JP5684812B2 - 還元剤の供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体還元剤および／または還元剤前駆体をタンク装置から供給するための装置に関する。

内燃機関の排ガスは、環境への放出が望ましくない物質を含む。例えば、多くの国々において、窒素酸化物（ＮＯｘ）が内燃機関の排ガス中に含まれてよいのは、特定の閾値までのみである。エンジン内部の測定に加えて、内燃機関の最適運転ポイントを選択することによるこれらの測定の結果として、窒素酸化物の放出を減らすことは可能であり、後処理方法もまた確立されていて、それによって、窒素酸化物の放出のさらなる減少は可能である。

窒素酸化物の放出をさらに減らすための１つのオプションは、「選択接触還元」（ＳＣＲ）である。この場合、窒素酸化物は、還元剤を用いて窒素分子（Ｎ２）を形成するために、選択的に減少する。１つの可能な還元剤は、アンモニア（ＮＨ_３）である。アンモニアは、アンモニアの形ではしばしば蓄えられない。むしろ、アンモニア前駆体が蓄えられる。そしてそれは、必要に応じてアンモニアに転換される。基準は、還元剤前駆体に対してなされる。自動車において使用できる重要で可能な還元剤前駆体は、尿素（（ＮＨ_２）_２ＣＯ）である。尿素は、尿素−水溶液の形で蓄えられることが好ましい。尿素（および、特に尿素−水溶液）は、健康に有害でなく、容易に流通されて、蓄えられる。３２．５％の尿素量を有するこの種の尿素−水溶液は、商品名「ＡｄＢｌｕｅ」で販売される。

尿素−水溶液は、自動車のタンクシステムに通常乗せられて、ポンプおよびインジェクタを有するインジェクションシステムによって１回分の方法で排ガスシステムに加えられる。排ガス中の望まれない窒素酸化物の減少のための尿素の消費は、問題の自動車の燃費の最高１０％である。還元剤を１回分の方法で加えるために、還元剤にとって、定義済みの圧力でインジェクタに対して利用できるようにすることは、必要である。還元剤を定義済みの圧力で提供するときの１つの課題は、尿素−水溶液が低温域で通常は凍結するということである。３２．５％の尿素量を有する尿素−水溶液は、例えば、ほぼ−１１℃の温度で凍結する。凍結した液体尿素は、通常、ポンプによって供給されることができない。同時に、ポンピング装置は、氷の圧力のせいで容易に破壊されることができる。そしてそれは、凍結する最中に発生する。尿素のポンピング装置が、低い外気温の場合でさえ、作動のための準備がなされることは重要である。なぜなら、特に大量の有害な放出は、通常、自動車をともなう旅行の開始時にリリースされるからである。加えて、インジェクションシステムは、それに含まれる還元剤前駆体の凍結によって損傷を受けてはならない。

この先行技術に由来して、本発明の目的は、先行技術と関連して記述された技術的課題を緩和することである。特に、還元剤の供給装置を加熱する特に有利な方法が記述される。

これらの目的は、請求項１の特徴による方法によって達成される。この方法のさらに有利な実施形態は、それぞれの従属請求項において開示される。請求項において個々に特定される特徴は、任意の技術的に可能な方法に組み合わされることができて、記述からの説明的な事実によって補充されることができる。そこにおいて、本発明のさらなる異型は示される。

本発明はしたがって、還元剤のための供給装置を加熱する方法に関する。そこにおいて、供給装置は、戻し弁を備える。戻し弁は、開放電流が戻し弁に供給されるときに開放され、加熱電流が戻し弁に供給されるときに閉鎖状態においてヒーターとして作動する。そして、加熱電流は、開放電流よりも小さい。

戻し弁が供給装置の金属ベースプレートと熱伝導接触状態にある場合、方法は特に有利である。

戻し弁が供給装置のハウジングと熱伝導接触状態にある場合、方法はさらに有利である。

通例、還元剤のための供給装置は、戻りラインを有する。そしてそれは、供給装置の空気除去のために使われる。例えば、還元剤を含むべき構成要素において気泡がある場合、空気除去のための戻りラインは必要である。気泡は、ポンプでは特に、ポンプのポンピング運動のせいで、輸送することが非常に困難である。これは、本発明による供給装置にとって好ましいように、受動的に作動する弁を有するダイヤフラムポンプにとって、特に真理である。吸い込まれた還元剤が、サクションパイプおよび戻りラインを通して低い供給圧で、供給装置内に空気がなくなるまで回路のタンクの中へと戻し送られるというような方法で、システムは、最初に戻りラインを介して作動されることができる。戻りラインは、供給装置の正常作動中は閉じている。そこにおいて、ポンプによって加圧された供給装置内の圧力がリリースされないように、加圧還元剤は供給される。この場合、戻し弁は、戻りラインのために、または戻りラインの閉鎖のために提供される。記述される方法には、電流が通過するときに開放され、電流が通過しないときに閉鎖される弁が、用いられる。電流は、戻し弁の電磁コイルを流れる。そしてそれは、電流の流れのために磁力を生じる。磁力は、今度は弁を開く。正常な状態が閉鎖状態（そこでは供給装置内に圧力が存在する）であり、そして開放状態は閉鎖状態に比べて希にしか発生しないので、この種の弁の使用はまた、したがって好ましい。この理由で、エネルギーは、この種の戻し弁によって節約されることができる。戻し弁が、戻し弁を開くのに十分でない電流によっても作動されることができる場合、それはその後特に有利である。この場合、戻し弁における電気的導線は、抵抗加熱ヒーターのように作用する。そしてそれは、供給装置および、供給装置内に含まれるおそらく凍結した還元剤を（金属ベースプレートによって直接）加熱する。戻し弁から金属ベースプレートへの、したがって金属ハウジングへもまた、そして金属サクションパイプへの熱伝導接続のせいで、ヒーターとして作動する戻し弁を用いて、還元剤タンク内の還元剤を加熱することも可能である。

