专利名称：检测scr系统中的异常流体的系统的制作方法
检测SCR系统中的异常流体的系统本发明涉及一种基于浮子的流体密度判定系统，其中浮子被活动地布置在流体罐内的导向装置上。更具体而言，本发明涉及与车用尿素罐一起使用的上述系统、上述系统中使用的罐以及配备上述系统的机动车。美国专利号3935741描述了一种系统，该系统通过检测两个浮子所承受的流体静力来检测在汽油池(比如地下汽油池)中是否存在一定数量的冷凝水，其中第一个浮子适合于浮在形成池子中的上层液体的汽油上，而第二个浮子适合于浮在形成池子中的下层液体的水(如果有水的话)上。本发明背后的思路在于利用如上述文献中所述的采用浮子的密度判定原理，但是用途不同，即用于检查馈送至尿素溶液储存罐的液体的质量，该尿素溶液用作选择性催化还原(SCR)处理中的氨前驱体，该处理通常被用来减少柴油机的排放。因此，本发明在第一方面提供一种用于机动车内储存尿素溶液的流体罐的系统， 所述系统包括具有第一密度的第一浮子以及位于所述第一浮子上方并具有第二密度的第二浮子，所述第一和第二浮子被活动地布置在所述流体灌内的导向装置上，其中，所述第一密度小于所述尿素溶液在基准温度下的密度，但大于水在所述基准温度下的密度，而所述第二密度小于所述水在所述基准温度下的密度，以及，所述系统还包括控制系统，所述控制系统适合于接收所述浮子的高度的指示信号，所述控制系统还适合于响应于检测到所述第一浮子沉没而所述第二浮子漂浮来产生异常信号。本发明基于以下考虑车用尿素罐可能被有意或无意地装有除尿素溶液以外的其它流体，比如水或者稀释的尿素溶液。罐内存在异常流体可能导致SCR系统故障。继而导致NOx排放水平高于汽车厂商的预期水平，甚至超过相关法规所规定的最高水平。为此，本发明的系统提供其密度被选择为能够区分存在所需的尿素溶液还是存在密度较低的流体匕如水)的这样的浮子。这与US 3935741的系统不同，US 3935741的系统不能区分尿素溶液与水，其原因在于耦接到最低的那个浮子的检测装置对这两者的反应方式一样。在一种实施方式中,本发明的系统还包括温度传感器，其中，该控制系统还适合于接收该温度传感器所感测的温度的指示信号，并在所述温度超出在所述基准温度左右的预定范围时产生异常信号。本发明的这种实施方式基于另一考虑，即车用流体罐可能经历较大的温度波动。为此，本发明的系统配备有温度传感器，从而能够更准确地判读浮子的高度信息。特别地，温度信息可指示出当前温度低于某个浮子或者各个浮子被设计为对应的流体的冰点，这种情况下相关浮子的高度就不可靠。在本发明的系统的一种实施方式中，该控制系统还适合于在产生异常信号时降低机动车的运转性能。该实施方式的好处包括在没有适当的尿素溶液来进行SCR处理时减少发动机的运转，从而防止NOx过度排放。在另一特定实施方式中，该控制系统还适合于在产生异常信号时禁止启动机动车的发动机。
在又一特定实施方式中，该控制系统还适合于在产生异常信号时向所述机动车的驾驶员呈现报警信号。在另一特定实施方式中，该控制系统还适合于在产生异常信号时阻止所述机动车超过预定速度。在一种更特定的实施方式中，该控制系统还适合于在产生所述异常信号并随后行驶了预定距离时阻止所述机动车超过预定速度。在本发明的系统的一种实施方式中，该尿素溶液基本上是含有32. 5%的尿素的水溶液。该实施方式的好处包括可以直接使用已知的低共熔尿素水溶液，这种溶液在市面上有售，并且在目前安装的SCR系统中广为使用。ISO 22241-1中描述了这种溶液，已知其密度为 1080kg/m3。根据本发明的另一方面，提供一种包括上述系统的机动车。
