим модулем 14 обогреваемым и стойким к давлению льда всасывающим трубопроводом 16. Зумпф 12 в отличие от его показанной на чертеже в качестве примера чашеобразной формы может также иметь, например, геометрическую форму полого внутри усеченного конуса с имеющей выраженный наклон боковой стенкой. К зумпфу 12 подсоединен уровнемер 18, который на своем верхнем конце имеет вентиляционное устройство 20. С целью минимизировать тепловые потери обогреваемый всасывающий трубопровод 16, а также уровнемер 18 полностью заключены в изолирующую оболочку 22. Зумпф 12 расположен в зоне нижнего отверстия в дне не показанного на фиг. 1 бака. Бак предназначен для хранения запаса восстановителя, необходимого для осуществления СКВ-метода. При осуществлении СКВ-метода в качестве восстановителя обычно используется продукт "AdBlue^®", представляющий собой примерно 32,5%-ный водный раствор мочевины. Восстановитель всасывается подающим модулем 14 по всасывающему трубопроводу 16 из бака через зумпф 12 и по гидравлическому соединительному трубопроводу 24 подается далее в не показанную на чертеже систему каталитической нейтрализации ОГ. С целью обеспечить необходимую стойкость устройства 10 к давлению льда в зумпфе 12 расположен кольцеобразный эластичный (упруго податливый) компенсационный элемент 26. Такой компенсационный элемент 26 изготовлен из эластичного и химически достаточно стойкого к продукту "AdBlue^®" полимерного материала, такого, например, как СКЭПТ. Компенсационный элемент 26 можно, например, вклеивать в зумпф 12, впрессовывать в него, зажимать в нем, привулканизовывать к нему или же лишь вкладывать в него без закрепления. Компенсационный элемент 26 воспринимает и компенсирует в зумпфе 12 давление, обусловленное расширением, соответственно увеличением объема восстановителя в результате его замерзания при температуре ниже -11°C, благодаря своей соответствующей упругой деформации, чем обеспечивается необходимая стойкость устройства 10 к давлению льда. Во избежание попадания частиц грязи и иных посторонних твердых примесей из бака в подающий модуль 14 и/или в не показанную на чертеже систему нейтрализации ОГ двигателя внутреннего сгорания, которые могут привести к образованию засоров и/или полному выходу из строя всей системы нейтрализации ОГ, предусмотрен дисковидный фильтрующий элемент 28, который в предпочтительном варианте занимает или перекрывает все поперечное сечение зумпфа 12. Такой фильтрующий элемент 28 в предпочтительном варианте представляет собой трехмерный фильтрующий элемент. Зумпф 12 обеспечивает постоянное наличие достаточного количества восстановителя на входе всасывающего трубопровода 16 и тем самым возможность подачи восстановителя подающим модулем 14 практически вне зависимости от положения предлагаемого в изобретении устройства. Над зумпфом 12 расположено далее нагревательное устройство 30 для нагрева зумпфа, предпочтительно электронагревательное устройство, которое в показанном на чертеже варианте имеет три пластинчатых нагревательных элемента, которые расположены параллельно друг другу на равном удалении один от другого. Крепление нагревательного устройства 30 осуществляется по меньшей мере двумя держателями 32, 34, которые обладают необходимой стойкостью к давлению льда. Над нагревательным устройством 30 расположен нагревательный стержень 36, который проходит по всей высоте бака до его вентиляционного устройства, которое также не показано на фиг .1. Подобное нагревательное устройство 30 позволяет даже при по меньшей мере частично замерзшем восстановителе растапливать лед над зумпфом 12 с образованием над ним не показанной на чертеже полости, заполненной жидким восстановителем для снабжения им системы нейтрализации ОГ. С целью обеспечить и в этом случае достаточную вентиляцию бака нагревательный стержень 36 позволяет образовывать в замерзшем восстановителе путем его частичного расплавления и длительно сохранять не показанный на чертеже воздушный канал, образующий сквозное соединение между вентиляционным устройством бака и указанной полостью в зоне зумпфа 12. Нагревательное устройство для обогрева всасывающего трубопровода 16, равно как и нагревательное устройство 30 для нагрева зумпфа и нагревательный стержень 36 в предпочтительном варианте представляют собой электронагревательные устройства и в идеальном случае запитываются электрическим током лишь через два электрических питающих кабеля. С этой целью указанные нагревательные устройства электрически соединены по параллельной схеме. Подающий модуль 14 в предпочтительном варианте также выполнен электрическим, соответственно с электроприводом и для своего электропитания подсоединяется к соответствующему источнику питания через обычный штекерный разъем 38.

