CN106460609A - 用于提供液态添加剂的装置的加热机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在汽车（3）中提供液态添加剂的装置（2）的加热机构（1），具有至少一个可切换的电阻加热部件（4）和至少一个常设的电阻加热部件（6），可切换的电阻加热部件与用来能够将至少一个第一电阻加热部件（4）激活和去激活的至少一个开关部件（5）串联连接，常设的电阻加热部件与至少一个可切换的电阻加热部件（4）和至少一个开关部件（5）并联连接。

Description

用于提供液态添加剂的装置的加热机构

本发明涉及一种用于提供液态添加剂的装置的加热机构。用于提供液态添加剂的装置例如可以在汽车中用来给汽车的废气处理装置输送用于废气清洁的液态添加剂。

在废气处理装置中使用用于废气清洁的液态添加剂，这种废气处理装置特别是在带有柴油内燃机的汽车中应用广泛。在这种废气处理装置中，通常执行有选择性的催化还原的废气清洁方法（SCR方法，SCR=有选择性的催化还原）。按照这种方法，借助液态添加剂将废气中的氧化氮化合物还原成无害物质（水、二氧化碳和氮气）。作为液态添加剂，针对SCR方法往往采用尿素-水溶液。尿素-水溶液例如能以商品名AdBlue®购得，其作为用于废气清洁的液态添加剂含有32.5%（重量）的尿素。这种尿素-水溶液通常也称为还原剂前身物或还原剂前身物溶液。尿素-水溶液为了废气清洁而转变为氨。这种转变可以在废气外部在为此设置的反应器中发生，或者在废气内部在废气系统之内转变为氨。废气中的氧化氮化合物的真正的还原反应利用氨来发生。

在汽车中提供用于废气清洁的液态添加剂时的问题是，常用的液态添加剂在低温情况下会冻结。所述尿素-水溶液例如在-11℃时冻结。这种低温会在汽车中特别是在汽车长期静止期间在冬天出现。

已知的是，可以对用来提供液态添加剂的装置加热，以便克服冻结问题。通过加热，一方面可以防止液态添加剂冻结。同时，可以通过加热来确保在冬天起动时装置能快速地提供液态添加剂，因为通过加热使得冻结的添加剂解冻。

在加热液态添加剂时的问题是，液态添加剂不许超过最高温度。对于尿素含量为32.5%（重量）的所述尿素-水溶液来说，例如上限温度约为110℃，特别是80℃或60℃。在所述（上）限温度以上，在液态添加剂内部有时开始发生转化过程。术语“转化过程”在此尤其包括从液态添加剂离析出固态颗粒，或者液态添加剂（部分地）转化为氨。离析出来的固态颗粒例如是结晶的尿素离析物，其可以在装置中形成沉积物。

因此已知采用PTC加热部件（PTC=正的温度系数）来加热用于提供液态添加剂的装置。对于PTC加热部件来说，在高温（在与材料相关的极限温度以上）时加热功率非常急剧地减小。所述极限温度可以通过对PTC加热部件的适当设计来确定。PTC加热部件通常由钛酸钡构成。在使用PTC加热部件时的问题是，其相当昂贵。此外，通常不能很精确地调节PTC加热部件的准确的极限温度。特别是通常无法制得具有精确地一致的极限温度的多个PTC加热部件。

此外，在提供液态添加剂之前，在对装置加热时要注意，汽车中的可用的电加热能量往往很有限。电能在汽车中通常用发电机繁琐地产生。因此，对用于提供液态添加剂的装置的加热应需要尽可能少的电能。

此外，用于提供液态添加剂的装置的加热机构应能够很快地激活，以便在汽车起动时快速地加热液态添加剂，且即使装置中的或罐中的液态添加剂冻结也能快速地实现提供用于废气清洁的液态添加剂。

基于此，这里提出的本发明的目的是，解决或者至少缓解所述技术问题。为此将公开一种用于提供液态添加剂的装置的特别有利的加热机构。

所述目的采用一种根据权利要求1的特征的加热机构得以实现。该加热机构的其它有利的设计在从属权利要求中给出。在从属权利要求中给出的各个特征能以在技术上有益的任意方式相互组合，且可以由说明书和附图的所述情况予以补充，其中介绍了本发明的其它变型设计。

