专利名称：用于确定还原剂溶液的质量的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于确定还原剂溶液的质量的设备和方法。此外本发明涉及实施本发明方法的所有步骤并且在计算设备中运行的计算机程序。最后本发明涉及一种具有程序代码的计算机程序产品，其存储在可机器读取的载体上，用于当该程序在计算设备上实施时执行本发明的方法。
背景技术：
为了满足越来越严格的废气排放法规，需要减小在内燃机、尤其是柴油发动机的废气中的二氧化氮。为此已知在内燃机的废气范围中设置SCR催化剂(Selective Catalytic Reduction,选择性催化剂还原),该SCR催化剂在存在还原剂的情况下将内燃机的废气中所包含的氮氧化物(Nox)还原为氮。由此可以显著减小废气中氮氧化物的含量。为了进行该还原，需要氨(NH3),氨将与废气混合。由此作为还原剂采用NH3或NH3分裂的试齐U。一般为此使用含水的尿素溶液(尿素水溶液)，该尿素溶液在废气管线的SCR催化剂之前喷入。从该溶液中形成作为还原剂发挥作用的氨。32. 5%的尿素水溶液可以在市场上以商标名“AdBlue ”得到。为了能为内燃机的运行提供足够的还原剂，设置用于存储尿素水溶液的罐。在此法规规定，应当以一定的品质来确定罐中尿素水溶液的质量。从而必须至少识别对水而不是尿素水溶液的后加注。水的后加注目前通过内燃机的废气区域中的NOx传感器定性地确定。由于NOx传感器只能以较大的延迟提供当前的NOx值，因此该方法持续时间非常长。目前更多地要求还原剂溶液的质量识别应当明显更快地进行。如果相应的识别时间按照法规应当是确定的，则不再可能通过Nox传感器来识别质量。
发明内容
本发明的用于确定还原剂溶液的质量的设备包括用于容纳还原剂溶液的罐，该罐具有注入管道和排出管道。注入管道通常引向注入套管。排出管道引向SCR催化剂的馈入位置。该设备还具有至少一个超声波传感器，其设置在注入管道或排出管道中。超声波传感器具有至少一个超声波转换器。最后该设备包括计算设备，该计算设备设立为从超声波传感器的信号中确定还原剂溶液的密度。从还原剂溶液的密度可以推断其质量。从而纯净水具有小于尿素水溶液AdBlue 的密度。在本发明的一种实施方式中，超声波传感器设置在排出管道中并且具有超声波转换器。根据还原剂溶液的密度对还原剂溶液的浓度以及由此对还原剂溶液质量的建模仅在静止液体的情况下是可能的，因为否则还原剂溶液的流动速度会对超声波信号的运行时间产生影响。因此一种用于确定还原剂溶液的质量的由该设备操作的方法包括确定在排出管道中液体是否处于静止状态。如果还原剂罐设置在汽车中，则可以借助汽车的控制设备中的软件来识别这个。例如，在SCR系统中对还原剂泵或者剂量阀门的控制表明，该液体在流动。对这些执行器的较长的控制间隔表明该液体静止。但是该原理仅在排出管道中没有发生液体流例如通过节流器而变得缓慢或者这种变得缓慢在可忽略的范围内时才起作用。例如在本申请人的SCR系统DENOXTRONIC 5. x中就是如此。在确定液体处于静止状态之后，测量超声波传感器的超声波信号在液体中的运行时间tlt)接着根据超声波信号在该液体中的运行时间h来计算该液体的密度。根据该密度可以推断该液体中的还原剂浓度。在本发明的另一种实施方式中，超声波传感器设置在排出管道中并且具有两个超声波转换器。第一超声波转换器以与排出管道的还原剂溶液的流动方向成大于0°且小于90°的角度a设置。第二超声波转换器以与还原剂溶液在排出管道中的相反流动方向成相同角度a地设置。由于超声波传感器具有两个超声波转换器，因此可以借助超声波传感器确定液体是否处于静止状态或者该液体是否流动。为此测量两个超声波转换器的超声波信号在液体中的运行时间h和t2。第一超声波转换器在此与流动方向相反地发送信号到第二超声波转换器。在此测量该信号的运行时间在相同的时间，第二超声波转换器在流动方向上发送信号朝着第一超声波转换器的方向。也测量运行时间t2。当该信号与介质的流动方向相反地传输时声波速度在液体中减小(双重效应)。由此得到根据公式I的运行时间差At0·
