专利名称：液体还原剂辨别装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够使用根据相互分开的2点间的热传递特性输出与液体还原剂的浓度关联的信号的传感器来始终辨别液体还原剂为空、异种水溶液或者标准的技术。
背景技术：
作为去除在发动机排气中包含的氮氧化物(NOx)的催化剂净化系统，提出了在特开2000-27627号公报(专利文献1)中公开的排气净化装置。上述排气净化装置是如下装置通过向配置在发动机排气系统中的还原催化剂的排气上游通过喷射提供与发动机运转状态相应的必要量的液体还原剂，使排气中的NOx和液体还原剂进行催化还原反应而将NOx净化处理成无害成分。
专利文献1日本特开2000-27627号公报发明内容发明要解决的问题然而，根据上述现有的排气净化装置，当净化效率随着液体还原剂的浓度变化而变化时，如果不注意该变化而继续使发动机运转，则有可能无法得到所要的NOx净化性能，而招致放出大量的NOx。特别是，在液体还原剂为空、或者使用了不作为液体还原剂发挥功能的异种水溶液的情况下，这种问题尤其明显。
因此，可考虑设置根据相互分开的2点间的热传递特性检测液体还原剂浓度的传感器，但是当将其搭载在汽车等移动车辆上时，导致产生如下的问题。即，在移动车辆的行驶中，车体由于路面的起伏等而不断地振动，因此导致在储藏罐内的液体还原剂中产生对流。当在液体还原剂中产生对流时，将其作为热传递介质的热传递特性发生变化，从而导致浓度检测精度显著降低。因此，在移动车辆的行驶中，难以进行液体还原剂的浓度检测，很难说能够充分灵活运用传感器。
因此，鉴于以上现有的问题点，本发明的目的在于提供一种利用“如果液体还原剂是标准的，则即使发生对流，传感器输出连续多次脱离规定范围的情形也极为稀少”这一事实而能够始终辨别液体还原剂是否是空、异种水溶液或者标准的液体还原剂辨别装置。
用于解决问题的方案因此，在本发明中，液体还原剂辨别装置包括传感器，其配置在储藏液体还原剂的储藏罐内，根据相互分开的2点间的热传递特性输出与上述液体还原剂的浓度相关联的信号；和控制单元，其内置有计算机，其中，上述控制单元在发动机起动后，每隔规定时间输出测定触发信号，当输出了该测定触发信号时，根据来自上述传感器的信号来算出液体还原剂的浓度，对该浓度连续在规定的上限阈值以上或者下限阈值以下的第1次数或者第2次数分别进行计数，当该第1次数或者第2次数在规定值以上时，分别判断为上述液体还原剂为空或者为异种水溶液。
发明的效果根据与本发明有关的液体还原剂辨别装置，利用“如果液体还原剂是标准的，则即使发生对流，传感器输出连续多次脱离规定范围的情形也极为稀少”这一事实，当液体还原剂浓度连续在规定上限阈值以上或者下限阈值以下的次数为规定值以上时，判断为该尿素水溶液是空或者是异种水溶液。因此，不管车辆状态如何，也能够始终辨别液体还原剂是否是空或者是异种水溶液。
图1是具备与本发明有关的液体还原剂辨别装置的排气净化装置的结构图。
图2是传感器检测部的详细图。
图3是传感器的浓度检测原理的说明图。
图4是构成液体还原剂辨别装置的各种功能的框图。
图5是表示测定触发信号输出处理的流程图。
图6是表示车辆状态判断处理的流程图。
图7是表示浓度算出处理以及计数处理的流程图。
图8是表示浓度算出处理以及计数处理的流程图。
图9是表示还原剂判断处理的流程图。
图10是表示车辆行驶中的浓度测定值的传感器输出特性图。
附图标记说明10发动机；18储藏罐；32传感器；32B检测部；34控制单元；34A测定触发信号输出部；34B车辆状态判断部；34C浓度算出部；34D计数部；34E还原剂判断部；36发动机控制单元。