本发明涉及一种用于在汽车中提供液态添加剂的装置的加热机构，其具有至少一个可切换的电阻加热部件和至少一个常设的电阻加热部件，可切换的电阻加热部件与用来能够将至少一个第一电阻加热部件激活和去激活的至少一个开关部件串联连接，常设的电阻加热部件与至少一个可切换的电阻加热部件和至少一个开关部件并联连接。

相互并联连接的可切换的电阻加热部件和常设的电阻加热部件优选与共同的电源连接，该电源可激活且可去激活。通过该共同的电源可以实现无论可切换的电阻加热部件还是常设的电阻加热部件都（共同地）激活和去激活。（仅仅）与可切换的电阻加热部件串联连接的开关部件也能实现的是，当可切换的电阻加热部件去激活时，使得常设的电阻加热部件工作。

在用于提供液态添加剂的带有加热机构的装置中，通常可以识别热传递系数，该热传递系数表示有多少热量从加热机构传递到液态添加剂中。热传递系数表示根据加热机构与液态添加剂之间的温度差从加热机构传递到液态添加剂中的热流。热传递系数与装置的各个组件的导热性有关。

此外，在这种装置中通常也可以识别热容，热容表示装置的热蓄存能力。热容表示，在液态添加剂出现变热之前，由加热机构产生的热量有多少份额首先被消耗用于装置的加热。热容与装置的各组件的比热容有关。

热传递系数和热容在加热期间在装置中引起加热机构与液态添加剂之间的与时间有关的温度差，该温度差可以用微分方程式或者甚至用微分方程组来表示和求取。

在上面已经介绍过，在加热液态添加剂时，即使局部也不应出现高于极限温度（例如最高110℃或最高80℃或60℃）的温度，以便避免液态添加剂发生转化。至少一个常设的电阻加热部件经过优选设计，从而即使在常设的电阻加热部件（持久地）工作时在装置内部和在液态添加剂中也不会出现和/或产生超过这种极限温度的温度。这例如可以采用如下方式来实现：根据热容和热传递系数相应地设计至少一个常设的电阻加热部件。优选地，至少一个常设的电阻加热部件的可能的加热功率相比于装置的热容和热传递系数比较小，从而在加热机构工作情况下当可切换的电阻加热部件去激活时即使局部也不会出现高于极限温度的温度。

至少一个可切换的电阻加热部件能实现提供很高的加热功率，以便快速地加热用于液态添加剂的装置。

采用所述加热机构可以避免使用PTC材料。

若至少一个可切换的电阻加热部件和至少一个常设的电阻加热部件的电阻经过设计，从而当至少一个可切换的电阻加热部件激活时，加热机构的加热功率的介于70%和95%之间的份额由至少一个可切换的电阻加热部件产生，则该加热机构是特别有利的。

相应地，至少一个常设的电阻加热部件的加热功率份额介于5%和30%之间。优选地，常设的电阻加热部件的加热功率份额介于8%和15%之间，相应地，可切换的电阻加热部件的加热功率份额介于85%和92%之间。已表明，如此设计常设的电阻加热部件和可切换的电阻加热部件能实现有效地避免局部的过热（局部地超过极限温度）。

此外若加热机构具有至少一个温度传感器和至少一个控制元件，利用它们可以根据用至少一个温度传感器获取的温度来激活和去激活至少一个开关部件和至少一个可切换的电阻加热部件，则该加热机构是有利的。

在此，至少一个可切换的电阻加热部件通过至少一个开关来去激活，其方式为，由该开关来中断导电的连接。在激活情况下，由该开关产生导电的连接。至少一个温度传感器给控制元件提供温度信息，控制元件根据该温度信息来激活和去激活开关部件。

利用温度传感器例如可以确定液态添加剂的温度和/或加热机构的温度，以便确定出液态添加剂的（局部的）过热。控制元件例如可以是电子元件。控制元件也可以是汽车控制器的组成部分。控制元件优选通过（电的）信号线路与温度传感器和至少一个开关部件连接。

