CN102016251A - 用于输送还原剂的设备和用于制造机动车的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于输送还原剂(2)特别是尿素水溶液的设备(1)，该设备具有以下装置中的至少两个：储存装置(3)(例如储箱)、输送装置(4)(例如泵)、转向装置(6)(例如阀)、检测装置(7)(例如传感器)、分隔装置(8)(例如过滤器)、输出装置(9)(例如喷嘴、喷射器)，所述至少两个装置通过管路装置(10)彼此连接。至少一个装置是压力敏感的，相邻的管路装置在所述压力敏感的装置附近形成至少一个热沉(11)。由此提供了一种具有理想冻结性质的设备，从而保护压力敏感的装置。

Description

用于输送还原剂的设备和用于制造机动车的方法
技术领域
本发明涉及一种用于输送还原剂的设备，该设备具有以下装置中的至少两个：储存装置、输送装置、转向装置、检测装置、分隔装置、输出装置，所述至少两个装置通过管路装置彼此连接。此外提出一种用于制造机动车的方法，该机动车具有所述类型的设备。本发明尤其是应用在为移动式内燃机的排气***、例如机动车的排气***提供氨和/或氨前体的***中。
背景技术
已知，在使用还原剂的情况下可显著还原排气所含的氮氧化物。在此，尤其是使用所谓的SCR方法(“选择性催化还原”)，其中，直接将氨和/或氨前体输入到排气管路中，从而能在所述排气管路中进行氮氧化物(NOx)的转化。在此，氮氧化物在添加还原剂的情况下被还原成N2(氮)和H2O(水)。优选将CH4N2O(尿素)或NH3(氨)用作还原剂，所述CH4N2O或NH3存在于水溶液中(偶尔也用商品名“AdBlue”表示)并且在SCR催化(转化)器的上游被喷入到排气中。在催化器中进行被催化剂表面加速的还原。为此主要使用两种催化剂。其中一种主要由二氧化钛、五氧化二钒和氧化钨组成。而另一种使用沸石。
在此，还原剂的提供引起了具体问题。人们多次尝试：利用压力气体将还原剂例如尿素以精细分散的液滴的形式供给到排气管路中。另外已知如下的***，在这些***中，以液态形式和/或固态形式存储还原剂，然后在被释放到排气***中之前被准备好(蒸发和/或热解和/或水解)。此外，已知如下的方法和设备，其中，以液态形式将还原剂喷射到排气管路中，例如在使用计量阀和/或计量泵的情况下喷射。
但正是以液态形式提供、例如作为尿素水溶液提供含水的还原剂，带来了在低温下冻结(凝固，结冰)的危险。尿素水溶液具有约-11℃的凝固点并且基本上性质如水那样，即在SCR***的包含尿素水溶液的部件中形成冰、进而引起体积膨胀。
为避免损坏已提出，将尿素水溶液的输送设备排空和/或加热。但这些已知的***有时仅在发动机管理***的共同作用下才能实施，因此需要在监测外部温度的同时持续监测***。此外必须提供和/或单独地驱控驱动装置、输送***和满足多个功能的类似装置。因此，***较为复杂且昂贵。
发明内容
本发明的目的在于，至少部分地解决关于现有技术所描述的问题。尤其是要提出一种用于输送还原剂、在此特别是尿素水溶液的设备，该设备具有用于该设备各部件的防冻结(功能)。此外，该设备应是结构较简单，进而制造成本低。此外，还要提出一种用于制造机动车的方法，从而将所述用于输送还原剂的设备安装成，使得在极冷条件下也能保证该设备的长时间无干扰运行。
所述目的通过具有权利要求1的特征的设备以及具有权利要求8的特征的用于制造机动车的方法来实现。本发明的有利的扩展构型分别在从属权利要求中给出。说明书尤其是结合附图进一步描述了本发明并且给出了本发明的附加的实施方案。