具体实施例方式
下面参照附图详细说明本发明。
图1表示具备与本发明有关的液体还原剂辨别装置的排气净化装置的整体结构。
发动机10的排气从排气歧管(exhaust manifold)12经由配置了NOx还原催化剂14的排气管16而排出到大气中。详细地说，在排气管16中，从排气上游侧起依次配置了一氧化氮(NO)的氧化催化剂、NOx的还原催化剂以及浆式(スリツプ式)氨氧化催化剂这3种催化剂、并在其前后配置温度传感器、氧传感器等而构成排气系统，但没有详细图示。另外，储藏在储藏罐18中的液体还原剂经由还原剂提供装置20以及喷嘴22，与空气一起被通过喷射提供给NOx还原催化剂14的排气上游。在此，作为液体还原剂，在本实施方式中使用尿素水溶液，但也可以使用以氨水溶液以及烃为主成份的柴油、石油或者汽油等。
尿素水溶液是溶解了固体或者粉体尿素的水溶液，从在靠近储藏罐18底部的下部位置上开口的吸入口24吸入尿素水溶液，通过提供配管26提供给还原剂提供装置20。在此，提供给还原剂提供装置20的尿素水溶液之中没有用于喷射的剩余部分通过返回配管28从在储藏罐18的上部位置上开口的返回口30返回到其内部。
通过喷射提供给NOx还原催化剂14的排气上游的尿素水溶液，通过排气热以及排气中的水蒸气而被加水分解，容易产生氨。已知产生的氨在NOx还原催化剂14中与排气中的NOx发生反应，净化成水以及无害气体。
另外，在储藏罐18中安装有输出与尿素水溶液的浓度关联的信号的传感器32。即，在储藏罐18的顶壁上固定着内置有电路板的基部32A，并且检测部32B从基部32A向储藏罐18底部垂下。
在此，如图2所示，作为检测部32B，在相互分开的2个位置上分别配置了加热器A以及温度传感器B。而且，当使加热器A进行工作时，通过该热被传递到温度传感器B的热特性，输出与尿素水溶液浓度关联的信号。具体地说，如图3所示，当使加热器A工作规定时间t1时，在温度传感器B中具有与尿素水溶液的热传导率相应的特性，温度渐渐上升。而且，根据停止加热器A时的温度上升特性、即温度传感器B中的初始温度和峰值温度之差，能够间接地检测尿素水溶液的浓度。另一方面，使加热器A停止后，温度传感器B中的温度渐渐下降，经过时间t2返回到加热器工作前的温度。因此，每隔规定时间(t1+t2)能够检测尿素水溶液的浓度。此外，作为传感器32，已知有三井金属矿业(株)制造销售的产品。
传感器32的输出信号被输入到内置有计算机的控制单元34中。另外，从进行发动机10的各种控制的发动机控制单元36通过CAN(Controller Area Network控制器局域网)等，向控制单元34输入发动机转速信号、点火开关信号、车速信号等。而且，如图3所示，在控制单元34中，通过存储在ROM(Read Only Memory只读存储器)中的控制程序，分别实现测定触发信号输出部34A、车辆状态判断部34B、浓度算出部34C、计数部34D以及还原剂判断部34E。此外，在本实施方式中，发动机控制单元34同时具有作为转速检测装置以及车速检测装置的功能，但是也可以通过公知的传感器分别检测发动机转速以及车速。
测定触发信号输出部34A在点火开关信号成为ON时起动，每隔图3所示的规定时间(t1+t2)输出测定触发信号，该测定触发信号表示应开始尿素水溶液的浓度检测。车辆状态判断部34B根据车速信号以及转速信号，判断车辆是停止的还是行驶的。当通过测定触发信号输出部34A输出了测定触发信号时，浓度算出部34C根据来自传感器32的信号算出尿素水溶液浓度。计数部34D根据由车辆状态判断部34B判断的车辆状态，对通过浓度算出部34C算出的尿素水溶液浓度连续脱离规定范围的次数进行计数。当由计数部34D计数的次数在规定值以上时，还原剂判断部34E判断为液体还原剂是标准的。
