专利名称：排气净化装置和水位测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用液体还原剂或者其前体来对排气中的氮氧化物(NOx)进行还原净化的排气净化装置、以及测量储藏于该排气净化装置的还原剂罐的液体还原剂或者其前体的水位的水位测量装置。
背景技术：
作为消除发动机的排气中包含的NOx的催化剂净化系统，提出了特开2000-27627 号公报(专利文献1)所记载的排气净化装置。该排气净化装置向NOx还原催化剂的排气上游以与发动机运转状态相应的添加流量喷射供给液体还原剂或者其前体，用NOx还原催化剂使还原剂和NOx选择性地进行还原反应，将NOx净化为无害的水(H2O)和氮(N2)。在这种排气净化装置中，当液体还原剂或者其前体不足、或液体还原剂或者其前体的浓度不恰当时，向NOx还原催化剂供给的还原剂不足，导致无法发挥出所需的NOx净化性能。因此，如特开2008-95601号公报(专利文献幻记载那样，本申请人提出了在储藏液体还原剂或者其前体的还原剂罐的顶壁安装由水位计以及浓度计一体化而成的传感器的技术。现有技术文献专利文献专利文献1 特开2000-27627号公报专利文献2 特开2008-95601号公报
发明内容
发明要解决的问题另外，在现有提案技术中的传感器中，在根据横截面形成圆环形状的内侧电极和外侧电极之间的静电电容变化来测量水位的水位计的前端部安装有浓度计。因此，浓度计附近的内侧电极和外侧电极之间的静电电容变化，无法准确地测量该部分的水位。此外，在大型卡车等大型车辆中，还原剂罐的高度高，因此无法准确地测量水位的范围的比例小，能够忽略它。因此，鉴于现有技术的问题点，目的在于提供一种排气净化装置以及水位测量装置，其根据液体还原剂或者其前体的消耗量推测比浓度计的安装位置低的水位，从而能够在宽范围内测量液体还原剂或者其前体的水位。用于解决问题的方案因此，排气净化装置包括还原剂罐，其储藏液体还原剂或者其前体；还原催化剂，其使用液体还原剂或者其前体来对排气中的NOx进行还原净化；还原剂添加装置，其以与发动机运转状态相应的添加流量将储藏于还原剂罐的液体还原剂或者其前体向还原催化剂的排气上游喷射供给；传感器，其安装为从还原剂罐的顶壁垂下，由水位计和浓度计一体化而成，水位计根据静电电容变化来测量液体还原剂或者其前体的水位，浓度计根据散热特性来测量液体还原剂或者其前体的浓度；以及控制单元，其内置有计算机，控制单元在通过传感器的水位计测量到的水位为规定的可测量下限以上时，输出该测量水位，另一方面，当通过传感器的水位计测量到的水位小于可测量下限时，输出根据将通过还原剂添加装置喷射供给的液体还原剂或者其前体的添加流量依次累加所得的累加值以及罐截面积来推测出的水位。另外，水位测量装置包括传感器，其安装为从还原剂罐的顶壁垂下，由水位计和浓度计一体化而成，水位计根据静电电容变化来测量液体还原剂或者其前体的水位，浓度计根据散热特性来测量液体还原剂或者其前体的浓度，还原剂罐储藏液体还原剂或者其前体；以及控制单元，其内置有计算机，控制单元在通过传感器的水位计测量到的水位为规定的可测量下限以上时，输出该测量水位，另一方面，当通过传感器的水位计测量到的水位小于可测量下限时，输出根据在还原剂罐中消耗的液体还原剂或者其前体的消耗量以及罐截面积来推测出的水位。发明效果根据本技术，如果通过传感器的水位计测量到的水位为可测量下限以上，则输出该测量水位。另一方面，如果通过传感器的水位计测量到的水位小于可测量下限，则输出根据依次累加与发动机运转状态相应的添加流量所得的累加值(或者消耗量)以及罐截面积来推测出的水位。因此，在传感器中，即使是由于浓度计的存在而无法准确测量水位的范围，也能推测液体还原剂或者其前体的水位，因此能够在宽范围内测量水位。
