专利名称：具有加热装置的还原剂存储系统和加热还原剂的方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的用于车辆的具有还原剂加热装置的还原剂存储系统，和一种用于车辆的根据权利要求10前序部分的加热还原剂存储系统中还原剂的方法。
背景技术：
在柴油车辆中(尤其是重型车辆诸如重型卡车中)，SCR方法(B卩，用于选择性还原氮氧化物的方法)用于清洁车辆的排放气体，以使得释放到周围环境中的排放气体不具有高含量的氮氧化物。在SCR方法中，注入排气管的液体尿素溶液可以用作NOx还原剂。使用液体尿素溶液作为NOx还原剂可能在低温情况下导致以下问题，即，液体尿素在大约-ll°c冻结，这可能导致还原剂槽中的还原剂冻结，该冻结通过加热还原剂槽中的还原剂得以解决。DE102008001948A1提及一种具有放置在液体还原剂中的文氏泵的系统。US2009/0230136A1提及一种具有加热元件的还原剂存储系统。US2007/0180816A1提及一种用于清洁排放气体的装置。W02008/138960提及 一种具有集成的电加热元件的尿素槽。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于车辆的具有还原剂加热装置的还原剂存储系统和一种用于车辆的加热还原剂存储系统中还原剂的方法，而即使当外界气温较低时，在运行期间通过加热装置也防止还原剂存储系统中还原剂冻结。根据本发明，以上目的通过根据权利要求1特征部分的具有加热装置的还原剂存储系统和根据权利要求10特征部分的用于加热还原剂的方法而实现。根据权利要求1特征部分的还原剂存储系统具有加热装置并且还包括还原剂槽、旨在用于还原剂并且位于还原剂槽内的汲取容器、和用于还原剂的包括文氏泵的给送装置，上述事实提供了以下特征，即，加热装置是加热环路，由车辆的发动机加热的液体热媒介在该加热环路中循环，加热环路设置成在至少汲取容器的下部内和至少还原剂槽的下部内运行并且还与文氏泵热关联，使得能够从液体热媒介向还原剂槽、汲取容器和文氏泵中的还原剂传递热量；根据权利要求10特征部分的用于加热还原剂的方法的事实提供了以下特征，S卩，已由车辆的发动机加热的液体热媒介在加热装置中循环，该加热装置是加热环路，该加热环路与文氏泵热关联并且设置成在至少汲取容器下部内和至少还原剂槽下部内运行，使得能够从液体热媒介向还原剂槽、汲取容器和文氏泵中的还原剂传递热量，以获得以下优点，即，能够通过利用来自车辆发动机的废气热来防止还原剂冻结。根据本发明的另一实施例，用于液体热媒介的加热环路与用于还原剂的汲取容器、返回装置和供给装置之中至少一个的部件热关联，从而实现进一步加热还原剂的优点。
根据本发明的又一实施例，用于液体热媒介的加热环路与文氏泵的一个侧面以上热关联，从而实现以下优点，即，进一步加热文氏泵中的还原剂。根据本发明的又一实施例，液体热媒介通过作为发动机的冷却水而由发动机直接加热，或者通过其自身被发动机加热而由发动机间接加热，从而获得以下可能性，即，根据发动机的构造而设置还原剂存储系统。根据本发明的又一实施例，文氏泵位于还原剂槽的覆盖部中，并且还原剂槽中的用于汲取装置、返回装置、给送装置和加热环路的贯穿部位于放置在还原剂槽上的一个或多个覆盖部中，并且用于还原剂的汲取装置、返回装置和供给装置采用管道或软管的形式，以获得以下优点，即，简单的组装和配合，以及避免在槽贯穿部的泄漏。根据本发明的又一实施例，汲取容器配置有液体密封底部、具有从底部向上延伸的液体密封侧壁面并且配置有用于还原剂的至少一个液面限制装置，以获得以下优点，即，避免空气侵入汲取装置中，而与此同时不需要控制单元控制汲取装置的填充。
本发明在下文中并且参考附图被更详细地解释说明，其中:图1示意性地描绘了根据本发明第一实施例的用于车辆还原剂存储系统，图2示意性地描绘了根据本发明第二实施例的用于车辆的还原剂存储系统的被加热的文氏泵的俯视图，图3示意性地描绘了根据本发明第三实施例的用于车辆的还原剂存储系统的被加热的文氏泵的俯视图，并且图4是根据本发明实施例的方法的示意性流程图。
