JP2015536398A - 液体添加物を提供する装置および添加物を加熱する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は排気ライン（２）に液体添加物を提供する装置（１）に関する。装置（１）は、タンク（３）、送給ライン（４）、ポジスタから形成されて、タンク（３）および／または送給ライン（４）内の液体添加物を加熱するための加熱エレメント（５）、および、液体添加物を分注するための分注装置（６）を備える。分注装置は、コイル（７）を有して、可動コンポーネント（８）を有して、可動コンポーネント（８）は、コイル（７）によって動かされることができる。コイル（７）は、第１のスイッチング素子（９）によって加熱エレメント（５）と直列に電子的に接続されることができる。本発明によって、ポジスタ材料から成る加熱エレメント（５）を通る起動電流が大きさにおいて制限されることは、安価なやり方において可能である。【選択図】図３

Description

本発明は、排気ラインに液体添加物を提供する装置および装置において添加物を加熱する方法に関する。本発明は、液体添加物を貯蔵するためのタンクを備える自動車両において特に用いられる。

液体添加物が排ガスに加えられる排ガス後処理方法の使用は、公知であると考えられる。この種の方法の目的は、特に、排ガス中に含まれる汚染物質ができるだけ完全にかつ効率的なやり方で変換されることである。

例えば、オキシダント（例えば燃料または炭化水素）が排ガスに供給されることは、公知である。前記添加物は、排ガス中の成分と直接反応して、したがって汚染物質を変換するために用いられてよい。しかしながら、前記オキシダントは、排気系統の環境条件を汚染物質の変換に適した所望の状態に変えるために用いることも可能である。例えば、燃料または炭化水素は、酸化触媒コンバータに供給されてもよい。酸化触媒コンバータの発熱反応のせいで、排気系統における排ガスの温度は、かなり上昇することができる。これは、特に、ディーゼル微粒子フィルタの再生のために使われる。

さらに、還元剤が排ガスに供給されることは、公知である。固体またはガス状の還元剤が排気系統に導入されることが基本的に可能だとしても、液体状態の還元剤の供給を提供する送給システムおよび分注システムは、特に適切であると判明した。例えば、選択接触還元（ＳＣＲ）の方法は、公知である。ここで、排ガス中の酸化窒素合成物は、還元剤を用いて変換される。この目的のために、アンモニアまたはアンモニアを形成する物質は、特に使用される。この目的のためのすでに広く使われている還元剤は、尿素−水溶液である。３２．５％の尿素−水溶液は、商品名ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）の下で公知である。前記液体添加物は、最初に排ガスに混ぜられて、その後、（とりわけ）所望の化学変換が起こる適切な触媒コンバータ全体に導かれる。

例えば、尿素−水溶液のような液体添加物は、−１１℃周辺の温度で凍結することが事実であるので、タンク内のおよび／または接続される送給ライン内の液体添加物の急速な融解を遂行することを意図する加熱システムは、提案された。これの意図は、自動車両のエンジンが始動後短時間で所望の排ガス浄化方法をすでに利用可能にすることであり、および／または、液体添加物の貯蔵、送給および／または分注のために必要なコンポーネントへの損傷を防止することである。

この技術分野において、加熱装置として、液体タイプ・ヒータ（例えば、エンジンの冷却システムと相互作用する熱交換器）、電気ヒータ、輻射ヒータおよびこれらの組み合わせは、すでに提案された。しかしながら、最も迅速な可能な加熱を、そして、適切な場合に容器においてほぼ均一な可能な加熱を満足に達成することは、まだできなかった。特に、容器を加熱するための提案されたシステムは、技術的に扱いにくくて、高価であり、および／または調整するかまたは制御するのに困難である。前記加熱装置の場合、添加物が臨界温度よりも上まで加熱される危険がある。例えば、ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）の場合、その成分は、６５℃よりも上で結晶することができる。そしてそれは、望ましくない沈着物および妨害物の危険度を増す。

加熱装置は、単一の電気的に操作可能な加熱エレメントを有することも、公知である。電気的に操作可能な加熱エレメントは、予め定義された時点で同様に始動および停止されることができる。この種の加熱は、例えば、オームの抵抗加熱に基づいて実現される。特に好ましくは使用される公知の電気的に操作可能な加熱エレメントは、いわゆるポジスタまたはＰＴＣ（正の温度係数）加熱エレメントである。ポジスタまたはＰＴＣ加熱エレメントは、その電気抵抗が温度の上昇とともに増加する材料を含む。

