(57)【要約】尿素溶液を調量する装置が提案される。この装置を用いて内燃機関の排ガス流における窒素酸化物の確実な還元が可能となる。このことは本発明によれば、尿素溶液を調量する装置が、酵素不含の尿素溶液の１つまたは複数の物理的な状態量を制御するセンサユニット（１）を包含することによって解決される。
2004517336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排ガス流に尿素溶液を調量する、例えば尿素溶液を噴霧する装置において、
物理的な測定値センサ（３、６、９）を用いて、酵素不含の尿素溶液の１つまたは複数の物理的な状態量を制御するセンサユニットが設けられていることを特徴とする、尿素溶液を調量する装置。
【請求項２】
測定値センサ（３、６）は電気的な状態量を検知する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
測定値センサ（３、６、７）は、ｐＨ値、酵素不含の尿素溶液の誘電定数及び／又は導電率を検知する、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
測定値センサ（３、６、７）は少なくとも２つの電極を有する、請求項１から３のいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
少なくとも１つの電極（３、６、７）は、表面積が拡大された構造を有する、請求項１から４のいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
２つの電極（３、６）が櫛状に噛み合う構造を有する、請求項１から５のいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１つの第２の電気的な状態量を検知する少なくとも１つの第３の電極（７）が設けられている、請求項１から６のいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
測定値センサ（９）は物理機械的な状態量を検知する、請求項１から７のいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
測定値センサ（９）は酵素不含の尿素溶液の粘度及び／又は濃度を測定する、請求項１から８のいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
振動発生器（９）が設けられている、請求項１から９のいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
前記振動発生器は水晶発振器（９）及び／又は圧電結晶を包含する、請求項１から１０のいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
尿素溶液の電気的な状態量用の測定値センサ（３、６、７）と、物理機械的な状態量用の測定値センサ（９）とを備えたセンサユニット（１）が設けられており、２つの測定量から尿素溶液の濃度を検出する評価ユニットが設けられている、請求項１から１１のいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
温度センサが設けられている、請求項１から１２のいずれか１項記載の装置。
【請求項１４】
貯蔵容器用の充填レベルセンサが設けられている、請求項１から１３のいずれか１項記載の装置。
【請求項１５】
前記充填レベルセンサは、請求項１から１４のいずれか１項記載の測定値センサである、請求項１から１４のいずれか１項記載の装置。
【請求項１６】
複数の充填レベルセンサが設けられている、請求項１から１５のいずれか１項記載の装置。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか１項による、尿素を調量する装置が設けられていることを特徴とする、触媒を用いて排ガスを処理する内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念による、尿素溶液を調量する装置に関する。
【０００２】
従来技術
自動車の排ガスにおける窒素酸化物を還元するために、既にこれまでに、触媒的な還元を行っている間に排ガスに尿素溶液を噴霧することが行われている。加水分解触媒における化学反応によって、尿素が二酸化炭素とアンモニアに分解される。アンモニアは再び非常に選択的に窒素酸化物と反応して窒素と水を形成し、排ガスから窒素酸化物を浄化する。
【０００３】
尿素溶液を用いて窒素酸化物を確実に還元するために、種々のパラメータ例えば水溶液における尿素の濃度が重要である。
【０００４】
医学及び生物学の分野における尿素濃度を測定するための従来公知のセンサの応用では、酵素によって尿素が選択的にアンモニアを形成しながら分解されるウレアーゼを使用する。
【０００５】
センサは引き続きアンモニアが溶液のｐＨ値に及ぼす影響を検出する。これによって尿素の濃度を推量することができる。
【０００６】
尿素溶液のこのような濃度測定における欠点は、例えば非常に異なる温度を示す可能性のある環境におけるウレアーゼの不安定性である。しかしながら自動車に使用する場合、このような温度変動は所与のものであるので、従来技術による従来のセンサを自動車への応用に使用することができなかった。
【０００７】
発明の利点
したがって本発明の課題は、困難な状況下、例えば大きな温度幅内において確実に窒素酸化物を還元するために使用できる、尿素溶液を調量する装置を提供することである。
【０００８】
この課題は、導入部で述べたような従来技術に基づき、請求項１記載の特徴によって解決される。
【０００９】
従属請求項に記載された措置によって本発明の有利な実施形態及び構成が考えられる。
【００１０】
相応にして尿素を調量する本発明による装置は、酵素不含の尿素溶液の物理的な状態量を制御するセンサユニットが設けられているという点で優れている。このセンサユニットは有利には物理的な測定値センサを包含する。
