CN105102780A - 用于加热输送装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种加热用于输送液体添加剂的装置(1)的方法，其中装置(1)具有至少一个泵(2)，该泵(2)具有至少一个泵室(34)和至少一个可移动的泵室壁(5)，并且可移动的泵室壁(5)移动以输送液体添加剂。在该方法中，借助于至少一个致动器产生振动运动(25)。所述振动运动(25)传递到所述可移动的泵室壁(5)并在可移动的泵室壁(5)中转换成热。

Description

用于加热输送装置的方法
技术领域
本发明涉及一种加热用于输送液体添加剂的装置的方法。用于输送液体添加剂的装置例如在汽车领域中用于向内燃机的排气处理装置供给液体添加剂。排气处理装置被广泛使用，其中排气中的氮氧化物化合物的还原借助于液体添加剂而发生。对应的输送装置可被用于所述类型的排气处理装置。
背景技术
特别广泛地用于这些排气处理装置中的排气净化方法是选择性催化还原的过程[SCR过程]。在所述过程中，氨通常被用作用于还原氮氧化物化合物的还原剂。氨可在排气处理装置中由尿素-水溶液获得。这里，尿素-水溶液通过热解(加热方式)和/或水解(借助于水解催化转化器)而转化为氨。尿素-水溶液可借助于所述输送装置作为液体添加剂被供给至排气处理装置。可例如在商标名下可购得对应的尿素-水溶液，其尿素含量为32.5％。
用于输送液体添加剂的装置的一个问题在于，所述添加剂(例如像所述的尿素-水溶液)在低温下会冻结。所述尿素-水溶液例如在-11℃下冻结。在机动车辆中，这样的低温例如在冬季长期停置阶段期间出现。为此原因，通常在用于输送液体添加剂的装置中设置有加热器。借助加热器，可以使装置中冻结的添加剂解冻，或可以防止或减慢添加剂的冻结。加热器通常利用电能运行。还已知液体式加热器，其中加热流体流经加热环路。在加热环路中，内燃机的(经加热的)冷却水通常被用作加热流体。
这样的加热器的一个问题在于，热的导入通常不会刚好发生在冻结的添加剂附近，且因此需要特殊装置来将热从加热器传导到添加剂。这种用于传热的装置通常无法一体形成或只能很困难地一体形成在输送装置中。此外，还存在这样的情况，即，对于这样的装置，通过加热器产生的热通常只能在一定延时之后消散至液体添加剂并且产生热损。此外，典型地在输送装置中与液体添加剂接触的材料通常仅具有低导热率，且因此起到加热器与液体添加剂的隔热作用。如果尿素-水溶液被用作液体添加剂，则所述材料例如是特殊的耐尿素塑料。这进一步使得难以设置用于传热的装置。
以此为出发点，本发明的一个目的是解决或至少减轻结合现有技术强调的技术问题。特别是试图公开一种特别有利的用于加热用于输送液体添加剂的装置的方法。
发明内容
所述目的借助于根据权利要求1的特征的方法来实现。该方法的更多有利细化方案在从属权利要求中指出。权利要求中单独指出的特征可以以任何期望的技术上可行的方式互相组合并且可通过描述中的说明性事实补充，其中指出了本发明的更多实施例。
本发明涉及一种用于加热用于输送液体添加剂的装置，其中该装置具有至少一个泵，该泵具有至少一个泵室和至少一个可移动的泵室壁，并且可移动的泵室壁变形以输送液体添加剂。该方法至少包括以下步骤：
a)借助于至少一个致动器产生振动运动；
b)将振动运动传递到可移动的泵室壁；和
c)在可移动的泵室壁中将振动运动转换为热。
用于输送液体添加剂的装置例如在抽吸点从储存液体添加剂的罐提取液体添加剂。液体添加剂从抽吸点沿着装置中的输送管道沿输送方向被输送到管路连接器。液体添加剂由该装置在管路连接器处提供。管路连接器可与通向给送装置的供给管路连接。该给送装置可布置在排气处理装置上，并且液体添加剂可借助于给送装置被供给到排气处理装置。
