用于车辆中的液体供给系统的制作方法

用于车辆中的液体供给系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于至少一个安装在车辆上的耗氨单元的液体供给系统，该液体供给系统包括：用于存储氨前体溶液的容器(1)；至少一个用于存储在水中包含在重量占比至少为0.2％的氨的氨水溶液的单元(2)；用于将所述氨水溶液供给到所述耗氨单元的装置(6)。
【专利说明】
用于车辆中的液体供给系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于车辆中的液体供给系统。特别地，本发明涉及一种用于将液 态氨供给到安装在车辆上的耗氨单元的液体供给系统。例如，该耗氨单元可以是需要氨的 化学方法，例如需要氨来进行N0X还原的排放系统。该耗氨单元也可以是燃料电池系统或内 燃机。
【背景技术】
[0002] 在许多移动应用中、尤其是在车辆中，唯一可用的技术是使用氨前体、例如尿素水 溶液，这是因为与液态氨运输相关的潜在危害或安全问题由此被消除。然而，存在数个与使 用尿素水溶液相关的缺点。
[0003] 现在将描述这些缺点的其中一些，特别是有关用于车辆的SCR( Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原）系统的缺点，其中，尿素水溶液被注入到排放管 中。
[0004] -般性地，SCR系统使用尿素水溶液，尤其是在水中包含32.5重量百分比的尿素的 共晶溶液，该溶液经常被称为AUS32。
[0005] -般性地，该尿素溶液被存储在安装在车辆上的容器中。该尿素溶液被注入到排 放管线中，且气态氨来自于所注射的尿素溶液的高温(热)分解。在冷启动的情况下，要求能 够在自发动机启动起的预定时长结束时运行SCR系统，该预定时长取决于环境温度。在冻结 条件下一般用加热设备来液化冻结的尿素溶液。然而，即使这样做，也需要经过一定时间来 解冻足够的尿素溶液并将其注入到排放管线。另一方面，为了避免在排放管中的沉积并确 保所要求的化学反应，在排放气体使排放管的温度升高到足够的温度(一般在180 °C至200 °(：的范围内）之前尿素水溶液不可以被注入到排放管中。因此，控制系统被设计为避免在排 放管太冷的时候过早注射尿素溶液，该过早的注射导致在车辆启动后的前数公里中相对差 的NOx还原性能。在某些认证条件下也遇到这样的情况。
[0006] 鉴于上述缺点，存在对改进的且安全的用于尤其在冷启动时足够快速地供给液态 氨的系统的需求。

【发明内容】

[0007] 本发明的一个目的在于通过提出一种用于至少一个安装在车辆上的耗氨单元的 液体供给系统来解决上述问题，该液体供给系统包括：
[0008] -用于存储氨前体溶液的容器；
[0009] -至少一个用于存储在水中包含重量占比至少为0.2%的氨的氨水溶液(aqueous ammonia solution)的单元；
[0010] -用于将所述氨水溶液供给到所述耗氨单元的装置。
[0011] 符合本发明的液体供给系统配置为用于提供（即供给)氨水溶液，该氨水溶液用于 一个或数个车载耗氨单元中或被一个或数个车载耗氨单元所用，其中所述车载耗氨单元例 如为排放管线、燃机或燃料电池。
[0012 ]使用氨水溶液的优点在于，氨水溶液在氨前体溶液不可用(一般因为该溶液冻结） 的温度下仍是可用且具有活性的（即随时可被供给到耗氨单元）。
[0013] 在SCR系统的具体情况中，由于不再需要在排放管中进行氨前体的水解步骤，将氨 水溶液而不是氨前体溶液注入排放管中是有利的。这样排放管中就可以采用更紧凑的设 计:省略水解催化剂、缩短从注射点到SCR催化剂的距离。通过在计量供给到排放管中之前 去除部分的水来提高氨水溶液的浓度，从而可以进一步改善反应性。
[0014] 在一个有利的实施例中，该液体供给系统包括用于将所述氨前体溶液供给到所述 耗氨单元的供给装置。
[0015] 因此，提出了一种双重液体供给系统，该系统结合使用氨水溶液和氨前体溶液。
[0016] 根据本发明的一个具体实施例，氨水溶液和氨前体溶液可以以交替的方式（即一 次供给一种溶液地)被提供(即供给)给耗氨单元。
[0017] 例如，在SCR系统的具体情况中，当容器中没有可用的氨前体溶液(一般或因为所 述容器是空的、或因为氨前体溶液冻结、或因为将容器一一即尿素储箱一一连接到排放管 的管线太冷从而将氨前体溶液引入到该管线中会导致冻结）的时候，可以发生将氨水溶液 供给到注射器。在另一实施例中，在最终切换到氨前体溶液之前，氨水溶液可以在发动机启 动后首先被供给到注射器，以使得NOx还原能够比用氨前体溶液更早地发生。在另一实施例 中，氨水溶液在发动机停止时被引入将容器（即尿素储箱)连接到排放管的管线中，以避免 当该管线充装有氨前体溶液时该管线的内容物冻结。当然，为以上实施例列出的优点可以 被组合。
[0018] 根据另一具体实施例，氨水溶液和氨前体溶液可以两者并行地(即同时地)被供给 到耗氨单元。例如，在SCR系统的具体情况中，在包含氨前体溶液的容器空了之前并且如果 氨水溶液可用，那么氨水溶液可以在氨前体溶液被计量供给的同时被计量供给到排放气体 中，以便在确保足够地去除NOx的同时减小剩余氨前体溶液的消耗。
[0019] 在一个具体实施例中，当排放气体已经将排放管的温度提高到预定温度(例如150 °c)后，开始氨水溶液的计量供给。
