Изобретение относится к устройству для измерения уровня наполнения емкости для мочевины (также называемой СКВ-баком) посредством определения пути с помощью испускающего звук датчика (также называемого ультразвуковым датчиком). Прежде всего, такие емкости для мочевины требуются для обработки отработавших газов (ОГ) в качестве резервуара для технически простого хранения водного раствора мочевины для образования аммиака.
Для восстановления вредных веществ в ОГ двигателей внутреннего сгорания (ДВС) давно применяются устройства для обработки ОГ. С некоторых пор обычными являются устройства для обработки ОГ с подачей восстановителя, чтобы эффективно восстанавливать вредные вещества в ОГ ДВС. Оказалось, что, прежде всего, в ДВС, работающих на обедненной смеси, может быть благоприятным, подавать в ОГ восстановитель. Прежде всего, содержание соединений оксидов азота (NOx) в ОГ ДВС, работающих на обедненной смеси, повышено и может быть уменьшено в сочетании с восстановителем в устройстве для обработки ОГ. Говорят о процессе селективного каталитического восстановления (СКВ-процесс).
В качестве восстановителя может быть применен, например, аммиак. Аммиак с соединениями оксидов азота в ОГ превращается в безвредные компоненты, а именно в азот, а также воду и диоксид углерода. В автомобиле запас аммиака обычно хранится не непосредственно. Обычно хранится и/или подается запас предшественника восстановителя, который по мере необходимости превращается в собственно восстановитель. В качестве такого предшественника восстановителя может служить, например, мочевина. Особо предпочтительным является водный раствор мочевины. Такой водный раствор мочевины с содержанием мочевины 32,5% имеется в продаже, например, под торговым названием AdBlue®.
Восстановитель может подаваться в устройство для обработки ОГ ДВС в жидком и/или газообразном виде. Обычно восстановитель хранится в автомобиле в жидком виде. Такое хранение в жидком виде может быть особо компактным. В соответствии с нынешним законным предписанием по норме выбросов Euro V выбросы вредных веществ уменьшены до максимальной предельно допустимой величины 2,0 г/кВтч NOx. Поэтому необходимо, чтобы пользователь автомобиля был постоянно информирован о состоянии наполнения емкости для мочевины. Если емкость для мочевины пуста, и поэтому в устройство для обработки ОГ не может подаваться восстановитель, мощность двигателя должна быть дросселирована. Для предотвращения этого является важным, чтобы пользователь автомобиля был информирован об уровне наполнения емкости для мочевины. Поскольку водный раствор мочевины с водородным показателем около 9,0 является легко щелочным, напрашивается бесконтактное измерение уровня наполнения. Оказалось, что подходящим для этого является, прежде всего, измерение уровня наполнения посредством определения пути с помощью испускающего звук датчика. При этом используется, прежде всего, тот эффект, что звук отражается на граничных поверхностях между газами и жидкостями или между газами и твердыми веществами или же между жидкостями и твердыми веществами. Таким образом, при соответствующей ориентации датчика, как в случае с эхолотом, с помощью испущенной звуковой волны и отраженного эха через время прохождения может быть определен путь. Тем самым, опосредованно может быть определен уровень наполнения.
До сих пор предлагались измерительные конструкции, которые требуют много места. Поскольку емкость для мочевины является дополнительной деталью в автомобиле, где уже и так мало места для новых конструктивных элементов, является желательной компактная конструкция бака для мочевины с измерением уровня наполнения с помощью звукового датчика. Компактная конструкция является целевой, прежде всего, как система дооборудования и для расхода мочевины, который в будущем будет возрастать в связи с более строгими нормами выбросов, и поэтому увеличивающихся объемов емкости для мочевины.
Исходя из этого уровня техники, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы еще более смягчить описанные в связи с уровнем техники проблемы. Прежде всего, должно быть предложено устройство, которое, во-первых, экономит конструктивное пространство и в то же время обеспечивает более простой монтаж. Кроме того, должно быть обеспечено, чтобы после сигнализации испускающим звук датчиком о том, что уровень наполнения достиг минимальной предельной величины или же приближается к нулю, тем не менее, имелся достаточный остаточный объем мочевины, чтобы на автомобиле при оптимальной мощности двигателя и законодательно предписанном количестве выбросов вредных веществ можно было доехать до заправочной станции и там дозаправить емкость для мочевины. Также в основу изобретения положена задача создания компактного конструктивного узла, объединяющего между собой все функциональные компоненты, которые должны быть связаны с емкостью для мочевины.
Эти задачи решены посредством предлагаемого в изобретении устройства с признаками п. 1 формулы изобретения. Другие благоприятные варианты устройства указаны в зависимых пунктах формулы. Приведенные в формуле изобретения по отдельности признаки являются комбинируемыми между собой любым, технологически рациональным, образом и могут быть дополнены поясняющими фактами из описания, прежде всего, в связи с фигурами, причем показываются дополнительные варианты осуществления изобретения.