该装置具有至少一个用于输送的泵。该泵优选一体形成在输送管道中。该至少一个泵室通过(优选单个)可移动的泵室壁的运动而变形。液体添加剂的输送由于所述变形而发生。为了驱动可移动的泵室壁的运动，所述装置或泵优选具有至少一个致动器。该致动器可例如由电池驱动装置致动。该致动器可具有例如旋转驱动装置和/或线性驱动装置。该致动器还可具有传动装置，致动装置的运动通过该传动装置传递至可移动的泵室壁。该传动装置可优选还用于根据致动器是被设计成产生直线运动还是产生旋转运动以及根据可移动的泵室壁是利用直线运动还是利用旋转运动而运动来将直线运动变换成旋转运动，或反之。该传动装置可包括例如用于对应的运动变换的连杆、凸轮、凸轮轴或凸轮盘。
在步骤a)中产生的振动运动的特征大致在于，该装置的致动器快速来回移动。该振动运动不构成例如为了输送液体添加剂而执行的致动器的规则运动。振动运动的最大偏离为致动器在通常输送期间的运动的最大偏离的5％以下且优选2％以下且特别优选甚至1％以下。在这方面应当考虑到，可移动的泵室壁会被泵室内冻结的添加剂阻挡。因此，不应当执行大的偏离。该偏离也可称为振幅、行程等。该振动运动优选具有特别高的频率。在振动运动期间，致动器优选以至少200Hz(1Hz＝1个循环/秒)的频率往复运动。致动器特别优选甚至以至少1.000Hz或是5.000Hz的频率往复运动。振动运动向可移动的泵室壁的传递优选以与通常的输送运动的传递完全相同的方式在步骤b)中发生。为此目的，上面进一步描述的传动装置例如设置在装置内或装置的泵内。振动运动均具有由振动运动的振幅和频率结合通过振动运动传递的力决定的机械功率。该机械功率是单位时间作为在可移动的泵室壁上的机械能量。所述机械功率在步骤c)中转换成热功率。可移动的泵室壁的刚度是所产生的热的一个重要因素。可移动的泵室壁的刚度对与力和振幅的相关性有很大影响。作用在可移动的泵室壁上的力是所述振幅和刚度的乘积。可通过下式确定在振动周期期间产生的热能。在此上下文中，振动周期是可移动的泵室壁从放松的开始位置到关于振幅与开始位置不同的偏离位置的一次运动。
E热量＝1/2·K刚度·x2 振幅
可移动的泵室壁与泵室中的液体添加剂直接接触。因此，可移动的泵室壁中产生的热能特别快地传递到液体添加剂。可移动的泵室壁通常由具有隔热作用的材料制成。因此，热能难以从外部经可移动的泵室壁传导到泵室中。相应地，特别有利的是借助于所述方法在可移动的泵室壁中直接产生热。如果泵室内有冻结的添加剂，则可移动的泵室壁中产生的热首先使与可移动的泵室壁直接接触的添加剂熔融。该液体添加剂改善了从可移动的泵室壁到添加剂的传热，因为液体添加剂具有比冻结的添加剂好的导热性。此外，与可移动的泵室壁直接接触的液体添加剂增大了可移动的泵室壁的可能的振幅。如果振幅可以更大，则这增加了可导入可移动的泵室壁中且可变换成加热功率的功率。
如果在步骤b)中在可移动的泵室壁的振动运动期间不发生液体添加剂的输送，则该方法尤其有利。
振动运动的频率例如可被选择成足够高以便泵室中的液体添加剂不会由于振动运动而被输送。此外和/或替代地，振动的振幅可被选择成足够小以便泵室中的液体添加剂不会由于振动运动而被输送。出现该效果是因为液体添加剂对振动运动缓慢地作出反应。所述缓慢的表现归因于液体添加剂的质量和粘度。振动运动还可能仅引起一定量的液体添加剂沿着输送方向分别被向前和向后输送。因此总的来说同样存在这种情况：在振动运动的时间段不发生液体添加剂的输送(特别是在管路连接器处不发生添加剂的排出)。如果泵内的添加剂完全冻结，则液体添加剂的输送无论如何都不会发生，因为泵被冻结的添加剂阻挡。
由于实际上未发生液体添加剂的输送，所以所述方法可以被用于(仅)加热该装置。这例如在用于开始设备的运行以解冻装置中冻结的液体添加剂的步骤期间是有利的。
如果在步骤c)中，由于振动运动，可移动的泵室壁的压缩以规则重复的方式发生，并且振动运动由于压缩而转换成热，则该方法更为有利。
在可移动的泵室壁的压缩(挤压)期间，可移动的泵室壁不会移动或仅以不明显的程度移动。作为替代，可移动的泵室壁的(内部)容积改变。如果可移动的泵室壁仅仅被压缩，则特别容易避免振动运动引起的液体添加剂的输送，因为振动运动实际上对泵室容积没有影响，且确切而言已经在泵室壁内被完全补偿。该压缩通过泵室壁中的内部摩擦转化成热。