【００１１】
このようにして測定を直接的に、溶液における尿素の物理的な特性に基づいて、酵素による分解という中間行程を介在させずに行うことができる。相応にして測定は、例えばウレアーゼのような酵素に影響されている不安定性にも依存しない。
【００１２】
本発明の所定の実施形態では、１つまたは複数の電気的な状態量を検知するための測定値センサが設けられる。そのような状態量は、例えばｐＨ値、溶液の誘電定数及び／又は導電率である。これらのまたは別の電気的な状態量を測定することにより、尿素溶液の性質例えば尿素溶液の濃度を推量することができる。この状態量の測定は比較的問題が無く、例えば温度変動が大きい領域において実施することができる。
【００１３】
電気的な状態量を検知するために有利には２つの電極が設けられており、これらの電極が尿素溶液に突入している。電極に直流電圧及び／又は交流電圧が印加されることによって、例えばｐＨ値、誘電定数及び／又は導電率のような前述の電気的な状態量を直接に検知することができる。
【００１４】
測定値センサの感度を改善するために、表面積が拡大された構造を電極に設けることが好適である。そのような表面積が拡大された構造は、例えば電極を櫛状の構造によって達成することができ、この櫛状の構造は付加的に、このような構造の２つの電極を噛み合わせて配置できるという利点を有し、その結果表面積を大きくするのと同時に２つの電極の間隔を狭く調節することができる。例えば狭い間隔に関連した大きな面積により、検査電圧ないし検査電流、したがって本発明の測定値センサのための制御及び評価ユニットを相応に小さく設計することができる。場合によっては複数の状態量を同時に検出するために、別個の電極を設けることができる。そのような第３の電極を用いて例えばｐＨ値を検出することができ、他方では前述の２つの電極を介して他の状態量、例えば誘電定数が求められる。
【００１５】
本発明の別の有利な実施形態では、尿素溶液の物理機械的な１つまたは複数の状態量を検知する測定値センサが設けられる。そのような物理機械的な状態量は、例えば粘性または密度である。
【００１６】
このような物理機械的な状態量を従来のやり方で、例えば溶液ないし溶液の一部を振動させることにより、または排水部の浮力などを測定することにより求めることができる。しかしながら殊に有利な実施形態においては、物理機械的な状態量は動的センサによって検知される。つまり物理機械的な状態量を例えば振動発生器を用いて測定することができる。機械的な振動を用いる励起の際の尿素溶液の特性は、検知すべき物理機械的な状態量、例えば密度または粘性に著しく依存する。この特性を有利な実施形態においては直接的に、振動発生器自体において測定技術的に例えば電流測定、周波数測定などにより検知することができる。
【００１７】
振動発生器として有利には水晶発振器が使用される。しかしながら機械的な振動により励起させる他の公知のまたは将来の全ての可能性も同様に考えられる。例えば、不平衡な状態にある高回転モータまたはスピーカ原理によるダイヤフラムと接続された電磁コイルのような圧電結晶も使用することができるであろう。
【００１８】
殊に有利な実施形態においては、電気的な状態量用の測定値センサ並びに物理機械的な状態量用の測定値センサを備えたセンサユニットが設けられる。２つの測定値センサの測定値は、溶液における尿素の濃度を検出するために評価ユニットにおいて使用される。２つの相互に依存しない状態量を評価することによって、尿素の濃度をより精確に、ないしより選択的に検出する可能性が生じる。
【００１９】
さらに有利には本発明の装置は温度センサと組み合わされる。検知すべき状態量は事情によっては顕著な温度依存性を示す可能性があるので、例えば溶液における尿素の濃度を検出するために、検知された状態量を評価する際に温度も同時に測定及び考慮することによって、温度変動によるエラーを解決することができる。
【００２０】
さらに、例えば尿素溶液の調量装置に関連させて、付加的に尿素溶液の貯蔵容器の充填度を測定する充填レベルセンサを設けることは有利である。殊に有利な実施例においてはそのような充填レベルセンサは、１つまたは複数の物理的な状態量を検知する本発明による測定値センサと直接に組み合わせられる。
【００２１】
本発明による測定値センサは、気体時での測定と比べて溶液時の測定の際に顕著な差異を示すので、これによって容易に充填レベルも測定することができる。これに関してもまた本発明の測定値センサの種々の構成が考えられる。例えば本発明による測定値センサを所定の高さに取り付けることができ、充填レベルが閾値を超える際の閾値センサとして使用することができる。種々の高さでのより精確な充填レベルの測定を行うために、複数のセンサを種々の高さに取り付けることができる。そのようなセンサ系を例えば相応の高さ以上に延在するセンサケーシング内または例えばロッド状のセンサ取付部にも取り付けることができる。
【００２２】
本発明による測定値センサが相応の高さにわたり延在するように構成されることによって、充填レベルを継続的に測定することも同様に考えられる。センサ信号は気体時ないし溶液時に配置されているセンサ領域の割合に依存する。このセンサ領域はやはり充填レベルによって変化するので、これによってセンサ信号から充填レベルを推量することができる。
【００２３】
実施例
本発明の実施例を図面に示し、図面に基づき詳細に説明する。
【００２４】
唯一の図面は本発明による測定値センサの概略的な構造を示す。
【００２５】
センサユニット１はセンサプレート２に取り付けられている。櫛状の電極３は２つの領域４、５に分割されている。上部の領域５では、櫛構造の個々の歯は下部の領域４よりも幅広に相互に間隔を置いている。
【００２６】
上部の領域５では、相応の櫛構造を有する別の電極６が噛み合わさっている。２つの電極５及び６はセンサプレート２の広範な領域にわたり広がっており、充填レベルセンサを表す。電極３の下部の領域４には第３の電極７が対向して配置されている。電極７はその櫛構造が電極３の下部の領域４のより微細な櫛構造と適応している。すなわち歯は相互に僅かな間隔をおいている。