可以采用各种不同的温度传感器。温度传感器例如可以是电阻温度传感器，其电阻根据温度来变化。温度传感器例如也可以是在用于提供液态添加剂的装置内部的红外传感器，利用该红外传感器可以间接地（通过红外辐射）确定温度。

温度传感器是用来识别出在用于提供液态添加剂的装置中的液态添加剂的过热并借助于对加热功率的调节来有效地减小或者防止所述过热的特别有效的可行方案。

替代于和/或附加于至少一个温度传感器的温度信息，至少一个控制元件还可以获得在开关部件激活和去激活时予以考虑的（其它信息）。例如可以存在时间值产生器（也叫计时器），控制元件由该时间值产生器获得时间信息。例如，可切换的电阻加热部件可以在加热机构激活情况下始终都仅仅工作一定的、预定的时段，该时段例如介于5分钟和20分钟之间。

有利地，加热机构按照加热膜的形式来设计，其中，至少一个可切换的电阻加热部件以及至少一个常设的电阻加热部件作为印制导线设置在加热膜上。

加热膜通常是带有（基底）平面的面状形成物。加热膜例如可以贴靠在液态添加剂罐的罐壁上，从而罐中的液态添加剂可以大面积地变热。这能实现从加热机构到液态添加剂的特别有效的热传递。电阻加热部件的印制导线可以例如借助于印刷方法在加热膜上产生。这种印制导线也可以在加热膜上的导电材料中蚀刻而成。

特别有利的是，在加热膜上设有至少两个电触点，通过这些电触点对加热机构进行供电。加热膜上的电触点也可以印刷而成。也可以粘接或钎焊金属的触点。在一种有利的变型设计中，至少两个电触点形成了钎焊位置，在这些位置可以将电的供电导线钎焊在加热膜上。

在加热膜的另一种特别有利的变型设计中，在加热膜上也设有至少一个如下组件：

- 至少一个开关部件；

- 至少一个（电子的）控制元件；

- 至少一个温度传感器。

这些开关部件和电子的控制元件或温度传感器必要时可以采用同一种制造方法（例如印刷方法和/或蚀刻）比如借助于印刷方法也设置在加热膜上。

此外特别有利的是，加热膜是柔性的。柔性的加热膜例如可以适配于罐或罐壁的不同地（特别是不规则地）形成的区域。柔性的加热膜例如可以具有柔性的（例如橡胶似的）承载材料，在该承载材料上设置着各个组件（电阻加热部件、开关部件、控制元件等）。

此外有利地，加热机构带有多个可切换的电阻加热部件和多个开关部件，这些开关部件分别指配于可切换的电阻加热部件，其中，可切换的电阻加热部件分别设置在加热机构的不同的平面区段中。

这种加热机构优选以一平面呈面状地延展，且特别优选是加热膜。通过分别具有可切换的电阻加热部件的多个平面区段，可以实现局部地（单独地）调节加热机构的加热功率。因此，相比于在加热机构的存在较高温度的区域中，例如可以在加热机构的具有较低温度的区域内提供较大的加热功率。这样就能实现使得加热功率分别单独地适配于分别（局部地）存在的各种条件。

若至少一个可切换的电阻加热部件配设有至少一个温度传感器，且该可切换的电阻加热部件可以根据利用至少一个温度传感器获取的温度并借助于至少一个配设的开关部件以及至少一个控制元件予以激活和去激活，则这种加热机构是特别有利的。

优选针对每个可切换的电阻加热部件都设有恰好由一个温度传感器构成的设备，利用该温度传感器可以获取该可切换的电阻加热部件的温度信息，以便根据该温度信息使得该可切换的电阻加热部件的开关部件激活和去激活。

也可行的是，针对每个可切换的电阻加热部件都恰好设有一个开关元件。但替代地也可行的是，多个温度传感器的温度信息在控制元件中（集中地）予以处理，该控制元件被设计用来控制（激活和去激活）多个开关部件。优选地，这些温度传感器分别集中地设置在相应的可切换的电阻加热部件的区域中。采用这种布置方式能以特别有效的方式实现确定在相应的可切换的电阻加热部件上的温度，于是有针对性地分别单独地激活和去激活这些可切换的电阻加热部件。

