KR20150091140A - 액체의 충전 레벨을 초음파로 측정하는 방법 - Google Patents

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콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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Abstract

본 발명은 초음파 센서 (2)를 사용하여, 탱크 (1) 내의 액체 첨가제 (4)의 충전 레벨을 측정하는 방법에 관한 것이다. 방법에서, 초음파 센서 (2)로부터 액체 첨가제 (4)의 액체 레벨 (3)까지 초음파 신호의 제 1 전파 시간의 측정은 우선 수행된다. 그 다음으로, 적어도 하나의 초음파 펄스의 도움으로 액체 첨가제 (4) 내의 적어도 하나의 기준 표면 (5)이 세정된다. 그 후, 초음파 센서 (2)로부터 적어도 하나의 기준 표면 (5)까지 초음파 신호의 적어도 하나의 제 2 전파 시간은 측정되며, 그리고 충전 레벨은 제 1 전파 시간 및 제 2 전파 시간으로부터 계산된다.

Description

액체의 충전 레벨을 초음파로 측정하는 방법{METHOD FOR MEASURING ULTRASONICALLY THE FILL LEVEL OF A LIQUID}
본 발명은 탱크 내의 액체 첨가제의 충전 레벨 (fill level)을 측정하는 방법에 관한 것이다. 탱크에서 액체 첨가제는 예를 들면, 자동차의 사용을 위해 제공될 수 있다.
자동차 분야에서, 예를 들면, 배기-가스 정화 디바이스들은 널리 사용되며, 여기에서 연소 기관의 배기 가스들은 액체 첨가제의 도움으로 정화된다. 예를 들면, 선택적 촉매 환원 (selective catalytic reduction)의 방법은 알려져 있고[SCR 방법; SCR = 선택적 촉매 환원], 액체 첨가제로서 환원제는 배기 가스에 추가되며, 그리고 상기 배기 가스 내의 질소 산화 화합물들은 환원제의 도움으로 환원된다. 요소/수용액은 SCR 방법에 대해 환원제로서 규칙적으로 사용된다; 그것이 액체 첨가제로서 저장 및 제공될 수 있으며, 그 후에 배기 가스에 그리고/또는 배기 가스 안으로 추가되기 전에, 암모니아로 전환될 수 있다. 그 후, 실제 환원 반응은 배기 가스에서 암모니아와 산화 질소 화합물들 사이에서 일어난다. 암모니아로의 요소/수용액 전환은 배기-가스 열의 결과로 배기 가스에서 열적으로 일어날 수 있고, 그리고/또는 가수 분해로, 즉 가수 분해 촉매에 의해 지원된다. 상기 전환은 배기 가스에서, 또는 배기-가스-외부 컨버터에서 일어날 수 있다. 32.5 퍼센트의 요소 함량을 가진 요소/수용액은 SCR 방법을 위해 상표명 AdBlue을 가진 액체 첨가제로서 구입가능하다.
충전-레벨 센서들은 자동차에서 탱크 내의 이용 가능한 환원제의 양을 모니터링하기 위해 탱크 상에 통상적으로 제공된다. 이러한 정황에서, 초음파 센서들의 사용 역시 알려져 있다; 이는 액체 첨가제에서 초음파 신호의 전파 시간 측정의 도움으로 충전 레벨을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 전파 시간은 보통, 탱크의 바닥에 있는 초음파 방출기로부터 탱크 내의 액체 레벨까지, 그리고 다시 탱크 바닥 상의 초음파 수신기까지 측정된다. 이를 위해, 초음파 방출기에 의해 방출된 초음파 신호는 액체 레벨에서 반사된다. 액체 레벨의 거리는 액체 첨가제 내의 초음파 신호의 전파 속도에 기반하여, 이러한 전파 시간으로부터 결정될 수 있다.
탱크 내의 초음파의 파동들의 전파 속도는 규칙적으로 액체 첨가제의 조성물에 의존한다. 이러한 조성물은 품질 및 농도의 변화들의 결과로 변화될 수 있다. 이에 따라, 추가적인 기준 측정은 통상적으로 초음파 센서들의 경우에 수행된다. 초음파 센서로부터 기준 표면 (reference surface)까지, 그리고 다시 초음파 센서까지의 초음파 신호의 전파 시간은 이러한 기준 측정 동안 결정된다. 이러한 경우에서, 초음파 센서로부터 기준 표면까지의 경로 길이는 정확하게 알려져 있다. 게다가, 이러한 경로는 액체 첨가제로 완전하게 충전된다. 이로써, 상기 경로는 전부 액체 레벨 아래에 위치한다. 상기 경로를 따른 초음파 신호의 전파 시간 측정은 액체 첨가제 내의 초음파 신호의 전파 속도가 정확하게 결정되도록 한다. 이로써, 확립된 초음파 신호의 전파 속도는 액체 레벨과 초음파 센서 사이의 거리의 측정을 보정 또는 교정하기 위해 사용될 수 있다.