图1是表示具体化了本技术的排气净化装置的一个实施方式的整体构成图。图2是测量尿素水溶液的水位以及浓度的传感器结构的说明图。图3是传感器的浓度测量原理的说明图。图4是表示水位测量装置的控制程序的流程图。图5是考虑动态变化的罐截面积来推测水位的子程序的流程图。图6是设定了各水位处的罐截面积的表的说明图。
具体实施例方式下面，参照附图来详述本技术。图1表示使用作为液体还原剂的前体的尿素水溶液来对发动机排气中的NOx选择性地进行还原净化的排气净化装置的整体构成。在与发动机10的集合管12连接的排气管14中，沿着排气流体方向按照顺序配设有使一氧化氮(NO)氧化为二氧化氮(NO2)的氮氧化催化剂16、喷射供给尿素水溶液的喷射嘴18、使用从尿素水溶液生成的氨来对NOx选择性地进行还原净化的NOx还原催化剂 20、以及使通过了 NOx还原催化剂20的氨进行氧化的氨氧化催化剂22。储藏于还原剂罐 24的尿素水溶液经由吸入尿素水溶液来进行压送的泵组件沈以及控制尿素水溶液的添加流量的添加组件28来向喷射嘴18供给。此外，包含喷射嘴18、泵组件沈以及添加组件28 来构成还原剂添加装置。在这种排气净化装置中，从喷射嘴18喷射供给的尿素水溶液利用排气热以及排气中的水蒸气来加水分解，向氨转化。该氨是在NOx还原催化剂20中与排气中的NOx选择性地进行还原反应，净化为无害的H2O以及N2。此时，为了提高NOx还原催化剂20中的NOx 净化效率，通过氮氧化催化剂16将NO氧化为NO2,改善为排气中的NO和NO2的比率适于还原反应。另一方面，通过了 NOx还原催化剂20的氨通过配设在NOx还原催化剂20的排气下游的氨氧化催化剂22氧化，因此抑制氨被直接放出在大气中。在还原剂罐M中，为了测量尿素水溶液的水位以及浓度(尿素浓度)，安装有由水位计以及浓度计一体化而成的传感器30。传感器30的水位计如图2所示，横截面形成圆环形状的内侧电极30A和外侧电极30B从还原剂罐M的顶壁朝向底壁同心地垂下，根据两电极间的静电电容变化间接地测量水位。另外，传感器30的浓度计在水位计的前端部固定有兼具温度传感器的陶瓷加热器30C (发热体)，如图3所示，根据使陶瓷加热器30C工作规定时间At时的温升特性(Tl-TO)、即以尿素水溶液为热传递介质的散热特性间接地测量浓度。此外，图中的标记30D是用于固定陶瓷加热器30C、且将内侧电极30A和外侧电极30B 的间隔保持为大致恒定的夹具。传感器30的水位信号以及浓度信号输入到内置有计算机的还原剂添加控制单元 (下面称作“DCU(Dosing Control Unit)”)32。另外，在DCU32中，从对发动机10进行电子控制的发动机控制单元(ECU)M经由CAN(ControIler Area Network 控制器局域网)等来输入作为发动机运转状态的排气温度、发动机旋转速度以及燃料喷射流量。而且，DCU32 按照存储在R0M(Read Only Memory 只读存储器)等中的还原剂添加程序来运算与发动机运转状态相应的尿素水溶液的添加流量，根据该运算结果来分别对泵组件26以及添加组件观进行电子控制。此外，作为发动机运转状态的排气温度、发动机旋转速度以及燃料喷射流量，也可以使用公知的传感器来直接检测。图4表示以D⑶32的起动为契机，D⑶32以每个规定时间重复执行的水位测量装置的控制程序。此外，DCU32与该控制程序并行地执行以与发动机运转状态相应的添加流量添加尿素水溶液的还原剂添加程序。在步骤1 (在图中简记为「Si」。下面相同)中，D⑶32从传感器30的水位计读入水位L。在步骤2中，D⑶32判断水位L是否小于可测量下限。这里，可测量下限是确定由于浓度计的存在而无法准确测量水位的水位的值，例如根据安装于还原剂罐M的传感器 30的水位输出特性适当进行设定。