ES2335285T3 - Aparato y metodo de discriminacion de liquidos. - Google Patents
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Abstract
Un aparato de discriminación de líquidos que comprende: un dispositivo detector de la concentración que detecta la concentración de un agente reductor líquido basado en características de transferencia de calor entre dos posiciones espaciadas una de otra, en un tanque de almacenamiento que almacena un líquido suministrado a un convertidor catalítico de reducción de óxidos de nitrógeno dispuesto en un sistema de escape del motor; y una unidad de control que discrimina un tipo de líquido en dicho tanque de almacenamiento, en el que dicha unidad de control discrimina que el líquido en dicho tanque de almacenamiento es agua o que el líquido en dicho tanque de almacenamiento es un agente reductor líquido o que dicho tanque de almacenamiento está vacío cuando la concentración detectada por dicho dispositivo detector de concentración es igual a o menor del 0%, o mayor del 0% y también igual a o menor que la concentración predeterminada, o mayor que la concentración predeterminada, respectivamente.
Description
Aparato y método de discriminación de
líquidos.
La presente invención se refiere a una
tecnología para discriminar con gran precisión una sustancia líquida
que se suministra a un convertidor catalítico de reducción de óxido
de nitrógeno dispuesto en un sistema de escape de un motor de un
vehículo en movimiento, utilizando un sensor de concentración que
detecta la concentración de un agente reductor líquido basado en
una característica de transferencia de calor entre dos posiciones
espaciadas una o de otra. Dicho aparato de discriminación de
líquidos se describe en el documento DE 19841770.
Como un sistema de purificación catalítico para
retirar los óxidos de nitrógeno (NO_{x}) contenidos en la emisión
de escape de un motor, se ha propuesto un aparato de purificación de
la emisión de escape descrito en la Publicación de Patente No
Examinada Japonesa Nº 2000-27627 (Documento de
Patente 1). En el aparato de purificación de la emisión de escape,
un convertidor catalítico de reducción de NO_{x} se dispone en un
sistema de escape del motor y un agente reductor se suministra por
inyección aguas arriba del escape del convertidor catalítico de
reducción de NO_{x}, de manera que los NO_{x} en la emisión de
escape y el agente reductor se someten a la reacción de reducción
catalítica, para purificar de esta manera los NO_{x} en
componentes inofensivos. El agente reductor se almacena en un
tanque de almacenamiento en un estado líquido a una temperatura
habitual y una cantidad necesaria del mismo correspondiente a las
condiciones operativas del motor se suministra por inyección desde
una boquilla de inyección. Adicionalmente, para la reacción de
reducción se usa amoniaco, que tiene una buena reactividad con
NO_{x} y, como el agente reductor, se usa la solución acuosa de
urea, la solución acuosa de amoniaco u otro tipo de solución acuosa
de agente reductor (que se denominará en lo sucesivo en este
documento agente reductor líquido), que se hidroliza debido al calor
de la emisión de escape y el vapor de agua para generar fácilmente
amoniaco.
Sin embargo, de acuerdo con el aparato de
purificación de la emisión de escape convencional descrito
anteriormente, cuando la concentración de agente reductor líquido
cambia debido a cualquier factor, si un conductor continua haciendo
funcionar el motor sin darse cuenta de este cambio, hay una
posibilidad de que disminuya la eficacia de reducción de NO_{x}
por el convertidor catalítico de reducción NO_{x} y, por lo tanto,
no puede conseguirse el rendimiento de purificación de NO_{x}
requerido. En particular, hacer funcionar continuamente el motor,
independientemente de una proporción de mezcla inapropiada entre el
agente reductor y el disolvente en el agente reductor líquido, a
pesar de la contaminación del agente reductor líquido por otro tipo
de solución acuosa o el disolvente o la ausencia de residuos en el
agente reductor líquido o similares, eleva la posibilidad de una
gran cantidad de descarga de NO_{x} desde el
motor.
motor.
