CN109415960A - 计量还原剂液体的计量装置以及操作计量装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种计量装置（1），计量装置（1）用于计量进入燃烧系统的废气流中的还原剂液体。计量装置（1）具有用于还原剂的入口（6）和出口（8）以及布置在入口（6）和出口（8）之间的关闭装置（10）。在关闭装置（10）的区域中布置能够电操作的至少一个加热元件。

Description

计量还原剂液体的计量装置以及操作计量装置的方法
技术领域
本发明涉及一种计量装置，该计量装置用于计量进入燃烧系统的废气流中的还原剂液体，例如进入机动车辆的废气道中的还原剂液体。本发明还涉及一种用于操作这种计量装置的方法。
背景技术
将水和/或水溶液喷射到燃烧系统的废气道中的计量装置（也称为喷射器）在内燃机被关闭且具有低于凝固点的外部温度时由于喷射器中介质的凝固和由此产生的膨胀而处于被破坏的危险中。在例如SCR（选择性催化还原）系统中使用的低压喷射器中，尤其是喷射器的喷嘴区域处于危险中，因为在该区域中，材料的增厚将在雾化期间导致性能缺点。
文献DE 10 2004 054 238 A1公开了一旦内燃机被关闭就通过将溶液从喷射器中吸回来移除溶液。然而，这是昂贵的。
发明内容
本发明的目的是详细说明一种用于计量进入燃烧系统的废气流中的还原剂液体的计量装置，用该计量装置防止由于还原剂的凝固而对计量装置的损坏。此外，试图详细说明一种用于操作这种计量装置的方法。
该目的通过独立权利要求的主题实现。
本发明的有利实施例和细化是从属权利要求的主题。
根据本发明的一个方面，一种用于计量进入燃烧系统的废气流中的还原剂液体的计量装置被详细说明，其中计量装置具有用于还原剂的入口和出口以及布置在入口和出口之间的关闭装置。至少一个电操作的加热元件被布置在关闭装置的区域中。
计量装置尤其是用于将水溶液（例如尿素溶液）喷射到机动车辆的废气道中用于废气后处理的喷射器。
电操作的加热元件尤其能够是具有大约1瓦特的加热容量的低能加热装置。清楚的是，这种加热容量足以实现关闭装置区域中的还原剂的温度升高10 K。在绝大多数情况下，这足以防止尤其处于危险中的关闭装置的区域中的还原剂液体凝固。
已经表明，喷射器顶端和冷却套由于小的表面而具有足够高的热阻值，尤其是在喷射器的水和空气冷却的情况下。结果，可以将加热元件的能量需求保持为低到这种程度：例如具有65 Ah / 12 V（780 Wh）的电池中包含的能量的仅1％将必须在8小时内被使用用于温度升高10 K。
因此，计量装置具有的优点是，尤其是对于关闭装置的尤其敏感的区域的损坏能够被保护免受由还原剂的凝固而导致的破坏。
根据一个实施例，至少一个加热元件被布置在计量装置的喷嘴的区域中。这种喷嘴通常以喷嘴板的形式布置，在计量装置的出口的区域中具有孔。由于喷嘴的配置由要产生的喷雾类型决定，因此在喷嘴板处材料的增厚以保护免受由于凝固还原剂而造成的损坏通常是不利的。在该区域中选择性地发生的加热具有的优点是，喷嘴的尤其敏感的区域被保护，而不需要必需对喷嘴板进行修改。
根据本发明的另一个实施例，至少一个加热元件凭借如下事实形成：在喷嘴的区域中，计量装置的至少一个壳体元件相对于废气道的元件电绝缘，并且壳体元件能够通过施加电流而被短路加热。
根据该尤其简单的实施例，在喷嘴的区域中的计量装置的壳体上设置电极，借助于该电极，电流的流动能够直接通过壳体产生。以这种方式，通过喷嘴板或通过紧邻喷嘴的壳体元件的电流的流动被产生，并且因此所述壳体元件被加热。为此目的，与计量装置的壳体元件形成电接触，该计量装置的壳体元件相对于废气道电绝缘，并且连接从计量装置的壳体引出和/或从废气道引出。
该实施例具有的优点是，其尤其简单，因为除了电连接之外，不需要另外的元件来形成加热元件。
根据一替代实施例，至少一个加热元件凭借如下事实形成：第一电极在计量装置中被引导直至喷嘴附近，并且在喷嘴的区域中第二电极与计量装置的壳体元件形成接触。其结果是通过还原剂液体和壳体元件从第一电极到第二电极形成电流路径。在一种配置中，第一电极通过入口被引导进入计量装置中。
