МОДУЛЬНАЯ БАКОВАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЖИДКОГО ВОССТАНОВИТЕЛЯ СО СБОРНИКОМ
MODULAR TANK SYSTEM FOR LIQUID REDUCING AGENT WITH HEADER

Настоящее изобретение относится к модульной баковой системе для жидкого восстановителя со сборником, состоящей из трех модулей.
В связи с ужесточением норм на предельно допустимые показатели выброса вредных веществ с отработавшими газами (ОГ), образующимися при работе двигателей внутреннего сгорания (ДВС), постоянно возрастают объемы, в которых на автомобилях используют системы селективного каталитического восстановления (СКВ-системы). Такие СКВ-системы предполагают использование восстановителя, для хранения запаса которого прежде всего в жидком виде, а именно: в виде водного раствора мочевины, требуется отдельный бак. Вместимость бака для хранения запаса восстановителя должна преимущественно составлять от 3 до 10 л, а на грузовых автомобилях - даже до 150 л. Поэтому прежде всего при последующей интеграции СКВ-системы в автомобиль в рамках его дооборудования такой системой требуются баки, которые по своей форме должны допускать возможность их индивидуального согласования с имеющимися пространственными условиями, которые значительно разнятся у автомобилей разных типов и марок.
Баки для жидкого восстановителя обычно имеют заборную трубку, которая позволяет отбирать через нее из бака жидкий восстановитель и которая проходит от верхней части бака внутрь него, что обеспечивает возможность максимально полного опорожнения бака и одновременно возможность размещения уплотнений, необходимых для фиксации заборной трубки в стенке бака, по возможности вне его заполненной восстановителем части. Помимо этого заборная трубка обычно снабжена нагревательным устройством, которое позволяет при необходимости расплавлять по меньшей мере небольшой объем замерзшего восстановителя и подавать его по заборной трубке из бака.
Заборная трубка прежде всего и с учетом возможного замерзания восстановителя обладает достаточным запасом прочности и благодаря этому на протяжении многих лет эксплуатации сохраняет свою полную работоспособность. Заборную трубку при этом следует прежде всего выполнять достаточно жесткой с тем, чтобы ее положение в баке оставалось фиксированным. По причине применения подобных СКВ-систем на автомобилях компоненты указанной баковой системы должны быть компактными и прежде всего должны допускать возможность гибкой компоновки из них баковой системы с учетом особенностей их расположения в автомобиле.
Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача по меньшей мере частично решить проблемы, рассмотренные выше в описании уровня техники. Задача изобретения состояла прежде всего в разработке модульной баковой системы, которая благодаря ее изготовлению из различных модулей позволяла бы исключительно гибко согласовывать ее с конструктивными особенностями различных автомобилей. Подобная модульная баковая система имеет далее сборник, который прост и экономичен в изготовлении, имеет малую массу, рассчитан на стабилизацию положения заборной трубки и положительно влияет на сам отбор восстановителя из бака. При этом прежде всего путем пространственно гибкого размещения заборной трубки должна обеспечиться возможность универсального применения сборника в максимально возможном количестве различающихся между собой своей формой баков, что исключило бы необходимость в дорогостоящем индивидуальном конструировании отдельных компонентов для баков различной формы.
Указанные задачи решаются с помощью модульной баковой системы, заявленной в п.1 формулы изобретения. Различные предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения. Необходимо отметить, что представленные по отдельности в пунктах формулы изобретения отличительные особенности изобретения могут использоваться в любом технически целесообразном сочетании друг с другом и могут образовывать другие варианты осуществления изобретения. Изобретение более подробно рассмотрено в последующем описании, прежде всего во взаимосвязи с прилагаемыми к нему чертежами, в котором представлены также другие варианты осуществления изобретения.
В соответствии с этим в настоящем изобретении предлагается модульная баковая система для жидкого восстановителя, состоящая из по меньшей мере трех модулей, а именно: из первого модуля, образованного баком с первым отверстием и вторым отверстием, из второго модуля, образованного крышкой для крепления в ней по меньшей мере одной заборной трубки, и из третьего модуля, образованного сборником, при этом крышка расположена в первом отверстии, а сборник расположен во втором отверстии и крышка и сборник пространственно фиксируют заборную трубку.
Первое отверстие и второе отверстие бака при этом прежде всего выполнены круглыми, благодаря чему возможно проворачивание крышки, соответственно сборника относительно бака. Помимо этого в крышке расположена по меньшей мере одна заборная трубка, которая проходит начиная от крышки в бак и входит в расположенный прежде всего напротив нее сборник.
Расположение сборника и крышки напротив друг друга в данном случае означает, в частности, что они могут располагаться также под углом друг относительно друга, прежде всего и в соседних частях стенки бака.