특히 액체 첨가제로서 요소/수용액의 경우에서 발견된 바와 같이, 기준 표면들 상의 또는 상기 기준 표면들에서 불순물들 및/또는 가스 포집들은 초음파 측정에 대해 문제점을 발생시킨다. 기준 표면들 상의 불순물들은 기준 표면에 대하여 전파 시간의 측정의 현저한 역효과를 가질 수 있는데, 이는 초음파 신호가 기준 표면에서 불순물들에 의해 제어되지 않은 방식으로 반사 및 산란되기 때문이다. 이에 따라서, 깨끗한 초음파 신호가 기준 표면에서 더 이상 반사되지 않으며, 그리고 전파 시간이 더 이상 정확하게 측정될 수 없는 경우가 있을 수 있다.
이로부터, 본 발명의 목적은 종래 기술과 함께 기술된 기술적인 문제점들을 해결하거나 적어도 완화시키는 것이다. 특히, 탱크 내의 액체 첨가제의 충전 레벨을 측정하는 특히나 이점을 가진 방법이 필요하다.
이러한 목적들은 청구항 1의 특징부들에 따른 방법에 의해 달성된다. 방법의 추가 이점이 있는 실시예들은 종속되어 기술된 청구항들에서 규정된다. 청구항들에 개별적으로 나열된 특징부들은 원한다면 기술적인 적절한 방식에 조합될 수 있으며, 그리고 상세한 설명의 기술 내용에 의해 보충될 수 있고, 본 발명의 추가 실시예 변형들은 강조된다.
초음파 센서를 이용하여 탱크 내의 액체 첨가제의 충전 레벨을 측정하는 방법은 본 발명에 따라서 적어도 다음 단계들을 포함한다:
a) 초음파 센서로부터 액체 첨가제의 액체 레벨까지 초음파 신호의 제 1 전파 시간을 측정하는 단계;
b) 적어도 하나의 초음파 펄스의 도움으로, 액체 첨가제 내의 적어도 하나의 기준 표면을 세정하는 단계;
c) 초음파 센서로부터 적어도 하나의 기준 표면까지 초음파 신호의 적어도 하나의 제 2 전파 시간을 측정하는 단계; 및
d) 제 1 전파 시간 및 제 2 전파 시간으로부터 충전 레벨을 계산하는 단계.
액체 첨가제는 추가로 상술된 요소/수용액인 것이 바람직하다. 탱크는 자동차의 사용을 위해, 액체 첨가제를 저장하고 상기 액체 첨가제를 배기-가스 처리 디바이스에 공급하기 위해 제공되는 것이 바람직하다. 초음파 센서는 바람직하게 탱크의 바닥의 영역에 배치되며, 그리고 바람직하게 초음파 전송 유닛 및 초음파 수신 유닛을 포함한다. 초음파 전송 유닛은 초음파 신호들을 방출하도록 구성된다. 초음파 수신 유닛은, 방출된 초음파 신호로 되돌아 가는 반사 신호들을 수신하도록 구성된다. 초음파 전송 유닛 및 초음파 수신 유닛은 바람직하게 하나 (단일) 초음파 센서로 함께 일체형을 이룬다. 초음파 전송 유닛은 바람직하게, 탱크 내의 액체 레벨에 맞서 수직 방향으로 아래로부터 초음파 신호들을 방출하도록 정렬된다. 탱크 내의 액체 레벨은, 중력의 결과로 탱크 내의 액체 첨가제의 특정 양이 충전된 경우에 탱크에서 발생되는 액체 표면에 대응한다. 액체 레벨은 액체 첨가제와 가스 (특히 공기) 사이의 계면이고, 이때 상기 가스는 액체 첨가제 위에서 탱크에 존재한다.
단계 a)에서 제 1 전파 시간이 측정될 시에, 초음파 신호의 전파 시간은 초음파 센서로부터 액체 레벨까지, 그리고 다시 초음파 센서까지 직선을 따라 결정된다. 이를 위하여, 이를 위해 사용된 초음파 신호는 바람직하게 초음파 전송 유닛에 의해 방출되며, 그리고 초음파 수신 유닛에 의해 수신된다.
