CN107101519A - 作为蓄热器的尿素容器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将热量储存在具有尿素容器的配置组件内的方法，其中将内燃发动机的废热经过冷却剂管道和/或油管道传递到尿素容器并且借助传热器释放给尿素容器内含有的水状尿素溶液。将热量储存在尿素溶液内，以在为了对冷的内燃发动机加温时重新经过冷却剂管道和/或油管道释放给内燃发动机。

Description

作为蓄热器的尿素容器
技术领域
本发明涉及一种用于将热量储存在内燃发动机的具有尿素容器的配置组件内的方法。
背景技术
用于储存热量的装置是用于从内燃发动机的废热中回收能量的众所周知的可能途径。其中，这些装置主要涉及储存例如通过冷却剂从机动车的内燃发动机中导出的热量。所谓的蓄热器储存内燃发动机的废热，该废热在其运行期间产生并从其中被导出，以便在下次冷起动时将其重新输送给变冷的内燃发动机。因此，可以减少内燃发动机构件以及机动车的部件(如传动机构)在起动阶段的摩擦，这意味着更少的磨损以及更少的燃油消耗。蓄热器可以典型地安装在具有内燃发动机的机动车内，但是由于其体积而具有一定的空间需求。此外，其增加了相应的机动车的重量。
发明内容
因此目的是提供一种针对空间需求和相应的机动车的总重量有效的用于储存热量的可能性。
这个目的通过根据独立权利要求所述的方法得以实现。本发明的其他有益的实施方式和构造出自附带权利要求和从属权利要求、附图和实施例。
本发明的第一观点涉及一种用于在内燃发动机的具有至少一个冷却剂循环回路的配置组件中的热管理的方法，该冷却剂循环回路包括：至少一个第一冷却剂管道；第一调节阀；第二冷却剂管道；至少一个尿素容器；以及至少一个与尿素容器和第二冷却剂管道接触的传热器，其中通过调节阀将第一与第二冷却剂管道流体连接并且经过第一冷却剂管道和第二冷却剂管道将流体的冷却剂从内燃发动机运送到传热器，并且借助传热器在冷却剂与位于尿素容器内的液态的尿素溶液之间交换热能。
尿素溶液使用在内燃发动机(特别是燃烧柴油的内燃发动机)的废气中的氮氧化物的选择催化还原的范围内。由提供的水状尿素溶液的水解获得其中所需的与废气中的氮氧化物反应生成氮和水的氨。为此必须提供形式为用于尿素溶液的容器的相应的体积。这个称为尿素容器的容器可以有益地用于储存从内燃发动机中导出的能量。优选尿素溶液是热绝缘的，因而收纳在清洗液容器的内部的水状尿素溶液相对车辆环境是热绝缘的，并且通过这种方式可以克服储存在尿素容器内的热能的周围损失(Umgebungsverlusten)。
该方法是有益的，因为不必为附加的蓄热器提供空间。通过与作为蓄热器的使用无关地设置的尿素容器不添加或者仅仅很小程度地添加附加的重量，这取决于用于传热的装置。此外，在该方法中对尿素溶液进行加温，这对尿素溶液在排气道内的有效水解和在选择催化还原时氨与氮氧化物的反应起有利的作用。此外，该方法节省能量，因为尿素容器在冰冻范围内的温度的情况下比无输送热量的情况需要较小程度地通过相应的电加热设备电加热。由此在该方法中可以实现对由内燃发动机产生的废热的有效应用。
其中，热管理的概念涉及从装置(特别是内燃发动机)中的热量导出、介质之间的热交换、以及热量的储存(特别是在尿素容器中)，以用于后续回传给内燃发动机。优选在机动车内实施该方法。其中除了真正的内燃发动机之外，也可以从机动车的其他的驱动部件中(例如传动机构或排气设备中)导出。作为冷却剂，例如可以使用水或适当的水状溶液。也可以将油用于从内燃发动机中导出热量；为了区别于传统的冷却剂使用油的概念。
