專利名稱：液體還原劑辨別裝置和發(fā)動機(jī)的排氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高精度地辨別還原劑罐內(nèi)的液體還原劑或者其前體是否為空的技術(shù)， 特別涉及對排氣中的氮氧化物(N0X)進(jìn)行還原凈化的發(fā)動機(jī)的排氣凈化裝置(下面稱為 "排氣凈化裝置")中的還原劑罐的空辨別技術(shù)。
背景技術(shù)：
已經(jīng)提出一種排氣凈化裝置，其向配設(shè)在發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)中的NOx還原催化劑的 排氣上流噴射供給液體還原劑或者其前體，使排氣中的N0X和還原劑發(fā)生催化還原反應(yīng)，將 NOy凈化處理為無害成分。在這樣的排氣凈化裝置中，辨別用于儲藏液體還原劑或者其前體 的儲藏罐為空的技術(shù)被記載在特開2006-342782號公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)中。該技術(shù)利用了 基于發(fā)熱體的溫度上升特性來測定液體還原劑或者其前體的濃度的濃度傳感器。
專利文獻(xiàn)1 :特開2006-342782號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
制月蒲糾響頁 在利用上述專利文獻(xiàn)1所公開的濃度傳感器的空辨別技術(shù)中，即使還原劑罐中裝 有充足的液體還原劑或者其前體，當(dāng)氣泡附著到濃度傳感器上時，進(jìn)行準(zhǔn)確的濃度測定比 較困難。因此，現(xiàn)狀為在濃度傳感器的測定條件設(shè)定方面考慮了各種辦法，使其不會作出錯 誤的空辨別。 因此，鑒于這樣的技術(shù)背景，本發(fā)明的目的在于提供一種進(jìn)一步提高空辨別的精
度的液體還原劑辨別裝置和排氣凈化裝置。 肝碰l、口扁勺錄 為了達(dá)到該目的，本發(fā)明提出的液體還原劑辨別裝置的特征在于，包含發(fā)熱體， 其被配設(shè)在儲藏液體還原劑或者其前體的還原劑罐中；濃度測定裝置，其使上述發(fā)熱體工 作規(guī)定時間，基于該工作的發(fā)熱體的溫度上升特性來測定液體還原劑或者其前體的濃度；
水位測定裝置，其測定上述還原劑罐中的液體還原劑或其前體的水位；還原劑空 辨別裝置，其當(dāng)通過上述濃度測定裝置測定到的濃度與第一閾值比較、且通過上述水位測 定裝置測定到的水位與第二閾值比較的結(jié)果滿足規(guī)定的條件時，辨別出液體還原劑或者其 前體為空。 在該液體還原劑辨別裝置中，上述還原劑空辨別裝置辨別為空的規(guī)定條件可以是 當(dāng)上述濃度超過上述第一閾值且上述水位為上述第二閾值以下時。 另外，上述液體還原劑辨別裝置還能夠包含計(jì)數(shù)裝置，其在由上述還原劑空辨別 裝置作出為空的空辨別時，對空辨別次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)；空辨別確定裝置，其在由該計(jì)數(shù)裝置所 計(jì)數(shù)的空辨別次數(shù)為規(guī)定次數(shù)以上時，確定空辨別。該結(jié)構(gòu)的液體還原劑辨別裝置還能夠 包含通知裝置，其在由上述空辨別確定裝置確定空辨別時，進(jìn)行液體還原劑為空的通知。 另外，該液體還原劑辨別裝置還能夠包含重置裝置，其在由上述還原劑空辨別裝置辨別為非空時，重置上述空辨別次數(shù)和上述空辨別確定。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的排氣凈化裝置的特征在于，包含還原劑罐，其 儲藏液體還原劑或者其前體；還原催化劑，其使用上述還原劑罐的液體還原劑或者其前體 來還原凈化排氣中的氮氧化物；濃度測定裝置，其使配設(shè)在上述還原劑罐中的發(fā)熱體工作 規(guī)定時間，基于該工作的發(fā)熱體的溫度上升特性來測定液體還原劑或者其前體的濃度；水 位測定裝置，其測定上述還原劑罐中的液體還原劑或其前體的水位；還原劑空辨別裝置，其 當(dāng)通過上述濃度測定裝置測定到的濃度與第一閾值比較、且通過上述水位測定裝置測定到 的水位與第二閾值比較的結(jié)果滿足規(guī)定的條件時，辨別液體還原劑或者其前體為空。
