一种车用尿素系统的加热装置、加热方法和整车与流程

本发明实施例涉及车用尿素系统的加热技术领域，尤其涉及一种车用尿素系统的加热装置、加热方法和整车。

背景技术

目前四及以上排放阶段的整车(配柴油机)，都配备尿素系统，包括尿素箱、尿素泵及尿素管。一般情况下，尿素液在环境温度-8℃开始结晶，-11℃以下尿素液结冰。冬天时，外界环境温度低，导致尿素液结晶或结冰。为了保证尿素液的正常供应，尿素箱内的尿素液需要通过发动机冷却液来持续加热，尿素管需要通过电加热来持续加热。这样会导致因为尿素液解冻需要很大的热量，导致发动机水温上升慢，动力性差、油耗高。而尿素管通过电加热来持续加热时，使耗电量增加，整车油耗高。

技术实现要素：

本发明提供一种车用尿素系统的加热装置、加热方法和整车，以降低能耗，提高发动机在寒冷天气的动力性能。

第一方面，本发明实施例提供了一种车用尿素系统的加热装置，配合尿素系统和尾气处理系统使用，包括第一腔体和第二腔体；

所述第一腔体与所述尾气处理系统的输出管道连通，并至少包覆所述尿素系统的尿素箱和尿素管；

所述第二腔体与所述第一腔体连通，所述第二腔体部分位于所述尿素系统外，所述第二腔体部分位于所述尿素系统的尿素箱的内部。

该车用尿素系统的加热装置还包括第一控制阀和第二控制阀；

所述第一控制阀设置在所述第一腔体与所述尾气处理系统的输出管道的连接处，用于控制所述第一腔体与所述尾气处理系统的输出管道的开度；

所述第二控制阀设置在所述尾气处理系统的输出管道内，并且所述第二控制阀距离所述尾气处理系统的输出管道的尾气出口的距离小于所述第一腔体与所述尾气处理系统的输出管道连接处距离所述尾气处理系统的输出管道的尾气出口的距离；所述第二控制阀用于控制所述尾气出口输出尾气至大气的开度。

具体地，所述第一控制阀和所述第二控制阀均为排气蝶阀。

具体地，所述第一腔体包括第一腔体出口，所述第一腔体出口设置在包覆所述尿素系统的尿素喷嘴连接的尿素管部分的所述第一腔体上，并与大气连通；所述第一腔体出口用于将所述第一腔体内的尾气排入到所述大气。

具体地，所述第一腔体包括第一腔体出口，所述第一腔体出口设置在包覆所述尿素系统的尿素喷嘴连接的尿素管部分的所述第一腔体上，所述第一腔体出口通过第一管道与所述尾气处理系统的输出管道连通，所述第一管道与所述尾气处理系统的输出管道的连通处距离所述尾气处理系统的输出管道的尾气出口的距离小于所述第二控制阀距离所述尾气处理系统的输出管道的尾气出口的距离；所述第一腔体出口通过所述尾气处理系统的输出管道的尾气出口将所述第一腔体内的尾气排入到所述大气。

具体地，该车用尿素系统的加热装置还包括单向导通阀；所述单向导通阀设置在所述第一管道与所述尾气处理系统的输出管道的连通处，实现所述第一管道内的气体单向流通。

具体地，所述第二腔体包括第二腔体出口，所述第二腔体位于所述尿素系统的尿素箱内部的部分为u型，所述第二腔体出口位于所述第一腔体包覆的空间内，并位于所述尿素系统的尿素箱的外部。

具体地，该车用尿素系统的加热装置还包括电子控制单元和环境温度传感器；

所述环境温度传感器与所述电子控制单元连接，所述环境温度传感器用于将环境温度信号传输至所述电子控制单元；所述电子控制单元根据所述环境温度信号控制所述第一控制阀的开度和所述第二控制阀的开度。

具体地，该车用尿素系统的加热装置还包括尿素液温度传感器；

所述尿素液温度传感器与所述电子控制单元连接，所述尿素液温度传感器用于将尿素液温度信号传输至所述电子控制单元；所述电子控制单元根据所述尿素液温度信号控制所述第一控制阀的开度和所述第二控制阀的开度。