戻し弁および戻りラインに関して本明細書で提示される説明はまた、以下に記述される供給装置に可能な改良を構成する。

この「受動的な」追加的加熱方法は、原則として、能動的な（電気的に制御可能な）ヒーターを追加的に含む供給装置と、特に以下に記述するような方法で組み合わされることもできる。この点で、方法は、本明細書で記述されている供給装置および／またはタンク装置および／または自動車で特に実施することができる。

少なくとも開放電流または加熱電流が供給電圧からパルス幅変調によって発生する場合、本発明による方法は特に有利である。電気的開放電圧および／または電気的加熱電圧は、開放電流および／または加熱電流を生じるために戻し弁に適用される。

自動車の電源は、一般に特定の供給電圧のみを提供する。例えば、１２ボルトの供給電圧を有する自動車がある。パルス幅変調については、（定義済みのおよび／または所望の）減じた電圧は、特定の電気回路を用いて、供給電圧を時間とともにパルス化することによって、（限られたおよび／または同一の）供給電圧から発生される。減じた電圧のレベルは、その後パルス幅にしたがって与えられる。減じた電圧（特に、時間とともに平均値になる）は、したがって、非常に低いエネルギー損失と共に発生することができる。

方法の発展によれば、戻し弁は、バルブ本体およびスプリングエレメントを備え、そして閉鎖状態において、バルブ本体は、スプリングエレメントによって停止部に対してバイアスされることもまた提案される。適切に選択されたバイアスの結果として、加熱電流が適用される場合（しか）、戻し弁はすでに開かれないことがその後確実になり得る。

加えて、本発明による方法については、加熱電流は、開放電流よりも少なくとも１０％小さくてよい。加熱電流は、より好ましくは少なくとも２０％、特に好ましくは少なくとも５０％、開放電流よりも小さい。例えば、開放電流は、５００ｍＡ［ミリアンペア］を上回る範囲にある。例えば２００ｍＡ［ミリアンペア］を下回る範囲は、加熱電流のために提供される。戻し弁を開放するのに必要な開放電流は、通常、正確に一定ではなく、しかし異なる周囲条件にわずかに依存する。この場合に関連した周囲条件は、例えば温度である。加熱電流を適切に選択して、少なくとも１つの周囲条件を考慮することによって、戻し弁は加熱電流によって意図せずに開放されないことが確実であり得る。

本発明による方法は、後述する（時々「好適な」と呼ばれる）供給装置において、特に用いられることができる。

「好適な」装置は、少なくとも１つの外部的に固定された金属サクションパイプおよび外側の圧力ラインコネクタを含む金属ハウジングを有する、還元剤のための供給装置である。そこにおいて、金属ベースプレートは、ハウジング内に配置され、前記金属ベースプレート上には、少なくとも１つのポンプおよびダクトが設けられる。そこにおいて、サクションパイプ、ハウジング、金属ベースプレートおよびポンプは、互いに熱伝導接触状態にあり、そして、細長い加熱エレメントは、サクションパイプのそばに配置される。

本明細書の文脈の範囲内で、表現「還元剤」はまた、好ましくは３２．５重量％の尿素比率を有する還元剤前駆体（例えば尿素−水溶液）を意味することが理解される。

「好適な」供給装置についての基本的な基礎的考えは、還元剤が供給装置内で凍結するときに、装置を加熱することが特に容易になるということである。この理由で、作動中に液体還元剤を満たされるすべての構成要素は、共通の金属ベースプレート上に固定されて、それを介して、互いに熱伝導接触状態にある。装置は、したがって、サクションパイプに（平行に）沿った単一の細長い加熱エレメントによって、効率的に加熱されることができる。

「好適な」供給装置のサクションパイプは、通常、還元剤のためのタンク内に配置される。加熱エレメントがサクションパイプに沿ってサクションパイプの傍らにおよび／またはそれと平行に配置されるので、サクションパイプの周辺に位置するタンク内の還元剤もまた、効率的に加熱される。一方で、そこに設けられる還元剤は、したがって、急速に溶解することができ、そしてまた、迅速かつ容易に吸い込まれることができる。他方で、真空（それは還元剤タンクからの還元剤の供給を妨げるかまたは妨害さえする）が、吸い込みの結果として一面の氷の下で形成され得ないように、還元剤タンクにおいてサクションパイプの周辺でおそらく形成される一面の氷は溶解される。

