专利名称：用于选择性加热还原剂管路的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在内燃发动机的排气净化系统工作期间选择性地加热SCR 设备的还原剂管路的方法，本发明还涉及一种用于排气净化的设备，所述设备具有用于还 原剂的储备容器、用于将还原剂引入到内燃发动机的排气管路中的装置以及至少一个还原 剂管路，所述还原剂用于SCR应用，所述还原剂管路用于使储备容器与所述装置在流动技 术上连接。
背景技术：
由于对内燃机、尤其是柴油发动机的排气净化装置的要求提高，在内燃机的排气 系统中越来越多地使用SCR系统来还原排气中的氮氧化物。SCR系统至少具有用于还原剂 或还原剂母体、尤其是含水的尿素溶液(例如AdBlue或denoxium)的储备容器；用于将还 原剂引入到排气管路中的装置例如喷射装置或蒸发装置以及至少一个还原剂管路，所述还 原剂管路用于使储备容器与所述用于弓I入还原剂的装置在流动技术上连接。在这种SCR系统中，储备容器和用于将还原剂引入到排气管路中的装置通常彼此 相距较远地定位在机动车中，由此，在储备容器与所述装置之间设置有例如具有至少an长 度的管路。用于将还原剂引入到排气管路中的装置在此在大多数情况下设置在排气管路的 远离内燃发动机的区域中，在该区域中设置有SCR催化器以及在适当的情况下设置有另外 的排气处理单元。因为这些排气处理单元通常设置在机动车的外部区域或底板区域中，所 以尤其是处于储备容器与所述装置之间的、用于还原剂的还原剂管路也部分地布置在机动 车的外部区域中。尤其是在随后安装SCR系统的情况下也这样设置还原剂管路(在改装措 施的范围内)，因为这种SCR系统在现有车辆结构中的集成应尽可能成本低廉地进行。储 备容器与所述装置之间的还原剂管路由此至少在一些区段中未受保护地经受这种机动车 的行驶风，因此，很大程度上增强了靠近管路并由此可能被管路加热的空气的对流导出。因 此，还原剂管路内部的尤其是含水的还原剂被附加冷却，在某些情况下，该还原剂会由于这 种附加的所谓“风冷因素”而被冷却至还原剂的凝固点以下。由现有技术已知可电加热的还原剂管路，但所描述的加热装置尤其受限于来自储 备容器的移动区域或泵。因此，尤其应注意的是，SCR设备应以尽可能低的能量消耗工作并且还要进行有害 排气组分的可靠还原，而与主要的工作条件或环境条件无关。另外，在将这种SCR系统随后 安装在机动车中时，所需的改装措施应尽可能少并因此成本相应低廉。
发明内容
本发明的目的在于至少部分地解决上述问题，尤其是给出一种方法和设备，通过 所述方法和设备，一方面可实现尽可能少的能量消耗，另一方面可以使排气净化系统可靠 工作并且使排气中的污染物有效还原。所述目的通过根据权利要求1的方法以及通过根据权利要求7的设备来实现。本发明的有利构型和应用领域分别在从属权利要求中给出。应指出的是，从属权利要求中单 独描述的特征可用技术上适当的任意方式彼此组合并限定出本发明的其它构型。此外，在 权利要求书中给出的特征在说明书中予以了详细解释和描述，其中，对本发明的其它有利 构型进行了说明。根据本发明的方法适用于在内燃发动机的排气净化系统工作期间选择性地加热 SCR设备的还原剂管路，所述方法至少包括下述步骤a)测量和/或计算在还原剂管路的多个区中从还原剂管路导出的热量导出量，b)识别还原剂管路的、预期还原剂即将冻结的区，c)激活用于避免还原剂冻结的热能。彼此无关地且尤其是在可变化的时间区间内选择性加热、即在还原剂管路的不同 区中加热还原剂管路提供了用于使SCR设备工作的能量消耗明显降低的可能性。在此，所 述方法在任何情况下在排气净化系统的工作期间使用，但在适当情况下也可在车辆投入使 用之前例如在车辆被解锁或车门被打开的时刻启用。