下面参照图5～图9的流程图说明液体还原剂辨别装置的作用。
在表示测定触发信号输出部34A的测定触发信号输出处理的图5中，在步骤1中(在图中简记为“S1”。下面相同)通过CAN等，从发动机控制单元36读入点火开关信号。
在步骤2中，判断点火开关信号是否是ON、换言之判断发动机10是否起动。而且，如果点火开关信号是ON则进入步骤3(“是”)，另一方面，如果点火开关信号是OFF则返回步骤1(“否”)。
在步骤3中，输出测定触发信号。
在步骤4中，判断输出测定触发信号后是否经过了规定时间(t1+t2)。然后，如果输出测定触发信号后经过了规定时间则结束处理(“是”)，另一方面，如果没有经过规定时间则进行待机(“否”)。
根据上述测定触发信号输出处理，在发动机10起动后，每隔规定时间(t1+t2)输出测定触发信号。因此，可通过监视有无测定触发信号，掌握是否能够由传感器32进行尿素水溶液的浓度检测。
在表示车辆状态判断部34B的车辆状态判断处理的图6中，在步骤11中通过CAN等，从发动机控制单元36读入发动机转速信号。
在步骤12中，判断发动机转速是否在规定值以下、换言之判断发动机10是否正在空转。然后，如果发动机转速在规定值以下则进入步骤13(“是”)，另一方面，如果发动机转速大于规定值则进入步骤16(“否”)。
在步骤13中，通过CAN等从发动机控制单元36读入车速信号。
在步骤14中，判断车速是否在规定值以下、换言之判断是否在车辆大致停止的车速以下。然后，如果车速在规定值以下则进入步骤15(“是”)，另一方面，如果车速大于规定值则进入步骤16(“否”)。
在步骤15中，判断为车辆是停止的，输出表示是停止状态的数据。在此，表示是停止状态的数据，为了能够在任意时刻参照而被输出到存储器的规定区域。
在步骤16中，判断为车辆是行驶的，输出表示是行驶状态的数据。在此，表示是行驶状态的数据与表示是停止状态的数据同样地，为了能够在任意时刻参照而被输出到存储器的规定区域。
根据上述车辆状态判断处理，当发动机转速在规定值以下且车速在规定值以下时判断为“停止的”，在除此之外的情况下判断为“行驶中”。即，当车辆处于停止状态时，考虑发动机10正在空转且车速大致为0的事实，能够高精度地判断车辆状态。
在表示浓度算出部34C以及计数部34D的浓度算出处理以及计数处理的图7以及图8中，在步骤21中判断是否输出了测定触发信号。然后，如果输出了测定触发信号则进入步骤22(“是”)，另一方面，如果没有输出测定触发信号则进行待机(“否”)。
在步骤22中，算出尿素水溶液的浓度。即，使传感器32的加热器A工作规定时间t1，根据温度传感器B中的温度上升特性算出尿素水溶液的浓度。
在步骤23中，读入存储在存储器中的判断次数。在此，判断次数中包括尿素水溶液浓度连续在规定的上限阈值以上的空判断次数、尿素水溶液浓度连续在规定的下限阈值以下的异种判断次数。
在步骤24中，从存储器读入车辆状态、即表示车辆是停止的还是行驶中的数据。
在步骤25中，判断尿素水溶液浓度是否在上限阈值以上。在此，上限阈值是用于判断尿素水溶液是否为空的阈值，设定为即使在标准的尿素水溶液中产生对流通常也无法检测出的上限值。然后，如果尿素水溶液浓度在上限阈值以上则进入步骤26(“是”)，另一方面，如果尿素水溶液浓度小于上限阈值则进入步骤29(“否”)。
