检测SCR系统中的异常流体的系统

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。

说明书

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NO_x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（比如水）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NO_X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1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（NO_x）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NO_x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NO_x转化为分子氮（N₂）和水（H₂O）。

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，NO_x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 1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D_u，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D_H20，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_H20，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D_u，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D_u，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。