(57)【要約】  本発明は、燃焼機関からの排気ガスの排ガス浄化に関連して還元剤として使用される液体（４）を試験するように構成された測定デバイス（２）に関する。このデバイスは、液体の温度を測定するように構成された温度センサ（６）と、液体における音速を測定するように構成された音速測定ユニット（８）とを備える。温度センサは、液体の第１の温度Ｔ１を判定し、この第１の温度Ｔ１に基づき計算ユニット（１０）に温度信号（１２）を送達するように構成される。音速測定ユニット（８）は、温度Ｔ１における液体の第１の音速ｖ１を判定し、この第１の音速ｖ１に基づき計算ユニット（１０）に音速信号（１４）を送達するように構成される。さらに、温度センサ（６）は、液体の第２の温度Ｔ２を判定し、この第２の温度Ｔ２に基づき計算ユニット（１０）に温度信号（１２）を送達するように構成される。計算ユニット（１０）は、Ｔ１とＴ２との間の温度差の絶対値ΔＴ、すなわちΔＴ＝｜Ｔ１−Ｔ２｜を計算し、ΔＴを所定のしきい値ＴＴＨと比較するように構成される。ΔＴが、ＴＴＨを超過する場合には、制御信号（１６）は、温度Ｔ２における液体の第２の音速ｖ２を判定し、この第２の音速ｖ２に基づき計算ユニット（１０）に音速信号（１４）を送達するために、音速測定ユニット（８）に送達され、計算ユニット（１０）は、ｖ１およびｖ２を、それぞれ温度Ｔ１およびＴ２における基準液体のそれぞれ第１の速度基準値ｖｒｅｆ１および第２の速度基準値ｖｒｅｆ２と比較するように構成される。この比較の結果に基づき、指示信号（１８）は、測定値ｖ１およびｖ２が基準値の承認速度範囲内に含まれる場合には、液体が承認されるが、値ｖ１およびｖ２が前記承認速度範囲内に含まれない場合には、承認されない旨のものとして生成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼機関からの排気ガスの排ガス浄化に関連して還元剤として使用される液体を試験するための方法であって、
ａ）前記液体の第１の温度Ｔ１を判定するステップと、
ｂ）前記第１の温度Ｔ１における前記液体の音速ｖ１を判定するステップと、
ｃ）前記液体の第２の温度Ｔ２を判定するステップと、
ｄ）Ｔ１とＴ２との間の温度差の絶対値ΔＴ、すなわちΔＴ＝｜Ｔ１−Ｔ２｜を計算するステップと、
ｅ）ΔＴを所定のしきい値ＴＴＨと比較するステップと
を含み、ΔＴがＴＴＨを超過する場合には、
ｆ）前記温度Ｔ２における前記液体の第２の音速ｖ２を判定するステップと、
ｇ）ｖ１およびｖ２を、前記それぞれ温度Ｔ１およびＴ２における基準液体のそれぞれ第１の速度基準値ｖｒｅｆ１および第２の速度基準値ｖｒｅｆ２と比較するステップと、
ｈ）前記比較の結果に基づき指示信号を生成するステップと
を含み、前記指示信号は、前記測定値ｖ１およびｖ２が前記基準値の承認速度範囲内に含まれる場合には、前記液体が承認されるが、前記値ｖ１およびｖ２が前記承認速度範囲内に含まれない場合には、前記液体が承認されない旨のものであることを特徴とする、方法
【請求項２】
ＴＴＨは、１℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップａ）およびステップｂ）の後に制御されたやり方で前記液体を加温することを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つのさらなる温度値を判定し、このように判定された前記１つまたは複数のさらなる値を判定済みの以前の値と比較して、温度差を作り出し、前記温度差が特定のしきい値を超過する場合には、前記基準液体の速度基準値と比較されるそれぞれの１つまたは複数の温度における速度値を判定することを含む、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記基準液体は、液体尿素である、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
燃焼機関からの排気ガスの排ガス浄化に関連して還元剤として使用される液体（４）を試験するように構成された測定デバイス（２）であって、前記液体の温度を測定するように構成された温度センサ（６）と、前記液体における音速を測定するように構成された音速測定ユニット（８）とを備える測定デバイス（２）において、計算ユニット（１０）を備え、前記温度センサは、前記液体の第１の温度Ｔ１を判定し、前記第１の温度Ｔ１に基づき前記計算ユニットに温度信号（１２）を送達するように構成され、