[0020] 如上所述，氨水溶液可以在发动机启动后首先被供给。在该具体实施例中，氨水溶 液被用作启动氨源。因此，能够缩短SCR功能的启动时间，尤其是在寒冷条件下，这是因为有 足够量的已经可用的氨水溶液（即以液态存储在单元中的氨水溶液)或简单地因为氨水溶 液能够以比氨前体溶液更低的温度被引入到排放管中。换句话说，在该具体实施例中，包含 氨水溶液的单元可以被用作启动单元。
[0021] 在另一具体实施例中，包含氨水溶液的单元可以被用作备用单元。
[0022]在第一具体实施例中，用于供给氨水溶液的装置和用于供给氨前体溶液的装置可 以是不同的。例如，系统可以包括用于供给氨水溶液的第一栗和用于供给氨前体溶液的第 二栗。在第二具体实施例中，系统可以包括用于供给氨水溶液和氨前体溶液两者的单一的 栗。
[0023] 有利地，用于供给氨水溶液的装置和用于供给氨前体溶液的装置是可控的，以便 将足够量的溶液供给到耗氨单元。
[0024] 符合本发明的氨前体溶液在水中包含重量比小于0.2 %的氨。
[0025] 在一个具体实施例中，氨前体溶液是尿素水溶液。
[0026] 术语"尿素溶液"被理解为指的是任何包含尿素的溶液，该溶液一般为水溶液。本 发明在使用共晶水/尿素溶液时给出良好的结果，对于共晶水/尿素溶液存在质量标准:例 如，根据标准IS0 22241，在AdBiue_?溶液(商业尿素溶液)的情况下，尿素含量(重量比)在 31.8%至33.2%之间（即32.5+/-0.7重量百分比），因此可用的氨的量在18.0%至18.8%之 间。本发明在共晶水/尿素溶液的情况下特别有利，共晶水/尿素溶液在加油站是广为提供 的。
[0027]要指出的是，对于氨前体、尤其是对于AdB丨ue?溶液(商业尿素溶液），存在为人 所熟知的再充装标准和系统。氨前体溶液的存储容器的再充装是很简单的。例如，这可以通 过使用可用的标准设计喷嘴和/或带有专用界面的瓶子来实现。AdB】ue? (商业尿素溶液） 机动车流体目前在众多零售站随时可获得。
[0028] 为了说明清楚，缩写"AUS32"在下文中将被用于指代在水中具有32.5重量百分比 的尿素的共晶溶液。
[0029] 符合本发明的氨水溶液在水中包含在重量比至少为0.2 %的氨。符合本发明的氨 水溶液可以包含尿素水溶液或尿素水溶液的残余，或二氧化碳或二氧化碳衍生物，或可能 存在的这些物质的组合。
[0030] 为了说明清楚，缩写"AAUS"在下文中将被用于指代符合本发明的氨水溶液。例如， 将包含重量比为22 %的氨和重量比为0 %的尿素的氨水溶液称为AAUS22-0。在另一例子中， 将包含重量比19%的氨和重量比为4%的尿素的氨水溶液称为AAUS19-4。
[0031] 在一个具体实施例中，符合本发明的氨水溶液是包含氢氧化铵（其一部分是已电 离的）、氨前体残余(即氨前体的还没有分解的部分）以及可能存在的其他产物(例如碳酸氢 铵)的产物(effluents)混合物。该产物混合物在下文中也被称为"氨水"。
[0032] 在一个具体实施例中，本发明的液体供给系统包括用于获得所述产物混合物的装 置，所述产物混合物是通过例如借助于至少一种酶(例如尿素酶)或可选地借助于热分解来 分解存储在容器中的一部分氨前体溶液获得的。
[0033] 因此，提出了自动原位地将氨前体溶液转化(分解)为氨水溶液。换句话说，提出将 第一流体类型还原剂(例如AdBhje?)转化为第二流体类型还原剂。该转化在车辆上发生。 没有使用外部氨水源，并且无需人工拆卸操作来对其中存储氨水的单元进行再充装。因此， 符合本发明的氨水溶液(例如也以"氨水"知名的产物)的生产和使用是简单且安全的。
[0034] 在一个优选实施例中，该用于获得所述产物混合物（即氨水)的装置的形式为生化 分解单元(即生物催化剂）。
[0035] 根据本发明的一个具体实施例，该生化分解单元包括至少一种适于分解氨前体溶 液的蛋白质成分。该生化分解单元可以存储一种或数种催化化学反应的蛋白质成分。更准 确地说，在氨前体溶液是尿素的具体情况中，蛋白质成分适于催化尿素水解（即分解)为氨 水溶液。
[0036] 有利地，该生物催化分解在温和的温度条件下发生，并且产物保留在溶液中（即产 物），为车辆存储提供了一种简单的方式，并限制氨气的生成。
[0037] 有利地，（存储在生化分解单元中的）蛋白质成分包括至少一种酶。在一个优选实 施例中，分解单元可以存储尿素酶。尿素酶可以以任何合适的方式被存储。例如，在第一实 施例中，尿素酶可以被固化在不同的聚合物上或固化在树脂的不同层中。在第二实施例中， 尿素酶可以被固定在膜上或固定在任何其他同等类型的支撑件上。有利地，在该具体实施 例中，生化分解单元配备有适于热激活蛋白质成分的加热器。该加热器可为酶或蛋白质所 需的活性提供最优的温度。例如，加热器可以被配置为在分解单元内维持20°C至70°C的温 度范围。该温度范围是有利的，这是因为分解单元(或分解和存储单元)可以由热塑性材料 制成。有利地，分解单元(或分解和存储单元)可以通过吹气模制或注射模制来制成。
[0038] 在一个具体实施例中，加热器是温度被控制在预定范围内的室；倘若该预定范围 低于环境温度，还在该加热器内提供冷却装置。换句话说，加热器可以要么被控制来提高该 室内的温度，要么被控制来冷却该室内的温度。在一个具体实施例中，加热器被配置为用于 在至少一个对应于在需要转化时激活蛋白质的预定温度范围内、以及在至少另一个对应于 保存蛋白质成分以延长其寿命的预定温度范围内工作。