加熱エレメントとしてポジスタを有するこの種の装置の場合、定電圧の適用による起動後、初期の低い抵抗のせいで電流ピークが発生する。したがって、起動と同時にポジスタを通る電流の強度の増加がある。さらなる動作の間、ポジスタは、オームの加熱のせいで暖まる。したがって、ポジスタの電気抵抗も変化する。ポジスタの電気抵抗が温度の小さい変化によってさえ強く変化する温度範囲において、ポジスタを通る電流は、次いで、一定レベルを呈する。ある程度の時間以後、特性温度に達するときに、実質的に一定の電流（定電圧の場合）がポジスタを通って流れることは、したがって事実である。そして、特性温度の値は、ポジスタの特性に依存する。すべての電流伝導要素は、そして特に電流伝導要素のすべての接続点も、電流ピークの最大電流強度のために設計されなければならない。さらに、電流ピークは、自動車両のエレクトロニクスに影響することができる電気的一時的傷害に結果としてなることがありえる。したがって、電流ピークをできるだけ低く保つことは、望ましい。

したがって、先行技術に関して強調される課題を少なくとも部分的に軽減することは、本発明の目的である。それは、特に、排気ラインに液体添加物を提供するための装置を特定しようとする。そして、ポジスタから形成される加熱エレメントを通る起動電流は、安価なやり方で制限される。さらに、それは、装置において添加物を加熱するための方法を特定しようとする。その方法では、大きさにおいて制限される起動電流だけが流れる。

前記目的は、独立請求項の特徴にしたがう装置および方法によって達成される。装置のそして方法の有利な実施形態は、従属請求項において特定される。実施形態は、説明においてさらに詳細に記載される。

前記目的は、排気ラインに液体添加物を提供するための装置であって、タンク、送給ライン、ポジスタから形成されて、タンクおよび／または送給ライン内の液体添加物を加熱するための加熱エレメント、および、液体添加物を分注するための分注装置であって、分注装置は、コイルを有して、可動コンポーネントを有する、分注装置、を備え、可動コンポーネントは、コイルによって動かされることができて、コイルは、第１のスイッチング素子によって加熱エレメントと直列に電子的に接続されることができる、装置によって、特に達成される。

液体添加物は、特に、還元剤、好ましくは尿素−水溶液である。

タンクは、還元剤、特に尿素−水溶液を貯蔵するためのタンクである。前記タンクは、それにもかかわらず、オキシダントおよび他の液体添加物のために用いることもできる。タンクは、プラスチックから形成されてもよい。いずれにせよ、タンクは、耐久性がなければならなくて、液体添加物を支持されたベース上に貯蔵するために設計されなければならない。添加物は、タンク内に貯蔵されて、送給ラインを介して排気ラインに送給される。

加熱エレメントは、タンク内および／または上に特に形成される。代わりにまたは加えて、加熱エレメントは、送給ライン内および／または上に形成される。添加物が低温のせいで凝固したかまたは低温のせいで凝固しそうな場合、タンク内のおよび／または送給ライン内の添加物の温度は、加熱エレメントによって上昇することができる。そうすると、前記添加物は、液体状態に変化するかまたは液体状態のままである。

ＰＴＣ（正の温度係数）エレメントとも呼ばれるポジスタは、その電気抵抗が温度の上昇とともに増加する材料である。ポジスタは、したがって、正の温度係数を有する。定電圧が適用されるときに、ポジスタは、設定温度周辺を自己調整の仕方で動作する。ポジスタとして、例えば、セラミック材料（例えば、チタン酸バリウムセラミックおよび／またはドーピングしたポリマー）が使用される。

加熱エレメントは、１２、２４または４８Ｖの定電圧が適用されるときに、定電流が発生するように、好ましくは設計される。それによって、加熱エレメントは、少なくとも１０℃、好ましくは少なくとも５０℃の温度に調整する。

「液体添加物を分注するための分注装置」という表現は、添加物を送給する装置のすべての要素（例えばポンプ）、および送給ラインにおいて添加物の流れを制限することができる要素（例えばバルブ）を含むと理解されなければならない。分注装置は、コイルまたは誘導エレメントを備える。そしてそれは、そこにおいて発生する電流の流れおよびこれにより発生する磁界のせいで、可動コンポーネント上に電磁力を働かせる。可動コンポーネントは、特に、コイルによって発生する電磁力のせいで動かされる磁気エレメントである。ポンプの場合、これは、例えば、ダイアフラムを動かすロッドでもよい。バルブの場合、これは、好ましくはバルブニードル自体である。

本発明は、特に加熱エレメントの起動プロセスの間、コイルが第１のスイッチング素子によって加熱エレメントと直列に電子的に接続されることを目下提案する。スイッチング素子として、特に、トランジスタ（好ましくはＭＯＳＦＥＴ）のようなすべての周知のスイッチング素子を使用してもよい。加熱エレメントの起動の間、電流は、したがって、コイルを通って、そして加熱エレメントも通って流れる。コイルの誘導作用のせいで、電流ピークの電流強度は、起動の間、大きく減少される。したがって、電流が流れる装置のすべてのさらなるコンポーネント（特に、電気接点および／またはライン）は、低い電流強度用に設計されることも可能である。さらに、さらなる電子部品の電気的一時的傷害は、減少される。

