專利名稱：包括超聲波傳感器的尿素容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通過使用聲發(fā)射傳感器(也稱之為超聲波傳感器)來確定距離而測量尿素容器(也稱之為SCR罐)的填充水平的裝置。特別是，這種尿素容器作為用于技術(shù)上簡單地存儲(chǔ)用于形成氨的尿素/水溶液的儲(chǔ)槽而用于廢氣處理。
背景技術(shù)：
長久以來，廢氣處理裝置用于降低內(nèi)燃機(jī)廢氣中的污染物。帶有還原劑供給源的廢氣處理裝置成為現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)有一段時(shí)間了，其用于有效地降低內(nèi)燃機(jī)廢氣中的污染物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，特別是在稀燃內(nèi)燃機(jī)的情況中，向廢氣中加入還原劑是有利的。特別是在稀燃內(nèi)燃機(jī)的情況中，廢氣中的氮氧化合物(NOx)的比例會(huì)增加，并且通過廢氣處理裝置內(nèi)的還原劑可將其降低。使用了用語選擇性催化還原方法(SCR方法)。例如,氨可用作還原劑。氨和廢氣中的氮氧化合物一起轉(zhuǎn)化成非有害的成分，即氮?dú)夂退约岸趸?。氨一般不直接存?chǔ)在機(jī)動(dòng)車中。通常，存儲(chǔ)和/或提供的是根據(jù)需要轉(zhuǎn)換成實(shí)際還原劑的還原劑前體。例如，尿素可用作這種還原劑前體。特別優(yōu)選地是水狀尿素/水溶液。例如可獲得這種帶有32.5%的尿素含量的水狀尿素/水溶液，其商標(biāo)為
AdBlue 還原劑可以液態(tài)和/或氣態(tài)形式提供到內(nèi)燃機(jī)的廢氣處理裝置。通常，還原劑以液態(tài)形式存儲(chǔ)在機(jī)動(dòng)車中。這種液態(tài)存儲(chǔ)能夠以特別節(jié)省空間的方式實(shí)現(xiàn)。根據(jù)目前的法律規(guī)定，根據(jù)歐盟五級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，污染物排放降低到2.0g/kWh NOx的最大許可極限值。因此，車輛駕駛員必須總是被告知尿素容器的填充水平。當(dāng)尿素容器為空并且因此沒有還原劑可提供給廢氣處理裝置時(shí)，必須降低發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。為了避免這種情況，對(duì)于車輛駕駛員來說重要的是通知其尿素容器的填充水平。由于具有大約9.0的pH值的水狀尿素/水溶液呈弱堿性，因此可推薦非接觸 式的填充水平測量。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為此目的，通過使用發(fā)生聲音的傳感器確定距離來測量填充水平是特別適合的。在這種情況中，尤其是使用了聲音在氣體和液體之間的、或在氣體和固體之間的、或在液體和固體之間的界面處反射的效果。通過傳感器的適當(dāng)定向，以類似于具有發(fā)射的聲波和反射的回聲和回聲探測器的方法，可通過所花費(fèi)的時(shí)間來確定距離。因此，可以間接地確定尿素容器的填充水平。到目前為止，已經(jīng)提出了多種對(duì)空間要求較高的測量結(jié)構(gòu)。由于機(jī)動(dòng)車內(nèi)的尿素容器構(gòu)成了額外的部件，而現(xiàn)在在所述機(jī)動(dòng)車中僅有很小的用于新部件的空間，因此希望帶有通過聲音傳感器測量填充水平的尿素罐具有節(jié)省空間的結(jié)構(gòu)。特別是，作為系統(tǒng)改造和針對(duì)在將來由于更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)而進(jìn)一步增加尿素的消耗，以及因此增加的尿素容器體積，節(jié)省空間的設(shè)計(jì)是非常有利的。

發(fā)明內(nèi)容