加熱エレメントは、クリップによってサクションパイプに対して留められることが好ましい。クリップは、熱伝導材料（例えばアルミニウム）でできている。それは、クリップからケーシングパイプへと良好な熱伝達があるように、それがサクションパイプの内面に対して広範囲に寄りかかるような方法で形成される。加熱エレメントとクリップとの間にも良好な熱伝達があるように、加熱エレメントは、例えば、クリップ上にハンダ付けまたは溶接される。クリップは、サクションパイプの内面の半径よりもわずかに大きい取り付け前状態の半径を有する曲がったシートメタルとして形成されることが好ましい。クリップは、したがって、サクションパイプ内にテンション下で配置され、そしてその内部に粘着的な接着方法で固定される必要がない。クリップは、おそらく、加熱エレメントからサクションパイプへの熱伝達を調整するために、孔を備えてよい。

金属ベースプレート上の還元剤を含む重要な構成要素（すなわちとりわけポンプおよびダクト）の実装は、本発明による供給装置の単純な組立てを可能にする。これらの構成要素をハウジング内に直接組み立てることは必要でない。その代わりに、それらは、金属ベースプレート上に予め組み立てることができて、その後モジュールとして金属ハウジング内に導入されることができる。

ダクトが金属ベースプレートに形成され、そして、サクションパイプ、ポンプおよびラインコネクタがダクトを介して金属ベースプレートに流体的に接続される場合、「好適な」供給装置は特に有利である。

（一体成形）金属ベースプレートは、例えば機械加工されたおよび／または鋳造された部品として形成されてよい。ダクトは、したがって、例えば孔の形で金属ベースプレートに容易に生成されることができる。鋳造された部品において、ダクトは、鋳物の芯を用いて容易に生成されることができる。金属ベースプレートのダクトによって直接、供給装置の個々の構成要素の間の流体接続を提供することは、必要な個々の部品の数を減らし、したがって装置の組立ての単純化に、そしてしたがってよりコスト効率のよい実現に貢献する。ベースプレートからダクトに急速に熱を導入することもまた、したがって可能である。その結果、ここにあるいかなる還元剤も急速に溶解する。

金属ハウジングから取り除かれなければならない金属ベースプレートなしで、構成要素（例えば、ポンプ、弁および圧力センサ）が上記から組み立てられることができるかまたは交換されることができるように、金属ベースプレートは、突出している桁座面を備えることができる。

金属ベースプレート（および、おそらく、本明細書で述べられるさらなる／全ての構成要素）は、（少なくとも表面が、より好ましくは全体にまたは完全に）鋼からまたは鋼と共に生成されることが好ましい。アルミニウムは、おそらく、金属ベースプレートのための材料として同様に用いてもよい。加熱エレメントから供給装置の個々の構成要素への特に良好な熱伝導は、したがって、金属ベースプレートによって提供されることができる。

金属ハウジングは、深絞りすることによって（深絞り構成要素）生成されることが好ましい。サクションパイプを金属ハウジングに取り付けるために、ハウジングは、サクションパイプを金属ハウジングの中央に置く突出しているフランジを備えることが好ましい。サクションパイプは、ハンダ付けけまたはレーザー溶接によって金属ハウジングに接続していなければならない。

「好適な」供給装置のすべての金属構成要素は、防腐オーステナイト鋼（例えば、ドイツの「Ｓｔａｈｌｓｃｈｌｕｓｓｅｌ」による材料番号１．４３０１または１．４８２８を有する鋼のうちの１つ）から、またはその代わりに、防腐フェライト鋼（例えば、ドイツの「Ｓｔａｈｌｓｃｈｌｕｓｓｅｌ」による材料番号１．４６０７を有する鋼）から製造されることが好ましい。金属構成要素は、特に、ベースプレート、フィルタハウジング、サクションパイプおよびフィルタ装置のハウジングを含む。ベースプレートおよび／またはフィルタハウジングは、鋼鋳物またはアルミニウム鋳物から製造されることができ、そしておそらく、追加的にコーティングを含むことができる。

金属フィルタハウジングがベースプレートに熱伝導方法で接続されて、前記フィルタハウジング内にフィルタが配置可能または配置される場合、「好適な」装置はまた特に有利である。

液体還元剤は、しばしば、供給装置の構成要素に損害を与えかねない比較的小さい粒子を含む。例えば、供給装置の特に感度が高い部品は、ポンプの弁または、還元剤を内燃機関の排ガスシステム内に供給することができるインジェクタである。この理由で、還元剤を濾過することは有利である。液体還元剤はまた、フィルタにおいて、またはフィルタを囲むフィルタハウジングにおいて止められる。したがって、凍結もまたここで発生する。フィルタハウジングもまた効率的に加熱されることができ、そしてフィルタハウジング内で冷凍した還元剤がしたがって溶解するように、フィルタハウジングを金属ベースプレートに対して熱伝導方法で接続することは、したがって有利である。

金属フィルタハウジングおよびベースプレートは、共通の構成要素でもありえる。この構成要素は、例えば金属ブロックから機械加工されることができ、または鋳造されることができる。金属フィルタハウジングからベースプレートへの、そしてその逆への特に良好な熱伝導は、したがって達成されることができる。同時に、供給装置の組立ての複雑さは、この種の共通の構成要素によって減少する。

サクションパイプが加熱エレメントと共にフィルタハウジング内に延びる場合、「好適な」供給装置は、さらに特に有利である。

一方で、この種の配置は、フィルタハウジングの特に効率的な加熱を可能にする。フィルタハウジングは、還元剤で満たされる最大容積を含む供給装置内の構成要素である。それが凍結する場合、熱エネルギーの特に大きい入力は、したがって、還元剤を溶解させるために正確にここで必要である。