根据本发明的又一方面，提供一种在上述系统中使用的用于在机动车内储存尿素溶液的流体罐，该罐包括导向装置、具有第一密度的第一浮子以及具有第二密度的第二浮子，所述第一和第二浮子被活动地布置在所述导向装置上，其中，所述第一密度小于所述尿素溶液在基准温度下的密度，但大于水在所述基准温度下的密度，而所述第二密度小于所述水在所述基准温度下的密度。在一种实施方式中，本发明的流体罐还包括温度传感器。根据本发明的又一方面，提供一种用于控制系统的程序，该程序适合于处理具有第一密度的第一浮子和具有第二密度的第二浮子的高度的指示信号，所述第一和第二浮子被活动地布置在流体罐内的导向装置上，其中所述第一密度小于所述尿素溶液在基准温度下的密度，但大于水在所述基准温度下的密度，而所述第二种度小于所述水在所述基准温度下的密度，所述程序响应于检测到所述第一浮子沉没而所述第二浮子漂浮来产生异常信号。在一种实施方式中，根据本发明的程序还适合于处理温度传感器所感测的温度的指示信号，所述程序还在所述温度超出在所述预定的基准温度附近的预定范围时产生异常信号。将参照下列附图
进一步图示和描述本发明的上述及其它的实施方式，附图中图I示出根据本发明一种实施方式的系统的部件；图2示出根据本发明另一实施方式的系统的部件；图3a至图3c示出如本发明多种实施方式所执行的异常流体检测原理；图4提供根据本发明的系统的一种实施方式的示意图。乘用车排放管理法规部分地要求减少氮氧化物(NOx)的大气排放量。这个目标可通过SCR处理来实现，该处理通过向尾气管线注入还原剂(通常为氨)来对氮氧化物进行还原。这种氨可通过氨前驱体溶液的热分解(thermolytic decomposition)来产生,该氨前驱体溶液的浓度可以是低共熔的。该氨前驱体可以是尿素溶液。尿素溶液在市面上有售，其形态包括但不限于如ISO 22241-1中所述的低共熔水溶液，已知其在20° C下的密度为1080kg/m3。一种市售的该类型产品名为AdBlue。通过SCR处理，在发动机出口对以最佳效率燃烧期间发动机内产生的NOx进行催化剂处理。该处理需要使用浓度精确且质量极高的还原剂。因此溶液被准确地计量并注入到尾气流中，在此处溶液被水解，然后将NOx转化为分子氮(N2)和水(H20)。为此，汽车400可配备有容纳尿素水溶液的罐410，以及将所需数量的添加剂注入到尾气管线中的计量和注入装置。该技术使得汽车400能够满足当前及今后的涉及尾气管排放的环境条例。如果还原剂的质量不合适，NOx到氮和水的催化转化就不会很有效，则尾气排放就可能超标。当尿素罐410中装的不是适当的尿素溶液，而是其它流体(比如水)或者较稀的尿素溶液时，就可能出现上述情况。确保汽车400始 终使用质量合适的还原剂来运行这点
很重要。在根据本发明的系统的一种实施方式中，尿素罐410配备有图I中示出的部件。设置有流体检测器，该流体检测器包括第一浮子101和第二浮子102，这两个浮子都被布置在导杆110上，该导杆110可配备有止动器111以限制浮子101、102的竖向移动。在上述流体检测器的附近设置有温度传感器120。在根据本发明的系统的一种特定实施方式中，如图2中所示，温度传感器120被包含在导杆110内。浮子101、102被设计为具有能够可靠地区分存在所需的尿素溶液还是存在密度较低的流体(尤其是水或者水含量超过低共熔浓度的水-尿素溶液)的这样的密度。这意味着第一浮子101的密度D1和第二浮子102的密度D2都应当低于所需的尿素溶液的密度Du，这样当罐410中有液态尿素溶液时，浮子101、102才都将漂浮。另外，第一浮子101的密度D1应当大于水的密度Dh2ci,以确保当罐410中有水时第一浮子101不会漂浮。另一方面，第二浮子102的密度D2应当小于D·，以确保当罐410中有水时第二浮子102将漂浮。参照图3，可总结出具有如上所述的密度的浮子101、102将表现出下述行为。如果罐410中有所需的尿素溶液，那么第一浮子101和第二浮子102都将由于该溶液产生的浮力而浮起来，从而导致图3a中图示的情形。如果罐410中有水，那么产生的浮力将足以克服第二浮子102的重量，但不足以克服第一浮子101的重量，从而导致图3b的情形。