优选在本发明的方法中，当冷却剂的温度高于尿素溶液的温度时，由尿素容器储存从冷却剂传递到尿素溶液的热能。由于尿素容器的较大的容积，在密度相似和热容量特定的情况下比在传统的蓄热器中能够储存更多的能量。
此外优选：当尿素溶液的温度高于冷却剂的温度时，尿素容器通过如下方式释放热能，即，将能量从尿素溶液传递到冷却剂。
此外优选：内燃发动机的配置组件附加地具有带有第一油管道的油循环回路，该油循环回路为了在内燃发动机与尿素容器之间运送热量可以经过第二调节阀与第二油管道连接。通过油管道可以有益地将用于冷却内燃发动机的油经过其管道引向传热器，在那里可以将油的热量传递给尿素容器内的尿素溶液。此外，还可以在内燃发动机冷起动时通过传递尿素溶液的热量对油进行加温。在该方法的可选的实施方式中，油也可以单独用于将内燃发动机的废热运送给传热器和因此运送给尿素容器。
其中该方法特别适合与自行点火的内燃发动机配置，因为特别是为了净化柴油机废气实施选择催化还原，为了该选择催化还原需要提供氨的尿素。然而也可以将该方法用于与外源点火的内燃发动机配置。
在另一个优选的实施方式中，尿素容器在至少一个侧面中具有至少一个凹处，在尿素容器的周面内将传热器收纳在该凹处中。其中可以说传热器整合在尿素容器内，其中其不是完全由尿素容器的材料围住，因为例如第一冷却剂管道必须与传热器连接。
同样优选：传热器设置成与尿素容器的至少一个外侧面接触。其中传热器不是收纳在尿素容器的周面内，而是贴靠在外侧面上。此外传热器可以在尿素容器的侧面内的浅的凹处中贴靠在尿素容器上。
此外优选：在尿素容器与用于将尿素溶液引入内燃发动机的排气道内的引入装置之间设置有尿素管道，在该尿素管道内设置有至少一个尿素泵，其中此外从尿素管道中分接出至少一个用于将尿素溶液引回尿素容器内的分支管道，其中该分支管道穿过传热器伸展，并且借助尿素泵使尿素溶液至少部分地穿过传热器循环。在这个循环中尿素溶液可以通过尿素泵的作用回流到尿素容器，通过这种方式改善冷却剂与尿素溶液之间的特别是从尿素溶液到冷却剂的热传递。例如为了调节尿素流动，可以在尿素管道和分支管道内设置另外的泵和阀门。例如，尿素管道可以通过阀门作用切断，并且尿素溶液可以完全循环返回尿素容器。这特别是可以在没有尿素引入排气道内的运行情况中实施。
本发明的第二观点涉及一种用于热管理的配置组件，其包括具有至少一个冷却剂循环回路的内燃发动机，该冷却剂循环回路包括：至少一个第一冷却剂管道；至少一个第一调节阀；至少一个第二冷却剂管道；至少一个尿素容器；和至少一个传热器，该传热器与第二冷却剂管道和尿素容器接触。该配置组件的优点与上述方法的优点相符。
本发明的第三观点涉及本发明的用于热管理的配置组件的应用。
本发明的第四观点涉及一种具有本发明配置组件的机动车。其中特别优选的是利用柴油机运行的机动车。
附图说明
参照附图详细地阐述本发明。其示出：
图1为具有现有技术的蓄热器的内燃发动机的配置组件的示意图；
图2为具有废气净化设备的内燃发动机的配置组件的示意图；
图3为用于执行本发明方法的配置组件的实施方式的示意图；
图4为用于执行本发明方法的配置组件的另一个实施方式的示意图；
图5为用于执行本发明方法的配置组件的另一个实施方式的示意图；
图6为用于执行本发明方法的配置组件的另一个实施方式的示意图；
图7为用于执行本发明方法的配置组件的另一个实施方式的示意图。
附图标记列表
1 配置组件
2 内燃发动机
3 第一冷却剂管道
3a 第二冷却剂管道
3b 冷却剂管道的接点
4 第一调节阀
5 蓄热器
6 加热装置
7 冷却装置
8 恒温器
9 第一冷却剂泵
10 冷却剂储备容器
11 排气道