基于這種現(xiàn)有技術(shù)，這里提出的本發(fā)明的目的是進(jìn)一步減輕結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)所解釋的技術(shù)問題。特別是提供了一種裝置，其一方面節(jié)省了安裝空間，同時(shí)允許較為簡單地安裝。此外，確保了在聲發(fā)射傳感器指示填充水平已經(jīng)到達(dá)最小極限值或接近零之后，仍然具有足夠的剩余體積尿素以使得機(jī)動(dòng)車能夠以最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)功率和法定的污染物排放而到達(dá)加油站，在這里重新填充尿素容器。通過根據(jù)權(quán)利要求1的特征的裝置實(shí)現(xiàn)了這些目的。在從屬權(quán)利要求中說明了裝置的其他有利的結(jié)構(gòu)。在權(quán)利要求中單獨(dú)提及的特征可以任何技術(shù)上可行的方式彼此結(jié)合，并且根據(jù)說明書的解釋性的事實(shí)，特別是結(jié)合附圖進(jìn)行了補(bǔ)充，還提供了本發(fā)明替代性的實(shí)施方案。根據(jù)本發(fā)明的用于通過使用由傳感器發(fā)射的聲波及其回聲來確定距離以測量尿素容器的填充水平的裝置包括尿素容器底部和具有物理高度的底槽，底槽與尿素容器的底部相鄰接并且處于尿素容器底部的水平面的下方，并且底槽進(jìn)一步地以敞開方式連接于尿素容器，并且通過底槽底部形成底部邊界。此外,提供有:-容納在底槽區(qū)域內(nèi)的傳感器，和-帶有用于發(fā)射聲波和用于接受相同聲波的回聲的聲發(fā)射表面的傳感器安裝在尿素容器內(nèi)，使得傳感器的聲發(fā)射表面最多鄰接于尿素容器底部的水平面。填充水平的測量特別是基于測量所花費(fèi)的時(shí)間。在這種情況中使用了如下事實(shí):聲波以對(duì)于各自的傳播介質(zhì)(這里為尿素/水溶液)為已知的有限速度進(jìn)行傳播。當(dāng)傳感器發(fā)射聲波時(shí)，這種波需要特定的時(shí)間以到達(dá)液態(tài)尿素/水溶液和相鄰空氣之間的界面。大部分的聲波在這種界面處被反射，并且以相同的波速運(yùn)動(dòng)返回到傳感器(或超聲波傳感器)。后者記錄了從發(fā)射時(shí)刻到接收回聲、即反射的聲波所花費(fèi)的時(shí)間。這一花費(fèi)的時(shí)間乘以聲波已知的傳播速度即給出了長度。由于聲波必須一次向前運(yùn)動(dòng)和一次返回以便由傳感器來記錄，因此將所測定的長度減半就給出了傳感器和界面之間的距離。因此，可從這種確定的距離中推測出尿素容器的填充水平，其中聲波應(yīng)當(dāng)盡可能垂直地撞擊界面。如果聲波太傾斜地撞擊界面，則反射波將由于延長的距離而破壞測量結(jié)果。而且，通過垂直于界面的取向，傳播路徑為最佳的短，并且因此不但能達(dá)到更準(zhǔn)確的測量結(jié)果，而且能以最佳的短時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。此外，由此最小化了在尿素/水溶液中的衰減效應(yīng)。為了確定精確的結(jié)果，聲波的已知傳播速度需要適應(yīng)于尿素/水溶液的溫度。這樣，也能夠確定對(duì)于凍結(jié)的尿素/水溶液而言由于溫度和填充水平而導(dǎo)致的尿素/水溶液的膨脹效應(yīng)。尿素容器為適合盛放尿素的任意的容器或罐。特別是，其由對(duì)于堿性物質(zhì)為惰性的材料制成。例如，塑料適合于此，特別是熱固性塑料，例如環(huán)氧樹脂。尿素容器的形狀大體上決定于待盛放的體積、分配在機(jī)動(dòng)車內(nèi)的空間、簡單的維護(hù)以及填充，還決定于用于無摩擦操作的尿素容器的功能單元。所述功能單元例如包括底槽、用于填充水平的測量單元、尿素抽取器件，通常也包括加熱器件以抵消尿素/水溶液的凍結(jié)，并且抵消對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的不同操作階段的蒸汽或廢氣的產(chǎn)生。用于測量填充水平的傳感器具有兩個(gè)功能。在一方面，其發(fā)射聲波，以及在另一方面，其適合于接收其回聲。為了這種目的，可以使用市售的傳感器，其以適當(dāng)?shù)姆绞秸{(diào)整而能記錄在液體和氣體之間的界面。為了避免干擾噪聲，傳感器應(yīng)當(dāng)發(fā)射處在聽不到的超聲波段內(nèi)的聲波。此外，傳感器應(yīng)當(dāng)以節(jié)能的方式操作，這是由于機(jī)動(dòng)車內(nèi)消耗電能的裝置的數(shù)量已經(jīng)非常多，并且預(yù)期這種裝置的數(shù)量將進(jìn)一步增加。也合理地是給傳感器額外地裝配溫度計(jì)，這是由于通過此能夠補(bǔ)償尿素/水溶液因溫度所產(chǎn)生的膨脹。因此，能夠在高溫下推斷還原劑的實(shí)際量。特別是，能夠抑制在低溫時(shí)如果部分結(jié)冰的錯(cuò)誤指示。這是由于如果部分結(jié)冰的話，通過尿素/水溶液中的冰晶體和冰塊形成了多個(gè)界面。這樣會(huì)發(fā)生從變化的填充水平顯示到發(fā)動(dòng)機(jī)減速的所不希望有的錯(cuò)誤指示。