초음파 신호보다 오히려 초음파 펄스는 단계 b)에서 기준 표면의 세정 동안 사용된다. 초음파 펄스 그 자체는 초음파 신호와는 다르지 않다. 단지 차이가 있다면, 초음파 펄스인 경우, 어떠한 초음파 수신 유닛도 응답 신호를 기대할 수 없다는 점이다. 단계 b)에서 초음파 펄스는 바람직하게, 기준 표면 상의 불순물들이 초음파 펄스에 의해 제거되거나, 또는 용해될 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 초음파 펄스의 다음의 파라미터들 중 적어도 하나는 이를 위해 적합하게 선택될 수 있다 (그리고 또한 이에 대해, 측정을 위해 사용된 초음파 신호와는 다를 수 있다):
- 초음파 펄스의 주파수;
- 초음파 펄스의 기간 (duration); 및
- 초음파 펄스의 진폭
액체 첨가제에서, 초음파는 종파와 같이 전파된다. 종파는 전파의 방향을 따라 발진한다. 초음파 펄스의 주파수 및 진폭은 이러한 종파의 주파수 및 진폭을 의미한다. 진폭은, 발진 동안 일어나는 최대 압력의 형태로, 또는 발진 동안 일어나는 액체 첨가제의 최대 이동 및/또는 변위의 형태로 규정될 수 있다. 초음파 펄스의 기간은, 바람직하게 초음파 펄스의 방출이 종료될 때까지, 초음파 펄스의 방출의 시작으로부터 일정 시간에 의해 정의된다.
예를 들어, 기준 표면들 상의 불순물들은 가스 버블들 (gaseous bubbles) 및/또는 고체 침전물들일 수 있다. 가스 버블들은 공기 및/또는 암모니아를 포함할 수 있다. 암모니아는 요소/수용액으로부터, 특히 상승된 온도에서 생겨날 수 있다. 이러한 과정은 또한 "탈가스 과정 (outgassing)"으로 지칭된다. 예를 들어, 침전물들은 요소/수용액으로 침전된 결정체 요소로 구성될 수 있다.
기준 표면이 단계 b) 이후에 세정되면, 기준 표면까지 초음파 신호의 제 2 전파 시간의 제 2 측정이 있고, 이때 상기 전파 시간은 초음파 센서로부터 기준 표면까지, 그리고 다시 초음파 센서까지 직선 경로 상에서 결정된다.
차후에, 충전 레벨은 단계 d)에서 제 1 전파 시간 및 제 2 전파 시간으로부터 계산된다. 이러한 계산에서, 액체 첨가제에서 초음파 신호의 전파 속도는 제 2 전파 시간, 및 초음파 센서와 기준 표면 간의 공지된 거리의 도움으로 처음에 결정된다. 액체 레벨과 초음파 센서 간의 거리는 이러한 전파 속도의 도움으로 제 1 전파 시간으로부터 확립된다. 충전 레벨은 결과적으로 이러한 거리로부터 계산된다. 또한, 액체 레벨과 초음파 센서 간의 거리가 충전 레벨을 나타내는 값으로 직접 사용되는 것이 가능하다. 본원에서 점차적으로 설명되는 계산은 제어 장치에서 계산 루틴 (calculation routine)의 형태를 하여 저장될 수 있다.
초음파 펄스는 초음파 센서를 위해 기준 표면들을 세정하는데 특히나 효과적이고 빠른 선택물이다. 초음파 펄스는 기준 표면들 상의 결정체 침전물들 및 가스 버블들 둘 다를 용해하거나 제거하기 위해 사용될 수 있다. 초음파 펄스 에너지는 액체 첨가제에 의해 특히나 양호하게 전송되며, 이로써, 기준 표면 상의 불순물들을 용해시키기 위해, 기준 표면 상에서 대상을 향한 방식 (targeted manner)으로 가해질 수 있다. 초음파 펄스들은, 기준 표면 상에 고정된 암모니아 가스 버블들의 효과적인 제거에 특히나 양호하게 적합하다. 상기와 같은 암모니아 가스 버블들은 탱크 내의 액체 첨가제의 부분적인 전환의 결과로서 발생될 수 있다.
