CN111406148A

CN111406148A - 用于输送和供应液态的排气净化添加剂的scr按量配给单元

Info

Publication number: CN111406148A
Application number: CN201880076726.XA
Authority: CN
Inventors: S·穆拉扎尼
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2018-12-05
Publication date: 2020-07-10
Anticipated expiration: 2038-12-05
Also published as: EP3721063A1; CN111406148B; BR112020008600A2; US20210172360A1; WO2019110629A1; DE102017222301A1; US11181025B2

Abstract

本发明涉及一种用于输送和供应液态的排气净化添加剂(2)的SCR按量配给单元(1)，其具有多件式的铝框架(3)，其中至少一个PTC加热元件(4)在铝框架(3)的第一部分(6)和第二部分(7)之间形成导电接触部(5)，其中在铝框架(3)的第一部分(6)和第二部分(7)之间不存在其它导电接触部，并且多件式的铝框架(3)被浇铸到SCR按量配给单元(1)的塑料壳体(8)中。

Description

用于输送和供应液态的排气净化添加剂的SCR按量配给单元

技术领域

本发明涉及一种用于输送和供应液态/流态的排气净化添加剂的SCR按量配给/定量给料/计量分配单元。这种SCR按量配给单元例如可以用在机动车中，以便将排气净化添加剂输送给机动车的排气处理装置。这例如可以是用于净化机动车的柴油内燃机的排气并且应用选择性催化还原方法(SCR方法；SCR＝selective catalytic reduction)的排气处理装置。

背景技术

柴油内燃机的排气通常具有高份额的氮氧化合物，其可利用SCR方法在排气净化添加剂的辅助下被还原。在此，通常使用尿素水溶液作为排气净化添加剂。可购买到

商标的尿素含量为32.5％的尿素水溶液用于排气净化。尿素水溶液在排气外部或排气内部被转化成氨。在SCR方法中，在排气处理装置中的排气中的氮氧化合物反应形成无害物质，特别是水、氮和CO₂。

为了输送和供应排气净化添加剂，在机动车中通常需要储罐，在储罐中储存有排气净化添加剂。此外，需要SCR按量配给单元，其从储罐抽取排气净化添加剂并将其输送至排气处理装置。在储罐中存储排气净化添加剂以及在促进和供应排气净化添加剂的过程中，通常的问题是，惯常使用的排气净化添加剂(例如，上述的尿素水溶液)可能会在低温下冻结。在冻结时，一方面出现体积膨胀，这导致储罐、SCR按量配给单元和其他组件可能被损坏。此外，在排气净化添加剂冻结时，不能进行输送。出于这个原因已知的是，在SCR按量配给单元中和在用于储存排气净化添加剂的储罐中设置加热装置。利用这种加热装置一方面可以防止排气净化添加剂的冻结。另一方面，也可以将冻结的排气净化添加剂熔化，使其成为液体而能够被再次供应。

在SCR按量配给单元中特别经常使用的加热装置的类型是所谓的PTC加热元件，PCT加热元件(PCT＝正温度系数(positive temperature coefficient))具有围绕确定的温度自调节的特性。也就是说，在这种PTC加热元件工作时自动地形成一定的加热温度。PTC加热元件由特殊材料构成，这些材料具有与温度有关的电阻，该电阻产生加热功率与温度的所述相关性。

然而PTC加热元件相对昂贵。此外，难以利用PTC加热元件来加热大的面/表面。因此，已知的是采用热分布结构来有效地将PTC加热元件产生的热量从PTC加热元件中排出并分布到更大的面。只有这样才能保证在储罐中有效地熔化较大量的冻结的液态的排气净化添加剂。热分布结构通常由具有良好导热性的金属、例如由铝形成。热分布结构和PTC加热元件通常在排气净化添加剂中不是持久耐用的。当PTC加热元件和散热结构暴露于液态的排气净化添加剂时，腐蚀很快发生。因此，为了避免这种情况，必须提供足够的保护。