具体实施例方式图1示意性地描绘了根据本发明第一实施例的用于车辆4的还原剂存储系统2，该系统包括还原剂槽6 ;位于还原剂槽6内的用于还原剂10的汲取容器8 (其也被称为捕捉槽)；用于还原剂10的汲取装置12，该汲取装置连接到汲取容器8并且还原剂沿箭头A方向通过该汲取装置被抽出；用于还原剂10的返回装置14，该返回装置连接到汲取容器8，被汲取装置12抽出但没有供给到车辆4的排气流的还原剂10通过该返回装置沿箭头B方向经由返回装置14被引导回到汲取容器8 ;和用于还原剂10的给送装置16，该给送装置设置成从还原剂槽6向返回装置14给送还原剂10，以便由此促进汲取容器8的填充。给送装置
16包括根据本发明第一实施例的文氏泵18，该文氏泵连接到返回装置14，给送装置16设置成通过文氏泵18从还原剂槽6通过位于还原剂槽和返回装置之间的用于还原剂10的供给装置20向返回装置14给送还原剂10，该文氏泵18借助于还原剂10的返回流动B从还原剂槽6中抽取还原剂10，该还原剂经由返回装置14被引导到汲取容器8。如以上提到的，汲取容器8位于还原剂槽6内并且配置有可以与还原剂槽6的底部24成为一体的液体密封底部22，并且还具有从底部22向上延伸的液体密封侧壁面26，使得还原剂10能够被保持在汲取容器8中。汲取容器8还配置有用于还原剂10的至少一个液面限制装置28，该液面限制装置例如以侧壁面26中的孔的形式，或以汲取容器8向上开口的形式，使得汲取容器8仅能够最多被填充到液面限制装置28并且任何进一步供给的还原剂10将经由液面限制装置28溢流到汲取容器8所在的还原剂槽6中。还原剂存储系统2还配置有采用加热环路32形式的用于还原剂10的加热装置30，由车辆4的发动机34加热的液体热媒介36在该加热装置中循环。加热环路32设置成在至少汲取容器8的下部9内和至少还原剂槽6的下部7内运行并且还与文氏泵18热关联，使得能够从液体热媒介36向还原剂槽6、汲取容器8和文氏泵18中的还原剂10传递热量，以便在液体热媒介36由车辆4的发动机34充分加热的情况下防止还原剂10冻结。用于液体热媒介36的加热环路32优选地还与用于还原剂10的汲取装置12、返回装置14和供给装置20之中至少一个的部件热关联，使得能够从液体热媒介36向那些部件中的还原剂10传递热量，以便在液体热媒介36通过车辆4的发动机34充分加热的情况下防止还原剂10冻结。液体热媒介36可以通过作为发动机的冷却水而由发动机34直接加热，或者通过其自身被发动机34加热(例如通过发动机的冷却水、机油或通过发动机的排放气体，优选地通过热交换)而由发动机34间接加热。热关联优选地经由固定的壁，该壁由例如金属(例如不锈钢或塑料材料)制成。泵38设置成经由汲取装置12从汲取容器8中抽取还原剂10，该汲取装置优选地连接到还原剂存储系统2 。提供汲取容器8中还原剂10 “中间存储”的目的是在车辆如此倾斜以使得通向位于还原剂槽中的汲取装置的进口可能处于还原剂槽6中还原剂10的液面上方的情况下防止空气被抽取到泵38中。为进一步降低风险，配置在用于汲取装置12的汲取容器8中的进口 40优选地位于汲取容器8中非常靠下处，以防止空气42而非还原剂10被抽取到汲取装置12中并且因此被抽取到泵38中。与还原剂槽6的尺寸相比，汲取容器8底面的直径D还优选地稍大于其液体密封侧壁面26的高度H，该底面优选地基本为圆形或方形，该液体密封侧壁面从底部22向上延伸，这种尺寸设置是为了进一步降低以下风险，即通向汲取装置12的进口 40可能在任何时刻处于随后提供到汲取容器8中的还原剂10的液面上方。配置在用于供给装置20的还原剂槽6中的进口 44优选地位于还原剂槽6中非常靠下处，以防止空气42而非还原剂10被抽取到供给装置20中，空气被抽取到供给装置中将导致不如仅还原剂10被抽取到供给装置20中时那样迅速地填充汲取容器8，但在特定情况下，当车辆严重倾斜时，空气可能被抽取到用于供给装置20的进口 44中，这不是太大问题，只要汲取容器8中返回装置14的出口 45如此布置以避免来自返回装置14的任何空气气泡被引导到汲取装置12的进口 40中，这例如通过用于返回装置14的出口 45实现，该出口位于汲取容器8中靠上位置，以使得空气气泡将没有任何途径向下进入汲取装置12的进口 40。