기준 표면을 세정하는 방법 단계 b)는 초음파 신호의 도움으로 각각의 측정을 하는 동안 일어날 필요는 없다. 예를 들어, 단계 b)가 단지 매 열 번째 측정에서 수행되는 것이 가능하다. 이는 초음파 펄스들에 필요한 에너지를 절감시킬 수 있다. 이는, 제 1 전파 시간이 미리결정된 제 1 전파 시간 간격 동안 초음파 수신 유닛에 도달하지 못했다고, 그리고/또는 반사/수신된 응답 신호가 미리결정된 제 1 응답 신호 세기 범위에 속하지 않는다고, 가능한 대로 선행 단계 d)가 결정하는 경우일 수 있다. 이러한 2 개의 경우들 중 하나가 결정되는 경우, 단계 b)는 (즉각적으로, 그리고/또는 기술된 방법의 다음 사이클 동안) 수행된다. 이에 대해, 기준 표면들의 세정이 필요한지를 규칙적으로 검사하기 위해 단계 d)를 사용하는 것, 그리고 이것이 단지 그 경우라면 방법 단계 b)를 수행하는 것이 가능하다.
게다가, 방법 단계들 a) 내지 d)는 바람직하게 반복적으로 루프 방식으로 반복된다. 단계들 a) 내지 d)의 순서는 고정되지 않는다. 순서는 또한 달라질 수 있다. 예를 들어, 세정 단계 b)는 전파 시간 측정들 (단계들 a) 및 c)) 둘 다 앞서 처음에 일어날 수 있다.
기술된 방법은 특히, 적어도 하나의 초음파 펄스가 초음파 신호들보다 높은 에너지를 가지는 경우 이점을 가진다. 초음파 펄스에 포함된 에너지는 바람직하게, (측정을 위해 사용된) 초음파 신호에 포함된 에너지의 적어도 5 배, 그리고 특히 바람직하게 심지어 적어도 20 배이다.
특히, 초음파 펄스 또는 초음파 신호의 에너지는 초음파 펄스 또는 초음파 신호의 주파수, 진폭 및 기간에 의존한다. 초음파 펄스의 고 에너지는 특히 기준 표면들의 세정을 우수하고 철저하게 한다. 동시에, 초음파 신호를 위해 사용된 에너지는 초음파 펄스의 도움으로 규칙적인 세정에 의해 줄어들 수 있는데, 이는, 기준 표면들이 규칙적으로 철저하게 세정되는 경우, 심지어 초음파 신호들의 저 에너지의 경우라도, 전파 시간의 정확한 측정이 여전하게 가능하기 때문이다.
초음파 펄스에 대한 응답 신호가 모니터링되지 않아야 하기 때문에, 그리고 초음파 펄스의 도움으로 전파 시간 측정이 없기 때문에, 초음파 펄스가 방출될 시에 초음파 센서의 초음파 수신 유닛이 불활성화된 경우에 이점이 있을 수 있다. 이는 초음파 펄스에 의해 초음파 수신 유닛의 손상을 피할 수 있다. 예를 들어, 상기와 같은 손상은, 초음파 펄스가 너무 강해서 수신 유닛에 의해 처리될 수 없기 때문에 일어날 수 있다.
방법은, 초음파 펄스가 초음파 신호로서, 동일한 초음파 센서에 의해 방출되는 경우에 더 이점이 있을 수 있다.
이로써, 초음파 센서에서 초음파 전송 유닛은 바람직하게 초음파 펄스 역시 방출하도록 사용된다.
기술된 방법의 이러한 실시예 변형은 충전-레벨 센서 상의 추가 구성요소들 없이 방법을 수행하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 이때 초음파 센서의 초음파 전송 유닛은 기준 표면들을 세정하기에 적합한 초음파 펄스를 방출하기 위해, 충분한 치수들을 가질 필요가 있다.
방법은, 단계 b)에서, 초음파 펄스가 별개의 초음파 세정 장치에 의해 생성되는 경우에 더 이점이 있을 수 있다.
초음파 세정 장치는 단지 초음파 펄스를 방출하는 초음파 전송 유닛을 필요로 한다. 초음파 수신 유닛은 필요가 없는데, 이는 (추가로 상술된 바와 같이) 초음파 펄스가 더 이상 모니터링되지 않기 때문이다.