在此可具体测量和/或通过计算确定在对应的区中从还原剂管路中导出的热量 导出量。所述计算尤其可通过选择性测量各个参数(如温度、压力等)来支持，由此，还原 剂管路的特定表面的具体热量损失不必通过测量仪器来检测。在此考察还原剂管路的介于 储备容器与用于将还原剂引入到排气管路中的装置之间的多个区，由此，尤其是也不必监 测整个还原剂管路。因此尤其是选择经受周围环境例如行驶风、周围环境温度、喷溅水强烈 影响的区。与此相应，可不考虑某些受特殊保护地设置在机动车中的区域。根据步骤b)，基于测量和/或计算热量导出量来识别预期还原剂被立即或即将冻 结的区。此后，根据步骤C)，激活热能，从而可将热能输入给在所识别的区内的还原剂管 路，以避免这些区中的冻结。因此，概括来讲，还可以尤其注意到计算不同区中的热量导出量，并且在适当情 况下将热能供应给所述区中的(至少)一个——如果所述区面临冻结的风险。当然，为此 也可在还原剂管路中设置多个不同的加热区，但这增加了技术复杂性，因此通常仅适用于 特殊情况。根据所述方法的另一个实施例，至少在步骤a)或步骤b)中，至少在计算热量导出 量时考虑车辆的周围环境温度和/或行驶速度。行驶速度和/或周围环境温度一方面可通 过附加的测量仪器来检测，或者从已经存在的车辆系统中获取。这两个因素——周围环境 温度和/或行驶速度——对还原剂管路的区中的还原剂的可能冻结具有特别大的影响。因 此也可以与步骤a)无关地进行还原剂管路的区的识别来执行步骤c)。于是根据参数即周 围环境温度和/或行驶速度的限定值或函数来启用步骤c)。根据所述方法的另一个有利实施例，在步骤a)或步骤b)中，在计算热量导出量时 考虑热能从车辆的排气净化系统的部件和/或其它热源向还原剂管路的输入。在SCR设备工作时节省能量的另一个可能方式是考虑热能向还原剂管路的输入。 作为排气净化系统的部件例如是由于工作而变热的泵、变热的过滤器或变热并用于传送还 原剂的阀。可以作为热源的其它部件、尤其是车辆的部件例如是内燃发动机、排气管路、车辆的内部空间、空气引导装置或类似装置。可尤其还在SCR设备的还原剂管路的集成期间考 虑车辆以及排气净化系统的这些部件，由此，还原剂管路的(环境)苛刻的区设置在所述辐 射热量的部件附近，其中，当然应考虑还原剂管路的可能的过热。与此相应，因为热能输入情况尤其是在还原剂管路的各个区中可能差别非常大， 所以选择附加的合适的区，在这些区中可确定所输入的热能。这些区可与用于确定热量导 出量的区相对应。根据所述方法的一个特定实施例，在步骤a)之前，至少根据参数即周围环境温度 或行驶速度来选择还原剂管路的区。还原剂管路的尤其是暴露的区域在例如由参数即周围 环境温度和行驶速度所造成的相应周围环境影响下热量导出量增加。与此相应，这些区域 尤其面临提前冻结的危险。因此，可以这样的方式选择性地执行所述方法在根据步骤a) 的测量和计算程序中仅监测这些尤其面临危险的区。根据所述方法的另一个特定实施例，步骤a)中的测量和/或计算之间的时间间隔 根据至少所述参数即周围环境温度或行驶速度的函数而变化。因此，对于特别选择的区，根 据步骤a)的测量或计算程序可在增强的程度上——即在较短的时间间隔内监测所述测量 或计算程序——进行。根据所述方法的另一个有利的实施例，通过电加热装置和/或通过经由还原剂管 路的还原剂的输送来输入热能。因此如果通过所述方法检测到还原剂管路的特定区面临 即将冻结的危险，则直接且仅通过所设置的加热装置或者尤其是当更有利时通过例如由循 环输送装置从储备容器经由还原剂管路和回弓I管路输送还原剂来加热该区。