前記音速測定ユニット（８）は、前記第１の温度Ｔ１における前記液体の第１の音速ｖ１を判定し、前記第１の音速ｖ１に基づき前記計算ユニット（１０）に音速信号（１４）を送達するように構成され、
前記温度センサ（６）は、前記液体の第２の温度Ｔ２を判定し、前記第２の温度Ｔ２に基づき前記計算ユニットに温度信号（１２）を送達するように構成され、
前記計算ユニットは、Ｔ１とＴ２との間の温度差の絶対値ΔＴ、すなわちΔＴ＝｜Ｔ１−Ｔ２｜を計算し、ΔＴを所定のしきい値ＴＴＨと比較するように構成され、
ΔＴがＴＴＨを超過する場合には、前記第２の温度Ｔ２における前記液体の第２の音速ｖ２を判定し、前記第２の音速ｖ２に基づき前記計算ユニット（１０）に音速信号（１４）を送達するために、前記音速測定ユニット（８）に制御信号（１６）を送達するように構成され、前記計算ユニット（１０）は、Ｔ１およびＴ２を、前記それぞれ温度Ｔ１およびＴ２における基準液体のそれぞれ第１の速度基準値ｖｒｅｆ１および第２の速度基準値ｖｒｅｆ２と比較し、前記比較の結果に基づき指示信号（１８）を生成するように構成され、前記指示信号（１８）は、前記測定値ｖ１およびｖ２が前記基準値の承認速度範囲内に含まれる場合には、前記液体が承認されるが、前記値ｖ１およびｖ２が前記承認速度範囲内に含まれない場合には、前記液体が承認されない旨のものであることを特徴とする、測定デバイス（２）。
【請求項７】
ＴＴＨは、１℃である、請求項６に記載の測定デバイス。
【請求項８】
ｖ１が判定された後に制御されたやり方で前記液体を加温するように構成された加温デバイス（２０）を備える、請求項６または７に記載の測定デバイス。
【請求項９】
少なくとも１つのさらなる温度値を判定し、このように判定された前記さらなる１つまたは複数の値を判定済みの以前の値と比較して、温度差を作り出し、前記温度差が特定のしきい値を超過する場合には、前記基準液体の対応する速度基準値と比較されるそれぞれの１つまたは複数の温度における速度値を判定するように構成された、請求項６ないし８のいずれか一項に記載の測定デバイス。
【請求項１０】
前記基準液体は、液体尿素である、請求項６ないし９のいずれか一項に記載の測定デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項のプリアンブルに記載の、排ガス浄化との関連において還元剤として使用される液体を試験するための方法と、この方法を実施するための測定デバイスとに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼機関は、空気と燃料との混合物を燃焼することにより、駆動トルクを発生させる。この燃焼プロセスにより、排気ガスが発生し、この排気ガスは、機関から大気へと放出される。排気ガスは、窒素酸化物（ＮＯＸ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、および微粒子を含む。ＮＯＸは、一酸化窒素（ＮＯ）および二酸化窒素（ＮＯ２）から主に構成される排気ガスを表す合成語である。排ガス後処理システムは、排ガス排出物を大気への放出前に低減させるために、排ガス排出物を処理する。一例の排ガス後処理システムにおいては、投与システムが、選択的触媒還元用触媒（ＳＣＲ触媒）の上流の排気ガス中に還元剤を注入する。排気ガスと還元剤との混合物は、ＳＣＲ触媒において反応することにより、大気へ排出されるＮＯＸの量を低減させる。
【０００３】
還元剤の一例は、ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）の形態で市販される液体尿素である。この液体は、無毒性尿素の水溶液であり、特にディーゼル駆動大型車両からの窒素酸化物の排出を化学的に低減させるために使用される。ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）は、−１１℃の氷点を有し、最高温度は、約６０〜７０℃である。
【０００４】
還元剤は、ＳＣＲ触媒においてＮＯＸと反応することにより、ＮＯＸの還元を遂行する。より具体的には、還元剤は、分解され、アンモニア（ＮＨ３）を形成し、次いでこのアンモニアがＮＯＸと反応することにより、水（Ｈ２Ｏ）および窒素ガス（Ｎ２）が形成される。
【０００５】
既述のＮＯＸの還元を達成するためには、ＮＨ３が、ＳＣＲ触媒に蓄積されなければならない。ＳＣＲ触媒が効果的に機能するためには、この蓄積が、適切なレベルになければならない。さらに詳細には、ＮＯＸの還元、すなわち転化有効性は、この蓄積レベルによって決定される。種々の動作状態において高い転化有効性を維持できるかどうかは、ＮＨ３の蓄積を維持できるかどうかにより左右される。しかし、ＮＨ３レベルは、触媒の転化有効性を低下させ得るＮＨ３の放出（すなわち余剰ＮＨ３がＳＣＲ触媒から放出されること）を回避するために、ＳＣＲ触媒の温度が上昇するにつれて漸進的に低下させなければならない。
