用于車輛中的液體供給系統的制作方法

用于車輛中的液體供給系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于至少一個安裝在車輛上的耗氨單元的液體供給系統，該液體供給系統包括：用于存儲氨前體溶液的容器(1)；至少一個用于存儲在水中包含在重量占比至少為0.2％的氨的氨水溶液的單元(2)；用于將所述氨水溶液供給到所述耗氨單元的裝置(6)。
【專利說明】
用于車輛中的液體供給系統
技術領域
[0001] 本發明涉及一種用于車輛中的液體供給系統。特別地，本發明涉及一種用于將液 態氨供給到安裝在車輛上的耗氨單元的液體供給系統。例如，該耗氨單元可以是需要氨的 化學方法，例如需要氨來進行N0X還原的排放系統。該耗氨單元也可以是燃料電池系統或內 燃機。
【背景技術】
[0002] 在許多移動應用中、尤其是在車輛中，唯一可用的技術是使用氨前體、例如尿素水 溶液，這是因為與液態氨運輸相關的潛在危害或安全問題由此被消除。然而，存在數個與使 用尿素水溶液相關的缺點。
[0003] 現在將描述這些缺點的其中一些，特別是有關用于車輛的SCR( Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原）系統的缺點，其中，尿素水溶液被注入到排放管 中。
[0004] -般性地，SCR系統使用尿素水溶液，尤其是在水中包含32.5重量百分比的尿素的 共晶溶液，該溶液經常被稱為AUS32。
[0005] -般性地，該尿素溶液被存儲在安裝在車輛上的容器中。該尿素溶液被注入到排 放管線中，且氣態氨來自于所注射的尿素溶液的高溫(熱)分解。在冷啟動的情況下，要求能 夠在自發動機啟動起的預定時長結束時運行SCR系統，該預定時長取決于環境溫度。在凍結 條件下一般用加熱設備來液化凍結的尿素溶液。然而，即使這樣做，也需要經過一定時間來 解凍足夠的尿素溶液并將其注入到排放管線。另一方面，為了避免在排放管中的沉積并確 保所要求的化學反應，在排放氣體使排放管的溫度升高到足夠的溫度(一般在180 °C至200 °(：的范圍內）之前尿素水溶液不可以被注入到排放管中。因此，控制系統被設計為避免在排 放管太冷的時候過早注射尿素溶液，該過早的注射導致在車輛啟動后的前數公里中相對差 的NOx還原性能。在某些認證條件下也遇到這樣的情況。
[0006] 鑒于上述缺點，存在對改進的且安全的用于尤其在冷啟動時足夠快速地供給液態 氨的系統的需求。

【發明內容】

[0007] 本發明的一個目的在于通過提出一種用于至少一個安裝在車輛上的耗氨單元的 液體供給系統來解決上述問題，該液體供給系統包括：
[0008] -用于存儲氨前體溶液的容器；
[0009] -至少一個用于存儲在水中包含重量占比至少為0.2%的氨的氨水溶液(aqueous ammonia solution)的單元；
[0010] -用于將所述氨水溶液供給到所述耗氨單元的裝置。
[0011] 符合本發明的液體供給系統配置為用于提供（即供給)氨水溶液，該氨水溶液用于 一個或數個車載耗氨單元中或被一個或數個車載耗氨單元所用，其中所述車載耗氨單元例 如為排放管線、燃機或燃料電池。
[0012 ]使用氨水溶液的優點在于，氨水溶液在氨前體溶液不可用(一般因為該溶液凍結） 的溫度下仍是可用且具有活性的（即隨時可被供給到耗氨單元）。
[0013] 在SCR系統的具體情況中，由于不再需要在排放管中進行氨前體的水解步驟，將氨 水溶液而不是氨前體溶液注入排放管中是有利的。這樣排放管中就可以采用更緊湊的設 計:省略水解催化劑、縮短從注射點到SCR催化劑的距離。通過在計量供給到排放管中之前 去除部分的水來提高氨水溶液的濃度，從而可以進一步改善反應性。
[0014] 在一個有利的實施例中，該液體供給系統包括用于將所述氨前體溶液供給到所述 耗氨單元的供給裝置。
[0015] 因此，提出了一種雙重液體供給系統，該系統結合使用氨水溶液和氨前體溶液。
[0016] 根據本發明的一個具體實施例，氨水溶液和氨前體溶液可以以交替的方式（即一 次供給一種溶液地)被提供(即供給)給耗氨單元。
[0017] 例如，在SCR系統的具體情況中，當容器中沒有可用的氨前體溶液(一般或因為所 述容器是空的、或因為氨前體溶液凍結、或因為將容器一一即尿素儲箱一一連接到排放管 的管線太冷從而將氨前體溶液引入到該管線中會導致凍結）的時候，可以發生將氨水溶液 供給到注射器。在另一實施例中，在最終切換到氨前體溶液之前，氨水溶液可以在發動機啟 動后首先被供給到注射器，以使得NOx還原能夠比用氨前體溶液更早地發生。在另一實施例 中，氨水溶液在發動機停止時被引入將容器（即尿素儲箱)連接到排放管的管線中，以避免 當該管線充裝有氨前體溶液時該管線的內容物凍結。當然，為以上實施例列出的優點可以 被組合。
[0018] 根據另一具體實施例，氨水溶液和氨前體溶液可以兩者并行地(即同時地)被供給 到耗氨單元。例如，在SCR系統的具體情況中，在包含氨前體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體溶液被計量供給的同時被計量供給到排放氣體 中，以便在確保足夠地去除NOx的同時減小剩余氨前體溶液的消耗。
[0019] 在一個具體實施例中，當排放氣體已經將排放管的溫度提高到預定溫度(例如150 °c)后，開始氨水溶液的計量供給。
