CN102933808A - 用于废气再处理***的通风的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对废气再处理***（10）通风的装置，能够冻结的运行/辅助剂、尤其是还原剂通过该废气再处理***被配量到内燃机的一个废气歧管（12）中。一个液压弹簧蓄能器（60，66，68）在运行中以***压力储存能量。该液压弹簧蓄能器在内燃机停止时无电流地释放该能量，使得产生一个负压用于从废气再处理***抽出运行/辅助剂。

Description

用于废气再处理***的通风的装置

背景技术

在具有内燃机的汽车中，由于在接下来的若干年中会到来的严厉的废气法规的制订，废气中的氮氧化物含量要显著地减小。为了减少废气中的氮氧化物，目前例如使用SCR-方法（SCR=选择性催化还原），其中氮氧化物在使用还原剂的情况下被还原为氮和水。作为还原剂在很多情况中使用含水***，例如尿素水溶液。

所使用的通常液态形式的还原剂一般储存在一个储存箱中并且通过输送模块从该箱输送到配量模块以将还原剂带入废气中。

目前使用的液态还原剂视所添加的抗冻剂而定在约-11℃的温度以下被冻结。为了即便在该温度以下也能够满足减少NO_X的要求，要保证即便在温度低于-11℃时也有足量的液态还原剂可用。因此通常使用专门的加热措施，以将***中的还原剂保持在液态状态中或者说转换到液态状态中。除了储存箱之外，输送模块和/或所使用的管道通常也可完全或部分加热地构成。

由DE 102006027487A1已知一种用于液态还原剂的汽车箱，尤其是用于尿素溶液。该汽车箱由塑料材料制成。除了其它元件包括一个电加热装置和一个抽吸管道的功能单元被安装在箱中的开口中并且以盖方式密封该开口。所需的开口、例如用于进入部和排出部的用于接收功能单元的开口、填充开口以及储存箱的进风和排风口设置在箱上侧上，即不是在储存箱的下部区域中的被液态还原剂淹没的区域中。此外已知的是，设置在一个箱上的开口，例如通风和排风开口、用于排空箱的开口和用于安装一个模块的开口包括加热元件、液位传感器和/或温度传感器，出于简化装配的考虑布置在箱底侧上。因此排气管道的长度和至加热装置的电导线长度以及加热装置本身独立于箱形状，它们设置在该箱上。

但是在这里出现如下缺点，即所有设置在一个箱上的开口位于储存箱中的还原剂的液面下方，这些开口以合适的方式通过一个盖关闭。因为尤其尿素水溶液是一种特别能蠕变的介质，所以在所提到的开口上加强地出现不密封性。因为一方面含水的尿素溶液在与空气接触时立即转变为晶体并且另一方面导致弹性体塑料和金属材料上的腐蚀，所以必须避免不密封性。

尽管设有密封装置，但是通常出现的问题在于，尤其是考虑到还原剂在冻结时大约10%的体积膨胀，在各个部件、尤其是部件、储存箱、盖、输送模块和抽吸管路之间的接口处不能保证接口的密封性和强度。

还原剂通常由一个输送机组输送到一个从储存箱至配量模块的管道中。废气再处理***通过泵转速和压力传感器被调节到恒定的***压力上。泵在此抵抗回流节流装置地工作，液体、即以液态形式存在的还原剂通过回流节流装置重新回送到储存箱中。因此泵马达永久地以基本转矩工作，避免了仅很难实现的从零到运行转矩的转矩突变。因为在从约-11℃起的温度时还原剂被冻结，所以***通过输送机组的换极，例如通过一个4/2通阀在排气管侧被排风。配量模块被打开并且泵将废气重新吸入到该***中，由此液体回流到储存箱中。一旦驾驶员已经停止机动车的发动机，该过程在空转中自动地执行。在LKW应用中，现在得到以下问题，即机动车制造商通过关断内燃机也将整个排气***与蓄电池分开，即在空转运行的目前模式中的回吸不再是可能的。在被填充了能冻结的还原剂的状态中，废气再处理***和尤其是配量阀不再是抗冻结的。