12 第一催化设备
12a 柴油机氧化催化转化器
13 第二催化设备
13a 用于选择催化还原的催化器
14 尿素容器
15 尿素管道
15a 分支管道
16 尿素计量装置
17 尿素引入装置
20 传热器
21 湿式油底壳
22 主油泵
23 第一油管道
23a 第二油管道
23b 油管道的接点
24 第二调节阀
25 干式油底壳
26 辅助油泵
27 尿素泵
28 第三调节阀
具体实施方式
在现有技术的方法中，例如借助在图1中示出的配置组件1传递并储存热量。其中将内燃发动机2的热量借助冷却剂(例如水)通过冷却剂循环回路中的第一冷却剂管道3从内燃发动机2中导出。冷却剂循环回路可以通过第一调节阀4与蓄热器5连接并且通过如下方式与蓄热器断开，即，将第一冷却剂管道3与第二冷却剂管道3a流体连接。第二冷却剂管道3a通向蓄热器5。借助冷却剂将内燃发动机2的废热传递到蓄热器5内。蓄热器5用于储存热量，直到它在需要时借助冷却剂可以传递回内燃发动机2为止。其中一个传热器(在此未示出)用于将冷却剂内含有的热能传递到收纳在蓄热器5内的储存介质内，反之亦然。由此可以在内燃发动机2与蓄热器5之间进行热能交换，反之亦然。例如，本身众所周知的潜热蓄热器可以用作蓄热器5，该潜热蓄热器作为储存介质具有所谓的相变材料，其潜在的熔化热、溶解热或吸收热与其根据正常的专用的热容量在无相变效应的情况下能够储存的热量相比要大得多。
第二冷却剂管道3a在接点3b上重新与第一冷却剂管道3合流。在接点3b上还理想地设置有控制阀。图1的配置组件1内的冷却剂循环回路此外包括：用于对配置组件位于其内的机动车的轿厢进行加热的加热装置6；用于将冷却剂内吸收的热能释放给车辆环境的冷却装置7；恒温器8；以及通常由内燃发动机2驱动的第一冷却剂泵9，利用该冷却剂泵使冷却剂穿过冷却剂循环回路循环，如在图1中通过箭头显示所表示的那样。其中蓄热器5接入冷却剂循环回路中，使得冷却剂管道3从内燃发动机2通向蓄热器5并从这个蓄热器进一步通向加热装置6和/或冷却装置7。此外，冷却剂循环回路还包括冷却剂储备容器10，从该冷却剂储备容器中为冷却剂循环回路供应冷却剂。由于这样的冷却剂循环回路的作用原理本身是众所周知的，在此不对其进一步地探讨。
为了废气处理，将催化设备设置在内燃发动机2的排气道11内。在根据图2图示的配置组件1中，氧化催化转化器和微尘过滤器位于第一催化设备12内并且用于选择催化还原(selective catalytic reaction，SCR)的催化器和另外的氧化催化转化器以及另外的微尘过滤器位于第二催化设备13内。氧化催化转化器优选是柴油机氧化催化转化器。微尘过滤器特别是柴油机微尘过滤器。催化设备内的其他的装置可以包括三元催化器和氮氧化物存储催化转化器。为了储藏水状的、经过尿素管道15借助尿素计量装置16和尿素引入装置17逆流而上向着第二催化设备被引入排气道内的尿素溶液，设置有尿素容器14。在排气道内将尿素溶液转换为用作在SCR内将氮氧化物还原为氮的还原剂的氨。
在本发明的一个实施方式中，在根据图3的图示的配置组件1中代替传统的蓄热器5(如在图1中)将尿素容器14用于储存热量。尿素容器14内含有的水状尿素溶液用作热能储存介质。尿素容器14与传热器20连接。其中传热器20理想地设置在尿素容器14的侧面上的凹处内，使得其收纳在尿素容器14的周面内。换言之，传热器20在尽可能多的侧面上由尿素容器14的材料包围，通过这种方式保障了有效的热交换。然而，其也可以设置在尿素容器14的未构成有凹处的外侧面上。在传热器20内冷却剂管道3a与从尿素容器14中引出并再次引入的管道热接触，就是说，在它们之间可以传递热量。尿素容器14理想地具有热绝缘(未示出)。尿素容器14理想地具有用于测量尿素溶液的温度的装置。