高周波フィルタ用の、または急速な電流変動制限用の誘導成分としてのコイルは、すでに公知である。しかし、前記成分は、これまで受動成分として用いられた。一般に、インピーダンスとしてのコイルは、通常、回路の別の成分として提供される。本発明は、初めて、液体添加物を提供する装置における加熱エレメントの起動電流を制限するためのアクティブ・コイルの使用を教示する。

装置の１つの有利な改良によれば、前記装置は、コイルとおよび加熱エレメントと直列に電子的に接続される第１のスイッチング素子を有して、第１のスイッチング素子とおよびコイルと並列に、そして加熱エレメントと直列に接続される第２のスイッチング素子を有する、制御装置を備える。制御装置は、分注装置とは空間的に別に好ましくは形成される。

第２のスイッチング素子によって、第１のスイッチング素子およびコイルは、したがって、バイパスされることが可能である。そうすると、加熱エレメントは、第１のスイッチング素子の切換位置とは独立して操作されることができる。加熱エレメントがその作動温度に到達するときに、そして加熱エレメントが連続的に作動されるときに、これは、特に好都合である。この場合、コイルおよびしたがって分注装置は、したがって、加熱エレメントとは独立して操作されることが可能である。

特に、第２のスイッチング素子が同時に閉じる場合、コイルは、第３のスイッチング素子を介して励磁されることができる。加熱エレメントの起動プロセスの後、コイルおよびしたがって分注装置は、開閉される第３のスイッチング素子のせいで加熱エレメントとは独立して操作されることが、したがって、可能である。

本発明のさらに別の態様によれば、本発明による装置において添加物を加熱する方法であって、
−添加物の温度を決定するステップ、
−決定された温度を第１の予め定義可能な値と比較するステップ、
−第１のスイッチング素子によって加熱エレメントと直列に電子的に接続しているコイルのせいで、決定された温度が第１の予め定義可能な値よりも低い場合に、加熱エレメントを起動させるステップ、
を含む方法は、提案される。

添加物の温度の決定のために、温度は、温度センサによって直接測定されてもよい。しかしながら、添加物の温度は、装置のまたは自動車両のいくらかの他の場所での温度測定によって測定されてもよい。そして、添加物の温度は、これにより推定されることができる。第１の予め定義可能な値は、特に添加物の凝固点温度、または添加物の凝固点温度よりも高い少なくとも２℃の、好ましくは少なくとも５℃の値である。このようにして、添加物が凍結する間、または添加物がすでに凍結したときに、加熱エレメントは、起動される。加熱エレメントの起動は、分注装置のコイルと直列に電子的に接続されている加熱エレメントのせいで起こる。電流ピークの電流強度は、コイルの誘導性によって大きさにおいて制限される。

第２のスイッチング素子および第３のスイッチング素子によって加熱エレメントと並列に接続しているコイルのせいで、加熱エレメントが電圧源に直接接続している場合、それは有利である。

前記並列接続は、加熱エレメントの起動の後、好ましくは起こる。加熱エレメントがその作動温度に到達したときに、加熱エレメントおよびコイルは、互いに独立して操作されることが、したがって可能である。

本発明のさらに別の態様によれば、内燃機関を有して、排気ラインを有する自動車両が提案される。そしてその自動車両は、本発明による装置を備え、本発明による方法を実施するように準備されて、設計される。

装置に関してなされた記述は、方法に移されることができて、適用されることができる。そして、その逆もまた同じである。

本発明および発明の技術分野は、図に基づいて以下でさらに詳細に説明される。図面に示される実施形態異型は、本発明を制限することを意図しない点に留意する必要がある。特に、図において共同で示され説明される特徴は、これが技術的に可能な限り、または、特徴がいやおうなしに一緒に属することを下記のテキストが明示的に示さない限り、互いに別々に考慮されてもよくておよび／または他の図の他の（個々の）特徴と組み合わされてもよい。したがって、図式的にそして例として図に示される本発明の多くの可能な組み合わせは、当業者に思い浮かぶ。

図１は、液体添加物を提供する装置を有する自動車両を示す。 図２は、液体添加物を提供する装置を示す。 図３は、本発明による装置の実施形態のための回路図を示す。

図１は、排気ライン２が接続される内燃機関１５を有する自動車両１４を図式的に示す。触媒コンバータ１６は、排気ライン２内に形成されている。触媒コンバータ１６の上流において、液体添加物は、装置１によって排ガス中に導入されることができる。装置１は、添加物の分注のための分注装置６に、送給ライン４を介して流れに関して接続されるタンク３を備える。例示的実施形態における分注装置６は、コイル７および可動コンポーネント８（この場合はニードルバルブ）を備えるバルブである。自動車両１４の作動中、液体添加物は、装置１によって排気ライン２へと送給されることができる。

