CN105121801A - 启动用于供给液体添加剂的装置运行的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于供给液体添加剂的装置(1)的启动运行的方法，所述装置具有至少一个预热元件(2)和至少一个PTC加热元件(3)。在该方法中，借助于所述至少一个预热元件(2)进行加热。热量从所述至少一个预热元件(2)被传导到所述至少一个PTC加热元件(3)，使得所述至少一个PTC加热元件(3)的温度由此升高。此外，借助于所述至少一个PTC加热元件(3)在该PTC加热元件(3)的温度已升高时进行加热。

Description

启动用于供给液体添加剂的装置运行的方法

技术领域

本发明涉及用于供给液体添加剂的装置的启动运行的方法。

背景技术

用于供给液体添加剂的装置用于在例如汽车领域向用于净化机动车的内燃机的排气的排气处理装置供应液体添加剂。其中使用液体添加剂净化排气的排气处理装置被广泛使用。在这样的排气处理装置中特别常用的排气净化方法是选择性催化还原方法(SCR方法)。在所述方法中，排气中的氮氧化合物通过还原剂的辅助而被还原。这里，氨通常用作还原剂。排气处理装置通常具有SCR催化转化器，排气中的氮氧化合物在该SCR催化转化器上借助于氨被还原。氨通常不是直接地而是以还原剂前体溶液的形式存储在机动车中。所述还原剂前体溶液是液体添加剂。特别常用的一种还原剂前体溶液是尿素水溶液。32.5％的尿素水溶液在商标名下可以获得。

在所述类型的装置的启动运行方面存在一个问题，即，所述液体添加剂在低温下会冻结。例如，上述尿素水溶液在-11℃冻结。尤其在机动车的长时间停顿期间可遇到这样的低温。在长时间停顿之后，情况可能是装置中的液体添加剂已经完全冻结。那么装置首先不能提供任何液体添加剂。已知用于提供液体添加剂的装置具有加热***以用于融化冻结的液体添加剂，使得在启动运行之后能迅速供给液体添加剂。

作为用于这种装置的加热设备，特别提出了PTC(正温度系数)加热元件。PTC加热元件是通过流经它们的电流进行加热的电加热元件。它们具有的附加特性是用于电流的电阻随温度升高而增加。因此实现了电流在高温下自动降低。由于电流降低，则加热功率也减小。这提供了PTC加热元件对抗过热的自动保护。

但是，在借助于PTC加热元件进行加热的这种装置中，问题是总体上只有有限的可用电流量，其通过用于运行该装置的电源的最大功率限定。特别是在启动运行期间(当必须同时提供功率给多个电流消耗装置时)，所述电流的量可能不足以正确地维持该装置的所有功能。PTC加热元件在启动运行期间的电流消耗是一个特别的问题。

发明内容

以此为出发点，本发明的一个目的是解决或者至少减少关于现有技术提出的技术问题。尤其是，本发明提出一种特别有利的方法以用于启动运行用于供给液体添加剂的装置以及一种相应地改进且有利的用于供给液体添加剂的装置。

所述目的借助于根据权利要求1所述的特征的方法以及还借助于根据权利要求6所述的特征的装置实现。从属权利要求中说明了本发明的进一步有利的实施例。权利要求中单独呈现的特征可以以任何需要的在技术上有意义的方式相互结合，并且可以通过来自说明书中解释性材料补充给出本发明的其它设计变型。