由此，可以选 择性地在通过所述方法所识别的区中且在有限的时间段将热能输入给还原剂管路，因此， 在尽可能少地使用能量的情况下获得所述设备的完全的工作能力。另外，本发明还涉及一种用于车辆排气净化的设备，所述设备尤其可根据本发明 的方法来工作，所述设备至少具有用于还原剂的储备容器、用于将还原剂引入到内燃发动 机的排气管路中的装置以及至少一个还原剂管路，所述还原剂管路具有多个用于使储备容 器与所述装置在流动技术上连接的区。所述区尤其是还原剂管路的在空间上彼此分开的区 段，在每个所述区段中可设置和/或执行至少一种检测测量值的手段或保护措施以防止冻 结。由此这里尤其是可使用传感器、测量值接收器、加热元件、隔离装置或类似装置。所使用的还原剂尤其是凝固点大约为-lit的尿素/水溶液，该尿素/水溶液在工 业上也以名称AdBlue公知。用于将还原剂引入到内燃发动机、尤其是柴油发动机的排气管 路中的装置例如是喷嘴或蒸发单元，通过所述喷嘴或蒸发单元，还原剂被尽可能细碎分布 地引入到排气流中。在适当情况下，也构造成多件式、被设置成用于使储备容器与所述装置 在流动技术上连接的至少一个管路尤其包括尤其可被至少部分地加热的、被隔离的柔性软 管材料或金属管，尤其是不锈钢管。根据所述设备的另一个有利实施例，另外设置有至少一个挡风元件，以用于降低 还原剂管路的热量辐射，其中，所述至少一个挡风元件不允许气体穿过并且设置成与所述 管路相距一小于IOOmm的距离。所述至少一个挡风元件在此尤其是设置在还原剂管路的例如经受机动车的行驶 风的区域上。通过机动车的行驶风，还原剂的通过管路辐射的热量被更多地导出。尤其是 在周围环境温度较低时，行驶风使得还原剂管路表面由于靠近管路的周围环境空气的导出而被强烈冷却。因此，在风速高并且周围环境空气温度接近还原剂的凝固点时，还原剂可冻 结并使通过SCR系统的排气净化失效。于是，提供可加热的还原剂管路(单独)仍不足够。与此相应，将挡风元件以这样的方式设置气体、尤其是行驶风绕还原剂管路偏 转，使得还原剂管路附近的环境中的空气交换或空气运动在很大程度上得以避免。与此相 应，挡风元件不允许气体穿过，即挡风元件尤其是未被穿孔的并且优选地可由塑料、轻金属 制成或至少部分地由自然可再生的原材料制成。挡风元件与还原剂管路之间的距离在此不大于100mm，尤其是小于80mm，特别优 选小于50mm。该距离在此作为挡风元件的朝向还原剂管路的表面与还原剂管路的朝向挡风 元件的表面之间的距离来定义。挡风元件也可用于保护SCR系统的其它暴露的或者被气体绕流的部件。由此尤其 是也可通过挡风元件保护储备容器和喷嘴外部的过滤器、泵、阀、还原剂储备器。优选将所述设备构造成使得挡风元件覆盖管路的至少一个横截面的小于270°的 周向。尤其需要解释的是，在此不是涉及还原剂管路本身的隔离装置，而是涉及单独的构 件，该构件在适当情况下固定在车辆车身的合适的点上，由此甚至附加地用于还原剂管路 的可能的隔离装置或加热装置，并且用于降低靠近管路的周围环境空气的对流。尤其是在 挡风元件构造成扁平的并且大部分平面的情况下，覆盖还原剂管路的至少一个横截面的周 向的小于180°、尤其是小于90°的区域即可足以实现相应的效果。优选地，挡风元件在还 原剂管路的任何横截面上覆盖不超过还原剂管路的270°。根据所述设备的另一个优选实施例，挡风元件在连接装置上仅通过隔离装置与还 原剂管路连接，其中，隔离装置具有至多0.1W/(mK)[瓦特/米*开尔文]的导热率。因此 这尤其适用于这样的情况挡风元件例如通过套圈或类似的夹持装置连接在还原剂管路本 身上。通过隔离装置应实现还原剂管路与挡风元件之间的热解耦。根据本发明的设备尤其应用于机动车中，特别是应用于载货车中，在所述机动车 中，排气系统通常暴露地设置在车辆的外部区域中，因此，特别需要根据本发明的方法或相 应的设备。此外，非道路车辆例如农用机械也可受益于这种根据本发明的方法。需要指出的是，挡风元件作为用于移动式系统中的HWL解决方案的防止冻结的保 护措施的构思也可与选择性加热的方法无关地使用。