在该实施例中，还原剂（例如尿素水溶液）的导电性被使用，并且电流的流动通过紧邻喷嘴的还原剂液体产生。结果，还原剂液体被直接加热。
与壳体元件形成接触的第二电极尤其被连接到车辆接地。
尽管该实施例需要电极被引导通过计量装置，但是除了电连接之外，它还不需要另外的部件，并且因此在设计方面尤其简单。由于还原剂的直接加热，该实施例中的能量损失被保持较低。尤其是，经由将喷射器连接到废气道的金属凸缘的热量损失是不成问题的。
根据另一实施例，至少一个加热元件凭借如下事实形成：至少一个加热团块被布置在喷嘴的区域中，并且由至少一个电极与其形成接触，该至少一个电极被引导通过计量装置的壳体直至加热球团块。加热团块尤其是封装的加热元件，例如封装的PTC加热元件（PTC = 正温度系数）。
在该实施例中，加热团块作为单独的元件被提供用于将电流转换为热量，并且被布置在喷嘴的尤其敏感的区域中，以加热喷嘴的尤其敏感的区域。借助于至少一个电极与加热团块形成接触，该至少一个电极在例如外部阀壳体和内部阀壳体之间被引导，该内部阀壳体具有用于保持还原剂液体的腔。
因此，馈给管线不在计量装置的“湿”区域中行进，使得没有密封问题发生。
至少一个加热团块尤其能够被实施为围绕喷嘴的环形盘。这能够由例如金属或陶瓷形成。
计量装置尤其能能够为电磁阀，即，能够被磁性致动的阀。这种阀广泛用于液体的精确计量。
根据本发明的一个方面，用于机动车辆的废气净化设备被详细说明，该废气净化设备具有用于保持和提供液体还原剂的容器、用于输出还原剂到废气流中的所述的计量装置和将容器连接到计量装置的还原剂管线。尤其地，泵能够被连接到还原剂管线中，用于将还原剂从容器馈给到机动车辆的内燃机的废气道中。
这种废气净化设备尤其能够用于减少柴油车辆中的氮氧化物。在该背景下，通常使用尿素溶液作为还原剂液体。然而，也可以想到将废气净化设备用于其它类型的机动车辆和/或其它类型的还原剂。
根据本发明的另一方面，一种用于操作计量装置的方法被详细说明，该计量装置用于计量进入燃烧系统的废气中的还原剂液体，其中，计量装置具有入口和出口以及在布置在入口和出口之间的关闭装置，其中，至少在燃烧系统不运行时将关闭装置的区域加热到高于还原剂液体的凝固点。
该方法具有的优点是，即使在低外部温度处，计量装置的尤其安全的操作也是可能的。尤其地，即使在燃烧系统不运行并且因此不经由废气向计量装置输出热量时，计量装置也被保护免受由凝固还原剂液体引起的破坏。
在该方法中，能够有在燃烧系统被关闭时加热关闭装置的区域的设置。此外，还将可以在加热之前和/或加热期间的方法步骤中检查外部温度是否在使加热成为必要的范围内，即，尤其是检查外部温度是否低于或等于还原剂液体的凝固点，或外部温度是否低于高于还原剂液体的凝固点的预定义值。
在此进行加热，尤其以电的方式进行，其中通过计量装置的元件的电流的流动或为此目的提供的加热球团块引起电阻加热。
尤其地，加热在计量装置的喷嘴的区域中局部地进行，该区域由于还原剂的凝固而尤其处于危险中。
附图说明
本发明将基于示例性实施例并参考附图在下面被更详细地讨论。在图中：
图1示出了本发明的计量装置的第一实施例的示意图；
图2示出了本发明的计量装置的第二实施例的示意图；
图3示出了本发明的计量装置的第三实施例的示意图，以及
图4示出了来自图3的细节。
具体实施方式
图1示出了用于计量进入机动车辆的燃烧系统的废气流中的还原剂液体的计量装置1的示意图。
计量装置1具有内部壳体2，该内部壳体2包围基本上为圆柱形的腔4。腔4在其上部端部处具有用于液体还原剂的入口6，并且在其下部端部处具有用于液体还原剂的出口8。外部壳体3部分地包围内部壳体2。
形式为阀的关闭装置10被布置在入口6和出口8之间。
在腔4中布置过滤器壳体12，该过滤器壳体12具有用于过滤还原剂液体的过滤器14。此外，在腔4中布置具有复位弹簧18的弹簧座16。复位弹簧18处于在弹簧座16和针座20之间的预应力下，针座20被机械地联接到阀针22。
当阀未被致动时，阀针22处于关闭位置。
在关闭位置中，阀针22在出口8的方向上被推动，其中球24被布置在其顶端上，使得球24被牢固地压靠座26并且用喷嘴板28封闭出口8。