[0020] 如上所述，氨水溶液可以在發動機啟動后首先被供給。在該具體實施例中，氨水溶 液被用作啟動氨源。因此，能夠縮短SCR功能的啟動時間，尤其是在寒冷條件下，這是因為有 足夠量的已經可用的氨水溶液（即以液態存儲在單元中的氨水溶液)或簡單地因為氨水溶 液能夠以比氨前體溶液更低的溫度被引入到排放管中。換句話說，在該具體實施例中，包含 氨水溶液的單元可以被用作啟動單元。
[0021] 在另一具體實施例中，包含氨水溶液的單元可以被用作備用單元。
[0022]在第一具體實施例中，用于供給氨水溶液的裝置和用于供給氨前體溶液的裝置可 以是不同的。例如，系統可以包括用于供給氨水溶液的第一栗和用于供給氨前體溶液的第 二栗。在第二具體實施例中，系統可以包括用于供給氨水溶液和氨前體溶液兩者的單一的 栗。
[0023] 有利地，用于供給氨水溶液的裝置和用于供給氨前體溶液的裝置是可控的，以便 將足夠量的溶液供給到耗氨單元。
[0024] 符合本發明的氨前體溶液在水中包含重量比小于0.2 %的氨。
[0025] 在一個具體實施例中，氨前體溶液是尿素水溶液。
[0026] 術語"尿素溶液"被理解為指的是任何包含尿素的溶液，該溶液一般為水溶液。本 發明在使用共晶水/尿素溶液時給出良好的結果，對于共晶水/尿素溶液存在質量標準:例 如，根據標準IS0 22241，在AdBiue_?溶液(商業尿素溶液)的情況下，尿素含量(重量比)在 31.8%至33.2%之間（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 間。本發明在共晶水/尿素溶液的情況下特別有利，共晶水/尿素溶液在加油站是廣為提供 的。
[0027]要指出的是，對于氨前體、尤其是對于AdB丨ue?溶液(商業尿素溶液），存在為人 所熟知的再充裝標準和系統。氨前體溶液的存儲容器的再充裝是很簡單的。例如，這可以通 過使用可用的標準設計噴嘴和/或帶有專用界面的瓶子來實現。AdB】ue? (商業尿素溶液） 機動車流體目前在眾多零售站隨時可獲得。
[0028] 為了說明清楚，縮寫"AUS32"在下文中將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] 符合本發明的氨水溶液在水中包含在重量比至少為0.2 %的氨。符合本發明的氨 水溶液可以包含尿素水溶液或尿素水溶液的殘余，或二氧化碳或二氧化碳衍生物，或可能 存在的這些物質的組合。
[0030] 為了說明清楚，縮寫"AAUS"在下文中將被用于指代符合本發明的氨水溶液。例如， 將包含重量比為22 %的氨和重量比為0 %的尿素的氨水溶液稱為AAUS22-0。在另一例子中， 將包含重量比19%的氨和重量比為4%的尿素的氨水溶液稱為AAUS19-4。
[0031] 在一個具體實施例中，符合本發明的氨水溶液是包含氫氧化銨（其一部分是已電 離的）、氨前體殘余(即氨前體的還沒有分解的部分）以及可能存在的其他產物(例如碳酸氫 銨)的產物(effluents)混合物。該產物混合物在下文中也被稱為"氨水"。
[0032] 在一個具體實施例中，本發明的液體供給系統包括用于獲得所述產物混合物的裝 置，所述產物混合物是通過例如借助于至少一種酶(例如尿素酶)或可選地借助于熱分解來 分解存儲在容器中的一部分氨前體溶液獲得的。
[0033] 因此，提出了自動原位地將氨前體溶液轉化(分解)為氨水溶液。換句話說，提出將 第一流體類型還原劑(例如AdBhje?)轉化為第二流體類型還原劑。該轉化在車輛上發生。 沒有使用外部氨水源，并且無需人工拆卸操作來對其中存儲氨水的單元進行再充裝。因此， 符合本發明的氨水溶液(例如也以"氨水"知名的產物)的生產和使用是簡單且安全的。
[0034] 在一個優選實施例中，該用于獲得所述產物混合物（即氨水)的裝置的形式為生化 分解單元(即生物催化劑）。
[0035] 根據本發明的一個具體實施例，該生化分解單元包括至少一種適于分解氨前體溶 液的蛋白質成分。該生化分解單元可以存儲一種或數種催化化學反應的蛋白質成分。更準 確地說，在氨前體溶液是尿素的具體情況中，蛋白質成分適于催化尿素水解（即分解)為氨 水溶液。
[0036] 有利地，該生物催化分解在溫和的溫度條件下發生，并且產物保留在溶液中（即產 物），為車輛存儲提供了一種簡單的方式，并限制氨氣的生成。
[0037] 有利地，（存儲在生化分解單元中的）蛋白質成分包括至少一種酶。在一個優選實 施例中，分解單元可以存儲尿素酶。尿素酶可以以任何合適的方式被存儲。例如，在第一實 施例中，尿素酶可以被固化在不同的聚合物上或固化在樹脂的不同層中。在第二實施例中， 尿素酶可以被固定在膜上或固定在任何其他同等類型的支撐件上。有利地，在該具體實施 例中，生化分解單元配備有適于熱激活蛋白質成分的加熱器。該加熱器可為酶或蛋白質所 需的活性提供最優的溫度。例如，加熱器可以被配置為在分解單元內維持20°C至70°C的溫 度范圍。該溫度范圍是有利的，這是因為分解單元(或分解和存儲單元)可以由熱塑性材料 制成。有利地，分解單元(或分解和存儲單元)可以通過吹氣模制或注射模制來制成。
[0038] 在一個具體實施例中，加熱器是溫度被控制在預定范圍內的室；倘若該預定范圍 低于環境溫度，還在該加熱器內提供冷卻裝置。換句話說，加熱器可以要么被控制來提高該 室內的溫度，要么被控制來冷卻該室內的溫度。在一個具體實施例中，加熱器被配置為用于 在至少一個對應于在需要轉化時激活蛋白質的預定溫度范圍內、以及在至少另一個對應于 保存蛋白質成分以延長其壽命的預定溫度范圍內工作。