发明内容

按照本发明利用废气再处理***内部在运行期间的恒定***压力在内燃机停止之后对废气再处理***通风。在内燃机停止时，在通过输送机组压缩的还原剂中所含有的储存能量用于尤其是对关键的配量阀抗废气地通风。为此所需的能量储存在液压弹簧蓄能器中并且在内燃机停止时在***压力下降时被释放。为了在内燃机停止之后操作液压弹簧蓄能器，液压弹簧蓄能器可以通过无源阀，例如止回阀***作，但是也存在以下可能性，即液压弹簧蓄能器通过一个有源的、即电操作的阀被激活。电操作阀优选是这样的阀，它根据浮动的、低摩擦的衔铁的原理工作并且其中以有利的方式使电磁线圈由于他的发热可以在有源电阀的加热中使用。此外可有源操作的电阀配有一个柔性的、即由橡胶或弹性体材料制成的膜，该膜表示阀的抗冰压强度。

在按照本发明建议的解决方案的两个实施变型中——或者具有通过无源阀的操作或者具有通过有源阀的操作——使用一个液压弹簧蓄能器。该液压弹簧蓄能器包括一个壳体和一个工作膜，工作膜通过一个弹簧加载。将液压弹簧蓄能器的两个相互独立的液压室的两个室相互分开的工作膜尤其是是一个由金属材料或塑料材料制成的膜。液压弹簧蓄能器的一个通过工作膜分开的室位于用于介质的输送分路中，即在输送机组和一个转换阀之间，而液压弹簧蓄能器的另一个室设置在一个节流装置和储存箱之间的回流路径中。

在第一实施变型中，在液压弹簧蓄能器后面在通向配量模块或配量阀的进入部中可以连接一个无源开关阀，例如一个止回阀。在该情况中，还原剂通过无源阀，例如止回阀V₁以0.5巴的数量级的低打开压力向着配量阀被加载。不必要的还原剂量通过设置在回流路径中的节流装置重新回送到储存箱中。在液压弹簧蓄能器的在回流路径中连接的室的输出侧接收一个另外的无源阀V₂，它同样被构造为止回阀。通过回流路径回送的液体通过该回流路径，其中，该另外的无源阀具有例如0.2巴的数量级的较小的打开压力。

如果内燃机停止，那么通向机动车蓄电池的电导线中断并且输送机组调节其输送。在储存箱、输送机组和设置在液压弹簧蓄能器输出侧的无源阀V₁之间的体积被减压。无源阀V1关闭，然后设置在液压弹簧蓄能器中的弹簧使膜从该膜在***压力时占据的位置运动到一个与此相反的位置中。由此在回流分路中在液压弹簧蓄能器的弹簧侧的侧上形成负压。在回流路径中设置的、在液压弹簧蓄能器的输出侧上的无源阀V₂关闭，在液压弹簧蓄能器输出侧在输送分路中的无源阀V₁总归已经关闭。

两个在该实施变型中配属于液压弹簧蓄能器的无源阀V₁和V₂在两侧被注入，内燃机的废气歧管中的配量阀或配量模块在排气管侧被加载空气。通过使膜在液压弹簧蓄能器的室之间偏转实现的负压导致：废气通过关闭的配量阀被吸入到配量阀或配量模块中直到关闭的无源阀V₁或V₂。由此对配量阀或配量模块通风以及由此抗冻结。

在按照本发明建议的解决方案的第二实施变型中，同样使用一个液压弹簧蓄能器，但是在输出侧，即在通向配量模块或配量阀的输送分路中给其配置一个有源操作的电阀V1。输出侧，在液压弹簧蓄能器或它的在回流路径中的室后面类似第一实施变型地连接一个无源阀V₂，该无源阀可以例如是止回阀。还原剂，尤其是尿素水溶液通过可有源操作的阀V₁向着配量阀或配量模块输送。在这里也如在第一实施变型中那样将不需要的量通过节流装置通过液压弹簧蓄能器的位于回流分路中的第二室回送到储存箱中。类似于第一实施变型，液态介质仍经过构造为无源阀的阀V₂，它尤其是构造为止回阀。