На фиг.2 схематично в разрезе показан бак с прикрепленным к нему зумпфом.

Бак 40 в качестве еще одного системного компонента устройства 10 предназначен для хранения запаса восстановителя 42 и имеет в основном плоское дно 44. В дне 44 бака выполнено круглое отверстие 46. Оно обрамлено охватывающим его по периметру круговым фланцем 48, который в предпочтительном варианте выполнен за одно целое с баком 40. Такой фланец 48 облегчает крепление зумпфа 12 снизу ко дну 44 бака, осуществляемое в предпочтительном варианте путем сварки. Диаметр отверстия 46, который для упрощения чертежа и придания ему большей наглядности не снабжен ссылочным обозначением, выбран явно меньше также не снабженного ссылочным обозначением внутреннего диаметра зумпфа 12, который по этой причине полностью перекрывает отверстие 46 в дне бака.

В показанном на фиг. 2 варианте на зумпфе 12 выполнены два трубчатых присоединения 50, 52. К присоединению 50 подсоединен всасывающий трубопровод 16, соединенный с подающим модулем 14. Всасывающий трубопровод 16, уровнемер 18 и/или трубчатые присоединения 50, 52 могут иметь по меньшей мере одно сужение своего поперечного сечения, выполняющее функцию дросселя для гашения нежелательных колыхательных движений жидкости в баке 40. Присоединение 52 предназначено для подсоединения уровнемера 18. Электропитание нагревательного устройства 30, а также нагревательного стержня 36 осуществляется по двум кабелям 54, 56, которые в данном случае в качестве примера проложены во всасывающем трубопроводе 16. Альтернативно этому кабели 54, 56 могут также проходить вне всасывающего трубопровода 16. При использовании подобной компоновки может оказаться предпочтительным скреплять или стягивать друг с другом всасывающий трубопровод 16 и кабели 54, 56 по меньшей мере на отдельных участках оболочкой в жгутообразную структуру, например спиральной оплеткой, кабельными бандажами, клейкой лентой или аналогичным средством. Всасывающий трубопровод 16 благодаря соответствующим мерам выполнен стойким к давлению льда и снабжен, кроме того, нагревательным устройством, которое в предпочтительном варианте также выполнено электронагревательным, для предотвращения замерзания восстановителя 42 в этой зоне. Всасывающий трубопровод 16 с проходящими в нем электрическими кабелями 54, 56 в целях минимизации потребления расходуемой на его обогрев тепловой энергии полностью заключен в изолирующую оболочку 22. В отличие от показанной на чертеже компоновки в предпочтительном варианте в изолирующую оболочку 22 вместе с обогреваемым всасывающим трубопроводом 16 и кабелями 54, 56 может быть также заключен уровнемер 18. Благодаря этому отпадает необходимость в обогреве уровнемера 16 для предотвращения замерзания находящейся в нем жидкости. Нагревательное устройство 30 закреплено на зумпфе 12 обоими держателями 32, 34. Под фланцем 48 находится в основном кольцеобразный компенсационный элемент 26, который прилегает к круговой слегка наклоненной поверхности 58, образующей внутреннюю стенку зумпфа 12, и к его дну 60. Под отверстием 46 в дне бака расположен фильтрующий элемент 28. Для фиксации всасывающего трубопровода 16, а также шлангообразного уровнемера 18 по положению на обоих присоединениях 50, 52 можно использовать, например, не показанные на чертеже зажимные скобы или хомуты либо иные аналогичные крепежные средства.

На фиг. 3 устройство 10 показано в предельно упрощенном виде в плане.

