CN1875172A - 液体辨别装置及液体辨别方法 - Google Patents

Abstract

在贮存有向NOx还原催化剂供给的液体的贮存罐上，安装通过相离开的两点间的热传递特性来检测出液体还原剂浓度的浓度传感器。而且，从浓度传感器读入浓度，如果该浓度小于等于0％，就辨别为液体是水。即，利用将水换算成液体还原剂的浓度是0％，即使因对流而浓度降低也是小于等于0％。另外，如果浓度大于规定温度，认为由于贮存罐内的液体为空状态则浓度传感器的输出变得异常，所以辨别为液体为空状态。另一方面，如果浓度大于0％且小于等于规定浓度，则有可能浓度有误差，但辨别为液体是液体还原剂。

Description

液体辨别装置及液体辨别方法

技术领域

本发明涉及一种利用由相分离的两点间的热传递特性检测出的液体还原剂浓度的浓度传感器、高精度地辨别供给到配设于移动车辆发动机排气***的氮氧化物还原催化剂的液体的技术。

背景技术

作为除去发动机排气中所含有的氮氧化物(NOx)的催化剂净化***，提出有日本特开2000-27627号公报中公开的排气净化装置。这种排气净化装置是通过在发动机排气***配设NOx还原催化剂，并将还原剂喷射供给到NOx还原催化剂的排气上游，从而使排气中的NOx与还原剂发生催化还原反应，而将NOx净化处理为无害成分的排气净化装置。还原剂在常温以液体状态贮存于贮存罐，并从喷射喷嘴喷射供给与发动机运转状态相应的必需量。另外，由于还原反应使用与NOx反应性良好的氨，因此作为还原剂，使用由排气热及排气中的水蒸气进行加水分解而容易产生氨的尿素水溶液、氨水溶液及其他还原剂水溶液(以下称为“液体还原剂”)。

发明内容

但是，如果采用上述以往的排气净化装置，当液体还原剂的浓度由于某种原因而发生变化时，对此并未注意而继续运转发动机，则可能使得NOx还原催化剂的NOx还原效率下降，并无法得到所需要的NOx净化性能。特别是，当发生液体还原剂中的还原剂与水分的混合比例不合适、混入不同的水溶液或水、液体还原剂的余量不足等情况，尽管如此还继续发动机运转时，则可能引起大量排出NOx。

因此，考虑将由相分离的两点间的热传递特性而检测出液体还原剂浓度的浓度传感器设置于贮存罐。但将这样的浓度传感器搭载于汽车等的移动车辆时，就会发生下面这样的不良情况。即，在移动车辆的行使中，车辆由于路面的起伏等而不断发生振动，因此贮存罐内的液体还原剂会发生对流。当液体还原剂发生对流时，以此作为热传递介质的热传递特性发生变化，所以液体还原剂的浓度检测精度显著降低。另一方面，如果液体还原剂未被供给到NOx还原催化剂，就几乎无法进行NOx净化，因此至少有必要辨别贮存罐内的液体是水、液体还原剂、或为空状态。

因此，本发明是鉴于以上的以往的问题点而作出的，其目的在于提供一种液体辨别技术，其当在液体还原剂正在发生对流时，利用检测出浓度略低的浓度传感器的特性，可高精度地辨别供给到配设于移动车辆发动机排气***的NOx还原催化剂的液体。

因此，本发明的特征在于：在贮存有向配设于发动机排气***的氮氧化物还原催化剂供给的液体的贮存罐内，通过相分离的两点间的热传递特性来检测出液体还原剂的浓度，并在被检测出的浓度小于等于0％、大于0％且小于等于规定浓度及大于规定浓度时，辨别为上述贮存罐内的液体分别为水、液体还原剂及为空状态。

此时，对被检测出的浓度为小于等于0％的次数计数，当被计数的次数为大于等于规定次数时，上述贮存罐内的液体最好辨别为是水。如果这样，即使液体还原剂的浓度为小于等于0％，也不会立刻辨别为贮存罐内的液体为空状态，而在该次数大于等于规定次数时才辨别为空状态。因此，可以降低噪声等引起的错误辨别，并提高液体辨别精度。另外，如果可视地显示该辨别结果，则看一眼就能掌握贮存罐内的液体处于何种状态，并根据需要来进行补充液体还原剂等的作业，从而可适当地维持氮氧化物的净化性能。