サクションパイプがまた、フィルタハウジング内に突出できることは、さまざまな効果がある。一方で、ハウジング／金属ベースプレートとサクションパイプとの接続は、とても機械的に安定である。サクションパイプがフィルタハウジング内に延びるので、より大きな曲げモーメントはサクションパイプからハウジング内に伝わり得る。これらの曲げモーメントは、例えば、組立工程中にサクションパイプをたたくことによって、または自動車の旅行中に加速プロセスによって、有効になる。

フィルタは、供給装置のこれに続く機能的構成要素の保護のために何よりもまず設けられる。フィルタは、したがって、おそらく、タンクから供給装置の圧力ラインコネクタに向かう還元剤の経路に沿って配置される第１の機能的構成要素である。サクションパイプがフィルタハウジング内に直接延びることが可能であることは、したがって、特に有利である。なぜなら、本発明による供給装置の特にコンパクトでかつ一体的な設計が、したがって可能になるからである。

３０μｍ（マイクロメートル）より大きな粒子のための金属粗フィルタがサクションパイプ上に形成される場合、「好適な」供給装置は、さらに特に有利である。

フィルタ（金属ベースプレート上のフィルタハウジング内に配置されることができる）は、通常、実質的により小さい粒子を濾過するために設計される。例えば、１０μｍ（マイクロメートル）未満の直径を有する粒子、そして好ましくは３μｍ（マイクロメートル）未満の直径を有する粒子は、粒子フィルタによって保持される。

サクションパイプ上に設けられる金属粗フィルタは、ハウジング内に設けられるフィルタが早期にブロックされないことを確実にすることができる。ハウジング内のフィルタの実用寿命は、したがって、かなり延長することができる。これにより、本発明による供給装置のための保守サイクルは、したがって、延長することができる。

金属粗フィルタがサクションパイプの吸入端部をカップのように囲むスクリーンを含む場合、「好適な」供給装置はまた、特に有利である。吸入端部は、通常、供給装置のハウジングとは反対側のサクションパイプの下端にある。

還元剤は、通常、サクションパイプの１つの吸入端部で、サクションパイプに吸い込まれる。金属粗フィルタの構成要素としてのスクリーンは、生産するのに特にコスト効率がよい。加えて、適切に寸法取りされたスクリーンは、還元剤タンク内におけるサクションパイプの直に周辺での還元剤のスロッシング運動を減少させる。このスロッシング運動を減少させるためにタンク内に設けられるサージ貯蔵部は、スクリーンが適切に形成される場合、免除されてよい。自動車のタンク内のスロッシング運動は、加速、制動時の加速度に基づく運転中に、または角を曲がる運転中に誘発される。

粗フィルタおよび／またはスクリーンは、加熱エレメントに対して、それと熱伝導接触状態にあるように固定されることが好ましい。

タンク内における還元剤の充填レベルを決定することができる少なくとも１つのレベルセンサ電極がサクションパイプ上に固定される場合、「好適な」供給装置はまた、特に有利である。

例えば、単一のポイントのようなまたはボタンのようなレベルセンサ電極は、還元剤タンク内の予備充填レベルまで届かなかったかどうか決定することができる。２つのポイントのようなまたはボタンのようなレベルセンサ電極が設けられる場合、加えて、還元剤タンクの満杯に対応する還元剤タンクの充填レベルがあるかどうか決定することができる。システムの充填レベルは、排ガスシステム内に吹き込まれる還元剤の量をモニタするソフトウェアを用いて、２つのレベルセンサ電極間の領域において確立されることができる。還元剤タンクの充填レベルを直接連続的に決定する細長いレベルセンサ電極もまた、設けられることができる。レベルセンサ電極は、通常、還元剤の導電性によって充填レベルを測定することができる。

（単一のポイントのようなまたはボタンのような）レベルセンサ電極は、供給装置の金属ハウジングに取り付けられることもできる。金属ハウジングは、その後、少なくとも一部は、還元剤のためのタンク装置の内部に配置される。タンク装置は、還元剤が金属ハウジングの周辺にも存在するまで、還元剤で満たされることができる。タンク装置のこの種の充填レベルは、供給装置の金属ハウジング上に取り付けられるレベルセンサ電極を用いて、決定されることもできる。

加熱エレメントがＰＴＣ（正の温度係数）加熱エレメントである場合、「好適な」供給装置はまた、特に有利である。

ＰＴＣ加熱エレメントは、ＰＴＣ熱導体に基づく。この種の熱導体は、特定の温度からその電気抵抗を著しく増やす。ＰＴＣ加熱エレメントは、したがって、特定の加熱温度に順応する。この場合、正確に１つのＰＴＣ加熱エレメントだけが、サクションパイプに沿って設けられて、必要に応じて供給装置を能動的に加熱することが好ましい。

必要な加熱の効果は、おそらく、少なくとも一部は、作動中におけるポンプの廃熱、弁、フィルタ等によって支援されてもよい。

サクションパイプが内側のコンジットパイプおよび外側の支持パイプを含み、そこにおいて、加熱エレメントがコンジットパイプと支持パイプとの間に配置される場合、「好適な」供給装置はまた、特に有利である。