Под баком 40, который имеет сложную геометрическую форму (свободную геометрическую форму), находится перекрывающий отверстие 46 в его дне зумпф 12. Нагревательное устройство 30, а также нагревательный стержень 36, зафиксированные соответствующими держателями, расположены над зумпфом 12 примерно по его центру. Зумпф 12 с целью обеспечить достаточное перекрытие отверстия бака и достаточное уплотняющее действие имеет диаметр, который явно больше диаметра отверстия 46 бака. В отличие от показанного на фиг. 2 варианта всасывающий трубопровод 16, а также уровнемер 18 в данном случае расположены по одну и ту же сторону зумпфа 12. Кроме того, всасывающий трубопровод 16, равно как и уровнемер 18, заключены в изолирующую оболочку 22, благодаря чему отпадает необходимость в отдельном обогреве уровнемера.

На фиг. 4 устройство 10 показано в разрезе с практически полностью превратившемся в лед в его баке восстановителем.

Бак 40 из-за низкой окружающей температуры заполнен преимущественно полностью замерзшим восстановителем 62, соответственно "льдом". Бак 40 для возможности беспрепятственной подачи из него восстановителя 42 не показанным на данном чертеже подающим модулем снабжен расположенным сверху вентиляционным устройством 64. С этой целью такое вентиляционное устройство 64 обеспечивает прохождение окружающего воздуха в обоих направлениях, как это обозначено двунаправленной стрелкой. Зумпф 12 перекрывает отверстие 46 в дне 44 бака. Нагревательное устройство 30 для нагрева зумпфа 12 закреплено над ним держателями 32, 34. Под отверстием 46 находится фильтрующий элемент 28. Оба присоединения 50, 52, которые предназначены для подсоединения не показанных на чертеже всасывающего трубопровода и уровнемера соответственно, выведены из зумпфа 12 сбоку. Электронагревательное устройство 30 позволяет путем растапливания замерзшего восстановителя 62 образовывать в нем полость 66 и поддерживать ее в незамерзающем состоянии, при этом такая полость 66 почти полностью заполнена вновь расплавившимся в этой зоне восстановителем 42. Расплавление восстановителя в зумпфе 12, а также в зоне образования полости 66 происходит главным образом под действием тепла, выделяемого нагревательным устройством 30. Благодаря этому находящийся в жидком агрегатном состоянии восстановитель 42 всегда присутствует в зоне присоединений 50, 52 в достаточном для его равномерного всасывания количестве практически вне зависимости от окружающей температуры и пространственного положения устройства 10. Над нагревательным устройством 30 находится электронагревательный стержень 36, который проходит вверх приблизительно по всей высоте бака 40 практически вплоть до его вентиляционного устройства 64. Нагревательный стержень 36 не создает никакого сколько-нибудь существенного механического сопротивления росту льда в баке 40 и поэтому не разрушается даже при полном замерзании восстановителя 42. Нагревательный стержень 36 позволяет проплавлять в замерзшем восстановителе 62 вентиляционный канал 68, а также длительно сохранять его. Такой вентиляционный канал 68, окружающий нагревательный стержень 36 со всех сторон, обеспечивает возможность свободного воздухообмена между вентиляционным устройством 64 бака и полостью 66, благодаря чему при всасывании все еще жидкого восстановителя 42 подающим модулем в баке 40 не создается никакое разрежение и возможна беспрепятственная подача восстановителя 42 подающим модулем. Нагревательный стержень 36 имеет проходящую по всей его длине снизу вверх и сверху вниз нагревательную петлю 70, образованную пригодным для этой цели сплавом металлов, обладающим достаточным электрическим сопротивлением. Нагревательная петля 70 снабжена, соответственно покрыта оболочкой 72, которая образована полимерным материалом, стойким к действию восстановителя, соответственно продукта "AdBlue^®".

На фиг. 5 схематично в общем виде показана разводка гидравлических и электрических соединений в устройстве 10.

С верхней стороны бака 40 свободной геометрической формы находятся его вентиляционное устройство 64, а также вентиляционное устройство 20 уровнемера 18. От подающего модуля 14 отходит гидравлический соединительный трубопровод 24, который предназначен для подачи восстановителя в не показанную на чертеже систему снижения токсичности ОГ. В зоне наиболее низкой, не снабженной ссылочным обозначением точки бака 40, находится зумпф 12 с нагревательным устройством 30 для его нагрева, а также с нагревательным стержнем 36. В зумпфе 12 закреплены далее оба держателя 32, 34, предназначенные для фиксации нагревательного устройства 30 и нагревательного стержня 36 по положению. Поперечно держателям 32, 34 расположен фильтрующий элемент 28. Внутри изолирующей оболочки 22 проложены частично видимый уровнемер 18 и полностью скрытый изолирующей оболочкой 22 всасывающий трубопровод 16, а также кабели для электропитания нагревательного устройства 30 и нагревательного стержня 36. Проходящая снаружи бака 40 изолирующая оболочка 22, соответственно проходящие в ней всасывающий трубопровод 16, уровнемер 18, а также электрические кабели 54, 56 соединяют зумпф 12 с подающим модулем 14, соответственно с вентиляционным устройством 20 уровнемера 18.