[0039] 在本發明的一個具體實施例中，加熱器可以包括阻抗式加熱元件。這些阻抗式加 熱元件可以是金屬加熱絲(線）、柔性加熱器（即包括一個或更多個固定到膜或布置在兩片 膜一一膜即兩個大致平的支撐件，其材料和厚度使其是柔性的一一之間的阻抗帶的加熱 器)或任何其他類型的具有適于被插入和/或環繞SCR系統構件的形狀、尺寸和柔性的阻抗 元件。PTC(Positive Temperature Coefficient，正溫度系數)元件更特別地適于加熱。
[0040] 在第一具體實施例中，用于存儲氨水溶液的單元與生化分解單元是分開的。在第 二具體實施例中，生化分解單元和用于存儲氨水溶液的單元構成唯一的分解和存儲單元、 即模塊。該模塊可以完全位于(存儲氨前體溶液的）容器內。在一個優選實施例中，該模塊包 括入口，氨前體溶液能夠通過該入口進入。
[0041] 在另一具體實施例中，所述單元包括至少一個與充裝管流體聯通的再充裝端口。 該充裝管可以與使用者能夠從車輛的外部通達的充裝界面協作。
[0042] 因此，使用者能夠手動地為單元再充裝氨水溶液。
[0043] 有利地，所述單元包括至少一個與排放回路流體聯通的排放端口。
[0044] 在該實施例的一個進一步實施中，該排放回路包括以下元件中的至少一個:過壓 釋放閥門（Over Pressure Relieve valve，簡稱0PR)和欠壓釋放閥門（Under Pressure Re 1 ieve va 1 ve，簡稱UPR)。欠壓釋放閥門例如被校準為用于在儲存氨水溶液的單元中（尤 其是其中的任何蒸氣穹頂中）保持欠壓。因此，系統的安全性被提高。實際上，過壓釋放閥門 (0PR)可以被設置為使得該閥門在過壓的情況下將AUS32中的一些AAUS排走。并且，欠壓釋 放閥門(UPR)可以被設置為使得該閥門在真空的情況下將蒸氣吸走。
[0045] 在另一實施例中，系統包括至少一條配置為將所述氨水溶液從所述單元運輸到容 器內部的管線，以及用于將所述氨水溶液計量供給(metering)到所述至少一條管線中的可 控裝置。
[0046] 該管線可以被用作"解凍管線"。更確切地說，尤其是在低溫下，當氨前體溶液是固 體時，氨水溶液(AAUS)可以被注入存儲氨前體溶液(AUS32)的容器中，并由此被用于解凍固 態的氨前體溶液。
[0047] 有利地，包含氨水溶液的單元至少部分地位于包含氨前體溶液的容器內和/或包 含氨前體溶液的容器的壁上。
[0048] 根據本發明的一個優選實施例，所述單元完全位于包含氨前體溶液的容器內。
[0049] 因此，系統的安全性被提高，這是因為如果發生氨水溶液的泄露，氨水溶液會被困 在包含氨前體(例如尿素)的容器中。
[0050] 有利地，所述單元的至少一部分是柔性的，例如所述單元的所述至少一部分由聚 合物(例如聚乙烯)制成。
[0051] 用于存儲氨水溶液的單元由壁限定。這些壁中的至少一個可以是柔性的。該柔性 壁可以例如通過使用具有合適厚度的惰性聚合物來實現。合適的例子包括聚烯烴，例如聚 乙烯(單體或共聚物，例如高密度聚乙烯HDPE)，聚丙烯，鹵化乙烯基聚合物、例如聚氯乙烯 (PVC)和聚偏氟乙烯(PVDE)。該柔性壁在低溫下和高溫下都是有益的。在低溫下，在氨前體 溶液凍結并隨之膨脹的條件下，柔性壁能夠變形以便為氨前體溶液提供更大的空間。由此， 能夠至少部分地避免容器的開裂和/或容器內的構件(例如計量供給單元）的損壞。在高溫 下，在氨具有高蒸氣壓強的條件下，例如高于室內溫度，柔性部分能夠變形以便為氨蒸氣提 供更大的空間。
[0052] 用于氨水溶液的可變形單元還提供額外的優點：由于體積是可變的，氨水溶液上 方的蒸氣量能夠被減小到最小。此外，當單元至少部分地位于容器中時，沒有被(存儲氨水 溶液的）單元使用的空間能夠被重新利用，用于存儲更多的氨前體溶液。這在氨水溶液（即 氨水)是通過氨前體溶液的分解在車上生產的時候是特別有用的：被分解的氨前體溶液的 空間能夠大多被重新利用以便存儲由該分解產生的氨水。
[0053] 根據另一實施例，系統包括用于確定存儲在所述單元中的氨水溶液的體積和存儲 在容器中的氨前體溶液的體積的裝置。該用于確定體積的裝置例如是傳感器，比如液位傳 感器。
[0054]在本發明的另一實施例中，系統包括用于根據所確定的氨水溶液體積與所確定的 氨前體溶液體積的比值來啟動/停止所述供給所述氨水溶液的裝置的啟動/停止裝置。
【附圖說明】
[0055]本發明通過以下依靠圖1至圖3的例子以非限制的方式被示出。在這些附圖中，相 同或相似的設備具有相同的附圖標記。
【具體實施方式】
[0056]本發明涉及在靜態和移動應用中將"AAUS"和"AUS"組合地用于SCR或用于其他需 要氨或氨前體的應用，例如燃料電池或作為燃料添加劑的使用。
[0057] 縮寫"AAUS"指的是：
[0058]-包含重量比至少為0 · 2 %的氨的氨水-尿素溶液（Aqueous Ammonia-Urea Solutions)
[0059] -任何包含至少10%的如上文所定義的氨水/尿素溶液(49116〇118 4111111〇11丨3/11^3 Solutions)的產品。
[0060] 因此氨水-尿素溶液和氨水溶液兩者都包括在縮寫"AAUS"之下。AUS、尤其是AUS32 轉化為氨的產物也被包括在縮寫"AAUS"之下，只要氨是例如使用生物催化劑在低溫下（比 如說〈100 °C)生成的。在一個具體實施例中，AUS轉化的產物可以進一步被分離以去除C02或 C02衍生物和/或水。例如，這可以通過濃縮設備來實現。例如，可以用膜從AUS轉化的產物中 分離水。
