TW201403004A - 用於液體添加物輸送單元之排洩之方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

用於液體添加物(特別是尿素-水溶液)輸送單元之排洩之方法及裝置。該方法具有至少以下步驟：a)藉一無電流開關產生一電氣連接，且該無電流開關係設計成當一溫度降低至一臨界溫度以下時產生一電氣連接；及b)當已在步驟a)中產生該電氣連接時，排洩該輸送單元。本發明可特別地使用在用於機動車輛之廢氣後處理之SCR系統中。

Description

用於液體添加物輸送單元之排洩之方法及裝置
本發明係有關於一種用於液體添加物輸送單元之排洩之方法及裝置。
此種輸送單元係，例如，用於輸送尿素-水溶液作為液體添加物進入一內燃機引擎之廢氣處理系統。尿素-水溶液係使用在廢氣處理系統中用以由在該SCR程序[SCR=選擇性觸媒還原]之範圍內之廢氣移除氧化氮化合物。通常是使用一商品名為AdBlue®之32.5%尿素-水溶液。
在該等輸送單元之情形中之一問題是事實上該等液體添加物會在該等輸送單元長靜止時間時凍結。所述尿素-水溶液，例如，在-11℃凍結。該等低溫可特別在冬天一機動車輛在長靜止狀態時產生。
水性液體添加物(如該尿素-水溶液)特別在它們凍結時在它們的體積方面擴大。這會破壞該輸送單元。因此由習知技術已知的是在中止一機動車輛之操作時排洩一輸送單元。在該排洩程序中，位在該輸送單元中之液體添加物經常被送回至一儲存該液體添加物之槽中。
在此一問題是該輸送單元之排洩通常導致該系 統之一笨重構形及/或該添加物之消耗增加。例如，因為當排洩發生時位在該輸送單元中之液體添加物無法完全回收，故消耗增加發生。在某些情形下，一剩餘量之液體添加物留在該輸送線中。這剩餘量會在此蒸發。由於該排洩，亦必須在重新啟動時重新裝填該輸送單元。在這重新裝填它時，例如因為當重新裝填發生時發生液體添加物之過量且該過量液體添加物由該輸送單元之一進給裝置流出，故可能發生液體添加物之一損失。
在某些情形下，由於該排洩程序產生輸送單元磨損亦是一問題。特別地，該輸送單元之一泵會由於該排洩程序產生較多磨損。
發明概要
以這為起點，本發明之目的是解決或至少減輕習知技術突顯之技術問題。特別試圖揭露用於一輸送單元之排洩之一特別適當方法。類似地試圖指定用以實現該方法一具有簡單構造且如果適當亦可改裝之裝置。特別地，該方法及/或裝置應適合使用在汽車領域之SCR廢氣後處理系統中。
該等目的係藉一種如申請專利範圍第1項之特徵之方法及一種如申請專利範圍第9項之輸送單元達成。此外，本發明之其他有利實施例係在依附項中指出。在申請專利範圍中獨立地指出之特徵可以任一所欲之技術上有意義之方式互相組合且可由該說明藉說明性事實補充。
本發明係有關於一種用於液體添加物輸送單元之排洩之方法，其具有至少以下步驟：a)藉一無電流開關產生一電氣連接，且該無電流開關係設計成當一溫度降低至一臨界溫度以下時產生一電氣連接；及b)當已在步驟a)中產生該電氣連接時，排洩該輸送單元。
可藉所述方法排洩之輸送單元最好具有至少一輸送線，且該至少一輸送線係由一用於該液體添加物之槽延至一用以進給該液體添加物至一消耗裝置(例如，一廢氣處理裝置)之進給裝置(噴嘴、注射器、閥等)。該輸送線係在一抽取點與該槽連接使得來自該槽之液體添加物可進入該輸送線。在該輸送線中，最好配置一將該液體添加物泵送通過該輸送線之泵。該輸送線及該泵係在該輸送單元之輸送操作時以液體添加物充滿。該輸送單元可具有以液體添加物充滿之其他組件。