[0039] 在本发明的一个具体实施例中，加热器可以包括阻抗式加热元件。这些阻抗式加 热元件可以是金属加热丝(线）、柔性加热器（即包括一个或更多个固定到膜或布置在两片 膜一一膜即两个大致平的支撑件，其材料和厚度使其是柔性的一一之间的阻抗带的加热 器)或任何其他类型的具有适于被插入和/或环绕SCR系统构件的形状、尺寸和柔性的阻抗 元件。PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数)元件更特别地适于加热。
[0040] 在第一具体实施例中，用于存储氨水溶液的单元与生化分解单元是分开的。在第 二具体实施例中，生化分解单元和用于存储氨水溶液的单元构成唯一的分解和存储单元、 即模块。该模块可以完全位于(存储氨前体溶液的）容器内。在一个优选实施例中，该模块包 括入口，氨前体溶液能够通过该入口进入。
[0041] 在另一具体实施例中，所述单元包括至少一个与充装管流体联通的再充装端口。 该充装管可以与使用者能够从车辆的外部通达的充装界面协作。
[0042] 因此，使用者能够手动地为单元再充装氨水溶液。
[0043] 有利地，所述单元包括至少一个与排放回路流体联通的排放端口。
[0044] 在该实施例的一个进一步实施中，该排放回路包括以下元件中的至少一个:过压 释放阀门（Over Pressure Relieve valve，简称0PR)和欠压释放阀门（Under Pressure Re 1 ieve va 1 ve，简称UPR)。欠压释放阀门例如被校准为用于在储存氨水溶液的单元中（尤 其是其中的任何蒸气穹顶中）保持欠压。因此，系统的安全性被提高。实际上，过压释放阀门 (0PR)可以被设置为使得该阀门在过压的情况下将AUS32中的一些AAUS排走。并且，欠压释 放阀门(UPR)可以被设置为使得该阀门在真空的情况下将蒸气吸走。
[0045] 在另一实施例中，系统包括至少一条配置为将所述氨水溶液从所述单元运输到容 器内部的管线，以及用于将所述氨水溶液计量供给(metering)到所述至少一条管线中的可 控装置。
[0046] 该管线可以被用作"解冻管线"。更确切地说，尤其是在低温下，当氨前体溶液是固 体时，氨水溶液(AAUS)可以被注入存储氨前体溶液(AUS32)的容器中，并由此被用于解冻固 态的氨前体溶液。
[0047] 有利地，包含氨水溶液的单元至少部分地位于包含氨前体溶液的容器内和/或包 含氨前体溶液的容器的壁上。
[0048] 根据本发明的一个优选实施例，所述单元完全位于包含氨前体溶液的容器内。
[0049] 因此，系统的安全性被提高，这是因为如果发生氨水溶液的泄露，氨水溶液会被困 在包含氨前体(例如尿素)的容器中。
[0050] 有利地，所述单元的至少一部分是柔性的，例如所述单元的所述至少一部分由聚 合物(例如聚乙烯)制成。
[0051] 用于存储氨水溶液的单元由壁限定。这些壁中的至少一个可以是柔性的。该柔性 壁可以例如通过使用具有合适厚度的惰性聚合物来实现。合适的例子包括聚烯烃，例如聚 乙烯(单体或共聚物，例如高密度聚乙烯HDPE)，聚丙烯，卤化乙烯基聚合物、例如聚氯乙烯 (PVC)和聚偏氟乙烯(PVDE)。该柔性壁在低温下和高温下都是有益的。在低温下，在氨前体 溶液冻结并随之膨胀的条件下，柔性壁能够变形以便为氨前体溶液提供更大的空间。由此， 能够至少部分地避免容器的开裂和/或容器内的构件(例如计量供给单元）的损坏。在高温 下，在氨具有高蒸气压强的条件下，例如高于室内温度，柔性部分能够变形以便为氨蒸气提 供更大的空间。
[0052] 用于氨水溶液的可变形单元还提供额外的优点：由于体积是可变的，氨水溶液上 方的蒸气量能够被减小到最小。此外，当单元至少部分地位于容器中时，没有被(存储氨水 溶液的）单元使用的空间能够被重新利用，用于存储更多的氨前体溶液。这在氨水溶液（即 氨水)是通过氨前体溶液的分解在车上生产的时候是特别有用的：被分解的氨前体溶液的 空间能够大多被重新利用以便存储由该分解产生的氨水。
[0053] 根据另一实施例，系统包括用于确定存储在所述单元中的氨水溶液的体积和存储 在容器中的氨前体溶液的体积的装置。该用于确定体积的装置例如是传感器，比如液位传 感器。
[0054]在本发明的另一实施例中，系统包括用于根据所确定的氨水溶液体积与所确定的 氨前体溶液体积的比值来启动/停止所述供给所述氨水溶液的装置的启动/停止装置。
【附图说明】
[0055]本发明通过以下依靠图1至图3的例子以非限制的方式被示出。在这些附图中，相 同或相似的设备具有相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0056]本发明涉及在静态和移动应用中将"AAUS"和"AUS"组合地用于SCR或用于其他需 要氨或氨前体的应用，例如燃料电池或作为燃料添加剂的使用。
[0057] 缩写"AAUS"指的是：
[0058]-包含重量比至少为0 · 2 %的氨的氨水-尿素溶液（Aqueous Ammonia-Urea Solutions)
[0059] -任何包含至少10%的如上文所定义的氨水/尿素溶液(49116〇118 4111111〇11丨3/11^3 Solutions)的产品。
[0060] 因此氨水-尿素溶液和氨水溶液两者都包括在缩写"AAUS"之下。AUS、尤其是AUS32 转化为氨的产物也被包括在缩写"AAUS"之下，只要氨是例如使用生物催化剂在低温下（比 如说〈100 °C)生成的。在一个具体实施例中，AUS转化的产物可以进一步被分离以去除C02或 C02衍生物和/或水。例如，这可以通过浓缩设备来实现。例如，可以用膜从AUS转化的产物中 分离水。
