KR101606763B1 - 액체 첨가제용 충전 레벨 센서를 구비한 전달 유닛 - Google Patents

액체 첨가제용 충전 레벨 센서를 구비한 전달 유닛 Download PDF

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스벤 쉐페르스
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콘티넨탈 에미텍 페어발퉁스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 탱크(2)로부터 액체 첨가제를 추출하는 전달 유닛(1)에 관한 것이며, 상기 전달 유닛은 탱크(2) 상에 장착될 수 있고, 상기 탱크(2)에서 액체 첨가제의 충전 레벨을 측정하는 충전 레벨 센서(3)를 가지며, 상기 충전 레벨 센서(3)는 상기 탱크(2)의 배출 영역(4)으로 파동을 방출하기 위해 설정되고, 상기 충전 레벨은 액체 표면(5)에 의해 반사되어 상기 충전 레벨 센서(3)를 다시 강타하는 파동의 전달 시간 측정에 의해 측정될 수 있고, 상기 전달 유닛(1)은, 상기 배출 영역(4)으로 적어도 부분적으로 뻗어나가고 상기 충전 레벨 센서(3)로부터 떨어진 제 1 거리(7)에 있는 적어도 하나의 제 1 기준 표면(6)을 가지고, 상기 적어도 하나의 제 1 기준 표면(6)은, 상기 전달 유닛의 하우징(12)의 외부 측면(11)에 장착된 별도의 보정 구성요소(10) 상에 배치된다.

Description

액체 첨가제용 충전 레벨 센서를 구비한 전달 유닛{DELIVERY UNIT WITH FILL LEVEL SENSOR FOR A LIQUID ADDITIVE}
본 발명은 탱크로부터 액체 첨가제를 추출하는 전달 유닛에 관한 것이고, 센서는 충전 레벨(fill level)을 판별하기 위해 탱크에 구비된다. 전달 유닛은 자동차에서, 내부 연소 기관의 배기 가스의 정화를 위해, 탱크로부터 배기 가스 처리 장치로 액체 첨가제를 전달하기에 특히나 적합하다.
특히, 자동차를 위한 이동용 내부 연소 기관의 분야에서, 배기 가스 처리 장치는 배기 가스 정화 방법이 구현되는데 종종 사용되고, 이때 상기 내부 연소 기관의 배기 가스는 액체 첨가제의 도움으로 정화된다. 상기와 같은 배기 가스 처리 장치에서 특히나 일반적으로 사용되는 배기 가스 정화 방법은, 내부 연소 기관의 배기 가스의 산화질소 화합물이 환원제의 도움을 받아 환원되는 선택적 촉매 환원 (selective catalytic reduction, SCR) 방법이다. 이러한 정황에서, 암모니아는 일반적으로 환원제로 사용된다. 암모니아는 일반적으로 순수 형태로 자동차에 직접 저장되는 것이 아니라, 오히려 배기 가스에서, 또는 목적을 위해 특별하게 제공된 반응기에서 전환되는 환원제 전구 용액(reducing agent precursor solution)의 형태로 저장되어, 암모니아를 형성한다. 그 후, 환원제 전구 용액은 액체 첨가제를 구성한다. 특히나 일반적으로 사용된 환원제 전구 용액은, 예를 들면 AdBlue®(상표명)으로부터 32.5%의 요소 내용물을 구입할 수 있는 요소 수용액이다. 표현 "환원제" 및 "환원제 전구 용액"은 이하에서 서로 같은 의미로 사용될 것이며, 이 둘 표현은 표현 "첨가제"에 의해 포함된다.
배기 가스 처리 장치에서 환원제의 제공을 위해, 전달 유닛은 탱크로부터 배기 가스 처리 장치로 환원제를 전달시키는 것으로 제공된다. 상기와 같은 전달 유닛은 조립 및 정비에 관하여 가능한 한 싸고, 가능한 한 간단하면서, 내구성이 있도록 설계되어야 한다. 그동안, 환원제용 탱크에서 설치되는 전달 유닛이 개발되어 왔다. 상기와 같은 전달 유닛의 경우, 일반적으로, 탱크와 전달 유닛 간의 연결 라인과 함께 제공하는 것이 가능하다. 상기와 같은 전달 유닛은, 예를 들면, WO 2011/085830 A1로부터 공지된다.
상기와 같은 전달 유닛의 유형은, 탱크에서 충전 레벨이 모니터링될 수 있는 수단을 추가로 가지는 경우에 특히나 이점을 가진다. 여기서, 전달 유닛은 서로 다른 탱크에 설치되도록 가능한 한 설계되어야 하고, 충전 레벨의 측정이 탱크의 형상/높이에 가능한 한 독립적이어야 한다는 문제점이 있다.
이를 시발점으로 하여, 본 발명의 목적은 종래 기술과 연관하여 두드러진 기술적 문제점을 완화시키는 것에 있다. 특히, 탱크로부터 액체 첨가제를 추출하는, 특히나 바람직한 전달 유닛을 제안하는 것이고, 이때 전달 유닛은 특히나 바람직한 충전 레벨 센서를 가진다. 나아가, 탱크에서 액체 첨가제의 충전 레벨을 모니터링하는, 특히나 바람직한 방법을 규정하는 것에 있다.
상기 목적은 청구항 1의 특징에 따른 전달 유닛과, 그리고 청구항 12의 특징에 따른 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 추가적으로 바람직한 개량은 종속 청구항에 규정된다. 청구항에서 개별적으로 규정된 특징은 서로 원하는 기술적으로 의미 있는 방식으로 조합될 수 있고, 발명의 상세한 설명으로부터 설명에 입각하여 보충될 수 있고, 본 발명의 추가적인 설계 실시예가 규정된다.
탱크로부터 액체 첨가제를 추출하는 전달 유닛은 상기 탱크 상에 장착될 수 있고, 상기 탱크에서 액체 첨가제의 충전 레벨을 측정하는 충전 레벨 센서를 가진다. 상기 충전 레벨 센서는 탱크의 배출 영역에 파동을 방출하도록 설계되고, 그 결과 상기 충전 레벨은 액체 표면에 의해 반사되어 상기 충전 레벨 센서를 다시 강타하는 파동의 전달 시간 측정(propagation time measurement)에 의해 측정될 수 있다. 본원에서 상기 전달 유닛은, 상기 배출 영역으로 적어도 부분적으로 뻗어나가고 상기 충전 레벨 센서로부터 떨어진 제 1 거리에 있는 적어도 하나의 제 1 기준 표면을 가지고, 상기 적어도 하나의 제 1 기준 표면은, 상기 전달 유닛의 하우징의 외부 측면에 장착된 별도의 보정 구성요소(calibration component) 상에 배치된다.