尿素容器14通过调节阀4可以与在图1中说明的冷却剂循环系统连接。其中在冷却剂管道3内除了第一冷却剂泵9之外可以设置至少一个另外的泵(未示出)，该泵将冷却剂泵送穿过冷却剂管道3并泵送到传热器20。代替或作为对调节阀4的补充，可以在第一冷却剂管道3或第二冷却剂管道3a内设置第二冷却剂泵，该冷却剂泵将冷却剂泵送到尿素容器14。此外，图3与图2类似地示出：尿素管道15从尿素容器14通向尿素计量装置16并且然后继续通向尿素引入装置17和排气道11(两者在此均未示出)。
如果尿素容器14与冷却剂循环系统连接的话，在第一冷却剂管道3和第二冷却剂管道3a中将冷却剂从内燃发动机2引向尿素容器14。冷却剂流经传热器20并且在那里与尿素溶液接触，该尿素溶液从尿素容器14中流经为此设置的穿过传热器20的管道并流回尿素容器14内。如果冷却剂温度高于尿素溶液的话，将热量从冷却剂传递到尿素溶液。从冷却剂传递到尿素溶液的热量然后储存在尿素容器14内。如果尿素溶液温度高于冷却剂的话，将热量从尿素溶液传递到冷却剂。然后将储存在尿素容器14内的热量(特别是在内燃发动机2的起动阶段中)用于对内燃发动机2和其他部件(诸如传动机构)快速加热。冷却剂从传热器20流回内燃发动机2。
在本发明的另一个实施方式中，在根据图4图示的配置组件1中尿素容器14可以经过油循环回路与内燃发动机2热连接。其中借助泵22穿过第一油管道23将油从内燃发动机2的油底壳(在图4中是湿式油底壳21)中引出。油循环回路可以经过第二调节阀24与尿素容器14热连接，其中将第一油管道23与第二油管道23a连接。油管道23a类似于图3的冷却剂管道3a穿过传热器20，在该传热器内可以在油与尿素溶液之间传递热量。在理想地具有调节阀的接点23b中油管道重新会聚。类似于利用冷却剂说明的方法实施热传递方法。
在本发明的另一个实施方式中，在根据图5的图示的配置组件1中内燃发动机2经过第三油管道23c与尿素容器14热连接。其中油底壳是干式油底壳25，从该干式油底壳中将油借助主油泵22泵送到内燃发动机2并且借助附加的电动运行的辅助油泵26泵送到尿素容器14。在这个实施方式中没有冷却剂管道。
在图6的图示中示出的是本发明的另一个实施方式，在该实施方式中在配置组件1内冷却剂管道3以及油管道23a将内燃发动机2与尿素容器14热连接。其中将冷却剂管道3并且将油管道23a如此地引导穿过传热器20，即，两者与从尿素容器14中引出并重新引入的管道热接触，但是理想地不彼此接触，因而冷却剂和油在传热器20内可以分别与尿素溶液交换热量，但是在冷却剂管道3与油管道23a之间不能传递热量。
在本发明的在图7中示出的实施方式中，在配置组件1内从尿素管道15中分接出分支管道15a。该分支管道15a设置用于将尿素溶液引回到尿素容器14中，其中分支管道在其通入尿素容器14内之前穿过传热器20伸展。在尿素管道15内设置有至少一个尿素泵27。尿素泵27将尿素溶液从尿素容器14中泵送到尿素计量装置16。如果将设置在分支管道15a的支管上或在分支管道15a内的第三控制阀28打开的话，通过尿素泵27的作用将尿素溶液至少部分地引回到尿素容器14内，换言之，使尿素溶液循环。为了实现尿素溶液的循环，为了阻止尿素溶液流向计量装置16因而将尿素溶液完全泵回尿素容器14，可以在尿素管道15内设置至少一个另外的控制阀。也可以在分支管道15a内设置一个另外的尿素泵。通过尿素溶液穿过传热器20的循环，更加有效地从尿素溶液中或到尿素溶液中传递热量，换言之，进一步提高传热器20的传热效率。

