CN104968905B - 用于提供液体添加剂的装置和用于加热添加剂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于向排气管路(2)中提供液体添加剂的装置(1)。该装置(1)包括罐(3)、输送管路(4)、用于加热罐(3)和/或输送管路(4)中的添加剂的由正温系数热敏电阻形成的加热元件(4)以及用于计量供给液体添加剂的计量供给装置(6)。计量供给装置具有线圈(7)并具有可移动构件(8)，其中可移动构件(8)可借助于线圈(7)而移动。线圈(7)可借助于第一开关元件(9)与加热元件(5)串联电连接。借助于本发明，可以以经济的方式限制从由正温系数热敏电阻材料组成的加热元件(5)通过的启动电流的大小。

Description

用于提供液体添加剂的装置和用于加热添加剂的方法

技术领域

本发明涉及一种用于向排气管路中提供液体添加剂的装置和一种用于加热该装置中的添加剂的方法。本发明尤其用于设置有用于储存液体添加剂的罐的机动车中。

背景技术

向排气添加液体添加剂的排气后处理方法的使用被认为是已知的。此类方法的目标尤其针对以尽可能彻底和有效的方式转化排气中包含的污染物。

例如，已知向排气供给氧化剂(例如燃料或烃)。所述添加剂可用来直接与排气中的成分反应并因此使污染物转化。然而，所述氧化剂也可以用来将排气系统中的周围条件变更为适合于污染物的转化的期望状态。燃料或烃例如可供给到氧化催化转化器，其中排气系统中的排气的温度会由于氧化催化转化器中的放热反应而显著升高。这尤其用于柴油颗粒过滤器的再生。

此外，已知将还原剂供给到排气。即使固态或气态的还原剂基本上可以导入排气系统中，但提供液体形式的还原剂的供给的输送系统和计量供给系统已被证实为特别合适。例如，已知选择性催化剂还原(SCR)法。这里，排气中的氧化氮化合物借助于还原剂转化。为此，尤其利用氨或形成氨的物质。已经广泛使用的用于此目的的还原剂为尿素-水溶液。32.5％尿素-水溶液以商品名被得知。然后液体添加剂首先与排气混合并随后被传导经过合适的催化转化器，(尤其是)在该催化转化器中随后发生期望的化学转化。

由于例如存在诸如尿素-水溶液的液体添加剂在-11℃左右的温度下冻结的情况，所以提出了用来实现罐和/或相连的输送管路中的液体添加剂的快速解冻的加热系统。其意图是在机动车的发动机起动之后的短时间内实现期望的排气净化方法，和/或防止损坏液体添加剂的储存、输送和/或计量所需的构件。

在该技术领域中，作为加热装置，已提出了液体型加热器(例如与发动机冷却系统配合的热交换器)、电加热器、辐射式加热器和这些加热器的组合。然而，还不可能的是：令人满意地在容器中实现最大可能的快速加热，以及如果适合的话还实现最大可能的均匀加热。具体地，所提出的用于加热容器的系统在技术上麻烦、昂贵和/或难以调节或控制。在所述加热装置的情况下，存在添加剂被加热到临界温度之上的风险。例如，在的情况下，其成分可在65℃之上结晶，这提高了非期望的沉积物和堵塞的风险。

还得知该加热装置具有单个可电气地工作的加热元件。可电气地工作的加热元件同样可在预定时间点启动和停闭。这种加热例如基于欧姆电阻加热来实现。一种尤其优选使用的、已知的可电气地工作的加热元件为所谓的正温系数热敏电阻或PTC(正温度系数)加热元件。正温系数热敏电阻或PTC加热元件包含电阻随着温度上升而增大的材料。