[0061 ] 类似地，将用"AUS"（Aqueous Urea Solutions)指代包含重量比小于0·2%的氨的 尿素水溶液，或任何包含至少10%的该溶液的产品。
[0062]组合使用所指的是使用至少两个存储体积或至少两个流，其中至少一个专用于 "AAUS" ；可以顺序地或同时地使用该两个存储体积或流。
[0063] 该配置能够绕开AUS32的上述缺陷：
[0064] -"AAUS"可以包含低水平的尿素，并因此能够在比AUS32更低的温度下被注入到排 放管中而不产生沉积。例如，可以将称为AAUS22-0的水溶液(包含重量比为20 %的氨和重量 比为0%的尿素的水溶液)注入到排放管中而不要求进一步将尿素转化为氨并且不产生沉 积。因此，在排放管相对冷时、即在车辆启动之后使用AAUS22-0来提高NOx还原性能是有吸 引力的。由于AAUS22-0的体积氨含量实际上与由相同体积的AUS32所生成的氨相同，计量供 给保持不变;对于包含重量比为19 %的氨和重量比为4 %的尿素的AAUS19-4以及足够的氨 和尿素的量的无限中间组合也是这样的。
[0065] -"AAUS"在比AUS32低得多的温度下冻结。例如，AAUS22-0在-40°C以上保持液态， 而AAUS19-4在-35°C以上保持液态。因此，"AAUS"将在低温下保持液态并可用于NOx还原，而 AUS32在低温下则会冻结。
[0066] -"AAUS"可用作AUS32的防冻结剂:例如25ml的AAUS22-0可以与75ml的AUS32混合， 所获得的溶液在_15°C以上不会冻结。
[0067] -"AAUS"还可用作AUS32的解冻剂:例如，在-15°C下，可以将25ml的AAUS22-0注入 AUS32的冻结储箱中，并将逐渐地解冻一定量的AUS32,比如说75ml。所获得的100ml将不再 冻结，所获得的溶液可用于NOx还原。当然，该解冻效应可以通过解冻剂的循环（由于车辆的 运动和所关联的晃动，在车辆中自然是这样的）和通过局部加热来被增强:例如，小加热器 可以位于AUS32储箱中接近AAUS22-0被注入的点处，使得被加热的混合物将快速地解冻周 围的AUS32，为系统提供出众的可持续性性能。
[0068] -"AAUS"存储体积还可以提供良好的抵御冻结膨胀的保护。带有半柔性壁(比如由 例如聚乙烯的聚合物制成的壁）的"AAUS"存储体积例如可以位于AUS32存储体积中的更不 坚固的机械构件的附近："AAUS"存储体积将保持柔性并限制由AUS32的冻结和相应的膨胀 产生的、传递给构件和AUS32储箱壁的力。
[0069]而且，从"AAUS"包含与"AUS"或"AUS"转化为氨的产物相同的分子的意义上说， "AAUS"是从根本上与"AUS"兼容的。实际上，这些产物还包含二氧化碳或二氧化物衍生物， 这些二氧化碳或二氧化物衍生物对NOx还原性能是有害的;不直接通过"AUS"的分解生成的 "AAUS" 一般不是这样的。
[0070] 然而，由于氨是有毒性的，"AAUS"也是有毒性的，并且由于蒸气压强可以相当高， 这具有特殊的重要性:例如，对于AAUS22-0(重量比为22%的氨），氨的蒸气分压在20°C下已 经是0.38bar(总压强=0.40bar);在80°C下，分压变得非常大，因为该压强达到3.2bar(总 压强= 3.6bar);实际上，AAUS22-0在大气压下在44°C左右就开始沸腾。
[0071] 但是对于机动车应用，如已在上文所概述地，"AAUS"相对于AUS32的优点仅在特定 情况中是重要的：
[0072] -在排放管还相对冷时，以便能够更早地开始NOx还原过程或在低发动机荷载下以 便维持NOx还原过程；
[0073] -在温度低于AUS32的冻结温度时，或在AUS32还是冻结的时候。
[0074] 因此，对"AAUS"的需求比对"AUS32"的需求低得多。可以估计，在冷启动之后，达到 对"AAUS"来说足够的温度的时间与达到对AUS32来说足够的温度的时间之间的延迟是大约 7分钟。考虑厶1^32或141^"的0.151/1001〇11的消耗（对应于15000公里消耗22.5升）和在 15000公里期间的500次冷启动，与冷启动相关的"AAUS"的消耗为大约5升。因此，为了满足 冷启动和在非常冷的条件下要行驶的额外距离的需求，7.5升的"AAUS"容量看起来是合理 的。
[0075] 还可以将"AAUS"的存储体积集成在AUS32占据的体积中，以便提供额外的安全性： 倘若有事故或泄露，系统被设计为使得泄露的"AAUS"将与AUS32混合。这将进一步稀释氨并 减小相应的蒸气压强。例如，系数为3的稀释将使氨在20°C的蒸气分压从0.38bar降低到 0.08bar;即使在60°C下，该被稀释的溶液的氨的蒸气分压将为大约0.4bar并且总的蒸气压 为大约0.6bar。该保护可以例如通过将存储系统设计为以使得AUS32的体积部分或完全地 围绕"AAUS"的体积来实现。并且，控制系统能够确保剩余的"AAUS"的体积不超过总体积 ("AAUS"和AUS32的组合）的给定比值，例如1/3;这可以通过只要比值接近其极限数值就强 制消耗"AAUS"来实现。
[0076] 还可以通过选择包含更少量的氨的"AAUS"来作为额外的安全性措施。这还允许降 低输配网络的物流和存储成本。例如，至少在美国，由于EPA对高于20%的溶液的特殊要求， 氨水平低于20 %的溶液在该方面成本更低。
[0077]要指出的是，"AAUS"还可以在低温下用例如尿素酶的生物催化剂从AUS32的转化 获得。转化单元以及产物缓冲件(buffer for the effluent)可以被集成在AUS32储箱中， 其中所述缓冲件用作AAUS存储体积。