如果罐410中没有液体，那么这两个浮子将一直与罐的底部160或者与另一浮子抵触不动，如图3b所示。因此，显然所述流体检测器能够区分存在所需的尿素溶液还是存在水，并且还能够检测空罐的情形。必须注意的是，可能期望不仅检测是否有水，而且还检测是否存在其密度可检测出低于所需尿素溶液的任何其它流体。为实现该目的，可将D1选择得仅稍微低于Du，以确保除非周围流体的密度基本上等于所需尿素溶液的密度，否则第一浮子101都将留在其较低位置。借助浮子101、102内的磁体130与导杆110内的磁力开关150的组合，可将浮子101、102的高度传递给控制系统420。取决于磁力开关150的类型，相应的浮子101、102处于开关的高度位置会引发开关断开或闭合，借助线路140能够很容易地检测并传递这种开关变化，从而为适当的电子电路(比如控制系统420)所用。在止动器111被置于最大液位或以上，并且导杆110上有足够多的开关150的情况下，有利地，本发明的系统既能用作质量控制仪，又能用作液位计。该实施方式既可应用于配备有簧片开关的计量器，又可应用于霍耳效应的计量器。同样地，可借助线路140来将温度传感器120的输出传递给控制系统420。控制系统420汇集与浮子101、102的高度和温度传感器120所感测的温度有关的信息，以确定尿素溶液罐的状态是正常还是异常。在本文语境下，正常状态是浮子101和102均漂浮着的状态，如图3a中所示，这表示罐410中有一定量的流体并且该一定量的流体的密度至少等于Du，这可被视为罐410内装着所需的尿素溶液。另外，还应当检查温度传感器120所感测的温度是否超过所需尿素溶液的冰点(低共熔尿素水溶液的该冰点为-11° C左右)。低于该温度，浮子101、102的“漂浮”位置可能是由于浮子101、102被冻结在导杆110上所造成的，而不是由周围流体所产生的浮力引起的。在这些低温状态下，SCR系统不太可能正确地工作，所以控制系统420优选地不应将这些状态视为正常状态。除了温度极低的情形以外，控制系统420还应将图3b至图3c中所示的情形视为异常。图3b表示罐410内装着的流体并非所需的尿素溶液的情形，这种情形不能保证任何情况下SCR系统都能正常工作。图3c表示罐410基本上为空的情形，这种情形也会导致SCR系统不能正确工作。如果检测到如上所述的异常情形，控制系统420将产生异常信号，该信号可用于 下文所述的目的(但不限于此)。参照图4，机动车400的控制系统420被图示为与报警信号430和/或发动机440连接。报警信号430可以是用于向驾驶员报告车辆相关情况的任何已知类型的报警信号，包括听觉信号(比如嘟嘟声)或者视觉信号(比如仪表、闪烁灯或常亮灯)。设置与发动机440的连接，以便响应于检测到异常来对机动车400的运行性能加以限制。在一种实施方式中，机动车400适合于在产生异常信号时禁止启动发动机440。在另一实施方式中，机动车400适合于在产生所述异常信号时不超过预定速度。在一种特定的实施方式中，机动车400适合于在产生所述异常信号并随后行驶了预定距离时不超过预定速度。该距离可约为50千米，这样即便是没有SCR操作，也可在紧急情况下最低限度地使用车辆。尽管以上参照本发明的多个实施方式描述了本发明，但这些实施方式仅作为举例，因此并不构成对本发明的限制，本发明的范围由所附权利要求及其等同的法律文书限定。
权利要求
1.一种用于机动车(400)内储存尿素溶液的流体罐(410)的系统,所述系统包括具有第一密度的第一浮子(101)以及具有第二密度的第二浮子(102)，所述第一浮子和所述第二浮子被活动地布置在所述流体灌(410)内的导向装置(110)上，其中，所述第一密度小于所述尿素溶液在基准温度下的密度，但大于水在所述基准温度下的密度，而所述第二密度小于所述水在所述基准温度下的密度，以及，所述系统还包括控制系统(420)，所述控制系统适合于接收所述浮子(101、102)的高度的指示信号，所述控制系统(420)还适合于响应于检测到所述第一浮子(101)沉没而所述第二浮子(102)漂浮来产生异常信号。
