專利名稱：液體辨別裝置及液體辨別方法
技術領域：
本發明涉及一種利用由相分離的兩點間的熱傳遞特性檢測出的液體還原劑濃度的濃度傳感器、高精度地辨別供給到配設于移動車輛發動機排氣系統的氮氧化物還原催化劑的液體的技術。
背景技術：
作為除去發動機排氣中所含有的氮氧化物(NOx)的催化劑凈化系統，提出有日本特開2000-27627號公報中公開的排氣凈化裝置。這種排氣凈化裝置是通過在發動機排氣系統配設NOx還原催化劑，并將還原劑噴射供給到NOx還原催化劑的排氣上游，從而使排氣中的NOx與還原劑發生催化還原反應，而將NOx凈化處理為無害成分的排氣凈化裝置。還原劑在常溫以液體狀態貯存于貯存罐，并從噴射噴嘴噴射供給與發動機運轉狀態相應的必需量。另外，由于還原反應使用與NOx反應性良好的氨，因此作為還原劑，使用由排氣熱及排氣中的水蒸氣進行加水分解而容易產生氨的尿素水溶液、氨水溶液及其他還原劑水溶液(以下稱為“液體還原劑”)。
發明內容
但是，如果采用上述以往的排氣凈化裝置，當液體還原劑的濃度由于某種原因而發生變化時，對此并未注意而繼續運轉發動機，則可能使得NOx還原催化劑的NOx還原效率下降，并無法得到所需要的NOx凈化性能。特別是，當發生液體還原劑中的還原劑與水分的混合比例不合適、混入不同的水溶液或水、液體還原劑的余量不足等情況，盡管如此還繼續發動機運轉時，則可能引起大量排出NOx。
因此，考慮將由相分離的兩點間的熱傳遞特性而檢測出液體還原劑濃度的濃度傳感器設置于貯存罐。但將這樣的濃度傳感器搭載于汽車等的移動車輛時，就會發生下面這樣的不良情況。即，在移動車輛的行使中，車輛由于路面的起伏等而不斷發生振動，因此貯存罐內的液體還原劑會發生對流。當液體還原劑發生對流時，以此作為熱傳遞介質的熱傳遞特性發生變化，所以液體還原劑的濃度檢測精度顯著降低。另一方面，如果液體還原劑未被供給到NOx還原催化劑，就幾乎無法進行NOx凈化，因此至少有必要辨別貯存罐內的液體是水、液體還原劑、或為空狀態。
因此，本發明是鑒于以上的以往的問題點而作出的，其目的在于提供一種液體辨別技術，其當在液體還原劑正在發生對流時，利用檢測出濃度略低的濃度傳感器的特性，可高精度地辨別供給到配設于移動車輛發動機排氣系統的NOx還原催化劑的液體。
因此，本發明的特征在于在貯存有向配設于發動機排氣系統的氮氧化物還原催化劑供給的液體的貯存罐內，通過相分離的兩點間的熱傳遞特性來檢測出液體還原劑的濃度，并在被檢測出的濃度小于等于0％、大于0％且小于等于規定濃度及大于規定濃度時，辨別為上述貯存罐內的液體分別為水、液體還原劑及為空狀態。
此時，對被檢測出的濃度為小于等于0％的次數計數，當被計數的次數為大于等于規定次數時，上述貯存罐內的液體最好辨別為是水。如果這樣，即使液體還原劑的濃度為小于等于0％，也不會立刻辨別為貯存罐內的液體為空狀態，而在該次數大于等于規定次數時才辨別為空狀態。因此，可以降低噪聲等引起的錯誤辨別，并提高液體辨別精度。另外，如果可視地顯示該辨別結果，則看一眼就能掌握貯存罐內的液體處于何種狀態，并根據需要來進行補充液體還原劑等的作業，從而可適當地維持氮氧化物的凈化性能。
根據本發明，當通過相離開的兩點間的熱傳遞特性檢測出的液體還原劑的濃度為小于等于0％、大于0％且小于等于規定濃度及大于規定濃度時，貯存罐內的液體分別被辨別為水、液體還原劑及為空狀態。即，在液體正發生對流時，由于應在相分離的兩點間被傳遞的熱量的一部分隨對流而被輸送，因此從一方向另一方傳遞的熱量減少，并檢測出液體還原劑的濃度略低。但是，由于將水換算為液體還原劑的濃度是0％，因此不管有無對流，只要濃度小于等于0％，就能夠辨別為貯存罐內的液體是水。另外，由于被供給到氮氧化物還原催化劑的液體還原劑具有規定濃度，因此即使在貯存罐發生對流并被檢測出濃度略低，也不會檢測出大于等于規定濃度的濃度。在檢測出大于等于規定濃度的濃度時，濃度檢測信號異常，認為其主要原因為貯存罐內的液體為空狀態。因此，在濃度已成為大于等于規定濃度時，可以辨別為貯存罐內的液體為空狀態。另一方面，如果濃度大于0％且小于規定濃度，則有可能其濃度有誤差，但可以判別為貯存罐內的液體是液體還原劑。