図２は、タンク３を有する装置１を図式的に示す。タンク３には容器１８が形成され、容器１８には、液体添加物の分注のための分注装置６が配置される。分注装置６は、この場合、ポンプの形で理解される。分注装置６（ポンプ）は、コイル７およびポンプを作動させるための可動コンポーネント８を備える。分注装置６は、分注装置６を介して添加物がタンク３から排気ライン２（図示せず）に送給される送給ライン４に接続している。ポジスタから形成される加熱エレメント５も、タンク３内に配置される。加熱エレメント５は、タンク３の壁において、さらにまたは代わりに配置されてもよい。分注装置６および加熱エレメント５は、制御装置１０に接続していて、制御装置１０は、電圧源１３に接続している。加熱エレメント５によって、タンク３内の添加物は、液体状態に保たれることができるかまたは液体状態に変えられることができる。

装置１の回路図は、図３に例示される。回路は、電圧源１３、第１のスイッチング素子９、第２のスイッチング素子１１、第３のスイッチング素子１２および第４のスイッチング素子１７、分注装置６のコイル７と、および加熱エレメント５を備える。スイッチング素子９、１１、１２、１７の位置に応じて、加熱エレメント５は、コイル７と直列に接続されることができるか、またはそれと並列に接続されることができる。

第４のスイッチング素子１７が閉じるときに、コイル７は、閉じている第１のスイッチング素子９のせいで加熱エレメント５と直列に接続されることができる。したがって、コイル７を通って、そして加熱エレメント５も通って、電流は、流れる。そしてそれは、加熱エレメント５の起動の間、特に有利である。それというのも、ピーク電流は、これにより、大きさにおいて制限されるからである。

加熱エレメント５が作動温度であるときに、加熱エレメント５は、閉じている第２のスイッチング素子１１および開いている第１のスイッチング素子９のせいで、コイル７と並列に作動されることができる。この場合、コイル７および加熱エレメント５は、第３のスイッチング素子１２および第４のスイッチング素子１７によって、互いに独立して始動および停止されることができる。

第３のスイッチング素子１２および第４のスイッチング素子１７は、電流のパルス幅変調を用いてコイル７を作動するために使用してもよい。

本発明によって、ポジスタ材料から成る加熱エレメント５を通る起動電流が大きさにおいて制限されることは、安価なやり方において可能である。

１…装置
２…排気ライン
３…タンク
４…送給ライン
５…加熱エレメント
６…分注装置
７…コイル
８…可動コンポーネント
９…第１のスイッチング素子
１０…制御装置
１１…第２のスイッチング素子
１２…第３のスイッチング素子
１３…電圧源
１４…自動車両
１５…内燃機関
１６…触媒コンバータ
１７…第４のスイッチング素子
１８…容器

Claims (5)

1. 排気ライン（２）に液体添加物を提供する装置（１）であって、タンク（３）、送給ライン（４）、ポジスタから形成されて、前記タンク（３）および／または前記送給ライン（４）内の前記液体添加物を加熱するための加熱エレメント（５）、および、前記液体添加物を分注するための分注装置（６）であって、前記分注装置（６）は、コイル（７）を有して、可動コンポーネント（８）を有する、分注装置（６）、を備え、前記可動コンポーネント（８）は、前記コイル（７）によって動かされることができて、前記コイル（７）は、第１のスイッチング素子（９）によって前記加熱エレメント（５）と直列に電子的に接続されることができる、装置（１）。
2. 前記コイル（７）とおよび前記加熱エレメント（５）と直列に電子的に接続される前記第１のスイッチング素子（９）を有して、前記第１のスイッチング素子（９）とおよび前記コイル（７）と並列に、そして前記加熱エレメント（５）と直列に接続される第２のスイッチング素子（１１）を有する、制御装置（１０）を備える、請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記制御装置は、前記第１のスイッチング素子（９）が開くときに前記コイル（７）を励磁することができる第３のスイッチング素子（１２）を備える、請求項２に記載の装置（１）。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置（１）において添加物を加熱する方法であって、
   −前記添加物の温度を決定するステップ、
   −前記決定された温度を第１の予め定義可能な値と比較するステップ、
   −第１のスイッチング素子（９）によって前記加熱エレメント（５）と直列に電子的に接続している前記コイル（７）のせいで、前記決定された温度が前記第１の予め定義可能な値よりも低い場合に、前記加熱エレメント（５）を起動させるステップ、
   を含む、方法。
5. 前記加熱エレメント（５）は、第２のスイッチング素子（１１）および第３のスイッチング素子（１２）によって前記加熱エレメント（５）と並列に接続している前記コイル（７）のせいで、電圧源（１３）に直接接続される、請求項４に記載の方法。

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