如果在步骤c)中，由于振动运动，可移动的泵室壁的变形以规则重复的方式发生，并且振动运动由于变形而转换成热，则该方法更为有利。
可移动的泵室壁的变形尤其包括可移动的泵室壁的挠曲。在可移动的泵室壁的挠曲和/或变形期间，泵室壁移动成使得泵室容积发生很小的变化。但是，所述变化优选足够小，以便不会发生液体添加剂的输送，或仅发生不明显的输送。在挠曲和/或变形期间，优选在可移动的泵室壁中产生弯矩，该弯矩通过泵室壁中的内部摩擦而产生热。利用几乎任何柔性材料，可以借助于挠曲和/或变形而从振动运动产生热。因此，如果振动运动通过挠曲和/或变形而转换成热，则泵室壁的构型有着特别大的自由度。
如果该泵具有至少一个泵室，该泵室的封闭泵室容积的大小规则地增大和减小以输送液体添加剂，则该方法更为优选。
泵室容积的大小规则地增大和减小以输送液体添加剂的泵典型地为活塞泵或隔膜泵。在所述类型的泵的情况下，该装置的输送管道典型地在入口处进入泵室中并在出口处再次从泵室出现。入口和出口由阀封闭。阀典型地单向打开。阀的打开方向预先确定泵的输送方向。在可移动的泵室壁中用于产生热的所述振动运动期间，可移动的泵室壁优选足够快地移动，以便泵室容积无论如何都不发生变化，或泵室容积仅足够轻微地变化，以便基本没有液体添加剂经入口进入泵室和经出口从泵室出现。在泵室容积的大小规则地增大和减小的泵的情况下，直线振动运动可特别有效地转换成热。
如果该泵具有至少一个连续移动以输送液体添加剂的具有封闭泵室容积的泵室，则该方法也是有利的。
在所述类型的泵中，例如存在这样的情况：密封点在泵室中沿着输送方向移动。密封点在泵室起点处产生，沿着输送方向移动通过泵室，然后在泵室的终点处再次消除。优选同时设置多个这样的密封点。各个密封点之间分别存在封闭的泵室容积。在所述类型的泵中，振动运动可例如以密封点的快速向前和向后运动的形式实现。不可能借助于这样的振动运动来输送液体添加剂，因为在向后运动期间向后运动的液体添加剂的量始终与在向前运动期间输送的液体添加剂的量相同。
所述类型的泵可以是蠕动泵。蠕动泵可利用软管实现，所述软管形成泵室且通过偏心盘被部分地压缩。软管的压缩点形成密封点。所述类型的泵还可以利用通过偏心盘部分地变形的隔膜实现以便形成密封点。在所述类型的泵的情况下，一般需要较厚的柔性材料作为可移动的泵室壁。这样的厚柔性材料通常具有特别低的导热率，且因此具有隔热作用。在所述类型的泵的情况下，因此有利的是借助于所述方法在可移动的泵室壁中产生用于加热泵室的热。
如果可移动的泵室壁包括带镶嵌件的隔膜，其中镶嵌件被设计成将振动运动转换成热，则该方法是特别有利的。
在可移动的泵室壁被设计为带镶嵌件的隔膜的情况下，能以特别有针对性的方式在隔膜中产生热。隔膜优选具有镶嵌件镶嵌在其中的基体材料。这里，基体材料优选被设计成具有特别好的柔韧性。镶嵌件被设计成通过变形而发热。
如果可移动的泵室壁与致动器热隔离，则该方法更为有利。
所述类型的热隔离可例如借助于设置在致动器与泵室壁之间的隔热层来实现。该隔热层可以是传动装置的一部分。借助于热隔离，例如可以实现：可移动的泵室壁中产生的热以特别有针对性的方式导入液体添加剂中且不会作为损失的热消散至外部。此外，可以避免致动器和致动器的驱动装置的发热。这可以提高致动器和电驱动装置的效率，因为电驱动装置的效率一般在较低温度下较高，特别是在电驱动装置的电阻根据温度而变化的情况下。
该致动器优选被设计成使得，该方法所需的振动运动可以不利用致动器产生且致动器的驱动装置自身显著发热(例如相对于通常的输送操作)。致动器的发热归因于驱动装置的功率损失，且因此取决于驱动装置的效率。隔膜中借助于振动运动而产生的热量(热输出)优选大于驱动装置的功率损失，特别优选为驱动装置的功率损失的至少两倍或甚至五倍。
此外，这里还描述了一种用于输送液体添加剂的装置，其中该装置具有带泵室和可移动的泵室壁的泵，并且可移动的泵室壁至少部分地移动以输送液体添加剂，并且该装置被设计用于执行根据本发明的所述方法。所述装置可具有用于输送液体添加剂的装置的结合所述方法说明的所有特定优点和实施例特征。