상기 전달 유닛은, 상기 전달 유닛의 다양한 작동 구성요소들이 위치한 하우징으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 작동 구성요소들은 예를 들면, 밸브와, 액체 첨가제를 전달하기 위한 펌프와, 센서 등이다. 상기 전달 유닛은 탱크 베이스의 (베이스) 개방부에 상기 전달 유닛의 하우징과 함께 삽입될 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위해, 상기 전달 유닛은 상기 전달 유닛과 탱크 간의 유밀식 연결(fluid-tight connection)을 만들어 내도록 설계된 플랜지(flange)를 가지는 것이 바람직하다. 상기 전달 유닛 또는 상기 전달 유닛의 하우징은 탱크 베이스로부터 진행된 탱크의 내부를 향해 뻗어나가는 것이 바람직하다. 상기 전달 유닛은, 상기 전달 유닛이 탱크 상에 장착될 시에 탱크의 내부에 위치한 흡입점(suction point)을 가지는 것이 바람직하고, 상기 흡입점을 통하여 상기 전달 유닛은 탱크의 내부 밖의 액체 첨가제를 흡입할 수 있다. 액체 첨가제가 방출될 수 있는 방출점도 전달 유닛 상에 구비되는 것이 바람직하다. 방출점은 예를 들면, 액체 첨가제가 전달 유닛으로부터 배기 가스 처리 장치 상의 공급 장치로 안내될 수 있는 라인에 연결될 수 있는 포트(port)로 설계된다.
충전 레벨 센서는 에미터(emitter) 및 수신기를 가지는 것이 바람직하며, 이때 상기 에미터는 배출 영역으로 파동(광(optical), 음(acoustic), 전자기 또는 이와 유사물)을 방출하고, 상기 수신기는 충전 레벨 센서에 의해 방출된 파동을 수신할 수 있다. 본원에서, 방출과 수신 간에서, 파동은 적합한 표면에 의해 반사될 수도 있다. 상기 배출 영역은 특히, 충전 레벨 센서가 파동을 방출하는 공간 각도를 가진 세그먼트(spatial angle segment)를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 상기 배출 영역은 충전 레벨 센서, 특히, 다양하게 설계된 초음파 센서로부터 원뿔 형상으로 통상 뻗어나간다. 상기 원뿔은 예를 들면, 1°[도] 내지 10°의 원뿔 개방 각도를 가질 수 있다. 상기 충전 레벨 센서의 에미터 및 상기 충전 레벨 센서의 수신기는 서로 바람직하게 연동됨으로써, 상기 수신기는 방출기로부터 방출된 파동(만)을 수신하고, 바람직하게 환경으로부터 방해 신호에 의한 역효과를 받지 않는다. 충전 레벨 센서에 의해 방출된 파동은 음파인 것이 바람직하다. 그러나, 센서가 전자파를 방출 및 수신하는 것도 가능하다. 바람직하게, 파동은 탱크에서 액체 첨가제의 표면에 의해 (적어도 부분적으로) (전체적으로) 반사되기에 적합한 주파수를 가진다. 이로써, 파동이 충전 레벨 센서로부터 액체 표면까지 방출되어, 상기 액체 표면에서 반사되고, 다시 충전 레벨 센서를 향한 방향으로 전환되는 것이 확보될 수 있다. 이에 따라서, 전달 시간 측정에 있어, 파동이 충전 레벨 센서로부터 액체 표면으로, 그리고 다시 액체 표면으로부터 충전 레벨 센서로 이동하는데 걸린 시간이 측정된다. 충전 레벨 센서는 바람직하게 전달 유닛 상에 정렬되고, 그 결과 배출 영역은, 전달 유닛이 의도된 설치 위치로 탱크 상에 장착될 시에 충전 레벨 센서로부터 수직방향으로 위로(중력과는 반대 방향) 진행하여 뻗어나간다. 이로써, 충전 레벨 센서에 의해 방출된 파동이 직각으로 탱크의 첨가제의 액체 표면을 강타하고, 다시 충전 레벨 센서를 향하여 수직 방향으로 반사되는 것이 확보될 수 있다.
발견되어왔던 바와 같이, 액체 첨가제에서 전달 시간은 액체 첨가제에서 파동 속도가 수많은 상호 교차 영향력(cross-influences)에 의해 영향을 받기 때문에, 현저하게 변화될 수 있다. 현저한 상호 교차 영향력은 예를 들면, 액체 첨가제의 조성물이다. 파동을 방출하는 상기와 같은 충전 레벨 센서를 사용한 충전 레벨 측정의 정확성은 크게 증가될 수 있되, 원하는 전달 시간 측정과 더불어, 충전 레벨 센서로부터 기준 표면까지 그리고 다시 기준 표면으로부터 충전 레벨 센서까지의 제 2 전달 시간 측정이 실행되는 경우에 증가될 수 있다. 그 후에, 기준 측정 경로는 충전 레벨 센서로부터 기준 표면까지 존재하고, 상기 액체 첨가제에서 상기 기준 측정 경로에 걸쳐 파동의 속도가 판별된다. 그 후에, 기준 표면에 대한 전달 시간은 액체 표면에 대한 전달 시간과 비교될 수 있다. 이러한 방식으로, 액체 첨가제에서, 그리고 충전 레벨 측정에서 파동의 속도의 변화가 고려될 수 있다. 기준 표면이 충전 레벨 센서의 배출 영역으로 뻗어나가 있기 때문에, 배출 영역으로의 충전 레벨 센서에 의한 방출된 파동의 일부는 기준 표면에 의해 충전 레벨 센서로 다시 반사된다. 이로써, 제 1 기준 표면은 충전 레벨 센서에 의해 픽업된 추가 신호를 이끌어 낸다.