一方で、内側のコンジットパイプを囲むこの種の外側の支持パイプおよび加熱エレメントは、ハウジングから突出しているサクションパイプの機械的強度を増加させる。他方で、サクションパイプの円筒状の外形は、選択されることができる。但し、コンジットパイプに加えて加熱エレメントもまた、サクションパイプ内に設けられる。

サクションパイプの全部品は、金属でできていることが好ましく、および、構成要素間での効率的な熱交換が可能であるように、そして加熱エレメントからの熱が外側の支持パイプへ容易に移されるように、相互間の金属接触ポイントを有することが好ましい。外側の支持パイプは、通常、タンク内の周辺の還元剤と接触して、したがって、この還元剤を加熱することができる。

さらにまた、タンク装置は、タンク開口部を有する還元剤タンク、および本明細書に記述されている「好適な」供給装置を含む。そこにおいて、タンク開口部は供給装置によって閉じられ、そして、サクションパイプは還元剤タンクの基部に向かって延びる。

還元剤用のタンク装置は、還元剤がタンク装置から跳ね出る（ｓｌｏｓｈ ｏｕｔ）ことができないように、作動中は閉じなければならない。同時に、還元剤タンクは、それを通してタンクが清掃可能な充分なサイズの閉鎖可能な開口部を有しなければならない。還元剤には、通常、粒子が含まれて、還元剤タンクを汚染する場合があることは、すでに上述された。供給装置のハウジングと同時にタンクのこの開口部を閉じることは、特に技術的に単純に、そして特にスペースをとらない方法で達成することができる。

タンクの開口部は、サクションパイプの吸入端部がタンクの基部の近くに、特に、タンクの基部と接触しないで位置するように、供給装置のハウジングによって閉じられることが好ましい。吸入端部を受け入れるための別のサポートが、タンクの基部に設けられることもでき、そして、例えば、自動車の運転中に例えば加速度によって生じるサクションパイプ上の力を奪う（ｔａｋｅ ｕｐ）ことができる。還元剤のためのタンクは、プラスチック材料から製造されることが好ましい。ハウジングによって閉じられるタンクの開口部は、ねじ込みプラグを備えてよい。そこにおいて、ハウジングは、対応するねじと共に形成されてよい。加えて、シールは開口部に設けられてよい。前記シールは、開口部内へのハウジングの挿入によって締め付けられ、したがって、開口部をハウジング内にシールする。

ハウジングの５０％以上がタンクの開口部の下方に配置される場合、タンク装置もまた好ましい。可能であれば、供給装置のハウジングの最高８０％でさえ、そして特に最高ほぼ１００％でさえ、タンクの開口部の下方に配置されなければならない。

供給装置のハウジングのこの配置は、還元剤タンクおよびハウジングの特にスペースをとらない配置を可能にする。還元剤タンクが利用できる取付け空間は、還元剤タンク自体によって完全に満たされることができる。このタンクの容量は、還元剤に利用でき、そして、ただ供給装置の容量だけが差し引かれなければならない。完全に充填されたタンクについては、還元剤がハウジングの周辺に存在する程度までさえ、タンクは満たされてよい。タンク内における供給装置のハウジングのこの配置については、ハウジングが、サクションパイプと共に、金属ベースプレートと熱伝導方法で接続される場合、それは特に有利である。（金属）ハウジングから始まって、還元剤タンク内に存在する一面の氷を通して溶解することも、その後可能である。これは、ハウジングのレベルでのタンク内の還元剤の充填レベルによって達成される。ハウジングおよびタンクの開口部が丸い場合、それは特に有利である。ハウジングによる還元剤タンクの閉鎖は、できるだけきつくなければならない。ハウジングとタンクの開口部との間の丸くて平坦な接触面は、通常、特にコスト効率のよいきつい接続を生じることを可能にする。

「好適な」供給装置は、おそらく、２つの異なる直径を有する抽出パイプとして記述されてもよい。そこにおいて、加圧液体還元剤を提供するためのすべての構成要素は、集積される。サクションパイプの直径は、抽出パイプの直径を表す。ハウジングの直径は、抽出パイプの直径の２倍である。必要な機能的構成要素（例えばポンプ、ライン、フィルタ等）は、ハウジングのより大きい直径内に容易に置かれることができる。２つの異なる直径を有する抽出パイプ（そこにおいて、加圧液体還元剤を提供するためのすべての構成要素が集積される）は、すでに記述された特徴の独立した発明でもある。本発明は、もちろん、本明細書に記述されている「好適な」充填装置のすべての好ましい実施形態と組み合わされることができる。

サクションパイプがタンク装置の基部の凹所内に位置する吸入端部を有する場合、タンク装置はまた、特に有利である。還元剤がタンクの最下位点で吸い込まれる場合、それは通常、特に有利である。なぜなら、タンクは、その後完全に実際に空になることができ、そしてタンクの全容量が利用されることができるからである。同時に、タンクの基部の凹所は、サージ貯蔵部として作用することができる。そしてそれは、タンク内のスロッシング運動の場合でさえ、還元剤がサクションパイプの吸入端部の周辺に常に存在することを確実にする。

特に、本発明は、窒素酸化物の選択接触還元を実施するように設計された排ガスシステムを有する内燃機関を備えた自動車において用いられる。そこにおいて、自動車は、本明細書に記述されているタンク装置および／または「好適な」供給装置を備える。