相应地，提出一种用于启动运行一个用于供给液体添加剂的装置的方法，所述装置具有至少一个预热元件和至少一个PTC加热元件，该方法具有至少以下步骤：

a)借助于预热元件来加热，

b)从预热元件向至少一个PTC加热元件传导热量，使得所述至少一个PTC加热元件的温度由此升高，以及

c)当至少一个PTC加热元件的温度已被升高时，借助于该至少一个PTC加热元件来加热。

液体添加剂特别是(也如上述指出的)尿素含量为32.5％的尿素水溶液。该方法的实施特别有利的是，启动运行时存在(预定的)冷启动条件。冷启动条件存在于例如当该装置被安装在机动车中和启动运行之前在低环境温度下长时间停顿时。低环境温度例如是低于冻结温度(0℃以下)和特别是环境温度低于-11℃(尿素水溶液的冻结温度)。冷启动条件可(借助于合适的传感器布置)被检测到并(借助于合适的控制单元)进行评估。例如，当满足至少一个预定的冷启动条件(当前检测温度≤预定冷启动温度；添加剂的状态＝至少部分冻结；低温持续时间≥预定的最小冷相；等等)时，可以首先启动和/或仅启动步骤a)。

PTC加热元件是电热导体，也称为冷导体。在PTC加热元件的情况下，电阻在较低温度下比在较高温度下要低得多。因此，电导率在低温下要高得多。因此，这也是术语“冷导体”的由来。优选的是，电阻在低温下接近恒定和随后在超过额定温度时急剧上升。

PTC加热元件优选通过例如12伏或24伏的固定地预定义的加热电压操作。由于电阻的温度相关性，流过PTC加热元件的电流自动适应固定地预定义的加热电压并上升温度。PTC加热元件的加热功率因此也下降，使得不再发生进一步加热至更高的温度。PTC加热元件因此在相对窄的温度范围内自调节。在用于供给液体添加剂的装置中使用的PTC加热元件优选在狭窄限定的温度范围内自调节。所述至少一个PTC加热元件的温度范围优选在10℃和80℃之间。这里，所述温度10℃和80℃限定了温度范围的最大上限和最小下限。在合适的PTC加热元件的情况下，温度范围处于例如介于20℃和30℃之间或介于30℃和50℃之间或介于50℃和60℃之间。冷冻液体添加剂的有效融化可以在高于约10℃时发生。高于约80℃时，有液体添加剂发生化学转化的风险，因此应避免温度高于80℃。在10℃和80℃的界限内，相对高的温度允许冻结的液体添加剂特别快地解冻，因为在相对较高的温度下，所产生的热量特别迅速地渗入冻结的液体添加剂。低温允许冻结的液体添加剂特别均匀地解冻，因为，在低温条件下，出现较低的局部温度峰值。同时，在低的温度下，可避免在解冻过程中的能量损失。

预热元件优选是电导体，电阻与温度呈简单的线性相关。电阻对温度的相关性特别地在该装置遇到的温度的范围内线性的。所遇到的温度范围通常在-30℃和80℃之间。这里，-30℃例如对应于特别低的环境温度，80℃对应于装置的运行过程中所遇到的最高温度，或当机动车受到强烈的日光照射时在机动车停顿期间可能出现的最高的环境温度。

在步骤a)中，该装置首先(仅仅)借助于(优选单个的)预热元件进行加热。为此，预热元件通过加热电压起作用，该加热电压对应于例如约12伏或约24伏或由机动车的车载电子***提供的电压。由于所述加热电压，产生流过预热元件的电流。预热元件的电阻值通常选择成使得该装置的电源/电流源的可用电功率容量足以向预热元件提供预热元件所需要的电能。

在步骤b)中，热量被从预热元件传导到至少一个(尚未激活的)PTC加热元件，使得所述PTC加热元件的温度(明显和/或有针对性地)上升。为此，可以在预热元件与PTC加热元件之间设置至少一个导热结构或热桥，其有针对性地将预热元件的热量传导到PTC加热元件。此外，也可以设置至少一个对流传送装置，例如风扇，与热元件的废热可以借助于该装置传递到PTC加热元件。

然后，在步骤c)中，该装置的温度借助于PTC加热元件进一步上升(自身作用或与预热元件共同作用)。优选的是，在步骤c)过程中，也可以再次停用预热元件，或至少使其加热功率降低。