제 1 기준 표면은, 충전 레벨 센서로부터 제 1 기준 표면까지의 제 1 기준 측정 경로가 액체 표면 아래에 있도록 배치된다(탱크에서 충전 레벨이 낮은 경우에서도 가능함). 그러므로, 제 1 기준 표면은 충전 레벨 센서로부터 떨어진, 상대적으로 짧은 제 1 거리에 배치되는 것이 바람직하다. 제 1 기준 표면은 100 mm [밀리미터] 미만의 거리에 있는 것이 바람직하고, 상기 제 1 거리는 25 mm 내지 80 mm 또는 심지어 50 mm 내지 80 mm인 것이 특히나 바람직하다.
상기 전달 유닛은, 전달 유닛이 배출 영역으로 적어도 부분적으로 뻗어나가고 충전 레벨 센서로부터 떨어진 제 2 거리에 있는 제 2 기준 표면을 추가로 가진 경우에 특히나 바람직하다. 액체 첨가제를 통한 파동의 추가 전달 시간은 상기 제 2 기준 표면의 유형에 의해 판별될 수 있다. 추가 전달 시간 측정은 한편으로, 액체 표면에 대한 전달 시간 측정의 보정을 위해, 심지어 보다 정확한 기준을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 나아가, 상기 추가 전달 시간 측정은 2 개의 공지된 거리(충전 레벨 센서로부터 2 개의 서로 다른 기준 표면들까지, 그리고 2 개의 서로 다른 기준 표면들로부터 충전 레벨 센서까지)에 대해 걸린 전달 시간을 비교하는 것을 가능케 하고, 추가적인 결과물이 액체 첨가제의 속성에 관하여 인출되도록 한다(drawn). 이로써, 액체 첨가제의 품질 측정이 충전 레벨 측정과 함께 병행하여, 충전 레벨 센서에 의해 실행되는 것이 가능하다.
나아가, 상기 제 2 기준 표면은 전달 유닛에서 제조 공차(manufacturing tolerances)를 보상하기 위해 이용될 수도 있다. 충전 레벨 센서와 제 1 기준 표면 간의 제 1 거리 및/또는 충전 레벨 센서와 제 2 기준 표면 간의 제 2 거리가, 정확성이 특히나 큰 것으로 알려져 있지 않고, 그리고/또는 상기 거리들이 제조 공차를 상대적으로 크게 하려는 경우가 종종 있다. 이는, 예를 들면, 충전 레벨 센서가 전달 유닛의 하우징의 플라스틱 벽 상에 장착되고 상기 전달 유닛의 형태 및 두께가 공차를 상대적으로 크게 만든다는 사실의 결과일 수 있다. 그러나, 그럼에도 불구하고, 필요하다면, 제 1 기준 표면과 제 2 기준 표면 간의 거리가 매우 정확성이 높게 지켜지는 것이 가능하다. 제 2 기준 표면은 바람직하게 충전 레벨 센서로부터 5 mm 내지 40 mm, 특히나 바람직하게 20 mm 내지 30 mm의 제 2 거리에 있다. 제 1 기준 표면 및 제 2 기준 표면은 서로 30 mm 내지 60 mm의 거리에 있는 것이 바람직하다.
나아가, 전달 유닛은, 충전 레벨 센서가 초음파 센서인 경우에 바람직하다. 초음파 센서는 들을 수 있는 소리의 주파수 범위를 초과한 주파수 범위의 소리를 방출 및 수신하는 것이 바람직하다. 통상적으로, 16 kHz[16,000 1/초]보다 큰 주파수는 초음파를 의미한다. 초음파 센서는 바람직하게 2 내지 20 MHz[메가헤르츠]의 주파수 범위의 음파를 방출 및 수신한다. 발견된 바와 같이, 액체 배기 가스 첨가제, 특히 요소 수용액에서 특히나 정확한 전달 시간 측정은 초음파를 사용하여 가능하다. 그러므로, 액체 첨가제용 탱크에서, 특히 요소 수용액의 탱크에서, 충전 레벨의 특히나 정확한 판별은 초음파 측정에 의해 가능하다.
충전 레벨 측정용 기준 표면들은 종종 서로 다른 탱크 형상을 위해 서로 다르게 위치되어야 한다. 그러나, 전달 유닛의 값싼 제조에 관심이 있다면, 전달 유닛이 서로 다른 탱크에 대해 가능한 한 동일한 설계를 가지는 것이 바람직하다. 그러므로, 제 1 (및/또는 또한 제 2) 기준 표면이 서로 다른 탱크에, 그리고 전달 유닛의 서로 다른 적용물에 용이하게 구성될 수 있는 상대적으로 값싼 단일 구성요소로 형성되는 것이 특히나 바람직하다. 기준 구성요소는 바람직하게 전달 유닛 상에 반작용 방식으로(retroactively) 장착되고 다시 전달 유닛으로부터 분리될 수 있고, 그 결과 전달 유닛은 또한 서로 다른 탱크 및 적용물에 대해 반작용 방식으로 용이하게 구성될 수 있다. 별도의 보정 구성요소는 예를 들면, 시트 금속 구성요소(sheet-metal component)로 형성될 수 있다. 이는 기준 표면들 간의 거리가 시트 금속 구성요소 유형인 경우에 특히나 정확하게 지켜질 수 있다는 점에서 이점을 제공한다. 전달 유닛의 하우징은 예를 들면, 플라스틱으로 형성된다. 상기 하우징의 경우, 특히나 정확한 제조 공차를 지키기 위해, 가능하거나 가능하지 않든 상황에서 아웃레이(outlay)가 단지 매우 높고, 그 결과 하우징 상에 직접 장착되고 플라스틱으로 만들어진 기준 표면들은 제조 진행 중에 이들의 거리를 신뢰성이 매우 높게 유지시키지 못한다. 이는 전달 시간 측정의 높은 정확성에 대해 크나 큰 단점일 수 있다. 이는 본원에서 별개의 보정 구성요소에 의해 이제 방지된다.