供給装置のために記述されている実施形態および利点は、自動車に、本発明による方法に、そしてタンク装置に、同様の方法で移転することができる。同じことは、タンク装置のために示される利点および実施形態にあてはまる。そしてそれは、「好適な」供給装置に、本発明による方法に、そして自動車に移転可能である。本発明による方法のために、そして自動車のために記述されている利点および実施形態は、「好適な」供給装置に、そしてタンク装置に移転可能である。

本発明および発明の技術分野は、図を参照して以下により詳細に説明される。図は、特に好適な例示的実施形態を示すが、本発明はそれに制限されない。図および示される特にプロポーションは、概略的のみである点がさらに注意される。
図１は、供給装置の斜視図を示す。 図２は、供給装置の第１の異型による断面図を示す。 図３は、さらなる供給装置によるさらなる断面図を示す。 図４は、供給装置のさらなる実施形態による断面図を示す。 図５は、供給装置のまださらなる実施形態による断面図を示す。 図６は、供給装置を含むタンク装置を有する自動車を示す。 図７は、本発明による方法のための戻し弁を示す。

供給装置１は、図１に例示される。供給装置１は、金属ハウジング６および金属サクションパイプ４を備える。粗フィルタ１６は、サクションパイプ４の吸入端部１８に設けられ、そしてスクリーン１７を備える。ハウジング６は、フランジ１２を備え、それによってハウジング６は、例えばタンク装置上の対応するフランジに対してシールされ得る。カバー１５もまたハウジング６に設けられる。前記カバーは、開けることができ、そして例えば前記カバーを通じて供給装置１を維持することができる。例えば、供給装置１におけるフィルタ（ここでは図示されない）は、カバー１５を通じて交換可能である。

図２は、供給装置１による断面図を示す。この場合もまた、ハウジング６およびサクションパイプ４は示され得る。金属ベースプレート７は、ハウジング６内に設けられる。供給装置のベースコンポーネントは、前記金属ベースプレート上に固定される。（金属）フィルタハウジング１３および戻し弁２０は、図２において構成要素として示され得る。フィルタ１４はまた、フィルタハウジング１３内に含まれる。フィルタハウジング１３への直接のアクセスは、ハウジング６のカバー１５を通じて可能である。したがって、フィルタ１４は、迅速かつ容易に交換可能である。有利な実施形態において、フィルタハウジング１３は、カバー１５が開いているときでも、フィルタハウジング１３の内室がハウジング６の内室に関しても閉じるというような方法で、ハウジング６に対してシールされる。還元剤は、したがって、フィルタ１４が交換されるとき、それが着いてはならないハウジング６の位置に着くのを防止される。フィルタ１４は、通常、供給装置の中で最も頻繁にメンテナンスを必要とする構成要素であるので、カバー１５を通じてフィルタ１４の交換が可能であることは、特に有利である。

供給装置１の異型において、フィルタ１４は、フィルタカートリッジとして形成されることができる。供給装置１およびフィルタ１４は、各々、フィルタ１４が取り付けられるときに、フィルタ１４と供給装置１との間の少なくとも１つの流体接続を生成するコネクタエレメントを含んでよい。コネクタエレメントは、フィルタ１４が供給装置１から取り外されるとすぐにフィルタ１４および供給装置１が液密状に閉じるというような方法で、さらに形成されてよい。フィルタ１４が供給装置１から取り外されるときに、還元剤は供給装置１からまたはフィルタ１４から逃げないことが、したがって確実にできる。この種の実施形態において、フィルタ１４は、安全にかつ確実に交換されることができる。

補償エレメント３６もまた、カバー１５に設けられることができる。この種の補償エレメント３６は、供給装置１が凍結によって損傷を受けないように、凍結プロセス中に還元剤の膨張を補償するために、例えば、弾力性のある充填材として（例えば多孔性ゴムとして）形成されてよい。

供給装置１の有利な実施形態において、フィルタ１４を除くフィルタ装置１のすべての構成要素は、それらが供給装置１の実用寿命中に交換される必要がなく、そして、フィルタ装置１の（カバー１５を除く）ハウジング６は、堅固に、永続的に、そして破壊されずには開くことができないように形成されるというような方法で、形成されて、寸法取りされる。

ハウジング６は、ハウジング６を例えば還元剤タンクに取り付けるためのフランジ１２を備えることも示され得る。圧力ラインコネクタ５は、ハウジング６の上部に設けられる。加圧還元剤にとって、前記圧力ラインコネクタを通じて供給装置１から移送されることが可能である。圧力ラインコネクタ５は、金属ベースプレート７上に直接設けられることができ、または、金属ベースプレート７が鋳物部品として形成される場合にはその上に一体的に鋳造されることができる。圧力ラインコネクタ５と金属ベースプレート７との間の非常に良好な熱伝達は、したがって達成可能である。圧力ラインコネクタ５は、その後、金属ベースプレート７によって受動的に（熱伝導によって）加熱されることができる。圧力ラインコネクタ５は、良好な熱伝導材料から製造されることが好ましい。圧力ラインコネクタ５は、アルミニウムまたはステンレス鋼から製造されることが好ましい。戻りライン２１は、ハウジング６から下方へ延びる。戻し弁２０が開かれる場合、還元剤は、戻りライン２１を通じて供給装置１から還元剤タンク内に戻されることができる。