Предлагаемое устройство для измерения уровня наполнения емкости для мочевины посредством определения пути с помощью испускаемых датчиком звуковых волн и их эха имеет дно емкости для мочевины и поддон с конструктивной высотой, причем поддон примыкает к дну емкости для мочевины и находится ниже уровня дна емкости для мочевины, и, кроме того, поддон открыто соединен с емкостью для мочевины и в направлении вниз ограничен дном поддона. Кроме того, датчик установлен в области поддона; датчик с испускающей звук поверхностью для испускания звуковых волн и приема эха именно этих звуковых волн расположен в емкости для мочевины так, что испускающая звук поверхность датчика максимально примыкает к уровню дна емкости для мочевины; датчик вместе с дном поддона и устройством для отбора мочевины образует один конструктивный узел.
Измерение уровня наполнения основано, прежде всего, на измерении времени прохождения. При этом используется то, что акустическая волна распространяется с конечной и известной для соответствующей среды распространения (здесь водного раствора мочевины) скоростью. Если датчик испускает звуковую волну, то этой волне требуется определенное время, чтобы дойти до граничной поверхности между жидким водным раствором мочевины и прилегающим воздухом. Большая часть звуковой волны отражается на этой граничной поверхности и возвращается с такой же скоростью волны обратно к датчику (или же ультразвуковому датчику). Он регистрирует время прохождения от момента испускания до приема эха, то есть отраженной звуковой волны. Это время прохождения, умноженное на известную скорость распространения звуковой волны, дает расстояние. Так как звуковая волна должна пройти один раз туда и снова обратно, чтобы быть зарегистрированной датчиком, деление определенного расстояния пополам дает дистанцию между датчиком и граничной поверхностью. Для того чтобы по этой определенной дистанции можно было сделать заключение об уровне наполнения емкости для мочевины, звуковая волна должна попадать на граничную поверхность по возможности перпендикулярно. Если звуковая волна попадает на граничную поверхность чрезмерно косо, то отраженная волна из-за удлиненного пути сфальсифицирует результат измерения. И путь прохождения при перпендикулярной граничной поверхности ориентации становится оптимально коротким, и поэтому достигается не только более точный результат измерения, но за оптимально короткое время. Кроме того, тем самым сводятся к минимуму эффекты затухания в водном растворе мочевины. Для получения точных результатов известную скорость распространения звуковой волны необходимо привести в соответствие с температурой водного раствора мочевины. За счет этого также могут быть определены эффекты расширения водного раствора мочевины из-за температуры и уровни наполнения при замерзшем водном растворе мочевины.
Емкость для мочевины является любой емкостью или же баком, которая (который) пригодна (пригоден) для размещения мочевины. Прежде всего, она изготовлена из материала, который нечувствителен к щелочным веществам. Для этого подходят, например, пластмассы, прежде всего дуропласты, такие как, например, эпоксидные смолы. Форма емкости для мочевины, по существу, определена принимаемым объемом, выделенным конструктивным пространством в автомобиле, простым техобслуживанием и вентиляцией, а также функциональными узлами емкости для мочевины для безотказной эксплуатации. К функциональным узлам, среди прочего, относятся поддон, измерительное устройство для уровня наполнения, устройство для отбора мочевины и часто также нагревательное устройство против замерзания водного раствора мочевины, а также выработки пара для различных рабочих состояний ДВС или же ОГ.
Датчик для измерения уровня наполнения выполняет двойную функцию. Во-первых, он испускает звуковые волны, а во-вторых, он устроен для приема их эха. Для этой цели могут быть использованы стандартные датчики, которые соответствующим образом устроены для регистрации граничных поверхностей между жидкостями и газами. Для предотвращения шумовых помех датчик должен испускать звуковые волны в неслышимом ультразвуковом диапазоне. Кроме того, датчик должен работать энергосберегающим образом, так как количество потребляющих ток приборов в автомобиле и так очень велико и следует ожидать, что количество таких приборов будет увеличиваться дальше. Также является рациональным дополнительно оснащать датчик измерителем температуры, так как с его помощью расширение водного раствора мочевины в зависимости от температуры может быть компенсировано. Таким образом, при высоких температурах является возможным показание о фактическом количестве восстановителя. Прежде всего, при низких температурах является возможным подавлять ложные сообщения при частичном обледенении. Дело в том, что при частичном обледенении возникает множество граничных поверхностей из-за кристаллов и кусочков льда в водном растворе мочевины. В результате этого могут возникать нежелательные ошибочные сообщения от колеблющейся индикации уровня наполнения вплоть до дросселирования двигателя. Иногда датчик может состоять лишь из производящей звук и регистрирующей звук мембраны, но и также конструктивно содержать уже все измерительное устройство. Для произведения и регистрации звука в уровне техники обычными являются так называемые пьезопленки. Они в состоянии преобразовывать входной сигнал напряжения прямо в механическую деформацию и тем самым производить звук. Механическая деформация через переменное напряжение может быть очень точно преобразована в стабильную частоту колебаний, как правило в собственную частоту пьезопленки. Точно так же, пьезопленки в состоянии механические деформации преобразовывать в напряжение. Таким образом, применение пьезопленок является не только технически очень простой конструктивной формой звукового датчика, но и особо экономичной.