[0061 ] 類似地，將用"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%的該溶液的產品。
[0062]組合使用所指的是使用至少兩個存儲體積或至少兩個流，其中至少一個專用于 "AAUS" ；可以順序地或同時地使用該兩個存儲體積或流。
[0063] 該配置能夠繞開AUS32的上述缺陷：
[0064] -"AAUS"可以包含低水平的尿素，并因此能夠在比AUS32更低的溫度下被注入到排 放管中而不產生沉積。例如，可以將稱為AAUS22-0的水溶液(包含重量比為20 %的氨和重量 比為0%的尿素的水溶液)注入到排放管中而不要求進一步將尿素轉化為氨并且不產生沉 積。因此，在排放管相對冷時、即在車輛啟動之后使用AAUS22-0來提高NOx還原性能是有吸 引力的。由于AAUS22-0的體積氨含量實際上與由相同體積的AUS32所生成的氨相同，計量供 給保持不變;對于包含重量比為19 %的氨和重量比為4 %的尿素的AAUS19-4以及足夠的氨 和尿素的量的無限中間組合也是這樣的。
[0065] -"AAUS"在比AUS32低得多的溫度下凍結。例如，AAUS22-0在-40°C以上保持液態， 而AAUS19-4在-35°C以上保持液態。因此，"AAUS"將在低溫下保持液態并可用于NOx還原，而 AUS32在低溫下則會凍結。
[0066] -"AAUS"可用作AUS32的防凍結劑:例如25ml的AAUS22-0可以與75ml的AUS32混合， 所獲得的溶液在_15°C以上不會凍結。
[0067] -"AAUS"還可用作AUS32的解凍劑:例如，在-15°C下，可以將25ml的AAUS22-0注入 AUS32的凍結儲箱中，并將逐漸地解凍一定量的AUS32,比如說75ml。所獲得的100ml將不再 凍結，所獲得的溶液可用于NOx還原。當然，該解凍效應可以通過解凍劑的循環（由于車輛的 運動和所關聯的晃動，在車輛中自然是這樣的）和通過局部加熱來被增強:例如，小加熱器 可以位于AUS32儲箱中接近AAUS22-0被注入的點處，使得被加熱的混合物將快速地解凍周 圍的AUS32，為系統提供出眾的可持續性性能。
[0068] -"AAUS"存儲體積還可以提供良好的抵御凍結膨脹的保護。帶有半柔性壁(比如由 例如聚乙烯的聚合物制成的壁）的"AAUS"存儲體積例如可以位于AUS32存儲體積中的更不 堅固的機械構件的附近："AAUS"存儲體積將保持柔性并限制由AUS32的凍結和相應的膨脹 產生的、傳遞給構件和AUS32儲箱壁的力。
[0069]而且，從"AAUS"包含與"AUS"或"AUS"轉化為氨的產物相同的分子的意義上說， "AAUS"是從根本上與"AUS"兼容的。實際上，這些產物還包含二氧化碳或二氧化物衍生物， 這些二氧化碳或二氧化物衍生物對NOx還原性能是有害的;不直接通過"AUS"的分解生成的 "AAUS" 一般不是這樣的。
[0070] 然而，由于氨是有毒性的，"AAUS"也是有毒性的，并且由于蒸氣壓強可以相當高， 這具有特殊的重要性:例如，對于AAUS22-0(重量比為22%的氨），氨的蒸氣分壓在20°C下已 經是0.38bar(總壓強=0.40bar);在80°C下，分壓變得非常大，因為該壓強達到3.2bar(總 壓強= 3.6bar);實際上，AAUS22-0在大氣壓下在44°C左右就開始沸騰。
[0071] 但是對于機動車應用，如已在上文所概述地，"AAUS"相對于AUS32的優點僅在特定 情況中是重要的：
[0072] -在排放管還相對冷時，以便能夠更早地開始NOx還原過程或在低發動機荷載下以 便維持NOx還原過程；
[0073] -在溫度低于AUS32的凍結溫度時，或在AUS32還是凍結的時候。
[0074] 因此，對"AAUS"的需求比對"AUS32"的需求低得多。可以估計，在冷啟動之后，達到 對"AAUS"來說足夠的溫度的時間與達到對AUS32來說足夠的溫度的時間之間的延遲是大約 7分鐘。考慮厶1^32或141^"的0.151/1001〇11的消耗（對應于15000公里消耗22.5升）和在 15000公里期間的500次冷啟動，與冷啟動相關的"AAUS"的消耗為大約5升。因此，為了滿足 冷啟動和在非常冷的條件下要行駛的額外距離的需求，7.5升的"AAUS"容量看起來是合理 的。
[0075] 還可以將"AAUS"的存儲體積集成在AUS32占據的體積中，以便提供額外的安全性： 倘若有事故或泄露，系統被設計為使得泄露的"AAUS"將與AUS32混合。這將進一步稀釋氨并 減小相應的蒸氣壓強。例如，系數為3的稀釋將使氨在20°C的蒸氣分壓從0.38bar降低到 0.08bar;即使在60°C下，該被稀釋的溶液的氨的蒸氣分壓將為大約0.4bar并且總的蒸氣壓 為大約0.6bar。該保護可以例如通過將存儲系統設計為以使得AUS32的體積部分或完全地 圍繞"AAUS"的體積來實現。并且，控制系統能夠確保剩余的"AAUS"的體積不超過總體積 ("AAUS"和AUS32的組合）的給定比值，例如1/3;這可以通過只要比值接近其極限數值就強 制消耗"AAUS"來實現。
[0076] 還可以通過選擇包含更少量的氨的"AAUS"來作為額外的安全性措施。這還允許降 低輸配網絡的物流和存儲成本。例如，至少在美國，由于EPA對高于20%的溶液的特殊要求， 氨水平低于20 %的溶液在該方面成本更低。
[0077]要指出的是，"AAUS"還可以在低溫下用例如尿素酶的生物催化劑從AUS32的轉化 獲得。轉化單元以及產物緩沖件(buffer for the effluent)可以被集成在AUS32儲箱中， 其中所述緩沖件用作AAUS存儲體積。