サクションパイプ４は、内側のコンジットパイプ２５および外側の支持パイプ２６から成る。（単一のＰＴＣ）加熱エレメント２４は、内側のコンジットパイプ２５と支持パイプ２６との間に設けられて、サクションパイプ４に沿ってハウジング６またはフィルタハウジング１３内に延びる。レベルセンサ電極２２もまた、サクションパイプ４上に設けられる。前記レベルセンサによって、還元剤の充填レベルを決定することが可能である。図２によれば、スクリーン１７を含む粗フィルタ１６もまた、サクションパイプ４の吸入端部１８上に設けられる。

内側フィルタハウジング４０は、通常、加熱エレメント２４を収容するために、サクションパイプ４の外側の支持パイプ２６の延長上においてフィルタハウジング１３内にある。通例、内側フィルタハウジング４０と内側のコンジットパイプ２５との接続ポイント３９は、供給装置１の液密性にとって、非常に重要である。この接続ポイント３９は、ハンダ付けまたはレーザー溶接のいずれか、および／または少なくとも１つのＯ−リングシールとともに形成されなければならない。さもなければ作動中に還元剤が供給装置１のハウジング６に浸透し得るので、この接続ポイント３９の液密性は必要である。接続ポイント３９がハンダ付けまたはレーザー溶接である場合、加熱エレメント２４は、組み立て後、損害なく供給装置１にアクセスすることは不可能である。接続ポイント３９がＯ−リングシールとともに形成される場合、供給装置１の加熱エレメント２４は、交換されることができる。

この場合に示される供給装置１の実施形態において、還元剤は、半径方向孔３７を通してサクションパイプ４の吸入端部１８で吸い込まれる。半径方向孔３７は、外側の支持パイプ２６、内側のコンジットパイプ２５およびストッパ３８を通って延びる。ストッパ３８は、外側の支持パイプ２６および内側のコンジットパイプ２５を吸入端部１８の下部領域において互いに接続して、外部環境に関して外側の支持パイプ２６と内側のコンジットパイプ２５との間のギャップを同時にシールする。複数の半径方向孔３７は、吸入端部１８に設けられることができる。ストッパ３８は、好ましくは金属であり、内側のコンジットパイプ２５および外側の支持パイプ２６に対してハンダ付けまたは溶接されることが好ましい。

図３は、供給装置１によるさらなる断面図を示す。この断面は、図２に示すハウジング６の３−３線によってとられたものである。金属ベースプレート７は、図３においてハウジング６内に示され得る。前記金属ベースプレート上には、ポンプ８、戻し弁２０、圧力センサ１９およびフィルタハウジング１３が設けられる。ダクト９は、金属ベースプレート７内に設けられる。それにより、ポンプ８、圧力センサ１９、フィルタハウジング１３および戻し弁２０の間の流体接続が生成される。フィルタ１４は、フィルタハウジング１３内に配置される。上から見ると、サクションパイプ４および加熱エレメント２４は、フィルタハウジングの内側に示され得る。システムの個々の構成要素（例えば、フィルタハウジング１３、ハウジング６またはサクションパイプ４）は、接触面２９を介して熱伝導接触状態にある。熱は、接触面２９を介して、１つの構成要素から次の構成要素へ移動することもできる。システムの構成要素が、設計の結果として互いに少し離れて配置される場合、熱ブリッジ３０を介して熱伝導接続を生成することも可能である。この種の熱ブリッジ３０は、この場合、例として金属ベースプレート７とポンプ８との間に示される。

図４および図５は、供給装置１のさらなる好ましい実施形態による断面図を示す。ハウジング６、圧力ラインコネクタ５、フィルタハウジング１３、カバー１５、フランジ１２および戻し弁２０は、両図に示され得る。内側のコンジットパイプ２５、外側の支持パイプ２６および加熱エレメント２４を有するサクションパイプ４もまた示され得る。スクリーン１７を含む粗フィルタ１６は、図４および図５による両実施形態において、サクションパイプ４の吸入端部１８に設けられる。

特殊機能として、図４による実施形態は戻りライン２１を含む。そしてそれは、粗フィルタ１６とサクションパイプ４との間のギャップ内に導く。還元剤が戻りライン２１を通って戻るときに、粗フィルタ１６は、戻りライン２１のこの特定の案内の結果として、内側から洗い落されることができる。供給装置１の長い作動期間を越えてさえ、粗フィルタ１６の特に良好な透過性は、したがって確実である。

図５による実施形態は、特殊機能として細長いレベルセンサ電極２２を含む。その結果、還元剤タンクの充填レベル２３は、連続的に決定されることができる。さらに、図５による実施形態において、フィルタ１４は、サクションパイプ４の吸入端部１８で、粗フィルタ１６とサクションパイプ４との間のギャップ内に設けられる。フィルタハウジング１３のフィルタ１４は、したがって回避することができる。図５によるシステムは、したがって、特にコスト効率がよい。還元剤タンク内において吸入端部１０の下方に開口部が付加的に設けられる場合、フィルタ１４は、供給装置１がカバー１５を介して開けられなければならないことなしで、非常に容易に交換されることができる。タンクにおける下方からの開口部はまた、タンク内に形成される堆積物が非常に容易にタンクから取り除かれることができる効果がある。