根据本发明，当通过相离开的两点间的热传递特性检测出的液体还原剂的浓度为小于等于0％、大于0％且小于等于规定浓度及大于规定浓度时，贮存罐内的液体分别被辨别为水、液体还原剂及为空状态。即，在液体正发生对流时，由于应在相分离的两点间被传递的热量的一部分随对流而被输送，因此从一方向另一方传递的热量减少，并检测出液体还原剂的浓度略低。但是，由于将水换算为液体还原剂的浓度是0％，因此不管有无对流，只要浓度小于等于0％，就能够辨别为贮存罐内的液体是水。另外，由于被供给到氮氧化物还原催化剂的液体还原剂具有规定浓度，因此即使在贮存罐发生对流并被检测出浓度略低，也不会检测出大于等于规定浓度的浓度。在检测出大于等于规定浓度的浓度时，浓度检测信号异常，认为其主要原因为贮存罐内的液体为空状态。因此，在浓度已成为大于等于规定浓度时，可以辨别为贮存罐内的液体为空状态。另一方面，如果浓度大于0％且小于规定浓度，则有可能其浓度有误差，但可以判别为贮存罐内的液体是液体还原剂。

因而，无论在贮存罐内的液体是否正发生对流，都能够高精度地辨别为该液体是水、液体还原剂或为空状态。

附图说明

图1是具有本发明的液体辨别装置的排气净化装置的结构图。

图2是表示液体辨别处理的流程图。

附图中附图标记的说明

10 发动机

14 NOx还原催化剂

16 排气管

18 贮存罐

32 浓度传感器

34 控制装置

具体实施方式

以下，参照附图详述本发明。

图1表示具有本发明的液体辨别装置的排气净化装置的结构。

发动机10的排气从排气岐管12、经过配设有NOx还原催化剂14的排气管16被排出到大气中。详细地说，在排气管16上，从排气上游侧依次配设有一氧化氮(NO)的氧化催化剂、NOx的还原催化剂及氨逃逸氧化催化剂(ammonia slip oxidation catalyticconverter)这3种催化剂，在此前后配设浓度传感器、氧传感器等而构成排气***，但并未详细图示。另外，被贮存于贮存罐18的液体还原剂经过还原剂供给装置20及喷射喷嘴22，与空气一起被喷射供给NOx还原催化剂14的排气上游。在此，在本实施方式中使用尿素水溶液作为液体还原剂，也可以使用氨水溶液以及以碳氢化合物为主要成分的轻油、石油或汽油等作为液体还原剂。

尿素水溶液是溶解了固体或粉末的尿素而成的水溶液，其从在接近贮存罐18底部的下部位置开口的吸入口24被吸入，经过供给配管26而被供给到还原剂供给装置20。在此，被供给到还原剂供给装置20的尿素水溶液中的、无助于喷射的剩余部分通过返回配管28，从在贮存罐18上部位置开口的返回口30返回到其内部。

被喷射供给到NOx还原催化剂14的排气上游的尿素水溶液被排气热及排气中的水蒸气加水分解，容易产生氨。已产生的氨在NOx还原催化剂14中，使排气中的NOx反应，被净化成水及无害气体，这是公知的。

另外，在贮存罐18安装有作为检测尿素水溶液浓度的浓度检测装置的浓度传感器32。即，内置有电路基板的基部32A被固定于贮存罐18的顶壁，并且检测部32B从基部32A向贮存罐18底部下垂。

在此，作为检测部32B，浓度传感器被分别配设在相离开的两个位置，并且其中的至少一个浓度传感器使用内置有加热器的传感器。并且，加热了一浓度传感器时，通过其热量能够传递到另一浓度传感器的热特性，检测出尿素水溶液。具体地讲，使内置于一浓度传感器的加热器仅在规定时间t工作时，在另一浓度传感器中，具有对应于尿素水溶液的热传导率的特性而温度渐渐地上升。并且，根据停止了加热器时的温度上升特性，能够检测出尿素水浓度。并且，作为浓度传感器32，已知的有三井金属矿业(株)制造销售的浓度传感器。

浓度传感器32的输出信号被输入到内置了计算机的控制装置34中。另外，在控制装置34中通过CAN(Controller AreaNetwork)，从对发动机10进行各种控制的发动机控制装置36输入发动机转速信号、燃料喷射量信号等的发动机运转状态。并且，在控制装置34中，由贮存于ROM(Read Only Memory)的控制程序根据发动机运转状态来控制还原剂供给装置20，同时实现用于辨别贮存罐18内的液体的各种功能。

