用于对至少一个PTC‑加热元件进行功能测试的方法与流程

本发明涉及一种用于对至少一个PTC-加热元件进行功能测试的方法，所述PTC-加热元件装在用于提供液态添加剂的装置内。

背景技术：

用于提供液态添加剂的装置例如用在机动车领域中，以便向用于对机动车的内燃机的废气进行净化的废气处理装置输送液态添加剂。废气处理装置——在所述废气处理装置中使用液态添加剂来对废气进行净化——被广泛推广。特别经常在这类废气处理装置中执行的废气净化法是选择性催化还原法(SCR法；SCR＝Selective Catalytic Reduction)。在这种方法中，废气中的氮氧化物借助于还原剂来还原。作为还原剂在此典型地使用氨。废气处理装置典型地具有SCR催化器，在该SCR催化器上废气中的氮氧化物借助于氨来还原。氨通常不直接存储在机动车内，而是以还原剂前驱体溶液的形式来存储。所述还原剂前驱体溶液是液态的添加剂。特别经常使用的还原剂前驱体溶液是尿素水溶液。百分含量为32.5的尿素水溶液以商品名来获得。

在这种装置操作开始时成问题的是：所述液态添加剂在低温下会结冰。上面所介绍的尿素水溶液例如在-11℃时结冰。这种低温尤其在机动车长时间的静止状态期间会出现。在长时间的静止状态之后会发生：所述装置中的液态添加剂完全结冰。于是所述装置最初不会提供液态添加剂。已知的是：用于提供液态添加剂的装置具有加热系统，以使得结了冰的液态添加剂融化，从而可以尽快在操纵开始时提供液态的添加剂。

作为用于这类装置的加热机构尤其建议PTC-加热元件(PTC＝Positive Temperature Coefficient正温度系数)。PTC-加热元件是电加热元件，该电加热元件通过流过的电流来加热。所述PTC-加热元件具有附加的特性：用于电流的电阻在温度升高时增大。于是就实现了在温度较高时所述电流自动减小。通过所述电流的减小也降低了加热功率。这一点形成了对PTC-加热元件的自动保护以防过热。

在这种具有PTC-加热元件的装置中，不充分地从所述PTC-加热元件中导出热量是成问题的，因为PTC-加热元件在较短的时间内被加热到较高的温度并且接下来仅仅还能传导较小的电流。加热功率由此在较短的时间内被自调节式地限制，从而仅仅还在较小的范围内满足所期望的加热功能。

技术实现要素：

因此由此出发在此处本发明的目的在于，解决或者至少缓解结合现有技术所描述的技术问题。特别地，要建议一种用于对至少一个PTC-加热元件进行功能测试的特别有利的方法。

所述目的通过根据权利要求1所述特征的方法来实现。本发明的其他有利的设计方案在所撰写的从属权利要求给出。在权利要求中单独列举的特征可以以任意在技术上有意义的方式彼此结合并且可以通过说明书中所介绍的事实来补充，其中展示了本发明的其他实施变型方案。

用于对至少一个PTC-加热元件进行功能测试的根据本发明的方法——其中，所述至少一个PTC-加热元件装在用于提供液态添加剂的装置内并且通过电导线与电源连接——至少包括下述步骤：

a)在预先确定的工作电压(y伏特)的情况下提供具有第一数值(x安培)的接通电流；并且然后

b)监控在最小持续时间(z s[秒])内是否提供了具有第一数值(x安培)的接通电流，其中所述最小持续时间(z)最小为5秒，优选最小为10秒。

特别地，所述装置内的PTC-加热元件被导热地连接到导热结构上，从而从PTC-加热元件开始经由所述导热结构向液态添加剂进行热量分配。所述PTC-加热元件对液态添加剂的加热功能在此与热量从PTC-加热元件的导出直接相关。不充分地导出热量会导致：PTC-加热元件在较短的时间内达到较高的温度，从而加热功率在较短的时间内自调节式地受到限制并且仅还能小程度地满足所期望的加热功能。

PTC-加热元件是电热敏电阻(Heizleiter)，该电热敏电阻也被称为正温度系数电阻(Kaltleiter)。就PTC-加热元件而言，电阻在低温情况下明显比在高温情况下小。于是导电能力在低温情况下明显更高。名称“正温度系数热敏电阻”也因此而来。优选地，电阻在低温情况下近乎恒定，此后自标称温度起显著增大。此后自最终温度起电阻再次恒定在较高的水平上。

