用于超聲波測量液體的填充水平的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于測量儲(chǔ)箱中液體添加劑的填充水平的方法。儲(chǔ)箱中的液體添加劑可以例如設(shè)置成在機(jī)動(dòng)車輛中使用。
【背景技術(shù)】
[0002]廢氣凈化裝置廣泛用于例如汽車領(lǐng)域，其中燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣借助于液體添加劑被凈化。舉例來說，已知選擇性催化還原方法[SCR方法；SCR= selective catalyticreduct1n]，其中，還原劑被作為液體添加劑添加至廢氣，廢氣中的氮氧化合物借助于還原劑還原。尿素/水溶液通常用作SCR方法的還原劑；其可以作為液體添加劑儲(chǔ)存和供給并且隨后在添加至廢氣之前和/或在廢氣中轉(zhuǎn)化成氨。實(shí)際的還原反應(yīng)隨后在氨和廢氣中的氮氧化合物之間發(fā)生。尿素/水溶液向氨的轉(zhuǎn)化由于廢氣熱而以熱方式在廢氣中發(fā)生和/或例如由水解催化劑支持而以水解方式發(fā)生。轉(zhuǎn)化可以在廢氣中或在廢氣-外部轉(zhuǎn)化器中發(fā)生。含有32.5%的尿素含量的尿素/水溶液可在商標(biāo)名AdBlue下作為用于SCR方法的液體添加劑獲得。
[0003]填充水平傳感器通常設(shè)置在儲(chǔ)箱上以監(jiān)測機(jī)動(dòng)車儲(chǔ)箱內(nèi)的可用還原劑的量。在這種情況下，使用超聲波傳感器也是已知的；這些超聲波傳感器可借助于測量超聲波信號(hào)在液體添加劑中的傳播時(shí)間來確定填充水平。傳播時(shí)間通常從儲(chǔ)箱底部的超聲波發(fā)射器向上到儲(chǔ)箱的液面然后返回箱底部的超聲波接收器來測量。為此，由超聲波發(fā)射器發(fā)射的超聲波信號(hào)在液面被反射。液面的距離可以基于超聲波信號(hào)在液體添加劑中的傳播速度從所述傳播時(shí)間確定。
[0004]超聲波在儲(chǔ)箱中的傳播速度通常取決于液體添加劑的成分。該成分可以隨著質(zhì)量和濃度的變化而變化。因此在超聲波傳感器的情況下通常進(jìn)行附加的參考測量。在該參考測量過程中確定超聲波信號(hào)從超聲波傳感器到參考面并返回超聲波傳感器的傳播時(shí)間。在這種情況下，從超聲波傳感器到參考面的路徑長度精確地已知。此外，該路徑完全充滿液體添加劑。因此，路徑整體地位于液面以下。超聲波信號(hào)沿著路徑的傳播時(shí)間測量允許精確地確定超聲波信號(hào)在添加劑液體的中的傳播速度。所建立的超聲波信號(hào)的傳播速度因此可以用于校正或校準(zhǔn)液面和超聲波傳感器之間的距離測量。
[0005]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，特別是在尿素/水溶液作為液體添加劑的情況下，參考面上或參考面處的雜質(zhì)和/或氣體聚集會(huì)對(duì)超聲波測量造成問題。參考面上的雜質(zhì)可以對(duì)到參考面的傳播時(shí)間測量產(chǎn)生重大的不利影響，因?yàn)槌暡ㄐ盘?hào)被參考面處的雜質(zhì)以不受控的方式反射和發(fā)散。因此情況可以是清晰的超聲波信號(hào)不再在參考面處反射，不能再精確測量傳播時(shí)間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]以此為出發(fā)點(diǎn)，本發(fā)明的目的是解決或至少緩解有關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的所述技術(shù)問題。具體地，本發(fā)明說明了一種用于測量儲(chǔ)箱中液體添加劑的填充水平的特別有利的方法。