在該排氣凈化裝置中，上述還原劑空辨別裝置辨別為空的規(guī)定條件可以是當(dāng)上述 濃度超過上述第一閾值且上述水位為上述第二閾值以下時。 另外，上述排氣凈化裝置還能夠包含計(jì)數(shù)裝置，其在由上述還原劑空辨別裝置作 出為空的空辨別時，對空辨別次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)；空辨別確定裝置，其在由該計(jì)數(shù)裝置所計(jì)數(shù)的 空辨別次數(shù)為規(guī)定次數(shù)以上時，確定空辨別。該結(jié)構(gòu)的排氣凈化裝置還能夠包含通知裝 置，其在由上述空辨別確定裝置確定了空辨別時，進(jìn)行液體還原劑為空的通知。另外，該排 氣凈化裝置還能夠包含重置裝置，其在由上述還原劑空辨別裝置辨別為非空時，重置上述 空辨別次數(shù)和上述空辨別確定。
誇效果 根據(jù)上述方案的液體還原劑辨別裝置或者排氣凈化裝置，在基于濃度測定裝置的 濃度的基礎(chǔ)上還利用基于水位測定裝置的水位進(jìn)行空辨別，能夠?qū)嵤┍纫酝鶞?zhǔn)確的辨別。 即，即使在盡管液體還原劑或者其前體的剩余量充足，但是由于在發(fā)熱體的周圍附著或者 存在氣泡而從濃度測定裝置發(fā)出表示空的錯誤信號的情況下，因?yàn)榇藭r水位測定裝置不發(fā) 出表示空的信號，所以能夠防止錯誤辨別。 在該裝置中，在將濃度超過第一閾值且水位為第二閾值以下時作為空辨別的條件 的情況下，作為第一閾值，其能夠設(shè)定為如果裝有正常的液體還原劑或者其前體則通常測 定不到的濃度上限的值；另外，作為第二閾值，其能夠設(shè)定為用于分為規(guī)定數(shù)量的等級進(jìn)行 顯示的水位水平中用于表示最低水平的水位下限的值。由此，能夠?qū)嵤└訙?zhǔn)確的空辨別。
在上述裝置中，如果采用具備計(jì)數(shù)裝置和空辨別確定裝置、當(dāng)空辨別次數(shù)被計(jì)數(shù) 到規(guī)定次數(shù)時確定空辨別的結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步提高測定的可靠性。并且，通過具備在確定該 空辨別時進(jìn)行通知的通知裝置，能夠提醒用戶補(bǔ)充液體還原劑或者其前體。并且，通過具備 重置裝置，在作出非空的辨別時重置空辨別次數(shù)和空辨別確定，從頭開始重新進(jìn)行計(jì)數(shù)處 理，能夠盡可能地抑制發(fā)生確定錯誤。


圖1是表示具備本發(fā)明的液體還原劑辨別裝置的排氣凈化裝置的一個例子的整 體結(jié)構(gòu)圖。 圖2表示測定尿素水溶液的濃度和水位的傳感器，(A)是其結(jié)構(gòu)說明圖，(B)是濃 度測定原理說明圖。 圖3是用于進(jìn)行空辨別的各種功能的框圖。
圖4是表示空辨別處理的流程圖。