而且，如果水位L小于可测量下限则D⑶32使处理进入步骤3 (是)，另一方面如果水位L为可测量下限以上则使处理进入步骤10 (否)。 在步骤3中，D⑶32从传感器30的浓度计读入浓度C。在步骤4中，D⑶32根据浓度C是否大于规定阈值来判断还原剂罐M的尿素水溶液是否为空。这里，规定阈值是利用浓度计的浓度测量原理来判断尿素水溶液是否为空的值，例如设定为在规定的尿素水溶液中通常不采取的值。而且，如果尿素水溶液为空则D⑶32使处理进入步骤5 (是)，另一方面，如果尿素水溶液不为空则使处理进入步骤 7 (否)。此外，为了抑制在浓度信号中重叠噪声而进行误判断，优选D⑶32在浓度C连续规定次数大于规定阈值时判断尿素水溶液为空。在步骤5中，DCU32复位尿素水溶液的添加流量累加值。这里，添加流量累加值是用于在通过传感器30的水位计测量到的水位L下降到可测量下限后，保持依次累加与发动机运转状态相应的添加流量所得的累加值的控制变量。在步骤6中，D⑶32输出水位0 (空)。在步骤7中，DCU32对添加流量累加值加上与发动机运转状态相应的添加流量，更新添加流量累加值。在步骤8中，DCU32根据添加流量累加值以及还原剂罐M的罐截面积来推测储藏于还原剂罐M的尿素水溶液的水位。具体地说，DCU32将添加流量累加值除以罐截面积， 运算水位L下降到可测量下限后的水位下降量。而且，DCU32从可测量下限减去水位下降量，推测尿素水溶液的水位。在步骤9中，D⑶32输出水位的推测值。在步骤10中，水位L为可测量下限以上，因此D⑶32复位添加流量累加值。在步骤11中，D⑶32输出水位的测量值。根据这种水位测量装置，如果通过传感器30的水位计测量到的水位L为可测量下限以上，则输出该水位L。另一方面，如果水位L小于可测量下限，则输出根据依次累加与发动机运转状态相应的添加流量所得的添加流量累加值以及罐截面积来推测出的水位。因此，在传感器30中，即使是由于浓度计的存在而无法准确地测量水位的范围，也能根据作为尿素水溶液的消耗量的添加流量累加值通过运算推测水位，因此能够在宽范围内测量水位。另外，当根据通过传感器30的浓度计测量到的浓度判断为还原剂罐M的尿素水溶液是空时，不推测水位而输出水位0 (空)。因此，能够准确地输出还原剂罐M的尿素水溶液为空的情况。另外，如特开2005-351253号公报记载那样，在还原剂罐M的内部配设有在寒冷地区中防止尿素水溶液冻结的加热器、封闭从加热器放出的热来促进尿素水溶液的部分的解冻的箱型构件等。因此，还原剂罐M的罐截面积在还原剂罐M的高度方向的全长中不是恒定的，与各种配设构件的量相应地动态变化。因此，如下面那样，也可以考虑罐截面积的变化来推测水位。图5表示由图4的步骤8调用的子程序。在步骤21中，如图6所示，D⑶32参照设定了储藏于还原剂罐M的尿素水溶液的各水位处的罐截面积的表，获取前次输出的水位处的罐截面积。此外，在图示的表中，设定了每Imm水位的罐截面积，但是只要以与水位计的分辨率相应的水位的间隔来设定罐截面积即可。在步骤22中，DCU32将添加流量累加值除以罐截面积，运算水位L下降到可测量下限后的水位下降量。在步骤23中，DCU32从可测量下限减去水位下降量，推测尿素水溶液的水位。根据这种水位测量装置以及具备该水位测量装置的排气净化装置，即使罐截面积随尿素水溶液的水位而动态地变化，也能考虑罐截面积的变化来推测水位。因此，能够提高水位的推测精度。此外，根据发动机运转状态来运算的添加流量和从喷射嘴18实际喷射供给的添加流量不完全一致，因此为了使尿素水溶液的添加流量累加值接近于实际的值，也可以进行如下的校正。即，当通过传感器30的水位计测量到的水位L为可测量下限以上时，运算依次累加与发动机运转状态相应的添加流量所得的累加值、和根据通过水位计测量到的水位L的变化求出的尿素水溶液的消耗量的比率。而且，当通过传感器30的水位计测量到的水位L小于可测量下限时，使用该比率来校正添加流量累加值。 另外，本技术不限于在还原剂罐中储藏尿素水溶液，也能够应用于在还原剂罐中储藏氨、以烃为主成分的轻油、汽油、煤油等。附图标记说明