本发明特别优选地用于这样的机动车辆中，该机动车辆具有内燃机，具有用于净化内燃机的排气的排气处理装置，并且具有可借以将液体添加剂输送到排气处理装置并可借以执行所述方法的所述装置。
附图说明
下面将基于附图更详细地说明本发明和技术领域。附图示出了特别优选的设计变型，但本发明不局限于这些设计变型。要特别指出的是，附图和所示的尺寸关系仅仅是示意性的。在附图中：
图1：示出了所述装置的示意图；
图2：示出了泵的第一变型的第一架构；
图3：示出了泵的第一变型的第二架构；
图4：示出了泵的第二变型的架构；以及
图5：示出了具有所述装置的机动车辆。
具体实施方式
图1示出了可借以在抽吸点19将液体添加剂从罐输送出来的装置1。从抽吸点19开始，输送管道21沿输送方向20经装置1延伸到管路连接器22，在此处可提供液体添加剂。装置1具有一体形成在输送管道21中的泵2。输送管道21在输入点31处进入泵的泵室并在输出点32处再次从泵室3出现。输入点31和输出点32分别由阀23封闭，该阀23预先确定从输送管道21通过的输送方向20。
泵室3具有泵室容积4和可移动的泵室壁5。可移动的泵室壁5可以移动以便增大和减小泵室容积4的大小。由于泵室容积4的大小的增大和减小而发生液体添加剂的输送。在图1的装置中，可移动的泵室壁5由隔膜7形成。在图1中，镶嵌件8设置在隔膜7中，隔膜7或可移动的泵室壁5的振动运动可在该镶嵌件8中转换为热。
为了使可移动的泵室壁5移动，装置1具有致动器6，该致动器6的运动可通过传动装置14传递到隔膜。该致动器例如可以是在引导装置15中往复运动并由电磁驱动装置9移动的活塞。
图2和图3示出了泵2中可以发生振动运动25的不同可行方式。这两个图分别示出了致动器6、泵室3、泵室容积4和可移动的泵室壁5。可移动的泵室壁5分别由隔膜7形成。振动运动25用箭头表示。在图2中可见可移动的泵室壁通过挠曲28至少部分地移动。作为挠曲28的结果，泵室容积4改变并且在变形区域27中发生可移动的泵室壁5的变形。这样，可移动的泵室壁5中发热。在图3中，发生了可移动的泵室壁5或隔膜7的容积改变的压缩29，且泵室容积4未发生变化。不过，在如图3所示的压缩机29的情况下，变形区域27中同样产生变形，使得隔膜7中发热。
图4示出了用于这里描述的方法的装置的不同泵2。在所述泵2中，泵室3至少部分地呈圆弧形且同样具有可移动的泵室壁5。可移动的泵室壁5由例如软管26形成。可移动的泵室壁5也可由某种其它材料形成，例如较厚的隔膜。可移动的泵室壁5通过致动器6而至少部分地变形，使得形成至少一个密封点30。在泵2运行期间，密封点30以规则间隔形成在泵室4的输入点31且然后沿着输送方向20经泵4移动到输出点32，并且在这里再次消除。为此目的，致动器6具有至少一个凸轮33作为致动器6或致动器6的驱动装置与可移动的泵室壁5之间的传动装置14。至少一个凸轮33使可移动的泵室壁5变形并进而形成密封点30。在两个密封点30之间形成有封闭泵容积。致动器6的运动引起密封点30的移动并进而引起封闭泵容积的移动。
如果在如图4所示的泵2中实施所述方法，则致动器6执行向前和向后的小幅振动旋转运动。这里，未输送液体添加剂，因为在向前运动期间输送的液体添加剂的量在向后运动期间分别被立即向后输送。但是，作为可移动的泵室壁5的变形的结果，泵室壁5中以有针对性的方式发热。说明书的背景技术中也描述了的图4所示的原理可以特别适合任何类型根据蠕动原理来工作的泵。这些泵的一个重要特征是变形以进行输送的可移动的泵室壁。这里，特别有优势的是可移动的泵室壁在操作期间的变形在整个可移动的泵室壁上均匀地分布。这使得能通过大的表面将热导入泵室中。
图5示出了具有内燃机11并具有用于净化内燃机11的排气的排气处理装置12的机动车辆10。在排气处理装置12中设置有SCR催化转化器17，借助于该SCR催化转化器17，可通过选择性催化还原过程来净化内燃机的排气。为了执行选择性催化还原过程，液体添加剂可借助于喷射器18被供给至排气处理装置12。液体添加剂被储存在罐13中并且可借助于装置1从罐13被提取并经由供给管路24输送到喷射器18。机动车辆10具有控制单元16，可借助于该控制单元16来控制所述方法的执行。