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酬feiff綱 10 :發(fā)動機(jī)；20 :N0y還原催化劑;24 :還原劑罐；30 :傳感器;30C :陶瓷加熱器；32 : 控制單元；32A :還原劑空辨別部；32B :空辨別次數(shù)計(jì)數(shù)部；32C :空辨別確定部。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖詳細(xì)說明優(yōu)選的實(shí)施方式。 圖1表示使用尿素水溶液作為液體還原劑的前體的、對發(fā)動機(jī)排氣中的N(^進(jìn)行 還原凈化的排氣凈化裝置的整體結(jié)構(gòu)。 在與發(fā)動機(jī)10的排氣歧管12連接的排氣管14中，沿排氣流通方向分別配設(shè)有 氮氧化催化劑16，其將一氧化氮(N0)氧化為二氧化氮(N02);噴射嘴18，其噴射供給尿素水 溶液；N(^還原催化劑20，其使用對尿素水溶液進(jìn)行加水分解而得到的氨來還原凈化N(^ ;氨 氧化催化劑22，其對通過N0X還原催化劑20的氨進(jìn)行氧化。另一方面，儲藏在還原劑罐24 中的尿素水溶液經(jīng)由吸入、壓送尿素水溶液的泵模塊26和控制其噴射流量的添加模塊28， 被供給到噴射嘴18。 此外，在本實(shí)施方式中使用了尿素水溶液，但根據(jù)N0y還原催化劑20的規(guī)格也可 以使用氨水溶液等。 在該排氣凈化裝置中，從噴射嘴18被噴射供給的尿素水溶液利用排氣和排氣中 的水蒸氣被加水分解而轉(zhuǎn)化為氨。被轉(zhuǎn)化的氨在N(^還原催化劑20中與排氣中的N(^反應(yīng) 而被轉(zhuǎn)化為水(H20)和氮(N2)的技術(shù)是公知事項(xiàng)。此時，為了提高N(^還原催化劑20中的 N0X的凈化效率，由氮氧化催化劑16將NO氧化為冊2，將排氣中的NO和N02的比率改善為 適合于還原反應(yīng)。另一方面，經(jīng)過N(^還原催化劑20的氨，被配設(shè)在其排氣下流的氨氧化 催化劑22氧化，因此能夠防止氨被直接排放到大氣中。 在還原劑罐24中安裝有傳感器30，該傳感器30為了測定尿素水溶液的濃度(尿 素濃度)而發(fā)揮濃度測定裝置的功能，并且為了測定尿素水溶液的水位(液面水平)的而 發(fā)揮水位測定裝置的功能。如圖2的(A)所示，在傳感器30中，內(nèi)置有電路基板的基部30A 被固定在還原劑罐24的頂壁上，支撐部30B從該基部30A向還原劑罐24的底壁垂下。并 且，在支撐部30B的頂端(自由端)固定著陶瓷加熱器30C(發(fā)熱體)。
如圖2的(B)所示，傳感器30是根據(jù)使陶瓷加熱器30C工作規(guī)定時間At時的溫 度上升特性(T「T。) 、S卩，將尿素水溶液作為熱傳導(dǎo)介質(zhì)的發(fā)熱特性來間接地測定濃度的濃 度傳感器。另外，在本實(shí)施方式中，傳感器30的支撐部30B具有將橫截面為圓形的內(nèi)側(cè)電 極和外側(cè)電極同心地配置并且在該內(nèi)側(cè)電極的外周面上施加絕緣膜的結(jié)構(gòu)，兼用作根據(jù)該 兩個電極間的靜電電容間接地測定水位的水位傳感器。 此外，本實(shí)施方式的傳感器30是使基于陶瓷加熱器30C的溫度上升特性來測定尿 素濃度的濃度傳感器和基于內(nèi)側(cè)電極與外側(cè)電極之間的靜電電容來測定水位的水位傳感 器一體化的結(jié)構(gòu)，這在國際公開專利公報(bào)W02007/004543號手冊中已公開，因此省略詳細(xì) 說明。 另外，作為濃度傳感器還可以采用在接近的2個位置上分別配設(shè)2個溫度傳感器 并且在一方的溫度傳感器上并設(shè)加熱器的結(jié)構(gòu)。另外，水位傳感器既可以是與濃度傳感器 分開的，也可以是通過浮在液面上的浮標(biāo)來測定水位的結(jié)構(gòu)等。