Емкость для мочевины имеет дно емкости для мочевины, которое, однако, не является конечным ограничением емкости для мочевины в нижнем направлении, а лишь ограничивает основной объем емкости для мочевины, и к дну емкости для мочевины присоединен поддон. В большинстве случаев дно емкости для мочевины от стенок емкости для мочевины наклонено к поддону вниз для того, чтобы обеспечить надежную подачу остатков водного раствора мочевины в поддон. В некоторых случаях дно емкости для мочевины представляет собой лишь небольшой уступ до фазы на переходе от поддона к основному объему емкости для мочевины. Обычно такой емкости для мочевины (сверху) может быть придана крышка емкости для мочевины, а сбоку множество боковых стенок емкости для мочевины.
Поддон емкости для мочевины служит, в первую очередь, для размещения остаточного объема водного раствора мочевины, так что этот остаточный объем дальше может использоваться технически простым образом. Таким образом, понятно, что поддон, как правило, имеет явно уменьшенный периметр или же явно меньший объем по сравнению с основной емкостью для мочевины. В результате этого при поддоне получается явно увеличенная высота наполнения по сравнению с таким же объемом в основной емкости для мочевины. Таким образом, остаточный объем может быть легче отобран устройством для отбора мочевины. Кроме того, поддон пригоден для того, чтобы принимать загрязнения в форме осадков в области дна, так что они не захватываются устройством для отбора мочевины. В нижнем направлении поддон ограничен дном поддона, которое тем самым представляет собой самое глубокое донное ограничение емкости для мочевины. Таким образом, поддон является, например, локальным углублением в дне емкости для мочевины. Кроме того, предпочтительно, чтобы имелся только один единственный поддон и/или чтобы поддон был расположен центрально или посередине дна емкости для мочевины.
Поддон примыкает к дну емкости для мочевины и, предпочтительно, расположен полностью ниже уровня дна емкости для мочевины. Поскольку дно емкости для мочевины лишь в редких случаях представляет собой плоскую поверхность, уровень лишь в редких случаях можно приравнять к ровной поверхности, которая покрывается поверхностью дна емкости для мочевины. Под уровнем скорее имеется в виду ровная поверхность, которая пересекает переход от дна емкости для мочевины в вертикальные стенки поддона. Иногда под таким уровнем следует понимать уже переход от вертикальных стенок емкости для мочевины к наклонному дну емкости для мочевины. В любом случае уровень при стоящем автомобиле следует понимать как нормаль к направлению ускорения силы тяжести.
Испускающей звук поверхностью датчика для испускания звуковых волн и для приема эха именно этих звуковых волн может быть уже упомянутая пьезопленка. Однако в большинстве случаев к этой пленке примыкает колебательная мембрана, которая, например, усиливает испускание звука или же преобразует в подходящую частоту. В большинстве случаев и над ней будет расположена мембрана, которая с незначительным затуханием проводит звуковые волны дальше, но зато является дополнительной механической и химической защитой для мембраны или же пьезопленки. В зависимости от типа датчика и конструкции емкости для мочевины колебательная мембрана и/или защитная мембрана может быть интегрированной в пленку. Также одно из свойств, независимо от других свойств, для соответствующей конструктивной формы может быть ненужным.
Кроме того, испускающая звук поверхность датчика максимально примыкает к уровню дна емкости для мочевины. При этом уровень и испускающая звук поверхность могут быть параллельными, но испускающая звук поверхность также может быть наклонена к уровню дна емкости для мочевины. Испускающая звук поверхность может быть расположена в частности ниже уровня дна емкости для мочевины. Ни в коем случае испускающая звук поверхность не выступает над уровнем дна емкости для мочевины (важно, таким образом, больше, чем обычные производственные допуски в этом объекте). Как уже было упомянуто, нормаль испускающей звук поверхности к направленной вверх нормали уровня дна емкости для мочевины могут быть наклонены относительно друг друга. При этом подходящими углами друг к другу являются, прежде всего, 45°, 90° и 135°. Однако возможной является и противоположная ориентация, то есть 180° двух нормалей друг к другу.
Звуковые волны испускаются, по существу, вверх (к крышке емкости для мочевины). Понятно, что звуковые волны распространяются дугообразно или же кругообразно. Однако для определения времени звуковой волны в пути важно, чтобы звуковая волна попадала на граничную поверхность, по существу, перпендикулярно и при этом отражалась обратно к датчику. Незначительные отклонения от перпендикулярной оси в ±30°, или уже ±20°, при определенных условиях уже ±10° сильно изменяют результат измерения, но при соответствующей настройке измерительного устройства могут быть компенсированы.
Предпочтительно, датчик размещен полностью в области поддона. Под понятием «полностью» имеется в виду, прежде всего, то, что конструктивный узел датчика, как он, например, может быть приобретен в торговой сети, размещается в области поддона, то есть не вдается в другие внутренние области емкости для мочевины. При этом конструктивный узел датчика может либо состоять только из вышеописанной испускающей звук поверхности, либо содержать и необходимые измерительные устройства, как например наряду с измерительным контуром измеритель температуры. В некоторых случаях к конструктивному узлу причисляют и соответствующую проводку датчика и поэтому в таких случаях размещают ее в области поддона.