图2表示用于辨别贮存罐18内液体的液体辨别处理。

在步骤1(图中简称为“S1”，以下相同)，从浓度传感器32读取尿素水溶液的浓度。

在步骤2中，判断尿素水溶液的浓度是否小于等于0％。然后，如果尿素水溶液的浓度小于等于0％，就进入步骤3(Yes)，并判断为贮存罐18内的液体是水。另一方面，如果尿素水溶液的浓度比0％大，则进入步骤4(No)。在此，检测浓度为小于等于0％以下的原因是由于从相离开的两点间的热传递特性由规定规则算出浓度，实际上并不是尿素水溶液的浓度为负数。

在步骤4中，判断尿素水溶液的浓度是否小于等于规定浓度(例如50％)。然后，如果尿素水溶液的浓度小于等于规定浓度，则进入步骤5(Yes)，并判断为贮存罐18内的液体是尿素水溶液、换句话说就是在贮存罐18内存在尿素水溶液。另一方面，如果尿素水溶液的浓度比规定值大，则进入步骤6(No)，并判断为贮存罐18内的液体为空状态。

根据这样的液体辨别处理，无论贮存罐18内的液体是否产生对流，都能够高精度地辨别为其液体是水、尿素水溶液或空状态。即，由于在液体发生对流时，由浓度传感器32的加热器产生的热量的一部分随对流而被输送，因此从浓度传感器的一方传递到另一方的热量减少而检测出尿素水溶液的浓度略低。但是，由于将水换算成尿素水溶液的浓度为0％，因此，无论有无对流，只要由浓度传感器32检测出的浓度小于等于0％，就能够辨别为贮存罐18内的液体是水。另外，由于被供给到排气净化装置的还原催化剂的尿素水溶液具有规定浓度，即使在此发生对流而检测出浓度略低，也不会检测出大于等于规定浓度的浓度。当检测出规定浓度以上的浓度时，浓度传感器32的输出异常，认为其主要原因是贮存罐18内的液体为空状态。因而，当由浓度传感器32检测出的浓度已成为大于等于规定浓度时，能够辨别为贮存罐18内的液体为空状态。另一方面，如果由浓度传感器32检测出的浓度大于0％且小于等于规定浓度，则其浓度有可能有误差，但能够辨别为贮存罐18内的液体是尿素水溶液。

并且，噪声等重叠于来自浓度传感器32的信号，考虑到有可能对尿素水溶液、特别是水不能正确地进行辨别，对尿素水溶液的浓度为小于等于0％的次数进行计数，并在该次数为大于等于规定次数时，可以辨别为贮存罐18内的液体为空状态。这样一来，就能够降低因噪声等引起的错误辨别，并能够提高液体辨别精度。

另外，最好将贮存罐18内的液体辨别结果通过例如显示灯等可视地显示于移动车辆的仪表板。这样一来，驾驶者看一眼就能够掌握贮存罐18内的液体是处于何种状态，根据需要，进行给贮存罐18补充尿素水溶液等的作业，从而能够适当地维持排气净化装置中的NOx净化性能。

产业上的可利用性

如上，本发明的液体辨别技术，无论贮存罐内的液体是否产生对流，都能够高精度地辨别为该液体是水、液体还原剂或为空状态。因此可以适用于移动车辆，并且是非常有用的技术。

Claims (4)

1.一种液体辨别装置，其包括浓度检测装置和控制装置，该浓度检测装置在贮存有向配设于发动机排气***的氮氧化物还原催化剂供给的液体的贮存罐内，通过相分离的两点间的热传递特性来检测液体还原剂的浓度，该控制装置辨别上述贮存罐内的液体的种类；其特征在于，

上述控制装置在由上述浓度检测装置检测出的浓度为小于等于0％、大于0％且小于等于规定浓度及大于规定浓度时，分别辨别为上述贮存罐内的液体为水、液体还原剂及为空状态。

2.根据权利要求1所述的液体辨别装置，其特征在于，

上述控制装置对由上述浓度检测装置检测出的浓度为小于等于0％的次数进行计数，在被计数的次数为大于等于规定次数时，辨别为上述贮存罐内的液体是水。

3.根据权利要求1或2所述的液体辨别装置，其特征在于，

具有可视地显示上述控制装置的辨别结果的显示装置。

4.一种液体辨别方法，其特征在于，

在贮存有向配设于发动机排气***的氮氧化物还原催化剂供给的液体的贮存罐内，通过相分离的两点间的热传递特性来检测液体还原剂的浓度，在被检测出的浓度为小于等于0％、大于0％且小于等于规定浓度及大于规定浓度时，分别辨别为上述贮存罐内的液体是水、液体还原剂及为空状态。

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