在运行位置中该有源操作的电阀V₁在通电时打开。一旦内燃机停止，那么通向汽车蓄电池的电导线中断并且输送机组调节其输送。在储存箱、输送机组和电操作阀V₁之间的体积被减压。电操作阀由于复位弹簧在***压力下降时关闭，由此使得对液压弹簧蓄能器的位于输送分路中的室的压力加载下降，由此设置在液压弹簧蓄能器中的弹簧使膜偏转到其相反的位置中。由此类似于第一实施变型在液压弹簧蓄能器的弹簧侧的蓄能器侧、即在位于通向储存箱的回流分路中的室中产生负压。由此在该室中在弹簧侧的蓄能器侧形成负压。无源开关阀V₂关闭，有源操作阀V₁已经关闭。

两个阀在两侧被注入，其中，配量阀或配量模块在排气管侧被加载空气。在弹簧侧产生的负压导致：通过关闭的配量阀或配量模块将废气吸入到其中，并且吸入到其中直到电操作阀V₁或者无源止回阀V₂，由此对阀或配量模块通风或由此冻结。

对于这两个实施变型适用的是，在不利情况下视安装位置而定，配量阀或配量模块重新被填充液体。通过有目的地引导液压弹簧蓄能器的管道可以阻止这一点。如果这是不够的，那么可以在配量阀的管道侧的排出部中安装一个细网眼的过滤器。这阻止了：液体回流到已经通风的配量阀或配量模块中。只有在起动内燃机时，当配量阀或配量模块重新被打开时，液体可以通过来自阀的压力冲掉位于过滤器网眼中的气泡。

在按照本发明提出的解决方案的其中使用有源电操作阀的实施变型中，优选求助于具有低摩擦地支承悬浮衔铁的阀。此外以有利的方式可利用有源的电的可控制的阀中的电磁线圈，其热量可以用于加热该阀。有源操作的电阀尤其是被构造为抗压的并且在可加载能冻结的介质的工作室中具有可弹性变形的由弹性体或由橡胶材料制成的膜。

附图说明

下面根据附图详细描述本发明。其示出：

图1具有废气歧管、输送模块、配量模块以及管道引导装置的废气再处理***；

图2按照本发明建议的解决方案的在运行位置中的第一实施变型；

图3按照本发明建议的解决方案的在内燃机停止时的第一实施变型；

图4按照本发明建议的解决方案的在运行位置中的第二实施变型；

图5在内燃机停止之后的第二实施变型的位置；

图6按照图4和图5中的第二实施变型的可有源操作的阀的可能实施变型。

具体实施方式

由按照图1的视图得出一个废气再处理***，它用于减少内燃机废气中的NO_X。一个根据图1中的视图的废气再处理***10包括一个废气歧管12，在该废气歧管中接收了一个氧化催化器14、在需要时一个柴油微粒过滤器16以及一个NO_X催化器18。此外在内燃机的废气歧管12中配设有一个配量模块24，运行-辅助剂、尤其是还原剂——它可以是尿素水溶液——通过该配量模块被喷射到废气歧管12中，尤其是在NO_X催化器18上游喷射到废气歧管12中。此外按照图1中的视图的废气再处理***10包括一个输送模块20，该输送模块位于一个储存箱26上方，在该储存箱中储存还原剂。一个管道***22在配量模块24和输送模块20之间延伸，该管道***设有至少一个加热元件。在储存箱26中同样存在一个加热装置，该加热装置在按照图1的视图中通过位置28标出。输送模块20同样具有一个加热装置30。在输送模块20中存在一些阀，通过这些阀控制输送或者说回送还原剂到储存箱26中，并且这些阀在图2至5中详细地被示出。

此外在废气再处理***10的输送模块20中存在一个过滤器36和一个压力传感器38。该过滤器36位于抽吸喷管34的上端部上，该抽吸喷管伸入到该储存箱26中。储存箱设有一个箱加热装置28。一个输送机组40通过一个驱动器46驱动，它可以在两个旋转方向上被驱动。输送机组40具有一个抽吸侧42以及一个压力侧44。在输送机组40下游，在压力侧44上在还原剂的输送管道上分支出一个回流路径48，在该回流路径中设置一个回流节流装置50。具有回流节流装置50的回流路径48通入到储存箱26中，在该储存箱中储存还原剂。