方法步骤a)至c)优选以顺序a)、b)、c)发生，其中，特别是方法步骤a)和b)也可以至少部分并行地发生。由于该装置的加热借助于预热元件启动，可以避免一种情况，即，在启动时，PTC加热元件要求特别高的加热电流。特别地，在温度远低于PTC加热元件的额定温度时，PTC加热元件的电阻常常非常低，以至于如果没有所述方法步骤a)和b)，运行PTC加热元件所需的电流的量将非常大。因此，可以避免用于供给液体添加剂的装置的电源过载。

同时，在运行温度的范围内，借助于至少一个PTC加热元件实现对该装置的温度的特别精确的调节，因为可以使用反应特别快速的PTC加热元件，其具有特别窄的自调节温度范围和在额定温度的区域内具有特别大的电阻阶梯。这是可能的，因为PTC加热元件由于实施所述方法而设置成独立于典型的冷启动条件。

该方法特别有利的是，在低温下，所述至少一个预热元件的电阻大于所述至少一个PTC加热元件的电阻。

在这方面，表述“低温”对应于在冷启动条件下通常具有的温度。这些是例如低于0℃或甚至低于-11℃的温度。由于在低温下预热元件的电阻大于所述至少一个PTC加热元件的电阻，则在低温下预热元件的电流消耗低于PTC加热元件的电流消耗。

该方法还有利的是，至少有一个预热元件是在所述装置中用于输送液体添加剂的泵的驱动线圈。

装置中的用于输送液体添加剂的泵是例如隔膜泵或活塞泵。所述泵优选具有电动线性驱动器或电动旋转驱动器。这样的驱动器通常具有驱动线圈，该驱动线圈是具有电阻的电导体。驱动线圈可以有利地用作预热元件。为此，优选的是，所述驱动线圈由未高到足以使泵的驱动器发生运动的电流来回穿过。由于驱动线圈的电阻，流经驱动线圈的电流被(主要)转换成热量。当步骤c)随后或者已经被启动时，泵可继续通过正常工作电流操作并开始输送。由于使用泵的驱动线圈作为预热元件，装置中可以免除用于实现所述方法的附加部件。此外，在低温条件下，驱动线圈的电阻通常大于所述PTC加热元件的电阻。因此，泵的驱动线圈适合作为用于所述方法的预热元件。

该方法是还有利的是，在步骤a)之前，确定用于所述至少一个PTC加热元件的参考温度，并且步骤a)和b)仅当所述参考温度低于预定的阈值温度时进行。

用于所述至少一个PTC加热元件的参考温度特别地可以是PTC加热元件自身的温度。参考温度可以例如借助于PTC加热元件上的温度传感器来测量。然而，参考温度还可以借助于测试电压来测量。测试电压可以施加到PTC加热元件上。测试电压优选地比用于加热的加热电压低得多。测试电压是例如小于3伏或甚至小于1.5伏。由于测试电压的低值，可以避免当施加测试电压时PTC加热元件的大功率消耗。为了确定温度，随后测量由于测试电压而流过PTC加热元件的电流。根据所述电流，借助于特性曲线可以确定用于所述至少一个PTC加热元件的参考温度。

预定的阈值温度优选地对应于PTC加热元件的正确运行时的温度是可能的。如果PTC加热元件的参考温度对应于预定的阈值温度，则PTC加热元件的电阻已经关于冷启动条件增加。电阻优选已经非常高以至于在已施加运行电压后PTC加热元件的电流消耗处于可容许或预期的范围内，并且可以通过设置的电流供给源来供给。预定的阈值温度处于例如-10℃至20℃。预定的阈值温度是例如约0℃。

借助于确定用于PTC加热元件的参考温度，可以防止当用于PTC加热元件的参考温度对应于或甚至高于预定的阈值温度并因而对于PTC加热元件的正确运行已经足够时执行步骤a)和b)。冷启动情况则不存在，而且由PTC加热元件消耗的电流也没有增加。因此，可以避免所述用于供给液体添加剂的装置的启动运行的不必要的延迟。