到达泵38的空气将导致车辆4的发动机34的低转矩。用于还原剂10的汲取装置12、返回装置14和供给装置20优选地采用管道或软管形式。为简化构造，还原剂槽6中用于汲取装置12、返回装置14、供给装置20和加热环路32的贯穿部优选地位于放置在还原剂槽6上的一个或多个覆盖部46、48中。文氏泵18优选地也可以位于用于供给装置20的贯穿部所在的覆盖部46中。如以上提到的，泵38配置成经由汲取装置12从汲取容器8中抽取还原剂10，该汲取装置优选地连接到还原剂存储系统2。从汲取容器8中抽取的不经由返回装置14返回的还原剂10将通过连接到还原剂存储系统2的供给装置53在车辆4的排气管52中被供给到排放气体50，该液体还原剂10旨在还原存在于排放气体50中的氮氧化物。还原剂10优选地用于冷却供给装置53。这样，车辆4的排放气体50中的氮氧化物将通过在排气管52中向排放气体50供给液体还原剂10而被还原。液体还原剂10是NOx还原剂,例如液体NOx还原剂(诸如液体尿素溶液),例如以商标“AdBlue ”销售的添加剂，其包括蒸馏/去离子水中32.5wt%尿素。当在 排气管52中向温度超过180°C的排放气体添加液体尿素溶液时，水被蒸发，然后尿素融化并且通过所谓的热分解而气化。在这个阶段，氨(除其它外)通过反应(NH2)2co=>nh3+hnco 形成。尿素热分解之后在下游催化剂或在温度超过400°C的情况下根据反应hnco+h2o=>nh3+co2 而水解。NH3根据反应ΝΗ3+Ν0χ=>Ν2+Η20 (未配平化学式，即，X可以具有不同值)还原NOx。优选地配置至少一个控制单元54以基于所用还原剂的量和排放管线52中排放气体50的温度控制泵38和液体还原剂10的供给，以使得泵38仅在必需时运行。如果排放气体50非常冷，例如在外部温度非常低时刚刚冷启动后，那么还原剂10不能气化，因此控制单元54将阻止排气管52中液体还原剂10的供给，但如果排气温度高到足以在排气管中气化，那么该控制单元将确保向排放气体50供给还原剂10。该温度范围可以通过控制单元54根据所使用的具体还原剂、液体还原剂在供给时刻的温度、排气管的尺寸、排气流的速度等而设定。在运行期间，排放气体通常可以处于约200°C到约700°C之间的温度。还能够向排放气体供给液体还原剂而不使用控制单元，但是继而沉淀物将形成在排气管内侧面上并且随后当温度上升时将被烧掉。沉淀物导致排放系统中压力下降，因此使用不具有控制单元的装置是不明智的，尤其是在处于低负载和均匀速度的长途旅行中，例如当在平地上驱动空载车辆组合时，在该情况中排气温度将长时间维持较低。催化剂56优选地配置在用于液体还原剂10的供给装置54的排气管52下游中，以确保尿素如上所述不仅发生水解而且发生热分解。还能够向排放气体供给液体还原剂而不使用催化剂，但是并不推荐如此做，因为这可能导致沉淀物的长期积累。图2示意性地描绘了根据本发明的第二实施例的用于还原剂存储系统2的被加热的文氏泵18的俯视图，其中文氏泵18位于还原剂槽6的覆盖部46中，并且用于液体热媒介36的加热环路32与文氏泵18的一个侧面热关联，使得能够从液体热媒介36向文氏泵18中的还原剂10传递热量，从而在液体热媒介36由车辆的发动机充分加热的情况下防止文氏泵18中的还原剂10冻结。这样，在运行期间，热交换发生在用于液体热媒介36的较暖的加热环路32和用于还原剂10的较冷的文氏泵18之间。图3示意性地描绘了根据如上所示的本发明第三实施例的用于车辆4的还原剂存储系统2的被加热的文氏泵18，其中文氏泵18位于还原剂槽6的覆盖部46中，并且用于液体热媒介36的加热环路32与文氏泵18的两侧热关联，使得能够从液体热媒介36向文氏泵18中的还原剂10传递热量，从而在液体热媒介36由车辆的发动机充分加热的情况下防止文氏泵18中的还原剂10冻结。这样，在运行期间，热交换发生在用于液体热媒介36的较热的加热环路32和用于还原剂10的较冷的文氏泵18之间。