На фиг. 6 упрощенно в разрезе показана изолирующая оболочка с находящимися внутри нее уровнемером, всасывающим трубопроводом, а также электрическими кабелями.

Изолирующая оболочка 22 охватывает уровнемер 18, оба электрических кабеля 54, 56, а также всасывающий трубопровод 16 для подачи восстановителя 42 и в результате образует компактный соединительный жгут 74, соответственно "пучок кабелей в шланговой оболочке" с приблизительно овальным поперечным сечением, представляющий собой единственное соединение между зумпфом и подающим модулем 14 предлагаемого в изобретении устройства. Благодаря этому облегчается обращение с предлагаемым в изобретении устройством и упрощаются/упрощается его монтаж и/или замена на автомобиле. Соединительный жгут 74 позволяет, кроме того, подавать восстановитель 42 из бака и одновременно точно измерять уровень его заполнения восстановителем 42 с помощью интегрированного в соединительный жгут 74 уровнемера 18 практически вне зависимости от положения бака. Для облегчения монтажа соединительного жгута 74 оба электрических кабеля 54, 56, а также всасывающий трубопровод 16 могут быть по меньшей мере на отдельных участках снабжены собственной оболочкой 76. Такая дополнительная оболочка 76 не обязательно должна быть электроизолирующей и химически стойкой к восстановителю 42 и может быть образована, например, обычной спиральной оплеткой, кабельными бандажами, клейкой лентой или аналогичным средством. В отличие от показанной на фиг. 6 компоновки оба электрических кабеля 54, 56, а также всасывающий трубопровод 16 могут быть также проложены приблизительно коаксиально внутри самого уровнемера 18, для чего его диаметр должен выбираться достаточно большим. При использовании подобной компоновки соединительный жгут 74 будет иметь приблизительно круглое поперечное сечение.

На фиг. 7 схематично показан уровнемер 18, выполненный по одному из возможных вариантов.

Шлангообразный уровнемер 18 образован двумя, например, спирально навитыми резистивными проволоками 80, 82 (проволоками высокого сопротивления), которые снаружи покрыты полимерной (или пластмассовой) оболочкой 84 из электроизоляционного полимера. Резистивные проволоки 80, 82 лишь частично заделаны в наружную полимерную оболочку 84. Благодаря этому находящийся в уровнемере 18 восстановитель 42, обладающий ограниченной электропроводностью, может непосредственно электрически контактировать с резистивными проволоками 80, 82, которые (поверхностно) обнажены в зоне, не снабженной ссылочным обозначением внутренней поверхности уровнемера 18. Наряду с этим полимерная оболочка 84 выполняет функцию по электрическому изолированию обеих резистивных проволок 80, 82 одна от другой. Поскольку резистивные проволоки 80, 82, равно как и полимерная оболочка 84, непосредственно контактируют с восстановителем 42, указанные компоненты должны обладать достаточной химической стойкостью и коррозионной стойкостью. Принцип работы уровнемера 18 более подробно поясняется ниже на основании показанной на фиг. 8 эквивалентной электрической схемы. Каждую резистивную проволоку 80, 82 можно электрически представить в виде множества отдельных резисторов, соединенных по последовательной схеме, соответственно образующих цепь сопротивлений. В показанной на чертеже эквивалентной электрической схеме восстановитель заполняет уровнемер до уровня 86, ниже которого восстановитель обусловливает электрическое короткое замыкание 88 между обеими цепями сопротивлений. При изменении уровня 86 восстановителя 42 в уровнемере 18, как это обозначено контурной белой двунаправленной стрелкой, изменяется также омическое сопротивление R всей системы, измеримое между обоими не снабженными ссылочными обозначениями контактными зажимами. В соответствии с этим каждому уровню 86 восстановителя можно поставить в соответствие измеримое значение омического сопротивления, измеряемое, обрабатываемое и отображаемое, например, не показанным на чертеже микроконтроллерным блоком управления и/или регулирования. Измеренному сопротивлению R величиной примерно 0 Ом соответствует максимально возможный уровень 86 восстановителя, тогда как измеренное сопротивление R величиной ∞ (бесконечность) Ом свидетельствует о полном израсходовании восстановителя (пустом баке), соответственно о разрыве электрической цепи. Значения сопротивления R, снимаемые между не показанными более детально контактными зажимами уровнемера 18, могут путем приемлемой калибровки пересчитываться микроконтроллерным блоком управления и/или регулирования в абсолютный уровень находящегося в баке остаточного количества восстановителя, соответственно в абсолютное значение его объема. Возможные колыхательные движения восстановителя в баке, возникающие при движении автомобиля, ослабляются не показанным на чертеже сужением, соответственно дросселем между уровнемером и присоединенным зумпфом. Дроссель может представлять собой неотъемлемую часть уровнемера 18. Возможные статические наклонные положения автомобиля могут регистрироваться пригодным для этого датчиком пространственного положения и затем численно исключаться из результата измерения, устраняться путем пропускания измерительного сигнала через фильтр нижних частот либо учитываться путем размещения уровнемера вблизи центра тяжести бака.