因而，無論在貯存罐內的液體是否正發生對流，都能夠高精度地辨別為該液體是水、液體還原劑或為空狀態。
圖1是具有本發明的液體辨別裝置的排氣凈化裝置的結構圖。
圖2是表示液體辨別處理的流程圖。
附圖中附圖標記的說明10 發動機14 NOx還原催化劑
16 排氣管18 貯存罐32 濃度傳感器34 控制裝置具體實施方式
以下，參照附圖詳述本發明。
圖1表示具有本發明的液體辨別裝置的排氣凈化裝置的結構。
發動機10的排氣從排氣岐管12、經過配設有NOx還原催化劑14的排氣管16被排出到大氣中。詳細地說，在排氣管16上，從排氣上游側依次配設有一氧化氮(NO)的氧化催化劑、NOx的還原催化劑及氨逃逸氧化催化劑(ammonia slip oxidation catalyticconverter)這3種催化劑，在此前后配設濃度傳感器、氧傳感器等而構成排氣系統，但并未詳細圖示。另外，被貯存于貯存罐18的液體還原劑經過還原劑供給裝置20及噴射噴嘴22，與空氣一起被噴射供給NOx還原催化劑14的排氣上游。在此，在本實施方式中使用尿素水溶液作為液體還原劑，也可以使用氨水溶液以及以碳氫化合物為主要成分的輕油、石油或汽油等作為液體還原劑。
尿素水溶液是溶解了固體或粉末的尿素而成的水溶液，其從在接近貯存罐18底部的下部位置開口的吸入口24被吸入，經過供給配管26而被供給到還原劑供給裝置20。在此，被供給到還原劑供給裝置20的尿素水溶液中的、無助于噴射的剩余部分通過返回配管28，從在貯存罐18上部位置開口的返回口30返回到其內部。
被噴射供給到NOx還原催化劑14的排氣上游的尿素水溶液被排氣熱及排氣中的水蒸氣加水分解，容易產生氨。已產生的氨在NOx還原催化劑14中，使排氣中的NOx反應，被凈化成水及無害氣體，這是公知的。
另外，在貯存罐18安裝有作為檢測尿素水溶液濃度的濃度檢測裝置的濃度傳感器32。即，內置有電路基板的基部32A被固定于貯存罐18的頂壁，并且檢測部32B從基部32A向貯存罐18底部下垂。
在此，作為檢測部32B，濃度傳感器被分別配設在相離開的兩個位置，并且其中的至少一個濃度傳感器使用內置有加熱器的傳感器。并且，加熱了一濃度傳感器時，通過其熱量能夠傳遞到另一濃度傳感器的熱特性，檢測出尿素水溶液。具體地講，使內置于一濃度傳感器的加熱器僅在規定時間t工作時，在另一濃度傳感器中，具有對應于尿素水溶液的熱傳導率的特性而溫度漸漸地上升。并且，根據停止了加熱器時的溫度上升特性，能夠檢測出尿素水濃度。并且，作為濃度傳感器32，已知的有三井金屬礦業(株)制造銷售的濃度傳感器。
濃度傳感器32的輸出信號被輸入到內置了計算機的控制裝置34中。另外，在控制裝置34中通過CAN(Controller AreaNetwork)，從對發動機10進行各種控制的發動機控制裝置36輸入發動機轉速信號、燃料噴射量信號等的發動機運轉狀態。并且，在控制裝置34中，由貯存于ROM(Read Only Memory)的控制程序根據發動機運轉狀態來控制還原劑供給裝置20，同時實現用于辨別貯存罐18內的液體的各種功能。
圖2表示用于辨別貯存罐18內液體的液體辨別處理。
在步驟1(圖中簡稱為“S1”，以下相同)，從濃度傳感器32讀取尿素水溶液的濃度。
在步驟2中，判斷尿素水溶液的濃度是否小于等于0％。然后，如果尿素水溶液的濃度小于等于0％，就進入步驟3(Yes)，并判斷為貯存罐18內的液體是水。另一方面，如果尿素水溶液的濃度比0％大，則進入步驟4(No)。在此，檢測濃度為小于等于0％以下的原因是由于從相離開的兩點間的熱傳遞特性由規定規則算出濃度，實際上并不是尿素水溶液的濃度為負數。
在步驟4中，判斷尿素水溶液的濃度是否小于等于規定濃度(例如50％)。然后，如果尿素水溶液的濃度小于等于規定濃度，則進入步驟5(Yes)，并判斷為貯存罐18內的液體是尿素水溶液、換句話說就是在貯存罐18內存在尿素水溶液。另一方面，如果尿素水溶液的濃度比規定值大，則進入步驟6(No)，并判斷為貯存罐18內的液體為空狀態。