該方法係特別在該輸送單元及/或該機動車輛無作用，即，例如沒有點火或引擎熄火時實施。因此該方法係例如在該機動車輛熄火時啟動。
在步驟a)中使用之開關最好特徵在於其操作在已產生該電氣連接之前不需要任何電流。較佳的是如果，在該開關中，使用一產生該電氣連接之機械及/或實體效果。可指定一材料之熱膨脹或一材料之相變化作為可對應地使用之機械及/或實體效果的例子。因此，在步驟a)之前 該開關係在一無電流預備位置。該開關在步驟a)中被稱為一無電流開關。這亦特別地表示未藉一電氣連接致動該開關。特別地，沒有電氣致動線，且一電氣信號可透過該電氣致動線到達該開關以控制該開關之位置。
該開關係較佳地組配成使得它在該開關之周圍之一溫度到達或降低至一(較低)臨界溫度時產生該電氣連接，其中該臨界溫度通常在所使用之液體添加物之一凍結溫度以上。該臨界溫度係藉該開關之結構決定。
基本上，該開關可與該輸送單元交互作用及/或是該輸送單元本身之一部份。如果該輸送單元整合在一機動車輛中，則該開關可，在適當時，設置在一配置成遠離該輸送單元之位置。該開關之位置應特別地選擇成使得利用該開關可取得或預測該添加物之電流累積狀態之特性的資訊。為達此目的，該輸送單元特別地具有一檢測裝置，且利用該檢測裝置可檢測該開關之電流狀態，特別地，它可檢測後者是否是無電流的或通電的。當然，提供可接著得到，例如，該輸送單元之不同區段之環境溫度及/或該添加物之累積狀態的多數該等開關亦是適當的。以多數開關取得之資訊可用以界定何時啟動或實施部份/完全排洩。
該液體添加物之至少一(明顯)部份，但最好是所有液體添加物(特別是在該泵及/或該輸送線中)，在步驟b)中之排洩程序時被送出該輸送單元之以液體添加物充滿之組件。對該量之欲送出之液體添加物而言，適當的是如果該液體添加物凍結，留在該輸送單元中之剩餘量之液體添 加物不會對該輸送單元產生破壞。
由於上述方法，不需要在該輸送單元或該機動車輛之每一操作停止時實施一排洩。此外亦可在有該液體添加物由於低外側溫度而凍結之虞時依需要實施一排洩。例如，具有百分之32.5尿素含量之尿素-水溶液在-11℃凍結。因此如果該開關之臨界溫度係設定在例如由-7℃至-10℃之範圍內以便在有該液體添加物凍結之虞時，排洩該輸送單元是有利的。
就上述方法而言，當該機動車輛在靜止時，不需要(專用及/或高級控制器之)永久電流源。由於上述方法，因為未實施排洩那麼久，沒有(明顯之)電流消耗。因此該開關被用來只在外側或在該輸送單元之一溫度感應區域中到達得該預定臨界溫度時“喚醒”排洩所需之組件。
由於上述方法，亦可特別地避免雜質吸入該輸送單元之輸送線。在排洩時，該液體添加物最好由該輸送單元與該輸送方向相反地被輸送回到該槽中。在該程序中，該液體添加物被氣體或被空氣取代。該氣體或該空氣最好在該排洩程序中藉一供給裝置吸入。如果該供給裝置係配置在一廢氣處理裝置，則在某些情形下，來自該廢氣之雜質亦被吸入該輸送單元中。由於該排洩係在一機動車輛熄火時不實施而是只在當下之溫度真正需要它時實施，故該輸送線被來自該玻璃柄部之雜質污染之風險可大幅降低。
如果一控制單元係在步驟a)中藉由該開關致動，其中該控制單元在步驟b)中控制該排洩，該方法是特 佳的。
較佳的是如果一控制單元係在步驟a)中藉由該開關致動，其中控制單元控制該排洩程序。就該排洩程序而言，例如，一泵被致動用於該排洩。另外適合的是閥開啟，且透過該開啟接著發生該排洩。為了配合該泵之致動且，如果適當，閥之致動，使用實施該配合之一控制單元是有利的。該控制單元可，例如，亦是藉步驟a)致動或喚醒之一機動車輛之引擎控制單元。此外，如果該控制單元在執行該方法後自動停止，則所述方法是有利的。