【０００６】
約言すれば、より厳格な環境要件を満たすために、ますます多くの車両製造業者が、ＳＣＲ触媒システムを利用して排気ガスから窒素酸化物（ＮＯＸ）を除去するようになってきている。これは、ＮＯＸ微粒子を窒素ガスおよび水へと転化させるのを助けるために、ＳＣＲ触媒中にアンモニア溶液を注入することによって行われる。この排ガス浄化方法は、転化すべき十分なＮＯＸを提供すると同時に、環境的な理由および動作経済的な理由の両方により過剰な還元剤を注入しないようにする必要がある。
【０００７】
ＥＵ内では、例えば、排ガスレベルおよび使用すべき還元剤のタイプに関する要件が存在する。さらなる要件には、とりわけ、使用される還元剤の品質を判定することが可能であることが含まれる。
【０００８】
還元剤品質を判定する１つの方法は、温度測定と組み合せて音速を測定するものである。液体における音速は、以下の公式、すなわち
【０００９】
【数１】
2014521931.tif 000003
により決定され得る。ここで、Ｋ（ｐ）は、圧力ｐにより決定される液体の圧縮係数であり、ρ（Ｔ）は、液体の密度である。
【００１０】
液体の密度は、温度依存であるため、これは、液体の温度を測定することにより補償されなければならない。同様に、液体の圧縮係数は、圧力依存であるが、この程度は非常に低い（大気圧に対して）。
【００１１】
図１は、以下の液体についての、音速（ｍ／ｓ）と温度との間の関係を概略的に示すグラフである。
Ａ：グリコール
Ｂ：ＡｄＢｌｕｅタイプの尿素
Ｃ：希釈されたＡｄＢｌｕｅ
Ｄ：水
【００１２】
このグラフは、各液体が、異なる温度において異なる音速を有する旨を示すものであるが、同一の温度において同一の音速を有する液体も存在し、例えばグリコールおよび塩水は、約３５℃においてＡｄＢｌｕｅと同一の音速を有する。これらの液体間の識別は、公知のデバイスによれば、電気伝導度センサをさらに使用することと、液体の電気伝導度を判定することとを伴う。ＡｄＢｌｕｅの電気伝導度がグリコールの電気伝導度とは異なることにより、これらの液体を識別することが可能となる。しかし、さらなるセンサを必要とすることにより、複雑性が増し、その結果として費用がさらにかかるものとなり、誤差リスクがさらに高まる。さらに、それぞれ異なる製造業者によるＡｄＢｌｕｅの電気伝導度は、大幅に異なる場合があり、同様に誤差リスクがさらに高まる。
【００１３】
音響センサを用いて尿素溶液の測定を実施することが、以下に簡単に論じる複数の特許明細書に記載されている。
【００１４】
米国特許出願公開第２００８／０２８０３７１号は、尿素の濃度を測定するように構成された音響センサについて言及している。尿素の分子量の変化が音速に影響を及ぼすことを、濃度の判定に利用することが可能である。音響センサは、関心対象が尿素であることを確認するために使用されるＮＨ３感知センサと組み合わされてもよい。
【００１５】
ＤＥ１０２００６０１３２６３は、超音波センサにより判定された液体中の音速に基づき、液体中の尿素溶液の濃度を判定するための方法に言及している。
【００１６】
引用したこれらの明細書は、尿素品質を判定するためのデバイスに言及しているが、他の液体との比較は行っていない。
【００１７】
本発明の目的は、還元剤が承認されるものであることを保証することが可能であり、測定の複雑さを増やさず、したがってコストおよび誤差リスクを上昇させずにこの保証を行うことが可能である、方法およびデバイスを提案することである。
【発明の概要】
【００１８】
上記の目的は、独立請求項により規定される本発明を用いることにより達成される。
【００１９】
好ましい実施形態は、従属請求項により規定される。
【００２０】
本発明によれば、音速は、ある時間にわたって評価され、それは、品質測定をより正確に行うことが可能となり、さらに、還元剤用のタンク内の液体のタイプを判定する確度をより高めることが可能となることを意味する。これは、電気伝導度の測定を全く伴うことなく達成され得る。
【００２１】
本発明は、音速が異なる温度においてそれぞれ異なることに基づく。車両の様々な動作条件により、還元剤用のタンク内に収容された液体の温度は、経時的に変化し、例えばＴｎｉｇｈｔ、Ｔｗｉｎｔｅｒ、Ｔｒｕｎｎｉｎｇ、Ｔｓｔｏｐ、Ｔｒｅｓｔなどとなる。
【００２２】