[0078] 在以下所述例子中，耗氨单元是SCR系统的注射器。当然，在其他应用中，耗氨单元 可以是燃料电池或内燃机。
[0079] 实施例1
[0080] 图1是一个符合本发明的第一具体实施例的液体供给系统的示意图。
[0081] 如在图1的例子中所示，该系统包括：
[0082] -用于存储氨前体溶液的容器(即储箱)1;
[0083]-用于存储氨水溶液的单元2;以及
[0084] -用于将氨水溶液供给到耗氨单元(例如SCR系统的注射器，未示出）的栗6。
[0085] 在图1的例子中，单元2设有用于分解存储在储箱1中的一部分氨前体溶液的装置。 该单元2在下文中被称为"分解和存储单元"。
[0086] 在一个具体实施例中，储箱1存储尿素水溶液，例如AdBlue?溶液（商业尿素溶 液)。
[0087] 在图1的例子中，分解和存储单元2包括生物剂3(即蛋白质成分或蛋白质序列）。该 生物剂3适于分解存储在储箱1中的尿素。更确切地说，生物剂3适于将尿素转化为氨水溶液 (以下称为氨水）。例如，酶(例如尿素酶)可用于分解尿素。当然，其他合适的蛋白质序列可 以被使用。有利地，生物剂3(例如尿素酶)被固定在支撑件上。例如，该支撑件可以是天然或 合成的有机聚合物或无机材料(例如多孔二氧化硅、粘土、活性炭）。该支撑件可以呈粒料或 树脂层或膜的形式。
[0088] 如所示出地，分解和存储单元2包括适于热激活酶3的加热器4。有利地，加热器4也 可用于使尿素溶液解冻(例如用于低温下的车辆点火(key on) -一即发动机启动）。
[0089] 栗6配置为经由供给管线5将尿素或氨水运输到注射器(未示出）。该注射器将尿素 或氨水注入到排放气体中以去除NOx。在图1的例子中，栗6与位于分解和存储单元2内的第 一抽吸点SP1和位于储箱1内部的第二抽吸点SP2连接。有利地，该栗经由三通阀7与第一和 第二抽吸点连接。
[0090] 例如，在寒冷条件下，如果在车辆启动时尿素溶液因为冻结而不可用（即没有足够 的处于液态的尿素)或如果想要很早地在排放管还相对冷的时候计量供给还原剂，那么三 通阀7就切换为使得栗6与第一抽吸点SP1之间的连接打开并且栗6与第二抽吸点SP2之间的 连接关闭。在该配置下，栗6用于以所要求的压强栗送存储在分解和存储单元2中的氨水。氨 水由此被注入到排放气体中。例如，当将氨水计量供给到排放气体中时，可以启动位于储箱 1内的特定加热器(未示出）以使尿素溶液解冻。当尿素溶液(在解冻之后)变得可用时，三通 阀7切换为使得栗6与第二抽吸点SP2之间的连接打开并且栗6与第一抽吸点SP1之间的连接 关闭。
[0091] 另一方面，如果在车辆启动时尿素溶液可用并且如果排放温度已经相对高，例如 高于180°C，那么三通阀7就切换为使得栗6与第二抽吸点SP2之间的连接打开并且栗6与第 一抽吸点SP1之间的连接关闭。在该配置下，栗6用于以所要求的压强栗送存储在储箱1中的 尿素溶液。尿素溶液由此被注入排放气体中。
[0092]在运行结束时，当车辆停止时，三通阀7被切换回来以使得栗6与第一抽吸点SP1之 间的连接打开并且栗6与第二抽吸点SP2之间的连接关闭；因此，氨水被引入到连至排放管 的管线中。
[0093] 在图1中示出的具体实施例中，分解和存储单元2包括入口 8，尿素溶液能够通过该 入口进入。由此，可以自动地向分解和存储单元2再充装尿素溶液来生产氨水。
[0094] 有利地，入口 8可以包括配置为阻止所生产的氨水流回到储箱1中的止回阀（未示 出）。
[0095] 在一个具体实施例中，系统可以配备有用于允许生物剂3更新的端口（即通道）。
[0096] 在一个具体实施例中，分解和存储单元2是以密封的方式被安装在储箱1的底部的 模块。有利地，该模块包括允许该模块容易地被插到储箱1和从储箱1上拔下的连接装置。例 如，可以用凸轮锁系统或梅森罐(mason jar)系统来达到该目的。
[0097] 在另一实施例中，其上固定有生物剂3的支撑件可以被插到储箱1和/或从储箱1上 拔下。
[0098] 有利地，分解和存储单元2可以被热隔离或被相变材料(PCM)围绕，或可以包含PCM 材料，以使得存在于单元2中的氨前体溶液在发动机停止时在车辆休止的同时继续被分解， 使得氨水将可用于发动机的下一次启动。
[0099] 实施例2
[0100] 图2是一个符合本发明的第二具体实施例的液体供给系统的示意图。
[0101] 在图2的例子中示出的系统由AUS32的储箱1构成;该储箱配备有现有技术已知的、 没有在该图中示出的传统充装和排放系统。
[0102] 四个专用于"AAUS"的储箱2a、2b、2c、2d被集成在AUS32储箱1中；这些储箱2a、2b、 2c、2d设计为抵抗"AAUS"的蒸气压强;这些储箱2a、2b、2c、2d在其上部分和其下部分相互连 接(为了附图清晰没有完全示出下部的相互连接），以构成单一存储体积并允许液体和蒸气 的传输。由这些储箱2a、2b、2c、2d构成的存储体积还配置有特有的充装界面21，该界面组合 了液体供给和蒸气回收管线，允许操作员（即使用者)不暴露于氨蒸气下;这两条管线可以 都集成在单一界面(未示出）中，这种单一界面已知地用于供给气态流体和有毒流体。