10发动机
18喷射嘴
20 NOx还原催化剂
24还原剂罐
26泵组件
28添加组件
30传感器
32 DCU
34 ECU
权利要求
1.一种排气净化装置，其特征在于，包括还原剂罐，其储藏液体还原剂或者其前体；还原催化剂，其使用液体还原剂或者其前体来对排气中的氮氧化物进行还原净化；还原剂添加装置，其以与发动机运转状态相应的添加流量将储藏于所述还原剂罐的液体还原剂或者其前体向所述还原催化剂的排气上游喷射供给；传感器，其安装为从所述还原剂罐的顶壁垂下，由水位计和浓度计一体化而成，所述水位计根据静电电容变化来测量液体还原剂或者其前体的水位，所述浓度计根据散热特性来测量液体还原剂或者其前体的浓度；以及控制单元，其内置有计算机，所述控制单元在通过所述传感器的水位计测量到的水位为规定的可测量下限以上时， 输出该测量水位，另一方面，当通过所述传感器的水位计测量到的水位小于所述可测量下限时，输出根据将通过所述还原剂添加装置喷射供给的液体还原剂或者其前体的添加流量依次累加所得的累加值以及罐截面积来推测出的水位。
2.根据权利要求1所述的排气净化装置，其特征在于，所述控制单元根据通过所述传感器的浓度计测量到的浓度来判断为液体还原剂或者其前体是空时，输出水位0。
3.根据权利要求1所述的排气净化装置，其特征在于，所述控制单元根据通过所述传感器的浓度计测量到的浓度连续规定次数判断为液体还原剂或者其前体是空时，输出水位0。
4.根据权利要求1所述的排气净化装置，其特征在于，所述控制单元参照设定有储藏于所述还原剂罐的液体还原剂或者其前体的各水位处的罐截面积的表，使用前次输出的水位处的罐截面积来推测水位。
5.根据权利要求1所述的排气净化装置，其特征在于，所述控制单元在通过所述传感器的水位计测量到的水位为所述可测量下限以上时，运算将通过所述还原剂添加装置喷射供给的液体还原剂或者其前体的添加流量依次累加所得的累加值、和根据通过所述水位计测量到的水位的变化求出的液体还原剂或者其前体的消耗量的比率，当通过所述传感器的水位计测量到的水位小于所述可测量下限时，使用所述比率来校正添加流量累加值。
6.一种水位测量装置，其特征在于，包括传感器，其安装为从还原剂罐的顶壁垂下，由水位计和浓度计一体化而成，所述水位计根据静电电容变化来测量液体还原剂或者其前体的水位，所述浓度计根据散热特性来测量液体还原剂或者其前体的浓度，所述还原剂罐储藏液体还原剂或者其前体；以及控制单元，其内置有计算机，所述控制单元在通过所述传感器的水位计测量到的水位为规定的可测量下限以上时， 输出该测量水位，另一方面，当通过所述传感器的水位计测量到的水位小于所述可测量下限时，输出根据在所述还原剂罐中消耗的液体还原剂或者其前体的消耗量以及罐截面积来推测出的水位。
全文摘要
当通过传感器的水位计测量到的水位(测量水位)为可测量下限以上时，输出该测量水位。另一方面，当测量水位小于可测量下限时，输出根据在还原剂罐中消耗的液体还原剂或者其前体的消耗量以及罐截面积来推测出的水位。而且，在由于浓度计的存在而无法准确地测量水位的范围中，通过推测液体还原剂或者其前体的水位，能够在宽范围内测量水位。
文档编号F01N3/18GK102282342SQ20098015137
公开日2011年12月14日 申请日期2009年10月2日 优先权日2008年12月22日
发明者今野浩之 申请人:沃尔沃动力系统有限公司