[0078] 在以下所述例子中，耗氨單元是SCR系統的注射器。當然，在其他應用中，耗氨單元 可以是燃料電池或內燃機。
[0079] 實施例1
[0080] 圖1是一個符合本發明的第一具體實施例的液體供給系統的示意圖。
[0081] 如在圖1的例子中所示，該系統包括：
[0082] -用于存儲氨前體溶液的容器(即儲箱)1;
[0083]-用于存儲氨水溶液的單元2;以及
[0084] -用于將氨水溶液供給到耗氨單元(例如SCR系統的注射器，未示出）的栗6。
[0085] 在圖1的例子中，單元2設有用于分解存儲在儲箱1中的一部分氨前體溶液的裝置。 該單元2在下文中被稱為"分解和存儲單元"。
[0086] 在一個具體實施例中，儲箱1存儲尿素水溶液，例如AdBlue?溶液（商業尿素溶 液)。
[0087] 在圖1的例子中，分解和存儲單元2包括生物劑3(即蛋白質成分或蛋白質序列）。該 生物劑3適于分解存儲在儲箱1中的尿素。更確切地說，生物劑3適于將尿素轉化為氨水溶液 (以下稱為氨水）。例如，酶(例如尿素酶)可用于分解尿素。當然，其他合適的蛋白質序列可 以被使用。有利地，生物劑3(例如尿素酶)被固定在支撐件上。例如，該支撐件可以是天然或 合成的有機聚合物或無機材料(例如多孔二氧化硅、粘土、活性炭）。該支撐件可以呈粒料或 樹脂層或膜的形式。
[0088] 如所示出地，分解和存儲單元2包括適于熱激活酶3的加熱器4。有利地，加熱器4也 可用于使尿素溶液解凍(例如用于低溫下的車輛點火(key on) -一即發動機啟動）。
[0089] 栗6配置為經由供給管線5將尿素或氨水運輸到注射器(未示出）。該注射器將尿素 或氨水注入到排放氣體中以去除NOx。在圖1的例子中，栗6與位于分解和存儲單元2內的第 一抽吸點SP1和位于儲箱1內部的第二抽吸點SP2連接。有利地，該栗經由三通閥7與第一和 第二抽吸點連接。
[0090] 例如，在寒冷條件下，如果在車輛啟動時尿素溶液因為凍結而不可用（即沒有足夠 的處于液態的尿素)或如果想要很早地在排放管還相對冷的時候計量供給還原劑，那么三 通閥7就切換為使得栗6與第一抽吸點SP1之間的連接打開并且栗6與第二抽吸點SP2之間的 連接關閉。在該配置下，栗6用于以所要求的壓強栗送存儲在分解和存儲單元2中的氨水。氨 水由此被注入到排放氣體中。例如，當將氨水計量供給到排放氣體中時，可以啟動位于儲箱 1內的特定加熱器(未示出）以使尿素溶液解凍。當尿素溶液(在解凍之后)變得可用時，三通 閥7切換為使得栗6與第二抽吸點SP2之間的連接打開并且栗6與第一抽吸點SP1之間的連接 關閉。
[0091] 另一方面，如果在車輛啟動時尿素溶液可用并且如果排放溫度已經相對高，例如 高于180°C，那么三通閥7就切換為使得栗6與第二抽吸點SP2之間的連接打開并且栗6與第 一抽吸點SP1之間的連接關閉。在該配置下，栗6用于以所要求的壓強栗送存儲在儲箱1中的 尿素溶液。尿素溶液由此被注入排放氣體中。
[0092]在運行結束時，當車輛停止時，三通閥7被切換回來以使得栗6與第一抽吸點SP1之 間的連接打開并且栗6與第二抽吸點SP2之間的連接關閉；因此，氨水被引入到連至排放管 的管線中。
[0093] 在圖1中示出的具體實施例中，分解和存儲單元2包括入口 8，尿素溶液能夠通過該 入口進入。由此，可以自動地向分解和存儲單元2再充裝尿素溶液來生產氨水。
[0094] 有利地，入口 8可以包括配置為阻止所生產的氨水流回到儲箱1中的止回閥（未示 出）。
[0095] 在一個具體實施例中，系統可以配備有用于允許生物劑3更新的端口（即通道）。
[0096] 在一個具體實施例中，分解和存儲單元2是以密封的方式被安裝在儲箱1的底部的 模塊。有利地，該模塊包括允許該模塊容易地被插到儲箱1和從儲箱1上拔下的連接裝置。例 如，可以用凸輪鎖系統或梅森罐(mason jar)系統來達到該目的。
[0097] 在另一實施例中，其上固定有生物劑3的支撐件可以被插到儲箱1和/或從儲箱1上 拔下。
[0098] 有利地，分解和存儲單元2可以被熱隔離或被相變材料(PCM)圍繞，或可以包含PCM 材料，以使得存在于單元2中的氨前體溶液在發動機停止時在車輛休止的同時繼續被分解， 使得氨水將可用于發動機的下一次啟動。
[0099] 實施例2
[0100] 圖2是一個符合本發明的第二具體實施例的液體供給系統的示意圖。
[0101] 在圖2的例子中示出的系統由AUS32的儲箱1構成;該儲箱配備有現有技術已知的、 沒有在該圖中示出的傳統充裝和排放系統。
[0102] 四個專用于"AAUS"的儲箱2a、2b、2c、2d被集成在AUS32儲箱1中；這些儲箱2a、2b、 2c、2d設計為抵抗"AAUS"的蒸氣壓強;這些儲箱2a、2b、2c、2d在其上部分和其下部分相互連 接(為了附圖清晰沒有完全示出下部的相互連接），以構成單一存儲體積并允許液體和蒸氣 的傳輸。由這些儲箱2a、2b、2c、2d構成的存儲體積還配置有特有的充裝界面21，該界面組合 了液體供給和蒸氣回收管線，允許操作員（即使用者)不暴露于氨蒸氣下;這兩條管線可以 都集成在單一界面(未示出）中，這種單一界面已知地用于供給氣態流體和有毒流體。