該方法之電流消耗可藉由在執行步驟b)後自動停止該控制單元進一步減少。為了停止，例如，存在一停止開關，且類似該無電流開關，該停止開關係組配成可中斷該電氣連接。與該無電流開關相反地，該停止開關不是隨著溫度以一無電流方式致動而是可透過一單一線藉該控制單元本身致動。該停止開關只有在該輸送線已排洩(至所欲程度)才致動。如果該停止開關已致動，便不可能再藉由該無電流開關致該控制單元。該停止開關亦可整合在該控制單元中。換言之，該控制單元可具有一與該無電流開關之位置無關地停止該控制單元之(內)切斷裝置。
此外，如果，在步驟a)與步驟c)之間，藉由一溫度感測器實施一溫度測量以檢查是否真正已低於一臨界溫度，且只有在真正已低於該臨界溫度時在步驟b)中由該輸送單元移除該液體添加物，則該方法是有利的。
為了避免由於在步驟a)中該無電流開關之錯誤 斷路而產生一故障，有利的是如果，在開始步驟b)之前，該控制單元藉由(至少)一(另外及/或電氣之)溫度感測器另外實施該溫度之一檢查，以使該輸送單元只有在真正已低於一臨界溫度時才排洩。該(感測器測量之)臨界溫度可偏離用於在步驟a)中致動該無電流開關之臨界溫度，以便，如果適當，在步驟b)中避免該輸送單元之不必要之排洩。例如，該開關之一臨界溫度可設定成使得該控制單元已在-7℃之溫度致動。如果該溫度下降至-10℃，可接著實行真正之排洩(步驟b)，其中這是接著藉在該溫度感測器決定之測量結果啟動。藉該另外檢查該溫度，可檢測該輸送線必須排洩之特別可靠之情形。特別地，該無電流開關之限制溫度之準確性亦可比以該另外溫度感測器測量溫度之準確性低。例如，該臨界溫度可具有一大於±3℃之不確定值，而該另外之感測器之準確性係小於±1℃。由於該另外之檢查，可至少部份地補償該無電流開關之這準確性。
此外，如果，在步驟b)後，該輸送單元已排洩係儲存在一記憶裝置中，且在步驟a)之前及/或在步驟a)之後，依據在該記憶裝置中之資訊檢查是否該系統已排洩，且只在該系統尚未排洩時至少實施步驟b)，則該方法是有利的。
由於該輸送單元之當下狀態(排洩或未排洩)儲存在一記憶裝置中之事實，可避免在一(單次)操作停止時實施多次所述方法之情形。可特別避免該輸送單元因試圖再排洩該已排洩輸送單元而受損之情形。一用以檢查是否步 驟b)欲實行之(電子)記憶裝置可取代地或另外地納入考慮以便以一停止開關停止該控制單元。當再致動該輸送單元以便，在適當時，於該輸送單元已排洩時實施該輸送單元之再填裝時，亦可特別地使用關於排洩是否實行、儲存在記憶裝置中之資訊。
此外，如果該輸送單元係藉將該液體添加物吸回至一槽中排洩，則該方法是有利的。
與一般輸送方向相反之回吸是一在步驟b)中排洩該輸送單元之特別有利方式。藉可與一般輸送方向相反地操作之一(單一)泵，可達成該回吸。在另一設計變化例中，亦可提供一由該輸送線分支之返回線，使得排洩係藉由在一迴路中輸送來實施。亦可使用一分開之泵來進行該回吸。
排洩最好與該輸送單元之一(正常)輸送方向相反地進行，其中該(正常)輸送方向由該槽沿一輸送線延伸至該供給裝置。該泵之輸送方向反轉以達此目的。依據該泵之設計，這可藉反轉該泵之驅動方向或藉適當切換分配給該泵之閥來實行。
特別地，在該回吸時，有空氣通過一進給裝置(注射器等)被吸入該輸送單元之風險。該進給裝置係用以進給該液體添加物至一消耗裝置(例如一廢氣處理裝置)之相同進給裝置。亦可提供另一閥，且在排洩時空氣可透過該另一閥被吸入該輸送單元。