Поддон со своим дном, боковыми стенками и переходом к дну емкости для мочевины представляет собой объем. Но этот объем во многих случаях заполнен не только водным раствором мочевины, но и, при необходимости, также принимает различные конструктивные узлы всей емкости для мочевины. Эти конструктивные узлы могут быть как встроены в поддон, так и введены через углубления и впадины в дне поддона или в боковых стенках поддона. В этом случае конструктивные узлы с функциональными узлами могут быть выполнены открытыми к объему емкости, которые могут или же должны контактировать с водным раствором мочевины. Другими словами, в этом отношении, также может быть предусмотрено, что датчик полностью размещается в области поддона, если поддон частично простирается и вне емкости для мочевины.
Датчик для измерения уровня наполнения может быть выполнен состоящим из двух частей, причем отдельные части могут быть расположены отдельно. При этом испускающая звук поверхность (передатчик) расположена отдельно от приемника для эха. При этом эти варианты относительно расположения датчика являются переносимыми как на передатчик, так и на приемник.
Конструктивный узел, объединяющий в себе датчик, устройство для отбора мочевины и дно поддона, показал себя оптимальным решением поставленной задачи, поскольку конструктивный узел, устанавливаемый в зоне дна емкости для мочевины, обеспечивает измерение уровня водного раствора мочевины в емкости и одновременно обеспечивает отбор водного раствора мочевины из емкости в ее нижней части, сводя к минимуму невырабатываемый остаток мочевины. Поскольку датчик позволяет определять уровень водного раствора мочевины по времени прохождения звуковых волн, изобретение позволяет создать унифицированный конструктивный узел, универсально подходящий к емкостям различного размера и различной формы, поскольку датчик необходимо адаптировать к различным геометриям и размерам емкостей лишь на программном уровне. Соответственно, упрощаются конструкция емкости для мочевины и технология ее изготовления, поскольку монтаж датчика и устройства для отбора мочевины осуществляется совместно, а датчик не требуется адаптировать к геометрии конкретной емкости на аппаратном уровне.
В благоприятной форме осуществления изобретения устройство для отбора мочевины присоединено к поддону и находится на высоте между уровнем дна емкости для мочевины и дном поддона. Благоприятным образом устройство для отбора мочевины может быть расположено на расстоянии от дна поддона, так что отлагающиеся частицы не могут быть захвачены устройством для отбора мочевины. Прежде всего, в поддоне предусмотрен соответствующий объем для загрязнений и отложений. Кроме того, благоприятным образом расположение устройства для отбора мочевины может быть реализовано ниже уровня дна емкости для мочевины, так что может быть использовано сборное действие поддона. Другими словами, это, прежде всего, означает, что единственное отборное отверстие для дозирования мочевины в поддоне, предпочтительно, находится на боковой стенке поддона. Тогда к нему могут быть присоединены по меньшей мере один фильтр, один насос, один регулировочный клапан и одно дозирующее устройство, которые, при определенных условиях, вместе образуют устройство для отбора мочевины. При этом в особо благоприятном варианте по меньшей мере часть указанных выше компонентов сами находится в объеме поддона, например в отдельном корпусе.
В еще одном благоприятном варианте устройство для отбора мочевины расположено ниже испускающей звук поверхности датчика. Этим достигается то, что после установления опорожнения емкости для мочевины датчиком все еще имеется остаточный объем мочевины, чтобы обеспечить достаточное время, за которое автомобиль в оптимальном режиме эксплуатации и с оптимальными выбросами вредных веществ, например, может доехать до заправочной станции, и там емкость для мочевины снова может быть заполнена. Прежде всего, должно быть обеспечено, чтобы остаточного объема мочевины хватило на отрезок пути, который может быть преодолен с заправленным наполовину вплоть до полного топливным баком для ДВС. При этом, прежде всего, расстояние между испускающей звук поверхностью и устройством для отбора мочевины выполнено так, что обеспечивается дальнейшее движение на расстояние примерно 50 км, прежде всего примерно 200 км, до 400 км.
В еще одном благоприятном варианте осуществления датчик установлен в углублении снаружи на поддоне. Это углубление, которое расположено, например, в боковой стенке и/или в дне поддона, устроено так, что датчик просто монтируется и полностью помещается в нем. При этом углубление может иметь резьбу или может быть коническим. Могут быть применены и другие средства фиксации. Прежде всего, углубление может быть пригодным для того, чтобы просто и надежно юстировать датчик, чтобы обеспечить точное измерение уровня. При этом может быть благоприятным располагать (вдающееся в поддон) углубление так, чтобы датчик перед встройкой в автомобиль мог быть смонтирован без возможности выпадения. Кроме того, углубление может обеспечивать возможность демонтажа датчика без необходимости демонтажа всей емкости для мочевины или частей емкости для мочевины, а также без необходимости опорожнения емкости для мочевины. В еще одном благоприятном варианте осуществления датчик удерживается на поддоне или же на емкости для мочевины дополнительной конструктивной деталью, например крышкой. Также возможной является комбинация удерживающих средств углубления и, например, крышки.