t1=t2+A t (公式 I)。如果t1=t2，则液体处于静止状态。从而计算在排出管道中液体是否处于静止状态。如果是，则根据两个超声波转换器的超声波信号的运行时间^和t2来计算液体的密度。超声波传感器在该实施方式中既用于确定密度，又用于确定还原剂溶液是否处于运动中。其它用于确定还原剂溶液是否处于运动中的手段在该实施方式中是不需要的。由于为了确定质量还原剂溶液不允许处于运动中，因此在本发明的上述两个实施方式中超声波传感器分别设置在排出管道中。在排出管道中，如果SCR系统的剂量阀门未打开则还原剂溶液静止。相反在注入管道中仅当罐填满时才有还原剂溶液。但是在此，注入管道被贯通并且还原剂溶液没有静止。在本发明的另一实施方式中，当还原剂溶液处于运动时也能确定还原剂溶液的质量。在此超声波传感器在管道(注入管道或排出管道)中具有3个超声波转换器。第一超声波转换器以与该管道的还原剂溶液的流动方向成大于0°且小于90°的角度a设置。第二超声波转换器以与该管道中还原剂溶液的相反流动方向成相同角度a地设置。第三超声波转换器垂直于该管道中还原剂溶液的流动方向设置。为了确定质量，首先测量三个超声波转换器的超声波信号的运行时间t2和t3。第一超声波转换器与流动方向相反地发送信号到第二超声波转换器。在相同的时间，第二超声波转换器在流动方向上发送信号朝着第一超声波转换器的方向。第三超声波转换器发送垂直于流动方向的信号。根据两个超声波信号在第一超声波转换器和第二超声波转换器之间的运行时间A和t2以及两个超声波信号在第一超声波转换器和第二超声波转换器之间的已知运行距离L，可以借助内燃机的控制设备中的软件确定液体在管道中的流动速度V。由于与流动速度V同时地可以根据第三超声波转换器的超声波信号的运行时间t3计算出液体的密度，因此该密度确定是可靠的。其可以由于流动速度测量而被消除由还原剂溶液的流动速度对第三超声波信号的运行时间t3造成的影响。由于在该实施方式中可以将超声波传感器设置在注入管道中，因此超声波传感器可以与排出管道中的其它超声波传感器组合。所述其它超声波传感器可以根据本发明的任意实施方式构成。在两个管道中都使用超声波传感器导致所确定的还原剂溶液的质量数据的可靠性提高。此外本发明涉及一种计算机程序，当其在计算设备上运行时间实施本发明方法的所有步骤。最后本发明涉及一种具有程序代码的计算机程序产品，所述程序代码存储在可机器读取的载体上，用于当程序在计算设备上实施时执行本发明的方法。
本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中得到更详细描述。图I示出根据本发明的用于确定还原剂溶液的质量的设备的实施方式；
图2不出根据本发明的超声波传感器的第一实施方式；
图3示出根据本发明的超声波传感器的第二实施方式；
图4示出根据本发明的超声波传感器的第三实施方式。
具体实施例方式图I示出根据本发明用于确定还原剂溶液的质量的设备的一种实施方式。设置罐I用于容纳还原剂溶液。罐I具有引向注入套管21的注入管道2。此外罐I具有引向SCR催化剂的剂量阀门的排出管道3。超声波传感器4可以设置在注入管道2中或者设置在排出管道3中。计算设备5被设立为根据超声波传感器4的信号确定还原剂溶液的密度。本发明使用的超声波传感器4的第一实施方式在图2中不出。该超声波传感器只能设置在罐I的排出管道3中，该排出管道可以由还原剂溶液在方向d上流过。超声波传感器具有超声波转换器411。计算设备5确定还原剂溶液在排出管道3中是否处于静止状态，其方法是检查是否向SCR催化剂输送了还原剂溶液。在还原剂溶液在排出管道3中静止的情况下，超声波转换器发送超声波信号。该超声波信号穿过还原剂溶液并且在排出管道3的对面的臂处被反射。该超声波信号接着返回到超声波转换器411并且在那里产生被转发给计算设备5的电信号。根据超声波信号的运行时间\推断还原剂溶液的密度。根据该密度可以确定还原剂溶液中尿素的浓度并由此确定还原剂溶液的质量。根据本发明所使用的超声波传感器4的第二实施方式在图3中示出。该超声波传感器只能在本发明的用于确定还原剂溶液的质量的设备的排出管道3中采用。超声波传感器4包括两个超声波转换器421，422。第一超声波转换器421在此与还原剂溶液在排出管道3中的流动方向相反地例如以与还原剂溶液的流动方向成a =45°的角度(并且由此还以与排出管道3的壁成a =45°的角度)设置。第二超声波转换器422在还原剂溶液于排出管道3中的流通方向上以与还原剂溶液的流动方向d成a=45°的角度设置。第一超声波转换器41与还原剂溶液的流动方向d相反地发送超声波信号，该超声波信号在排出管道3的壁处被反射并且被转发到第二超声波转换器421。第一超声波信号的运行时间^根据公式2得到。
4I
tt = —■■■+.. ++—(公式 2)。
c ^ V *cosa
在此，L说明超声波信号在还原剂溶液中的运行距离，c说明在还原剂溶液中的声波速度，V说明还原剂溶液的平均流动速度。第二超声波转换器421在还原剂溶液的流动方向上发送超声波信号,该超声波信号贯穿过还原剂溶液，在排出管道3的壁处被反射并且被引导至第一超声波转换器411。第二超声波信号的运行时间t2根据公式3得到。
权利要求