【００２７】
電極７は電極３の下部の領域４と共に、電気的な状態量、例えば導電率、誘電定数などを測定する本発明による測定値センサを形成する。
【００２８】
センサプレート２の下部の領域には、電極３、６、７用の電気的な端子８が取り付けられている。これらの電気的な端子８は、ここでは詳細に説明しないやり方でコネクタを介して接続することができる。
【００２９】
電極３の下部の領域４の下方ないし電極７の下方には、物理機械的な状態量例えば粘性または濃度を検知する振動発生器としての水晶発振器９が取り付けられている。水晶発振器９は同様に端子８を介して接続することができる。
【００３０】
センサプレート２を殊に有利な実施形態においては部分的に回路基板として構成することができ、この回路基板上では電極が平面で導体路として実現されている。これに対して他の構造形状では、センサプレート２は取付可能な電極のための取付プレートとして使用される。
【００３１】
図１によるセンサユニット１を用いて、誘電定数、導電率、ｐＨ値または同様のもののような１つまたは複数の電気的な状態量も、濃度または粘度のような物理機械的な状態量も検知することができる。同時にセンサユニット１は、電極３及びこれと対向する電極６の上部の領域５の拡がりに基づいて充填レベルセンサとして使用される。このためにセンサユニット１は尿素溶液の容器内部に取り付けられるので、電極３及び電極６は少なくとも部分的に尿素溶液に浸入する。
【００３２】
本発明によるセンサユニット１を用いて尿素溶液の状態を、不利な条件、例えば大きな温度幅内でも確実に監視することができる。したがってこのようなセンサユニット１は、例えば自動車の排ガス処理の領域にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による測定値センサの概略的な構造である。
【符号の説明】
１  センサユニット、  ２  センサプレート、  ３  電極、  ４  領域、  ５  領域、  ６  電極、  ７  電極、  ８  端子、  ９  水晶発振器
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年2月25日(2003.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排ガス流に尿素溶液を調量する、例えば尿素溶液を噴霧する装置であって、
物理的な測定値センサ（９）を用いて、酵素不含の尿素溶液の１つまたは複数の物理的な状態量を制御するセンサユニットが設けられている、尿素溶液を調量する装置において、
前記測定値センサ（９）は物理機械的な状態量、粘性または密度を検知することを特徴とする、尿素溶液を調量する装置。
【請求項２】
測定値センサ（３、６）は電気的な状態量を検知する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
測定値センサ（３、６、７）は、ｐＨ値、酵素不含の尿素溶液の誘電定数及び／又は導電率を検知する、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
測定値センサ（３、６、７）は少なくとも２つの電極を有する、請求項１から３のいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
少なくとも１つの電極（３、６、７）は、表面積が拡大された構造を有する、請求項１から４のいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
２つの電極（３、６）が櫛状に噛み合う構造を有する、請求項１から５のいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１つの第２の電気的な状態量を検知する少なくとも１つの第３の電極（７）が設けられている、請求項１から６のいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
測定値センサ（９）は酵素不含の尿素溶液の粘度及び／又は濃度を測定する、請求項１から７のいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
振動発生器（９）が設けられている、請求項１から８のいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
前記振動発生器は水晶発振器（９）及び／又は圧電結晶を包含する、請求項１から９のいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
尿素溶液の電気的な状態量用の測定値センサ（３、６、７）と、物理機械的な状態量用の測定値センサ（９）とを備えたセンサユニット（１）が設けられており、２つの測定量から尿素溶液の濃度を検出する評価ユニットが設けられている、請求項１から１０のいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
温度センサが設けられている、請求項１から１１のいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
貯蔵容器用の充填レベルセンサが設けられている、請求項１から１２のいずれか１項記載の装置。
【請求項１４】
前記充填レベルセンサは、請求項１から１３のいずれか１項記載の測定値センサである、請求項１から１３のいずれか１項記載の装置。
【請求項１５】
複数の充填レベルセンサが設けられている、請求項１から１４のいずれか１項記載の装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか１項による、尿素を調量する装置が設けられていることを特徴とする、触媒を用いて排ガスを処理する内燃機関。
【国際調査報告】
2004517336.tif 000018
2004517336.tif 000019
2004517336.tif 000020
2004517336.tif 000021