第二方面，本发明实施例还提供了一种整车，包括本发明任一实施例提供的车用尿素系统的加热装置。

第三方面，本发明实施例还提供了一种如权利要求2所述的尿素系统的加热装置的加热方法，其特征在于，包括：

检测外界环境温度；

当所述外界环境温度小于或等于第一阈值时，控制所述第一控制阀的开度最大，所述第二控制阀关闭。

具体地，该尿素系统的加热装置的加热方法还包括：

检测所述尿素系统的尿素箱中的尿素液的温度；

当所述尿素液的温度大于或等于第二阈值时，控制所述第一控制阀的开度减小，所述第二控制阀的开度增加。

具体地，该尿素系统的加热装置的加热方法还包括：

当所述尿素液的温度大于或等于第三阈值时，控制所述第一控制阀的开度再次减小，所述第二控制阀的开度再次增加。

具体地，所述第三阈值大于所述第二阈值。

具体地，该尿素系统的加热装置的加热方法还包括：

当所述外界环境温度大于第一阈值时，控制所述第一控制阀关闭，所述第二控制阀的开度最大。

本发明的车用尿素系统的加热装置包括第一腔体和第二腔体，第一腔体与尾气处理系统的输出管道连通，并至少包覆尿素系统的尿素箱和尿素管，第二腔体与第一腔体连通，并且第二腔体部分位于尿素系统外，部分位于尿素箱内部。尾气处理系统的输出管道内的尾气填充至第一腔体和第二腔体内，通过第一腔体采用尾气对尿素系统由外到内进行加热，第二腔体采用尾气对尿素箱由内到外进行加热，不仅可以避免通过发动机冷却液和电加热为尿素箱和尿素管进行加热导致的发动机水温上升满，动力性差和油耗高的问题，提高了动力性和经济性。同时，相比于通过现有技术中的电加热尿素管的技术方案，可以减少加热装置的多个电加热器件，降低了加热装置的成本和故障率，提高了加热装置的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种车用尿素系统的加热装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种车用尿素系统的加热装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种车用尿素系统的加热装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种车用尿素系统的加热装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种尿素系统的加热装置的加热方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的另一种尿素系统的加热装置的加热方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种车用尿素系统的加热装置的结构示意图，如图1所示，该车用尿素系统的加热装置包括第一腔体10和第二腔体20。第一腔体10与尾气处理系统30的输出管道31连通，并至少包覆尿素系统的尿素箱41和尿素管42；第二腔体20与第一腔体10连通，第二腔体20部分位于尿素系统40外，第二腔体20部分位于尿素系统的尿素箱41的内部。

具体地，尿素系统包括尿素箱41、尿素管42、尿素泵43和尿素喷嘴44。尿素箱41用于存储尿素液，尿素泵43用于从尿素箱41中抽取尿素液，并通过尿素管42运输到尿素喷嘴44，由尿素喷嘴44喷出尿素液至尾气处理系30的输入管道32内，为尾气处理系统30提供尿素液。尾气处理系统30的输入管道32将尿素液和尾气输入至尾气处理系统30的混合管道33内，在混合管道33的高温环境和催化剂的作用下，尿素液与尾气发生化学反应，从而实现对尾气的处理，降低尾气污染，并经尾气处理系统30的输出管道31排出到大气。尾气在尾气处理系统30内的传输方向如图1中尾气处理系统30内的箭头所示。