В еще одном благоприятном варианте осуществления датчик, по меньшей мере, частично вдается в поддон. Под этим имеется в виду, прежде всего, то, что испускающая звук поверхность датчика находится в прямом контакте с водным раствором мочевины. Это позволяет применять стандартный звуковой датчик без дополнительных монтажных мероприятий на поддоне. Для еще одного экономичного и простого монтажа датчика на поддоне в поддоне может быть предусмотрена лишь одна выемка, например отверстие. Через это отверстие датчик может быть введен и с помощью дополнительных крепежных средств, например крышки, зафиксирован и юстирован. Углубление, как описано выше, также может быть устроено так, что часть датчика проводится через углубление, а часть с испускающей звук поверхностью вдается в водный раствор мочевины. Для герметичности системы предусмотрены соответствующие уплотнения.
В еще одном благоприятном варианте осуществления конструктивная высота поддона соответствует монтажной высоте датчика. Монтажная высота датчика зависит от конструктивного узла датчика, как он описан выше, а также от вида монтажа датчика. При этом за счет внешних крепежных средств монтажная высота датчика может отличаться от высоты датчика. Под монтажной высотой датчика также может подразумеваться дополнительное крепление проводки датчика. Конструктивная высота поддона простирается, например, от дна поддона до уровня дна емкости для мочевины, если он расположен там «стоя». При этой конструктивной форме испускающая звук поверхность датчика, прежде всего, параллельна уровню дна емкости для мочевины или наклонена к нему на 90°. Как правило, за счет этого достигается особо компактная конструкция.
В еще одном благоприятном варианте нормаль на испускающей звук поверхности датчика ориентирована под углом к существенному направления звука, и средство отклонения звука отклоняет звуковые волны, по существу, вверх. Здесь подходящими являются любые углы, от 0 до примерно 180°. Но прежде всего 45°, 90° и 135°. Средством отклонения звука может быть любая поверхность, которая пригодна для того, чтобы отражать звуковые волны. Поскольку звуковые волны также отражаются на граничных поверхностях между жидкостями и твердыми веществами, как правило, для этого пригодны все твердые вещества. Но, прежде всего, напрашивается вариант, образовывать это средство отклонения звука из стеночных областей поддона или же емкости для мочевины. Таким образом, средство отклонения звука представляет собой наклонную плоскость из твердого материала, которая в подходящем месте под соответствующим углом к нормали на испускающей звук поверхности устроена так, что звук, по существу, отклоняется вверх. Если нормаль ориентирована, например, под углом 90° к существенному направлению звука, то поверхность средства отклонения наклонена под углом 45°. Но средство отклонения звука также может состоять из нескольких наклонных поверхностей, которые соответствующим образом устроены так, что звуковые волны после многократного отклонения несколькими поверхностями отклоняются, по существу, вверх. Средствами отклонения звука также отклоняется эхо испущенных звуковых волн в обратном направлении по тому же пути к датчику. Хотя это неблагоприятным образом и удлиняет измерительный путь, но делает возможным более гибкую адаптацию к ограниченному монтажному пространству в автомобиле, прежде всего, для систем дооборудования. При этом особо предпочтительным является то, что датчик расположен «лежа» (сбоку), а средства отклонения звука расположены в области поддона так, что звук, приходя примерно в горизонтальном направлении, отклоняется в направлении крышки емкости для мочевины (или же поверхности мочевины).
Прежде всего, датчик также может быть применен вместе с дополнительными чувствительными элементами, так что могут регистрироваться несколько физических параметров водного раствора мочевины. Прежде всего, дополнительно предусмотрен датчик проводимости, который может устанавливать проводимость водного раствора мочевины. Таким образом, может быть обнаружена, например, смесь водного раствора мочевины с соленой водой, и может быть выдано соответствующее сообщение.
Кроме того, предложен процесс, который может быть особо благоприятным образом применен при использовании предложенного здесь испускающего звук датчика. Процесс применяется в устройствах, в которых используется датчик, который испускает звуковые волны для определения пути, для измерения уровня наполнения емкости для мочевины. Прежде всего, процесс находит применение в устройстве согласно изобретению. Содержанием процесса является то, что, по меньшей мере, уровень наполнения емкости для мочевины запоминается перед тем, как устройство отключается, то есть до того, как прерывается электропитание устройства, например, вследствие остановки ДВС. Это запомненное значение, по меньшей мере, уровня наполнения должно быть предоставлено в распоряжение регулятору или переключающему устройству, когда устройство снова активируется, то есть когда возобновляется электропитание. Прежде всего, могут сохраняться и другие параметры, например, качество водного раствора мочевины (электрическая проводимость, плотность и т.д.).