在参照以上图2和3描述的实施例中，用于液体热媒介36的加热环路32被描述为与文氏泵18的一或两侧热关联，但可以替代地与文氏泵18的两侧以上热关联，即与文氏泵18的至少一个侧面热关联。在运行期间，液体热媒介优选地通过加热环路32保持足够暖以防冻结，在使用“AdBlue”的情况下该冻结将发生在大约_11°C。图4提及一种用于加热车辆4的还原剂存储系统2中的还原剂10的方法的示例。图4是根据本发明的实施例的用于加热还原剂10的方法的示意性流程图，使用与图1-3相同的附图标记2-18、30-36和B。还原剂存储系统2包括还原剂槽6、用于还原剂10的位于还原剂槽6内的汲取容器8、用于还原剂10的连接到汲取容器8的汲取装置12、用于还原剂10的连接到汲取容器8的返回装置14、和用于还原剂10的连接有文氏泵18的给送装置16，该还原剂存储系统2还配置有用于还原剂10的加热装置30，用于车辆4的加热还原剂存储系统2中还原剂10的方法包括以下步骤:-100:通过文氏泵18借助于给送装置16从还原剂槽6通过用于还原剂10的位于还原剂槽和返回装置之间的供给装置20向返回装置14给送还原剂10，该文氏泵借助于还原剂10的返回流动B从还原剂槽6中抽取还原剂10，该还原剂经由返回装置14引导到汲取容器8，以促进汲取容器的填充，和-200:在加热装置30中循环，该加热装置是与文氏泵18热关联并且设置成在至少汲取容器8的下部9内和至少还原剂槽6的下部7内运行的加热环路32，液体热媒介36由车辆4的发动机34加热，使得能够从液体热媒介36向还原剂槽6、汲取容器8和文氏泵18中的还原剂10传递热量 ，以便防止还原剂10冻结。本发明不以任何方式限制到所描述的实施例中，而是可以在权利要求范围内自由变化。各种实施例中的各部分可以结合。在以上实施例中，所提到的文氏泵18位于覆盖部中，但是其也可以位于还原剂槽6上或其中。
权利要求
1.一种用于车辆(4)的还原剂存储系统(2)，所述系统包括还原剂槽(6)、用于还原剂并且位于还原剂槽(6)内的汲取容器(8)、连接到汲取容器(8)的用于还原剂(10)的汲取装置(12)、连接到汲取容器(8)并用于还原剂(10)的返回装置(14)、和用于还原剂(10)的给送装置(16)，所述给送装置包括连接到返回装置(14)的文氏泵(18)，所述还原剂存储系统(2 )还配置有用于还原剂(10 )的加热装置(30 )，其特征在于，所述给送装置(16 )设置成通过文氏泵(18)从还原剂槽(6)通过位于还原剂槽和返回装置之间的用于还原剂(10)的供给装置(20)向返回装置(14)给送还原剂(10)，所述文氏泵借助于还原剂(10)的返回流动(B)从还原剂槽(6)中抽取还原剂(10)，所述还原剂经由返回装置(14)引导到汲取容器(8)，并且所述加热装置(30)是加热环路(32)，由车辆(4)的发动机(34)加热的液体热媒介(36)在所述加热环路中循环，所述加热环路(32)设置成在至少汲取容器(8)的下部(9)内和至少还原剂槽(6)的下部(7)内运行并且还与文氏泵(18)热关联，使得能够从液体热媒介(36)向还原剂槽(6)、汲取容器(8)和文氏泵(18)中的还原剂(10)传递热量，以便防止还原剂(10)冻结。
2.根据权利要求1所述的还原剂存储系统(2)，其特征在于，用于液体热媒介(36)的所述加热环路(32)还与用于还原剂(10)的汲取装置(12)、返回装置(14)和供给装置(20)之中至少一个的部件热关联。
3.根据权利要求1或2所述的还原剂存储系统(2)，其特征在于，用于液体热媒介(36)的加热环路(32)与文氏泵(18)的一个侧面以上热关联。
4.根据前述权利要求中任一项所述的还原剂存储系统(2)，其特征在于，所述液体热媒介(36)通过作为发动机的冷却水而由发动机(34)直接加热，或者通过液体热媒介(36)自身被发动机(34)加热而由发动机(34)间接加热。