加热机构的至少一个可切换的电阻加热部件、至少一个开关部件和至少一个控制元件也可以被设计用于节拍式的工作方式，按照这种工作方式，至少一个可切换的电阻加热部件分别短暂地激活，然后又去激活，以便产生减小的加热功率。特别有利地，至少一个可切换的电阻加热部件可以按照脉冲宽度调制（PWM=脉冲宽度调制）的方式工作。通过这种工作方式，至少一个可切换的电阻加热部件的加热功率可以无级地减小。

在本发明的范围内提出了一种用于在汽车中提供液态添加剂的装置，其具有用于蓄存液态添加剂的带有罐壁的罐，其中，在罐壁的外侧面上设有至少一个所述电的加热机构，从而罐中的液态添加剂通过罐壁被加热。

结合所述加热机构介绍的特殊的优点和设计特征能以类似的方式转用至所述装置。同样的情况适用于下面针对装置所述的、能以类似方式转用至加热机构的特殊优点和设计特征。

该装置优选包括输送模块，该输送模块具有箱体，该箱体在罐的底部整合到罐的罐壁内。罐壁底部为此优选具有开口，箱体嵌入到该开口中，从而箱体封闭该开口。箱体于是伸展到罐内腔中。箱体于是形成了罐壁的一个区段。箱体的内侧面于是形成了罐壁的外侧面。特别优选地，所述加热机构设置在箱体的内侧面上，因而能够利用由箱体形成的罐壁来加热罐中的液态添加剂。

相关地特别有利的是，加热机构是柔性的加热膜，该加热膜可以适配于箱体的形状。

在此也介绍一种汽车，其具有内燃机和用于清洁内燃机废气的废气处理装置以及用于给废气处理装置提供液态添加剂的、带有所述电的加热机构的装置。

下面参照附图详述本发明及其技术状况。这些附图示出了本发明的特别优选的实施例，但本发明并不局限于这些实施例。特别地需要指出，这些附图中所示出的大小比例仅仅是示意性的。其中：

图1示出所述加热膜的第一变型设计；

图2示出所述加热膜的第二变型设计；

图3示出带有所述加热膜的装置；

图4为带有所述加热膜的输送单元的箱体的剖视图；

图5示出一种汽车，其具有用来提供液态添加剂的装置，该装置带有所述加热膜。

在图1和2中分别示出被设计成加热膜9的加热机构1。可以看到，该加热膜9具有平面10。

在图1和图2中分别能看到电的触点12，通过这些触点可以给加热机构1供应电流。还可看到加热膜上的印制导线11，这些印制导线形成了可切换的电阻加热部件4和常设的电阻加热部件6。另外可看到开关部件5、（电子的）控制元件8和温度传感器7。

在根据图1的变型设计中恰好设有一个常设的电阻加热部件6和一个可切换的电阻加热部件4。

在根据图2的变型设计中分别设有两个供电印制导线23，通过这些供电印制导线可以给多个可切换的电阻加热部件4供电，这些可切换的电阻加热部件分别具有开关部件5、电子的控制元件8和温度传感器7。另外，根据图2中的变型设计，恰好存在一个常设的电阻加热部件6。可看到，各个可切换的电阻加热部件4分别设置在加热机构1的平面10的平面区段13中。

加热机构1的在图1和2中所示的变型设计尤其在温度传感器7、控制元件8和开关部件5的布置方面不受限制。这些部件（开关部件5、控制元件8和温度传感器7）也可以在加热机构1之外例如布置在用来提供液态添加剂的装置的其它组件上。

另外，图1和2并未对可切换的电阻加热部件4和常设的电阻加热部件6的在那里所示出的布置方式和数量造成限制。这些电阻加热部件可以在加热膜上任意地布置。这些电阻加热部件特别适宜分别蜿蜒地伸展，因为通过蜿蜒的结构可以实现相对大的电阻和电加热功率的均匀分布。

在图3中可看到用于液态添加剂的罐15，其具有罐壁29。在罐15中，在罐底的区域内整合了一个箱体14，在该箱体内有个泵22。利用该泵22可以在抽吸位置20从罐15中抽出液态添加剂28。所述液态添加剂由泵22在提供接头21处提供。所述加热机构1位于箱体14的内侧面16上，该加热机构平面地沿着箱体的内侧面16延伸。根据图3，罐中的液态添加剂作为冻结的添加剂27存在。在冻结的添加剂27内部形成冰窟19，该冰窟已由加热机构1产生，其方式为，冻结的添加剂27熔化成液态添加剂28。