在步骤26中，进行与车辆状态相应的分支处理。即，如果车辆是行驶中则进入步骤27(“是”)，在空判断次数上加上1。另一方面，如果车辆是停止的则进入步骤28(“否”)，在空判断次数上加上n(2以上的自然数)。
另一方面，在判断为在步骤25中尿素水溶液浓度小于上限阈值的步骤29中，判断尿素水溶液浓度是否在下限阈值以下。在此，下限阈值是用于判断尿素水溶液是否为异种水溶液的阈值，设定为即使在标准的尿素水溶液中产生对流通常也无法检测出的下限值。然后，如果尿素水溶液浓度在下限阈值以下则进入到步骤30(“是”)，另一方面，如果尿素水溶液浓度大于下限阈值则进入步骤33(“否”)，空判断次数以及异种判断次数被分别清零。
在步骤30中，进行与车辆状态相应的分支处理。即，如果车辆是行驶中则进入步骤31(“是”)，在异种判断次数上加上1。另一方面，如果车辆状态是停止的则进入步骤32(“否”)，在异种判断次数上加上n(2以上的自然数)。
在步骤34中，更新存储在存储器中的判断次数。
根据上述浓度算出处理以及计数处理，每当输出测定触发信号时，使传感器32的加热器A工作规定时间t1，根据温度传感器B中的温度上升特性来算出尿素水溶液浓度。然后，如果尿素水溶液浓度在上限阈值以上，则对于存储在存储器中的空判断次数，在车辆行驶中加上1，在车辆为停止的时加上n。另一方面，如果尿素水溶液浓度在下限阈值以下，则对于存储在存储器中的异种判断次数，在车辆行驶中加上1，在车辆为停止的时加上n。另外，如果尿素水溶液浓度在下限阈值和上限阈值之间，则判断为这是标准的尿素水溶液的可能性高，空判断次数以及异种判断次数被分别清零。
在表示通过还原剂判断部34E适当执行的还原剂判断处理的图9中，在步骤41中读入存储在存储器中的判断次数。
在步骤42中，判断空判断次数是否在规定值以上。然后，如果空判断次数在规定值以上则进入步骤44(“是”)，判断为尿素水溶液是空。另一方面，如果空判断次数小于规定值，则进入步骤43(“否”)。
在步骤43中，判断异种判断次数是否在规定值以上。然后，如果异种判断次数在规定值以上则进入步骤45(“是”)，判断为尿素水溶液是异种水溶液。另一方面，如果异种判断次数小于规定值则进入步骤46(“否”)，判断为尿素水溶液是标准的。
根据上述还原剂判断处理，当尿素水溶液浓度连续在上限阈值以上或者下限阈值以下的次数为规定值以上时，判断为该尿素水溶液是空或者是异种水溶液。另一方面，如果尿素水溶液浓度在下限阈值和上限阈值之间，则判断为该尿素水溶液是标准的。
即，当在尿素水溶液中产生对流时，导致在传感器32的加热器A中产生的热随着对流而被传输，因此导致传递到该温度传感器B的热量减少，浓度检测精度降低。但是，当实际测定传感器32的输出特性时，如图10所示可发现如下事实如果尿素水溶液是标准的，则即使产生了对流，传感器输出连续多次脱离规定范围的情形是极为稀少的。
因此，灵活运用这种事实，当尿素水溶液浓度连续在上限阈值以上或者下限阈值以下的次数为规定值以上时，通过判断为该尿素水溶液是空或者是异种水溶液，不管车辆状态如何，也能够始终判断尿素水溶液是空还是异种水溶液。另外，在车辆停止时，由于在尿素水溶液中产生的对流微弱或者没有产生对流，因此通过对判断次数加上比正在行驶时大的值n，能够在短时间内进行辨别。
为了提高上述辨别精度，最好用大致为长方体形状的箱型部件包围传感器32的检测部32B。这样，限定了在检测部32B周围的尿素水溶液，抑制其对流。因此，即使是车辆行驶中，也能够降低通过传感器32检测出的尿素水溶液浓度的偏差，能够高精度地辨别尿素水溶液是空、异种水溶液或者标准的。
另外，在图7以及图8所示的计数处理中，为了实现控制程序的简化，也可以不考虑车辆状态，当尿素水溶液浓度在上限阈值以上或者下限阈值以下时，在空判断次数或者异种判断次数上一律加上1。