傳感器30的輸出信號，具體來說，濃度信號和水位信號被輸入到內(nèi)置有計(jì)算機(jī)的 控制單元32。另外，在控制單元32中，從進(jìn)行發(fā)動機(jī)10的各種控制的發(fā)動機(jī)控制單元34， 通過CAN (Controller AreaNetwork :控制器局域網(wǎng)絡(luò))等輸入點(diǎn)火開關(guān)信號等。并且，在 控制組件32中，如圖3所示，通過執(zhí)行記錄在其R0M(Read OnlyMemory :只讀存儲器)等中 的控制程序，分別實(shí)現(xiàn)還原劑空辨別部32A、空辨別次數(shù)計(jì)數(shù)部32B以及空辨別確定部32C 的具體功能。即，在本實(shí)施方式中，由傳感器30和控制單元32構(gòu)成液體還原劑辨別裝置。 此外，該控制程序不限定于控制單元32，也可以由發(fā)動機(jī)控制單元34等已設(shè)的控制單元來 執(zhí)行。 還原劑空辨別部32A發(fā)揮還原劑空辨別裝置和重置裝置的功能，發(fā)動機(jī)啟動后每 隔規(guī)定的時間(例如為在圖2的(B)的時間At上加上加熱器溫度返回到T。的時間而得 到的時間以上)，基于傳感器30發(fā)出的濃度信號和水位信號辨別尿素水溶液是否為空，輸 出與其辨別結(jié)果相對應(yīng)的空辨別信號或者重置信號?？毡鎰e次數(shù)計(jì)數(shù)部32B發(fā)揮計(jì)數(shù)裝置 的功能，當(dāng)輸出空辨別信號時對空辨別次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，另一方面，當(dāng)輸出重置信號時，重置 (清空)到重置信號被輸出時為止的次數(shù)?？毡鎰e確定部32C發(fā)揮空辨別確定裝置的功能， 基于從空辨別次數(shù)計(jì)數(shù)部32B輸出的計(jì)數(shù)信號，當(dāng)空辨別次數(shù)為規(guī)定的次數(shù)以上時確定空 辨別，輸出空辨別確定信號。另外，如果輸出重置信號時正在輸出空辨別確定信號，則對其 進(jìn)行重置。 下面參照圖4的流程圖說明與空辨別有關(guān)的各種功能。 還原劑空辨別部32A在步驟1(圖中簡記為「S1」。下同)中從傳感器30讀取濃度 信號，然后在步驟2中從傳感器30讀取水位信號。 接著，在步驟3中，還原劑空辨別部32A將測定到的濃度與第一閾值比較，判定是 否滿足比第一閾值大這一條件。針對濃度的第一閾值是用于辨別尿素水溶液是否為空的閾 值，其被設(shè)定為裝有正常的尿素水溶液時通常測定不到的濃度上限的值。在與該第一閾值 比較的結(jié)果是濃度為第一閾值以下而不滿足條件的情況下，還原劑空辨別部32A進(jìn)入步驟 4，輸出重置信號，重置空辨別次數(shù)計(jì)數(shù)部32B的計(jì)數(shù)和空辨別確定部32C的空辨別確定后， 等待規(guī)定的時間后重新開始步驟1。即，如果所測定到的濃度為第一閾值以下，還原劑空辨 別部32A不用判定水位，就能夠辨別為非空，能夠省略水位判定的處理。
另一方面，在滿足濃度大于第一閾值這一條件的情況下，還原劑空辨別部32A進(jìn) 入步驟5，將所測定到的水位與第二閾值比較，判定是否滿足在第二閾值以下這一條件。針 對水位的第二閾值是用于辨別尿素水溶液為空的閾值，其被設(shè)定為例如用多個LED分5個 級表示的水位水平中用于表示最低的0水平的水位下限的值。在與該第2閾值的比較結(jié)果 是水位比第二閾值大而不滿足條件的情況下，還原劑空辨別部32A等待規(guī)定的時間后重新 開始步驟l。 另一方面，在滿足水位為第二閾值以下這一條件的情況下，還原劑空辨別部32A 進(jìn)行尿素水溶液為空的空辨別，輸出空辨別信號，進(jìn)入步驟6。在步驟6中，在空辨別次數(shù)計(jì) 數(shù)部32B中空辨別次數(shù)增加1。