Предоставление в распоряжение величины уровня наполнения является благоприятным, прежде всего, тогда, когда, по меньшей мере, часть водного раствора мочевины в емкости для мочевины после отключения устройства замерзает. В этом случае, при определенных обстоятельствах, измерение уровня наполнения с помощью испускающего звук датчика происходить не может, или же не выдало бы надежного результата. Качество водного раствора мочевины могло бы быть измерено уже после оттаивания водного раствора мочевины в окружении датчика, но для определения фактического уровня наполнения необходимо полное оттаивание водного раствора мочевины. Посредством предоставления в распоряжение сохраненного значения, по меньшей мере, уровня наполнения с помощью регулятора или же переключающего устройства в любое время (в том числе и сразу после повторного включения или пуска устройства в эксплуатацию) может происходить определение запаса хода, которого может достигнуть автомобиль с имеющимся в распоряжении водным раствором мочевины. Посредством предоставления в распоряжение других сохраненных величин (плотности, электрической проводимости и т.д.) суждение о качестве водного раствора мочевины может быть сделано сразу после повторного включения устройства, хотя используемые датчики и чувствительные элементы в связи с замерзшим водным раствором мочевины еще не могут генерировать надежные показания.
Автомобиль согласно изобретению имеет ДВС и по меньшей мере одно устройство для обработки ОГ, а также емкость для мочевины с испускающим звук датчиком для измерения уровня наполнения емкости для мочевины посредством измерения пути посредством звуковых волн, причем согласно изобретению датчик размещен в поддоне емкости для мочевины. Прежде всего, автомобиль устроен для проведения процесса согласно изобретению.
Автомобиль может быть любым автомобилем, который имеет ДВС. При этом имеются в виду не только автомобили, которые приводятся в движение или же движутся этим ДВС. При этом также возможны, например, гибридные автомобили, которые используют ДВС лишь в качестве генераторного агрегата. Также возможны автомобили с дополнительными устройствами, такими как крановыми и экскаваторными устройствами, которые, в свою очередь (опосредовано), приводятся в движение с помощью ДВС.
Как правило, ДВС представляет собой машину для преобразования энергии, которая основана на закрытом или открытом циклическом процессе. Подходящими для этого ДВС являются любые машины, которые потребляют топливо, которое при сгорании для преобразования химической в механическую энергию вырабатывают выбросы в таком объеме, что с помощью пригодного для очистки восстановителя это приводит к восстановлению нежелательных выбросов. Как правило, это поршневые двигатели и тронковые двигатели, а также роторно-поршневые двигатели и, прежде всего, двигатели Ванкеля. Подходящим топливом, среди прочего, являются дизельное топливо и бензиновое топливо, но и такое топливо, как природный газ и сжиженный газ. Посредством сигнала от испускающего звук датчика для измерения уровня наполнения емкости для мочевины при сообщении о ее опорожнении ДВС может быть дросселирован для уменьшения выбросов.
Как правило, по меньшей мере одно устройство для обработки ОГ промежуточно установлено в отвод выпускного трубопровода от ДВС к выпускной трубе. Здесь (выше по потоку, то есть спереди) водный раствор мочевины или уже газообразный аммиак впрыскивается в ОГ. Устройство для обработки ОГ, по существу, управляется замерами выбросов, но, кроме того, опосредованно через сигнал от испускающего звук датчика для измерения уровня наполнения емкости для мочевины при сообщении о ее опорожнении может быть выключено.
Устройство, имеющее емкость для мочевины с испускающим звук датчиком, по своей конструкции и принципу действия соответствует устройству описанного в предыдущих абзацах вида.
Далее изобретение и технический контекст поясняются более детально на фигурах. На фигурах показаны особо предпочтительные примеры осуществления, которыми изобретение, однако, не ограничено. Фигуры являются схематическими, и одинаковые конструктивные детали на них обозначены одинаковыми ссылочными обозначениями. Показано на:
Фиг.1: первый конструктивный вариант емкости для мочевины, имеющей поддон, который полностью принимает в себя испускающий звук датчик,
Фиг.2: второй конструктивный вариант емкости для мочевины с поддоном, который полностью принимает в себя датчик, причем датчик частично вдается в поддон,
Фиг.3: третий конструктивный вариант емкости для мочевины с поддоном, причем датчик полностью размещен в углублении в поддоне,
Фиг.4: четвертый конструктивный вариант емкости для мочевины с поддоном, причем нормаль на испускающей звук поверхности датчика ориентирована под углом к существенному направлению звука,
Фиг.5: автомобиль, имеющий устройство для обработки ОГ и емкость для мочевины, которая устроена в соответствии с устройством согласно изобретению,
Фиг.6: еще один конструктивный вариант емкости для мочевины с поддоном, причем дно поддона с устройством отбора мочевины и датчиком образуют конструктивный узел.
При этом ссылочные обозначения на отдельных фигурах всегда относятся к одинаковым деталям или же элементам, даже если в дальнейшем это явным образом не рассматривается в деталях. В этом отношении может быть дополнительно сделана ссылка на соответствующее раскрытие в другой фигуре.