Второй модуль и прежде всего также крышка в предпочтительном варианте выполнены составными и наряду с заборной трубкой могут служить для крепления и размещения в них и иных компонентов, в первую очередь для крепления и размещения возвратного трубопровода, по которому избыточный, соответственно не израсходованный восстановитель может возвращаться из трубопроводов СКВ-системы обратно в бак, а также для крепления и размещения датчиков и при необходимости управляющей, соответственно измерительной электроники. Заборная трубка в предпочтительном варианте закреплена в крышке таким образом, что для введения заборной трубки в сборник требуется совершить только трансверсальное движение. Крышка имеет прежде всего вращаемый относительно заборной трубки крепежный элемент, позволяющий соединить крышку с баком, например, по резьбе. В соответствии с этим в сборник, с одной стороны, можно также вводить некруглые заборные трубки или же, с другой стороны, совместно можно также вводить несколько компонентов. Крышка имеет далее по меньшей мере одну уплотняющую поверхность для уплотнения бака относительно окружающего его пространства. У крышки прежде всего предусмотрены две уплотняющие поверхности, которые выполнены на разных диаметрах по всей окружности. Помимо этого крышка имеет по меньшей мере одно металлическое кольцо, которое в предпочтительном варианте залито в материал крышки при ее изготовлении. Такое металлическое кольцо пригодно прежде всего для стабилизации круглости и плоскостности уплотняющих поверхностей крышки и придания ей выносливости. Аналогичное металлическое кольцо в предпочтительном варианте предусмотрено также в первом отверстии бака, соответственно в крепежном элементе крышки.
Сборник рассчитан на размещение и фиксацию в нем конца заборной трубки, аналогично которой в него могут входить и иные проходящие через бак элементы, расположенные прежде всего в крышке.
Пространственная фиксация заборной трубки обеспечивается прежде всего благодаря тому, что заборная трубка после закрепления крышки и сборника на баке уже не может перемещаться содержащимся в нем жидким восстановителем (в результате возникающих при движении автомобиля сотрясений или под действием иных аналогичных факторов). Заборная трубка прежде всего и при замерзании восстановителя должна неизменно оставаться в своем положении. При соблюдении этого условия исключается возникновение внутренних напряжений прежде всего в крышке и баке в результате отклонения заборной трубки от своего положения, которые могут привести к нарушению герметичности бака, соответственно к повреждению компонентов (бака, крышки, датчиков, трубопроводов и электрики).
Модульная конструкция подобной баковой системы позволяет комбинировать между собой модули различных модификаций, при этом прежде всего обеспечивается возможность использовать неизменные второй и третий модули в сочетании с имеющими различное исполнение первыми модулями, образованными баком, и компенсировать с помощью самих этих второго и третьего модулей возможные различия в их положении в баке. Тем самым не только удается значительно сократить количество разнообразных деталей при одновременно широких возможностях по согласованию баковой системы с конкретными пространственными условиями на автомобилях, но и обеспечивается также надежная фиксация заборной трубки, а тем самым и продолжительный отбор восстановителя во всех рабочих режимах.
В одном из предпочтительных вариантов в сборнике находится самая нижняя точка бака. Сказанное означает, в частности, что при практически полном опорожнении бака сборник вмещает в себя оставшийся объем восстановителя и тем самым позволяет по меньшей мере почти полностью опорожнить бак через заборную трубку.
В еще одном предпочтительном варианте сборник выполнен в виде отдельной пластмассовой детали. При (предпочтительном) изготовлении бака из пластмассы сборник предпочтительно должен изготавливаться из аналогичного или того же материала. В качестве возможных материалов для изготовления из них сборника и/или бака, кроме того, предпочтительны прежде всего алюминий и высококачественная сталь. Пластмасса в качестве технического материала способна даже длительно контактировать с водным раствором мочевины без проявления признаков износа. По сравнению с металлическими баками сборник и/или бак из пластмассы экономичнее в изготовлении и имеют/имеет меньшую массу.
В одном из особых вариантов сборник неразъемно соединен с баком сваркой. Подобное соединение экономично в изготовлении и обычно обладает максимально возможной герметичностью. Соединение такого типа пригодно для применения прежде всего при изготовлении бака. Однако в этом случае положение сборника относительно крышки оказывается фиксированным и в последующем может быть изменено лишь при условии высоких затрат.