[0103] 該四個"AAUS"儲箱2a、2b、2c、2d被浸沒在AUS32中，使得"AAUS"倘若泄露則將與 AUS32混合，顯著地減小氨的分壓。這四個儲箱還配備有過壓釋放閥門（0PR)和欠壓釋放閥 門（UPR)，倘若過壓則0PR將排走AUS3 2中的一些"AAUS"，而倘若真空則UPR將抽吸蒸氣。該 UPR可以被校準為在"AAUS"存儲體積中保持一些真空，使得倘若在"AAUS"存儲體積的蒸氣 穹頂中出現泄漏，沒有氨蒸氣逃脫;例如，UPR可以被設計為僅當"AAUS"存儲蒸氣穹頂中的 壓強比AUS32蒸氣穹頂中的壓強低0.5bar時才打開。
[0104] 像傳統AUS32系統一樣地，AUS32儲箱1配備有栗6以便將流體送向注射器和排放 管。然而，可以在閥門VI打開時向栗6供給"AAUS"或（當閥門V2打開時）向栗6供給AUS32。閥 門 ￥1和￥2實際上可以被三通閥（這里未示出）替代或共用致動器。從栗6出來的一部分流量 不去往注射器，而是被改向為要么（通過閥門V3)去往"AAUS"存儲體積、要么（通過閥門V4) 去往AUS32存儲體積。
[0105] 像傳統AUS32系統一樣地，AUS32儲箱1配備有加熱器4,但對于同樣的除冰性能，該 加熱器4可以比在傳統AUS32儲箱上的加熱器小得多：當在寒冷條件下以"AAUS"運行時，閥 門V3將是打開的，并且閥門V5也可以打開，以便通過解凍管線一些"AAUS"與AUS32混合，解 凍管線可以配備有經校準的開孔(未示出）；該"AAUS"的部分解凍流量被引向加熱器的附近 以便被加熱并在與包含在AUS32儲箱中的凍結的AUS32接觸時具有額外的解凍能力；當車輛 處于運動中時流體的晃動與來自于解凍線的上部分的"AAUS"流或噴霧一起確保AUS32逐漸 解凍。
[0106] 與傳統AUS32系統相反地，從儲箱到注射器的管線不需要被加熱，這是因為系統在 溫度過低并可能導致AUS32凍結時以"AAUS"來運行。
[0107] 盡管存在呈"AAUS"形式的氨，但是由于"AAUS"存儲體積嵌在AUS32存儲體積內而 構成的雙重包容效應，存儲系統相當安全。
[0108] 有利地，可以部署消耗/再充裝策略，以避免最為嚴重的情況。實際上，對泄露產生 的影響的分析顯示出2種類型的情況是嚴重的。一方面，當AUS32存儲體積幾乎空了的時候， 倘若"AAUS"通過裂縫流入AUS32存儲體積，在AUS32存儲體積的蒸氣穹頂中會出現相對高的 氨的分壓，尤其是如果"AAUS"體積還幾乎是滿的。另一方面，當AUS32存儲體積幾乎是滿的 而"AAUS"存儲體積幾乎空了的時候，"AAUS"存儲體積的蒸氣穹頂中的裂縫可能導致處于高 分壓的大體積的氨傳輸到AUS32存儲體積的減小的蒸氣穹頂中，并從該處傳輸到外部。將 "AAUS"量保持在AUS32量的給定比值（比如說在1/10至2/3之間、理想地在1/4至1/2之間）內 的策略能夠確保泄露不會導致有害生命或健康的情況;例如，可以部署策略以使得倘若系 統發生泄露情況則將NH3ppm水平維持在30ppm以下、甚至lOppm以下。該策略在于，只要 "AAUS"體積趨向于變得相對于AUS32體積過大，就強制消耗"AAUS"，并相反地，如果"AAUS" 的體積正變得過低就避免消耗"AAUS"。并且，再充裝AUS32或"AAUS"的請求可以由控制單元 來生成或甚至強制執行，但這會是非常例外的，這是因為系統的務實的策略和設計能夠將 比值維持在合適的范圍內。
[0109] 在一個具體實施例中，圖2的液體供給系統的運行（即工作）可以被控制器（未示 出）管理。
[0110] 例如，當車輛啟動時，在點火之后的一定延遲之后，VI和V3打開，V2、V4和V5關閉， 并且栗被啟動以使得SCR系統以"AAUS"模式運行。
[0111] 當由傳感器測量或從模型推導出的排放管中的溫度足夠高（比如說120°C)時，或 當該溫度足夠高并且超過自點火起的給定延遲時，啟動注射。
[0112] 當排放管中的溫度達到第二閾值（比如說180°C)并且外部溫度（由未示出的另一 傳感器測量)高于第三閾值（比如說-5°C)時，并且如果"AAUS"的可用體積不超過可用總體 積（"AAUS" +AUS32)(由位于"AAUS"和AUS32存儲體積中并且未在該圖中示出的測量計測量） 的極限比例（比如說33%)，通過關閉VI并打開V2、并且在一定的短暫延遲后關閉V3并打開 V4而將SCR系統從"AAUS"模式切換到AUS32模式。
[0113] 在運行期間，如果外部溫度下降到第四閾值（比如說-5°C)以下，和/或AUS32溶液 的溫度（由AUS32存儲體積內的溫度傳感器測量)下降到第五閾值（比如說-5°C)以下，或如 果"AAUS"的可用體積開始超過可用總體積（"AAUS"+AUS32)的極限比例（比如說33% )，模式 可以從AUS32模式切回"AAUS"模式。這是通過打開VI并關閉V2、并且在一定延遲后（以避免 "AAUS"存儲體積被AUS32污染)打開V3并關閉V4來實現的。
[0114] 如果溫度在運行期間再次上升，根據外部溫度和AUS32溶液的溫度的閾值以及分 別的"AAUS"體積與總體積（"AAUS" +AUS32)的比值，可以通過關閉VI并打開V2、并且在一定 的短暫延遲之后關閉V3并打開V4而將模式從"AAUS"模式切換到AUS32模式。