PTC-加热元件优选以固定地预先给定的例如12伏特或者24伏特的加热电压来工作。由于电阻的温度依赖性，在加热电压固定地预先给定的情况下并且在温度升高的情况下自动调整流过PTC-加热元件的电流。由此也降低了PTC-加热元件的加热功率，从而不再出现进一步加热到还要更高的温度上的情况。PTC-加热元件由此在相对窄的温度范围内是自调节的。用于提供液态添加剂的装置用的PTC-加热元件优选在窄的限定的温度范围内是自调节的。至少一个PTC-加热元件的温度范围优选在10℃[摄氏度]和80℃之间。10℃和80℃的温度指示在此定义了温度范围的最大的上限和最小的下限。在适当的PTC-加热元件中，所述温度范围例如在20℃和30℃之间或者在30℃和50℃之间或者在50℃和60℃之间。自大约10℃起，结了冰的液态添加剂可以有效地融化。自大约80℃起，所述液态添加剂存在发生化学变化的危险，从而应当避免高于80℃的温度。在10℃和80℃的界限内，较高的温度可以实现结了冰的液态添加剂特别迅速地融化，因为在温度较高时所产生的热量特别迅速地进入到结了冰的液态添加剂内。低温可以实现结了冰的液态添加剂特别均匀地融化，因为在温度较低时出现较小的局部的温度峰值。同时可以以较低的温度来避免融化时的能量损失。

特别地，在步骤a)中，在预先确定的工作电压(y伏特)的情况下提供接通电流；其中在步骤b)中监控：所述接通电流是否至少达到了(或者超过)第一数值(x安培)并且是否以最小持续时间提供了至少第一数值(即x安培或者更高)。

特别地，所述方法适合用于机动车内的初次运行并且/或者适合用于在对所述装置进行了装配之后进行功能测试。但是，所述方法也可以在内燃机的冷起动之后(在机动车的常规运行中)执行。例如所述方法也可以在机动车的内燃机的每次开始运行中执行。由此，可以在生产所述装置或者机动车期间或者在机动车的使用时间期间(例如在冷起动之后或者在车辆检验的范围内进行检查时)检查PTC-加热元件的加热功能。在PTC-加热元件至导热结构上和/或存储结冰的/液态的添加剂的壳体上的导热连接没有出现缺陷时，热量以可预先确定的方式从PTC-加热元件中导出。被PTC-加热元件于是在预先给定的最小时间内消耗接通电流并且将其至少部分地转化为热量，而PTC-加热元件不会达到如下的高温度：在该温度下由于PTC-加热元件的电阻增大而限制电流消耗数值至小于接通电流。

由于对电流的监控，于是可以在机动车自身内或者在组装好的装置处(还在安装在机动车内之前)进行OBD(车载诊断)。在此不需要使用其他的传感器。特别地，不需要执行单独的测试方法。根据本发明的方法尤其可以在所述装置的常规运行的范围内(即以针对通常的运行而预先给定的参数)来执行。

所述方法在下述情况下是特别有利的：按照步骤b)来确定所述至少一个PTC-加热元件的功能缺陷(Fehlfunktion)。如果所述接通电流在所述最小持续时间期间低于所述第一数值，则存在所述功能缺陷。