傳感器可僅由產(chǎn)生聲音和記錄聲音的隔膜構(gòu)成，但是可甚至物理性地包括整個(gè)測量器件。為了產(chǎn)生和記錄聲音，在現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)地是所謂的壓電薄膜。這些部件能夠?qū)⑤斎氲碾妷盒盘?hào)直接轉(zhuǎn)化成機(jī)械變形，并且因此產(chǎn)生聲音。通過AC電壓可將機(jī)械變形非常精確地轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的震蕩頻率，通常為壓電薄膜的自然頻率。同樣地，壓電薄膜能夠?qū)C(jī)械變形轉(zhuǎn)化成電壓。因此，壓電薄膜的使用不僅代表了聲音傳感器的技術(shù)上非常簡單的實(shí)施方案，而且也特別合算。尿素容器包括尿素容器底部，盡管這不并構(gòu)成尿素容器底部的密封邊界，而是僅劃定了尿素容器的主要體積，并且在尿素容器底部上連接了底槽。在大多數(shù)情況中，尿素容器底部是從尿素容器的壁向底槽朝下傾斜，以保證剩余的尿素/水溶液可靠地輸送到底槽中。在很多情況中，尿素容器底部僅構(gòu)成為從底槽到尿素容器主體積的過渡處的小接板。通常地，可為該尿素容器配給尿素容器蓋子(在頂部)以及在側(cè)面上的多個(gè)尿素容器側(cè)壁。尿素容器的底槽主要用于保持剩余體積的尿素/水溶液，使得該剩余的體積可以技術(shù)上簡單的方式繼續(xù)使用。因此很清楚，與主尿素容器相比，底槽通常具有顯著減小的周長，或顯著較小的體積。因此，與等體積的主尿素容器相比，在底槽內(nèi)也存在顯著增加的填充水平。因此，剩余體積可由尿素抽取器件更加容易地抽出。此外，底槽適合于接收在底部區(qū)域中的沉淀物形式的雜質(zhì)，從而使其不會(huì)被尿素抽取器件吸入。底槽通過底槽底部而形成底部邊界，因此所述底槽底部構(gòu)成了尿素容器的最深的底部邊界。因此，底槽例如是尿素容器底部中的局部凹陷。更優(yōu)選地是，僅存在單個(gè)底槽，和/或底槽相對(duì)于尿素容器底部居中地布置或處在中間。底槽相鄰于尿素容器底部，并且優(yōu)選地完全處于尿素容器底部的水平面的下方。由于在很少的情況中尿素容器底部僅構(gòu)成為平表面，因此僅在很少的情況中該水平面與適合于尿素容器底部表面的平表面等同。更確切地說，該水平面意味著與從尿素容器底部到底槽垂直壁的過渡部分相交的平表面。甚至從尿素容器的垂直壁到傾斜的尿素容器底部的過渡部分也能夠理解為這種水平面。在各種情況中，當(dāng)機(jī)動(dòng)車靜止時(shí)，該水平面理解為垂直于重力方向。用于發(fā)射聲波和用于接收相同聲波的回聲的傳感器的聲發(fā)射表面可為上文已經(jīng)提及的壓電薄膜。但是在大多數(shù)情況中，這種薄膜與震蕩隔膜相鄰，所述震蕩隔膜例如會(huì)放大聲音發(fā)射，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化成適當(dāng)?shù)念l率。在大多數(shù)情況中，也將存在又處于上方的隔膜，所述隔膜以小的衰減推進(jìn)聲波，但是作為交換其構(gòu)成了隔膜或壓電薄膜的額外的機(jī)械和化學(xué)保護(hù)。根據(jù)傳感器結(jié)構(gòu)和尿素容器的設(shè)計(jì)，可將震蕩隔膜和/或保護(hù)性隔膜集成在一個(gè)膜中。同樣地，對(duì)于各自的實(shí)施方案，獨(dú)立于其他性質(zhì)之外的這些特征中的一個(gè)可為非必要的。此外，傳感器的聲發(fā)射表面盡可能地相鄰于尿素容器底部的水平面。在這種情況中，該水平面和聲發(fā)射表面可為平行的，盡管聲發(fā)射表面也可相對(duì)于尿素容器底部的水平面而傾斜。特別是，聲發(fā)射表面可處于尿素容器底部的水平面的下方。在任何情況下聲發(fā)射表面都不會(huì)伸出過尿素容器底部的水平面(顯然即大于針對(duì)這種目的的通常制造公差)。如已經(jīng)提及的那樣，聲發(fā)射表面的垂線相對(duì)于尿素容器底部的水平面的向上指向的垂線可彼此傾斜。在這種情況中，相對(duì)于彼此的適當(dāng)角度特別地為45°、90°和135°。然而，相反的取向，即兩條垂線相對(duì)于彼此為180°也是可能的。聲波大體上向上(朝向尿素容器蓋子)發(fā)射。顯然，聲波以弧形或圓形的形狀傳播。然而，對(duì)于聲波路徑的距離/時(shí)間確定來說，重要地是聲波大體上垂直地撞擊界面，并且因此反射回到傳感器。相對(duì)于垂直軸為±30°、或甚至±20°、也甚至±10°的小偏離會(huì)顯著地改變測量結(jié)果，但是可通過適當(dāng)結(jié)構(gòu)的測量器件來補(bǔ)償。