SCR按量配给单元的另一个问题是，制造成本是非常关键的因素。必须在机动车中除了用于燃料的储罐和输送单元之外还设置用于排气净化添加剂的储罐和SCR按量配给单元。因此，通常需要低成本的、高度集成的、紧凑和非常高效的SCR按量配给单元。

发明内容

由此出发，本发明的目的是，解决或至少缓解所述的技术问题。尤其是应当提供一种成本特别低廉的并且可容易制造的、长期稳定的和紧凑的SCR按量配给单元以用于输送和供应液态的排气净化添加剂，其具有特别有效的加热装置。

这些目的利用根据权利要求1的特征的装置来实现。在从属权利要求中说明了该装置的其它有利的设计方案。在权利要求中单个描述的特征可以以任意的、技术上有意义的方式相互组合并且可以通过说明书中的解释性的材料来补充，其中，示出本发明的其它实施变型方案。

本发明涉及一种用于输送和供应液态的排气净化添加剂的SCR按量配给单元，其具有多件式的铝框架，其中至少一个PTC加热元件在铝框架的第一部分和第二部分之间形成导电接触部，其中在铝框架的第一部分和第二部分之间不存在其它导电接触部，并且多件式的铝框架被浇铸到SCR按量配给单元的塑料壳体中。

SCR按量配给单元或者SCR输送单元例如也可以被称为泵模块。SCR按量配给单元的所述塑料壳体是布置有用于从储罐输送和供应液态的添加剂所需的各不同的有源元件的壳体。这些部件中最重要的是泵，利用该泵进行实际的输送。附加地，在SCR按量配给单元中能够设置传感器、阀、开关、印刷电路板等作为组件。SCR按量配给单元的塑料壳体通常设置在储罐中，排气净化添加剂储存在该储罐中。于是从SCR按量配给单元到储罐的附加的抽吸管路能够是非常短的或者甚至取消。PTC加热元件用于有效地加热在SCR按量配给单元本身中的或者在储罐内直接邻接于SCR按量配给单元的区域中的液态的添加剂。为了将热量从PTC加热元件有效地传递到排气净化添加剂中，设置有所述铝框架。该铝框架直接浇铸到SCR按量配给单元的塑料壳体中。“浇铸”这个概念在此是指，所述塑料壳体由浇铸方法制成并且至少部分地包围所述铝框架。用于塑料壳体的浇铸材料例如能够是POM(聚氧乙烯)或HDPE(高密度聚乙烯)。浇铸壳体优选地利用通常的浇铸方法制成，其中浇铸材料在高压下被浇铸到浇铸模具中。在将浇铸材料供给到浇铸模具中之前，优选将铝框架插入到该浇铸模具中。这样确保了塑料壳体的塑料材料完全包围铝框架。特别是，由铝框架和合成材料壳体形成的牢固的复合体。塑料壳体优选在两侧包围铝框架。特别地，塑料壳体的材料在塑料壳体的外侧上包围铝框架。上面已经描述了，SCR按量配给单元可以设置在储存有液态的排气净化添加剂的储罐中。通过塑料壳体的材料在外侧完全包围铝框架，防止了储罐中的液态的排气净化添加剂与铝框架接触。在塑料壳体的内侧上，铝框架也可以部分地暴露。这意味着，在塑料壳体的内侧上的铝材料在局部没有被塑料材料覆盖。PTC加热元件可以在塑料壳体的内侧与铝框架接触，以便PTC加热元件的热量可以传递到铝框架。根据一种优选的实施方式，存在多个PTC加热元件，它们分别在铝框架的第一部分和第二部分之间形成导电接触部。特别优选的是具有两个、三个或四个单个的PTC加热元件的实施变型方案，这些加热元件沿着塑料壳体的周向尽可能均匀分布地布置。