나아가, 제 1 기준 표면, 바람직하게 제 1 기준 표면 및 제 2 기준 표면이 적어도 배치되되, 충전 레벨 센서와 기준 표면 간의 거리와, 그리고 기준 표면들 간의 거리가 적어도 가능한 온도 의존성을 가지도록 배치되는 것이 바람직하다. 열 팽창으로 인하여, 구성요소 상의 거리는 온도의 기능으로 변화된다. 이러한 변화가 상대적으로 작다 하더라도, 상기 변화는 기술된 충전 레벨 센서를 사용하여 측정에 영향을 미칠 수 있어, 잘못된 충전 레벨 측정을 불러일으킬 수 있다. 기준 표면을 연결시키기 위해 구비된 구성요소가 낮은 열팽창 계수를 가지는 경우, 거리는 특히나 낮은 온도 의존성을 가지는 것이 달성될 수 있다. 이는, 기준 표면들이 별개의 보정 구성요소 상에 구비되는 경우에 가능하다. 보정 구성요소는 바람직하게, 낮은 열 팽창 계수, 특히 기껏해야 50 ㎛/mK(미터켈빈(metre and Kelvin)퍼 마이크로미터)의 열 팽창 계수를 가진다. 이는 예를 들면, 금속으로부터 만들어진 보정 구성요소로 인해 달성될 수 있다. 전달 유닛의 하우징의 열 팽창 계수는 일반적으로 높고, 예를 들면, 100 ㎛/mK보다 큰데, 이는 하우징이 예를 들면 플라스틱으로 만들어졌기 때문이다.
보정 구성요소는, 바람직하게 충전 레벨 센서 부근에서 하우징에 인접하여 접하는 부분을 가지고, 이로써 기준 표면들과 충전 레벨 센서 사이의 거리를 미리정의할 수 있다. 상기 부분은 예를 들면, 충전 레벨 센서 부근에서 전달 유닛의 하우징에 접하여 가해져 상기 하우징에 확실하게 인접하여 접하는 가압부일 수 있다.
전달 유닛의 일 개량에 있어서, 적어도 하나의 제 1 기준 표면은 충전 레벨 센서에 대한 제 1 기준 표면의 제 1 거리를 정의하기 위해, 보정 구성요소 상에 개별적으로 위치할 수 있다. 보정 구성요소는 예를 들면, 기준 표면들을 형성하기 위해, 단순한 형상 처리에 의해 변형될 수 있는 미리 제조된 구성요소로 만들어질 수 있다. 예를 들면, 또한, 별개의 보정 구성요소가, 제 1 기준 표면 및/또는 제 2 기준 표면이 간단하게 굽어질 수 있는 시트 금속 스트립이 될 수 있는 것이 본원에서 바람직하다.
바람직하게, 보정 구성요소는 가압부(press-on portion)를 포함한다. 가압부는 특히, 베어링부(bearing portion)이다. 바람직하게, 이러한 가압부는 충전 레벨 센서에 근접한 전달 유닛의 하우징의 벽의 일부에 접하여 가압된다. 예를 들면, 이는 충전 레벨 센서와는 직접적으로 반대 방향을 하고 있는 벽에 접하여 가압된다. 충전 레벨 센서에 대한 근접한 위치는, 보정 구성요소로부터 충전 레벨 센서까지의 거리가 벽 및/또는 하우징의 제조 공차가 매우 정확하지 않은 경우라 하더라도 매우 정확하게 정의될 수 있도록 한다. 바람직하게, 보정 구성요소는 강도가 높고 정확한 제조 공차를 가지고 매우 정확하게 제조된다. 이는 보정 구성요소를 위한 금속성 물질, 바람직하게 스테인리스 강에 의해 확보될 수 있다. 특히, 가압부와 기준 표면들 간의 보정 구성요소의 일부는 매우 정확한 제조 공차를 가진다. 예를 들면, 이러한 제조 공차는 전달 유닛의 하우징의 제조 공차보다 10 배 더 정확하다. 보정 구성요소의 정확한 제조 공차는 충전 레벨 센서로부터 기준 표면들까지의 거리가 항상 매우 정확하게 되는 것을 허용한다. 나아가, 보정 구성요소는 스프링부를 가진다. 상기 스프링부는, 보정 구성요소를 위한 서로 다른 체결 수단(fastening means) 간의 거리가 정확하게 알려져 있지 않음에도 불구하고, 정의된 위치에서 하우징의 벽에 접하여 가압부를 가압시키기 위해 사용될 수 있다. 보정 구성요소를 위한 체결 수단은 예를 들면, 보정 구성요소를 하우징에 나사로 죄기 위한 구멍들일 수 있다. 스프링부는 바람직하게 가압부와 기준 표면들 사이에 위치되지 않고, 보정 구성요소의 또 다른 위치에 놓여 있게 되는데, 이는 스프링부가 비틀어져서 가압부와 기준 표면들 간의 정확한 거리에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문이다.
나아가, 전달 유닛이 하우징을 가지는 것이 바람직하고, 충전 레벨 센서는 하우징에 배치되고, 연결층을 통하여 하우징의 벽에 접촉하게 되며, 충전 레벨 센서는 벽을 통하여 파동을 방출 및 수신하기 위해 설계된다.
하우징은 플라스틱으로 형성되는 것이 바람직하다. 초음파 센서는 하우징의 얇은 벽을 통하여 파동을 용이하게 방출 및 수신할 수 있다. 그러므로, 충전 레벨 센서는 액체 첨가제와 직접 접촉할 필요 없이, 전달 유닛의 하우징 내에 배치될 수 있다. 충전 레벨 센서로부터 하우징까지의 파동의 전달을 개선시키기 위해, 하우징과 충전 레벨 센서를 연결시키는 연결층이 제공될 수 있다. 연결층(또는 또 다른 전달 물질)은 예를 들면, 충전 레벨 센서와 하우징 사이에 특히나 효과적인 방식으로 파동(예를 들면, 음파 등)을 안내하는 연결부를 만들어 내는 젤(gel) 및/또는 페이스트(paste)의 형태로 이루어질 수 있다.
충전 레벨 센서는 바람직하게 적어도 하나의 체결 수단에 의해 하우징의 내부에서 하우징의 벽에 고정된다. 본원에서, 충전 레벨 센서는 바람직하게 체결 수단에 의해 벽에 접하여 가압/고정된다. 연결층은 바람직하게 적어도 하나의 체결 수단에 의해 충전 레벨 센서와 벽 간에 받쳐지도록 고정되고, 그 결과 영구적인 접촉은 충전 레벨 센서와, 연결층과, 그리고 벽 사이에서 만들어진다.