傳感器優(yōu)選地完全容納在底槽的區(qū)域內(nèi)。特別是，“完全”意味著傳感器的物理單元，例如市售的傳感器容納在底槽的區(qū)域內(nèi)，即其不伸入到尿素容器的其他內(nèi)部區(qū)域中。在這種情況中，傳感器的物理單元可僅由上述的聲發(fā)射表面構(gòu)成，或也可包括必要的測量器件，例如除測量回路之外的溫度計(jì)。在許多情況中，傳感器的相關(guān)布線視為部件的一部分，并且因此在這種情況中容納在底槽區(qū)域中。通過其底槽底部、側(cè)壁和到尿素容器底部的過渡，底槽構(gòu)成了空間。但是，在很多情況中，這種空間不僅填充有尿素/水溶液，也能夠容納整個(gè)尿素容器的不同物理單元。這些物理單元可或者構(gòu)建在底槽中，或者被弓丨導(dǎo)穿過底槽底部或底槽壁中的凹陷和缺口。在這種情況中，帶有可以或必須與尿素/水溶液接觸的功能單元的物理單元可形成為使得它們通向容器體積。換句話說，在某種程度上，當(dāng)傳感器也部分地延伸到尿素容器之外時(shí)，傳感器完全容納在底槽區(qū)域中。特別地，用于測量填充水平的傳感器構(gòu)造為兩部分，在這種情況中，單獨(dú)的部分可分開地設(shè)置。在這種情況中，聲發(fā)射表面(發(fā)射器)與回聲的接收器分開地設(shè)置。在這種情況中，關(guān)于傳感器設(shè)置的說明可用于發(fā)射器和接收器。在另一個(gè)有利的實(shí)施方案中，尿素抽取器件連接于底槽上，并且處于在尿素容器底部的水平面和底槽底部之間的高度處。有利地是，尿素抽取器件可距離底槽底部為一定距離地安裝，從而沉降顆粒不會(huì)被尿素抽取器件吸入。特別地，在底槽中提供了用于污垢和沉積物的相應(yīng)的體積。此外，尿素抽取器件可有利地安裝在尿素容器底部的水平面的下方，從而可使用底槽的收集功能。換句話說，這意味著特別是僅用于供給底槽中的尿素的抽取開口優(yōu)選地位于底槽的側(cè)壁上。任選地一起形成尿素抽取器件的過濾器、泵、控制閥和加料單元中的至少一個(gè)可連接于此。在一個(gè)特別優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，在這種情況中至少一些上述的部件本質(zhì)上位于底槽的體積中，例如在分開的殼體中。在另一個(gè)有利的結(jié)構(gòu)中，尿素抽取器件安裝在傳感器的聲發(fā)射表面的下方。通過此達(dá)到的效果是，在傳感器已經(jīng)建立了尿素容器為空的之后，仍存在剩余體積的尿素以保證足夠的時(shí)間，在所述時(shí)間中機(jī)動(dòng)車?yán)缈梢宰罴训牟僮骱妥罴训奈廴疚锱欧哦竭_(dá)可再次填充尿素容器的填充站。特別應(yīng)當(dāng)保證地是，尿素的剩余體積對(duì)于可由半罐到滿罐內(nèi)燃機(jī)燃料走完的駕駛距離是充足的。在這種情況中，特別地，聲發(fā)射表面和尿素抽取器件的分開構(gòu)造成能夠保證進(jìn)一步駕駛約50km、特別是約200km到400km的距離。在另一有利的實(shí)施方案中，傳感器安裝在底槽的外部上的凹陷內(nèi)。這種例如設(shè)置在底槽的側(cè)壁和/或底部中的凹陷以傳感器容易安裝且完全容納在其中的方式而構(gòu)成。因此，凹陷可包括螺紋和/或?yàn)殄F形的。也可使用其他安裝方式。特別地，凹陷可適合于容易且可靠地調(diào)整傳感器，以保證精確的填充水平測量結(jié)果。在這種情況中，可有利地是以在安裝到機(jī)動(dòng)車之前可固定地安裝傳感器的方式來設(shè)置凹陷(伸入到底槽中)。此外，凹陷可允許移除傳感器，而不必移除整個(gè)尿素容器或尿素容器的一部分，也不必將尿素容器排空。在另一個(gè)有利的實(shí)施方案中，傳感器通過額外的部件、例如蓋子保持在底槽上或尿素容器上。凹陷的保持構(gòu)件和例如蓋子的組合也是可能的。在另一有利的實(shí)施方案中，傳感器至少部分地伸入到底槽中。這尤其意味著傳感器的聲發(fā)射表面與尿素/水溶液直接接觸。這允許使用市售的聲傳感器，而不需要在底槽上的額外的構(gòu)造措施。為了進(jìn)一步節(jié)約和簡化傳感器在底槽上的安裝，可在底槽內(nèi)僅提供開口，例如孔?？梢龑?dǎo)傳感器穿過這種孔，并且通過進(jìn)一步的保持構(gòu)件例如蓋子進(jìn)行固定和調(diào)整。如上文所描述的凹陷也可以構(gòu)造成使得傳感器的一部分被引導(dǎo)穿過凹陷，同時(shí)帶有聲發(fā)射表面的一部分伸入到尿素/水溶液中。為了系統(tǒng)的密封性，提供了相應(yīng)的密封件。