В еще одном предпочтительном варианте сборник имеет профильные структуры, ограничивающие подвижность в нем жидкого восстановителя. Сказанное означает, в частности, что практически полностью исключается, соответственно снижается обусловленная движением автомобиля подвижность восстановителя в баковой системе. Сборник при этом прежде всего выполнен такого объема, что он в отличие от бака может вмещать лишь очень малый объем восстановителя и прежде всего имеет емкость, которая составляет менее 5%, наиболее предпочтительно менее 1%, от емкости бака. Столь лишь небольшой объем восстановителя содержится в части, "экранированной" от внешних по отношению к ней потоков восстановителя в баке, и поэтому заборная трубка может подавать восстановитель без включений воздуха или иных помех. Одновременно с этим таким путем должно обеспечиваться создание условий, при которых возможно предусмотренные измерительные преобразователи способны определять обычно достоверные данные о восстановителе, прежде всего касательно его температуры, плотности, коэффициента отражения или показателя преломления, электропроводности и звукопередачи. Такие показатели, характеризующие восстановитель, не должны искажаться из-за его движений.
Тем самым профильные структуры в сборнике практически полностью исключают обмен восстановителя между сравнительно малым объемом сборника и объемом бака и помимо этого секционируют объем сборника таким образом, что и в нем практически полностью предотвращается возникновение потоков восстановителя.
В следующем предпочтительном варианте сборник имеет установочное отверстие под заборную трубку, пригодное для ее фиксации под углом относительно дна бака в пределах от 45 до 90°. Угол между заборной трубкой и дном бака при этом всегда составляет 90° или менее и измеряется между средней осью заборной трубки и той частью дна бака, где закреплен сборник. Подобное выполнение крепления заборной трубки и прежде всего выполнение первого и второго отверстий в баке круглыми позволяет с использованием стандартизованных крышек и сборников изготавливать баки самой разнообразной формы и варьировать положение крышки и сборника. Тем самым предлагаемый в изобретении сборник пригоден для применения в практически всех, в том числе и дополнительно устанавливаемых на автомобили СКВ-системах.
Благодаря выполнению обоих отверстий в баке для установки в них крышки и сборника прежде всего круглой формы обеспечивается возможность установки сборника и крышки обычно в выровненном друг относительно друга параллельно одной плоскости положении и тем самым возможность надежной фиксации заборной трубки.
В следующем предпочтительном варианте сборник имеет установочное отверстие под заборную трубку, образующее с ней пригнанную посадку. Такую пригнанную посадку необходимо рассчитывать, с одной стороны, с учетом обеспечения требуемых крепежных усилий, а с другой стороны, с учетом прочности заборной трубки и крепления сборника, а также с учетом усилий, возникающих при монтаже заборной трубки. Подобную пригнанную посадку следует прежде всего выполнять в виде посадки с натягом, переходной посадки или посадки с небольшим зазором. Тем самым при выполнении пригнанной посадки в виде переходной посадки, соответственно в виде посадки с небольшим зазором заборная трубка может удлиняться прежде всего вглубь сборник. Такое выполнение пригнанной посадки может потребоваться при выполнении баков особо жесткими для компенсации механических напряжений, возникших вследствие теплового расширения заборной трубки или самого бака.
В следующем предпочтительном варианте сборник имеет установочное отверстие под заборную трубку, имеющее фаску, позволяющую вдвигать в него заборную трубку. Такая фаска служит при этом прежде всего для облегчения и повышения надежности монтажа заборной трубки в сборнике и позволяет избежать повреждений заборной трубки или крышки при их монтаже.
В еще одном предпочтительном варианте установочное отверстие сборника под заборную трубку выполнено таким образом, что обеспечивается достаточно надежная фиксация заборной трубки без необходимости использовать для этого всю длину установочного отверстия сборника. Установочное отверстие сборника под заборную трубку прежде всего имеет длину по меньшей мере 50 мм, предпочтительно по меньшей мере 150 мм. Указанные значения длины установочного отверстия приведены при этом без учета длины упомянутой выше фаски. Подобное выполнение установочного отверстия под заборную трубку прежде всего позволяет использовать заборные трубки разной длины, соответственно баки с разными расстоянием и углом между его первым и вторым отверстиями. При этом, однако, следует прежде всего учитывать тот факт, что заборная трубка должна входить в сборник на такую глубину, при которой возможна подача гидравлически успокоенного восстановителя.
В одном из особенно предпочтительных вариантов выполнения предлагаемой в изобретении модульной баковой системы сборник выполнен цельным. Термин "цельный" в данном контексте прежде всего означает, что сборник состоит из по меньшей мере неразъемно соединенных между собой (соединенных между собой присадочным материалом) компонентов или может изготавливаться в одну стадию, например, литьем (из пластмассы литьем под давлением). Однако сборник прежде всего можно также выполнять составным из двух частей, при этом сборник и профильные структуры изготовлены главным образом из разных материалов.
В изобретении предлагается также сборник прежде всего для применения в предлагаемых в изобретении модульных баковых системах для жидкого восстановителя.
Еще одним объектом изобретения является автомобиль с предлагаемой в изобретении модульной баковой системой.