在此类以正温系数热敏电阻作为加热元件的装置的情况下，在通过施加恒定电压启动之后，由于初始低电阻而发生电流峰值。因此在启动时通过正温系数热敏电阻的电流急剧增加。在进一步工作期间，正温系数热敏电阻由于欧姆热而发热，并且因此正温系数热敏电阻的电阻也改变。在正温系数热敏电阻的电阻即使在温度小幅变化的情况下也剧烈波动的温度范围内，通过正温系数热敏电阻的电流然后达到恒定水平。在一定量的时间之后，当已达到特征温度时，因此存在几乎恒定的电流(在恒定电压的情况下)流经正温系数热敏电阻的情况，其中特征温度值取决于正温系数热敏电阻的特性。所有导电元件以及尤其导电元件的所有连接点必须设计用于电流峰值的最大电流强度。此外，电流峰值可引起会影响机动车的电子设备的电气瞬时故障。因此希望保持电流峰值尽可能低。

发明内容

因此，本发明的一个目的是至少部分地减轻关于现有技术所明确的问题。具体而言，试图指定一种用于向排气管路中提供液体添加剂的装置，其中以廉价方式限制从由正温系数热敏电阻形成的加热元件通过的启动电流。此外，试图指定一种用于加热该装置中的添加剂的方法，在该方法中仅被限制了大小的启动电流流动。

所述目的借助于根据独立权利要求的特征的装置和方法来实现。该装置和方法的有利实施例在从属权利要求中指出。将在说明书中更详细地描述这些实施例。

所述目的具体借助于一种用于向排气管路中提供液体添加剂的装置来实现，该装置包括罐、输送管路、用于加热罐中的和/或输送管路中的添加剂的由正温系数热敏电阻形成的加热元件、以及用于计量供给液体添加剂的计量供给装置，该计量供给装置具有线圈并具有可移动构件，其中可移动构件可借助于线圈移动，并且线圈可借助于第一开关元件与加热元件串联电连接。

液体添加剂尤其是还原剂，优选尿素-水溶液。

该罐尤其是用于储存还原剂、尤其是尿素-水溶液的罐。然而，所述罐也可用于氧化剂和其它液体添加剂。该罐可由塑料形成。在任何情况下，该罐应该是耐用的并且设计用于持久地储存液体添加剂。添加剂储存在罐中并经由输送管路输送到排气管路。

该加热元件尤其是形成在罐中和/或罐上。替换地或附加地，该加热元件形成在输送管路中和/或输送管路上。如果添加剂已由于低温而凝固或由于低温而接近凝固，则可借助于加热元件来升高罐和/或输送管路中的添加剂的温度，以使得所述添加剂变成液态或保持液态。

正温系数热敏电阻——也称为PTC(正温度系数)元件——是电阻随着温度上升而增大的电阻。正温系数热敏电阻因此具有正温度系数。当施加恒定电压时，正温系数热敏电阻关于设定点温度以自行调节的方式工作。作为正温系数热敏电阻，例如使用陶瓷材料如钛酸钡陶瓷和/或经掺杂的聚合物。

加热元件优选设计成使得，当施加12V、24V或48V的恒定电压时，产生恒定电流，加热元件利用该电流调节到至少10℃、优选至少50℃的温度。

措辞“用于计量供给液体添加剂的计量供给装置”应该理解为涵盖输送添加剂的装置——例如泵——以及可限制输送管路中的添加剂的流量的装置——例如阀——的所有元件。计量供给装置包括线圈或感应元件，该线圈或感应元件由于其中产生的电流流动和由此产生的磁场而在可移动构件上施加电磁力。可移动构件尤其是由于由线圈产生的电磁力而被设定运动的磁性元件。在泵的情况下，可移动构件例如可为使隔膜移动的杆。在阀的情况下，可移动构件优选为阀针自身。

本发明现在提出，尤其在加热元件的启动过程中，线圈借助于第一开关元件与加热元件串联电连接。作为开关元件，尤其可使用所有已知的开关元件，例如晶体管，优选MOSFET(MOS场效应晶体管)。在加热元件启动过程中，电流因此既流经线圈，又流经加热元件。由于线圈的感应作用，电流峰值的电流强度在启动过程中大幅降低。因此电流流经的装置的所有其它构件——尤其电触点和/或线路——也可以设计用于较低的电流强度。此外，其它电子构件的电气瞬时故障减少。