当外界环境温度比较低时，尿素液会结晶或结冰，导致其不能从尿素喷嘴44中喷出。因尾气的温度比较高，第一腔体10由尾气处理系统30的输出管道31输入处理过的尾气，使第一腔体10填充尾气。而第一腔体10包围尿素箱41、尿素管42和尿素泵43，通过尾气从外部对其进行加热。另外，第二腔体20同样由尾气处理系统30的输出管道31输入处理过的尾气，使第二腔体20内充满尾气。尿素箱41的体积相对比较大，因此设置第二腔体部分位于尿素箱41的内部，可以从尿素箱41的内部对尿素液进行加热。尾气在第一腔体10和第二腔体20内的传输方向如图1中第一腔体10和第二腔体20内的箭头所示。由此可知，第一腔体10采用尾气对尿素箱41、尿素管42和尿素泵43由外到内进行加热，第二腔体20采用尾气对尿素箱41由内到外进行加热，不仅可以避免通过发动机冷却液和电加热为尿素箱41和尿素管42进行加热导致的发动机水温上升满，动力性差和油耗高的问题，提高了动力性和经济性。同时，相比于通过现有技术中的电加热尿素管的技术方案，可以减少加热装置的多个电加热器件，降低了加热装置的成本和故障率，提高了加热装置的可靠性。

另外，第一腔体10包括第一腔体出口11，第二腔体20包括第二腔体出口21，因此，第一腔体10和第二腔体20内的尾气从输出管道31输入后，分别通过第一腔体出口11和第二腔体出口21排出，使第一腔体10和第二腔体20内的尾气流动输入，从而可以更好的保持第一腔体10和第二腔体20内的温度，使其对尿素系统加热稳定。

第二腔体20与第一腔体10实现连通即可，本技术方案中的第一腔体10和第二腔体20的相对位置仅是一种示例。因第一腔体10包围尿素箱41、尿素管42和尿素泵43，因此，如图1所示，当第二腔体20部分位于第一腔体10包围的空间的外部时，部分第一腔体10位于第一腔体10包围的空间内部，并通过第一腔体10包围的空间插入尿素箱41的内部，实现对尿素箱41由内到外进行加热。图2为本发明实施例提供的另一种车用尿素系统的加热装置的结构示意图，如图2所示，第二腔体20可以完全位于第一腔体10包围的空间内。尾气同样可以通过第一腔体10和第二腔体20对尿素箱41、尿素管42和尿素泵43进行加热。

需要说明的是，因发动机怠速时尾气的温度在100℃以上，正常运行后尾气的温度最高可达400℃，因此第一腔体10和第二腔体20的材料需要能耐尾气的温度，例如，可以是铁。

本实施例的技术方案，车用尿素系统的加热装置包括第一腔体和第二腔体，第一腔体与尾气处理系统的输出管道连通，并至少包覆尿素系统的尿素箱和尿素管，第二腔体与第一腔体连通，并且第二腔体部分位于尿素系统外，部分位于尿素箱内部。尾气处理系统的输出管道内的尾气填充至第一腔体和第二腔体内，通过第一腔体采用尾气对尿素系统由外到内进行加热，第二腔体采用尾气对尿素箱由内到外进行加热，不仅可以避免通过发动机冷却液和电加热为尿素箱和尿素管进行加热导致的发动机水温上升满，动力性差和油耗高的问题，提高了动力性和经济性。同时，相比于通过现有技术中的电加热尿素管的技术方案，可以减少加热装置的多个电加热器件，降低了加热装置的成本和故障率，提高了加热装置的可靠性。

在上述技术方案的基础上，图3为本发明实施例提供的另一种车用尿素系统的加热装置的结构示意图，如图3所示，该车用尿素系统的加热装置还包括第一控制阀50和第二控制阀60。第一控制阀50设置在第一腔体10与尾气处理系统30的输出管道31的连接处，第二控制阀60设置在尾气处理系统30的输出管道31内，并且第二控制阀60距离尾气处理系统30的输出管道31的尾气出口34的距离小于第一腔体10与尾气处理系统30的输出管道31连接处距离尾气处理系统30的输出管道31的尾气出口34的距离。第一控制阀50用于控制第一腔体10与尾气处理系统30的输出管道31的开度，第二控制阀60用于控制尾气出口34输出尾气至大气的开度。