Por lo tanto, se considera que un sensor de
concentración que detecta la concentración del agente reductor
líquido basándose en las características de transferencia de calor
entre dos posiciones espaciadas una de otra se dispone en el tanque
de almacenamiento. Sin embargo, si dicho sensor de concentración se
monta en un vehículo móvil tal como un automóvil, se provocan los
siguientes problemas. En concreto, durante la conducción del
vehículo móvil, ya que la carrocería del vehículo está sometida
continuamente a vibración debido a la irregularidad de las
superficies de la carretera, puede generarse convección en el agente
reductor líquido en el tanque de almacenamiento. Si la convección
se genera en el agente reductor líquido, las características de
transferencia de calor usando el agente reductor líquido como un
medio de transferencia de calor cambian y, por lo tanto, la
precisión de la detección de la concentración del agente reductor
líquido disminuye significativamente. Por otro lado, como apenas se
espera la purificación de NO_{x} a menos que el agente reductor
líquido se suministre al convertidor catalítico de reducción de
NO_{x}, es necesario discriminar, al menos, si el líquido en el
tanque de almacenamiento es el agua o el agente reductor líquido o
el tanque de almacenamiento está vacío.
Por lo tanto, en vista de los problemas en la
tecnología convencional como se ha descrito anteriormente, la
presente invención tiene como objeto proporcionar una tecnología de
discriminación de líquidos utilizado la propiedad de un sensor de
concentración, en la que la concentración detectada disminuye cuando
se genera convección en el agente reductor líquido, para poder
discriminar con gran precisión el líquido que se suministra al
convertidor catalítico de reducción de NO_{x} dispuesto en el
sistema de escape del motor del vehículo en movimiento.
Para conseguir el objeto anterior, de acuerdo
con la presente invención, en un tanque de almacenamiento que
almacena el líquido suministrado a un convertidor catalítico de
reducción de óxido de nitrógeno dispuesto en un sistema de escape
de un motor, la concentración de un agente reductor líquido se
detecta basándose en una característica de transferencia de calor
entre dos posiciones espaciadas una de otra y, cuando la
concentración detectada es igual o menor del 0% o mayor del 0% y
también es igual a o menor que la concentración predeterminada o
mayor que la concentración predeterminada, se discrimina que el
líquido del tanque de almacenamiento es el agua o el agente
reductor líquido o que el tanque de almacenamiento está vacío.
En este momento, es deseable que la frecuencia a
la que la concentración detectada se hace igual a o menor del 0% se
contabilice y, cuando la frecuencia contabilizada alcanza la
frecuencia predeterminada, se discrimina que el líquido en el
tanque de almacenamiento es el agua. De esta manera, no se
discrimina que el líquido en el tanque de almacenamiento está
vacío, inmediatamente después de que la concentración del agente
reductor líquido se haga igual a o menor del 0%, aunque se
discrimina que el líquido en el tanque de almacenamiento está
vacío, sólo cuando la frecuencia contabilizada alcanza la frecuencia
predeterminada. Por lo tanto, la discriminación errónea causada por
un ruido o similar se reduce, posibilitando de esta manera la mejora
de la precisión de discriminación de líquidos. Adicionalmente, si
el resultado de la discriminación se presenta de forma visible, es
posible reconocer el estado del líquido en el tanque de
almacenamiento de un vistazo y, en consecuencia, puede realizarse
el rellenado del agente reductor líquido o similar, si fuera
necesario, de manera que el rendimiento de purificación de óxidos
de nitrógeno puede mantenerse apropiadamente.