图4所示为装置2的箱体14的在图3中示出的A-A剖视图。可以看到带有电的触点12的加热机构1以及泵22和抽吸位置20。加热机构1贴靠在箱体14的内侧面16上，其中，箱体14的内侧面16形成了罐15的外侧面30。

图5示出汽车3，其具有内燃机17和用于清洁内燃机17的废气的废气处理装置18。在废气处理装置18中设有SCR催化器26，用来实施有选择性的催化还原方法。废气处理装置18可利用供给装置25从罐15中输送液态添加剂。供给装置25由设置在罐15中的装置2经由管路24供应液态添加剂。

附图标记清单

1 加热机构

2 装置

3 汽车

4 可切换的电阻加热部件

5 开关部件

6 常设的电阻加热部件

7 温度传感器

8 控制元件

9 加热膜

10 平面

11 印制导线

12 触点

13 平面区段

14 箱体

15 罐

16 内侧面

17 内燃机

18 废气处理装置

19 冰窟

20 抽吸位置

21 提供接头

22 泵

23 供电印制导线

24 管路

25 供给装置

26 SCR催化器

27 冻结的添加剂

28 液态添加剂

29 罐壁

30 外侧面

Claims (9)

1.一种用于在汽车（3）中提供液态添加剂的装置（2）的加热机构（1），具有至少一个可切换的电阻加热部件（4）和至少一个常设的电阻加热部件（6），可切换的电阻加热部件与用来能够将至少一个第一电阻加热部件（4）激活和去激活的至少一个开关部件（5）串联连接，常设的电阻加热部件与至少一个可切换的电阻加热部件（4）和至少一个开关部件（5）并联连接。

2.如权利要求1所述的加热机构（1），其中，至少一个可切换的电阻加热部件（4）和至少一个常设的电阻加热部件（6）的电阻经过设计，从而当至少一个可切换的电阻加热部件（4）激活时，加热机构（1）的加热功率的介于70%和95%之间的份额由至少一个可切换的电阻加热部件（4）产生。

3.如前述权利要求中任一项所述的加热机构（1），具有至少一个温度传感器（7）和至少一个控制元件（8），利用它们可以根据用至少一个温度传感器（7）获取的温度来激活和去激活至少一个开关部件（5）和至少一个可切换的电阻加热部件（4）。

4.如前述权利要求中任一项所述的加热机构（1），按照带有平面（10）的加热膜（9）的形式来设计，其中，至少一个可切换的电阻加热部件（4）以及至少一个常设的电阻加热部件（6）作为印制导线（11）设置在加热膜（9）上。

5.如权利要求3或4中任一项所述的加热机构（1），其中，加热膜（9）是柔性的。

6.如前述权利要求中任一项所述的加热机构（1），具有多个可切换的电阻加热部件（4）和多个开关部件（5），所述开关部件分别指配于可切换的电阻加热部件（4），其中，可切换的电阻加热部件（4）分别设置在加热机构（1）的不同的平面区段（13）中。

7.如权利要求6所述的加热机构（1），其中，至少一个可切换的电阻加热部件（4）配设有至少一个温度传感器（7），且该可切换的电阻加热部件（4）可以根据利用至少一个温度传感器（7）获取的温度并借助于至少一个配设的开关部件（5）和至少一个控制元件（8）予以激活和去激活。

8.一种用于在汽车（3）中提供液态添加剂的装置（2），具有用于蓄存液态添加剂的带有罐壁（29）的罐（15），其中，在罐壁（29）的外侧面（30）上设有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的电的加热机构（1），从而罐（15）中的液态添加剂通过罐壁（29）被至少一个加热机构（1）加热。

9.一种汽车（3），具有内燃机（17）和用于清洁内燃机（17）的废气的废气处理装置（18）以及用于给废气处理装置（18）提供液态添加剂的、带有根据权利要求1~7中任一项所述的电的加热机构（1）的装置（2）。