铝框架的一个特征在于，其由彼此分开的部分构成，即由第一部分和第二部分构成。铝框架的第一部分和铝框架的第二部分彼此电绝缘。在第一部分和第二部分之间仅通过PTC加热元件存在导电触点。PTC加热元件在第一部分和第二部分之间形成导电连接。因此，可以通过铝框架的第一部分和铝框架的第二部分为PTC加热元件供应电流。因此，铝框架的第一部分和铝框架的第二部分形成到PTC加热元件的导入线和导出线。这使得可以确保对PTC加热元件均匀地加载电流。电流通过PTC加热元件与铝框架的第一部分的整个接触面流入PTC加热元件，并通过PTC加热元件与铝框架的第二部分的整个接触面流出PTC加热元件，反之亦然。如以上已经描述的，PTC加热元件的PTC材料相对昂贵。这种形式的电接触使得可以完全地利用PTC材料。以前，通常只有PTC加热元件的单侧电接触是常见的，其中电接触并排地布置在PTC加热元件的表面上。通过这种电接触，电流仅流过PTC加热元件的材料的一部分。这里所描述的电接触能够实现电流完全流过PTC加热元件。这与浇铸到塑料壳体中的铝框架产生特别的协同效应，因为铝框架的第一部分和铝框架的第二部分的位置可以通过浇铸到塑料壳体中而特别精确地预先确定。因此，可以为PTC加热元件特别精确地预先确定在铝框架的第一部分和第二部分上的面接触，从而使PTC加热元件的持久可靠的电连接成为可能。

多件式铝框架特别是具有第一部分和第二部分的两件式铝框架。两件式铝框架的概念可以任意转用到具有三个或更多个部分的铝框架上。重要的是，存在至少两个部分，以便PTC加热元件的电接触可通过铝框架实现。当然，这两个部分中的每一者都可以被划分成两个或更多个另外的部分，所述另外的部分必要时也可以彼此电绝缘。

此外，当塑料壳体形成塑料壁、该塑料壁具有面且铝框架至少部分地布置在塑料壁内并且铝框架覆盖塑料壁的面的至少60％时，SCR按量配给单元是有利的。

塑料壳体的塑料壁的面在此是指形成塑料壁的假想的面。塑料壳体例如圆柱形地成形。塑料壳体的塑料壁的面则是圆柱形的圆周面以及位于塑料壁中或在塑料壁上定向的上盖面和/或下盖面。铝框架覆盖塑料壁的面意味着，沿着所述面，铝框架覆盖至少60％的面部分。

这种布置使得能够沿着塑料壳体的塑料壁大面积地分布PTC加热元件的热量。尤其是当具有塑料壳体的SCR按量配给单元设置在用于液态的排气净化添加剂的储罐中时，这能够实现热量从铝框架大面积地输出到储罐中的排气净化添加剂上。

此外，有利的是，塑料壁的材料在两侧至少局部地围绕铝框架。优选地，塑料材料以较大比例、例如大于所述面的50％在两侧包围铝框架。这里，“两侧”是指，塑料材料不仅设置在塑料壁的朝向储罐内部空间的外侧上，而且也设置在塑料壁的朝向塑料壳体的内部空间的内侧上。塑料壁的材料具有绝缘作用。通过将塑料材料设置在两侧，可以确保从PTC加热元件引入铝框架的热量也均匀地分布在塑料壁的两侧，并且不会出现向内侧的过大比例的热释放。

此外，如果塑料壳体具有上侧和环绕的侧壁/周向侧壁，并且铝框架的第一部分至少部分地布置在该上侧中，而铝框架的第二部分至少部分地布置在环绕的侧壁中，则SCR按量配给单元是有利的。因此，铝框架的第一部分大部分地以平坦的面的方式设计。铝框架的第二部分大部分地以圆柱形的圆周面的方式设计。铝框架的第一部分和第二部分中的这种划分使得可以特别简单地制造铝框架，因为铝框架可以通过相对简单的深冲步骤和弯曲步骤来制造。特别地，不需要铝框架的复杂形状，那样则例如必须将铝框架的不同部分彼此焊接。