作为用于过滤高频或用于限制快速电流波动的感应构件的线圈已经是已知的，但所述构件迄今为止都被用作无源构件。一般而言，作为阻抗的线圈一般作为单独的构件设置在电路中。本发明第一次教导使用有源线圈来限制用于提供液体添加剂的装置中的加热元件的启动电流。

根据该装置的一个有利的细化方案，所述装置包括控制装置，该控制装置具有与线圈和加热元件串联电连接的第一开关元件，并且具有与第一开关元件和线圈并联连接并与加热元件串联连接的第二开关元件。该控制装置优选与计量供给装置在空间上分开地形成。

借助于第二开关元件，因此可绕开第一开关元件和线圈，使得加热元件可独立于第一开关元件的开关位置工作。这在加热元件已达到其工作温度并且加热元件要连续工作时尤为方便。这种情况下，因此线圈和计量供给装置独立于加热元件工作。

尤其在第二开关元件同时关闭的情况下，线圈可经由第三开关元件通电。因此，在加热元件的启动过程之后，线圈和计量供给装置可由于第三开关元件断开和闭合而独立于加热元件工作。

根据本发明的又一方面，提出了一种用于加热根据本发明的装置中的添加剂的方法，该方法包括以下步骤：

-确定添加剂的温度，

-将所确定的温度与第一预定值进行比较，

-由于线圈借助于第一开关元件与加热元件串联电连接，在所确定的温度低于第一预定值的情况下启动加热元件。

为确定添加剂的温度，可借助于温度传感器直接测量该温度。然而，还可通过测量该装置或机动车的某一其它位置的温度来确定添加剂的温度，其中由此可推断添加剂的温度。第一预定值尤其是添加剂的冻结温度或比添加剂的冻结温度高至少2℃、优选至少5℃的值。这样，在添加剂正在冻结时或在添加剂已经冻结时启动加热元件。加热元件的启动由于加热元件与计量供给装置的线圈串联电连接而发生。通过线圈的感应性来限制电流峰值的电流强度的大小。

有利的是加热元件由于线圈借助于第二开关元件以及第三开关元件与加热元件并联连接而与电压源直接连接。

所述并联连接优选在加热元件启动之后发生。因此，当加热元件已达到其工作温度时，加热元件和线圈可彼此独立地工作。

根据本发明的又一方面，提出了一种具有内燃发动机并具有排气管路的机动车，该机动车包括根据本发明的装置并且设置和设计成执行根据本发明的方法。

关于装置的说明可转移并应用于方法，且反之亦然。

附图说明

下面将基于附图更详细地说明本发明和技术领域。应该指出的是，附图所示的实施例变型并非意在限制本发明。尤其是，在附图中共同呈现和说明的特征也可被认为是彼此独立的和/或与其它图的其它(单独的)特征组合，只要技术上可行，或只要下文未清楚地指出特征必定构成整体。因此，对本领域的技术人员来说在附图中示意性地且通过示例的方式示出的本发明的多种可能组合显而易见。在附图中，分别示意性地：

图1：示出了具有用于提供液体添加剂的装置的机动车，

图2：示出了用于提供液体添加剂的装置，

图3：示出了用于根据本发明的装置的实施例的电路图。

具体实施方式

图1示意性地示出了具有内燃发动机15的机动车14，排气管路2与所述内燃发动机连接。在排气管路2中形成有催化转化器16。在催化转化器16的上游，液体添加剂可借助于装置1导入排气中。装置1包括罐3，该罐经由输送管路4与用于计量供给添加剂的计量供给装置6流动连接。图示的实施例中的计量供给装置6是阀，该阀包括线圈7和可移动构件8——在本例中为阀针。在机动车14运转期间，可借助于装置1将液体添加剂输送到排气管路2中。