关闭装置10借助于电磁致动设备30致动，该电磁致动设备30尤其具有线圈，该线圈能够经由电连接件32被激励并且具有产生磁场的目的。如果线圈被激励，阀针22因此在入口6的方向上逆着阀弹簧18的恢复力移动，并且球24从座26抬起，结果是还原剂液体能够通过出口8从腔4进入废气道34。
根据图1中所示的计量装置1的第一实施例，在喷嘴板28的区域中，围绕壳体2并且与壳体2电接触地设置第一电极36和第二电极38，电流能够经由第一电极36和第二电极38被施加到壳体2。因此，电极36和38经由壳体2在喷嘴板28的区域中被短路，并且，壳体2通过电流的流动在喷嘴板28的区域中被加热。结果，在该区域中产生温度升高，该升高足以防止还原剂液体凝固。
在该背景下，电极36和38不与废气管40形成接触，而是相对于废气管40电绝缘。
图2示出了计量装置1的第二实施例，其与图1中所示的第一实施例的不同之处在于，第一电极36通过入口6被引导到腔4中直至喷嘴的区域，就在出口8之前。电极36在腔4中在阀针22的水平处自由地终止。第二连接38将壳体2连接到车辆接地。
在该实施例中具有使用还原剂的电导率并产生通过还原剂从第一电极36到第二电极38的电流的流动的设置。结果，还原剂在喷嘴板28前方的区域中被直接加热。
图3示出了计量装置1的第三实施例，其与上面所示的不同之处在于，加热元件以环形加热团块42的形式被布置在喷嘴板28上，通过至少一个电极36与该加热团块42形成接触。在此，电极36在外部壳体3和内部壳体2之间被引导直至在喷嘴板28的区域中的计量装置1的顶端。
图4示出了从上方看的喷嘴板28的平面图，其中加热团块42以环形形状包围出口8。

Claims (11)

1.一种计量装置（1），用于计量进入燃烧系统的废气流中的还原剂液体，其中所述计量装置（1）具有用于还原剂的入口（6）和出口（8）以及布置在所述入口（6）和所述出口（8）之间的关闭装置（10），
其中，电操作的至少一个加热元件被布置在所述关闭装置（10）的区域中。
2.如权利要求1所述的计量装置（1），
其中，所述至少一个加热元件被布置在所述计量装置（1）的喷嘴的区域中。
3.如权利要求2所述的计量装置（1），
其中，所述至少一个加热元件凭借如下事实形成：在所述喷嘴的区域中，所述计量装置（1）的至少一个壳体元件相对于废气道（34）的元件电绝缘，并且所述壳体元件能够通过施加电流而被短路加热。
4.如权利要求2所述的计量装置（1），
其中，所述至少一个加热元件凭借如下事实形成：第一电极（36）在所述计量装置（1）中被引导直至所述喷嘴附近，并且第二电极（38）在所述喷嘴的区域中与所述计量装置（1）的壳体元件形成接触，从而形成通过所述还原剂液体和所述壳体元件从所述第一电极（36）到所述第二电极（38）的电流路径。
5.如权利要求2所述的计量装置（1），
其中，所述至少一个加热元件凭借如下事实形成：至少一个加热团块（42）被布置在所述喷嘴的区域中，并且由至少一个电极（36）与所述至少一个加热团块（42）形成接触，所述至少一个电极（36）被引导通过所述计量装置（1）的壳体（3）直至所述加热团块（42）。
6.如权利要求5所述的计量装置（1），
其中，所述至少一个加热团块（42）被实施为围绕所述喷嘴的环形盘。
7.如权利要求1至6中任一项所述的计量装置（1），
其中所述计量装置（1）被实施为电磁阀。
8.一种用于机动车辆的废气净化设备，其具有以下部件：
- 用于保持和提供液体还原剂的容器，
- 如权利要求1至7中任一项所述的计量装置（1），所述计量装置（1）用于将所述还原剂输出到所述废气流中，和
- 将所述容器连接到所述计量装置（1）的还原剂管线。
9.一种用于操作计量装置（1）的方法，所述计量装置（1）用于计量进入燃烧系统的废气中的还原剂液体，其中所述计量装置（1）具有入口（6）和出口（8）以及布置在所述入口（6）和所述出口（8）之间的关闭装置（10），
其中，至少在所述燃烧系统不运行时，所述关闭装置（10）的区域被加热到高于所述还原剂液体的凝固点。
10.如权利要求9所述的方法，
其中，所述加热以电的方式进行。
11.如权利要求9或10所述的方法，
其中，所述加热在所述计量装置（1）的喷嘴的区域中局部地进行。
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