De acuerdo con la presente invención, cuando la
concentración del agente reductor líquido, que se detecta basándose
en la característica de transferencia de calor entre las dos
posiciones espaciadas una de otra, es igual a o menor del 0% o
mayor del 0% y también igual a o menor que la concentración
predeterminada o mayor que la concentración predeterminada, se
discrimina que el líquido en el tanque de almacenamiento es el agua
o el agente reductor líquido o que el tanque de almacenamiento está
vacío. En concreto, cuando se genera convección en el líquido, una
parte de la cantidad del calor que se transmite entre las dos
posiciones espaciadas se realiza con la convección, de manera que
la cantidad de calor trasmitida desde una de las dos posiciones
espaciadas a la otra disminuye. De esta manera, la concentración
detectada del agente reductor líquido disminuye. Sin embargo, como
la concentración del agua es del 0% si se convierte en la
concentración del agente reductor líquido, es posible discriminar
que el líquido en el tanque de almacenamiento es el agua cuando la
concentración del líquido es igual a o menor del 0%,
independientemente de si se genera convección o no. Adicionalmente,
como agente reductor líquido suministrado al convertidor catalítico
de reducción de óxidos de nitrógeno tiene la concentración
predeterminada, aunque la concentración detectada del agente
reductor líquido puede disminuir debido a la generación de
convección, la concentración igual a o mayor que la concentración
predeterminada no puede detectarse. Cuando se detecta la
concentración igual a o mayor que la concentración predeterminada,
una señal de detección de concentración es anormal y, como un factor
de la misma, puede considerarse que el tanque de almacenamiento
está vacío. Por lo tanto, cuando la concentración alcanza la
concentración predeterminada o mayor, es posible discriminar que el
tanque de almacenamiento está vacío. Por otro lado, si la
concentración es mayor del 0% y también igual a o menor que la
concentración predeterminada, aunque hay una posibilidad de que la
concentración incluya un error, es posible discriminar que el
líquido en el tanque de almacenamiento es el agente reductor
líquido.
En consecuencia, es posible discriminar con gran
precisión que el líquido en el tanque de almacenamiento es el agua
o el agente reductor líquido o que el tanque de almacenamiento está
vacío, independientemente de si genera convección o no en el
líquido en el tanque de almacenamiento.
La Figura 1 es un diagrama de bloques que
muestra un aparato de purificación de la emisión de escape provisto
de un aparato de discriminación de líquidos de acuerdo con la
presente invención.
La Figura 2 es un diagrama de flujo que muestra
un proceso de discriminación de líquidos.
10 .... motor, 14 .... convertidor catalítico de
reducción de NO_{x}, 16 .... tubería de escape, 18 .... tanque de
almacenamiento, 32 .... sensor de concentración, 34 .... unidad de
control.
Los detalles de la presente invención se
describirán a continuación en este documento, con referencia a los
dibujos adjuntos.
La Figura 1 muestra una configuración de un
aparato de purificación de la emisión de escape provisto de un
aparato de discriminación de líquidos de acuerdo con la presente
invención.
La emisión de escape de un motor 10 se descarga
en la atmósfera desde un colector de escape 10 a través de una
tubería de escape 16 en la que se dispone un convertidor catalítico
de reducción de NO_{x} 14. Para ser específicos, en la tubería de
escape 16 se disponen tres convertidores catalíticos, en concreto,
un convertidor catalítico de oxidación de monóxidos de nitrógeno
(NO), un convertidor catalítico de reducción de NO_{x} y un
convertidor catalítico de oxidación de desprendimiento de amoniaco,
en este orden, desde el lado aguas arriba del escape y un sensor de
temperatura, un sensor de oxígeno y similares se disponen en el lado
delantero y trasero de los tres convertidores catalíticos, de
manera que se configura un sistema de escape, aunque los detalles
del mismo no se muestran en la figura. Adicionalmente, al escape
aguas arriba del convertidor catalítico de reducción de NO_{x}
14, un agente reductor líquido almacenado en un tanque de
almacenamiento 18 pasa a través de un dispositivo de suministro del
agente reductor 20 y una boquilla de inyección 22 y se suministra
por inyección junto con el aire. Aquí, como el agente reductor
líquido, se usa la solución acuosa de urea en la presente
realización. Sin embargo, puede usarse la solución acuosa de
amoniaco o combustible diesel, petróleo o gasolina, que contienen
fundamentalmente hidrocarburo.