具体地，第一控制阀50和第二控制阀60配合使用实现对尾气处理系统30的输出管道31内尾气走向的控制，从而实现对第一腔体10和第二腔体20的加热程度进行控制。当外界环境温度很低，需要对尿素系统进行快速加热，此时通过控制第一控制阀50全部打开，使第一腔体10与尾气处理系统30的输出管道31的开度达到最大，同时控制第二控制阀60关闭，使尾气出口34输出尾气至到大气的开度为零，使输出管道31内的尾气均输出至第一腔体10和第二腔体20，从而可以使第一腔体10和第二腔体20对尿素系统加热的加热速度达到最快。随着第一腔体10和第二腔体20对尿素系统进行加热，尿素系统的温度逐步上升，为了避免尿素系统出现过热的现象，需要降低对尿素系统的加热速度，此时通过控制第一控制阀50部分关闭，降低第一腔体10与尾气处理系统30的输出管道31的开度，同时控制第二控制阀60部分打开，增加尾气出口34输出尾气至到大气的开度，使输出管道31内的尾气部分输出至第一腔体10和第二腔体20，部分输出至大气，从而可以降低第一腔体10和第二腔体20对尿素系统加热的加热速度。当尿素系统的温度使尿素系统完全解冻后，不再需要第一腔体10和第二腔体20对尿素系统进行加热，只需第一腔体10和第二腔体20对尿素系统进行保温，此时通过控制第一控制阀50进一步关闭，使第一腔体10与尾气处理系统30的输出管道31的开度进一步降低，同时控制第二控制阀60进一步打开，使尾气出口34输出尾气至到大气的开度进一步增加，使输出管道31内的尾气小部分输出至第一腔体10和第二腔体20，大部分输出至大气，实现对尿素系统的保温。因此，通过设置第一控制阀50和第二控制阀60，两者配合使用可以实现对尾气处理系统30的输出管道31内尾气走向的控制，从而实现对第一腔体10和第二腔体20的加热程度进行控制。

另外，当外界环境温度比较高时，尿素系统中的尿素液没有结晶或结冰，此时不需要对其进行加热，因此控制第一控制阀50关闭，使第一腔体10与尾气处理系统30的输出管道31的开度为零，同时控制第二控制阀60全部打开，使尾气出口34输出尾气至到大气的开度达到最大，使输出管道31内的尾气全部输出至大气。

示例性地，第一控制阀50和第二控制阀60可以为排气蝶阀，也可以为其他类型的控制阀，只需满足能够控制第一腔体10与尾气处理系统30的输出管道31的开度和尾气出口34输出尾气至到大气的开度即可。

在上述各技术方案的基础上，继续参考图1至图3，第一腔体10包括第一腔体出口11，第一腔体出口11设置在包覆尿素系统的尿素喷嘴44连接的尿素管42部分的第一腔体10上，并与大气连通。此时第一腔体出口11直接将第一腔体10内的尾气排入到大气，从而可以更好的保持第一腔体10内的温度，使其对尿素系统加热稳定。

或者，图4为本发明实施例提供的另一种车用尿素系统的加热装置的结构示意图，如图4所示，第一腔体出口11通过第一管道70与尾气处理系统30的输出管道31连通，第一管道70与尾气处理系统30的输出管道31的连通处距离尾气处理系统30的输出管道31的尾气出口34的距离小于第二控制阀60距离尾气处理系统30的输出管道31的尾气出口34的距离。第一腔体出口11通过尾气处理系统30的输出管道31的尾气出口34将第一腔体10内的尾气排入到大气。

具体地，如图4所示，第一腔体10内的尾气可以通过尾气出口34进行排出，从而可以避免另外设置尾气排出口。另外，因第一腔体10和第二腔体20中的尾气对尿素系统进行加热后，根据热交换定律，第一腔体10和第二腔体20排出的尾气的温度大大的降低，因此，设置第一管道70与尾气处理系统30的输出管道31的连通处距离尾气处理系统30的输出管道31的尾气出口34的距离小于第二控制阀60距离尾气处理系统30的输出管道31的尾气出口34的距离，可以避免第一腔体10内排出的尾气再次进入第一腔体10和第二腔体20，出现第一腔体10和第二腔体20对尿素系统加热不稳定的状况。

