用於選擇性加熱還原劑管路的方法

2024-04-06 01:09:05 1

專利名稱：用於選擇性加熱還原劑管路的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於在內燃發動機的排氣淨化系統工作期間選擇性地加熱SCR 設備的還原劑管路的方法，本發明還涉及一種用於排氣淨化的設備，所述設備具有用於還 原劑的儲備容器、用於將還原劑引入到內燃發動機的排氣管路中的裝置以及至少一個還原 劑管路，所述還原劑用於SCR應用，所述還原劑管路用於使儲備容器與所述裝置在流動技 術上連接。
背景技術：
由於對內燃機、尤其是柴油發動機的排氣淨化裝置的要求提高，在內燃機的排氣 系統中越來越多地使用SCR系統來還原排氣中的氮氧化物。SCR系統至少具有用於還原劑 或還原劑母體、尤其是含水的尿素溶液(例如AdBlue或denoxium)的儲備容器；用於將還 原劑引入到排氣管路中的裝置例如噴射裝置或蒸發裝置以及至少一個還原劑管路，所述還 原劑管路用於使儲備容器與所述用於弓I入還原劑的裝置在流動技術上連接。在這種SCR系統中，儲備容器和用於將還原劑引入到排氣管路中的裝置通常彼此 相距較遠地定位在機動車中，由此，在儲備容器與所述裝置之間設置有例如具有至少an長 度的管路。用於將還原劑引入到排氣管路中的裝置在此在大多數情況下設置在排氣管路的 遠離內燃發動機的區域中，在該區域中設置有SCR催化器以及在適當的情況下設置有另外 的排氣處理單元。因為這些排氣處理單元通常設置在機動車的外部區域或底板區域中，所 以尤其是處於儲備容器與所述裝置之間的、用於還原劑的還原劑管路也部分地布置在機動 車的外部區域中。尤其是在隨後安裝SCR系統的情況下也這樣設置還原劑管路(在改裝措 施的範圍內)，因為這種SCR系統在現有車輛結構中的集成應儘可能成本低廉地進行。儲 備容器與所述裝置之間的還原劑管路由此至少在一些區段中未受保護地經受這種機動車 的行駛風，因此，很大程度上增強了靠近管路並由此可能被管路加熱的空氣的對流導出。因 此，還原劑管路內部的尤其是含水的還原劑被附加冷卻，在某些情況下，該還原劑會由於這 種附加的所謂「風冷因素」而被冷卻至還原劑的凝固點以下。由現有技術已知可電加熱的還原劑管路，但所描述的加熱裝置尤其受限於來自儲 備容器的移動區域或泵。因此，尤其應注意的是，SCR設備應以儘可能低的能量消耗工作並且還要進行有害 排氣組分的可靠還原，而與主要的工作條件或環境條件無關。另外，在將這種SCR系統隨後 安裝在機動車中時，所需的改裝措施應儘可能少並因此成本相應低廉。

發明內容
本發明的目的在於至少部分地解決上述問題，尤其是給出一種方法和設備，通過 所述方法和設備，一方面可實現儘可能少的能量消耗，另一方面可以使排氣淨化系統可靠 工作並且使排氣中的汙染物有效還原。所述目的通過根據權利要求1的方法以及通過根據權利要求7的設備來實現。本發明的有利構型和應用領域分別在從屬權利要求中給出。應指出的是，從屬權利要求中單 獨描述的特徵可用技術上適當的任意方式彼此組合併限定出本發明的其它構型。此外，在 權利要求書中給出的特徵在說明書中予以了詳細解釋和描述，其中，對本發明的其它有利 構型進行了說明。根據本發明的方法適用於在內燃發動機的排氣淨化系統工作期間選擇性地加熱 SCR設備的還原劑管路，所述方法至少包括下述步驟a)測量和/或計算在還原劑管路的多個區中從還原劑管路導出的熱量導出量，b)識別還原劑管路的、預期還原劑即將凍結的區，c)激活用於避免還原劑凍結的熱能。彼此無關地且尤其是在可變化的時間區間內選擇性加熱、即在還原劑管路的不同 區中加熱還原劑管路提供了用於使SCR設備工作的能量消耗明顯降低的可能性。