在步驟b)中排洩之另一種可能是可藉由空氣吹 空該輸送單元。為達到這目的，可使用一與該輸送單元或與該線系統連接之壓縮空氣線。
此外，如果該開關係來自以下群組之至少一開關，則該方法是有利的：- 一雙金屬開關，- 包含一形狀記憶合金之一開關，- 具有一液體之一溫度開關，及- 一預加應力開關。
在一雙金屬開關之情形中，具有不同熱膨脹係數之兩不同材料係配置成互相相鄰且互相連接。該雙金屬開關之形式/形狀隨著溫度變化而變化。例如，該配置彎曲，該形式/形狀可用以機械地接通一接頭。一電氣連接可依此方式接通。
在一形狀記憶合金之情形中，一組分之形式由於相變化而改變，藉此可接通該電氣連接。在此說明一鎳鈦合金作為一形狀記憶合金之一例。就該開關而言，亦可使用展現形狀記憶特性之聚合物材料。
具有一液體之一溫度開關可，例如，具有一充滿液體添加物之套筒。如果該液體凍結，其體積改變。該體積改變可被用來因此接通一電氣連接。
一用於上述方法之(機械地)預加應力開關最好構造成使得當到達該臨界溫度時，該開關產生一形狀之突然變化，且該形狀之突然變化產生一電氣接觸。該開關可包含，例如，一預加應力之膨脹材料(例如，一機械地預加 應力之金屬)，該膨脹材料一直到該臨界溫度均位在一第一位置且當到達該臨界溫度時變成一第二位置。在這本文中，在該第一位置，該膨脹材料最好位在一預加應力(不穩定)位置且被預加應力(例如頂抵一擋止構件)。當超過該臨界溫度時，該膨脹材料無法再被保持在該第一位置且(突然)變成一第二位置。在適當時，亦可存在一致動器，且該預加應力開關可利用該致動器主動地移回至該預加應力之第一位置。
更有利的是如果該方法係在一內燃機引擎之靜止狀態時實施該方法。在這本文中，特別有利的是如果在一內燃機引擎之操作時(主動地)防止該排洩或該步驟b)之實施。
在一內燃機引擎之一操作狀態時，該輸送單元經常必須進給該液體添加物至該內燃機引擎之廢氣處理裝置以確保有效之廢氣淨化。因此應以不進行該排洩為佳。因此如果在一內燃機引擎之操作時旁通及/或封鎖該非電子開關是有利的。
在此亦提出一種輸送單元，且該輸送單元具有一例如用於上述方法之步驟a)之無電流開關。用以說明上述方法之優點及設計特徵可類比地轉移至所述輸送單元。該輸送單元最好具有一殼體，且該泵、該開關及該輸送線之至少一部份係位在該殼體中。在該殼體中，可另外設有一控制單元，且該控制單元係設計成可實施上述方法。具有該開關之輸送單元構成可安裝在一機動車輛中之一組件 (特別是一槽)。
在下文中，將舉例說明在一機動車輛中之方法之順序。
該機動車輛係在尿素之凝固點之溫度以上熄火，其中尿素之凝固點係該液體添加物之凝固點。該控制單元係在一靜止狀態(熄火)。如果該車輛熄火一段相當長之時間，它必須確保藉吸力(泵及注射器之致動)反覆排洩不會發生。藉吸力排洩可只在兩引擎啟動程序之間實施一次。因此可實施以下方法：
a)藉由一在大約-9℃開關之雙金屬開關(或某些其他機械地斷路之接頭/開關)，致動該控制單元，且開啟該注射器並且藉吸力排洩該系統。儲存藉吸力排洩已實行之資訊且在重新啟動該系統時存取該資訊，使得該系統知道藉吸力排洩已實行。
b)在沒有該控制單元之情形下，致動該泵及該注射器，且儲存該動作在一種記憶裝置中，使得在該引擎啟動時可存取該資訊。
依此方式，確保該系統依需要排洩，且該回吸只在該排氣系統已冷卻時實施且因此吸入顆粒之風險亦已降至最低。
1‧‧‧輸送單元
2‧‧‧電氣連接
3‧‧‧開關
4‧‧‧控制單元
5‧‧‧溫度感測器
6‧‧‧記憶裝置
7‧‧‧槽
8‧‧‧內燃機引擎
9‧‧‧輸送線
10‧‧‧泵
11‧‧‧機動車輛
12‧‧‧廢氣處理裝置
13‧‧‧進給裝置