나아가, 전달 유닛은, 탱크에서 액체 첨가제의 온도를 측정하기 위한 온도 센서가 충전 레벨 센서 상에 배치되는 경우에 바람직하다. 액체 첨가제의 온도는 액체 첨가제에서 파동의 속도에 대한 현저한 상호 교차 영향력을 부분적으로 가진다. 그러므로, 충전 레벨 센서(특히, 초음파 센서)에 바로 인접하여, 액체 첨가제의 온도를 측정하는 것이 바람직하다. 전달 유닛을 조립하는 동안, 온도 센서와 함께 형성되는 충전 레벨 센서를, 전달 유닛에 하나의 부분으로 삽입될 수 있는 공통(결합) 구성요소로 만들어 사용하는 것이 바람직하다.
전달 유닛은 돌기(protuberance)를 가진 하우징을 가지는 경우가 더 바람직하고, 이때 온도 센서는 하우징에 배치되되, 돌기에 배치된다. 돌기는 하우징으로부터 진행하는 탱크의 내부로 뻗어나가는 것이 바람직하다. 그러므로, 돌기는 탱크에 존재하는 액체 첨가제에 의해 그 주변이 세척되고, 그리고/또는 상기 액체 첨가제로 채워진다. 상기 돌기에 위치한 온도 센서는 결과적으로 액체 첨가제와 직접 접촉되고, 그러므로 상기 액체 첨가제의 온도를 정확하게 판별할 수 있다. 돌기는 하우징의 벽과 온도 센서 사이의 직접적인 열 접촉을 만들어내는 연결 매체의 형태로, 적어도 부분적으로 형성되는 것이 바람직하고, 그 결과 온도 센서는 벽/연결 매체의 외부에 있는 액체 첨가제의 온도를 특히나 정확하게 판별할 수 있다.
전달 유닛은 액체 첨가제의 적어도 하나의 속성을 추가적으로 측정/판별하기 위해 설정될 수 있고, 이러한 목적을 위해서, 제 1 기준 표면으로, 그리고 다시 충전 레벨 센서로의 파동의 전달 시간의 적어도 하나의 측정을 구현하여 사용한다. 요소 수용액에서 음파의 전달 시간은, 예를 들면 상기 용액에서 요소의 농도에 크게 의존한다. 그러므로, 충전 레벨 센서가 충전 레벨 측정을 실행할 뿐만 아니라, 탱크에서 액체 첨가제의 농도를 모니터링하는 경우에 특히나 바람직하다.
그러므로, 본 발명은 특히 액체 첨가제를 저장하고 탱크 베이스를 가진 탱크로도 실현될 수 있고, 이때 상기 탱크 베이스 상에는 본 발명에 따라 본원에 기술된 전달 유닛이 배치된다.
나아가, 본 발명은 자동차에서 구현될 수도 있는데, 상기 자동차는 적어도 하나의 내부 연소 기관과, 상기 내부 연소 기관의 배기 가스의 정화를 위한 배기 가스 처리 장치와, 액체 첨가제를 저장하는 탱크와, 그리고 본 발명에 따라 본원에서 기술된 전달 유닛을 가지며, 이때 상기 전달 유닛은 상기 탱크로부터 액체 첨가제를 추출하고, 상기 액체 첨가제를 배기 가스 처리 장치에 전달하기 위해 설계된다.
본 발명의 추가적인 양태에서, 방법은 적어도 하나의 충전 레벨 센서에 의해 탱크에서 액체 첨가제의 충전 레벨을 모니터링하기 위해 제안된다. 방법은 적어도 다음 단계를 포함한다:
a) 상기 충전 레벨 센서에 의해 상기 탱크에 파형 신호를 방출하고, 시간 측정을 활성화하는 단계;
b) 상기 충전 레벨 센서를 이용하여, 제 1 기준 표면에 의해 반사된 적어도 하나의 제 1 신호를 수신하고, 제 1 신호 전달 시간을 판별하는 단계;
c) 상기 충전 레벨 센서를 이용하여, 액체 표면에 의해 반사된 제 2 신호를 수신하고, 제 2 신호 전달 시간을 판별하는 단계; 및
d) 상기 제 1 신호 전달 시간과 상기 제 2 신호 전달 시간의 비교에 의해 충전 레벨을 계산하는 단계.
기술된 방법은 바람직하게 전자 제어 유닛에서 실행되고, 이때 상기 제어 유닛은 충전 레벨 센서에 연결되고, 타이밍 유닛을 가지며, 상기 타이밍 유닛을 이용하여, 서로 다른 신호 전달 시간을 판별하기 위한 시간 측정이 실행될 수 있다. 기술된 방법의 단계의 순서에 의해 이미 나타난 바와 같이, 제 1 기준 표면에 의해 반사된 신호는, 액체 표면에 의해 반사된 제 2 신호가 충전 레벨 센서에 도달하기 전에, (예를 들면, 충전 레벨이 보존 레벨(reserve level) 위에 위치할 시) 일반적으로 충전 레벨 센서에 도달한다. 이는, 제 1 기준 표면이 바람직하게 충전 레벨 센서로부터의 거리가 액체 표면보다 짧은 곳에 배치되었기 때문이다.
나아가, 기술된 방법은 루프(loop)의 형태로, 반복적으로 되풀이하여 실행되는 것이 바람직하다. 본원에서, 충전 레벨 센서는 일반적으로, a) 단계에서 파동 신호를 방출하고, 그 후에, b) 및 c) 단계에서, 제 1 기준 표면으로부터, 그리고 액체 표면으로부터 신호의 반사를 기다린다. 그 후, 충전 레벨의 계산은 d) 단계에서 일어난다. a) 단계는 그 후에 다시 실행된다. 필요하다면, a) 단계가 다시 실행되기 전에 시간 간격을 두고 정지될 수 있고, 그 결과 기술된 방법은 예를 들면 적어도 5분마다, 바람직하게 적어도 15분마다, 특히나 바람직하게 적어도 1시간마다 실행되어야 한다. 필요하다면, 상기 시간 간격은 또한 (예를 들면, 판별된 충전 레벨의 기능으로서) 변화되거나, 외부 요구에 응하여 활성/변화될 수 있다.