이러한 초음파 세정 장치는 또한 선택적으로 누적되는 방식으로 제공될 수 있는데, 예를 들면, 단계 b)의 서로 다른 특징들이 초음파 센서 및 초음파 세정 장치에 의해 수행되는 경우에 그러하다. 예를 들어, 가능한 바와 같이, 초음파 센서로부터의 초음파 펄스를 사용한 기준 표면의 약간의 세정 (light cleaning)은 단계 b)에서 규칙적으로 일어날 수 있으며, 그리고 초음파 세정 장치의 초음파 펄스를 사용한 보다 철저한 세정은, 기준 표면의 상당한 더러움이 식별되는 경우에 발생될 수 있다. 예를 들어, 상기와 같은 상당한 더러움은 이미 상술된 바와 같이, 단계 d)를 사용하여 식별될 수 있다.
초음파 센서와는 별개의 초음파 세정 장치를 사용하여 초음파 펄스를 방출하는 것은 상기 초음파 세정 장치가 초음파 센서로부터 별개로 치수화되고 설계될 수 있어서, 특히 우수하고 효과적인 세정 과정이 가능하게 된다는 이점을 가진다. 예를 들어, 이는, 초음파 센서가 충분히 강한 초음파 펄스 (이때 상기 강한 초음파 펄스로 기준 표면들의 우수한 세정이 가능함)를 생성하는데 사용될 수 없는 경우일 수 있다. 초음파 세정 장치를 특히 이점이 있게 세정하도록 배치하는 것 역시 가능하다. 예를 들어, 이는 기준 표면들의 바로 인근에서 초음파 세정 장치를 배치시키는 것일 수 있다.
방법은, 적어도 2 개의 기준 표면들이 제공되어 구현되며, 그리고 다음 파라미터들 중 적어도 하나는 서로 다른 기준 표면들에 대한 서로 다른 제 2 전파 시간들의 도움으로, 단계 e)에서 결정되는 경우에서 더 이점이 있을 수 있다:
- 액체 첨가제의 품질; 및
- 액체 첨가제에서 요소의 농도.
액체 첨가제에서 초음파 신호들의 전파 속도는, 액체 첨가제가 요소/수용액인 경우에 액체 첨가제의 품질 또는 액체 첨가제에서의 요소의 농도에 적어도 부분적으로 의존한다. 탱크에서 서로 다른 기준 표면들에 대한 서로 다른 전파 시간들을 이용함으로써, 품질 및/또는 농도의 측정은 서로 다른 전파 시간들을 비교함으로써, 이루어질 수 있다. 이는 특히 탱크 내의 충전-레벨 측정을 품질 및 농도의 측정에 연관시키는 특히나 효과적인 선택이다.
서로 다른 기준 표면들은 또한 생성 허용공차들 (production tolerances)을 최소화시키거나 향상시키기 위해 제공될 수 있다. 예를 들어, 이는 초음파 센서와 기준 표면 간의 거리보다 2 개의 기준 표면들 간의 거리를 정확하게 유지시키는 것이 보다 간단할 수 있다. 이는, 초음파 센서가 액체 첨가제에 직접 위치하지 않고 탱크 외부에 배치되는 경우에 특히나 적용된다. 이러한 경우에서, 2 개의 전파 시간 측정들과 2 개의 기준 표면들을 비교함으로써, 초음파 센서와 기준 표면 간의 거리에 대한 부정확성을 무시하는 것이 가능하다. 그러므로, 2 개의 기준 표면들에 대한 2 개의 전파 시간 측정들이 단계 c)에서 수행되는 것 역시 가능하며, 그리고 그 후에 이러한 2 개의 전파 시간 측정들은 충전 레벨을 계산하기 위해 단계 d)에서 사용될 수 있다.
방법은, 적어도 2 개의 초음파 펄스들이 적어도 하나의 기준 표면을 세정하는 단계 b)에서 방출되는 경우에 더 이점이 있을 수 있다.
심지어 3 개 초과, 또는 예를 들면, 심지어 10 개 초과의 초음파 펄스들이 기준 표면을 세정하기 위해 방출되는 것이 바람직하다. 여기에서, 기준 표면 상의 불순물들은 각각의 초음파 펄스에 의해 더 용해된다. 그러므로, 복수의 초음파 펄스들을 사용하여 세정하는 것은 특히나 효과적이고 간단할 수 있으며, 이때 상기 세정하는 동안 세정에 필요한 에너지 입력은 단지 하나의 긴 초음파 펄스로 이루어져 사용되는 경우보다도 가능한 한 낮다. 초음파 펄스들은 임펄스성 방식 (impulsive fashion)으로 서로 따르는 것이 바람직할 수 있다.