14‧‧‧SCR觸媒轉化器
15‧‧‧供給裝置
16‧‧‧控制線
17‧‧‧抽取點
18‧‧‧輸送方向
19‧‧‧停止開關
20‧‧‧停止線
21‧‧‧旁通
22‧‧‧電氣接頭
23‧‧‧雙金屬開關
24‧‧‧第一金屬
25‧‧‧第二金屬
26‧‧‧溫度讀取體
27‧‧‧膨脹流體
28‧‧‧容器
29‧‧‧活塞
30‧‧‧擋止構件
31‧‧‧框架
32‧‧‧第一位置
33‧‧‧第二位置
34‧‧‧致動器
35‧‧‧膨脹材料
以下參照圖式更詳細地說明本發明及技術領域。該等圖顯示特佳之示範實施例，但是本發明不限於該等實施例。應特別注意的是該等圖及，特別是在圖中顯示 之尺寸比例只是示意的。在圖中：圖1顯示組配成可實行上述方法之具有一輸送單元之一機動車輛；圖2顯示一無電流開關之一第一實施變化例；圖3顯示一無電流開關之一第二實施變化例；及圖4顯示一無電流開關之一第三實施變化例。
較佳實施例之詳細說明
圖1顯示一機動車輛11，該機動車輛11具有至少一內燃機引擎8且具有一用以淨化該內燃機引擎8之廢氣之廢氣處理裝置12。設置在該廢氣處理裝置12中的是一SCR觸媒轉化器14，且來自該內燃機引擎8之廢氣可以該SCR觸媒轉化器14淨化。選擇性觸媒還原之方法可在該SCR觸媒轉化器14使用液體添加物(例如尿素水溶液)實行，且該液體添加物可被進給至該廢氣處理裝置12，並且該廢氣處理裝置12具有在一輸送單元1上之一進給裝置13。該進給裝置13具有一泵10及一輸送線9。該輸送線9由在一槽7上之一抽取點17延伸通過該泵10至該進給裝置13，由該槽7至該進給裝置13之方向係稱為輸送方向18。
此外，該機動車輛11具有一控制單元4。該輸送單元1之輸送線9之主動排洩可利用該控制單元4實行。透過一電氣連接2且藉一供給裝置15供給該控制單元4電能及/或電氣信號。該電氣連接2具有一隨著溫度致動之開關3。當該溫度下降且結果是到達一(預定、較低)臨界溫度時，該 開關3接通該電氣連接2以便致動該控制單元4。此外，亦可在該電氣連接2上設置一停止開關19，且該控制單元4可在稍後透過一停止線20再控制該停止開關19以便與該開關3之位置無關地停止該控制單元4。該控制單元4亦可具有一記憶裝置6(取得及/或歸檔電氣資料)，且關於該輸送單元1是否已排洩之資訊係儲存在該記憶裝置6中。該控制單元4係透過該控制線16與該泵10連接以便控制該泵10。此外，如果在操作一內燃機引擎8時可藉一旁通21旁通及/或阻斷該開關3是有利的。該機動車輛11最好亦具有一與該控制單元4連接之溫度感測器5，且該控制單元4可利用該溫度感測器5獨立地監測當下之溫度，以便檢查該輸送單元1之排洩是否真正要實行。
圖2顯示適用於所述方法且以一雙金屬開關23作為實施例之一開關3。這雙金屬開關23包含互相永久地連接之一第一金屬24及一第二金屬25。該第一金屬24及該第二金屬25具有不同熱膨脹係數。因此該雙金屬開關在溫度改變時變形。該雙金屬開關23係組配成使得當到達一臨界溫度時該等電氣接頭22互相接觸以便產生一電氣連接2。
圖3顯示適用於所述方法且使用一流體(一膨脹流體27)產生作用之一開關3。該開關3具有一充滿該膨脹流體27之容器28。因此，環境之溫度有效地通至該膨脹流體27，且該開關3亦具有一用以讀取環境溫度及用以將該環境溫度通至該膨脹流體27之溫度讀取體26。該膨脹流體27係與一活塞29連接。如果該膨脹流體27之溫度減少或增加， 該活塞29移動。當到達一臨界溫度時，該活塞29移動使得該等電氣接頭22互相接觸且產生一電氣連接。