此外，如果铝框架的第一部分形成至少一个突起/延伸部，并且所述至少一个PTC加热元件布置在槽状的开口中，则SCR按量配给单元是有利的，所述槽状的开口分别布置在铝框架的第一部分的突起和铝框架的第二部分之间并且形成至少一个导电接触部。

在此，突起是指从铝框架的第一部分的平坦的面(特别是垂直地)延伸离开的部分面。该突起特别地形成至少局部地与铝框架的第二部分平行的面。PTC加热元件在突起的该面与铝框架的第二部分的面之间的布置可以非常简单。在铝框架的第二部分和突起之间的间隙被称为槽状的开口，PTC加热元件可以简单地且低制造成本地插入该开口中。优选通过多个突起形成用于PTC加热元件的多个槽状的开口。特别优选地存在两个、三个或四个突起和槽状的开口，其具有设置在其中的PTC加热元件。优选地，在铝框架上或在SCR按量配给单元上存在多个这样的槽状的开口，所述槽状的开口沿着环绕的侧壁环绕地分布。这能够实现热量在SCR按量配给单元的塑料壳体的外侧上的特别均匀的分布。

此外，如果塑料壳体具有环绕的法兰，铝框架的第二部分在该法兰中以法兰状的区段延伸，则SCR按量配给单元是有利的。这种环绕的法兰例如可以用于将SCR按量配给单元的塑料壳体嵌入到储罐底部中。在该法兰中延续铝框架并且特别是铝框架的第二部分具有的优点是，热量也可以通过该法兰散布至储罐中的排气净化添加剂。

此外，如果在铝框架的第一部分和第二部分之间至少局部地布置有电绝缘的间隔元件，则SCR按量配给单元是有利的。

电绝缘的间隔元件一方面可以由塑料壳体本身的塑料材料形成。但是也可以附加地存在电绝缘的间隔元件，例如可以将这样的电绝缘的间隔元件插入浇铸模具中，在浇铸材料被引入浇铸模具中之前就制成具有该间隔元件的塑料壳体。这样的间隔元件于是能够实现第一部分和第二部分在塑料壳体中的精确定位。这种间隔元件也可以用于保护PTC加热元件并且例如框架式地围绕PTC加热元件布置。

也有利的是，SCR按量配给单元具有用于向所述至少一个PTC加热元件供应电压的电压源，该电压源被配置成在铝框架的第一部分和第二部分之间产生电压。

在此还描述了一种用于液态的排气净化添加剂的塑料储罐，其具有储罐底侧，在该储罐底侧中这样设置一个所述的SCR按量配给单元，使得SCR按量配给单元的塑料壳体局部地形成储罐底部，其中塑料壳体从储罐底侧出发延伸到塑料储罐的内部空间中。

SCR按量配给单元连同塑料壳体设置在储罐底部中或这样设置在储罐上，使其形成储罐底部的一部分，这使得能够与储罐中的排气净化添加剂的液位无关地并且尤其是即使在排气净化添加剂在储罐中的液位低时也能够有效地确保从储罐中提取排气净化添加剂。此外，可确保SCR按量配给单元能够到达储罐的底侧，从而例如对SCR按量配给单元中的作用组件/主动组件的维护也是可能的。这里，储罐的内部空间指的是与塑料壳体的内部空间不同的内部空间。在一种优选的实施变型方案中，所述储罐的内部空间包围所述塑料壳体的外侧。

在此也描述了一种机动车，其具有内燃机、用于净化内燃机排气的排气处理装置，该排气处理装置具有用于执行选择性催化还原方法的SCR催化器和所述的用于向排气处理装置添加液态的排气净化添加剂的SCR按量配给单元。该SCR按量配给单元可以从塑料储罐中提取排气净化添加剂，SCR按量配给单元被置入该塑料储罐中。