下面参照附图对本发明以及技术领域予以详细描述。需要指出的是，附图示出了 本发明的特别优选的实施方案，但并不局限于此。附图中图1示意性地示出具有根据本发明的设备的车辆，图2示意性地示出所述设备的特殊构型，以及图3示意性地示出具有挡风元件的管路区段。
具体实施例方式图1示意性地示出了具有内燃发动机7和排气管路6的机动车18，其中，在排气 管路6的一个部位上设置有用于引入还原剂4的装置5。装置5在此通过还原剂管路8与 储备容器2连接，在该储备容器2中容纳有足够量的还原剂4。在此，还原剂管路8在其延伸的子区域中可分成多个区21，可测量和/或计算在这些区中的热量导出量10。同时，设 置有相同的或另外的区21，在这些区中可例如以加热装置3的形式向还原剂管路8输入热 能。对还原剂管路8的热量导出量10具有重要影响的因素是机动车18的行驶速度23和 /或周围环境温度22。关于热能输入的重要影响因素尤其是车辆的释放热量的部件M，例 如内燃发动机7和排气管路6。 图2示意性地示出了具有内燃发动机7和排气管路6的机动车18，其中，在排气管 路6的一个部位上设置有用于弓I入还原剂4，尤其是用于还原排气中的氮氧化物的还原剂4 的装置5。装置5在此通过还原剂管路8与储备容器2连接，在该储备容器2中容纳有足 够量的还原剂4，尤其是还原剂前体。在此，还原剂管路8在其延伸的子区域中安置到机动 车18的防风区域中，尤其是所述还原剂管路8在靠近发动机的部位上受益于在此产生的废 热，由此不必强制在这些区段中对还原剂管路8加衬或隔离。但在还原剂管路8的其它子 区域中，所述还原剂管路8经受气体23，尤其是例如由机动车的行驶速度23所引起的空气 流，所述气体11会增加还原剂管路8在该区域中的热量导出量10。因此，在这些区域中设 置有挡风元件9，所述挡风元件9可至少降低由流经的气体11、尤其是行驶风所造成的热量 导出量10。挡风元件9在此设置成与还原剂管路8相距一距离12。
图3示意性地示出了还原剂管路8的暴露的区段的立体视图，通过挡风元件9在 一定的周向区域上相对于流经的气体11、尤其是行驶风覆盖该区段。在此示出挡风元件9 至少在一个区域中通过连接装置15与还原剂管路8连接。连接装置15具有隔离装置16， 该隔离装置16用于防止附加的热量导出量10从还原剂管路8导出至挡风元件9的本体。 挡风元件9设置成与还原剂管路8相距一距离12，其中，该距离12作为挡风元件9和还原 剂管路8的朝向彼此的表面的间距来定义。挡风元件9尤其是圆形的形式并且在至少一个 横截面14的区域中覆盖在管路8的表面的周向13上。在此，从还原剂管路8的中点起在 一个角度区域17上覆盖还原剂管路8，由此，避免了还原剂管路8的靠近所述表面的周围 环境空气由于流经的气体11而导出。挡风元件9在其形状方面尤其是还可与还原剂管路 8的位置相匹配，并且可至少部分地具有加强结构19，所述加强结构提高了挡风元件9的形
状稳定性。
参考标号清单
1设备
2储备容器
3加热装置
4还原剂
5装置
6排气管路
7内燃发动机
8还原剂管路
9挡风元件
10热量导出量
11气体
12距离
13周向
14横截面
15连接装置
16隔离装置
17角度区域
18机动车
19加强结构
20排气净化装置
21区
22周围环境温度
23行驶速度
24部件
权利要求