5.根据前述权利要·求中任一项所述的还原剂存储系统(2)，其特征在于，所述文氏泵·(18)位于还原剂槽(6)的覆盖部(46)中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的还原剂存储系统(2)，其特征在于，还原剂槽(6)中用于汲取装置(12)、返回装置(14)、供给装置(20)和加热环路(32)的贯穿部位于配置在还原剂槽(6)上的一个或多个覆盖部(46，48)中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的还原剂存储系统(2)，其特征在于，用于还原剂(10)的所述汲取装置(12)、返回装置(14)和供给装置(20)采用管道或软管形式。
8.根据前述权利要求中任一项所述的还原剂存储系统(2)，其特征在于，所述汲取容器(8)配置有液体密封底部(22)，具有从所述底部(22)向上延伸的液体密封侧壁面(26)，并且配置有用于还原剂(10)的至少一个液面限制装置(28)，而汲取容器(8)能够最多填充到液面限制装置(28)，但是任何进一步供给的还原剂(10)将经由液面限制装置(28)溢流到汲取容器(8 )所在的还原剂槽(6 )中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的还原剂存储系统(2)，其特征在于，所述还原剂(10)是尿素溶液。
10.一种用于车辆(4)的加热还原剂存储系统(2)中还原剂(10)的方法，所述系统包括还原剂槽(6)、旨在用于还原剂(10)并且位于还原剂槽(6)内的汲取容器(8)、用于还原剂(10)的连接到汲取容器(8)的汲取装置(12)、用于还原剂(10)的连接到汲取容器(8)的返回装置(14)、和用于还原剂(10)的连接有文氏泵(18)的给送装置(16)，所述还原剂存储系统(2)还配置有用于还原剂(10)的加热装置(30)，其特征在于以下步骤: -借助于给送装置(16 )从还原剂槽(6 )通过位于所述还原剂槽和返回装置之间的用于还原剂(10)的供给装置(20)向返回装置(14)给送(100)还原剂(10)，通过文氏泵(18)借助于还原剂(10)的返回流动B从还原剂槽(6)中抽取还原剂(10)，所述还原剂经由返回装置(14)引导到汲取容器(8)，以促进汲取容器的填充，和 -在加热装置(30)中循环(200)，所述加热装置是与文氏泵(18)热关联并且设置成在至少汲取容器(8)的下部(9)内和至少还原剂槽(6)的下部(7)内运行的加热环路(32)，液体热媒介(36)由车辆(4)的发动机(34)加热，使得能够从液体热媒介(36)向还原剂槽(6)、汲取 容器(8)和文氏泵(18)中的还原剂(10)传递热量，以便防止还原剂(10)冻结。
全文摘要
本发明涉及一种用于车辆(4)的还原剂存储系统(2)，该系统包括还原剂槽(6)、旨在用于还原剂并且位于还原剂槽(6)内的汲取容器(8)、连接到汲取容器(8)的用于还原剂(10)的汲取装置(12)、连接到汲取容器(8)并用于还原剂(10)的返回装置(14)、和用于还原剂(10)的给送装置(16)，所述给送装置包括连接到返回装置(14)的文氏泵(18)，该还原剂存储系统(2)还配置有用于还原剂(10)的加热装置(30)，给送装置(16)设置成通过文氏泵(18)从还原剂槽(6)通过位于还原剂槽和返回装置之间的用于还原剂(10)的供给装置(20)向返回装置(14)给送还原剂(10)，该文氏泵借助于还原剂(10)的返回流动(B)从还原剂槽(6)中抽取还原剂(10)，该还原剂经由返回装置(14)引导到汲取容器(8)，并且该加热装置(30)是加热环路(32)，由车辆(4)的发动机(34)加热的液体热媒介(36)在所述加热环路中循环，所述加热环路(32)设置成在至少汲取容器(8)的下部(9)内和至少还原剂槽(6)的下部(7)内运行并且还与文氏泵(18)热关联，使得能够从液体热媒介(36)向还原剂槽(6)、汲取容器(8)和文氏泵(18)中的还原剂(10)传递热量，以便防止还原剂(10)冻结。本发明还涉及一种用于车辆(4)的加热还原剂存储系统(2)中还原剂(10)的方法。
文档编号F01N3/20GK103237966SQ201180057736
公开日2013年8月7日 申请日期2011年11月29日 优先权日2010年12月2日
发明者P·卡尔松, M·利帕宁, E·内斯曼, S·吉尔伯特 申请人:斯堪尼亚商用车有限公司