[0007]這些目的可以通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的特征的方法來實(shí)現(xiàn)。本方法的進(jìn)一步有利的實(shí)施例在表示為從屬權(quán)利要求的權(quán)利要求中說明。權(quán)利要求中所單獨(dú)限定的特征可以通過技術(shù)上有意義的方式而相互結(jié)合，并且可以通過說明書中的解說性事實(shí)來加以補(bǔ)充，其中強(qiáng)調(diào)了本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例變型。
[0008]一種用于使用超聲波傳感器測量儲(chǔ)箱中液體添加劑的填充水平/填充高度的方法，包括至少以下步驟:
[0009]a)測量超聲波信號(hào)從超聲波傳感器到液體添加劑的液面的第一傳播時(shí)間；
[0010]b)借助于至少一個(gè)超聲波脈沖清潔液體添加劑中的至少一個(gè)參考面；
[0011]c)測量超聲波信號(hào)從超聲波傳感器到所述至少一個(gè)參考面的至少一個(gè)第二傳播時(shí)間-M
[0012]d)根據(jù)本發(fā)明，從所述第一傳播時(shí)間和第二傳播時(shí)間計(jì)算出填充水平。
[0013]液體添加劑優(yōu)選是尿素/水溶液，如上所述。儲(chǔ)箱優(yōu)選地設(shè)置用于在機(jī)動(dòng)車中使用，用于儲(chǔ)存液體添加劑并將其供給到廢氣處理裝置。超聲波傳感器優(yōu)選地布置在儲(chǔ)箱底部區(qū)域并且優(yōu)選地包括超聲波發(fā)射單元和超聲波接收單元。超聲波發(fā)射單元配置成發(fā)射超聲波信號(hào)。超聲波接收單元配置成接收所反射的信號(hào)，其返回到所發(fā)射的超聲波信號(hào)。超聲波發(fā)射單元和超聲波接收單元優(yōu)選共同集成在(單個(gè))超聲波傳感器中。超聲波發(fā)射單元優(yōu)選地對(duì)準(zhǔn)，使其發(fā)射的超聲波信號(hào)從下面垂直于儲(chǔ)箱中的液面。儲(chǔ)箱中的液面對(duì)應(yīng)于儲(chǔ)箱中液體添加劑的特定填充量的情況下因重力造成的在儲(chǔ)箱中出現(xiàn)的液體表面。液面是儲(chǔ)箱中的液體添加劑與存在于液體添加劑上方的氣體(特別是空氣)之間的界面。
[0014]當(dāng)在步驟a)中測量第一傳播時(shí)間時(shí)，超聲波信號(hào)的傳播時(shí)間沿著從超聲波傳感器到液面并返回到超聲波傳感器的一條直線確定。為此，用于測量的超聲波信號(hào)優(yōu)選由超聲波發(fā)射單元發(fā)射，并由超聲波接收單元接收。
[0015]在步驟b)清潔參考面過程中使用超聲波脈沖，而不是超聲波信號(hào)。超聲波脈沖本身與超聲波信號(hào)并無不同。區(qū)別僅在于在超聲波脈沖的情況下沒有超聲波接收單元接收響應(yīng)信號(hào)的事實(shí)。步驟b)中的超聲波脈沖優(yōu)選配置成使得參考面上的雜質(zhì)可以被該超聲波脈沖去除或溶解。舉例來說，可以為此適當(dāng)選擇超聲波脈沖的下列參數(shù)中的至少一個(gè)(并且可以在該方面還與用于測量的超聲波信號(hào)區(qū)分開):
[0016]-超聲脈沖的頻率；
[0017]-超聲脈沖的持續(xù)時(shí)間；和
[0018]-超聲脈沖的振幅。