기술된 방법은, 상기 b)와 c) 단계 사이에, 제 2 기준 표면에 의해 반사된 추가 신호가 상기 충전 레벨 센서에 의해 수신되고, 추가 신호 전달 시간이 판별되고, e) 단계에서는 상기 액체 첨가제의 적어도 하나의 속성이 상기 제 1 신호 전달 시간과 상기 추가 신호 전달 시간의 비교에 의해 판별되는 경우에 특히나 바람직하다. 제 2 기준 표면으로부터의 추가 반사 신호의 수신은 바람직하게 상기 b) 단계와 c) 단계 사이에 일시적으로 위치한 b.2) 단계에서 일어난다.
액체 첨가제에서 파동의 추가 전달 시간 측정은 단지 액체 첨가제의 속성을 판별할 수 있는 것만으로 구성된 것은 아니다. 충전 레벨 측정을 위해 사용되는 전달 시간 측정의 정확성에 영향을 미칠 수 있는 추가 상호 교차 영향력이 판별되고 최소화되는 것 역시 가능하다. 예를 들면, 충전 레벨 센서가 전달 유닛의 하우징에 장착된다는 사실의 결과로, 벽을 통하여, 필요하다면, 연결층을 통하여 충전 레벨 센서로부터 액체 첨가제로의 파동의 전달 시간이 설치 상황에 의존하여 달라지는 경우가 있을 수 있다. 이러한 제조로 인한 차이점(manufacturing-induced differences)은 추가 전달 시간 측정에 의해 보상될 수 있다.
본 발명과 연관하여 주목하여야 하는 바와 같이, 기술된 전달 유닛에 관해 규정된 특정 이점 및 실시예 특징은 기술된 방법에 대응되게 적용되고 전달될 수 있다. 마찬가지로, 기술된 방법에 관해 규정된 특정 이점 및 실시예 특징도 전달 유닛에 동일하게 적용되고 전달될 수 있다.
본 발명 및 기술적인 분야는 도면에 기반하여 이하에서 보다 상세하게 설명할 것이다. 도면은 바람직한 예시 실시예들을 특히 도시하지만, 본 발명은 이에 제한되지는 않는다. 특히, 주목할 점은, 도면, 특히, 도시된 비율이 단지 개략적이라는 것이다. 도면에서:
도 1은 전달 유닛의 제 1 설계 실시예를 가진 탱크를 도시하고,
도 2는 전달 유닛의 제 2 설계 실시예를 가진 탱크를 도시하고,
도 3은 전달 유닛용 보정 구성요소를 도시하고,
도 4는 보정 구성요소를 가진 전달 유닛을 상세하게 도시하고,
도 5는 충전 레벨 센서의 배출 영역을 개략적으로 도시하고,
도 6은 자동차를 도시하며, 그리고
도 7은 탱크에서 충전 레벨을 판별하는 방법의 흐름 다이어그램의 실시예를 도시한다.
동일한 구성요소들은 도면에서 도시되고, 이는 동일한 참조 번호로 지칭된다. 공통된 특징을 가질 수도 있는 도면은 이하에서, 함께 부분적으로 설명될 것이다.
도 1 및 2 각각은 탱크(2)를 도시한다. 전달 유닛(1)은 탱크(2)의 탱크 베이스(18)에 삽입된다. 전달 유닛(1)은 탱크(2)에서의 배출 영역(4)으로 파동(또는 음파)을 방출하도록 설계된 충전 레벨 센서(3)(초음파 센서)를 가진다. 상기 파동은 탱크(2)에서 액체 첨가제(요소 수용액)의 액체 표면(5)에 의해 반사되어, 충전 레벨 센서(3)로 다시 편향된다. 이러한 방식으로, 충전 레벨 센서(3)는 액체 표면(5)과 충전 레벨 센서(3) 간의 거리를 판별할 수 있고, 이로써, 전달 시간 측정을 이용하여, 탱크(2)에서의 액체 첨가제의 충전 레벨도 판별할 수 있다. 충전 레벨 센서(3)는 바람직하게 전달 유닛(1)의 하우징(12)의 내부(28)에 배치된다. 하우징(12)의 벽(14)은 충전 레벨 센서(3)를 탱크(2)로부터 분리시킨다. 이로 인해, 충전 레벨 센서(3)는 액체 첨가제로부터 보호된다. 각 경우에서, 액체 첨가제는 하우징(12)의 외부 측면(11) 상에서만 존재하여 내부(28)로 들어가지 못한다.
도 1 및 2에 따르면, 전달 유닛(1) 상에는 배출 영역(4)으로 뻗어나간 제 1 기준 표면(6)이 구비되고, 상기 제 1 기준 표면은 충전 레벨 센서(3)에 의해 방출된 파동을 탱크(2)로 반사시킨다. 제 1 기준 표면(6)에 의해 반사된 파동 역시 충전 레벨 센서(3)로 다시 이동하고, 그 결과 충전 레벨 센서(3)로부터 제 1 기준 표면(6)으로, 그리고 제 1 기준 표면(6)으로부터 충전 레벨 센서(3)로의 파동의 전달 시간 측정이 실행될 수 있다. 제 1 기준 표면(6)은 차폐 영역(shielded region)(29)이 배출 영역(4)에 존재하도록 하며, 이때, 상기 차폐 영역이 배출 영역(4)에 실제 위치한다는 사실에도 불구하고, 충전 레벨 센서(3)에 의해 방출된 파동은 차폐 영역에서 통과하지 못한다. 제 1 기준 표면(6)은, 배출 영역(4)이 제 1 기준 표면(6)에 의해 완전하게 차폐되지 않도록 설계되되, 이때 제 1 기준 표면(6)이라 하더라도, 충전 레벨 센서(3)에 의해 방출된 파동의 일부는 액체 표면(5)으로 여전하게 이동되고 반사될 수 있다.
도 1에 따르면, 충전 레벨 센서(3)와 더불어, 전달 유닛(1)의 하우징(12)의 돌기(17)에 위치한 온도 센서(16)가 제공된다. 온도 센서(16) 및 충전 레벨 센서(3)는 공통 구성요소로 형성될 수도 있다.