Ниже изобретение, а также необходимые для его реализации технические средства более подробно рассмотрены со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи. Необходимо отметить, что на этих чертежах представлены особенно предпочтительные варианты осуществления изобретения, которые, однако, не ограничивают его объем. На всех чертежах одни и те же детали и элементы обозначены одинаковыми позициями. На прилагаемых к описанию (схематичных) чертежах, в частности, показано:
на фиг.1 - вид сбоку автомобиля с баком,
на фиг.2 - вид в первом разрезе выполненного по первому варианту сборника,
на фиг.3 - вид во втором разрезе выполненного по первому варианту сборника и
на фиг.4 - вид сборника, расположенного в баке.
На фиг.1 в предельно упрощенном схематичном виде сбоку показан автомобиль 17 с модульной баковой системой 26, состоящей из по меньшей мере трех модулей, а именно: из первого модуля 4, образованного собственно баком (емкостью) 2, имеющим первое отверстием 5 и расположенное напротив него второе отверстие 6, а также из второго модуля 7, образованного крышкой 8, к которой в показанном на чертеже варианте подведены заборная трубка 9, питающий (заборный) трубопровод 19 и возвратный трубопровод 20, а также электропроводка 21, предназначенная прежде всего для подвода электроэнергии к возможно предусмотренным датчикам, соответственно к необходимой управляющей и измерительной электронике. Помимо этого модульная баковая система с баком 2 имеет третий модуль 10, образованный сборником 1. Сборник 1 расположен при этом в зоне дна 13 бака во втором отверстии 6, которое расположено в баке 2 напротив его первого отверстия 5, и поэтому заборная трубка 9 может проходить от крышки 8 до сборника 1 и входить в него. Между дном 13 бака и средней осью 25 заборной трубки 9 образован угол 15, который более подробно рассмотрен ниже со ссылкой на последующие чертежи. Бак 2 имеет объем 23, а сборник 1 имеет объем 24, который меньше объема 23 бака.
На фиг.2 схематично в первом виде сбоку и в разрезе показан сборник 1, при этом в третий модуль 10 баковой системы с баком 2, т.е. в сборник 1, входит заборная трубка 9. В сборнике 1 находится самая нижняя точка 11 бака 2, и поэтому через заборную трубку 9 возможно практически полное опорожнение бака 2. Помимо этого сборник 1 секционирован профильными структурами 14, которые одновременно образуют установочное отверстие 12 для размещения и фиксации в нем заборной трубки 9 и которые должны значительно ограничивать, соответственно полностью исключать возникновение потоков восстановителя 3. В боковых стенках сборника 1 предусмотрены, кроме того, отверстия 18, через которые восстановитель 3 может перетекать из объема 23 бака 2 в объем 24 сборника 1, который благодаря этому независимо от наклона бака 2 остается в максимально возможной степени заполнен восстановителем и который незадолго до полного опорожнения бака 2 вмещает в своем объеме 24 оставшийся в баке восстановитель 3. Объем 24 сборника 1 при этом ограничен со стороны бака 2 отверстиями 18, через которые восстановитель 3 может перетекать в сборник 1. Осевой линией III-III на чертеже обозначена плоскость разреза сборника 1, в котором он показан на фиг.3.
На фиг.3 схематично в еще одном виде сбоку показан изображенный на фиг.2 сборник 1, при этом на данном чертеже осевой линией II-II обозначена плоскость разреза, в котором сборник 1 показан на фиг.2. Заборная трубка 9 входит в сборник 1 и доходит практически до находящейся в нем самой нижней точки 11 объема 23 бака. Профильные структуры 14 в данном случае показаны частично в разрезе и по меньшей мере частично образуют в сборнике 1 установочное отверстие 12, в котором располагается и фиксируется заборная трубка 9. Помимо этого на чертеже показаны отверстия 18, которые выполнены в боковых стенках сборника 1 на уровне дна 13 бака и которые должны обеспечивать возможность перетекания через них восстановителя 3 из окружающего сборник 1 объема 23 бака.
На фиг.4 схематично в еще одном виде сбоку показан сборник 1, образующий третий модуль 10, при этом в данном случае заборная трубка 9 расположена наклонно под углом 15, образуемым между ее средней осью 25 и дном 13 бака. Сборник соединен фланцем 22 с баком 2, соответственно с его дном 13. Заборная трубка 9 в данном случае имеет согласованную с ее наклонным расположением форму, благодаря которой обеспечивается возможность практически полного опорожнения ее объема 24, т.е. возможность подачи из бака 2 даже того восстановителя 3, который находится в сборнике 1 в самой нижней точки 11 бака 2. Однако подобное выполнение заборной трубки требуется не всегда. В отличие от этого можно также использовать стандартизованную заборную трубку 9, через которую возможно опорожнение по меньшей мере преобладающей части объема 24 сборника 1. На своем установочном отверстии 12 под заборную трубку 9 сборник 1 имеет фаску 16, облегчающую вдвигание в него заборной трубки 9.