2.如权利要求I所述的系统，还包括温度传感器(120)，其中，所述控制系统(420)还适合于接收所述温度传感器(120)所感测的温度的指示信号，并在所述温度超出在所述基准温度附近的预定范围时产生异常信号。
3.如权利要求I或2所述的系统，其中，所述控制系统(420)还适合于在产生所述异常信号时降低所述机动车(400)的运转性能。
4.如权利要求3所述的系统，其中，所述控制系统(420)还适合于在产生所述异常信号时禁止启动所述机动车(400)的发动机(440)。
5.如权利要求3所述的系统，其中，所述控制系统(420)还适合于在产生所述异常信号时向所述机动车的驾驶员呈现报警信号。
6.如权利要求3所述的系统，其中，所述控制系统(420)还适合于在产生所述异常信号时阻止所述机动车(400)超过预定速度。
7.如权利要求3所述的系统，其中，所述控制系统(420)还适合于在产生所述异常信号并随后行驶了预定距离时阻止所述机动车(400 )超过预定速度。
8.如任一前述权利要求所述的系统,其中，所述尿素溶液基本上是含有32.5%的尿素的水溶液。
9.一种机动车(400)，所述机动车包括如任一前述权利要求所述的系统。
10.一种用于在机动车(400)内储存尿素溶液的流体罐(410),所述罐包括导向装置(110)、具有第一密度的第一浮子(101)以及具有第二密度的第二浮子(102)，所述第一浮子和所述第二浮子被活动地布置在所述导向装置(110)上，其中，所述第一密度小于所述尿素溶液在基准温度下的密度，但大于水在所述基准温度下的密度，而所述第二密度小于所述水在所述基准温度下的密度，所述流体罐适合用于如权利要求I至8之一所述的系统。
11.如权利要求10所述的流体罐(410)，还包括温度传感器。
12.一种用于控制系统(420)的程序，所述程序适合于处理具有第一密度的第一浮子(101)以及具有第二密度的第二浮子(102)的高度的指示信号，所述第一浮子和所述第二浮子被活动地布置在流体灌(410)内的导向装置(110)上，其中，所述第一密度小于所述尿素溶液在基准温度下的密度，但大于水在所述基准温度下的密度，而所述第二密度小于所述水在所述基准温度下的密度，以及，所述系统还包括控制系统(420)，所述控制系统适合于接收所述浮子(101、102)的高度的指示信号，所述程序响应于检测到所述第一浮子(101)沉没而所述第二浮子(102)漂浮来产生异常信号。
13.如权利要求12所述的程序，还适合于处理温度传感器(120)所感测的温度的指示信号，所述程序还在所述温度超出在所述预定的基准温度附近的预定范围时产生异常信号。
14.如权利要求I至8之一所述的系统作为质量控制仪和液位计的用途。
15.如权利要求14所述的用途，其中所述系统配备有簧片开关或包括霍耳效应传感器。
全文摘要
一种用于机动车(400)内储存尿素溶液的流体罐(410)的系统，所述系统包括具有第一密度的第一浮子(101)以及具有第二密度的第二浮子(102)，所述第一浮子和所述第二浮子被活动地布置在所述流体灌(410)内的导向装置(110)上，其中，所述第一密度小于所述尿素溶液在基准温度下的密度，但大于水在所述基准温度下的密度，而所述第二密度小于所述水在所述基准温度下的密度，以及，所述系统还包括控制系统(420)，所述控制系统适合于接收所述浮子(101、102)的高度的指示信号，所述控制系统(420)还适合于响应于检测到所述第一浮子(101)沉没而所述第二浮子(102)漂浮来产生异常信号。
文档编号G01F23/74GK102906551SQ201080058607
公开日2013年1月30日 申请日期2010年12月8日 优先权日2009年12月24日
发明者菲利普露西安威尔米·吉奥瑞斯 申请人:英瑞杰汽车系统研究公司