在此，所 述方法在任何情況下在排氣淨化系統的工作期間使用，但在適當情況下也可在車輛投入使 用之前例如在車輛被解鎖或車門被打開的時刻啟用。在此可具體測量和/或通過計算確定在對應的區中從還原劑管路中導出的熱量 導出量。所述計算尤其可通過選擇性測量各個參數(如溫度、壓力等)來支持，由此，還原 劑管路的特定表面的具體熱量損失不必通過測量儀器來檢測。在此考察還原劑管路的介於 儲備容器與用於將還原劑引入到排氣管路中的裝置之間的多個區，由此，尤其是也不必監 測整個還原劑管路。因此尤其是選擇經受周圍環境例如行駛風、周圍環境溫度、噴濺水強烈 影響的區。與此相應，可不考慮某些受特殊保護地設置在機動車中的區域。根據步驟b)，基於測量和/或計算熱量導出量來識別預期還原劑被立即或即將凍 結的區。此後，根據步驟C)，激活熱能，從而可將熱能輸入給在所識別的區內的還原劑管 路，以避免這些區中的凍結。因此，概括來講，還可以尤其注意到計算不同區中的熱量導出量，並且在適當情 況下將熱能供應給所述區中的(至少)一個——如果所述區面臨凍結的風險。當然，為此 也可在還原劑管路中設置多個不同的加熱區，但這增加了技術複雜性，因此通常僅適用於 特殊情況。根據所述方法的另一個實施例，至少在步驟a)或步驟b)中，至少在計算熱量導出 量時考慮車輛的周圍環境溫度和/或行駛速度。行駛速度和/或周圍環境溫度一方面可通 過附加的測量儀器來檢測，或者從已經存在的車輛系統中獲取。這兩個因素——周圍環境 溫度和/或行駛速度——對還原劑管路的區中的還原劑的可能凍結具有特別大的影響。因 此也可以與步驟a)無關地進行還原劑管路的區的識別來執行步驟c)。於是根據參數即周 圍環境溫度和/或行駛速度的限定值或函數來啟用步驟c)。根據所述方法的另一個有利實施例，在步驟a)或步驟b)中，在計算熱量導出量時 考慮熱能從車輛的排氣淨化系統的部件和/或其它熱源向還原劑管路的輸入。在SCR設備工作時節省能量的另一個可能方式是考慮熱能向還原劑管路的輸入。 作為排氣淨化系統的部件例如是由於工作而變熱的泵、變熱的過濾器或變熱並用於傳送還 原劑的閥。可以作為熱源的其它部件、尤其是車輛的部件例如是內燃發動機、排氣管路、車輛的內部空間、空氣引導裝置或類似裝置。可尤其還在SCR設備的還原劑管路的集成期間考 慮車輛以及排氣淨化系統的這些部件，由此，還原劑管路的(環境)苛刻的區設置在所述輻 射熱量的部件附近，其中，當然應考慮還原劑管路的可能的過熱。與此相應，因為熱能輸入情況尤其是在還原劑管路的各個區中可能差別非常大， 所以選擇附加的合適的區，在這些區中可確定所輸入的熱能。這些區可與用於確定熱量導 出量的區相對應。根據所述方法的一個特定實施例，在步驟a)之前，至少根據參數即周圍環境溫度 或行駛速度來選擇還原劑管路的區。還原劑管路的尤其是暴露的區域在例如由參數即周圍 環境溫度和行駛速度所造成的相應周圍環境影響下熱量導出量增加。與此相應，這些區域 尤其面臨提前凍結的危險。因此，可以這樣的方式選擇性地執行所述方法在根據步驟a) 的測量和計算程序中僅監測這些尤其面臨危險的區。根據所述方法的另一個特定實施例，步驟a)中的測量和/或計算之間的時間間隔 根據至少所述參數即周圍環境溫度或行駛速度的函數而變化。因此，對於特別選擇的區，根 據步驟a)的測量或計算程序可在增強的程度上——即在較短的時間間隔內監測所述測量 或計算程序——進行。根據所述方法的另一個有利的實施例，通過電加熱裝置和/或通過經由還原劑管 路的還原劑的輸送來輸入熱能。因此如果通過所述方法檢測到還原劑管路的特定區面臨 即將凍結的危險，則直接且僅通過所設置的加熱裝置或者尤其是當更有利時通過例如由循 環輸送裝置從儲備容器經由還原劑管路和回弓I管路輸送還原劑來加熱該區。