圖4顯示適用於所述方法且(機械地)預加應力。這開關3具有一膨脹材料35，且該膨脹材料35係，例如，一金屬且隨著環境溫度伸長或縮短。該膨脹材料35係安裝在一框架31中且位在它被預加應力頂抵一擋止構件30之一第一位置32。圖4中所示之膨脹材料35最好在環境溫度下降時膨脹。當到達一臨界溫度時，該膨脹材料35已膨脹至它由該第一位置翻轉至一第二位置33之程度。接著在兩電氣接頭22之間產生一電氣連接。最好亦設置一致動器34，且該膨脹材料35可利用該致動器34主動地重置返回該第一位置32。
1‧‧‧輸送單元
2‧‧‧電氣連接
3‧‧‧開關
4‧‧‧控制單元
5‧‧‧溫度感測器
6‧‧‧記憶裝置
7‧‧‧槽
8‧‧‧內燃機引擎
9‧‧‧輸送線
10‧‧‧泵
11‧‧‧機動車輛
12‧‧‧廢氣處理裝置
13‧‧‧進給裝置
14‧‧‧SCR觸媒轉化器
15‧‧‧供給裝置
16‧‧‧控制線
17‧‧‧抽取點
18‧‧‧輸送方向
19‧‧‧停止開關
20‧‧‧停止線
21‧‧‧旁通

Claims (10)

  1. 一種用於液體添加物輸送單元之排洩之方法，具有至少以下步驟：a)藉一無電流開關產生一電氣連接，且該無電流開關係設計成當一溫度降低至一臨界溫度以下時產生一電氣連接；及b)當已在步驟a)中產生該電氣連接時，排洩該輸送單元。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中一控制單元係在步驟a)中藉由該開關致動，其中該控制單元在步驟b)中控制該排洩。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該控制單元在執行該方法後自動停止。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中，在步驟a)與步驟b)之間，藉由一溫度感測器實施一溫度測量以檢查是否真正已低於一臨界溫度，且只有在真正已低於該臨界溫度時在步驟b)中由該輸送單元移除該液體添加物。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中，在步驟b)後，該輸送單元已排洩係儲存在一記憶裝置中，且在步驟a)之前及/或在步驟a)之後，依據在該記憶裝置中之資訊檢查是否該系統已排洩，且只在該系統尚未排洩時至少實施步驟b)。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之方法，其中該輸送單元係藉將該液體添加物吸回至一槽中排洩。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之方法，其中該開關係來自以下群組之至少一開關：- 一雙金屬開關，- 包含一形狀記憶合金之一開關，- 具有一液體之一溫度開關，及- 一預加應力開關。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之方法，其中該方法係在一內燃機引擎之靜止狀態時實施。
  9. 一種用以輸送一液體添加物之輸送單元，具有一輸送線且具有一泵，其中該泵係設計成由一槽輸送液體添加物通過該輸送線，及一可無電流地致動之開關，且該可無電流地致動之開關在低於一臨界溫度時產生一電氣連接。
  10. 一種機動車輛，具有一內燃機引擎且具有一用以淨化該內燃機引擎之廢氣之廢氣處理裝置，且亦具有如申請專利範圍第9項之一輸送單元。
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