该方法还有利的是，在步骤c)之前，确定用于至少一个PTC加热元件的参考温度，并且在用于PTC加热元件的参考温度高于预定的最低温度时首先启动步骤c)。

此处使用的参考温度优选地对应于上述规定的参考温度，该参考温度可以在用于与阈值温度比较的步骤a)之前被确定。

最低温度通常是在该温度下PTC加热元件可以正确运行而不会发生PTC加热元件的电流消耗过高的温度。最低温度可以是例如上述阈值温度。特别地，最低温度还可以高于阈值温度。这具有滞后的效果。如果参考温度处于阈值温度的范围内，则避免预热元件运行时间非常短的情况。另外，最低温度也可以低于阈值温度。所述方法的实施则作为确保参考温度实际上足够用于PTC加热元件的正确运行的附加的测试。

还提出了一种用于供给液体添加剂的装置，其具有设计成融化所述装置中的冻结的液体添加剂的至少一个PTC加热元件，以及具有设计成有针对性地预热所述至少一个PTC加热元件的至少一个预热元件。

该装置特别适合并且设置成用于根据上述启动运行的方法被激活。与所述方法结合说明的优点和实施例特征可以相应地转移到所提出的装置。这同样适用于下面描述的用于该装置的优点和实施特征，其可以同样地施用和转移到所述的方法。

该装置特别有利的是，预热元件是在装置中用于输送液体添加剂的泵的驱动线圈。

该装置还有利的是，设置导热结构以用于从预热元件向PTC加热元件传导热量。

导热结构例如可以包括选自以下组中的至少一个部件：导热板，导热块和热管。导热板或导热块例如可以是用金属(特别是铜或铝)和/或导热塑料形成的。导热结构也可以集成在所述装置的壳体中或所述装置的组装板中。导热结构优选地布置在预热元件和至少一个PTC加热元件之间，从而改善从预热元件到PTC加热元件的导热性能。导热结构优选地对外部绝热，使得所述预热元件的热量特别有针对性地从预热元件向PTC加热元件传导，并且尽可能少的热量损失到导热结构的周围环境中和PTC加热元件周围的环境中。

该装置还有利的是其形成可***到用于液体添加剂的储箱内的安装单元，其中所述至少一个PTC加热元件设计成融化储箱中至少一启动体积/启动量/起始体积的冻结的液体添加剂。

安装单元优选具有可***到用于液体添加剂的储箱的箱底内的壳体。所述至少一个PTC加热元件优选设计成产生热量，该热量可以从内部经过壳体进入储箱外侧的液体添加剂。启动体积/启动量/起始体积优选是整个储箱容积的一个(有限的)区域，该区域布置在安装单元的壳体周围并且通过PTC加热元件产生的热量由此可以特别容易地到达。启动体积优选对应于在用于供给液体添加剂的装置启动运行后一预定时间段通常所需的液体添加剂的量。例如，启动体积可以对应于200ml[毫升]和足以使装置运行大约20min[分钟]的时间段。

用于储存液体添加剂的储箱往往具有附加的加热装置。这里，“附加的加热装置”是指除了所述预热元件和所述PTC加热元件的加热装置。这种加热装置可以例如由加热循环形成，内燃机的冷却水可通过该加热循环流动。通过这样的加热装置，储箱中的液体添加剂可以在大面积上被加热。启动体积优选足够大以至于能够提供液体添加剂直到所述类型的附加的加热装置已经完全融化所述液体添加剂。冷却水流过其中的加热循环通常需要比PTC加热元件长得多的预热阶段，因为内燃机的冷却水的温度在启动运行后仅缓慢地初始上升。

设计成安装单元的所述装置优选具有抽吸点，液体添加剂可在该抽吸点从储箱中提取。抽吸点邻接储箱的内部空间以及特别是储箱的内部空间中的启动体积。此外，设计成安装单元的装置优选具有管路连接器，用于液体添加剂的管路连接至该管路连接器。