由此，可以選 擇性地在通過所述方法所識別的區中且在有限的時間段將熱能輸入給還原劑管路，因此， 在儘可能少地使用能量的情況下獲得所述設備的完全的工作能力。另外，本發明還涉及一種用於車輛排氣淨化的設備，所述設備尤其可根據本發明 的方法來工作，所述設備至少具有用於還原劑的儲備容器、用於將還原劑引入到內燃發動 機的排氣管路中的裝置以及至少一個還原劑管路，所述還原劑管路具有多個用於使儲備容 器與所述裝置在流動技術上連接的區。所述區尤其是還原劑管路的在空間上彼此分開的區 段，在每個所述區段中可設置和/或執行至少一種檢測測量值的手段或保護措施以防止凍 結。由此這裡尤其是可使用傳感器、測量值接收器、加熱元件、隔離裝置或類似裝置。所使用的還原劑尤其是凝固點大約為-lit的尿素/水溶液，該尿素/水溶液在工 業上也以名稱AdBlue公知。用於將還原劑引入到內燃發動機、尤其是柴油發動機的排氣管 路中的裝置例如是噴嘴或蒸發單元，通過所述噴嘴或蒸發單元，還原劑被儘可能細碎分布 地引入到排氣流中。在適當情況下，也構造成多件式、被設置成用於使儲備容器與所述裝置 在流動技術上連接的至少一個管路尤其包括尤其可被至少部分地加熱的、被隔離的柔性軟 管材料或金屬管，尤其是不鏽鋼管。根據所述設備的另一個有利實施例，另外設置有至少一個擋風元件，以用於降低 還原劑管路的熱量輻射，其中，所述至少一個擋風元件不允許氣體穿過並且設置成與所述 管路相距一小於IOOmm的距離。所述至少一個擋風元件在此尤其是設置在還原劑管路的例如經受機動車的行駛 風的區域上。通過機動車的行駛風，還原劑的通過管路輻射的熱量被更多地導出。尤其是 在周圍環境溫度較低時，行駛風使得還原劑管路表面由於靠近管路的周圍環境空氣的導出而被強烈冷卻。因此，在風速高並且周圍環境空氣溫度接近還原劑的凝固點時，還原劑可凍 結並使通過SCR系統的排氣淨化失效。於是，提供可加熱的還原劑管路(單獨)仍不足夠。與此相應，將擋風元件以這樣的方式設置氣體、尤其是行駛風繞還原劑管路偏 轉，使得還原劑管路附近的環境中的空氣交換或空氣運動在很大程度上得以避免。與此相 應，擋風元件不允許氣體穿過，即擋風元件尤其是未被穿孔的並且優選地可由塑料、輕金屬 製成或至少部分地由自然可再生的原材料製成。擋風元件與還原劑管路之間的距離在此不大於100mm，尤其是小於80mm，特別優 選小於50mm。該距離在此作為擋風元件的朝向還原劑管路的表面與還原劑管路的朝向擋風 元件的表面之間的距離來定義。擋風元件也可用於保護SCR系統的其它暴露的或者被氣體繞流的部件。由此尤其 是也可通過擋風元件保護儲備容器和噴嘴外部的過濾器、泵、閥、還原劑儲備器。優選將所述設備構造成使得擋風元件覆蓋管路的至少一個橫截面的小於270°的 周向。尤其需要解釋的是，在此不是涉及還原劑管路本身的隔離裝置，而是涉及單獨的構 件，該構件在適當情況下固定在車輛車身的合適的點上，由此甚至附加地用於還原劑管路 的可能的隔離裝置或加熱裝置，並且用於降低靠近管路的周圍環境空氣的對流。尤其是在 擋風元件構造成扁平的並且大部分平面的情況下，覆蓋還原劑管路的至少一個橫截面的周 向的小於180°、尤其是小於90°的區域即可足以實現相應的效果。優選地，擋風元件在還 原劑管路的任何橫截面上覆蓋不超過還原劑管路的270°。根據所述設備的另一個優選實施例，擋風元件在連接裝置上僅通過隔離裝置與還 原劑管路連接，其中，隔離裝置具有至多0.1W/(mK)[瓦特/米*開爾文]的導熱率。因此 這尤其適用於這樣的情況擋風元件例如通過套圈或類似的夾持裝置連接在還原劑管路本 身上。通過隔離裝置應實現還原劑管路與擋風元件之間的熱解耦。根據本發明的設備尤其應用於機動車中，特別是應用於載貨車中，在所述機動車 中，排氣系統通常暴露地設置在車輛的外部區域中，因此，特別需要根據本發明的方法或相 應的設備。此外，非道路車輛例如農用機械也可受益於這種根據本發明的方法。需要指出的是，擋風元件作為用於移動式系統中的HWL解決方案的防止凍結的保 護措施的構思也可與選擇性加熱的方法無關地使用。