1.一种用于确定还原剂溶液的质量的设备，包括 -用于容纳还原剂溶液的罐(1)，该罐具有注入管道(2)和排出管道(3)， -至少一个超声波传感器(4)，其设置在注入管道(2)或排出管道(3)中并且具有至少一个超声波转换器(411，421，422，431，432，433)，以及 -计算设备(5)，该计算设备设立为根据超声波传感器(4)的信号确定还原剂溶液的密度。
2.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，超声波传感器(4)设置在排出管道(3)中并且具有超声波转换器(41)。
3.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，超声波传感器(4)设置在排出管道(3)中并且具有两个超声波转换器(421，422)，其中第一超声波转换器(421)以与还原剂溶液在排出管道(3)中的流动方向成小于90°的角度α设置，并且第二超声波转换器(422)以与还原剂溶液在排出管道(3)中的流动方向相反地成相同角度α地设置。
4.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，超声波传感器(4)设置在排出管道(3)中并且具有3个超声波转换器(431，432，433 )，其中第一超声波转换器(431)以与还原剂溶液在排出管道(3)中的流动方向成小于90°的角度α设置，第二超声波转换器(432)以与还原剂溶液在排出管道(3)中的流动方向相反地成相同角度α地设置，并且第三超声波转换器(433)垂直于还原剂溶液在排出管道(3)中的流动方向设置。
5.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，超声波传感器(4)设置在注入管道(2)中并且具有3个超声波转换器(431，432，433)，其中第一超声波转换器(431)以与还原剂溶液在注入管道(2)中的流动方向成小于90°的角度α设置，第二超声波转换器(432)以与还原剂溶液在注入管道(2)中的流动方向成相同角度α地设置，并且第三超声波转换器(433)垂直于还原剂溶液在注入管道(2)中的流动方向设置。
6.一种用于在根据权利要求I或2的设备中确定还原剂溶液的质量的方法，包括 -确定在排出管道(3)中液体是否处于静止状态， -测量超声波转换器(411)的超声波信号在液体中的运行时间t1; -根据超声波信号在液体中的运行时间计算该液体的密度。
7.一种用于在根据权利要求I或3的设备中确定还原剂溶液的质量的方法，包括 -测量两个超声波转换器(421，422)的超声波信号在排出管道(3)中的液体中的运行时间h和t2， -当两个运行时间^和t2相同时，根据两个超声波转换器(421，422)之一的超声波信号的运行时间h和t2之一来计算液体的密度。
8.一种用于在根据权利要求1，4或5的设备中确定还原剂溶液的质量的方法，包括 -测量三个超声波转换器(431，432，433)的超声波信号在管道(2，3)中的液体中的运行时间t1; t2和t3， -根据第一超声波转换器(431)的超声波信号和第二超声波转换器(432)的超声波信号在液体中的运行时间h和t2以及两个超声波信号中的每一个在两个超声波转换器(431，432)之间的运行距离L，计算液体在其中设置超声波传感器(4)的管道(2，3)中的流动速度 -根据流动速度V以及第三超声波转换器(433)的超声波信号在液体中的运行时间t3计算出液体的密度。
9.一种计算机程序，当其在计算设备(5)上运行时间实施权利要求6至8之一所述方法的所有步骤。
10.一种具有程序代码的计算机程序产品，所述程序代码存储在可机器读取的载体上，用于当程序在计算设备(5)上实施时执行根据权利要求6至8之一所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定还原剂溶液的质量的设备和方法。用于确定还原剂溶液的质量的设备包括用于容纳还原剂溶液的罐，该罐具有注入管道和排出管道。至少一个设置在注入管道或排出管道中的超声波传感器具有至少一个超声波转换器(431,432,433)。计算设备设立为根据超声波传感器的信号确定还原剂溶液的密度。还原剂溶液的质量可以根据该密度来确定。计算机程序如果在计算设备上运行则实施为此所需要的所有方法步骤。
文档编号G01N9/24GK102954924SQ20121029821
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月21日 优先权日2011年8月22日
发明者D.迪尔布施, A.费尔德格斯 申请人:罗伯特·博世有限公司