[0115] 在以"AAUS"模式運行時，可以基于外部溫度、AUS32溫度、"AAUS"和AUS32的可用體 積（由位于"AAUS"和AUS32存儲體積中的并且未在該圖中示出的測量計測量)等條件以及對 已經注入到AUS32存儲體積中的"AAUS"的量和AUS32中相關的氨濃度的估計而將SCR系統切 換到"AAUS-解凍"模式。這是通過打開V5并啟動加熱器(如果還沒有像對于傳統AUS32控制 系統一樣地基于相同基礎而進行)來實現的。啟動"AAUS-解凍"模式的條件可以是"AAUS"可 用體積處于給定的絕對范圍（比如說1至7.5升）和相對范圍（比如說總可用體積一一即 "AAUS" +AUS32的總體積--的15%至33% )內、外部溫度處于給定范圍（比如說-20°C至_5 °C )內和/或AUS32溫度也處于給定范圍（比如說-20°C至-5°C)內以及所估計的AUS32中的氨 濃度不超過閾值。借助于計時器來估計注入到AUS32存儲體積中的"AAUS"的量，并且基于 "AAUS"的添加和"AAUS" -AUS32混合物的消耗的模型來估計氨的濃度。替代地或補充地，可 以通過置于AUS32存儲體積中的傳感器(未示出）來測量注入到AUS32存儲中的"AAUS"的量， 傳感器例如是測量導電性的傳感器，這是因為所獲得的混合物的導電性對氨的量非常敏 感。
[0116] 在以"AAUS-解凍"模式運行時，如果不再滿足允許該模式的條件或基于另一組條 件/參數，SCR系統可以被切換到"AAUS"模式。
[0117] 只要剩余"AAUS"體積下降到閾值以下，控制系統（未示出）就可以啟動警告程序， 來提示"AAUS"存儲體積的再充裝;可能地，如果液位變得過于危險，車輛可以被切換到降級 的運行模式。
[0118] 在熄火(key-off)時，如果SCR系統處于AUS32模式，或如果該系統處于"AAUS"或 "AAUS-解凍"模式并且如果這后兩個模式被啟動的時間還短，以與在傳統AUS32系統上類似 的方式對從栗到注射器的管線進行凈化：閥門VI關閉，V2打開，V3、V4和V5關閉，并且以反向 模式啟動栗以便抽吸該管線的內容物并將其送回到AUS32存儲體積。由于"AAUS"不會凍結， 如果該管線完全被"AAUS"充裝，則該凈化不被啟動；這樣能節省一些"AAUS"。該管線被 "AAUS"的充裝是基于自啟動"AAUS"或"AAUS-解凍"模式起所注射的量和管線的體積來建模 的。
[0119] 實施例3
[0120] 圖3是一個符合本發明的第三具體實施例的液體供給系統的示意圖。
[0121]在圖3的例子中示出的系統由AUS32的儲箱1構成;該儲箱1配備有現有技術已知的 并且不在該圖中示出的傳統的充裝和排放系統。
[0122] 五個專用于"AAUS"的儲箱2a、2b、2c、2d、2e集成在AUS32儲箱1中。第五"AAUS"儲箱 2e具有柔性壁并配置為用于保護構件免受由在AUS32凍結時發生的冰膨脹導致的壓縮。
[0123] 像傳統AUS32系統一樣地，AUS32儲箱配備有AUS32栗7以便將流體送向注射器和排 放管。然而，第二栗8專用于"AAUS"。當需要將"AAUS"提供給注射器時，AAUS栗8被啟動，同時 打開止回閥CV2和CV3但不打開CV1 (這是因為該閥門在比CV2更大的壓強下打開)并且AUS32 栗7被停止;該栗7在其不被啟動時不允許反向流。當需要將AUS32提供給注射器時，AAUS栗8 被停止，并且AUS32栗7被啟動;CV1打開，這是因為由AUS32栗輸出的壓強是足夠的，而CV2和 CV3則保持關閉。在一個具體實施例中，僅AUS32栗7能夠以反向模式被啟動以進行凈化;在 該情況下，AUS32栗抽吸連至注射器的管線的內容物并將其送回到AUS32儲箱;CV1和CV2關 閉，并且CV3也保持關閉，這是因為由AUS32栗導致的真空不足以打開該閥門。
[0124] AAUS栗8可以被任何能夠對"AAUS"加壓并傳輸的設備替代。
[0125] 像傳統AUS32系統一樣地，AUS32儲箱配備有加熱器4,但對于相同的除冰性能，該 加熱器可以比在傳統AUS32儲箱上的加熱器小得多：在以寒冷條件下的"AAUS"運行時， AUS32栗可以以慢的反向模式被啟動，以便將一些"AAUS"送到AUS32儲箱的加熱器的附近， 以使其被加熱并在與包含在AUS32儲箱中的凍結的AUS32接觸時具有額外的解凍能力;流體 在車輛處于運動時的晃動確保AUS32逐漸解凍。
[0126] 與傳統AUS32系統相反地，從儲箱到注射器的管線不需要被加熱，這是因為當溫度 太低并可能導致AUS32凍結時系統以"AAUS"運行。
[0127] 在一個具體實施例中，圖3的液體供給系統的運行（即工作）可以由控制器（未示 出）管理。
[0128] 例如，當車輛被啟動時，在點火后的一定延遲之后，AAUS栗被啟動，同時保持AUS32 栗停止，使得SCR系統以"AAUS"模式運行。
[0129] 當由傳感器測量的或從模型推導出的排放管中的溫度足夠高（比如說120°C)時， 或當該溫度足夠高并且超過自點火起的給定延遲時，啟動注射。
[0130] 當排放管中的溫度達到第二閾值（比如說180°C)并且外部溫度（由未示出的另一 傳感器測量)高于第三閾值（比如說-5°C)時，并且如果"AAUS"的可用體積不超過可用總體 積（"AAUS"+AUS32)(由處于"AAUS"和AUS32存儲體積中的并且未在圖中示出的測量計測量） 的極限比例（比如說33% )，通過停止AAUS供給系統并啟動AUS32栗將SCR系統從"AAUS"模式 切換到AUS32模式。
[0131 ] 在運行期間，如果外部溫度下降到第四閾值（比如說-5°C )以下，和/或AUS32溶液 的溫度（由AUS32存儲體積內的溫度傳感器測量)下降到第五閾值（比如說-5°C)以下，或如 果"AAUS"的可用體積開始超過可用總體積（"AAUS"+AUS32)的極限比例（比如說33% )，模式 可以從AUS32模式切回"AAUS"模式。這是通過停止AUS32栗并啟動AAUS供給系統來實現的。