[0103] 该四个"AAUS"储箱2a、2b、2c、2d被浸没在AUS32中，使得"AAUS"倘若泄露则将与 AUS32混合，显著地减小氨的分压。这四个储箱还配备有过压释放阀门（0PR)和欠压释放阀 门（UPR)，倘若过压则0PR将排走AUS3 2中的一些"AAUS"，而倘若真空则UPR将抽吸蒸气。该 UPR可以被校准为在"AAUS"存储体积中保持一些真空，使得倘若在"AAUS"存储体积的蒸气 穹顶中出现泄漏，没有氨蒸气逃脱;例如，UPR可以被设计为仅当"AAUS"存储蒸气穹顶中的 压强比AUS32蒸气穹顶中的压强低0.5bar时才打开。
[0104] 像传统AUS32系统一样地，AUS32储箱1配备有栗6以便将流体送向注射器和排放 管。然而，可以在阀门VI打开时向栗6供给"AAUS"或（当阀门V2打开时）向栗6供给AUS32。阀 门 ￥1和￥2实际上可以被三通阀（这里未示出）替代或共用致动器。从栗6出来的一部分流量 不去往注射器，而是被改向为要么（通过阀门V3)去往"AAUS"存储体积、要么（通过阀门V4) 去往AUS32存储体积。
[0105] 像传统AUS32系统一样地，AUS32储箱1配备有加热器4,但对于同样的除冰性能，该 加热器4可以比在传统AUS32储箱上的加热器小得多：当在寒冷条件下以"AAUS"运行时，阀 门V3将是打开的，并且阀门V5也可以打开，以便通过解冻管线一些"AAUS"与AUS32混合，解 冻管线可以配备有经校准的开孔(未示出）；该"AAUS"的部分解冻流量被引向加热器的附近 以便被加热并在与包含在AUS32储箱中的冻结的AUS32接触时具有额外的解冻能力；当车辆 处于运动中时流体的晃动与来自于解冻线的上部分的"AAUS"流或喷雾一起确保AUS32逐渐 解冻。
[0106] 与传统AUS32系统相反地，从储箱到注射器的管线不需要被加热，这是因为系统在 温度过低并可能导致AUS32冻结时以"AAUS"来运行。
[0107] 尽管存在呈"AAUS"形式的氨，但是由于"AAUS"存储体积嵌在AUS32存储体积内而 构成的双重包容效应，存储系统相当安全。
[0108] 有利地，可以部署消耗/再充装策略，以避免最为严重的情况。实际上，对泄露产生 的影响的分析显示出2种类型的情况是严重的。一方面，当AUS32存储体积几乎空了的时候， 倘若"AAUS"通过裂缝流入AUS32存储体积，在AUS32存储体积的蒸气穹顶中会出现相对高的 氨的分压，尤其是如果"AAUS"体积还几乎是满的。另一方面，当AUS32存储体积几乎是满的 而"AAUS"存储体积几乎空了的时候，"AAUS"存储体积的蒸气穹顶中的裂缝可能导致处于高 分压的大体积的氨传输到AUS32存储体积的减小的蒸气穹顶中，并从该处传输到外部。将 "AAUS"量保持在AUS32量的给定比值（比如说在1/10至2/3之间、理想地在1/4至1/2之间）内 的策略能够确保泄露不会导致有害生命或健康的情况;例如，可以部署策略以使得倘若系 统发生泄露情况则将NH3ppm水平维持在30ppm以下、甚至lOppm以下。该策略在于，只要 "AAUS"体积趋向于变得相对于AUS32体积过大，就强制消耗"AAUS"，并相反地，如果"AAUS" 的体积正变得过低就避免消耗"AAUS"。并且，再充装AUS32或"AAUS"的请求可以由控制单元 来生成或甚至强制执行，但这会是非常例外的，这是因为系统的务实的策略和设计能够将 比值维持在合适的范围内。
[0109] 在一个具体实施例中，图2的液体供给系统的运行（即工作）可以被控制器（未示 出）管理。
[0110] 例如，当车辆启动时，在点火之后的一定延迟之后，VI和V3打开，V2、V4和V5关闭， 并且栗被启动以使得SCR系统以"AAUS"模式运行。
[0111] 当由传感器测量或从模型推导出的排放管中的温度足够高（比如说120°C)时，或 当该温度足够高并且超过自点火起的给定延迟时，启动注射。
[0112] 当排放管中的温度达到第二阈值（比如说180°C)并且外部温度（由未示出的另一 传感器测量)高于第三阈值（比如说-5°C)时，并且如果"AAUS"的可用体积不超过可用总体 积（"AAUS" +AUS32)(由位于"AAUS"和AUS32存储体积中并且未在该图中示出的测量计测量） 的极限比例（比如说33%)，通过关闭VI并打开V2、并且在一定的短暂延迟后关闭V3并打开 V4而将SCR系统从"AAUS"模式切换到AUS32模式。
[0113] 在运行期间，如果外部温度下降到第四阈值（比如说-5°C)以下，和/或AUS32溶液 的温度（由AUS32存储体积内的温度传感器测量)下降到第五阈值（比如说-5°C)以下，或如 果"AAUS"的可用体积开始超过可用总体积（"AAUS"+AUS32)的极限比例（比如说33% )，模式 可以从AUS32模式切回"AAUS"模式。这是通过打开VI并关闭V2、并且在一定延迟后（以避免 "AAUS"存储体积被AUS32污染)打开V3并关闭V4来实现的。
[0114] 如果温度在运行期间再次上升，根据外部温度和AUS32溶液的温度的阈值以及分 别的"AAUS"体积与总体积（"AAUS" +AUS32)的比值，可以通过关闭VI并打开V2、并且在一定 的短暂延迟之后关闭V3并打开V4而将模式从"AAUS"模式切换到AUS32模式。