附图说明

下面借助附图详细说明本发明以及技术领域。附图示出了本发明的特别优选的实施例，然而本发明不限于这些实施例。尤其要指出，附图和尤其在附图中示出的尺寸比例仅是示意性的。附图示出：

图1示出具有所述SCR按量配给单元的示意性塑料储罐，

图2示出穿过所述SCR按量配给单元的剖面，

图3示出铝框架的三维示意图，

图4示出具有PTC加热元件的铝框架的示意性的区段，

图5示出具有PTC加热元件的铝框架的第二示意性的区段，以及

图6示出机动车辆。

具体实施方式

图1示出了具有储罐底侧20的塑料储罐19，该储罐底侧由在这里示意性示出的储罐底部21形成并且SCR按量配给单元1被置入到该储罐底部中，该SCR按量配给单元具有在这里描述的结构。该SCR按量配给单元1具有塑料壳体8，铝框架3置入该塑料壳体中。该铝框架3具有第一部分6和第二部分7。铝框架的第一部分6设置在塑料壳体8的上侧11中。铝框架的第二部分主要布置在塑料壳体8的环绕的侧壁12中。塑料壳体8具有塑料壁9，所述塑料壁具有面10。在铝框架3的第一部分6和第二部分7之间布置有PTC加热元件4，该PTC加热元件4形成铝框架3的第一部分6和第二部分7之间的导电接触部5。在第一部分6和第二部分7之间的、其中布置有PTC加热元件4的空间也可以被看作是槽状的开口14。为了形成槽状的开口14，铝框架的第一部分6形成突起/延伸部13，突起13平行于铝框架的第二部分7延伸。

SCR按量配给单元1的塑料壳体8具有环绕的法兰15，利用该法兰将塑料壳体8置入储罐底部21中。环绕的法兰15在一定程度上构成了塑料壳体8与储罐底部21的连接区域。在环绕的法兰15中有铝框架3的第二部分7的法兰状的区段16。法兰状的区段16使得热分布在法兰15上。塑料壳体8整体上形成了嵌入塑料储罐19的内部空间22中的倒置插件，所述插件从储罐底部21伸出。还在SCR按量配给单元的塑料壳体8的外部环绕地设置有过滤器34。该过滤器34沿周向包围塑料壳体8。塑料储罐19中的液态的排气净化添加剂可以被抽吸通过过滤器34至入口部位31，液态的排气净化添加剂在该入口部位上从储罐中被提取。在塑料壳体8中布置有泵30，该泵通过抽吸管路32从入口部位31抽吸液态的排气净化添加剂并且输送至供给接口33，在该供给接口处供应排气净化添加剂。在与上侧11相对布置的朝向外部的壳体内侧36上，塑料壳体8由盖35封闭，从而形成用于SCR按量配给单元1的组件(尤其用于泵30)的封闭的空间37。

在图2中示出SCR按量配给单元1和塑料壳体8的剖面。可以看到，塑料壳体8的塑料壁9如何形成一个圆周面。铝框架3的第二部分7布置在塑料壳体的这个环绕的侧壁12中。从下方也可以看到铝框架3的第一部分的在此未被塑料壳体8的塑料材料覆盖的区段，该区段带有突起13，该突起平行于铝框架的第二部分延伸并且形成槽状的开口14，在这些开口中布置有PTC加热元件并且在铝框架的第一部分6和第二部分7之间形成电接触部5。同样可以看到同样在图1中示出的入口部位31、抽吸管路32和泵30。可以看出，这里沿环绕的侧壁12总共有三个PTC加热元件4设置在槽状的开口14中。还示出了间隔元件17，其确保铝框架的第一部分6和第二部分7之间的间隔。

为了对铝框架更好地空间定向，图3中在没有SCR按量配给单元的其它结构元件的情况下在此以三维示意图示意性示出了铝框架3。可以看到第一部分6和第二部分7，其中第一部分6形成突起13，并且第二部分7形成法兰状的区段16。在这里未示出的塑料壳体的材料包围铝框架的所述两个部分。