下面參照附圖對本發明以及技術領域予以詳細描述。需要指出的是，附圖示出了 本發明的特別優選的實施方案，但並不局限於此。附圖中圖1示意性地示出具有根據本發明的設備的車輛，圖2示意性地示出所述設備的特殊構型，以及圖3示意性地示出具有擋風元件的管路區段。
具體實施例方式圖1示意性地示出了具有內燃發動機7和排氣管路6的機動車18，其中，在排氣 管路6的一個部位上設置有用於引入還原劑4的裝置5。裝置5在此通過還原劑管路8與 儲備容器2連接，在該儲備容器2中容納有足夠量的還原劑4。在此，還原劑管路8在其延伸的子區域中可分成多個區21，可測量和/或計算在這些區中的熱量導出量10。同時，設 置有相同的或另外的區21，在這些區中可例如以加熱裝置3的形式向還原劑管路8輸入熱 能。對還原劑管路8的熱量導出量10具有重要影響的因素是機動車18的行駛速度23和 /或周圍環境溫度22。關於熱能輸入的重要影響因素尤其是車輛的釋放熱量的部件M，例 如內燃發動機7和排氣管路6。 圖2示意性地示出了具有內燃發動機7和排氣管路6的機動車18，其中，在排氣管 路6的一個部位上設置有用於弓I入還原劑4，尤其是用於還原排氣中的氮氧化物的還原劑4 的裝置5。裝置5在此通過還原劑管路8與儲備容器2連接，在該儲備容器2中容納有足 夠量的還原劑4，尤其是還原劑前體。在此，還原劑管路8在其延伸的子區域中安置到機動 車18的防風區域中，尤其是所述還原劑管路8在靠近發動機的部位上受益於在此產生的廢 熱，由此不必強制在這些區段中對還原劑管路8加襯或隔離。但在還原劑管路8的其它子 區域中，所述還原劑管路8經受氣體23，尤其是例如由機動車的行駛速度23所引起的空氣 流，所述氣體11會增加還原劑管路8在該區域中的熱量導出量10。因此，在這些區域中設 置有擋風元件9，所述擋風元件9可至少降低由流經的氣體11、尤其是行駛風所造成的熱量 導出量10。擋風元件9在此設置成與還原劑管路8相距一距離12。
圖3示意性地示出了還原劑管路8的暴露的區段的立體視圖，通過擋風元件9在 一定的周向區域上相對於流經的氣體11、尤其是行駛風覆蓋該區段。在此示出擋風元件9 至少在一個區域中通過連接裝置15與還原劑管路8連接。連接裝置15具有隔離裝置16， 該隔離裝置16用於防止附加的熱量導出量10從還原劑管路8導出至擋風元件9的本體。 擋風元件9設置成與還原劑管路8相距一距離12，其中，該距離12作為擋風元件9和還原 劑管路8的朝向彼此的表面的間距來定義。擋風元件9尤其是圓形的形式並且在至少一個 橫截面14的區域中覆蓋在管路8的表面的周向13上。在此，從還原劑管路8的中點起在 一個角度區域17上覆蓋還原劑管路8，由此，避免了還原劑管路8的靠近所述表面的周圍 環境空氣由於流經的氣體11而導出。擋風元件9在其形狀方面尤其是還可與還原劑管路 8的位置相匹配，並且可至少部分地具有加強結構19，所述加強結構提高了擋風元件9的形
狀穩定性。
參考標號清單
1設備
2儲備容器
3加熱裝置
4還原劑
5裝置
6排氣管路
7內燃發動機
8還原劑管路
9擋風元件
10熱量導出量
11氣體
12距離
13周向
14橫截面
15連接裝置
16隔離裝置
17角度區域
18機動車
19加強結構
20排氣淨化裝置
21區
22周圍環境溫度
23行駛速度
24部件
權利要求