방법은, 기준 표면이 세정된 후에, 상기 세정이 성공적인지, 그리고 상기 세정이 성공적이지 못한 경우 또 다른 초음파 펄스가 기준 표면을 세정하기 위해 방출되는지를 검사하기 위하여, 테스트 측정은 초음파 센서로부터 초음파 신호를 사용하여, 단계 b)에서 수행되는 경우에 더 이점이 있을 수 있다.
예를 들어, 테스트 측정은 기준 표면에 대해 초음파 신호의 전파 시간 측정을 수행하고, 차후에 이러한 전파 시간 측정의 결과를 위해 타당성 검사를 수행함으로써 이루어질 수 있다. 전파 시간 측정이 타당한 범위에 속한 전파 시간을 제공하는 경우, 기준 표면이 완전하게 세정된 것으로 추정된다. 전파 시간 측정이 임펄스성 전파 시간 (예를 들면, 예상된 전파 시간으로부터 10 퍼센트 초과, 20 퍼센트 초과 또는 심지어 50 퍼센트 초과하여 벗어나거나, 또는 기준 표면에서 초음파 신호의 반사의 (사용가능한) 어떠한 응답 신호도 기록되는 않음)을 제공하는 경우, 기준 표면의 세정이 여전하게 충분하지 못한 것으로 추정될 수 있다. 이러한 경우에서, 또 다른 초음파 펄스가 방출된다. 응답 신호의 강도가 세정을 가늠하기 위해 테스트 측정에서 평가되는 것 역시 가능하다. 예를 들어, 응답 신호가 예상된 응답 신호보다 10, 20 또는 심지어 50% 초과하여 약한 경우, 기준 표면의 세정이 여전하게 충분하지 못한 것으로 추정될 수 있다.
이러한 절차는 이렇게 종종 수행될 수 있되, 테스트 측정으로 기준 표면이 충분하게 세정되었다고 할 때까지 수행될 수 있다. 그러나, 사이클의 수들에 대해 상한 임계치를 설정하는 것 (그 이후에 어떠한 추가적인 초음파 펄스들도 세정 목적을 위해 방출되지 않음)이 가능하다. 예를 들어, 5 또는 10 번 초과의 테스트 측정 이후에는, 초음파 센서의 도움으로 기준 표면을 세정하는 것이 작동하지 않는 것으로 추정될 수 있다. 그 후, 상기 과정은 중단될 수 있다. 탱크 내의 액체 첨가제의 충전 레벨이 이러한 경우에 더 이상 현저하게 모니터링될 수 없기 때문에, 그 후에, 에러 신호는 제어 장치로 전송될 수 있고, 이때, 상기 에러 신호는 자기 진단 (onboard diagnosis)의 범위 내에서 평가된다.
초음파 펄스가 20 kHz [킬로헤르츠] 내지 2 MHz [메가헤르츠]의 주파수를 가지는 경우 추가 이점이 있을 수 있다. 초음파 펄스의 주파수는 바람직하게 20 kHz 내지 40 kHz에 속한다. 특히 효과적인 세정은 상기와 같은 초음파 펄스를 사용하여 가능하다.
방법은, 초음파 펄스가 10 밀리초 내지 20 초의 기간 (duration)을 가지는 경우 역시 이점이 있을 수 있다. 이러한 초음파 펄스들의 시간들은, 기준 표면의 충분한 세정을 얻을 수 있는 것으로 추정될 수 있다.
적어도 100 바의 압력 피크들 (pressure peaks)이, 초음파 펄스의 결과로, 적어도 하나의 기준 표면에서 일어나는 경우 추가적인 이점이 있을 수 있다. 압력 피크들은 바람직하게 심지어 1000 바보다 크거나, 또는 10 000 바보다 크다. 압력 피크들 동안 상기와 같은 높은 압력들은 예를 들면 초음파 펄스의 주파수 및 진폭의 적합한 선택의 결과로 얻어질 수 있다.
이러한 압력 피크들은 기준 표면 상에 초음파 파동들이 충돌하는 동안 일어난다. 이러한 압력 피크들은 매우 짧은 기간을 가진다. 압력 피크들의 기간은 초음파 펄스의 초음파 파동들의 주파수에 의존한다. 하나의 (별개의) 압력 피크는 통상적으로 하나의 발진 동안 일어난다. 예를 들어, 20 kHz의 주파수의 경우에서, 압력 피크는 0.05 밀리초보다 짧다. 압력 피크들은 초음파 펄스 동안 액체 첨가제의 고주파 종 이동 (longitudinal movement) (초음파 펄스의 전파 방향)으로부터 발생된다. 압력 피크들이 이렇게 짧지만, 압력 피크들은 기준 표면들 상에 있는 심지어 매우 단단한 침전물들 또는 매우 확고하게 고정된 버블들을 용해시킬 수 있다. 압력 피크들은 침전물들 또는 버블들 상에서 현저한 힘을 발생시킨다.