Claims (11)

1.一种用于在内燃发动机(2)的具有至少一个冷却剂循环回路的配置组件中的热管理的方法，所述冷却剂循环回路包括：至少一个第一冷却剂管道(3)；第一调节阀(4)；第二冷却剂管道(3a)；至少一个尿素容器(14)；以及至少一个与所述尿素容器(14)和所述第二冷却剂管道(3a)接触的传热器(20)，其中，通过所述调节阀(4)将所述第一冷却剂管道和所述第二冷却剂管道流体连接，并且通过所述第一冷却剂管道(3)和所述第二冷却剂管道将流体的冷却剂从所述内燃发动机(2)运送到所述传热器(20)，并且借助所述传热器(20)在所述冷却剂与位于所述尿素容器(14)内的水状的尿素溶液之间交换热能。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述冷却剂的温度高于所述尿素溶液的温度时，所述尿素容器(14)储存从所述冷却剂传递到所述尿素溶液的热能。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述尿素溶液的温度高于所述冷却剂的温度时，所述尿素容器(14)通过如下方式释放热能，即，将能量从所述尿素溶液传递到所述冷却剂。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述内燃发动机的所述配置组件附加地具有带有第一油管道的油循环回路，所述油循环回路为了在所述内燃发动机(2)与所述尿素容器(14)之间运送热量能够经过第二调节阀(24)与第二油管道(23a)连接。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，将油管道(23，23a)代替所述冷却剂管道(3，3a)并且将油代替所述冷却剂用于传递热量。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述尿素容器(14)在至少一个侧面中具有至少一个凹处，将所述传热器(20)在所述尿素容器(14)的周面内收纳在所述凹处中。
7.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其中，所述传热器(20)设置在所述尿素容器(14)的至少一个外侧面上。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，在所述尿素容器(14)与用于将所述尿素溶液引入所述内燃发动机的排气道(11)内的引入装置(17)之间设置有尿素管道(15)，在所述尿素管道内设置有至少一个尿素泵(27)，其中从所述尿素管道(15)中分接出至少一个用于将所述尿素溶液引回所述尿素容器(14)内的分支管道(15a)，其中所述分支管道(15a)穿过所述传热器(20)伸展，并且借助所述尿素泵(27)使所述尿素溶液至少部分地穿过所述传热器(20)循环。
9.一种用于热管理的配置组件(1)，包括带有至少一个冷却剂循环回路的内燃发动机(2)，所述冷却剂循环回路具有：至少一个第一冷却剂管道(3)；至少一个第一调节阀(4)；至少一个第二冷却剂管道(3a)；至少一个尿素容器(14)；以及至少一个传热器(20)，所述传热器与所述第二冷却剂管道(3a)和所述尿素容器(14)接触。
10.一种根据权利要求9所述的用于热管理的配置组件的应用。
11.一种机动车，所述机动车具有根据权利要求9所述的配置组件。
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