在另一有利的實(shí)施方案中，底槽的物理高度相應(yīng)于傳感器的安裝高度。傳感器的安裝高度決定于如上文所描述的傳感器的物理單元，這與安裝傳感器的方法一樣。在這種情況中，由于外部保持構(gòu)件的原因，傳感器的安裝高度與傳感器的高度不同。安裝高度也可解釋為額外容納傳感器的線纜。當(dāng)尿素容器在這里“立式地”設(shè)置時(shí)，底槽的物理高度例如從底槽底部延伸到尿素容器底部的水平面。在這種實(shí)施方案中，特別地傳感器的聲發(fā)射表面平行于尿素容器底部的水平面，或者傾斜90°。這樣，大體實(shí)現(xiàn)了特別節(jié)省空間的設(shè)計(jì)。在另一個(gè)有利的變體中，傳感器的聲發(fā)射表面的垂線與大體上的聲音方向成一定角度，并且聲折射構(gòu)件使聲波大體上折射向上方。在這種情況中，在O和約180°之間的任何角度是適當(dāng)?shù)?。但是，特別地，45°、90°和135°是適當(dāng)?shù)?。聲折射?gòu)件可為任何適于反射聲波的表面。由于聲波同樣地在液體和固體之間的界面處反射，因此所有的固體材料一般適合于此。但是，特別地推薦由底槽或尿素容器的壁區(qū)域來形成這種聲折射構(gòu)件。因此，聲折射構(gòu)件構(gòu)成了固體材料的傾斜表面，所述傾斜表面以使聲音大體上折射向上方的方式與聲發(fā)射表面的垂線成相應(yīng)角度而構(gòu)造在適當(dāng)?shù)奈恢?。如果例如垂線與大體上的聲音方向成90°角度，則折射構(gòu)件的表面傾斜45°角度。但是，聲折射構(gòu)件也可由多個(gè)傾斜的表面構(gòu)成，所述傾斜的表面以聲波在由多個(gè)表面多次折射之后實(shí)際上大體折射向上方的適當(dāng)方式而構(gòu)造。同樣地，所發(fā)射的聲波的回聲由聲折射構(gòu)件沿相同的路徑在相反方向中折射回到傳感器。盡管這不利地增加了測量路徑，但是其允許更加靈活地適應(yīng)機(jī)動(dòng)車內(nèi)有限的安裝空間，特別是對(duì)于系統(tǒng)的改造而言。在這種情況中，特別更優(yōu)選地是，對(duì)于傳感器則設(shè)置為(橫向)“平放”并且對(duì)于聲折射構(gòu)件則定位在底槽區(qū)域中，從而以近似水平方向到達(dá)的聲音被折射到朝向尿素容器蓋子(或尿素表面)的方向中。特別地，傳感器也可與其他的測量數(shù)值轉(zhuǎn)換器一起使用，從而可記錄尿素/水溶液的多個(gè)物理特征。特別是，額外地提供了可建立尿素/水溶液的導(dǎo)電性的電導(dǎo)率傳感器。這樣，例如可檢測尿素/水溶液與鹽水的混合，并且可給出相應(yīng)的指示。還提供了一種方法，其在使用這里所提出的聲發(fā)射傳感器時(shí)可以特別有利的方式使用。該方法通過使用發(fā)射聲波來確定距離的傳感器的裝置來實(shí)施，以測量尿素容器的填充水平。特別地，該方法使用了根據(jù)本發(fā)明的裝置。該方法包括在關(guān)閉裝置之前，即例如由于關(guān)閉內(nèi)燃機(jī)而中斷裝置的電能之前至少存儲(chǔ)尿素容器的填充水平。這種針對(duì)于至少填充水平的存儲(chǔ)值意在當(dāng)重啟裝置時(shí)、即當(dāng)恢復(fù)電能時(shí)，提供給控制器或開關(guān)器件。特別地，也可存儲(chǔ)其他數(shù)值，例如尿素/水溶液的品質(zhì)(電導(dǎo)率、密度等)。提供填充水平的數(shù)值是有利的，特別是在已經(jīng)將裝置關(guān)閉之后當(dāng)至少一些尿素/水溶液在尿素容器中凍結(jié)時(shí)。在這種情況中，在特定環(huán)境下不能通過聲發(fā)射傳感器來實(shí)施填充水平的測量，或者將不能產(chǎn)生可信賴的數(shù)值。在傳感器周圍內(nèi)的尿素/水溶液融化后仍可測量尿素/水溶液的量，但是為了確定實(shí)際填充水平，需要尿素/水溶液的完全融化。通過提供至少對(duì)于填充水平的存儲(chǔ)數(shù)值，通過控制器或開關(guān)器件可在任何時(shí)間(甚至在緊接于再次打開裝置或投入操作之后)實(shí)施確定車輛使用可獲得的尿素/水溶液所能到達(dá)的范圍。通過提供另外的存儲(chǔ)數(shù)值(密度、電導(dǎo)率等)，甚至在緊接于再次打開裝置后可獲得的關(guān)于尿素/水溶液的量的信息，即使由于凍結(jié)的尿素/水溶液而使得所使用的傳感器和測量數(shù)值轉(zhuǎn)換器不能產(chǎn)生可信賴的數(shù)值。根據(jù)本發(fā)明的機(jī)動(dòng)車包括內(nèi)燃機(jī)和至少一個(gè)廢氣處理裝置，以及尿素容器，所述尿素容器具有用于通過使用聲波來測量距離以測量尿素容器填充水平的聲發(fā)射傳感器，根據(jù)本發(fā)明，傳感器容納于尿素容器的底槽中。