借助于这里描述的方法，用于提供液体添加剂的装置的加热可以以特别简单和廉价的方式进行，因为不需要装置中有另外的加热器。此外，热能以特别有针对性的方式被供给至液体添加剂。
附图标记清单
1装置
2泵
3泵室
4泵室容积
5可移动的泵室壁
6致动器
7隔膜
8镶嵌件
9电磁驱动装置
10机动车辆
11内燃机
12排气处理装置
13罐
14传动装置
15引导装置
16控制单元
17SCR催化转化器
18喷射器
19吸入点
20输送方向
21输送管道
22管路连接器
23阀
24供给管路
25振动运动
26软管
27变形区域
28挠曲
29压缩
30密封
31输入点
32输出点
33凸轮

Claims (10)

1.一种加热用于输送液体添加剂的装置(1)的方法，其中，所述装置(1)具有至少一个泵(2)，所述泵具有至少一个泵室(3)和至少一个可移动的泵室壁(5)，并且所述可移动的泵室壁(5)移位以输送所述液体添加剂，所述方法至少具有以下步骤：
a)借助于至少一个致动器(6)产生振动运动(25)；
b)将所述振动运动(25)传递至所述可移动的泵室壁(5)；以及
c)在所述可移动的泵室壁(5)中将所述振动运动(25)转换成热。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤b)中在所述可移动的泵室壁(5)的振动运动(25)期间不发生液体添加剂的输送。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤c)中，作为所述振动运动(25)的结果，以规则地重复的方式发生所述可移动的泵室壁(5)的压缩，并且所述振动运动(25)由于所述压缩而转换成热。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤c)中，作为所述振动运动(25)的结果，以规则地重复的方式发生所述可移动的泵室壁(5)的变形，并且所述振动运动(25)由于所述变形而转换成热。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述泵(2)具有包括封闭泵室容积(4)的至少一个泵室(3)，所述封闭泵室容积的大小规则地增大和减小以输送所述液体添加剂。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述泵(2)具有至少一个泵室(3)，所述泵室具有连续地移位以输送所述液体添加剂的封闭泵室容积(4)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述可移动的泵室壁(5)包括具有镶嵌件(8)的可变形隔膜(7)，并且所述镶嵌件(8)被设计用于将所述振动运动(25)转换成热。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述可移动的泵室壁(5)与所述致动器(6)热隔离。
9.一种用于输送液体添加剂的装置(1)，其中所述装置(1)具有泵(2)，所述泵具有泵室(3)和可移动的泵室壁(5)，所述可移动的泵室壁(5)至少部分地移位以输送所述液体添加剂，并且所述装置(1)被设计用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
10.一种具有内燃机(11)的机动车辆(10)，所述机动车辆具有用于净化所述内燃机(11)的排气的排气处理装置(12)，并且具有根据权利要求9所述的装置(1)，能借助于所述装置(1)将液体添加剂输送到所述排气处理装置(12)。
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