另外，在图9所示的还原剂判断处理中，当判断为尿素水溶液是空或者是异种水溶液时，也可以使用报警器等将该意思报告给车辆驾驶员。由此，车辆驾驶员能够提前掌握尿素水溶液不是标准水溶液的情况，例如可通过采取交换等适当处置，维持作为排气净化装置的功能。
并且，当停止发动机10时，将存储器上的判断次数写入到作为非易失性存储器的EEPROM(Electrically Erasable ProgrammableRead Only Memory电可擦除可编程只读存储器)等中，另一方面，当起动发动机10时，也可以将写入到EEPROM等中的判断次数读出到存储器上。这样，由于继承了发动机10的起动前的判断次数，因此每当起动发动机10时，不需要从初始起进行判断次数的计数，能够在短时间内进行尿素水溶液的辨别。
因而，根据与本发明有关的液体还原剂辨别装置，即使对移动车辆搭载了利用相互分开的2点间的热传递特性来输出与液体还原剂的浓度关联的信号的传感器，也能够始终辨别液体还原剂是空、异种水溶液或者标准。
权利要求
1.一种液体还原剂辨别装置，其特征在于，包括传感器，其配置在储藏液体还原剂的储藏罐内，根据相互分开的2点间的热传递特性输出与上述液体还原剂的浓度相关联的信号；和控制单元，其内置有计算机，上述控制单元在发动机起动后，每隔规定时间输出测定触发信号，当输出了该测定触发信号时，根据来自上述传感器的信号来算出液体还原剂的浓度，对该浓度连续在规定的上限阈值以上或者下限阈值以下的第1次数或者第2次数分别进行计数，当该第1次数或者第2次数在规定值以上时，分别判断为上述液体还原剂为空或者为异种水溶液。
2.根据权利要求1所述的液体还原剂辨别装置，其特征在于，包围上述传感器的检测部地配置了大致为长方体形状的箱型部件。
3.根据权利要求1所述的液体还原剂辨别装置，其特征在于，上述控制单元进一步判断车辆是行驶的还是停止的，当判断为车辆是停止的时，在上述第1次数或者第2次数上加上2以上的自然数。
4.根据权利要求3所述的液体还原剂辨别装置，其特征在于，具备检测发动机转速的转速检测装置和检测车速的车速检测装置，当由上述转速检测装置检测出的转速在规定值以下、且由上述车速检测装置检测出的车速在规定值以下时，上述控制单元判断为上述车辆是停止的，另一方面，在其他情况下，上述控制单元判断为上述车辆是行驶的。
5.根据权利要求1所述的液体还原剂辨别装置，其特征在于，上述控制单元，在发动机停止时将上述第1次数以及第2次数分别写入到非易失性存储器中，另一方面，在发动机起动时从上述存储器分别读出上述第1次数以及第2次数。
6.根据权利要求1所述的液体还原剂辨别装置，其特征在于，上述控制单元当判断为上述液体还原剂是空或者异种水溶液时，报告其意思。
全文摘要
当检测出在发动机起动后每隔规定时间输出的测定触发信号时，驱动根据相互分开的2点间的热传递特性输出与液体还原剂的浓度关联的信号的传感器，来测定液体还原剂的浓度，另一方面，对该浓度连续在进行空判断的上限阈值以上或者进行异种判断的下限阈值以下的空判断次数或者异种判断次数分别进行计数。然后，如果空判断次数或者异种判断次数在规定值以上则分别判断为液体还原剂是空或者是异种水溶液。另外，如果空判断次数或者异种判断次数小于规定值则判断为液体还原剂是标准的。
文档编号F01N3/20GK101052789SQ20058003753
公开日2007年10月10日 申请日期2005年9月20日 优先权日2004年10月29日
发明者仁科充广, 加藤寿一, 浅川英太郎 申请人:日产柴油机车工业株式会社