然后，表示空辨別次數(shù)的計(jì)數(shù)結(jié)果的計(jì)數(shù)信號從空辨別次數(shù) 計(jì)數(shù)部32B向空辨別確定部32C輸出，在步驟7中，空辨別確定部32C判定計(jì)數(shù)后的空辨別 次數(shù)是否為規(guī)定次數(shù)以上。該規(guī)定次數(shù)是為了盡量避免因液面搖動等造成的錯誤辨別、進(jìn) 一步提高空辨別處理的精度而被設(shè)定的值，被設(shè)定為2以上的自然數(shù)。如果判定的結(jié)果是空辨別次數(shù)不超過規(guī)定次數(shù)，等待規(guī)定時間后重新開始步驟1。 此時，即，在空辨別次數(shù)未達(dá)到規(guī)定次數(shù)后而重新開始步驟1后，在步驟3中判定 為濃度為第一閾值以下(即不滿足條件)的情況下，進(jìn)入步驟4，輸出重置信號，重置空辨別 次數(shù)計(jì)數(shù)部32B的計(jì)數(shù)。在該時刻作出非空的辨別時，通過重置空辨別次數(shù)的計(jì)數(shù)從頭重 新進(jìn)行計(jì)數(shù)處理，能夠盡量抑制發(fā)生錯誤確定。 在步驟7中空辨別次數(shù)為規(guī)定次數(shù)以上的情況下，進(jìn)入步驟8，在空辨別確定部 32C中，確定空辨別，輸出空辨別確定信號。輸出空辨別確定信號時，啟動蜂鳴器、LED等通 知裝置，通知用戶還原劑罐24內(nèi)的尿素水溶液為空。由此，能夠提醒用戶補(bǔ)充尿素水溶液， 維持排氣凈化裝置的功能。 輸出空辨別確定信號后，等待規(guī)定時間后重新開始步驟l，但是一旦輸出空辨別確 定信號后，到通過步驟3判定濃度為第一閾值以下為止，即到補(bǔ)充了尿素水溶液為止，不進(jìn) 行空辨別確定信號的重置。 如上所述，通過利用濃度和水位兩者進(jìn)行為空辨別空辨別，即使在盡管尿素水溶 液的剩余量充足、但由于在陶瓷加熱器30C的周圍(換言之，濃度傳感器)附著或者存在氣 泡而輸出表示空的濃度信號的情況下，因?yàn)榇藭r水位信號不表示空，所以能夠防止錯誤辨 別、能夠?qū)嵤┖鸵酝啾雀鼫?zhǔn)確的辨別。
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權(quán)利要求
一種液體還原劑辨別裝置，其特征在于，包括發(fā)熱體，其被配設(shè)在儲藏液體還原劑或者其前體的還原劑罐中；濃度測定裝置，其使上述發(fā)熱體工作規(guī)定時間，基于該工作的發(fā)熱體的溫度上升特性來測定液體還原劑或者其前體的濃度；水位測定裝置，其測定上述還原劑罐中的液體還原劑或其前體的水位；還原劑空辨別裝置，其當(dāng)由上述濃度測定裝置測定到的濃度與第一閾值比較、且通過上述水位測定裝置測定到的水位與第二閾值比較的結(jié)果滿足規(guī)定的條件時，辨別出液體還原劑或者其前體為空。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體還原劑辨別裝置，其特征在于上述液體還原劑空辨別裝置辨別為空的規(guī)定條件是當(dāng)上述濃度超過上述第一閾值且 上述水位為上述第二閾值以下時。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體還原劑辨別裝置，其特征在于，還包含 計(jì)數(shù)裝置，其在由上述還原劑空辨別裝置作出為空的空辨別時，對空辨別次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)；空辨別確定裝置，其在由該計(jì)數(shù)裝置所計(jì)數(shù)的空辨別次數(shù)為規(guī)定次數(shù)以上時，確定空 辨別。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的液體還原劑辨別裝置，其特征在于，還包含 通知裝置，其在由上述空辨別確定裝置確定了空辨別時，進(jìn)行液體還原劑為空的通知。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的液體還原劑辨別裝置，其特征在于，還包含 重置裝置，其在由上述還原劑空辨別裝置辨別為非空時，重置上述空辨別次數(shù)和上述空辨別確定。