La solución acuosa de urea, que es la solución
acuosa en la que se disuelve la urea en un estado sólido o en
polvo, se aspira a través de un acceso de entrada 24 que está
abierto en una posición inferior en las proximidades de una parte
inferior del tanque de almacenamiento 18 y se suministra al
dispositivo de suministro de agente reductor 20 a través de las
tuberías de suministro 26. Aquí, la solución acuosa de urea
suministrada al dispositivo de agente reductor 20, la solución
acuosa de urea excedente que no contribuye a la inyección pasa a
través de la tubería de retorno 28 y se devuelve al tanque de
almacenamiento 18 a través de un acceso de retorno 30 que se abre
en una posición superior del tanque de almacenamiento 18.
La solución acuosa de urea suministrada por
inyección al escape aguas arriba del convertidor catalítico de
reducción de NO_{x} 14 se hidroliza con el calor de escape y el
vapor de agua en la emisión de escape de manera que el amoniaco se
genera fácilmente. Se sabe que el amoniaco generado reacciona con
los NO_{x} en la emisión de escape en el convertidor catalítico
de reducción de NO_{x} 14 para purificar los NO_{x} en agua y
gas inocuo.
Adicionalmente, un sensor de concentración 32
que sirve como un dispositivo detector de concentración para
detectar la concentración de la solución acuosa de urea se une al
tanque de almacenamiento 18. En concreto, una parte base 32A que
incorpora en su interior un sustrato de circuitos se fija en una
pared superior del tanque de almacenamiento 18 y también, una parte
detectora 32B se suspende desde la parte base 32A hacia la parte
inferior del tanque de almacenamiento 18.
Aquí, se usa la parte detectora 32B, cuyos
sensores de temperatura se disponen en dos posiciones espaciadas
entre sí, respectivamente, y un calentador se incorpora en al menos
uno de los sensores de temperatura. Después, la concentración de la
solución acuosa de urea se detecta basándose en las características
térmicas en las que el calor de un sensor de temperatura se
transmite al otro sensor de temperatura cuando un sensor de
temperatura se calienta. Para ser específicos, cuando el calentador
incorporado en un sensor de temperatura funciona durante un período
de tiempo predeterminado t, la temperatura del otro sensor de
temperatura gradualmente sube con una característica de acuerdo con
la conductividad térmica de la solución acuosa de urea. Después, es
posible detectar la concentración de la solución acuosa de urea, de
acuerdo con una característica de elevación de temperatura para
cuando el funcionamiento del calentador se detiene. Como el sensor
de concentración 32, se conoce uno fabricado y distribuido por
Mitsui Mining Smelting Co., Ltd, en Japón.
Una señal de salida desde el sensor de
concentración 32 se introduce en una unidad de control 34 que
contiene un ordenador incorporado. Adicionalmente, la unida de
control 34 recibe condiciones operativas del motor, tales como una
señal de una velocidad de giro del motor, una señal de la cantidad
de inyección de combustible y similares, desde una unidad de
control del motor 36 que realiza diversos controles del motor 10 a
través de una CAN (Red de Área del Controlador). Después, en la
unidad de control 34, el dispositivo de suministro de agente
reductor 20 se controla de acuerdo con las condiciones operativas
del motor de acuerdo con un programa de control almacenado en una
ROM (Memoria de Solo Lectura) y se realizan también diversas
funciones para discriminar el líquido en el tanque de
almacenamiento 18.
La Figura 2 muestra un proceso de discriminación
de líquido para discriminar el líquido en el tanque de
almacenamiento 18.