根据本发明的用于输送还原剂的设备具有以下装置中的至少两个：储存装置、输送装置、转向装置、检测装置、分隔装置、输出装置。所述至少两个装置通过管路装置彼此连接，其中，至少一个装置是压力敏感的，相邻的管路装置在所述压力敏感的装置附近形成至少一个热沉。
根据本发明的设备尤其是涉及一种将液态的尿素水溶液添加到排气流和/或排气***中的设备。
在此，还原剂通常存储在储存装置中。这种储存装置例如是储箱，其中，所述储箱必要时也可以包括多个储箱空间。储箱尤其是由塑料制成。附加地，在所述储存装置中可设有压力补偿装置、液位传感器、加热装置和类似装置。
通常以液态形式储存在储存装置中的还原剂被输送装置从储存装置输送出。通常，所述输送装置包括泵，例如往复活塞泵、隔膜泵或类似装置。
在所述输送装置与储存装置之间优选设有一例如过滤器式的分隔装置。优选地，分隔装置始终仅在一个方向上被流过，从而使来自还原剂的沉积物沉积在分隔装置的一侧。
利用输送装置将还原剂例如输送向输出装置，例如喷射器、喷嘴、排出阀或类似装置。
在此优选的是，在输送装置与输出装置之间的区域中设有至少一个转向装置，例如可控制或可调节的阀，以使通过输送装置输送的还原剂的一部分转向，例如转向到一通向储存装置的回引装置。
此外，可在用于输送还原剂的设备中设有检测装置，例如用于还原剂的温度和/或压力和/或浓度的传感器。
优选设有2个以上、尤其是至少3个或甚至是至少4个的上述装置，各装置利用管路装置彼此连接。管路装置尤其是可包括至少一个管件和/或软管。
在此特别优选一种管路***，其中，还原剂至少相继流过以下部件直到排气***：1.储存装置、2.管路装置、3.分隔装置、4.管路装置、5.输送装置、6.具有至少一个检测装置的管路装置、7.通向回引装置的可控转向装置、8.管路装置、9.输出装置。
上述装置中的至少一些可实施成压力敏感的。这尤其是意味着，当还原剂在这些装置上施加提高的压力时，这些装置的反应是被损坏和/或功能减退。通常，在所述设备运行期间，在管路装置中(在输送装置后面)存在6巴至10巴的还原剂压力。如果还原剂保持在管路装置中并且冻结，则管路装置中的所述压力由于还原剂体积增大而提高。在此，在管路装置中建立的压力可能对压力敏感的装置产生危害。这种压力敏感的装置尤其是输送装置(尤其是隔膜泵)、检测装置(尤其是压力传感器)和/或输出装置(尤其是喷嘴)。
在此提出，与所述至少一个压力敏感装置邻接的管路装置在所述压力敏感装置附近形成至少一个热沉。换言之，所述的一个或两个管路装置在所述压力敏感装置的直接附近构造成，特别快速地向环境散热。这尤其是使得管路装置恰在该区中特别迅速地冷却。为此目的，可使管路装置在该区中具有合适的特性，例如导热能力、散热表面、热容、热渗透性、传热等等。必要时也可以设有主动(可控的)冷却装置(鼓风机、帕尔贴元件等等)。
因此可保证：恰在所述热沉的区域中当达到还原剂的冻结温度/凝固温度时刚好在那里开始凝固，由此开始体积膨胀。因为热沉定位成非常接近所述压力敏感装置，例如距离为最大500mm，可能是至多250mm，甚至小于100mm，所以在热沉与邻接的压力敏感装置之间的压差(液柱，
Figure BPA00001253742000041
)非常小。因此，在所述很短的距离上仅能建立非常小的压降，因此不会对压力敏感装置产生显著的附加负荷。因此，正是针对处于管路装置中的还原剂的冻结状态，保护了所述装置。
根据本发明的一种优选构型，热沉通过管路装置的区形成，所述区具有与管路装置的其它区域相比增大的表面。为此目的，可以使管路装置的壁(至少向外朝向环境)形成一定结构，例如在周向方向上具有***部和沉降部。但也可以为该区的区域中的管路区段设有至少一个附加构件，所述构件形成增大的表面。该构件例如可具有包围管路装置的环状构型，例如套管式的构型，其中，必要时在那里设有散热片和类似结构。
