用于提供液體添加劑的裝置和用于加熱添加劑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于向排氣管路中提供液體添加劑的裝置和一種用于加熱該裝 置中的添加劑的方法。本發(fā)明尤其用于設(shè)置有用于儲存液體添加劑的罐的機動車中。
【背景技術(shù)】
[0002] 向排氣添加液體添加劑的排氣后處理方法的使用被認為是已知的。此類方法的目 標(biāo)尤其針對以盡可能徹底和有效的方式轉(zhuǎn)化排氣中包含的污染物。
[0003] 例如，已知向排氣供給氧化劑（例如燃料或烴）。所述添加劑可用來直接與排氣中 的成分反應(yīng)并因此使污染物轉(zhuǎn)化。然而，所述氧化劑也可以用來將排氣系統(tǒng)中的周圍條件 變更為適合于污染物的轉(zhuǎn)化的期望狀態(tài)。燃料或烴例如可供給到氧化催化轉(zhuǎn)化器，其中排 氣系統(tǒng)中的排氣的溫度會由于氧化催化轉(zhuǎn)化器中的放熱反應(yīng)而顯著升高。這尤其用于柴油 顆粒過濾器的再生。
[0004] 此外，已知將還原劑供給到排氣。即使固態(tài)或氣態(tài)的還原劑基本上可以導(dǎo)入排氣 系統(tǒng)中，但提供液體形式的還原劑的供給的輸送系統(tǒng)和計量供給系統(tǒng)已被證實為特別合 適。例如，已知選擇性催化劑還原（SCR)法。這里，排氣中的氧化氮化合物借助于還原劑轉(zhuǎn) 化。為此，尤其利用氨或形成氨的物質(zhì)。已經(jīng)廣泛使用的用于此目的的還原劑為尿素-水 溶液。32. 5%尿素-水溶液以商品名AdBlue?:被得知。然后液體添加劑首先與排氣混合 并隨后被傳導(dǎo)經(jīng)過合適的催化轉(zhuǎn)化器，（尤其是）在該催化轉(zhuǎn)化器中隨后發(fā)生期望的化學(xué) 轉(zhuǎn)化。
[0005] 由于例如存在諸如尿素-水溶液的液體添加劑在-ire左右的溫度下凍結(jié)的情 況，所以提出了用來實現(xiàn)罐和/或相連的輸送管路中的液體添加劑的快速解凍的加熱系 統(tǒng)。其意圖是在機動車的發(fā)動機起動之后的短時間內(nèi)實現(xiàn)期望的排氣凈化方法，和/或防 止損壞液體添加劑的儲存、輸送和/或計量所需的構(gòu)件。
[0006] 在該技術(shù)領(lǐng)域中，作為加熱裝置，已提出了液體型加熱器（例如與發(fā)動機冷卻系 統(tǒng)配合的熱交換器）、電加熱器、輻射式加熱器和這些加熱器的組合。然而，還不可能的是： 令人滿意地在容器中實現(xiàn)最大可能的快速加熱，以及如果適合的話還實現(xiàn)最大可能的均勻 加熱。具體地，所提出的用于加熱容器的系統(tǒng)在技術(shù)上麻煩、昂貴和/或難以調(diào)節(jié)或控制。 在所述加熱裝置的情況下，存在添加劑被加熱到臨界溫度之上的風(fēng)險。例如，在AdBlue? 的情況下，其成分可在65°c之上結(jié)晶，這提高了非期望的沉積物和堵塞的風(fēng)險。
[0007] 還得知該加熱裝置具有單個可電氣地工作的加熱元件?？呻姎獾毓ぷ鞯募訜嵩?同樣可在預(yù)定時間點啟動和停閉。這種加熱例如基于歐姆電阻加熱來實現(xiàn)。一種尤其優(yōu)選 使用的、已知的可電氣地工作的加熱元件為所謂的正溫系數(shù)熱敏電阻或PTC(正溫度系數(shù)） 加熱元件。正溫系數(shù)熱敏電阻或PTC加熱元件包含電阻隨著溫度上升而增大的材料。
[0008] 在此類以正溫系數(shù)熱敏電阻作為加熱元件的裝置的情況下，在通過施加恒定電壓 啟動之后，由于初始低電阻而發(fā)生電流峰值。因此在啟動時通過正溫系數(shù)熱敏電阻的電流 急劇增加。在進一步工作期間，正溫系數(shù)熱敏電阻由于歐姆熱而發(fā)熱，并且因此正溫系數(shù)熱 敏電阻的電阻也改變。在正溫系數(shù)熱敏電阻的電阻即使在溫度小幅變化的情況下也劇烈波 動的溫度范圍內(nèi)，通過正溫系數(shù)熱敏電阻的電流然后達到恒定水平。在一定量的時間之后， 當(dāng)已達到特征溫度時，因此存在幾乎恒定的電流（在恒定電壓的情況下）流經(jīng)正溫系數(shù)熱 敏電阻的情況，其中特征溫度值取決于正溫系數(shù)熱敏電阻的特性。所有導(dǎo)電元件以及尤其 導(dǎo)電元件的所有連接點必須設(shè)計用于電流峰值的最大電流強度。此外，電流峰值可引起會 影響機動車的電子設(shè)備的電氣瞬時故障。因此希望保持電流峰值盡可能低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 因此，本發(fā)明的一個目的是至少部分地減輕關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)所明確的問題。具體而 言，試圖指定一種用于向排氣管路中提供液體添加劑的裝置，其中以廉價方式限制從由正 溫系數(shù)熱敏電阻形成的加熱元件通過的啟動電流。此外，試圖指定一種用于加熱該裝置中 的添加劑的方法，在該方法中僅被限制了大小的啟動電流流動。