[0115] 在以"AAUS"模式运行时，可以基于外部温度、AUS32温度、"AAUS"和AUS32的可用体 积（由位于"AAUS"和AUS32存储体积中的并且未在该图中示出的测量计测量)等条件以及对 已经注入到AUS32存储体积中的"AAUS"的量和AUS32中相关的氨浓度的估计而将SCR系统切 换到"AAUS-解冻"模式。这是通过打开V5并启动加热器(如果还没有像对于传统AUS32控制 系统一样地基于相同基础而进行)来实现的。启动"AAUS-解冻"模式的条件可以是"AAUS"可 用体积处于给定的绝对范围（比如说1至7.5升）和相对范围（比如说总可用体积一一即 "AAUS" +AUS32的总体积--的15%至33% )内、外部温度处于给定范围（比如说-20°C至_5 °C )内和/或AUS32温度也处于给定范围（比如说-20°C至-5°C)内以及所估计的AUS32中的氨 浓度不超过阈值。借助于计时器来估计注入到AUS32存储体积中的"AAUS"的量，并且基于 "AAUS"的添加和"AAUS" -AUS32混合物的消耗的模型来估计氨的浓度。替代地或补充地，可 以通过置于AUS32存储体积中的传感器(未示出）来测量注入到AUS32存储中的"AAUS"的量， 传感器例如是测量导电性的传感器，这是因为所获得的混合物的导电性对氨的量非常敏 感。
[0116] 在以"AAUS-解冻"模式运行时，如果不再满足允许该模式的条件或基于另一组条 件/参数，SCR系统可以被切换到"AAUS"模式。
[0117] 只要剩余"AAUS"体积下降到阈值以下，控制系统（未示出）就可以启动警告程序， 来提示"AAUS"存储体积的再充装;可能地，如果液位变得过于危险，车辆可以被切换到降级 的运行模式。
[0118] 在熄火(key-off)时，如果SCR系统处于AUS32模式，或如果该系统处于"AAUS"或 "AAUS-解冻"模式并且如果这后两个模式被启动的时间还短，以与在传统AUS32系统上类似 的方式对从栗到注射器的管线进行净化：阀门VI关闭，V2打开，V3、V4和V5关闭，并且以反向 模式启动栗以便抽吸该管线的内容物并将其送回到AUS32存储体积。由于"AAUS"不会冻结， 如果该管线完全被"AAUS"充装，则该净化不被启动；这样能节省一些"AAUS"。该管线被 "AAUS"的充装是基于自启动"AAUS"或"AAUS-解冻"模式起所注射的量和管线的体积来建模 的。
[0119] 实施例3
[0120] 图3是一个符合本发明的第三具体实施例的液体供给系统的示意图。
[0121]在图3的例子中示出的系统由AUS32的储箱1构成;该储箱1配备有现有技术已知的 并且不在该图中示出的传统的充装和排放系统。
[0122] 五个专用于"AAUS"的储箱2a、2b、2c、2d、2e集成在AUS32储箱1中。第五"AAUS"储箱 2e具有柔性壁并配置为用于保护构件免受由在AUS32冻结时发生的冰膨胀导致的压缩。
[0123] 像传统AUS32系统一样地，AUS32储箱配备有AUS32栗7以便将流体送向注射器和排 放管。然而，第二栗8专用于"AAUS"。当需要将"AAUS"提供给注射器时，AAUS栗8被启动，同时 打开止回阀CV2和CV3但不打开CV1 (这是因为该阀门在比CV2更大的压强下打开)并且AUS32 栗7被停止;该栗7在其不被启动时不允许反向流。当需要将AUS32提供给注射器时，AAUS栗8 被停止，并且AUS32栗7被启动;CV1打开，这是因为由AUS32栗输出的压强是足够的，而CV2和 CV3则保持关闭。在一个具体实施例中，仅AUS32栗7能够以反向模式被启动以进行净化;在 该情况下，AUS32栗抽吸连至注射器的管线的内容物并将其送回到AUS32储箱;CV1和CV2关 闭，并且CV3也保持关闭，这是因为由AUS32栗导致的真空不足以打开该阀门。
[0124] AAUS栗8可以被任何能够对"AAUS"加压并传输的设备替代。
[0125] 像传统AUS32系统一样地，AUS32储箱配备有加热器4,但对于相同的除冰性能，该 加热器可以比在传统AUS32储箱上的加热器小得多：在以寒冷条件下的"AAUS"运行时， AUS32栗可以以慢的反向模式被启动，以便将一些"AAUS"送到AUS32储箱的加热器的附近， 以使其被加热并在与包含在AUS32储箱中的冻结的AUS32接触时具有额外的解冻能力;流体 在车辆处于运动时的晃动确保AUS32逐渐解冻。
[0126] 与传统AUS32系统相反地，从储箱到注射器的管线不需要被加热，这是因为当温度 太低并可能导致AUS32冻结时系统以"AAUS"运行。
[0127] 在一个具体实施例中，图3的液体供给系统的运行（即工作）可以由控制器（未示 出）管理。
[0128] 例如，当车辆被启动时，在点火后的一定延迟之后，AAUS栗被启动，同时保持AUS32 栗停止，使得SCR系统以"AAUS"模式运行。
[0129] 当由传感器测量的或从模型推导出的排放管中的温度足够高（比如说120°C)时， 或当该温度足够高并且超过自点火起的给定延迟时，启动注射。
[0130] 当排放管中的温度达到第二阈值（比如说180°C)并且外部温度（由未示出的另一 传感器测量)高于第三阈值（比如说-5°C)时，并且如果"AAUS"的可用体积不超过可用总体 积（"AAUS"+AUS32)(由处于"AAUS"和AUS32存储体积中的并且未在图中示出的测量计测量） 的极限比例（比如说33% )，通过停止AAUS供给系统并启动AUS32栗将SCR系统从"AAUS"模式 切换到AUS32模式。
[0131 ] 在运行期间，如果外部温度下降到第四阈值（比如说-5°C )以下，和/或AUS32溶液 的温度（由AUS32存储体积内的温度传感器测量)下降到第五阈值（比如说-5°C)以下，或如 果"AAUS"的可用体积开始超过可用总体积（"AAUS"+AUS32)的极限比例（比如说33% )，模式 可以从AUS32模式切回"AAUS"模式。这是通过停止AUS32栗并启动AAUS供给系统来实现的。