En la etapa 1 (abreviada como S1 en el dibujo, y
la misma regla se aplicará a las etapas posteriores), la
concentración de la solución acuosa de urea se lee desde el sensor
de concentración 32.
En la etapa 2, se determina si la concentración
de la solución acuosa de urea es igual a o menor del 0%. Entonces,
si la concentración de la solución acuosa de urea es igual a o menor
del 0%, la rutina transcurre a la etapa 3 (sí) donde se discrimina
que el líquido en el tanque de almacenamiento 18 es el agua. Por
otro lado, si la concentración de la solución de urea es mayor del
0%, la rutina transcurre a la etapa 4 (no). Aquí, la razón por la
que la concentración detectada toma el valor igual a o menor del 0%
es que la concentración se calcula basándose en las características
de transferencia de calor entre dos posiciones espaciadas de acuerdo
con las reglas predeterminadas. De esta manera, la concentración de
la solución de urea no tiene realmente un valor negativo.
En la etapa 4, se determina si la concentración
de la solución acuosa de urea es igual a o menor que la
concentración predeterminada (por ejemplo, 50%). Entonces, si la
concentración de la solución acuosa de urea es igual a o menor que
la concentración predeterminada, la rutina transcurre a la etapa 5
(sí) donde se discrimina que el líquido en el tanque de
almacenamiento 18 es la solución de urea, en otras palabras, que el
tanque de almacenamiento 18 almacena la solución acuosa de urea en
su interior. Por otro lado, si la concentración de la solución
acuosa de urea es mayor que la concentración predeterminada, la
rutina transcurre a la etapa 6 (no) donde se discrimina que el
tanque de almacenamiento 18 está vacío.
De acuerdo con el proceso de discriminación de
líquidos como se ha descrito anteriormente, es posible discriminar,
con gran precisión, que el líquido en la tanque de almacenamiento 18
es el agua o la solución acuosa de urea, o que el tanque de
almacenamiento 18 esta vacío, independientemente de si se genera
convección o no en el líquido en el tanque de almacenamiento 18. En
concreto, cuando se genera convección en el líquido, ya que una
parte de la cantidad de calor que se genera por el calentador del
sensor de concentración 32 se lleva con la convección, la cantidad
de calor transmitida desde uno de los sensores de temperatura al
otro sensor de temperatura disminuye, de manera que la
concentración detectada de la solución acuosa de urea disminuye.
Sin embargo, como la concentración del agua es del 0% si se
convierte en la concentración de la solución acuosa de urea, es
posible discriminar que el líquido en el tanque de almacenamiento 18
es el agua cuando la concentración detectada por el sensor de
concentración 32 es igual a o menor del 0%, independientemente de si
se genera convección o no. Adicionalmente, como la solución acuosa
de urea que se suministra al convertidor catalítico de reducción en
el aparato de purificación de la emisión de escape tiene la
concentración predeterminada, aunque la concentración de detectada
de la solución acuosa de urea puede disminuir debido a la generación
de convección, no puede detectarse la concentración igual a o mayor
que la concentración predeterminada. Cuando se detecta la
concentración igual a o mayor que la concentración predeterminada,
la señal de salida desde el sensor de concentración 32 es anormal
y, como un factor de la misma, puede considerarse que el tanque de
almacenamiento está vacío. Por consiguiente, cuando la concentración
detectada por el sensor de concentración 32 alcanza la
concentración predeterminada o mayor, es posible discriminar que el
tanque de almacenamiento está vacío. Por otro lado, cuando la
concentración detectada por el sensor de concentración 32 es mayor
del 0% y también igual a o menor que la concentración
predeterminada, aunque hay una posibilidad de que la concentración
incluya un error, es posible discriminar que el líquido en el tanque
de almacenamiento es la solución acuosa de urea.