此外认为有利的是，热沉通过管路装置的具有通向环境的热桥的区形成。在此尤其是指，保证所述区与通常较冷的环境间在材料上的导热接触。为此尤其是可实现通向较冷环境的导热连接，例如形式为螺纹连接等。所述较冷的环境尤其是通过车体构件和/或定位成与较冷的外界环境紧密接触或定位在环境温度的影响区中的构件来实现。为此目的将热沉设计成，使得从管路装置的所述区的范围向较冷环境的快速散热互联，例如通过相应的导热装置互联。
根据本发明的一种扩展构型提出，管路装置构造有柔性的壁。正是对于为一个管路装置形成多个热沉的情况，能够通过管路装置本身来补偿在还原剂凝固时出现的体积增大是有利的。为此，尤其是可以选择具有相应的弹性特性或柔性特性的塑料软管作为管路装置，所述塑料软管本身便能补偿例如约10％的体积增大(在长度上和/或在周向方向上)。
根据一种扩展构型另外提出，热沉通过与所述管路装置的其它区域不同的材料形成。所述不同的材料例如是金属，可以通过管路装置的壁本身形成。但也可以在外侧围绕管路装置在与管路装置导热接触的情况下设置另外的、导热良好的材料。在某些情况下，管路装置的壁被另外的材料穿透也是合理的。通常希望由在两个装置间的管路装置长度上的相同材料构成管路装置，其中，恰是在期望的区中与此不同。
此外提出，在热沉的区中设有可激活的加热装置。这种加热装置尤其是具有电性质(电加热装置)，因此这种加热装置能被快速地按照需要激活。这种加热装置尤其是用于在***重新启动时，加热管路装置的对温度较敏感的区域。为此目的，例如可设有能被(电流)通流的电导体、感应式加热器或类似装置。
此外认为有利的是，管路装置与热沉相邻地设有比所述管路装置的其它区域大的隔热结构。换言之尤其是，管路装置与具有热沉的区相邻地构造成使之缓慢冷却。因此可在管路装置内实现还原剂的确定(按规定方式)冷却，从而实现希望的压力建立。隔热结构可以是管路装置的壁的组成部分。但隔热结构也可以设置在管路装置的外侧和/或内侧上。
根据本发明的另一方面，提出一种用于制造机动车的方法，该机动车具有用于输送还原剂的设备，其中，该设备具有以下装置中的至少两个：储存装置、输送装置、转向装置、检测装置、分隔装置、输出装置，所述至少两个装置通过管路装置彼此连接，该方法至少包括下述步骤：
(a)将所述装置布置在该机动车上；
(b)冷却该机动车；
(c)与压力敏感装置相邻地在管路装置中识别出至少一个冻结点/凝固点；
(d)在所述冻结点与所述压力敏感装置之间形成至少一个热沉。
该方法尤其是用于配置根据本发明所述的、用于输送还原剂的设备。就此而言，同样参见与之相关的描述。
因此，根据在此提出的方法，首先在机动车上安装所需的用于输送还原剂的设备。这时明确地确定所述设备在机动车或车体和/或排气***等上的位置和/或固定点。这时，通过步骤(b)确定用于输送还原剂的设备在该车辆中的冷却性能。在此尤其是注意，在管路装置中的还原剂首先在哪里冻结以及其凝固过程然后向哪里扩散。由此可明确地确定冻结点和起始于该冻结点的冻结方向。这是步骤(c)的主题，其中，同时识别出所述冻结点和/或冻结方向对于哪些装置存在问题，即通过凝固在与压力敏感装置相邻的管路装置中建立了不希望的高压。如果这时还原剂在该管路装置中达到对于压力敏感装置而言不希望的压力，则在一合适的区上形成至少一个热沉(步骤(d))。在此，所述热沉应设置在冻结点与压力敏感装置之间，优选与压力敏感装置直接相邻。这一点实现了机动车上的所述设备的变化的冻结性能。这时，所识别出的管路装置首先在热沉的区域中冷却并且形成如下的冻结性能，该冻结性能使管路装置有目的地(耐压地)封闭和/或从那里开始凝固。必要时冻结点也可以利用管路装置上的相应隔热结构形成，以便在那里延迟冻结。这样便能够针对所述设备在机动车上的具体安装位置可靠地识别出冻结性能并根据本发明改变冻结性能。