过滤器可以围绕所述壳体的外侧布置在所述装置上。在壳体与过滤器之间则有一个柱形腔。启动体积可对应于所述柱形腔。过滤器可以借助于至少一个PTC加热元件进行加热。

该装置还有利的是其具有可提供最大电功率小于200瓦的电源。电源的最大电功率优选介于72瓦和144瓦之间。当可用电压为12伏时，这对应于介于6安培和12安培之间的最大可用电流。至少一个预热元件和至少一个PTC加热元件优选地设计成使得所述方法可通过具有所述最大电功率的电源来实现。

还提出一种机动车，其具有内燃机，用于净化所述内燃机的排气的排气处理装置，和用于为排气处理装置供给液体添加剂的所述装置。

在该排气处理装置中优选布置有SCR催化转化器，选择性催化还原方法可以借助于该SCR催化转化器执行。所述装置优选地连接到一个管路。所述管路通向计量装置，液体添加剂可借助于该计量装置供给到排气处理装置。为此，该计量装置优选具有一个喷嘴和/或喷射器，所述喷嘴(如果合适，借助于增压介质例如空气)使排气处理装置中的液体添加剂细微雾化，液体添加剂可以借助于所述喷射器计量。所述喷射器可以是例如电子打开和关闭的阀。

附图说明

本发明以及技术领域将在下面基于附图更详细地解释。附图示出了特别优选的实施例，虽然本发明不限于此。应特别注意的是，附图和尤其是所示的尺寸关系仅是示意性的。在附图中：

图1示出了温度-电阻图，

图2示出了具有所述装置的储箱，和

图3示出了具有所述装置的机动车。

具体实施方式

图1示出一个典型的PTC加热元件的预热元件的电阻的温度相关性。电阻通常相对于温度轴14绘制在电阻轴13上。PTC加热元件的PTC加热器电阻12在低温下具有初始电阻7，并在额定温度26处急剧上升。因此，PTC加热元件在围绕额定温度26的窄的温度范围内自调节。在高于额定温度26的温度下，PTC加热器电阻12随温度增加到高达极限电阻/终值电阻15。进一步提高温度时，PTC加热器电阻12不再增加，而是基本上恒定。PTC加热器电阻12甚至可以再略微下降。然而，PTC加热元件在所述温度范围内不是正常运行。

典型的预热元件的预热器电阻11仅缓慢地随温度线性上升，如在图1的图中可以看出。

图中还绘制了阈值温度6。仅当PTC加热元件的参考温度低于所述阈值温度6时执行方法步骤a)和b)。当参考温度高于所述阈值温度6时，PTC加热元件可以直接设定成运行(所述方法的步骤c))以使得能够实现所述装置的快速启动运行。同样，图1中所示是最低温度25。当参考温度对应于所述最低温度25时，PTC加热元件的被启动运行(所述方法的步骤c))。

在图1中，阈值温度6低于最低温度25。阈值温度6也可以高于最低温度25，或者阈值温度6和最低温度25可以对应。

图2示出储箱10，装置1作为安装单元9被设置在该储箱内。装置1具有壳体29并被***储箱10的箱底28种的开口31内。壳体29优选地以流体密封的方式封闭箱底28中的开口31。装置1具有抽吸点16，液体添加剂(特别是尿素水溶液)可以在该抽吸点处从储箱10提取。此外，装置1具有管路连接器17，用于提供液体添加剂的管路可以连接至该管路连接器。管道18从抽吸点16到管路连接器17贯穿装置1。在管道18中布置有泵4，液体添加剂借助于该泵输送。泵4具有驱动线圈5，其驱动该泵4。泵4的驱动线圈5被用作预热元件2。装置1还具有PTC加热元件3。PTC加热元件3借助于导热结构8连接到泵4的驱动线圈5或连接到预热元件2。在储箱10中围绕装置1设有一启动体积27的液体添加剂。PTC加热元件3设计成通过装置1的壳体29加热启动体积27的液体添加剂。PTC加热元件3和预热元件2或泵4通过装置1的电源/电流源32供应电流。围绕壳体29的外侧可选地还布置有过滤器30，其限定初始体积27和覆盖抽吸点16，使得液体添加剂在从储箱10提取时借助于过滤器30进行过滤。