Cabe destacar, considerando una posibilidad de
que un ruido o similar se superponga sobre la señal desde el sensor
de concentración 32, de manera que la discriminación de la
concentración de la solución acuosa de urea, en particular, la
discriminación de agua, no se realiza con precisión, la frecuencia a
la que la concentración de la solución acuosa de urea se hace igual
a o menor del 0% se contabiliza y, también, cuando la frecuencia
contabilizada alcanza la frecuencia predeterminada, puede
discriminarse que el líquido en el tanque de almacenamiento 18
queda vacío. De esta manera, es posible reducir la discriminación
errónea provocada por el ruido o similar, para mejorar de esta
manera la precisión de discriminación del líquido.
Adicionalmente, es deseable que el resultado de
la discriminación del líquido en el tanque de almacenamiento 18 se
muestre de forma divisible sobre un panel de visualización de un
vehículo en movimiento mediante una lámpara indicadora. Como
resultado, un conductor puede reconocer el estado del líquido en el
tanque de almacenamiento 18 de un vistazo y, si fuera necesario,
puede realizarse el rellenado de la solución acuosa de urea en el
tanque de almacenamiento 18 o similar. De esta manera, el
rendimiento de purificación de NO_{x} mediante el aparato de
purificación de la emisión de escape puede mantenerse
apropiadamente.
Como se ha descrito anteriormente, la tecnología
de discriminación de líquidos de acuerdo con la presente invención
permite la discriminación con gran precisión de que el líquido en el
tanque de almacenamiento es el agua o el agente reductor líquido o
la discriminación de que el tanque de almacenamiento está vacío,
independientemente de si se genera convección o no en el líquido en
el tanque de almacenamiento. Por lo tanto, la tecnología de
discriminación de líquido de acuerdo con la presente invención es
aplicable al vehículo móvil y es significativamente útil.
Claims (4)
1. Un aparato de discriminación de líquidos que
comprende:
un dispositivo detector de la concentración que
detecta la concentración de un agente reductor líquido basado en
características de transferencia de calor entre dos posiciones
espaciadas una de otra, en un tanque de almacenamiento que almacena
un líquido suministrado a un convertidor catalítico de reducción de
óxidos de nitrógeno dispuesto en un sistema de escape del motor; y
una unidad de control que discrimina un tipo de líquido en dicho
tanque de almacenamiento, en el que
dicha unidad de control discrimina que el
líquido en dicho tanque de almacenamiento es agua o que el líquido
en dicho tanque de almacenamiento es un agente reductor líquido o
que dicho tanque de almacenamiento está vacío cuando la
concentración detectada por dicho dispositivo detector de
concentración es igual a o menor del 0%, o mayor del 0% y también
igual a o menor que la concentración predeterminada, o mayor que la
concentración predeterminada, respectivamente.
2. El aparato de discriminación de líquidos de
acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha unidad de control
contabiliza la frecuencia a la que la concentración detectada por
dicho dispositivo de detección de concentración se hace igual a o
menor del 0% y, cuando la frecuencia contabilizada alcanza la
frecuencia predeterminada o mayor, discrimina que el líquido en
dicho tanque de almacenamiento es el agua.
3. El aparato de discriminación de líquidos de
acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que se
dispone un dispositivo de visualización que muestra de forma visible
el resultado de discriminación por dicha unidad de control.
4. Un método de discriminación de líquidos en el
que en un tanque de almacenamiento que almacena el líquido
suministrado a un convertidor catalítico de reducción de óxidos de
nitrógeno dispuesto en un sistema de escape del motor, la
concentración de un agente reductor líquido se detecta basándose en
las características de transferencia de calor entre dos posiciones
espaciadas una de otra; y se discrimina que el líquido en dicho
tanque de almacenamiento es agua o que el líquido en dicho tanque
de almacenamiento es el agente reductor líquido o que dicho tanque
de almacenamiento está vacío, cuando la concentración detectada es
igual a o menor del 0%, mayor del 0% y también igual a o menor que
la concentración predeterminada, o mayor que la concentración
predeterminada, respectivamente.
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