如果在所述装置内存在多个PTC-加热元件，则通过在步骤b)中的监控尤其可以确定：所述装置的所有的PTC-加热元件(如所规定的那样)是否都在工作。

例如可以使用下述参数：

第一数值x：10安培，尤其是在5安培和15安培之间；

工作电压y：12伏特、24伏特或者48伏特，尤其是在12伏特和48伏特之间；

最小持续时间z：5秒，尤其是在10秒和30秒之间。

根据一种有利的改进方案，所述方法至少包括紧接在步骤b)之后的附加的步骤：

c)检查在自步骤a)以来的测试时间的过程中是否连续地提供了电流；并且然后

d)检查在按照步骤a)的测试时间(a秒)的过程之后是否提供了具有至少一个第二数值(至少b安培)的工作电流，其中适用：测试时间(a)>最小持续时间(z)。

特别有利的是，当所述工作电流低于所述第二数值时，按照步骤d)断定所述至少一个PTC-加热元件的热量导出是有缺陷的。

在所述方法的另一实施变型方案中，当所述工作电流低于为b安培的第二数值时，按照步骤d)断定所述装置内的下述缺陷中的至少一项：

—所述装置的至少一个PTC-加热元件的有缺陷的导热连接；

—所述装置的至少一个导热结构的有缺陷的导热连接；和

—在所述装置的导热结构中的或者壳体中的裂纹。

这是对“将热量未充分地从至少一个PTC-加热元件中导出的可能的原因”的非穷尽列举。通过在所述导热结构或者壳体中的裂纹会中断或者阻碍通过所述导热结构或者通过壳体对热量进行的导出，因为通过所述壳体或者通过所述导热结构的热流被中断。由于所述导热结构或者至少一个PTC-加热元件的有缺陷连接，会由于在所描述的部件(PTC-加热元件、导热结构或者壳体)之间的热传递面上的热流的中断而损害热量从至少一个PTC-加热元件处导出。

步骤c)和d)是扩展的功能测试。在此检查：是否也在较长的持续时间之后对在PTC-加热元件中所产生的热量进行了充分的导出。在此，关于步骤d)的前提条件是根据步骤c)检查并确定：被PTC-加热元件连续地(在自步骤a)开始起没有中断的情况下)消耗了一电流(>0安培；特别是>b安培)。对于步骤d)而言，确定一测试时间，其中适用：测试时间>最小持续时间。所述测试时间根据步骤a)随着所述接通电流的提供而开始。在所述测试时间的过程之后，确定被PTC-加热元件消耗的工作电流，并且将其与预先给定的第二数值进行比较。所述工作电流的第二数值在此用“b”来表示。如果在所述测试时间的过程中所述工作电流最小为b安培，那么PTC-加热元件和导热结构之间的或者PTC-加热元件和壳体——所述结了冰的/液态的添加剂保存在所述壳体内——之间的导热的连接就满足了所规定的功能，其中所规定的功能在此尤其是有效且持久地导出热量。为了满足该功能，尤其需要适当地设计将导热结构连接到至少一个PTC-加热元件上的连接和/或将所述装置的壳体连接到至少一个PTC-加热元件上或者连接到导热结构上的连接。当所述功能如所规定的那样得到满足时，就不需要对所述部件进行维修或者更换。

例如下述参数可以用于步骤c)和d)：

测试时间a：在100秒和480秒之间，尤其是300秒；

工作电流b：在4安培和10安培之间，尤其是6安培。

特别规定：对于所述方法而言，获取和/或预先给定用于所确定的参数的参考值，从而在至少一个PTC-加热元件的加热功能方面能够以简单的方式对所述装置(也在机动车的外部，即在实验装置的内部)进行检查。所述参数尤其是接通电流的电流强度的第一数值、工作电压、消耗所述接通电流的最小持续时间、测试时间、工作电流。

特别地，在所述方法中至少对于步骤b)和d)之一而言考虑了所述装置的至少一个工作参数，其中所述装置包括下述工作参数：

·(结了冰的)液态添加剂的温度；

·所述装置的环境温度；

·所述至少一个PTC-加热元件的温度；

·泵的起动电流(即在接通所述泵之后由该泵消耗的电流，所述电流使得能够推断出添加剂——即例如液态的或者结了冰的添加剂——的物态)；

·最终所确定的在罐(Tank)内的液态添加剂的液位水平的数值的使用以及在接通并且连续地运行至少一个PTC-加热元件之后对由至少一个PTC-加热元件提供的加热能量[焦耳]的确定。

可以尤其连续地或者分别在至少步骤b)和d)之前或者与此同时获取所述工作参数的数值。尤其在所述装置的罐的内部确定所述液态添加剂的温度。所述环境温度是对所述装置有影响的环境的温度(即在机动车的下述区域中的温度，所述装置布置在该区域中；所述环境的温度，在该环境中布置了用于执行所述方法的装置；等)。所述PTC-加热元件的温度可以直接在PTC-加热元件上或者间接地通过导热结构或者电流消耗来确定。

特别地，使用能够提供最大电功率小于200瓦特的电源。优选地，电流供应源的最大电功率在72瓦特和144瓦特之间。这在可供使用的电压为12伏特的情况下对应于在6安培和12安培之间的最大可供使用的电流。至少一个PTC-加热元件优选如此设计，使得可以利用具有所给定的最大电功率的电源来执行所介绍的方法。

特别可行的是：所提到的数值x、y、z、a和b中的至少一个根据所述温度来调节。此外，可以根据环境温度来调节所述数值x、y、z、a和b中的至少一个。此外，可以根据至少一个PTC-加热元件的温度来调节所述数值x、y、z、a和b中的至少一个。