図２、図４および図５による供給装置の実施形態の異なる特徴は、本発明の範囲内における技術的に可能な任意の方法において組み合わせることができる。

内燃機関３５および排ガスシステム３３を含む自動車３４は、図６に示される。排ガスシステム３３において、還元剤は、インジェクタ３２を介して供給される。排ガスシステム３３は、選択接触還元を実施するために設けられる。自動車３４は、タンク装置２７を備え、タンク装置２７内には供給装置１が配置される。供給装置１は、タンク装置２７の還元剤タンク２の開口部１０を閉じる。そこにおいて、供給装置１のフランジ１２は、対応するカウンタフランジで開口部１０に取り付く。カバー１５、サクションパイプ４、粗フィルタ１６、戻りライン２１およびハウジング６は、図６において供給装置１上に示し得る。レベルセンサ電極２２はまた、サクションパイプ４上に固定されて、還元剤タンク２内の充填レベル２３を決定することができる。還元剤タンク２は、タンク底部１１を備える。そしてそれは、タンクが実際に完全に空にされることができるように、サクションパイプ４の吸入端部１８の領域に凹所２８を備える。タンクヒータ３１は、還元剤タンク２内に設けられることができて、供給装置１を介する加熱に加えて、タンク内の還元剤を加熱することができる。例えば、還元剤タンク２内の還元剤は、冷水を用いてこの種の方法で加熱されることができる。ライン３は、供給装置１の圧力ラインコネクタ５に取り付けられ、そして加圧還元剤は、前記ラインを通って、供給装置１から排ガスシステム３３内へのインジェクタ３２へ供給される。

好ましくは互いに同心的に傍らに配置される２つの平行なＯ−リングシールから成る二重Ｏ−リングシールは、通常、供給装置１のフランジ１２とタンク装置２７の還元剤タンク２の開口部１０との間に設けられる。この種の二重Ｏ−リングシールは、供給装置１と還元剤タンク２との間の接続（この接続が還元剤タンク２の最大充填レベル２３の下方に位置する場合であっても、）をシールすることを可能にする。還元剤タンク２は、開口部１０の領域において一般に金属から成る。Ｏ−リングシールを用いたシーリングは、したがって、２つの金属表面間に達成される。金属表面は、通常、プラスチック材料の表面に比べてより正確に製造されることができる。対応する強固なシーリングは、したがって、二重Ｏ−リングシールとともにここに達成されることができる。供給装置１および還元剤タンク２は、ＳＡＥねじ込接続による開口部１０での接続であることが好ましい。

図７は戻し弁２０を示す。それによって、本発明による方法は、特に有利な方法で実施されることができる。戻し弁２０は、バルブ本体４１を含む。そしてそれは、スプリングエレメント４２によって停止部４３に対してバイアスされる。バイアス状態において、戻し弁２０は閉じている。加えて、戻し弁２０は、コイル４４を有する。それによって、バルブ本体４１は、スプリングエレメント４２の作動に対して、閉鎖位置から開放位置に移動することができる。

供給装置およびタンク装置は、特に単純なおよびコスト効率のよい方法で造られて、還元剤の供給中に、高いレベルの安全性および高いレベルの信頼性を同時に許容する。これらは、したがって、先行技術と比較して相当な前進を構成する。

１…供給装置
２…還元剤タンク
３…ライン
４…サクションパイプ
５…圧力ラインコネクタ
６…ハウジング
７…ベースプレート
８…ポンプ
９…ダクト
１０…開口部
１１…底部
１２…フランジ
１３…フィルタハウジング
１４…フィルタ
１５…カバー
１６…粗フィルタ
１７…スクリーン
１８…吸入端部
１９…圧力センサ
２０…戻し弁
２１…戻りライン
２２…レベルセンサ電極
２３…充填レベル
２４…加熱エレメント
２５…コンジットパイプ
２６…支持パイプ
２７…タンク装置
２８…凹所
２９…接触面
３０…熱ブリッジ
３１…タンクヒータ
３２…インジェクタ
３３…排ガスシステム
３４…自動車
３５…内燃機関
３６…補償エレメント
３７…半径方向孔
３８…ストッパ
３９…接続ポイント
４０…内側フィルタハウジング
４１…バルブ本体
４２…スプリングエレメント
４３…停止部
４４…コイル

Claims (6)

1. 還元剤タンク（２）の内部において還元剤タンク（２）に取り付けられる、還元剤のための供給装置（１）を加熱する方法であって、前記供給装置は、戻し弁（２０）を備え、前記戻し弁は、開放電流が当該戻し弁（２０）に供給されるときに開放され、加熱電流が当該戻し弁（２０）に供給されるときに閉鎖状態においてヒーターとして作動し、前記加熱電流は、前記開放電流よりも小さい、方法。
2. 前記戻し弁（２０）は、前記供給装置（１）の金属ベースプレート（６）と熱伝導接触状態にある、請求項１に記載の方法。
3. 前記戻し弁（２０）は、前記供給装置（１）のハウジング（７）と熱伝導接触状態にある、請求項１または２に記載の方法。
4. 少なくとも前記開放電流または前記加熱電流は、供給電圧からパルス幅変調によって発生する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記戻し弁（２０）は、バルブ本体（４１）およびスプリングエレメント（４２）を備え、閉鎖状態において、前記バルブ本体（４１）は、前記スプリングエレメント（４２）によって停止部（４３）に対してバイアスされる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記加熱電流は、前記開放電流よりも少なくとも１０％小さい、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
   

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