Быстрые изменения величины сопротивления во времени могут, кроме того, указывать на неплотность уровнемера 18. На основании результатов измерений, получаемых уровнемером 18, блок управления и/или регулирования может подавать водителю автомобиля по меньшей мере простой предупредительный сигнал, который указывает на низкий уровень восстановителя 42 в баке и на необходимость скорого восполнения запаса восстановителя.

По причине весьма высокой электропроводности восстановителя 42 сила (измерительного постоянного) тока, проходящего через уровнемер 18, не должна быть слишком большой, поскольку в противном случае может произойти электролитическое разложение восстановителя 42, которое, кроме того, может привести к выделению газообразного водорода. С целью минимизировать подобные нежелательные эффекты вместо постоянного тока при определении уровня восстановителя в баке 40 уровнемером 18 в предпочтительном варианте можно использовать (измерительный) переменный ток малой силы. Для обработки результатов измерения сопротивления обе резистивные проволоки 80, 82 соединены по меньшей мере двумя не показанными на чертеже измерительными кабелями, соответственно измерительными проводами с микроконтроллерным блоком управления и/или регулирования. Такой блок управления и/или регулирования может представлять собой неотъемлемую часть подающего модуля для достижения тем самым максимально возможной пространственной компактности всей конструкции предлагаемого в изобретении устройства.

На фиг. 9, а также на фиг. 10, с одновременной ссылкой на которые приведено последующее описание, в разрезе показано дно бака 40, выполненное по двум альтернативным вариантам.

В отличие от рассмотренного выше со ссылкой на фиг. 1-7 варианта выполнения дна бака в не снабженном в данном случае ссылочным обозначением дне бака 40 согласно фиг. 9 выполнено гофрообразное возвышение 100, которое имеет приблизительно трапециевидное поперечное сечение и под которым закреплен зумпф 12. Благодаря наличию возвышения 100 зумпф 12 может постепенно заполняться восстановителем 42 вследствие его колыхательных, соответственно качательных движений в баке 40, и поэтому во всех возникающих при эксплуатации автомобиля условиях восстановитель 42 присутствует в зумпфе 12 в количестве, достаточном для его равномерного всасывания подающим модулем. Во втором альтернативном варианте выполнения не снабженного ссылочным обозначением дна бака согласно фиг. 10 в дне бака выполнено в ваннообразное углубление 102, благодаря которому оптимизируется характеристика всасывания восстановителя в предлагаемом в изобретении устройстве при наклонных положениях бака в результате минимизации "объема, не используемого" под восстановитель 42. Углубление 102 при этом также имеет трапециевидное поперечное сечение. Кроме того, возвышение 100, равно как и углубление 102, может иметь в поперечном сечении форму, отличную от показанной на фиг. 9 и 10.