此外为按照图1中的视图的废气再处理***10的储存箱26配设一个液位传感器52以及一个温度传感器54。此外该废气再处理***10包括一个控制装置56，通过控制装置控制该废气再处理***10的各个部件或者说获得废气再处理***10的各个部件的压力和温度信号并且进一步处理。

由按照图2的视图得出按照本发明的解决方案在运行位置中的第一实施例。

输送机组40通过抽吸喷管34连续地输送来自储存箱26中的还原剂。输送机组40的压力侧通入到液压弹簧蓄能器60的第一室66中。液压弹簧蓄能器60的第一室66位于通向配量模块24的输送分路中。在液压弹簧蓄能器60的第一室66后面连接一个第一无源阀V₁——参见附图标记70。

此外，液压弹簧蓄能器60具有一个第二室68，该第二室位于回流路径48中，尤其是在回流节流装置50、74之间。在下游侧在该液压弹簧蓄能器60的第二室68后面连接一个另外的第二无源阀V₂——它尤其是构造为止回阀72，该第二无源阀位于回流路径48中并且通过它能够在打开压力被超过之后将还原剂导回到储存箱26中。

在液压弹簧蓄能器60中存在一个可偏转的工作膜62，该工作膜的静止位置作为垂直虚线示出。在图2中所示的运行位置中，第一室66以输送泵40的运行为条件地被加载***压力，使得膜62压缩一个设置在液压弹簧蓄能器60的第二室68中的弹簧64，该弹簧储存由此得到的势能。还原剂按照图2中的视图通过第一无源阀70——其被构造为止回阀，该止回阀具有一个在0.5巴数量级的低的打开压力——输送到配量模块24。不必要的量通过节流装置50、54重新回送到储存箱26。在这里，还原剂仍必须通过连接在第二室68输出侧后面的第二无源阀V₂，该第二无源阀具有比第一无源阀70小的打开压力，其中，该较小的打开压力位于例如约0.2巴的数量级中。

该***在运行的内燃机中以及由此在输送机组40的持续驱动中进入在图2中所示的运行位置中。

图3示出在内燃机停止以及供电中断时按照本发明建议的解决方案的第一实施变型。

如果内燃机停止，那么通向蓄电池的电导线中断并且输送机组40停止其输送。在储存箱26、输送机组40和第一无源阀70之间的容积被减压，即这表示一个压力损失，因为泵已经停止了其运行。无源阀V₁——参见位置70——关闭并且在按照图2的液压弹簧蓄能器60中被预紧的弹簧74被减压。由此使膜62从在图2中所示的偏转出的位置——其中膜伸入到第二室68中——转移到在图3中所示的偏转位置中，在图3中所示的偏转位置中膜62伸入到液压弹簧蓄能器60的第一室66中。由此在液压弹簧蓄能器的第二室68中形成一个负压。基于该负压，回流路径48中的第二无源阀72关闭，而第一无源阀V₁——参见位置70——总归已经被关闭。

优选构造为止回阀的两个无源阀70或72在两侧被流体注入，而配量模块24在排气管侧被空气加载。阀在空气方面的泄漏通常比同样该阀的液体泄漏大得多。在第二室68中由膜弹簧64的减压所形成的负压导致：废气通过关闭的配量阀24被吸入到管道***中直到关闭的无源阀V₁（参见附图标记70）并且通向关闭的无源阀V₂（参见位置72）。由此使配量阀24连同管道***在内通风以及由此抗冻结。