少なくとも２つの異なる温度において還元剤用のタンク内の液体の音速を判定し、これらの測定された速度を基準液体、すなわち承認液体に関する速度の基準値と比較することにより、液体と基準液体との間の対応度に関する情報を得ることが可能となり、タンク内の液体が十分に対応する、すなわち所与の範囲内に含まれる場合には、この液体は承認液体であるという結論になる。
【００２３】
いくつかの場合では、還元剤用のタンク内に収容された液体が、所望の品質の測定／識別を行うために必要な温度に達しないことがある。この場合には、本発明により、ホース内およびタンク内の液体を温めるために用意された加熱システムを使用して温度を上昇させることが可能となる。液体を収容するタンク内の機関冷却水を循環させるのを補助する電気加熱ホースおよび水弁は、車両に搭載された制御ユニットにより制御され、また、この制御ユニットは、測定デバイス内の計算ユニットと通信する。
【００２４】
本発明は、とりわけ、電気伝導度センサを使用することなく、２つ以上の異なる液体を識別することを可能にするという利点をもたらす。
【００２５】
さらなる好ましい一実施形態により、大気圧センサを使用することによって、液体の圧縮係数を計算し、したがって、測定精度をさらに上昇させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】各液体についての音速と温度との間の関係を概略的に示すグラフである。
【図２】本発明を示す概略ブロック図である。
【図３】本発明による方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、図２のブロック図を参照として、本発明を説明する。本発明は、燃焼機関（図示せず）からの排気ガスの排ガス浄化との関連において還元剤として使用される液体４を試験するように構成された測定デバイス２を備える。この機関は、好ましくは、例えばトラックまたはバスなどの車両に搭載されたものであるが、例えば船舶におけるものまたはエンジニアリング産業におけるものなど、他の用途もまた可能である。還元剤は、例えば、ＡｄＢｌｕｅタイプのものなどの尿素溶液である。
【００２８】
測定デバイス２は、液体４の温度を測定するように構成された温度センサ６と、液体における音速を測定するように構成された音速測定ユニット８とを備える。また、レベル計（図示せず）が、還元剤用のタンク内の液体４のレベルを測定するためにしばしば用意される。音速測定ユニット８は、液体４中に音波を発する送信機と、反射した音波を検出する受信機とを備える、従来的な音響測定デバイスであってもよい。他の音響測定デバイスもまた、本発明の範囲内において使用することができる。
【００２９】
還元剤用のタンクのサイズは、公知であり、これは、音波が発せられる時と反射した音波が検出される時との間の時間を測定し、この測定された時間で距離を除算することにより速度を計算することによって、音速の計算を容易にするものである。
【００３０】
測定デバイス２は、計算ユニット１０をさらに備える。温度センサ６は、液体４に関する第１の温度Ｔ１を判定し、温度Ｔ１に基づき計算ユニット１０に温度信号１２を送達するように構成される。また、音速測定ユニット８は、温度Ｔ１における液体４に関する第１の音速ｖ１を判定し、測定された速度に基づき計算ユニット１０に音速信号１４を送達するように構成される。温度センサ６は、液体４に関する第２の温度Ｔ２を判定し、温度Ｔ２に基づき計算ユニットに温度信号１２を送達するように構成される。計算ユニット１０は、Ｔ１とＴ２との間の温度差の絶対値ΔＴ、すなわちΔＴ＝｜Ｔ１−Ｔ２｜を計算し、ΔＴを所定のしきい値ＴＴＨと比較するように構成される。ΔＴが、ＴＴＨを超過する場合には、制御信号１６が、温度Ｔ２における液体４に関する第２の音速ｖ２を判定し、この測定された速度に基づき計算ユニット１０に音速信号１４を送達するために、音速測定ユニット８に送達される。一実施形態によれば、ＴＴＨは、２℃であるが、１℃超の任意の適切な値が、選択され得る。
【００３１】
換言すれば、第２の音速ｖ２の測定は、温度差がしきい値ＴＴＨを超過する場合に行われるべきである。温度測定は、例えば、約１秒もしくは数秒、または約１分もしくは数分などの所定の測定期間で継続的に実施されてもよく、速度測定は、温度差が十分な大きさである場合にのみ実施される。
【００３２】
次いで、計算ユニット１０は、ｖ１およびｖ２を、それぞれ温度Ｔ１およびＴ２における基準液体のそれぞれ第１の速度基準値ｖｒｅｆ１および第２の速度基準値ｖｒｅｆ２と比較し、この比較結果に基づき指示信号１８を生成するように構成される。基準液体は、例えば、あらゆる品質要件を満たす尿素溶液などである。