Резюмируя сказанное выше, можно констатировать, что предлагаемое в изобретении устройство обеспечивает возможность подачи восстановителя, обязательного для осуществления СКВ-метода, в систему снижения токсичности ОГ дизельного двигателя вне зависимости от своего положения и температуры. Благодаря этому в любое время обеспечивается надлежащая работа системы снижения токсичности ОГ, практически полностью не зависящая от возникающих при эксплуатации автомобиля условий. Кроме того, предлагаемое в изобретении устройство позволяет определять уровень восстановителя в баке с высокой точностью и также практически вне зависимости от своего положения.

Изобретение относится к снижению токсичности отработавших газов. Устройство (10) для подачи восстановителя (42) в систему снижения токсичности отработавших газов (ОГ), прежде всего для подачи в нее водного раствора мочевины для восстановления оксидов азота в потоке ОГ дизельного двигателя, имеющее бак (40) для восстановителя (42) и подающий модуль (14) для подачи восстановителя (42) из содержащего его бака (40) по всасывающему трубопроводу (16), прежде всего по электрообогреваемому всасывающему трубопроводу. Проходящий вне бака (40) всасывающий трубопровод (16) подсоединен к находящемуся в зоне дна (44) бака зумпфу (12). В зоне зумпфа (12) расположено предназначенное для его нагрева нагревательное устройство (30), прежде всего электронагревательное устройство. В бак (40) выступает по меньшей мере один нагревательный стержень (36), прежде всего электронагревательный стержень. Вне бака (40) проходит по меньшей мере один уровнемер. Техническим результатом изобретения является обеспечение надежной подачи восстановителя в систему снижения токсичности ОГ, обеспечение точного определения и контроля уровня восстановителя и простоты конструкции. 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство (10) для подачи восстановителя (42) в систему снижения токсичности отработавших газов (ОГ), прежде всего для подачи в нее водного раствора мочевины для восстановления оксидов азота в потоке ОГ дизельного двигателя, имеющее бак (40) для восстановителя (42) и подающий модуль (14) для подачи восстановителя (42) из содержащего его бака (40) по всасывающему трубопроводу (16), прежде всего по электрообогреваемому всасывающему трубопроводу, отличающееся тем, что
а) проходящий вне бака (40) всасывающий трубопровод (16) подсоединен к находящемуся в зоне дна (44) бака зумпфу (12),
б) в зоне зумпфа (12) расположено предназначенное для его нагрева нагревательное устройство (30), прежде всего электронагревательное устройство,
в) в бак (40) выступает по меньшей мере один нагревательный стержень (36), прежде всего электронагревательный стержень, и
г) вне бака (40) проходит по меньшей мере один уровнемер (18).

2. Устройство (10) по п. 1, в котором зумпф (12) перекрывает отверстие (46) в дне бака (40), который при этом имеет по меньшей мере одно вентиляционное устройство (64).

3. Устройство (10) по п. 1, в котором в зумпфе (12) расположен по меньшей мере один компенсационный элемент (26).

4. Устройство (10) по п. 1, в котором в зумпфе (12) расположен по меньшей мере один фильтрующий элемент (28).

5. Устройство (10) по п. 1, в котором уровнемер (18) образован по меньшей мере двумя резистивными проволоками (80, 82), которые снабжены полимерной оболочкой (84) и которые способны электрически контактировать с восстановителем (42).

6. Устройство (10) по п. 1, в котором в основном вдоль всасывающего трубопровода (16) проходят по меньшей мере два кабеля (54, 56), предназначенные прежде всего для электропитания электрообогреваемого всасывающего трубопровода (16), нагревательного устройства (30) для нагрева зумпфа и нагревательного стержня (36).

7. Устройство (10) по п. 6, в котором уровнемер (18) и всасывающий трубопровод (16), а также по меньшей мере два кабеля (54, 56) по меньшей мере на отдельных участках заключены в теплоизолирующую оболочку (22).

8. Устройство (10) по п. 7, в котором по меньшей мере два кабеля (54, 56), а также всасывающий трубопровод (16) проходят внутри уровнемера (18).

9. Устройство (10) по п. 1, в котором уровнемер (18) имеет по меньшей мере одно вентиляционное устройство (20).

10. Устройство (10) по одному из пп. 1-9, в котором зумпф (12) расположен в зоне возвышения (100) или углубления (102) дна (44) бака.