图3示出了具有内燃机20并具有用于净化所述内燃机20的排气的排气处理装置21的机动车19。SCR催化转化器22设置在排气处理装置21中。排气处理装置21上设置有计量装置23，液体添加剂借助于该计量装置被供应到排气处理装置21，液体添加剂借助于该计量装置从储箱10供应到排气处理装置21。液体添加剂通过装置1经由管路24从储箱10供应到计量装置23。

本发明允许用于供给液体添加剂的装置的特别有利的运行。特别地，可以实现减少用于供给液体添加剂的装置在启动运行时所需的电流。该装置的改进的尺寸和配置以及特别是该装置的电流源都可以这样实现。

附图标记列表

1装置

2预热元件

3PTC加热元件

4泵

5驱动线圈

6阈值温度

7初始电阻

8导热结构

9安装单元

10储箱

11预热器电阻

12PTC加热器电阻

13电阻轴

14温度轴

15极限电阻/终值电阻

16抽吸点

17管路连接器

18管道

19机动车

20内燃机

21排气处理装置

22SCR催化转化器

23计量装置

24管路

25最低温度

26额定温度

27启动体积/启动量/起始体积

28箱底

29壳体

30过滤器

31开口

32电源/电流源

Claims (10)

1.一种启动用于供给液体添加剂的装置(1)运行的方法，所述装置具有至少一个预热元件(2)和至少一个PTC加热元件(3)，所述方法具有至少以下步骤：

a)借助于所述至少一个预热元件(2)来加热，

b)将热从所述至少一个预热元件(2)向至少一个PTC加热元件(3)传导，使得所述至少一个PTC加热元件(3)的温度由此升高，以及

c)当PTC加热元件(3)的温度已被升高时，借助于所述至少一个PTC加热元件(3)来加热。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在低温下，所述至少一个预热元件(2)的电阻大于所述至少一个PTC加热元件(3)的电阻。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一个预热元件(2)是用于在所述装置(1)中输送液体添加剂的泵(4)的驱动线圈(5)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤a)之前，确定用于所述至少一个PTC加热元件(3)的参考温度，并且仅当所述参考温度低于预定的阈值温度(6)时执行步骤a)和b)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤c)之前，确定用于至少一个PTC加热元件(3)的参考温度，并且在用于PTC加热元件(3)的参考温度高于预定的最低温度(25)时首先启动步骤c)。

6.一种用于供给液体添加剂的装置(1)，所述装置具有设计成融化该装置(1)中的冻结的液体添加剂的至少一个PTC加热元件(3)，并且具有设计成有针对性地预热所述至少一个PTC加热元件(3)的至少一个预热元件(2)。

7.根据权利要求6所述的装置(1)，其中，所述至少一个预热元件(2)是用于在所述装置(1)中输送液体添加剂的泵(4)的驱动线圈(5)。

8.根据权利要求6或7所述的装置(1)，具有用于将热从预热元件(2)向PTC加热元件(3)传导的导热结构(7)。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的装置(1)，所述装置形成能够***用于液体添加剂的储箱(10)内的安装单元(9)，其中，所述至少一个PTC加热元件(3)设计成融化储箱(10)中至少一启动体积的冻结的液体添加剂。

10.一种机动车(19)，具有内燃机(20)，用于净化所述内燃机(20)的排气的排气处理装置(21)，以及用于为排气处理装置(21)供给液体添加剂的根据权利要求6至9中任一项所述的装置(1)。