在上述技术方案的基础上，继续参考图4，该车用尿素系统的加热装置还包括单向导通阀80。单向导通阀80设置在第一管道70与尾气处理系统30的输出管道31的连通处，实现第一管道70内的气体单向流通。

具体地，单向导通阀80可以控制将第一管道70内的尾气排入输出管道31，而输出管道31内的尾气不能通过单向导通阀80排入第一管道70，从而可以保证第一管道70只用于排出第一腔体10内的尾气，避免出现输出管道31内的尾气排入第一管道70，从而出现不需要对尿素系统进行加热的时候尾气通过第一管道70进入第一腔体10对尿素系统进行加热。

在上述各技术方案的基础上，第二腔体20包括第二腔体出口21，第二腔体20位于尿素系统的尿素箱41内部的部分为u型，第二腔体出口21位于第一腔体10包覆的空间内，并位于尿素系统的尿素箱41的外部。

具体地，第二腔体出口21排出第二腔体20内部的尾气，因第二腔体20内的尾气已经过尾气处理系统30进行处理，所以第二腔体出口21可以设置为与大气实现连通，直接将第二腔体20内的尾气排入大气。或者，如图1至图4所示，第二腔体出口21设置在第一腔体10包覆的空间内，将第二腔体20内的尾气排入到第一腔体10内，并通过第一腔体出口11排出。

在上述各技术方案的基础上，该车用尿素系统的加热装置还包括电子控制单元和环境温度传感器。环境温度传感器与电子控制单元连接，环境温度传感器用于将环境温度信号传输至电子控制单元；电子控制单元根据环境温度信号控制第一控制阀的开度和第二控制阀的开度。

具体地，环境温度传感器用于检测环境温度，并形成环境温度信号传输至电子控制单元，电子控制单元将环境温度信号与预先存储的第一阈值进行比较，当外界环境温度大于预先存储的第一阈值时，此时外界环境温度比较高，不能使尿素液结晶或结冰，因此不需要对尿素系统进行加热，因此电子控制单元控制第一控制阀关闭，第二控制阀开度最大，使输出管道的尾气均由尾气出口排入至大气。当环境温度信号小于或等于预先存储的第一阈值时，此时外界环境温度很低，尿素系统中的尿素液需要被快速加热，因此电子控制单元控制第一控制阀的开度最大，第二控制阀关闭，使尾气处理系统的输出管道内尾气均进入第一腔体和第二腔体，从而可以使第一腔体10和第二腔体20对尿素系统加热的加热速度达到最快。示例性地，因尿素液在-8℃时开始结晶，因此第一阈值可以设置为-8℃，从而可以避免尿素液变成固体。

在上述技术方案的基础上，该车用尿素系统的加热装置还包括尿素液温度传感器。尿素液温度传感器与电子控制单元连接，尿素液温度传感器用于将尿素液温度信号传输至电子控制单元；电子控制单元根据尿素液温度信号控制第一控制阀的开度和第二控制阀的开度。

具体地，尿素液温度传感器可以设置在尿素箱内。在第一腔体和第二腔体对尿素系统进行加热后，尿素液温度传感器检测尿素箱内尿素液的温度，并形成尿素液温度信号传输至电子控制单元，电子控制单元将尿素液温度信号与预先存储的第二阈值进行比较，当尿素液温度大于或等于第二阈值时，此时尿素液部分解冻，为了避免第一腔体和第二腔体对尿素液加热出现温度过热的现象，因此电子控制单元控制第一控制阀的开度减小，第二控制阀的开度增大，使尾气处理系统的输出管道内尾气部分进入第一腔体和第二腔体对尿素系统进行加热，部分直接从输出管道的尾气出口排入到大气，从而降低第一腔体和第二腔体对尿素系统加热的加热速度。当尿素液温度大于或等于第三阈值时，此时尿素液完全解冻，不再需要对尿素系统进行加热，但是因外界环境温度比较低，所以需要对尿素系统进行保温，因此，电子控制单元进一步控制第一控制阀的开度再次减小，第二控制阀的开度再次增加，使尾气处理系统的输出管道内的尾气小部分进入第一腔体和第二腔体对尿素系统进行保温，大部分直接从输出管道的尾气出口排入到大气，第一腔体和第二腔体维持尿素系统的温度。