На фиг.1 показана емкость 1 для мочевины, которая заполнена водным раствором 31 мочевины до определенного уровня 17. На дне 2 емкости для мочевины ниже уровня 14 дна 2 емкости для мочевины приделан поддон 3 с конструктивной высотой 9 и дном 4 поддона. В поддоне 3 испускающий звук датчик 5 простирается от уровня 14 до дна 4 поддона. Испускающая звук поверхность 6 примыкает точно к уровню 14 дна 2 емкости для мочевины. Устройство 7 для отбора мочевины расположено в области конструктивной высоты 9 поддона 3 для отбора мочевины. Общая высота наполнения мочевины составляет сумму высоты уровня 17 наполнения и конструктивной высоты 9 поддона 3. Датчик 5 регистрирует уровень 17 наполнения (над поддоном 3) посредством определения пути-времени звуковых волн 15 и эха 16 звуковых волн 15. В этом случае нормаль 10 испускающей звук поверхности 6 датчика 5 и существенное направление 12 звука являются конгруэнтными. Если уровень 17 наполнения оседает до уровня 14 дна 2 емкости для мочевины, датчик 5 сигнализирует о том, что емкость 1 для мочевины пуста. Тем не менее, остаточный отбираемый объем мочевины в поддоне 3 остается между уровнем 14 дна 2 емкости для мочевины и высотой отбора устройством 7 для отбора мочевины.
На фиг.2 показана емкость 1 для мочевины, сходная с той, что показана на фиг.1. В отличие от фиг.1, датчик 5 в углублении 8 в поддоне 3, который от дна 4 поддона вдается в области поддона 3. Кроме того, датчик 5 выполнен состоящим из двух частей, причем испускающая звук поверхность 6 и приемник 28 расположены непосредственно рядом друг с другом, здесь также в общем корпусе 30 датчика 5. Кроме того, испускающая звук поверхность 6 датчика 5 (и приемник 28) вдается в поддон 3. Кроме того, испускающая звук поверхность 6 (и приемник 28) датчика 5 находится ниже уровня 14 дна 2 емкости для мочевины. Благодаря этому датчик изменяет уровень 17 наполнения, который от граничной поверхности водного раствора мочевины (поверхность водного раствора мочевины) через уровень 14 дна 2 емкости для мочевины доходит до испускающей звук поверхности 6 датчика 5. Но и здесь устройство 7 для отбора мочевины расположено ниже испускающей звук поверхности 6 датчика 5. То есть и здесь существует отбираемый остаточный объем водного раствора 31 мочевины после того, как датчик 5 сигнализирует, что уровень 17 наполнения находится на «нуле». Кроме того, в поддоне 3 расположен чувствительный элемент 29, с помощью которого может быть определена, например, проводимость водного раствора 31 мочевины.
На фиг.3 показана емкость 1 для мочевины, сходная с показанной на фиг.1. При этом датчик 5 полностью расположен в углублении 8 в области поддона 3. При этом углубление, которое выполнено от дна 4 поддона 3, доходит до уровня 14 дна 2 емкости для мочевины. Испускающая звук поверхность 6 датчика непосредственно примыкает к области углубления 8, которая является конгруэнтной уровню 14 дна 2 емкости для мочевины. Как и на фиг.2, здесь конструктивная высота 9 поддона 3 тоже больше, чем монтажная высота датчика 5.
На фиг.4 показана емкость 1 для мочевины, причем датчик 5, как на фиг.1, полностью размещен в поддоне 3. В отличие от предыдущих фигур, нормаль 10 испускающей звук поверхности 6 имеет угол 11 относительно существенного направления 12 звука. Звуковые волны 15, испускаемые испускающей звук поверхностью 6, сначала распространяются, по существу, вдоль нормали 10 испускающей звук поверхности 6. Интегрированным в поддоне 3 средством 13 отклонения звука звуковые волны 15 отклоняются в направлении существенного направления 12 звука. Эхо 16 сначала отражается в обратном направлении вдоль существенного направления 12 звука до средства 13 отклонения звука, где эхо 16 снова отклоняется назад вдоль нормали 10 к испускающей звук поверхности 6. При этом измерение высоты уровня наполнения вниз ограничено самым верхним концом наклонной испускающей звук поверхности 6. Если высота наполнения водного раствора мочевины падает ниже этой точки, возникает граничная поверхность, которая мешает измерению посредством звука. Датчик 5 или же измерительное устройство отъюстированы на этот нижний предел.
На фиг.5 показан автомобиль 18 с ДВС 19, устройством 20 для обработки ОГ, причем восстановитель (здесь жидкая мочевина) через дозирующее сопло 21 из емкости 1 для мочевины или же из поддона 3 вводится устройство 20 для обработки ОГ (например, катализатор гидролиза и/или СКВ-катализатор). Очищенные ОГ направляются по выпускному трубопроводу 23 и покидают устройство 20 для обработки ОГ через выпускную трубу 24. Датчик 5 в емкости 1 для мочевины или же в поддоне 3 сообщает уровень наполнения по сигнальной линии 25 на переключающее устройство 22. Переключающее устройство 22 устроено так, что оно дросселирует ДВС 19 по сигнальной линии 26 дросселирования двигателя. Переключающее устройство 22 выключает дозирующее сопло 21 по сигнальной линии 27 закрывания дозирующего сопла. Выключение или же дросселирование посредством переключающего устройства 22 происходит через промежуточный период времени после сообщения о том, что емкость 1 для мочевины пуста, посредством датчика 5 по сигнальной линии 25 на переключающее устройство 22.