图4示出按照本发明提出的解决方案在运行位置中的第二实施变型。

与按照图2的视图不同，在图2中使用的无源阀V₁（参见附图标记70）通过一个有源的电操作的阀V₂取代。

在其余方面按照图4的视图——除了在电操作的有源阀V₁，参见位置80方面的区别以外——对应于联系按照图2的第一实施变型在其运行位置中已经描述过的部件。

图4示出：在内燃机的运行中在液压弹簧蓄能器60的第一室66中维持***压力的运行位置76，使得在液压弹簧蓄能器60中使第一室66与第二室68分开的膜62偏转到第二室68中并且由此压缩膜弹簧64。使第一室66与第二室68分开的膜62可以由金属材料以及也由塑料材料制成。在第一室66后面在输出侧连接可有源操作的阀V₁——参见位置80。在运行状态中，还原剂从储存箱26通过抽吸喷管34和输送机组40被连续输送到液压弹簧蓄能器60的第一室66中。还原剂以***压力通过位于其打开位置中的有源阀V₁——参见位置80——传导到配量模块24并且在那里被喷射到图1中所示的废气歧管——参见位置12——中。

与按照图2的视图类似，液压弹簧蓄能器60的第二室68设置在回流分路中，即位于在第二室68输出侧设置的第二无源阀72与在液压弹簧蓄能器60的第二室68前面的节流装置74、50之间的回流路径48中。

图5示出在关断内燃机之后***的部件的位置。一旦内燃机被关断，则机动车蓄电池与输送机组40之间的电导线中断，从而液压弹簧蓄能器60的第一室66中的***压力下降。在储存箱26、输送机组40和可有源操作的阀V₁——参见位置80——之间的容积被减压。可有源操作的阀V₁——参见位置80——基于在其中所接收的复位弹簧的作用而关闭以及之前在按照图4中的运行位置中基于在第一室66中的***压力被压缩的膜弹簧64由于第一室66中下降的***压力而减压并且如在图5中所示将膜压入其相对置的位置中，即压入液压弹簧蓄能器60的第一室66中。由此在第一室68中形成负压，该负压导致在回流路径48中在第二室68输出侧所包含的无源阀V₂——参见位置72——关闭。因为可有源操作的阀V₁——参见位置80——基于复位弹簧的作用总归已经关闭，所以废气基于在第二室68中的负压流入从配量模块24直到关闭的可有源操作的阀V₁——参见位置80——以及直到在液压弹簧蓄能器60的第二室68输出侧设置的无源阀V₂——参见位置72——的管道***中。因此在该管道区段中所含有的还原剂储备被回抽到储存箱26中，从而废气再处理***10的这些部件是抗冻结的。因此，以上描述的管道***中的还原剂储备的回抽基于第二室68中的负压作用是可行的，因为模块组件24在空气方面的泄漏比阀的液体泄漏大得多。

在这两个结合图2至5描述的按照本发明提出的解决方案的实施变型中，配量模块24或者配料模块根据安装位置而定可以重新被填充液体。通过有目的地引导管道走向和有目的地布置液压弹簧蓄能器60，可以避免这一点。因此例如液压弹簧蓄能器60以及通向配量模块24和储存箱26的管道在任何部位都高于储存箱26和配量模块24本身。

如果这是不可能的，那么可以在配量模块24或配量阀24的管道侧输出端中安设一个细网眼的过滤元件。通过该过滤元件允许阻止：液体回流到已经填满的配量阀或配量模块24中以及能冻结的还原剂量在其中聚集，这些能冻结的还原剂量可能在冻结时导致损坏。

只有在起动内燃机时，即在打开配量阀24将还原剂加入到内燃机的废气歧管12中时，液态形式的还原剂才能够在压力下将位于该细网眼地设计的过滤器的过滤网眼中的气泡从配量模块24或配量模块24排出。