6. —種發(fā)動機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，包含 還原劑罐，其儲藏液體還原劑或者其前體；還原催化劑，其使用上述還原劑罐中的液體還原劑或者其前體來還原凈化排氣中的氮 氧化物；濃度測定裝置，其使配設(shè)在上述還原劑罐中的發(fā)熱體工作規(guī)定時間，基于該工作的發(fā)熱體的溫度上升特性來測定液體還原劑或者其前體的濃度；水位測定裝置，其測定上述還原劑罐中的液體還原劑或者其前體的水位； 還原劑空辨別裝置，其當(dāng)通過上述濃度測定裝置測定到的濃度與第一閾值比較、且通過上述水位測定裝置測定到的水位與第二閾值比較的結(jié)果滿足規(guī)定的條件時，辨別液體還原劑或者其前體為空。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)動機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，上述還原劑空辨別裝置辨別為空的規(guī)定條件是當(dāng)上述濃度超過第一閾值且上述水位 為上述第二閾值以下時。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)動機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，還包含 計(jì)數(shù)裝置，其在由上述還原劑空辨別裝置作出為空的空辨別時，對空辨別次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)；空辨別確定裝置，其在由該計(jì)數(shù)裝置所計(jì)數(shù)的空辨別次數(shù)為規(guī)定次數(shù)以上時，確定空 辨別。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)動機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，還包含 通知裝置，其在由上述空辨別確定裝置確定了空辨別時，進(jìn)行液體還原劑為空的通知。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)動機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，還包含 重置裝置，在由上述還原劑空辨別裝置辨別為非空時，重置上述空辨別次數(shù)和上述空辨別確定。
全文摘要
提供一種與以往相比空辨別的精度更高的液體還原劑辨別裝置。該液體還原劑辨別裝置的特征在于在液體還原劑的儲藏罐中具備濃度傳感器和水位傳感器，在基于濃度傳感器的濃度的基礎(chǔ)上還利用基于水位傳感器的水位進(jìn)行空辨別(步驟3和步驟5)。即使在盡管液體還原劑的剩余量充足，但由于氣泡附著在濃度傳感器上而發(fā)出表示空的錯誤信號的情況下，因?yàn)榇藭r水位傳感器不發(fā)出表示空的信號，所以能夠防止錯誤辨別、能夠?qū)嵤┡c以往相比更為準(zhǔn)確的辨別。
文檔編號B01D53/94GK101702926SQ200880010339
公開日2010年5月5日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者佐藤美邦, 山本享史, 松永英樹, 笹沼威夫 申請人:日產(chǎn)柴油機(jī)車工業(yè)株式會社;日本特殊陶業(yè)株式會社