此外建议了一种用于提供液态添加剂的装置，该装置具有至少一个PTC-加热元件，该PTC-加热元件被设置用于使所述装置内的结了冰的液态添加剂融化，其中所述装置与监控单元连接，该监控单元适合用于执行根据本发明所述的方法。

结合所介绍的方法来描述的特别的优点和设计特征可以以类似的方式使用和套用到所介绍的装置上。同样的情况适用于所述装置的下面所描述的特别的优点和设计特征，所述装置的特别的优点和设计特征可以以类似的方式使用和套用到所介绍的方法上。

所述装置优选作为装配单元装在罐内。所述装置优选具有壳体并且布置在所述罐的罐底部处。所述装置尤其具有抽吸位置，在该抽吸位置处能够从所述罐提取液态添加剂(尤其是尿素水溶液)。除此之外，所述装置优选具有管路接头，可以在该管路接头上连接用于提供液态添加剂的供给管路。通常，通道从所述抽吸位置通过所述装置延伸到管路接头。在所述通道内布置有泵，利用该泵能够输送所述液态添加剂。所述装置具有多个PTC-加热元件。所述PTC-加热元件利用所述导热结构连接到所述罐的壳体上。在所述罐内在所述装置周围所述液态添加剂具有一起始体积。所述PTC-加热元件被设置用于通过所述装置的壳体使起始体积中的液态添加剂融化。所述导热结构为此优选大面积地贴靠在所述壳体上，以便能够借助于至少一个PTC-加热元件有效地对罐内的液体进行加热。所述PTC-加热元件(并且通常还有所述装置的泵)由所述装置的电源通过电导线供给电流和电压。在围绕所述壳体的外部可选地还布置一过滤器，该过滤器限定所述过滤器和壳体之间的起始体积并且盖住所述抽吸位置，从而在从所述罐处提取液态添加剂时利用所述过滤器对其进行过滤。在围绕所述壳体的外部并且在所述过滤器的外部可选地布置另一粗过滤器，该粗过滤器能够防止对过滤器造成的损害。在罐内部(在粗过滤器外部)的液态添加剂具有一温度。该温度是所述装置的工作参数，该工作参数在实施所述方法时可以加以考虑。

对于所介绍的方法和所介绍的装置而言特别重要的是将所述装置的至少一个PTC-加热元件连接到所述装置的导热结构上。这种连接可以尤其借助于所介绍的方法的步骤d)来极为有效地检查。

此外建议了一种机动车，该机动车具有内燃机、用于对内燃机的废气进行净化的废气处理装置以及根据本发明的用于为所述废气处理装置提供液态添加剂的装置。

在所述废气处理装置中优选布置有SCR-催化器，利用该SCR-催化器能够实施选择性催化还原法。所介绍的装置优选连接到供给管路上。该供给管路通向供给装置，利用该供给装置能够将液态添加剂输送给废气处理装置。所述供给装置为此优选具有喷嘴和/或喷射器，其中所述喷嘴(必要时借助于压力介质、如空气)使液态添加剂在废气处理装置内被精细地喷成雾状，利用所述喷射器能够分配液态添加剂的剂量。所述喷射器例如可以是电打开和关闭的阀。

附图说明

下面借助附图来详细阐述本发明以及技术环境。附图示出了特别优选的实施例，但是本发明并不受限于这些特别优选的实施例。特别地，应当注意的是，附图并且特别是所示出的尺寸比仅仅是示意性的。其中：

图1示出了具有所述装置的机动车，

图2示出了具有所述装置的罐，并且

图3示出了电流/电压图表和时间图表。

具体实施方式

图1示出了机动车16，该机动车具有内燃机17、用于对内燃机17的废气19进行净化的废气处理装置18。在所述废气处理装置18内设置了SCR-催化器作为废气净化元件21。在所述废气处理装置18处布置有供给装置(Zugabevorrichtung)20，利用该供给装置能够将液态添加剂3输送给废气净化元件21。所述供给装置20由所述装置2经由供给管路22提供来自罐23的液态添加剂3。所述液态添加剂3具有一温度34，该温度在此例如被标记在所述罐23内。所述装置2布置在一环境中(例如在机动车的燃油罐的附近)，其中所述环境具有一环境温度35，该环境温度在此例如标记在所述罐23的外部。此外在所述装置2内布置有PTC-加热元件(在此未示出)，该PTC-加热元件通过电导线4与电源5相连接。所述装置2与监控单元15相连接。