特別地，機(jī)動(dòng)車構(gòu)造為可實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法。機(jī)動(dòng)車可為任何具有內(nèi)燃機(jī)的機(jī)動(dòng)車。這不僅意味著由這種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)或推進(jìn)的機(jī)動(dòng)車。例如，也可設(shè)想使用內(nèi)燃機(jī)僅作為發(fā)電單元的混合動(dòng)力車。同樣，也可設(shè)想又由內(nèi)燃機(jī)(間接)驅(qū)動(dòng)的具有輔助裝置如起重機(jī)和掘溝機(jī)的機(jī)動(dòng)車。內(nèi)燃機(jī)通常構(gòu)成了基于閉環(huán)或開環(huán)循環(huán)過程的能量轉(zhuǎn)化機(jī)器。因此，內(nèi)燃機(jī)適合任何使用燃料的內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)在燃燒以將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能期間產(chǎn)生排放物，其因適合于凈化的還原劑而導(dǎo)致減少所不希望的排放物的程度。這些內(nèi)燃機(jī)通常為往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)和柱塞發(fā)動(dòng)機(jī)，以及轉(zhuǎn)動(dòng)活塞和特別是汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)。適當(dāng)?shù)娜剂嫌绕涫遣裼腿剂虾推腿剂?，也可為例如天然氣和液化氣?？赏ㄟ^來自用于測量尿素容器的填充水平的聲發(fā)射傳感器的信號(hào)來降低內(nèi)燃機(jī)速度，以在如果指示為空時(shí)減少排放物。至少一個(gè)廢氣處理裝置通常插入到從內(nèi)燃機(jī)到排氣管的廢氣管路中。這里(上游，即前部中的)尿素/水溶液或已經(jīng)氣化的氨被吸入到廢氣中。廢氣處理裝置大體上由排放物測量結(jié)果而控制，盡管其還可由如果指示為空時(shí)來自用于測量尿素容器填充水平的聲發(fā)射傳感器的信號(hào)而間接關(guān)閉。包括帶有聲發(fā)射傳感器的尿素容器的裝置在其設(shè)計(jì)和其功能方面相應(yīng)于在前面段落中所描述的類型。


下面將借助于附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明和技術(shù)領(lǐng)域。附圖顯示了特別優(yōu)選的示例性的實(shí)施方案，但是本發(fā)明不限于此。附圖是示意性的，并且使用相同的標(biāo)記來表示相同的部件。圖1:顯示了包括完全容納了聲發(fā)射傳感器的底槽的尿素容器的第一替代性的實(shí)施方案，圖2:顯示了具有完全容納了傳感器的底槽的尿素容器的第二替代性的實(shí)施方案，其中傳感器部分地伸入到底槽中，圖3:顯示了具有底槽的尿素容器的第三替代性的實(shí)施方案，其中傳感器完全容納在底槽的凹陷中，圖4:顯示了具有底槽的尿素容器的第四替代性的實(shí)施方案，其中傳感器的聲發(fā)射表面的垂線定向成與大體上的聲方向成一定角度，圖5:顯示了包括廢氣處理裝置和根據(jù)本發(fā)明的裝置所構(gòu)造的尿素容器的機(jī)動(dòng)車，和圖6:顯示了具有底槽的尿素容器的另一替代性的實(shí)施方案，其中底槽底部和尿素抽取器件以及傳感器形成了 一個(gè)物理單元。在各幅圖中的標(biāo)記通常指示相同的部件或元件，甚至當(dāng)在下文中沒有明確詳細(xì)地對(duì)其進(jìn)行討論時(shí)也是如此。從這種意義上來說，標(biāo)記可額外地用于其它圖中的相應(yīng)的公開部分。