本发明实施例还提供一种整车，包括本发明任意实施例提供的车用尿素系统的加热装置。

本发明实施例还提供一种尿素系统的加热装置的加热方法，图5是本发明实施例提供的一种尿素系统的加热装置的加热方法的流程图，如图5所示，该方法适用于整车的尿素系统内的尿素液结晶或结冰的情况，该方法由尿素系统的加热装置执行，具体包括如下步骤：

s110、检测外界环境温度。

具体地，检测外界环境温度可以有多种方法，示例性地，采用环境温度传感器检测外界环境温度。

s120、当外界环境温度小于或等于第一阈值时，控制第一控制阀的开度最大，第二控制阀关闭。

具体地，可以通过电子控制单元控制第一控制阀和第二控制阀的开度。在检测外界环境温度后，环境温度传感器形成环境温度信号传输至电子控制单元，电子控制单元将环境温度信号与预先存储的第一阈值进行比较，当环境温度信号小于或等于预先存储的第一阈值时，电子控制单元控制第一控制阀的开度最大，第二控制阀关闭，使尾气处理系统的输出管道内尾气均进入第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体对尿素系统中的尿素液快速加热。

在上述实施例的基础上，图6是本发明实施例提供的另一种尿素系统的加热装置的加热方法的流程图，如图6所示，该方法还包括：

s130、检测尿素系统的尿素箱中的尿素液的温度。

具体地，检测尿素液的温度可以有多种方法，示例性地，采用尿素液温度传感器检测尿素液的温度。

s140、当尿素液的温度大于或等于第二阈值时，控制第一控制阀的开度减小，第二控制阀的开度增加。

具体地，同样可以通过电子控制单元控制第一控制阀和第二控制阀的开度。在检测尿素液的温度后，尿素液温度传感器形成尿素液温度信号传输至电子控制单元，电子控制单元将尿素液温度信号与预先存储的第二阈值进行比较，当环境温度信号大于或等于预先存储的第一阈值时，电子控制单元控制第一控制阀的开度减小，第二控制阀开度增大，使尾气处理系统的输出管道内尾气部分进入第一腔体和第二腔体对尿素系统进行加热，部分直接从输出管道的尾气出口排入到大气，从而降低第一腔体和第二腔体对尿素系统加热的加热速度。

另外，当尿素液的温度大于或等于第三阈值时，控制第一控制阀的开度再次减小，第二控制阀的开度再次增加。此时尿素液完全解冻，不再需要对尿素系统进行加热，但是因外界环境温度比较低，所以需要对尿素系统进行保温，因此，电子控制单元进一步控制第一控制阀的开度再次减小，第二控制阀的开度再次增加，使尾气处理系统的输出管道内的尾气小部分进入第一腔体和第二腔体对尿素系统进行保温，大部分直接从输出管道的尾气出口排入到大气，第一腔体和第二腔体维持尿素系统的温度。

示例性地，第三阈值为-5℃，此时尿素液完全解冻，当尿素泵也完成解冻后，尿素泵开始建压，建压成功后，尿素系统即可从尿素喷嘴喷出尿素液，使尿素系统正常工作。

需要说明的是，第三阈值大于第二阈值，第二阈值大于第一阈值。当第一阈值为-8℃，第三阈值为-5℃时，第二阈值可以设置在-8℃和-5℃之间。

在上述各实施例的基础上，该方法还包括：

当外界环境温度大于第一阈值时，控制第一控制阀关闭，第二控制阀的开度最大。

具体地，当外界环境温度大于第一阈值时，此时外界环境温度比较高，不能使尿素液结晶或结冰，因此不需要对尿素系统进行加热，因此电子控制单元控制第一控制阀关闭，第二控制阀开度最大，使输出管道的尾气均由尾气出口排入至大气。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。