나아가, 액체 첨가제용 탱크에 설치된 전달 유닛이 적어도 하나의 초음파 센서 및 전자 모듈 (electronics module)을 가지는 것으로 규정되고, 기술된 방법은 전달 유닛에 의해 수행될 수 있다. 다른 말로 하면, 이는 특히, 전달 기구가 방법을 수행하기에 적합하고, 상기 방법을 수행하도록 구성된다는 것을 의미한다.
전달 유닛은 바람직하게 하우징을 가지며, 상기 하우징은 탱크의 바닥에서 개방부에 삽입될 수 있다. 전달 유닛은 유밀한 방식 (fluid-tight fashion)으로 탱크 바닥에서 이러한 개방부를 밀봉한다. 초음파 센서는 전달 유닛의 하우징에 배치되며, 그리고 상기 초음파 센서가 탱크에 설치된 상황에서, 상기 초음파 센서가 탱크 내의 액체 레벨을 향하여 정렬되도록 정렬된다. 전달 유닛은, 액체 첨가제가 탱크로부터 제거될 수 있는 흡입 지점을 더 가진다. 게다가, 전달 유닛은 라인 커넥터를 가지며, 상기 라인 커넥터에 라인이 연결될 수 있고, 상기 라인을 통해 액체 첨가제가 전달 유닛으로부터 처리될 수 있다. 액체 첨가제를 전달하는 펌프는 또한 전달 유닛에 바람직하게 제공된다. 전달 유닛 내의 전자 모듈은 바람직하게 초음파 센서에 직접 연결되며, 그리고 초음파 센서에 의해 충전 레벨의 측정을 제어 또는 모니터링한다. 전자 모듈은 또한 기술된 방법에 따라 기준 표면의 세정을 수행하도록 구성될 수 있다. 전자 모듈은 또한 제어 유닛을 가질 수 있고, 상기 제어 유닛을 이용하여, 적어도 하나의 초음파 센서가 동작되며, 평가 유닛이 응답 신호들을 포획 및 평가하도록 제공될 수 있다.
게다가, 연소 기관 및 상기 연소 기관의 배치 가스들을 정화시키는 배기-가스 처리 디바이스를 가지는 자동차가 제안되며, 이때 상기 배기-가스 처리 디바이스는 SCR 촉매 컨버터를 가지고, 상기 컨버터에 의해 선택적 촉매 환원의 방법이 수행될 수 있다. 액체 첨가제는 첨가 디바이스를 통해 배기-가스 처리 디바이스로 공급될 수 있다. 액체 첨가제는 상술된 전달 유닛을 이용하여, 공급 라인을 따라 탱크로부터 첨가 디바이스로 전달된다. 자동차는 바람직하게, 첨가 디바이스를 이용한 공급 및 전달 유닛을 이용한 전달을 모니터링하는 제어 장치를 가진다. 이러한 제어 장치는 또한 기술된 방법의 수행을 개시 또는 모니터링하도록 구성될 수 있다. 본원에서, 제어 장치는 제어 유닛을 가질 수 있고, 상기 제어 유닛에 의해 적어도 하나의 초음파 센서는 동작되며, 평가 유닛은 또한 응답 신호들을 포획 및 평가하도록 제공될 수 있다.
본 발명 및 기술적인 분야는 도면에 기반하여 이하에서 보다 상세하게 설명할 것이다. 도면은 바람직한 예시 실시예들을 특히 도시하지만; 그러나, 본 발명은 이에 제한되지는 않는다. 특히, 도면 및 도시된 비율이 단지 개략적인 것이라는 참조하여야 한다. 상세하게:
도 1: 기술된 방법에 대한 전달 유닛의 제 1 실시예 변형을 도시하고;
도 2: 기술된 방법에 대한 전달 유닛의 제 2 실시예 변형을 도시하고;
도 3: 기술된 방법의 순서도를 도시하며; 그리고
도 4: 기술된 방법에 대한 전달 유닛을 가진 자동차를 도시한다.