[0010] 所述目的借助于根據(jù)獨立權(quán)利要求的特征的裝置和方法來實現(xiàn)。該裝置和方法的 有利實施例在從屬權(quán)利要求中指出。將在說明書中更詳細地描述這些實施例。
[0011] 所述目的具體借助于一種用于向排氣管路中提供液體添加劑的裝置來實現(xiàn)，該裝 置包括罐、輸送管路、用于加熱罐中的和/或輸送管路中的添加劑的由正溫系數(shù)熱敏電阻 形成的加熱元件、以及用于計量供給液體添加劑的計量供給裝置，該計量供給裝置具有線 圈并具有可移動構(gòu)件，其中可移動構(gòu)件可借助于線圈移動，并且線圈可借助于第一開關(guān)元 件與加熱元件串聯(lián)電連接。
[0012] 液體添加劑尤其是還原劑，優(yōu)選尿素-水溶液。
[0013] 該罐尤其是用于儲存還原劑、尤其是尿素-水溶液的罐。然而，所述罐也可用于氧 化劑和其它液體添加劑。該罐可由塑料形成。在任何情況下，該罐應(yīng)該是耐用的并且設(shè)計 用于持久地儲存液體添加劑。添加劑儲存在罐中并經(jīng)由輸送管路輸送到排氣管路。
[0014] 該加熱元件尤其是形成在罐中和/或罐上。替換地或附加地，該加熱元件形成在 輸送管路中和/或輸送管路上。如果添加劑已由于低溫而凝固或由于低溫而接近凝固，則 可借助于加熱元件來升高罐和/或輸送管路中的添加劑的溫度，以使得所述添加劑變成液 態(tài)或保持液態(tài)。
[0015] 正溫系數(shù)熱敏電阻一一也稱為PTC(正溫度系數(shù)）元件一一是電阻隨著溫度上升 而增大的電阻。正溫系數(shù)熱敏電阻因此具有正溫度系數(shù)。當(dāng)施加恒定電壓時，正溫系數(shù)熱 敏電阻關(guān)于設(shè)定點溫度以自行調(diào)節(jié)的方式工作。作為正溫系數(shù)熱敏電阻，例如使用陶瓷材 料如鈦酸鋇陶瓷和/或經(jīng)摻雜的聚合物。
[0016] 加熱元件優(yōu)選設(shè)計成使得，當(dāng)施加12V、24V或48V的恒定電壓時，產(chǎn)生恒定電流， 加熱元件利用該電流調(diào)節(jié)到至少10°c、優(yōu)選至少50°C的溫度。
[0017] 措辭"用于計量供給液體添加劑的計量供給裝置"應(yīng)該理解為涵蓋輸送添加劑的 裝置一一例如泵一一以及可限制輸送管路中的添加劑的流量的裝置一一例如閥一一的所 有元件。計量供給裝置包括線圈或感應(yīng)元件，該線圈或感應(yīng)元件由于其中產(chǎn)生的電流流動 和由此產(chǎn)生的磁場而在可移動構(gòu)件上施加電磁力。可移動構(gòu)件尤其是由于由線圈產(chǎn)生的電 磁力而被設(shè)定運動的磁性元件。在泵的情況下，可移動構(gòu)件例如可為使隔膜移動的桿。在 閥的情況下，可移動構(gòu)件優(yōu)選為閥針自身。
[0018] 本發(fā)明現(xiàn)在提出，尤其在加熱元件的啟動過程中，線圈借助于第一開關(guān)元件與加 熱元件串聯(lián)電連接。作為開關(guān)元件，尤其可使用所有已知的開關(guān)元件，例如晶體管，優(yōu)選 MOSFET (MOS場效應(yīng)晶體管）。在加熱元件啟動過程中，電流因此既流經(jīng)線圈，又流經(jīng)加熱元 件。由于線圈的感應(yīng)作用，電流峰值的電流強度在啟動過程中大幅降低。因此電流流經(jīng)的 裝置的所有其它構(gòu)件一一尤其電觸點和/或線路一一也可以設(shè)計用于較低的電流強度。此 外，其它電子構(gòu)件的電氣瞬時故障減少。
[0019] 作為用于過濾高頻或用于限制快速電流波動的感應(yīng)構(gòu)件的線圈已經(jīng)是已知的，但 所述構(gòu)件迄今為止都被用作無源構(gòu)件。一般而言，作為阻抗的線圈一般作為單獨的構(gòu)件設(shè) 置在電路中。本發(fā)明第一次教導(dǎo)使用有源線圈來限制用于提供液體添加劑的裝置中的加熱 元件的啟動電流。
[0020] 根據(jù)該裝置的一個有利的細化方案，所述裝置包括控制裝置，該控制裝置具有與 線圈和加熱元件串聯(lián)電連接的第一開關(guān)元件，并且具有與第一開關(guān)元件和線圈并聯(lián)連接并 與加熱元件串聯(lián)連接的第二開關(guān)元件。該控制裝置優(yōu)選與計量供給裝置在空間上分開地形 成。
[0021] 借助于第二開關(guān)元件，因此可繞開第一開關(guān)元件和線圈，使得加熱元件可獨立于 第一開關(guān)元件的開關(guān)位置工作。這在加熱元件已達到其工作溫度并且加熱元件要連續(xù)工作 時尤為方便。這種情況下，因此線圈和計量供給裝置獨立于加熱元件工作。
[0022] 尤其在第二開關(guān)元件同時關(guān)閉的情況下，線圈可經(jīng)由第三開關(guān)元件通電。因此，在 加熱元件的啟動過程之后，線圈和計量供給裝置可由于第三開關(guān)元件斷開和閉合而獨立于 加熱元件工作。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提出了一種用于加熱根據(jù)