1.一种用于在内燃发动机(7)的排气净化系统00)的工作期间选择性地加热SCR设 备的还原剂管路(8)的方法，所述方法至少包括下列步骤a)测量和/或计算在所述还原剂管路(8)的多个区中从所述还原剂管路(8)导 出的热量导出量(10)，b)识别所述还原剂管路(8)的、预期所述还原剂即将冻结的区01)，c)激活用于避免所述还原剂(4)冻结的热能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少在步骤a)或步骤b)中，至少所述热 量导出量(10)的计算考虑车辆(18)的周围环境温度02)和/或行驶速度03)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤a)或步骤b)中，至少所述热 量导出量(10)的计算考虑热能从车辆(18)的所述排气净化系统OO)的部件04)和/或 其它热源向所述还原剂管路的输入。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤a)之前，根据至少 所述参数即周围环境温度0 或行驶速度的函数来选择所述还原剂管路(8)的区 01)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，步骤a)中的所述测量或计算 之间的时间间隔根据至少所述参数即周围环境温度02)或行驶速度03)的函数而变化。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述热能通过电加热装置 (3)和/或通过经由所述还原剂管路的还原剂的输送来输入。
7.一种用于车辆(18)排气净化的设备(1)，所述设备能够根据上述权利要求的方法进 行工作，所述设备至少具有用于还原剂的储备容器O)、用于将所述还原剂(4)引入 到 内燃发动机(7)的排气管路(6)中的装置(5)以及至少一个还原剂管路(8)，所述还原剂管 路(8)具有多个用于使所述储备容器( 与所述装置( 在流动技术上连接的区00)。
8.根据权利要求7所述的设备(1)，其特征在于，另外设置有至少一个挡风元件(9)，以 用于降低从所述还原剂管路⑶导出的热量导出量(10)，其中，气体(11)不能够穿过所述 至少一个挡风元件(9)，并且所述至少一个挡风元件(9)设置成与所述还原剂管路(8)相距 一小于IOOmm的距离(12)。
9.根据权利要求8所述的设备(1)，其特征在于，所述挡风元件(9)覆盖所述还原剂管 路(8)的至少一个横截面(14)的小于270°的周向(13)。
10.根据权利要求8或9所述的设备(1)，其特征在于，所述挡风元件(9)在所述还原 剂管路(8)的任意横截面(14)上覆盖不超过所述还原剂管路(8)的270°。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述挡风元件(9)在 连接装置(15)处仅通过隔离装置(16)与所述还原剂管路(8)连接，其中，所述隔离装置 (16)具有至多0. IW/(mK)的导热率。
全文摘要
本发明涉及一种用于在内燃发动机(7)的排气净化系统(20)的工作期间选择性地加热SCR设备的还原剂管路(8)的方法，本发明还涉及一种用于排气净化的设备(1)，所述设备包括用于还原剂(4)的储备容器(2)、用于将还原剂(4)引入到内燃发动机(7)的排气管路(6)中的装置(5)以及至少一个还原剂管路(8)，所述还原剂用于SCR应用，所述还原剂管路用于使储备容器(2)与所述装置(5)在流动技术上连接。
文档编号F01N9/00GK102124192SQ200980131448
公开日2011年7月13日 申请日期2009年8月11日 优先权日2008年8月13日
发明者J·霍格森, R·布吕科 申请人:排放技术有限公司