具體實(shí)施例方式圖1顯示了填充尿素/水溶液31到填充水平17的尿素容器I。在尿素容器底部2上，具有物理高度9和底槽底部4的底槽3構(gòu)建在尿素容器底部2的水平面14的下方。在底槽3中，聲發(fā)射傳感器5從水平面14延伸到底槽底部4。聲發(fā)射表面6精確地相鄰于尿素容器底部2的水平面14。尿素抽取器件7安裝在底槽3的物理高度9的區(qū)域中以抽取尿素。尿素整體填充水平是填充水平17和底槽3的物理高度9的高度的總和。傳感器5通過確定聲波15和聲波15的回聲16的距離/時(shí)間來記錄填充水平17 (在底槽3上方)。在這種情況中，傳感器5的聲發(fā)射表面6的垂線10與大體上的聲音方向12相一致。如果填充水平17下降到尿素容器底部2的水平面14，則傳感器5指示尿素容器I是空的。然而，在底槽3內(nèi)留有剩余的可抽取的尿素體積，其在尿素容器底部2的水平面14和尿素抽取器件7的抽取高度之間。圖2顯示了類似于圖1所示的尿素容器I。與圖1相比，傳感器5處于底槽3的凹陷8中，所述傳感器5在底槽3的區(qū)域中從底槽底部4中伸出。傳感器5還構(gòu)造為兩個(gè)部分，其中聲發(fā)射表面6和接收器28直接設(shè)置為彼此相鄰，這里也在傳感器5的共同殼體30中。此外，傳感器5的(和接收器28的)聲發(fā)射表面6伸入到底槽3中。另外，傳感器5的(和接收器28的)聲發(fā)射表面6位于尿素容器底部2的水平面14的下方。這樣，傳感器能測量從尿素/水溶液的界面(尿素/水溶液的表面)越過尿素容器底部2的水平面14而延伸到傳感器5的聲發(fā)射表面6的填充水平17。但是，在這里尿素抽取器件7同樣安裝在傳感器5的聲發(fā)射表面6的下方。因此同樣的是，在傳感器5表示填充水平17為“零”之后，存在著能抽取的剩余體積的尿素/水溶液31。此外，在這種情況中，在底槽3內(nèi)設(shè)置了測量數(shù)值轉(zhuǎn)換器29，通過所述測量數(shù)值轉(zhuǎn)換器例如可確定尿素/水溶液31的電導(dǎo)率。圖3顯示了類似于圖1所示的尿素容器I。在這種情況中，傳感器5完全安裝在底槽4區(qū)域中的凹陷8中。這里，從底槽3的底槽底部4開始的凹陷延伸到尿素容器底部2的水平面14處。傳感器的聲發(fā)射表面6直接相鄰于與尿素容器底部2的水平面14對(duì)齊的凹陷8的區(qū)域。如圖2 —樣，這里底槽3的物理高度9同樣大于傳感器5的安裝高度。圖4顯示了尿素容器1，其中傳感器5和圖1中一樣完全容納在底槽3中。與前述附圖相比，聲發(fā)射表面6的垂線10與大體上的聲音方向12形成了角度11。由聲發(fā)射表面6發(fā)射的聲波15首先大體沿聲發(fā)射表面6的垂線10傳播。通過集成在底槽3內(nèi)的聲折射構(gòu)件13，聲波15被折射到大體上的聲音方向12的方向中。回聲16首先沿大體上的聲音方向12在相反的方向中反射到聲折射構(gòu)件13，這里回聲16又被折射而沿垂線10回到聲發(fā)射表面6。在這種情況中，填充水平測量以傾斜的聲發(fā)射表面6的最上端為邊界。如果尿素/水溶液的填充水平下降到這點(diǎn)以下，則會(huì)形成干擾通過聲音測量的界面。傳感器5或傳感器5的測量器件可調(diào)整以適應(yīng)于這一下限。圖5顯示了具有內(nèi)燃機(jī)19和廢氣處理裝置20的機(jī)動(dòng)車18，其中還原劑(這里為液態(tài)尿素)通過加料嘴噴21從尿素容器I或從底槽3中引入到廢氣處理裝置20 (例如水解催化轉(zhuǎn)化器和/或SCR催化轉(zhuǎn)化器)。凈化后的廢氣經(jīng)廢氣管路23而供入，并且經(jīng)排氣管24離開廢氣處理裝置20。尿素容器I或底槽3中的傳感器5通過連接于開關(guān)器件22的信號(hào)線路25指示填充水平。開關(guān)器件22構(gòu)造成使得其可通過發(fā)動(dòng)機(jī)減速信號(hào)線路26來使內(nèi)燃機(jī)19減速。開關(guān)器件22通過加料噴嘴關(guān)閉信號(hào)線路27來切斷加料嘴噴21。在傳感器5通過連接于關(guān)閉器件22的信號(hào)線路25指示尿素容器I為空的之后的一段間接時(shí)間之后，通過關(guān)閉器件22進(jìn)行切斷或減速。圖6示意性地顯示了具有底槽3的尿素容器I的另一替代性的實(shí)施方案，其中底槽底部4和尿素抽取器件7以及傳感器5 —起形成一個(gè)物理單元。如所示，尿素抽取器件7 (例如帶有過濾器、泵、供給管路、用于壓力和/或溫度的傳感器、回流管路、閥門)和傳感器5可預(yù)安裝在單獨(dú)的底槽底部4上，并且最終密封式地安裝到底槽3中。在這種情況中，底槽底部4以(穩(wěn)固的，例如金屬的)模塊板的形式構(gòu)造，其中不應(yīng)當(dāng)直接接觸尿素的部件可(通過殼體)封裝起來。因此，這里所提及的根據(jù)本發(fā)明的裝置的其他變體也可通過密封式安裝到尿素容器I的開口中的預(yù)安裝的物理單元而形成。因此，已經(jīng)進(jìn)一步減輕了在背景技術(shù)部分中結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)解釋的技術(shù)問題。特別是已經(jīng)提供了一種裝置，所述裝置在一方面節(jié)省了安裝空間，并且同時(shí)允許較簡單地安裝。此外，確保了在聲發(fā)射傳感器指示填充水平已經(jīng)到達(dá)最小極限值或接近零之后，仍然具有足夠的剩余體積尿素以使得機(jī)動(dòng)車能夠以最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)功率和法定的污染物排放而到達(dá)加油站，并且在這里重新填充尿素容器。附圖標(biāo)記列表I尿素容器2尿素容器底部3 底槽4底槽底部5傳感器6聲發(fā)射表面7尿素抽取器件8 凹陷9物理高度10 垂線11 角度12大體上的聲音方向13聲折射構(gòu)件14水平面