由按照图6的视图得出在图4和5中可有源操作的阀V₁的一种可能实施变型。

由按照图6的视图得出，可有源操作的阀V₁——参见位置80——具有一个例如两部分式的壳体82。两部分地构成的壳体82的两个壳体半掩着一个分型接缝108相互接合，例如——如在图6中所示——相互旋紧。在可有源操作的阀80的壳体82内部存在一个磁芯84。在磁芯84中嵌入一个电磁线圈86。磁芯84和接收在其中的电磁线圈86被优选由奥氏体材料制成的一个板或钟形罩92包围。由奥氏体材料制成的该板或钟形罩92包括一个例如凸缘形的凸起94，在该凸起上支撑一个衔铁弹簧88。衔铁弹簧88外部低摩擦地在径向方向和轴向方向上相对于可有源操作的阀V₁——参见位置80——的壳体82的几何形状引导板形构成的衔铁90。在奥氏体材料的板或载体92中的凸缘94下方设有一个密封装置96，该密封装置例如可以被构造为环绕的O形环。通过环绕的密封装置96对壳体82中的工作室密封，该工作室通过一个入口98被加载还原剂并且一个排出部100延伸到其中。排出部100可以例如包括一个管104，该管在可有源操作的阀80的壳体82内部通到可变形的、尤其是抗冰压地构成的膜102下方。开口112在可有源操作的阀V₁——参见位置80——电磁线圈86的无电流状态中被关闭，而尤其是当电磁线圈86被有源地通电时，开口112通过低摩擦地支承的衔铁90的平面侧110释放。通过环绕构成的密封装置96使可加载能冻结的还原剂的工作室相对于磁芯84密封，自由地低摩擦地支承的衔铁90在该工作室中运动。可有源操作的阀V₁——参见位置80——的抗冰压强度通过以下方式被保证，即在以液态形式进入可有源操作的阀V₁——参见位置80——的工作室中的还原剂冻结时，抗冰压地构成的膜102补偿在还原剂凝固时必然出现的体积增加，从而在可有源操作的阀V₁上不会出现由过高冰压引起的损坏。排出部100的管104延伸通过的盖元件借助一个材料锁合的连接106与可有源操作的阀V₁——参见位置80——的多部分式构成的壳体82的上部部分连接，该连接例如可以构造为焊接。

以有利的方式可以在按照图6的实施变型中利用在电磁线圈86的运行中出现的热量来加热图6中的可有源操作的阀V₁——参见位置80。

Claims (10)

1.用于对废气再处理***（10）通风的装置，能够冻结的运行/辅助剂、尤其是还原剂通过该废气再处理***被配量到内燃机的一个废气歧管（12）中，其特征在于，一个液压弹簧蓄能器（60，66，68）在运行中以***压力储存能量并且在内燃机停止时无电流地释放该能量，其中，产生一个负压用于从废气再处理***（10）抽出运行/辅助剂。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述液压弹簧蓄能器（60，66，68）具有一个第一室（66）以及一个第二室（68）。

3.根据以上权利要求之一的装置，其特征在于，第一室（66）通过一个输送机组（40）被加载并且在该第一室后面连接一个阀V₁（70，80），第二室（68）通过一个回流路径（48）与一个储存箱（26）连接。

4.根据以上权利要求之一的装置，其特征在于，第一室（66）和第二室（68）通过一个可变形的、由塑料或金属材料构成的膜（62）相互分开，该膜通过一个表示蓄能器的膜弹簧（64）被加载。

5.根据以上权利要求之一的装置，其特征在于，一个回流路径（48）接收一个节流装置（50，74）和一个另外的无源阀V₂（72），尤其是止回阀。

6.根据以上权利要求之一的装置，其特征在于，设置在第一室（66）下游的阀V₁（70，80）被构造为无源阀、尤其是止回阀或具有低摩擦地支承的衔铁（90）的可有源操作的阀（80）。

7.根据以上权利要求之一的装置，其特征在于，可有源操作的阀V₁（80）在通过运行/辅助剂加载的壳体（82）中包括一个抗冰压的膜（102）。

8.根据以上权利要求之一的装置，其特征在于，衔铁（90）基本上径向地且低摩擦地通过弹簧（88）支承在壳体（82）中。

9.根据以上权利要求之一的装置，其特征在于，可有源操作的阀（80）的电磁线圈（86）和磁芯（84）通过由奥氏体材料制成的板或钟形罩（92）包套。

10.根据以上权利要求之一的装置，其特征在于，低摩擦地支承的衔铁（90）无电流地通过其平面侧（110）封闭一个排出部（100）的开口（112）。

Images