도 2에서, 제 1 기준 표면(6)과 더불어, 충전 레벨 센서(3)에 의해 방출된 파동을 반사시키는 제 2 기준 표면(8)을 제공하고, 그 결과 제 2 기준 표면(8)으로, 다시 충전 레벨 센서(3)로의 파동의 전달 시간 측정 역시 가능하다. 여기서, 제 1 기준 표면(6) 및 제 2 기준 표면(8)은 서로 직접적으로 위아래로 겹쳐 배치되지 않고, 그 결과 충전 레벨 센서(3)로부터의 파동은 제 1 기준 표면(6)과 제 2 기준 표면(8) 둘 다를 강타하며, 그리고 2 개의 별개의 전달 시간 측정이 가능해진다.
도 3은 전달 유닛의 하우징에 고정될 수 있는 보정 구성요소(10)를 도시한다. 상기 보정 구성요소(10)는 제 1 기준 표면(6) 및 제 2 기준 표면(8)을 형성한다. 보정 구성요소는, 바람직하게 (적합한 금속성) 시트로 구성된 스트립 유형으로 형성된다. 이러한 방식으로, 제 1 기준 표면(6)의 위치, 제 2 기준 표면(8)의 위치, 및/또는 충전 레벨 센서(3) 근방에서 받침대로 설계된 가압부(30)의 위치에 관하여, 제조 공차 대해 특히나 정확하게 지켜지는 것이 가능하다. 가압부(30)가 전달 유닛의 하우징의 벽에 인접하여 정확하게 접하는 것을 확보하기 위해, 스프링부(27)는 보정 구성요소(10)의 상부 영역에 구비된다. 스프링부(27)는 편향되어, 충전 레벨 센서(3)와, 제 1 기준 표면(6)과, 제 2 기준 표면(8) 간의 거리가 정확하게 지켜지는 것을 확보하되, 전달 유닛의 하우징의 높이가 서로 다른 경우라 할 지라도 확보한다.
도 4는 보정 구성요소(10)를 가진 전달 유닛의 일부를 도시한다. 전달 유닛의 하우징의 벽(14)을 참조할 수 있다. 충전 레벨 센서(3)는 하우징의 내부(28)에서 벽(14)에 장착된다. 충전 레벨 센서(3)는 예를 들면, 체결 수단(15)에 의해 벽(14)에 죄여지거나 고정된다. 충전 레벨 센서(3)와 벽(14) 사이에는 연결층(13)이 위치하고, 상기 연결층은 충전 레벨 센서(3)로부터 벽으로, 나아가 외부 측면(11)으로, 탱크의 액체 첨가제까지 파동의 효과적인 전달을 허용한다. 보정 구성요소(10)는 하우징의 외부 측면(11)에 장착된다. 가압부(30)는 충전 레벨 센서(3)에 대해 보정 구성요소(10)의 정확한 위치를 확보하기 위한 기능을 한다. 보정 구성요소(10)에 관하여, 제 1 기준 표면(6)을 참조하여 보면, 상기 제 1 기준 표면은 충전 레벨 센서(3)로부터 떨어진 제 1 거리(7)에 위치한다. 제 2 기준 표면(8)을 참조하여 보면, 상기 제 2 기준 표면(8)은 충전 레벨 센서(3)로부터 떨어진 제 2 거리(9)에 위치한다. 보정 구성요소(10)는 체결 수단(15)에 의해 하우징의 벽(14)에 고정된다. 스프링부(27)는, 보정 구성요소(10)의 가압부(30)가 충전 레벨 센서(3) 부근에서 하우징의 벽(14)에 인접하여 접하는 것을 확보하기 위한 기능을 한다.
도 5는 충전 레벨 센서의 배출 영역(4)을 개략적으로 도시한다. 도 5에서, 충전 레벨 센서를 위에서 본 모습이다. 제 1 섹터(sector)(22)에서 충전 레벨 센서에 의해 방출된 파동은 바람직하게 제 1 기준 표면을 강타한다. 제 2 섹터(23)에서 충전 레벨 센서에 의해 방출된 파동은 바람직하게 제 2 기준 표면을 강타한다. 기준 표면들을 강타한 파동은 충전 레벨 센서로 다시 반사된다. 제 3 섹터(24)에서, 충전 레벨 센서로 방출된 파동은 기준 표면들에 의해 방해를 받는 것이 아니라, 오히려 탱크의 첨가제의 액체 표면으로 이동하고, 반사되어 충전 레벨 센서(3)로 다시 이동된다.
도 6은, 내부 연소 기관(20)과, 상기 내부 연소 기관(20)의 배기 가스의 정화를 위해 배기 가스 처리 장치(21)를 가진 자동차(19)를 도시한다. 액체 첨가제는 공급 장치(25)에 의해 배기 가스 처리 장치(21)로 공급될 수 있다. 액체 첨가제는 바람직하게, 환원제이고, 특히나 바람직하게, 요소 수용액(aqueous urea solution)이다. 액체 첨가제는 전달 유닛(1)에 의해 탱크(2)로부터 공급 장치(25)로 공급된다. 추가로, 자동차에 구비된 것은 제어 유닛(26)이며, 상기 제어 유닛에 의해, 전달 유닛이 제어되고, 예를 들면, 충전 레벨 측정 처리가 실행될 수 있다.
도 7은 충전 레벨 측정을 위한 개시 방법을 개략적인 흐름 다이어그램으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 방법 단계 a) 내지 e)는 규칙적인 간격으로, 탱크의 액체 첨가제의 충전 레벨에 관한 최신 정보를 달성하기 위한 루프의 형태로 반복된다.
도면에서 도시된 수단은 일반적으로, 서로 명확하게 연결되는 것이 아니라, 오히려 다른 도면으로부터 실시예들과 함께 조합될 수도 있다. 마찬가지로, 도면에서 도시된 설계 실시예의 특징은, 명확한 관계가 본원에서 확실하게 규정되지 않는 경우, 본 발명을 보다 상세하게 규정하기 위해 개별적으로 간주될 수 있다.
이로써, 본 발명은 종래 기술과 연관하여 두드러진 기술적 문제점을 완화시킨다. 특히, 탱크로부터 액체 첨가제를 추출하는, 특히나 바람직한 전달 유닛이 제안되었고, 이때 전달 유닛은 특히나 바람직한 충전 레벨 센서를 가진다. 나아가, 탱크의 액체 첨가제의 충전 레벨을 모니터링하는, 특히나 바람직한 방법이 규정된다. 본 발명은 특히 자동차에서 요소 수용액을 저장 및 전달하는 분야에서 사용된다.