在这方面认为特别有利的是，在具有热沉的区中在管路装置上在外侧设置一独立的热桥。在此，热桥例如以环圈/卡夹件(Schelle)形式形成，该环圈在外侧贴靠在管路装置上并且与例如车体的快速冷却部分(例如力锁合地(kraftschlüssig))导热连接。这种独立的热桥安装简单，并且能与机动车的其它组成部分柔性连接。必要时热桥也可以与压力敏感装置的壳体在外侧连接。
附图说明
借助附图对本发明以及技术领域予以详细描述。需指出，附图示出了特别优选的实施方案，但本发明并不局限于此。相同的附图标记在此通常也涉及相同的装置。附图示意性表示：
图1示出机动车中的设备的优选实施方案的基本结构，
图2示出根据本发明的设备的另一实施方案的细节视图，以及
图3示出用于输送还原剂的设备的另一实施方案的细节。
具体实施方式
图1示意性示出用于输送还原剂2、如尤其是尿素水溶液的设备1的优选实施方案的结构。示意性示出的设备1位于机动车18中。这种机动车18通常具有内燃发动机19例如柴油机，在该内燃发动机中产生排气，该排气通过排气管路20被排放到环境中。在所述排气管路20的一部分中通常设有多个排气处理单元，例如吸附器、催化器、过滤器、流动混合器和类似装置。在此示例性示出了SCR催化器21，该SCR催化器21在下游对与排气混合的还原剂进行转化，从而由排气中除去不希望的氮氧化物(SCR方法)。
在中央示出根据本发明的设备1。在右上方示出储箱式的储存装置3，在该储存装置中存储有液态还原剂2、在此为尿素水溶液。根据需要并且在可具体预定的时刻，从储存装置3输送出还原剂2，具体在使用输送装置4的情况下进行所述输送。输送装置4、尤其是隔膜泵通过一过滤器式的分隔装置8从储存装置3抽吸还原剂2，该分隔装置8在管路装置10中位于储存装置3与输送装置4之间。当应向排气管路20中添加还原剂2时，从输送装置4将还原剂输送到例如是喷嘴的输出装置9。
在此所示的实施方案中，在输送装置4与输出装置9之间设有转向装置6。该转向装置尤其是可用于当设备1不工作时使得在输送装置4与输出装置9之间的管路装置10内的还原剂2的压力在需要时降低。为此目的，可将处于该管路装置10中的还原剂通过回引装置5和合适的管路装置10再转移到储存装置3中。附加地，在输送装置4与转向装置6之间的管路装置10具有检测装置7，例如压力传感器。
为了保护压力敏感装置(在此为输送装置4、输出装置9和检测装置7)免受还原剂在冻结时引起的过高压力负荷的影响，直接与这些装置相邻地在一侧和/或在两侧形成热沉11。在这些热沉11的区域中，管路装置10中的还原剂首先冻结，因此不能向压力敏感装置形成明显的压力上升。
由图2可见这种具有热沉11的区12的例子。在此，管路装置10构造有热桥14，该热桥在与管路装置10导热接触的情况下形状锁合地(formschlüssig)在外侧设置在壁15上。此外，在冷点22上连接一例如环圈式的热桥10，尤其是与之热接触。这使得当机动车冷却时，正是该冷点22迅速冷却，进而由管路装置10的区12导出热量。由此，在该区12中实现还原剂的提早凝固或冻结。于是，这使得向相邻的压力敏感装置(在此未示出)的连接部25的压力建立由于距离26很短而保持很小。取而代之，在冻结方向24的方向上进行压力建立。与区12相邻并且与连接部25对置的缓慢冻结通过在那里设置隔热结构17而得到改善。