На фиг.6 схематически показан еще один конструктивный вариант емкости 1 для мочевины с поддоном 3, причем дно 4 поддона с устройством 7 для отбора мочевины и датчиком 5 образуют конструктивный узел. Как указано, устройство 7 (например, с фильтром, насосом, линиями подачи, датчиками давления и/или температуры, линией возврата, клапаном) и датчик 5 могут быть предварительно смонтированы на отдельном дне 4 поддона, а затем герметично вставлены в поддон 3. При этом дно 4 поддона выполнено по типу (стабильной, например металлической) модульной пластины, причем детали, которые не должны быть в прямом контакте с мочевиной, могут быть выполнены инкапсулированными (в корпусе). В соответствии с этим также и другие приведенные здесь варианты устройства согласно изобретению могут быть выполнены с помощью предварительно смонтированных конструктивных узлов, которые герметично встраиваются в отверстие емкости 1 для мочевины.
Таким образом, описанные вначале в связи с уровнем техники технические проблемы дополнительно смягчены. Прежде всего, было предложено устройство, которое, во-первых, экономит монтажное пространство и одновременно обеспечивает возможность более простого монтажа. Кроме того, таким образом обеспечено то, что после сообщения испускающим звук датчиком о том, что уровень наполнения достиг минимальной предельной величины или же приближается к нулю, тем не менее, имеется достаточный остаточный объем мочевины, чтобы на автомобиле при оптимальной мощности двигателя и предписанных законом выбросах вредных веществ можно было доехать до заправочной станции и там дозаправить емкость для мочевины.
Изобретение относится к устройству для измерения уровня (17) наполнения емкости (1) для мочевины путем определения пути с помощью испускаемых датчиком (5) звуковых волн и их эха (16), имеющему дно (2) емкости для мочевины и поддон (3) с конструктивной высотой (9), причем поддон (3) примыкает к дну (2) емкости для мочевины и расположен ниже уровня (14) дна (2) емкости для мочевины, и, кроме того, поддон (3) открыто соединен с емкостью (1) для мочевины и в направлении вниз ограничен дном (4) поддона. При этом датчик (5) размещен в области поддона (3), и датчик (5) с испускающей звук поверхностью (6) для испускания звуковых волн (15) и для приема эха (16) именно этих звуковых волн расположен в емкости (1) для мочевины так, что испускающая звук поверхность (6) датчика максимально примыкает к уровню (14) дна (2) емкости для мочевины. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, направлен на сигнализацию уровня мочевины в емкости автомобиля, экономию конструктивного пространства и простой монтаж. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.
1. Устройство для измерения уровня (17) наполнения емкости (1) для мочевины путем определения пути с помощью испускаемых датчиком (5) звуковых волн и их эха (16), имеющее дно (2) емкости для мочевины и поддон (3) с конструктивной высотой (9), причем поддон (3) примыкает к дну (2) емкости для мочевины и расположен ниже уровня (14) дна (2) емкости для мочевины, и, кроме того, поддон (3) открыто соединен с емкостью (1) для мочевины и в направлении вниз ограничен дном (4) поддона, отличающееся тем, что:
датчик (5) размещен в области поддона (3),
датчик (5) с испускающей звук поверхностью (6) для испускания звуковых волн (15) и для приема эха (16) именно этих звуковых волн расположен в емкости (1) для мочевины так, что испускающая звук поверхность (6) датчика максимально примыкает к уровню (14) дна (2) емкости для мочевины, и
датчик (5) вместе с дном (4) поддона и устройством (7) для отбора мочевины образует один конструктивный узел.
2. Устройство по п. 1, в котором устройство (7) для отбора мочевины присоединено к поддону (3) и находится на высоте между уровнем (14) дна (2) емкости для мочевины и дном (4) поддона.
3. Устройство по п. 1 или 2, в котором датчик (5) установлен в углублении (8) снаружи на поддоне (3).
4. Устройство по п. 1 или 2, в котором датчик (5), по меньшей мере, частично вдается в поддон (3).
5. Устройство по п. 1 или 2, в котором конструктивная высота (9) поддона (3) соответствует монтажной высоте датчика (5).
6. Устройство по п. 1 или 2, в котором нормаль (10) на испускающей звук поверхности (6) датчика ориентирована под углом (11) к существенному направлению (12) звука и средство (13) отклонения звука отклоняет звуковые волны, по существу, вверх.
7. Автомобиль (18), имеющий двигатель (19) внутреннего сгорания и по меньшей мере одно устройство (20) для обработки отработавших газов, имеющее емкость (1) для мочевины с испускающим звук датчиком (5) для измерения уровня (17) наполнения емкости (1) для мочевины путем измерения пути посредством звуковых волн (15, 16), причем датчик (5) с устройством по одному из предшествующих пунктов размещен в поддоне (3) емкости (1) для мочевины.
| US 3985030 A 12.10.1976 | |||
| АВТОМОБИЛЬ С ОСОБЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ТОПЛИВНОГО БАКА, ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ГЛУШИТЕЛЯ И БАКА С ВОССТАНОВИТЕЛЕМ | 2004 |
|
RU2270105C1 |
| WO 2008101339 A1 28.08.2008 | |||
| Ультразвуковое устройство для контроля изделий | 1984 |
|
SU1221594A1 |