图2在侧视图中示出了罐23，所述装置2作为装配单元装在所述罐内。所述装置2具有一壳体26并且布置在所述罐23的罐底部27处。所述装置2具有抽吸位置29，在该抽吸位置处能够从所述罐23提取液态添加剂3(尤其是尿素水溶液)。除此之外，所述装置2具有管路接头28，可以在该管路接头上连接用于提供液态添加剂3的供给管路22。通道36从所述抽吸位置29通过所述装置2延伸到管路接头28。在所述通道36内布置有泵25，利用该泵能够输送所述液态添加剂3。所述装置2具有多个PTC-加热元件1。所述PTC-加热元件1利用所述导热结构24连接到所述罐23的壳体26上。在所述罐23内在所述装置2周围所述液态添加剂3具有一起始体积。所述PTC-加热元件1被设置用于通过所述装置2的壳体26使起始体积中的液态添加剂3融化。所述PTC-加热元件1(和所述泵25)由所述装置2的电源5通过电导线4供给电流10和电压31。在围绕所述壳体26的外部可选地还布置一过滤器30，该过滤器限定所述过滤器30和壳体26之间的起始体积并且盖住所述抽吸位置29，从而在从所述罐23处提取液态添加剂3时利用所述过滤器30对其进行过滤。在围绕所述壳体26的外部并且在所述过滤器30的外部可选地布置另一粗过滤器32，该粗过滤器能够防止对过滤器30造成的损害。在罐23内部(在粗过滤器32外部)的液态添加剂3具有一温度34。该温度34是所述装置2的工作参数14，该工作参数在实施所述方法时可以加以考虑。

图3示出了电流/电压图表和时间图表。在纵轴上绘出了电流10和电压31，在横轴上绘出了时间33。在确定的时刻在工作电压8(例如为12伏特)的情况下通过电源5向PTC-加热元件1提供具有第一数值7(例如10安培)的接通电流6(步骤a))。根据用于对PTC-加热元件1进行功能测试的方法的步骤b)监控：在z秒(例如10秒)的最小持续时间9内是否提供了接通电流6。如果不是这种情况，则可能存在PTC-加热元件1至导热结构24上的连接缺陷。于是要对所述装置2进行检查或维修。但是在当前的图表中超过了所述最小持续时间9，于是可以认为在所述PTC-加热元件1和导热结构24之间或者在所述罐23的壳体26和导热结构24之间存在充分发挥功能的导热连接。

根据所述方法的步骤c)检查：自提供了接通电流6(步骤a))以来是否连续地提供了电流10。如果是这种情况，则在步骤d)中检查：在测试时间11的过程之后(例如在300秒之后，从提供所述接通电流6来计算)，是否提供了具有至少一个第二数值37工作电流12，该第二数值至少为b安培(例如6安培)。即如果在连续的电流消耗(步骤c))之后并且在测试时间11的过程之后由PTC-加热元件消耗了小于b安培的工作电流12，则同样可以认为：PTC-加热元件1至导热结构24上的连接可能存在缺陷。同样在这种情况下，通过导热结构24从PTC-加热元件1导出热量至液态添加剂3也是不充分的，从而使得PTC-加热元件1的温度34迅速升高。但是，随着PTC-加热元件1的温度34的升高，电阻也增大，从而使得由PTC-加热元件消耗的电流10减小。但是，在当前的图表中，PTC-加热元件1在测试时间11的过程之后消耗了大于b安培的工作电流12，从而可以认为：在所述PTC-加热元件1和导热结构24之间或者在所述罐23的壳体26和导热结构24之间存在充分发挥功能的导热连接。

通过本发明可以特别有利地运行用于提供液态添加剂的装置。特别地，在所述导热结构24和/或壳体26处可以对PTC-加热元件1的导热连接进行功能测试。由此可以确定：必要时是否需要后续改进或修理(可能还有对所述装置进行更换)。附图标记清单：

1 PTC-加热元件

2 装置

3 液态添加剂

4 电导线

5 电源

6 接通电流

7 第一数值

8 工作电压

9 最小持续时间

10 电流

11 测试时间

12 工作电流

14 工作参数

15 监控单元

16 机动车

17 内燃机

18 废气处理装置

19 废气

20 供给装置

21 废气净化元件

22 供给管路

23 罐

24 导热结构

25 泵

26 壳体

27 罐底部

28 管路接头

29 抽吸位置

30 过滤器

31 电压

32 粗过滤器

33 时间

34 温度

35 环境温度

36 通道

37 第二数值