15聲波16回聲17填充水平18機(jī)動(dòng)車19內(nèi)燃機(jī)20廢氣處理裝置21加料噴嘴22開關(guān)器件23廢氣管路24排氣管25信號(hào)線路26發(fā)動(dòng)機(jī)減速信號(hào)線路27加料噴嘴關(guān)閉信號(hào)線路28接收器29測量數(shù)值轉(zhuǎn)換器 30殼體31尿素/水溶液
權(quán)利要求
1.一種用于通過使用由傳感器(5)發(fā)射的聲波(15)及其回聲(16)來確定距離以測量尿素容器⑴的填充水平(17)的裝置，包括尿素容器底部(2)和具有物理高度(9)的底槽(3)，其中所述底槽(3)與尿素容器底部(2)鄰接并且處于尿素容器底部(2)的水平面(14)的下方，所述底槽(3)以敞開的方式連接于所述尿素容器(1)，并且通過底槽底部(4)形成底部邊界，其特征在于: 所述傳感器(5)容納在所述底槽(3)的區(qū)域中，并且 帶有用于發(fā)射聲波(15)和用于接收相同聲波(15)的回聲(16)的聲發(fā)射表面(6)的傳感器(5)安裝在所述尿素容器(I)中，使得所述傳感器(5)的聲發(fā)射表面(6)最多鄰接于所述尿素容器底部(2)的水平面(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述尿素抽取器件(7)連接于所述底槽(3)，并且處于所述尿素容器底部(2)的水平面(14)和底槽底部(4)之間的高度處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述傳感器(5)安裝在所述底槽(3)的外部上的凹陷(8)內(nèi)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述傳感器(5)至少部分地伸入到所述底槽(3)中。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述底槽(3)的物理高度(9)與傳感器(5)的安裝高度相一致。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，傳感器(5)的聲發(fā)射表面(6)的垂線(10)設(shè)置成與大體上的聲音方向(12)形成角度(11)，并且聲折射構(gòu)件(13)將聲波(15)大體上折射向上方。
7.一種包括內(nèi)燃機(jī)(19)和至少一個(gè)廢氣處理裝置(20)的機(jī)動(dòng)車(18)，包括尿素容器(I)，所述尿素容器具有用于通過使用聲波(15，16)來確定距離以測量尿素容器(I)的填充水平(17)的聲發(fā)射傳感器(5)，其中帶有如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置的傳感器(5)容納于尿素容器⑴的底槽(3)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于通過使用由傳感器(5)發(fā)射的聲波(15)(超聲波)和其回聲(16)來確定距離而測量尿素容器(1)的填充水平(17)的裝置，所述裝置包括尿素容器底部(2)和具有物理高度(9)的底槽(3)，其中底槽(3)與尿素容器底部(2)相鄰接并且處于尿素容器底部(2)的水平面(14)的下方，此外，底槽(3)以敞開方式連接于尿素容器(1)并且通過底槽底部(4)形成底部邊界。傳感器(5)容納在底槽(3)的區(qū)域中，并且?guī)в杏糜诎l(fā)射聲波(15)和用于接收相同聲波(15)的回聲(16)的聲發(fā)射表面(6)的傳感器(5)安裝在尿素容器(1)中使得傳感器(5)的聲發(fā)射表面(6)最多鄰接于尿素容器底部(2)的水平面(14)。
文檔編號(hào)F01N3/20GK103097867SQ201180040402
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者斯文·舍佩爾斯, 簡·霍奇森 申請(qǐng)人:依米泰克排放技術(shù)有限公司