[0132] 如果温度在运行期间再次上升，根据外部温度和AUS32溶液温度的阈值以及分别 的"AAUS"体积与总体积（"AAUS"+AUS32)的比值，可以通过停止AAUS供给系统并启动AUS32 栗来将模式从"AAUS"模式切换到AUS32模式。
[0133] 在以"AAUS"模式运行时，可以基于外部温度、AUS32温度、"AAUS"和AUS32的可用体 积（由处于"AAUS"和AUS32存储体积中的并且未在该图中示出的测量计测量)等条件以及对 已经注入AUS32存储体积中的"AAUS"的量和AUS32中相关的氨浓度的估计而将SCR系统切换 到"AAUS-解冻"模式。这是通过启动加热器(如果还没有像对于传统AUS32控制系统一样地 基于相同基础而进行)并以慢的反向模式启动AUS32栗来实现的。启动"AAUS-解冻"模式的 条件可以是"AAUS"可用体积处于给定的绝对范围（比如说1至7.5升)和相对范围（比如说总 可用体积一一即"AAUS"+AUS32的总体积一一的15%至33% )内、外部温度处于给定范围（比 如说-20°C至_5°C)内和/或AUS32温度也处于给定范围（比如说-20°C至_5°C)内以及所估计 的AUS32中的氨浓度不超过阈值。借助于计时器来估计注入到AUS32存储体积中的"AAUS"的 量，并且基于"AAUS"添加模型和注射器、AUS32栗以及AAUS供给系统的参数来估计氨的浓 度。替代地或补充地，可以通过布置在AUS32存储体积中的传感器(未示出）来测量注入到 AUS32存储中的"AAUS"的量，传感器例如是测量导电性的传感器，这是因为所导致的混合物 的导电性对氨的量非常敏感。
[0134] 在以"AAUS-解冻"模式运行时，如果不再满足允许该模式的条件或基于另一组条 件/参数，SCR系统可以被切换到"AAUS"模式。
[0135] 只要剩余"AAUS"体积下降到阈值以下，控制系统（未示出）就可以启动警告程序， 来提示"AAUS"存储体积的再充装;可能地，如果液位变得过于危险，车辆可以被切换到降级 的运行模式。
[0136] 在熄火时，如果SCR系统处于AUS32模式，或如果该系统处于"AAUS"或"AAUS-解冻" 模式并且如果这后两个模式被启动的时间还短，如下地对从栗到注射器的管线进行净化： AAUS供给系统停止并且以反向模式启动AUS32栗来抽吸该管线的内容物并将其送回到 AUS32存储体积。由于"AAUS"不会冻结，如果该管线完全被"AAUS"充装，则该净化不被启动； 这样能节省一些"AAUS"。该管线被"AAUS"的充装是基于自启动"AAUS"或"AAUS-解冻"模式 起所注射的量和管线的体积来建模的。
【主权项】
1. 一种用于至少一个安装在车辆上的耗氨单元的液体供给系统，所述液体供给系统包 括： -用于存储氨前体溶液的容器； -至少一个用于存储在水中包含重量占比至少为0.2 %的氨的氨水溶液的单元； -用于将所述氨水溶液供给到所述耗氨单元的装置。2. 如权利要求1所述的液体供给系统，其中所述液体供给系统包括用于将所述氨前体 溶液供给到所述耗氨单元的装置。3. 如权利要求1或2所述的液体供给系统，其中所述氨水溶液包含尿素水溶液或尿素水 溶液的残余。4. 如权利要求1至3中任一项所述的液体供给系统，其中所述氨水溶液包含二氧化碳或 二氧化碳衍生物。5. 如权利要求3和4所述的液体供给系统，其中所述氨水溶液是包含氢氧化铵、氨前体 残余、二氧化碳和/或二氧化碳衍生物的产物混合物。6. 如权利要求5所述的液体供给系统，其中所述液体供给系统包括用于获得所述产物 混合物的装置，所述产物混合物是通过例如借助于至少一种酶、例如尿素酶来分解存储在 所述容器中的一部分氨前体溶液获得的。7. 如权利要求1至5中任一项所述的液体供给系统，其中所述单元包括至少一个与充装 管流体联通的再充装端口。8. 如权利要求1至7中任一项所述的液体供给系统，其中所述单元包括至少一个与排放 回路流体联通的排放端口。9. 如权利要求8所述的液体供给系统，其中所述排放回路包括以下元件中的至少一个： 过压释放阀门和欠压释放阀门。10. 如权利要求1至9中任一项所述的液体供给系统，其中所述液体供给系统包括至少 一条配置为将所述氨水溶液从所述单元运输到所述容器内部的管线，以及用于将所述氨水 溶液计量供给到所述至少一条管线中的可控装置。11. 如权利要求1至10中任一项所述的液体供给系统，其中所述单元至少部分地位于所 述容器内部和/或所述容器的壁上。12. 如前一权利要求所述的液体供给系统，其中所述单元完全位于所述容器内部。13. 如权利要求1至12中任一项所述的液体供给系统，其中所述单元的至少一部分是柔 性的，例如所述单元的所述至少一部分由例如聚乙烯的聚合物制成。14. 如权利要求1至13中任一项所述的液体供给系统，其中所述液体供给系统包括用于 确定存储在所述单元中的氨水溶液的体积和存储在所述容器中的氨前体溶液的体积的装 置。15. 如前一权利要求所述的液体供给系统，其中所述液体供给系统包括用于根据所确 定的氨水溶液体积与所确定的氨前体溶液体积的比值来启动/停止所述供给所述氨水溶液 的装置的启动/停止装置。
【文档编号】F01N3/20GK105874177SQ201480048578
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2014年9月4日
【发明人】J·J·范夏夫汀根, 弗朗索瓦·道尼尔, 皮埃尔·德曼, 比瑞兹·曼戈-波尼尼
【申请人】全耐塑料高级创新研究公司