1.一種用於在內燃發動機(7)的排氣淨化系統00)的工作期間選擇性地加熱SCR設 備的還原劑管路(8)的方法，所述方法至少包括下列步驟a)測量和/或計算在所述還原劑管路(8)的多個區中從所述還原劑管路(8)導 出的熱量導出量(10)，b)識別所述還原劑管路(8)的、預期所述還原劑即將凍結的區01)，c)激活用於避免所述還原劑(4)凍結的熱能。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，至少在步驟a)或步驟b)中，至少所述熱 量導出量(10)的計算考慮車輛(18)的周圍環境溫度02)和/或行駛速度03)。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，在步驟a)或步驟b)中，至少所述熱 量導出量(10)的計算考慮熱能從車輛(18)的所述排氣淨化系統OO)的部件04)和/或 其它熱源向所述還原劑管路的輸入。
4.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，在步驟a)之前，根據至少 所述參數即周圍環境溫度0 或行駛速度的函數來選擇所述還原劑管路(8)的區 01)。
5.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，步驟a)中的所述測量或計算 之間的時間間隔根據至少所述參數即周圍環境溫度02)或行駛速度03)的函數而變化。
6.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，所述熱能通過電加熱裝置 (3)和/或通過經由所述還原劑管路的還原劑的輸送來輸入。
7.一種用於車輛(18)排氣淨化的設備(1)，所述設備能夠根據上述權利要求的方法進 行工作，所述設備至少具有用於還原劑的儲備容器O)、用於將所述還原劑(4)引入 到 內燃發動機(7)的排氣管路(6)中的裝置(5)以及至少一個還原劑管路(8)，所述還原劑管 路(8)具有多個用於使所述儲備容器( 與所述裝置( 在流動技術上連接的區00)。
8.根據權利要求7所述的設備(1)，其特徵在於，另外設置有至少一個擋風元件(9)，以 用於降低從所述還原劑管路⑶導出的熱量導出量(10)，其中，氣體(11)不能夠穿過所述 至少一個擋風元件(9)，並且所述至少一個擋風元件(9)設置成與所述還原劑管路(8)相距 一小於IOOmm的距離(12)。
9.根據權利要求8所述的設備(1)，其特徵在於，所述擋風元件(9)覆蓋所述還原劑管 路(8)的至少一個橫截面(14)的小於270°的周向(13)。
10.根據權利要求8或9所述的設備(1)，其特徵在於，所述擋風元件(9)在所述還原 劑管路(8)的任意橫截面(14)上覆蓋不超過所述還原劑管路(8)的270°。
11.根據權利要求8至10中任一項所述的設備(1)，其特徵在於，所述擋風元件(9)在 連接裝置(15)處僅通過隔離裝置(16)與所述還原劑管路(8)連接，其中，所述隔離裝置 (16)具有至多0. IW/(mK)的導熱率。
全文摘要
本發明涉及一種用於在內燃發動機(7)的排氣淨化系統(20)的工作期間選擇性地加熱SCR設備的還原劑管路(8)的方法，本發明還涉及一種用於排氣淨化的設備(1)，所述設備包括用於還原劑(4)的儲備容器(2)、用於將還原劑(4)引入到內燃發動機(7)的排氣管路(6)中的裝置(5)以及至少一個還原劑管路(8)，所述還原劑用於SCR應用，所述還原劑管路用於使儲備容器(2)與所述裝置(5)在流動技術上連接。
文檔編號F01N9/00GK102124192SQ200980131448
公開日2011年7月13日 申請日期2009年8月11日 優先權日2008年8月13日
發明者J·霍格森, R·布呂科 申請人:排放技術有限公司