1 전달 유닛 2 탱크
3 충전 레벨 센서 4 배출 영역
5 액체 표면 6 제 1 기준 표면
7 제 1 거리 8 제 2 기준 표면
9 제 2 거리 10 보정 구성요소
11 외부 측면 12 하우징
13 연결층 14 벽
15 체결 수단 16 온도 센서
17 돌기 18 탱크 베이스
19 자동차 20 내부 연소 기관
21 배기 가스 처리 장치 22 제 1 섹터
23 제 2 섹터 24 제 3 섹터
25 공급 장치 26 제어 유닛
27 스프링부 28 내부
29 차폐 영역 30 가압부

Claims (12)

  1. 탱크(2)로부터 액체 첨가제를 추출하는 전달 유닛(1)에 있어서,
    상기 전달 유닛은 상기 탱크(2) 상에 장착될 수 있고, 상기 탱크(2)에서 액체 첨가제의 충전 레벨을 측정하는 충전 레벨 센서(3)를 가지며,
    상기 충전 레벨 센서(3)는 상기 탱크(2)의 배출 영역(4)으로 파동을 방출하기 위해 설정되고, 상기 충전 레벨은 액체 표면(5)에 의해 반사되어 상기 충전 레벨 센서(3)를 다시 강타하는 파동의 전달 시간 측정에 의해 측정될 수 있고,
    상기 전달 유닛(1)은, 상기 배출 영역(4)으로 적어도 부분적으로 뻗어나가고 상기 충전 레벨 센서(3)로부터 떨어진 제 1 거리(7)에 있는 적어도 하나의 제 1 기준 표면(6)을 가지고,
    상기 적어도 하나의 제 1 기준 표면(6)은, 상기 전달 유닛의 하우징(12)의 외부 측면(11)에 장착된 별도의 보정 구성요소(10) 상에 배치되고,
    상기 보정 구성요소(10)는 상기 전달 시간 측정의 정확성을 증가시키기 위해, 상기 충전 레벨 센서(3)와 상기 제 1 기준 표면(6) 사이에서 상기 제 1 거리(7)를 정의하도록 구성된 전달 유닛(1).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전달 유닛(1)은, 상기 배출 영역(4)으로 적어도 부분적으로 뻗어나가고 상기 충전 레벨 센서(3)로부터 떨어진 제 2 거리(9)에 있는 제 2 기준 표면(8)을 추가로 가진 전달 유닛(1).
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 충전 레벨 센서(3)는 초음파 센서인 전달 유닛(1).
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 기준 표면(6)은, 상기 충전 레벨 센서(3)에 대해 제 1 기준 표면(6)의 제 1 거리(7)를 정의하기 위해, 상기 보정 구성요소(10) 상에 개별적으로 위치될 수 있는 전달 유닛(1).
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전달 유닛은 하우징(12)을 가지고,
    상기 충전 레벨 센서(3)는 상기 하우징(12)에 배치되고, 연결층(13)을 통해 상기 하우징의 벽(14)과 접촉을 하고,
    상기 충전 레벨 센서(3)는 상기 벽(14)을 통하여 파동을 방출 및 수신하기 위해 설계되는 전달 유닛(1).
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 탱크(2)에서 상기 액체 첨가제의 온도를 측정하는 온도 센서(16)는 상기 충전 레벨 센서(3) 상에 배치되는 전달 유닛(1).
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 전달 유닛(1)은 돌기(17)를 가진 하우징(12)을 가지고,
    상기 온도 센서(16)는 상기 하우징(12)에 배치되되, 상기 돌기(17)에 배치되는 전달 유닛(1).
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전달 유닛은 상기 액체 첨가제의 적어도 하나의 속성을 추가로 측정하기 위해 설정되고, 상기 설정의 목적을 위하여, 상기 제 1 기준 표면(6)으로, 그리고 다시 충전 레벨 센서(3)로의 파동의 전달 시간의 적어도 하나의 측정을 구현하여 사용하는 전달 유닛(1).
  9. 액체 첨가제를 저장하는 탱크(2)에 있어서,
    상기 탱크는 탱크 베이스(18)를 가지고,
    상기 탱크 베이스 상에는, 청구항 1 또는 청구항 2에 따른 전달 유닛(1)이 배치되는 전달 유닛(1).
  10. 적어도 하나의 내부 연소 기관(20)과, 상기 내부 연소 기관(20)의 배기 가스의 정화를 위한 배기 가스 처리 장치(21)와, 액체 첨가제를 저장하는 탱크(2)와, 그리고 청구항 1 또는 청구항 2에 따른 전달 유닛(1)을 포함하며,
    이때, 상기 전달 유닛은 상기 탱크(2)로부터 액체 첨가제를 추출하고, 상기 액체 첨가제를 배기 가스 처리 장치(21)에 전달하기 위해 설계되는 자동차(19).
  11. 적어도 하나의 충전 레벨 센서(3)에 의해 탱크(2)에서 액체 첨가제의 충전 레벨을 모니터링하는 방법에 있어서,
    a) 상기 충전 레벨 센서(3)에 의해 상기 탱크(2)에 파형 신호를 방출하고, 시간 측정을 활성화하는 단계;
    b) 상기 충전 레벨 센서(3)를 이용하여, 제 1 기준 표면(6)에 의해 반사된 적어도 하나의 제 1 신호를 수신하고, 제 1 신호 전달 시간을 판별하는 단계;
    c) 상기 충전 레벨 센서(3)를 이용하여, 액체 표면(5)에 의해 반사된 제 2 신호를 수신하고, 제 2 신호 전달 시간을 판별하는 단계; 및
    d) 상기 제 1 신호 전달 시간과 상기 제 2 신호 전달 시간의 비교에 의해 충전 레벨을 계산하는 단계;를 적어도 포함하며,
    상기 b)와 c) 단계 사이에, 제 2 기준 표면(8)에 의해 반사된 추가 신호가 상기 충전 레벨 센서(3)에 의해 수신되고, 추가 신호 전달 시간이 판별되고,
    e) 단계에서는 상기 액체 첨가제의 적어도 하나의 속성이 상기 제 1 신호 전달 시간과 상기 추가 신호 전달 시간의 비교에 의해 판별되는, 액체 첨가제의 충전 레벨 모니터링 방법.
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