根據這樣的液體辨別處理，無論貯存罐18內的液體是否產生對流，都能夠高精度地辨別為其液體是水、尿素水溶液或空狀態。即，由于在液體發生對流時，由濃度傳感器32的加熱器產生的熱量的一部分隨對流而被輸送，因此從濃度傳感器的一方傳遞到另一方的熱量減少而檢測出尿素水溶液的濃度略低。但是，由于將水換算成尿素水溶液的濃度為0％，因此，無論有無對流，只要由濃度傳感器32檢測出的濃度小于等于0％，就能夠辨別為貯存罐18內的液體是水。另外，由于被供給到排氣凈化裝置的還原催化劑的尿素水溶液具有規定濃度，即使在此發生對流而檢測出濃度略低，也不會檢測出大于等于規定濃度的濃度。當檢測出規定濃度以上的濃度時，濃度傳感器32的輸出異常，認為其主要原因是貯存罐18內的液體為空狀態。因而，當由濃度傳感器32檢測出的濃度已成為大于等于規定濃度時，能夠辨別為貯存罐18內的液體為空狀態。另一方面，如果由濃度傳感器32檢測出的濃度大于0％且小于等于規定濃度，則其濃度有可能有誤差，但能夠辨別為貯存罐18內的液體是尿素水溶液。
并且，噪聲等重疊于來自濃度傳感器32的信號，考慮到有可能對尿素水溶液、特別是水不能正確地進行辨別，對尿素水溶液的濃度為小于等于0％的次數進行計數，并在該次數為大于等于規定次數時，可以辨別為貯存罐18內的液體為空狀態。這樣一來，就能夠降低因噪聲等引起的錯誤辨別，并能夠提高液體辨別精度。
另外，最好將貯存罐18內的液體辨別結果通過例如顯示燈等可視地顯示于移動車輛的儀表板。這樣一來，駕駛者看一眼就能夠掌握貯存罐18內的液體是處于何種狀態，根據需要，進行給貯存罐18補充尿素水溶液等的作業，從而能夠適當地維持排氣凈化裝置中的NOx凈化性能。
產業上的可利用性如上，本發明的液體辨別技術，無論貯存罐內的液體是否產生對流，都能夠高精度地辨別為該液體是水、液體還原劑或為空狀態。因此可以適用于移動車輛，并且是非常有用的技術。
權利要求
1.一種液體辨別裝置，其包括濃度檢測裝置和控制裝置，該濃度檢測裝置在貯存有向配設于發動機排氣系統的氮氧化物還原催化劑供給的液體的貯存罐內，通過相分離的兩點間的熱傳遞特性來檢測液體還原劑的濃度，該控制裝置辨別上述貯存罐內的液體的種類；其特征在于，上述控制裝置在由上述濃度檢測裝置檢測出的濃度為小于等于0％、大于0％且小于等于規定濃度及大于規定濃度時，分別辨別為上述貯存罐內的液體為水、液體還原劑及為空狀態。
2.根據權利要求1所述的液體辨別裝置，其特征在于，上述控制裝置對由上述濃度檢測裝置檢測出的濃度為小于等于0％的次數進行計數，在被計數的次數為大于等于規定次數時，辨別為上述貯存罐內的液體是水。
3.根據權利要求1或2所述的液體辨別裝置，其特征在于，具有可視地顯示上述控制裝置的辨別結果的顯示裝置。
4.一種液體辨別方法，其特征在于，在貯存有向配設于發動機排氣系統的氮氧化物還原催化劑供給的液體的貯存罐內，通過相分離的兩點間的熱傳遞特性來檢測液體還原劑的濃度，在被檢測出的濃度為小于等于0％、大于0％且小于等于規定濃度及大于規定濃度時，分別辨別為上述貯存罐內的液體是水、液體還原劑及為空狀態。
全文摘要
在貯存有向NOx還原催化劑供給的液體的貯存罐上，安裝通過相離開的兩點間的熱傳遞特性來檢測出液體還原劑濃度的濃度傳感器。而且，從濃度傳感器讀入濃度，如果該濃度小于等于0％，就辨別為液體是水。即，利用將水換算成液體還原劑的濃度是0％，即使因對流而濃度降低也是小于等于0％。另外，如果濃度大于規定溫度，認為由于貯存罐內的液體為空狀態則濃度傳感器的輸出變得異常，所以辨別為液體為空狀態。另一方面，如果濃度大于0％且小于等于規定濃度，則有可能濃度有誤差，但辨別為液體是液體還原劑。
文檔編號F01N3/08GK1875172SQ200480031829
公開日2006年12月6日 申請日期2004年9月6日 優先權日2003年10月27日
發明者仁科充廣, 加藤壽一, 栗田弘之 申請人:日產柴油機車工業株式會社