【００３３】
指示信号１８は、測定値ｖ１およびｖ２が基準値の承認速度範囲内に含まれる場合には、液体４が承認されたものとなり、その場合には指示信号は例えば情報「ＯＫ」などを含み、値ｖ１およびｖ２が前記承認速度範囲内に含まれない場合には、液体４が承認されたものとはならず、その場合には指示信号は例えば情報「ｎｏｔ  ＯＫ」などを含むことを旨とするものである。
【００３４】
承認速度範囲は、例えば速度基準値からの最大パーセンテージ偏差として選択されてもよい。この偏差は、例えば最大で５％など、約１％または数％の規模であってもよい。
【００３５】
上記で論じたように、還元剤用のタンク内の液体４は、車両がおかれ得る様々な動作状況に応じて異なる温度となり得る。しかし、とりわけ、液体４が車両の動作状況により温度変化を受けていない場合であっても、測定を実施することが望ましいこととなり得る。この場合、デバイスは、一実施形態によれば、ｖ１が判定した後に制御されたやり方で液体４を加温するように構成された加温デバイス２０を備える。例えば、加温デバイス２０は、ホース内および容器内で還元剤を温めるように用意された加熱システムの形態をとってもよい。加温デバイスは、計算ユニット１０により生成される制御信号２２によって制御され得る。
【００３６】
当然ながら、少なくとも１つのさらなる温度値を判定し、その場合にこのように判定されたこのさらなる１つまたは複数の値を判定済みの以前の値と比較して、温度差を作り出し、それらの温度差が特定のしきい値を超過する場合には、基準液体の対応する速度基準値と比較されるそれぞれの１つまたは複数の温度における速度値を判定することが、本発明の範囲内において可能である。これは、測定の信頼性をさらに高め得る。
【００３７】
次に、本発明による方法を示す流れ図である図３を参照として、この方法を詳細に説明する。
【００３８】
また、本発明は、燃焼機関からの排気ガスの排ガス浄化に関連して還元剤として使用される液体を試験するための方法に関する。
【００３９】
この方法は、
ａ）液体の第１の温度Ｔ１を判定するステップと、
ｂ）第１の温度Ｔ１における液体の音速ｖ１を判定するステップと、
ｃ）液体の第２の温度Ｔ２を判定するステップと、
ｄ）Ｔ１とＴ２との間の温度差の絶対値ΔＴ、すなわちΔＴ＝｜Ｔ１−Ｔ２｜を計算するステップと、
ｅ）好ましくは２℃であるが１℃超の任意の適切な値であってもよい所定のしきい値ＴＴＨとΔＴを比較するステップと
を含む。
【００４０】
ΔＴが、ＴＴＨを超過する場合には、以下のステップ、すなわち、
ｆ）温度Ｔ２における液体の第２の音速ｖ２を判定するステップと、
ｇ）ｖ１およびｖ２を、それぞれ温度Ｔ１およびＴ２における基準液体のそれぞれ第１の速度基準値ｖｒｅｆ１および第２の速度基準値ｖｒｅｆ２と比較するステップと、
ｈ）この比較の結果に基づき指示信号を生成するステップと
が実施される。指示信号は、測定値ｖ１およびｖ２が基準値の承認速度範囲内に含まれる場合には、液体が承認されたものとなるが、ｖ１およびｖ２が前記承認速度範囲内に含まれない場合には、承認されたものとはならないことを旨とするものである。承認基準液体は、例えばあらゆる品質要件を満たす尿素溶液などである。
【００４１】
上記で論じたように、いくつかのコンテクストにおいては、代わりにステップｂ）とステップｃ）との間に実施され得る、制御されたやり方での液体の能動的加温を行うことが、適切である場合がある。
【００４２】
また、少なくとも１つのさらなる温度値を判定し、このように判定されたさらなる値を判定済みの以前の値と比較して、温度差を作り出し、それらの温度差が特定のしきい値を超過する場合には、基準液体の速度基準値と比較されるそれぞれの１つまたは複数の温度における速度値を判定することにより、さらなる温度測定を行うことも可能である。この結果は、依然としてより信頼性の高い測定結果となる。
【００４３】
本発明は、上述の好ましい実施形態に限定されない。様々な代替形態、変更形態、および均等物が、使用され得る。したがって、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲により規定される本発明の保護範囲を限定するものとして見なされるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2014521931.tif 000007
2014521931.tif 000008
2014521931.tif 000009
2014521931.tif 000010