[0132] 如果溫度在運行期間再次上升，根據外部溫度和AUS32溶液溫度的閾值以及分別 的"AAUS"體積與總體積（"AAUS"+AUS32)的比值，可以通過停止AAUS供給系統并啟動AUS32 栗來將模式從"AAUS"模式切換到AUS32模式。
[0133] 在以"AAUS"模式運行時，可以基于外部溫度、AUS32溫度、"AAUS"和AUS32的可用體 積（由處于"AAUS"和AUS32存儲體積中的并且未在該圖中示出的測量計測量)等條件以及對 已經注入AUS32存儲體積中的"AAUS"的量和AUS32中相關的氨濃度的估計而將SCR系統切換 到"AAUS-解凍"模式。這是通過啟動加熱器(如果還沒有像對于傳統AUS32控制系統一樣地 基于相同基礎而進行)并以慢的反向模式啟動AUS32栗來實現的。啟動"AAUS-解凍"模式的 條件可以是"AAUS"可用體積處于給定的絕對范圍（比如說1至7.5升)和相對范圍（比如說總 可用體積一一即"AAUS"+AUS32的總體積一一的15%至33% )內、外部溫度處于給定范圍（比 如說-20°C至_5°C)內和/或AUS32溫度也處于給定范圍（比如說-20°C至_5°C)內以及所估計 的AUS32中的氨濃度不超過閾值。借助于計時器來估計注入到AUS32存儲體積中的"AAUS"的 量，并且基于"AAUS"添加模型和注射器、AUS32栗以及AAUS供給系統的參數來估計氨的濃 度。替代地或補充地，可以通過布置在AUS32存儲體積中的傳感器(未示出）來測量注入到 AUS32存儲中的"AAUS"的量，傳感器例如是測量導電性的傳感器，這是因為所導致的混合物 的導電性對氨的量非常敏感。
[0134] 在以"AAUS-解凍"模式運行時，如果不再滿足允許該模式的條件或基于另一組條 件/參數，SCR系統可以被切換到"AAUS"模式。
[0135] 只要剩余"AAUS"體積下降到閾值以下，控制系統（未示出）就可以啟動警告程序， 來提示"AAUS"存儲體積的再充裝;可能地，如果液位變得過于危險，車輛可以被切換到降級 的運行模式。
[0136] 在熄火時，如果SCR系統處于AUS32模式，或如果該系統處于"AAUS"或"AAUS-解凍" 模式并且如果這后兩個模式被啟動的時間還短，如下地對從栗到注射器的管線進行凈化： AAUS供給系統停止并且以反向模式啟動AUS32栗來抽吸該管線的內容物并將其送回到 AUS32存儲體積。由于"AAUS"不會凍結，如果該管線完全被"AAUS"充裝，則該凈化不被啟動； 這樣能節省一些"AAUS"。該管線被"AAUS"的充裝是基于自啟動"AAUS"或"AAUS-解凍"模式 起所注射的量和管線的體積來建模的。
【主權項】
1. 一種用于至少一個安裝在車輛上的耗氨單元的液體供給系統，所述液體供給系統包 括： -用于存儲氨前體溶液的容器； -至少一個用于存儲在水中包含重量占比至少為0.2 %的氨的氨水溶液的單元； -用于將所述氨水溶液供給到所述耗氨單元的裝置。2. 如權利要求1所述的液體供給系統，其中所述液體供給系統包括用于將所述氨前體 溶液供給到所述耗氨單元的裝置。3. 如權利要求1或2所述的液體供給系統，其中所述氨水溶液包含尿素水溶液或尿素水 溶液的殘余。4. 如權利要求1至3中任一項所述的液體供給系統，其中所述氨水溶液包含二氧化碳或 二氧化碳衍生物。5. 如權利要求3和4所述的液體供給系統，其中所述氨水溶液是包含氫氧化銨、氨前體 殘余、二氧化碳和/或二氧化碳衍生物的產物混合物。6. 如權利要求5所述的液體供給系統，其中所述液體供給系統包括用于獲得所述產物 混合物的裝置，所述產物混合物是通過例如借助于至少一種酶、例如尿素酶來分解存儲在 所述容器中的一部分氨前體溶液獲得的。7. 如權利要求1至5中任一項所述的液體供給系統，其中所述單元包括至少一個與充裝 管流體聯通的再充裝端口。8. 如權利要求1至7中任一項所述的液體供給系統，其中所述單元包括至少一個與排放 回路流體聯通的排放端口。9. 如權利要求8所述的液體供給系統，其中所述排放回路包括以下元件中的至少一個： 過壓釋放閥門和欠壓釋放閥門。10. 如權利要求1至9中任一項所述的液體供給系統，其中所述液體供給系統包括至少 一條配置為將所述氨水溶液從所述單元運輸到所述容器內部的管線，以及用于將所述氨水 溶液計量供給到所述至少一條管線中的可控裝置。11. 如權利要求1至10中任一項所述的液體供給系統，其中所述單元至少部分地位于所 述容器內部和/或所述容器的壁上。12. 如前一權利要求所述的液體供給系統，其中所述單元完全位于所述容器內部。13. 如權利要求1至12中任一項所述的液體供給系統，其中所述單元的至少一部分是柔 性的，例如所述單元的所述至少一部分由例如聚乙烯的聚合物制成。14. 如權利要求1至13中任一項所述的液體供給系統，其中所述液體供給系統包括用于 確定存儲在所述單元中的氨水溶液的體積和存儲在所述容器中的氨前體溶液的體積的裝 置。15. 如前一權利要求所述的液體供給系統，其中所述液體供給系統包括用于根據所確 定的氨水溶液體積與所確定的氨前體溶液體積的比值來啟動/停止所述供給所述氨水溶液 的裝置的啟動/停止裝置。
【文檔編號】F01N3/20GK105874177SQ201480048578
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2014年9月4日
【發明人】J·J·范夏夫汀根, 弗朗索瓦·道尼爾, 皮埃爾·德曼, 比瑞茲·曼戈-波尼尼
【申請人】全耐塑料高級創新研究公司