[0019]在液體添加劑中，超聲波像縱向波一樣傳播?？v向波沿傳播方向振蕩。超聲波脈沖的頻率和振幅是指該縱向波的頻率和振幅。振幅可以通過震蕩過程中發(fā)生的最大壓力的形式或者振蕩過程中發(fā)生的液體添加劑的最大移動(dòng)和/或位移的形式來指定。超聲波脈沖的持續(xù)時(shí)間優(yōu)選地通過從開始發(fā)射超聲波脈沖直到結(jié)束發(fā)射超聲波脈沖的時(shí)間段來確定。
[0020]舉例來說，參考面上的雜質(zhì)可以是氣態(tài)的氣泡和/或固體沉積物。氣態(tài)氣泡可包含空氣和/或氨。氨可以從尿素/水溶液中析出，特別是在高溫下。這個(gè)過程也稱為“脫氣(outgassing) ”。舉例來說，沉積物可以由結(jié)晶的尿素構(gòu)成，該結(jié)晶尿素從尿素/水溶液中沉淀出來。
[0021]一旦所述參考面在步驟b)被清潔之后，對(duì)發(fā)射到參考面的超聲波信號(hào)的第二傳播時(shí)間進(jìn)行第二測量，該傳播時(shí)間在從超聲波傳感器到參考面并返回超聲波傳感器的直線路徑上確定。
[0022]隨后在步驟d)中根據(jù)第一傳播時(shí)間和第二傳播時(shí)間計(jì)算出填充水平。在該計(jì)算中，超聲波信號(hào)在液體添加劑中的傳播速度通過借助于第二傳播時(shí)間和已知的超聲波傳感器與參考面之間的距離來初始確定。液面和超聲波傳感器之間的距離由第一傳播時(shí)間借助于該傳播速度來建立。填充水平進(jìn)而可從該距離計(jì)算得出。還可以將液面和超聲波傳感器之間的距離直接用作填充水平的代表值。逐步解釋的所述計(jì)算可以用計(jì)算程序的形式儲(chǔ)存在控制儀中。
[0023]超聲波脈沖是用于為超聲波傳感器清潔參考面的特別有效且快速的選擇。超聲波脈沖可用于溶解或移除參考面上的結(jié)晶沉積物和氣泡兩者。超聲波脈沖能量通過液體添加劑特別良好地傳播，并且可以通過瞄準(zhǔn)的方式施用到參考面上，以便溶解參考面上的雜質(zhì)。超聲波脈沖特別好地適合有效去除附著在參考面上的氨氣泡。這種氨氣泡會(huì)由于儲(chǔ)箱中的液體添加劑的部分轉(zhuǎn)化而出現(xiàn)。
[0024]用于清潔參考面的方法步驟b)不必在每一次借助于超聲波信號(hào)測量的過程中都發(fā)生。舉例來說，可以僅在每十次測量時(shí)進(jìn)行步驟b)。這可以節(jié)省超聲波脈沖所需的能量。情況也可能是這樣，前述步驟d)可能確定在預(yù)定第一傳播時(shí)間間隔期間內(nèi)所述第一傳播時(shí)間未到達(dá)超聲波接收單元和/或被反射/接收的響應(yīng)信號(hào)不在預(yù)定的第一響應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度范圍。如果確定發(fā)生這兩種情況之一，則(立即和/或在所述方法的下一個(gè)循環(huán)期間)進(jìn)行步驟b)。此時(shí)，可以使用步驟d)定期檢查是否有必要清潔參考面和僅在該情況下執(zhí)行方法步驟b)。
[0025]此外，方法步驟a)至d)優(yōu)選以循環(huán)方式反復(fù)地重復(fù)進(jìn)行。步驟a)至d)的順序不是固定的。順序也可以不同。舉例來說，所述清潔步驟b)可以在傳播時(shí)間測量(步驟a)和c))兩者之前首先發(fā)生。
[0026]所述方法特別有利的是，所述至少一個(gè)超聲波脈沖具有比超聲波信號(hào)更高的能量。超聲波脈沖中含有的能量是(用于測量的)超聲波信號(hào)中含有的能力的優(yōu)選至少五倍，特別優(yōu)選甚至至少二十倍。