图2示意性地示出了具有罐3的装置1。在罐3中，形成有容器18，该容器中又设置有用于计量供给液体添加剂的计量供给装置6。在本例中，计量供给装置6以泵的形式实现。计量供给装置6(泵)包括线圈7和用于致动泵的可移动构件8。计量供给装置6与输送管路4连接，添加剂经所述输送管路从罐3被输送出来，经由计量供给装置6输送到排气管路2(未示出)。在罐3中还设置有由正温系数热敏电阻形成的加热元件5。加热元件5也可另外或替换地设置在罐3的壁中。计量供给装置6和加热元件5连接至控制装置10，所述控制装置又与电压源13连接。借助于加热元件5，罐3中的添加剂可保持为液态或变成液态。

装置1的电路图在图3中示出。该电路包括电压源13、第一开关元件9、第二开关元件11、第三开关元件12和第四开关元件17、计量供给装置6的线圈7以及加热元件5。根据开关元件9、11、12、17的位置，加热元件5可与线圈7串联连接，或与其并联连接。

当第四开关元件17闭合时，线圈7可由于第一开关元件9闭合而与加热元件5串联连接。这样一来，电流既流经线圈7，又流经加热元件5，这在加热元件5启动过程中尤其有利，因为由此限制了峰值电流的大小。

当加热元件5处于工作温度时，加热元件5可由于第二开关元件11闭合且第一开关元件9断开而与线圈7并联工作。这种情况下，线圈7和加热元件5可借助于第三开关元件12和第四开关元件17彼此独立地启动和停闭。

第三开关元件12和第四开关元件17可用来使线圈7利用电流的脉宽调制来工作。

借助于本发明，可以成本低廉地限制从由正温系数热敏电阻材料构成的加热元件5通过的启动电流的大小。

附图标记清单

1 装置

2 排气管路

3 罐

4 输送管路

5 加热元件

6 计量供给装置

7 线圈

8 可移动构件

9 第一开关元件

10 控制装置

11 第二开关元件

12 第三开关元件

13 电压源

14 机动车

15 内燃发动机

16 催化转化器

17 第四开关元件

18 容器

Claims (5)

1.一种用于向排气管路(2)中提供液体添加剂的装置(1)，包括罐(3)、输送管路(4)、用于加热所述罐(3)中的和/或所述输送管路(4)中的添加剂的由正温系数热敏电阻构成的加热元件(5)、以及用于计量供给所述液体添加剂的计量供给装置(6)，所述计量供给装置具有线圈(7)并具有可移动构件(8)，其中所述可移动构件(8)能借助于所述线圈(7)而移动，并且所述线圈(7)能借助于第一开关元件(9)而与所述加热元件(5)串联电连接。

2.根据权利要求1所述的装置(1)，包括控制装置(10)，所述控制装置具有第一开关元件(9)和第二开关元件(11)，所述第一开关元件(9)与所述线圈(7)以及与所述加热元件(5)串联电连接，所述第二开关元件(11)与所述第一开关元件(9)以及与所述线圈(7)并联连接并且与所述加热元件(5)串联连接。

3.根据权利要求2所述的装置(1)，其中，所述控制装置包括第三开关元件(12)，当所述第一开关元件(9)断开时，能通过所述第三开关元件使所述线圈(7)通电。

4.一种用于加热根据权利要求1至3中任一项所述的装置(1)中的添加剂的方法，包括以下步骤：

-确定添加剂的温度，

-将所确定的温度与第一预定值进行比较，

-由于所述线圈(7)借助于第一开关元件(9)与所述加热元件(5)串联电连接，在所确定的温度低于所述第一预定值的情况下启动所述加热元件(5)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述加热元件(5)由于所述线圈(7)借助于第二开关元件(11)以及第三开关元件(12)与所述加热元件(5)并联连接而与电压源(13)直接连接。