由图3可见热沉11的这种构型的另一个例子。区12在此构造有散热器23，该散热器同样形状锁合地、尤其是在导热接触的情况下设置在管路装置10上。散热器23具有多个散热片，这些散热片使外表面13增大。由此，还促使区12区域中的管路装置10中的还原剂及早冻结。为此，区12优选例如以至多50mm的最大距离26直接构造在连接部25上。
在图3的左侧分区中还可见，管路装置10通过柔性壁15形成。亦即，如果处于该管路装置中的还原剂从区12起沿冻结方向24冻结，则柔性壁15可通过扩展其横截面来补偿容积的增长。因此，尤其是能够朝向下一个热沉和/或下一个装置提供补偿容积。
对于管路装置10完全冻结的情况，保证还原剂的快速液化也是有利的。为此目的提出，区12或散热器23构造有加热装置16，从而能按需、快速地提供电能，该电能保证对管路装置10的供热，从而保证对还原剂的供热。
附图标记清单
1  设备
2  还原剂
3  储存装置
4  输送装置
5  回引装置
6  转向装置
7  检测装置
8  分隔装置
9  输出装置
10 管路装置
11 热沉
12 区
13 表面
14 热桥
15 壁
16 加热装置
17 隔离装置
18 机动车
19 内燃发动机
20 排气管路
21 SCR催化器
22 冷点
23 散热器
24 冻结方向
25 连接部
26 距离

Claims (9)

1.一种用于输送还原剂(2)的设备(1)，该设备具有以下装置中的至少两个：储存装置(3)、输送装置(4)、转向装置(6)、检测装置(7)、分隔装置(8)、输出装置(9)，所述至少两个装置通过管路装置(10)彼此连接，其中，至少一个装置是压力敏感的，相邻的管路装置在所述压力敏感的装置附近形成至少一个热沉(11)。
2.根据权利要求1的设备(1)，其中，所述热沉(11)通过所述管路装置(10)的区(12)形成，所述区具有与所述管路装置(10)的其它区域相比增大的表面(13)。
3.根据权利要求1或2的设备(1)，其中，所述热沉(11)通过所述管路装置(10)的具有通向环境的热桥(14)的区(12)形成。
4.根据上述权利要求之一的设备(1)，其中，所述管路装置(10)构造有柔性的壁(15)。
5.根据上述权利要求之一的设备(1)，其中，所述热沉(11)利用与所述管路装置(10)的其它区域不同的材料构成。
6.根据上述权利要求之一的设备(1)，其中，在所述热沉(11)的区(12)中设有一能激活的加热装置(16)。
7.根据上述权利要求之一的设备(1)，其中，所述管路装置(10)与所述热沉(11)相邻地设有比所述管路装置(10)的其它区域大的隔热结构(17)。
8.一种用于制造机动车(18)的方法，该机动车具有用于输送还原剂(2)的设备(1)，该设备具有以下装置中的至少两个：储存装置(3)、输送装置(4)、转向装置(6)、检测装置(7)、分隔装置(8)、输出装置(9)，所述至少两个装置通过管路装置(10)彼此连接，该方法至少包括下述步骤：
(a)将所述装置布置在该机动车(18)上；
(b)冷却该机动车(18)；
(c)与压力敏感装置相邻地在管路装置(10)中识别出至少一个冻结点；
(d)在所述冻结点与所述压力敏感装置之间形成至少一个热沉(11)。
9.根据权利要求8的方法，其中，在具有所述热沉(11)的区(12)中，在所述管路装置(10)上在外侧设置一独立的热桥(14)。
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