在图4和图5中分别示出了铝框架3的具有第一部分6和第二部分7以及在其间布置PTC加热元件4的区段，该区段形成第一部分6和第二部分7之间的电接触部5。第一部分6和第二部分7分别通过电接触29与电压源18连接，以便将电流输出到PTC加热元件4上。图4还示出了间隔元件17，其保持铝框架3的第一部分6和第二部分7之间的距离。

图6示出了具有内燃机24和排气处理装置25的机动车23，该排气处理装置具有用于净化内燃机24的排气的SCR催化器26。来自塑料储罐19的液态的排气净化添加剂2可通过SCR按量配给单元1输送到排气处理装置25。为此，SCR按量配给单元1通过管路27与在排气处理装置25上的喷射器28连接。

Claims

1.一种用于输送和供应液态的排气净化添加剂(2)的SCR按量配给单元(1)，其具有多件式铝框架(3)，其中至少一个PTC加热元件(4)在铝框架(3)的第一部分(6)和第二部分(7)之间形成导电接触部(5)，其中在铝框架(3)的第一部分(6)和第二部分(7)之间不存在其它导电接触部，多件式铝框架(3)在SCR按量配给单元(1)的塑料壳体(8)中浇铸而成。

2.根据权利要求1所述的SCR按量配给单元(1)，其中，塑料壳体(8)形成塑料壁(9)，所述塑料壁具有面(10)，并且铝框架(3)至少部分地设置在塑料壁(9)内，并且铝框架(3)覆盖塑料壁(9)的面(10)的至少60％。

3.根据权利要求1或2所述的SCR按量配给单元(1)，其中，塑料壁(9)的材料在两侧至少局部地包围铝框架(3)。

4.根据上述权利要求之一所述的SCR按量配给单元(1)，其中，塑料壳体(8)具有上侧(11)和环绕的侧壁(12)，并且所述铝框架(3)的第一部分(6)至少部分地布置在该上侧(11)中，而所述铝框架(3)的第二部分(7)至少部分地布置在环绕的侧壁(12)中。

5.根据权利要求4所述的SCR按量配给单元(1)，其中，所述铝框架(3)的第一部分(6)形成至少一个突起(13)，并且所述至少一个PTC加热元件(4)布置在槽状的开口(14)中，所述槽状的开口分别布置在所述铝框架(3)的第一部分(6)的突起(13)和所述铝框架(3)的第二部分(7)之间并且形成至少一个导电接触部(5)。

6.根据权利要求4或5所述的SCR按量配给单元(1)，其中，塑料壳体(8)具有环绕的法兰(15)，所述铝框架(3)的第二部分(7)在该法兰中延伸为法兰状的区段(16)。

7.根据上述权利要求之一所述的SCR按量配给单元(1)，其中，在铝框架(3)的第一部分(6)和第二部分(7)之间至少局部地布置有电绝缘的间隔元件(17)。

8.根据上述权利要求之一所述的SCR按量配给单元(1)，具有用于向至少一个PTC加热元件(4)供应电压的电压源(18)，该电压源被配置成在铝框架(3)的第一部分(6)和第二部分(7)之间产生电压。

9.一种用于液态的排气净化添加剂的塑料储罐(19)，其具有储罐底侧(20)，在该储罐底侧中这样设置根据上前述权利要求中任一项所述的SCR按量配给单元(1)，使得SCR按量配给单元(1)的塑料壳体(8)局部地形成储罐底部(21)，其中塑料壳体(8)从储罐底侧(20)延伸到塑料储罐(19)的内部空间(22)中。

10.一种机动车(23)，具有内燃机(24)、用于净化内燃机(24)的排气的排气处理装置(25)，该排气处理装置具有用于执行选择性催化还原方法的SCR催化器(26)和按照权利要求1至8中任一项所述的用于向排气处理装置(25)添加液态的排气净化添加剂(2)的SCR按量配给单元(1)。