도 1 및 2는 기술된 방법에 대한 전달 유닛들 (7)의 서로 다른 실시예 변형을 도시하고, 상기 방법은 처음에 본원에서 함께 설명될 것이다. 전달 유닛들(7) 둘 다는 하우징 (13)을 가지며, 그리고 액체 첨가제 (4)가 저장되는 탱크 (1)의 탱크 바닥 (8)에 설치된다. 액체 첨가제 (4)의 액체 레벨 (3)은 중력으로 인해 탱크 (1)에서 일어난다. 액체 첨가제 (4)는 액체 레벨 (3) 아래에 존재한다. 액체 레벨 (3) 위에는 특히 가스 또는 공기가 있다. 전달 유닛 (7)은 흡입 지점 (10)에서 탱크 (1)로부터 액체 첨가제 (4)를 제거하며, 펌프 (11)를 이용하여 상기 첨가제를 라인 커넥터 (12)로 전달하고, 이때 상기 라인 커넥터는 첨가 디바이스에 대한 라인이 연결될 수 있다. 전달 유닛들 (7) 각각은 하나의 초음파 센서 (2)를 가지고, 상기 초음파 센서는 전자 모듈 (9)에 연결될 수 있다. 초음파 센서 (2)는 초음파 신호를, 제 1 경로 (14)를 따라 액체 레벨 (3)로 방출하도록 구성된다. 그 후, 초음파 신호는 액체 레벨 (3)에서 반사되며, 그리고 제 1 경로 (14)를 따라 다시 초음파 센서 (2)로 전파된다. 초음파 센서 (2)는 또한 초음파 신호를, 제 2 경로 (15)를 따라 기준 표면 (5)으로 초음파 신호를 방출하도록 구성된다. 초음파 신호는 또한 기준 표면 (5)에서 반사되며, 그리고 그 후에 초음파 센서 (2)로 다시 전파된다.
도 1에 따른 실시예 변형에서, 초음파 펄스는 또한 초음파 센서 (2)에 의해 만들어진다. 이로써, 초음파 센서 (2)는 적어도 하나의 초음파 펄스에 의하여 기준 표면 (5)을 세정한다.
도 2에 따른 실시예 변형에서, 추가 초음파 세정 장치 (6)가 제공되어 구현되며, 상기 추가 초음파 세정 장치에 의하여 초음파 펄스들은 기준 표면들 (5)을 세정하기 위해 방출된다.
도 2에 따른 실시예 변형에서, 게다가 2 개의 기준 표면들 (5)이 제공되어 구현되며, 상기 기준 표면들 사이에는 제 3 경로 (16)가 존재한다. 이러한 제 3 경로 (16)는 제 2 경로 (15)의 길이와는 관계없이, 액체 첨가제 (4)에서 초음파 신호의 속도를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 이는 초음파 센서의 위치에 대해 생성 허용공차들을 줄이는 것을 가능하게 한다. 게다가, 서로 다른 전파 시간 측정들 (measurements)은 또한 액체 첨가제 (4)의 품질 및/또는 농도를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
도 3은 기술된 방법의 순서도를 도시한다. 방법 단계들 a), b), c) 및 d), 이뿐 아니라, 액체 첨가제의 품질 또는 농도를 측정하기 위한 선택적 방법 단계 e)가 식별된다. 유사하게 나타난 바와 같이, 방법은 루프에 따라 반복적으로 반복된다. 테스트 단계 (24)가 단계 b)에 인접할 수 있고, 방법 단계 b)의 일부로서 여전하게 카운팅될 수 있음을 식별하는 것이 가능하다. 기준 표면들이 아직 세정되지 않았다는 것을 테스트 단계 (24) 내의 테스트가 제공하는 경우, 방법 단계 b)는 반복될 수 있다. 또한 우회로 (25)를 식별하는 것이 가능하고, 상기 우회로에 따라 방법 단계 b)는 우회될 수 있다. 에너지를 절감하기 위해서, 방법 단계 b)가 기술된 방법의 각 반복동안 반드시 수행될 필요는 없다.
도 4는 연소 기관 (20), 및 연소 기관 (20)의 배기 가스를 정화시키는 SCR 촉매 컨버터 (18)를 구비한 배기-가스 처리 디바이스 (19)를 가진 자동차 (17)를 도시한다. 액체 첨가제는 첨가 디바이스 (21)에 의해 배기-가스 처리 디바이스 (19)로 공급될 수 있다. 첨가 디바이스 (21)에는 액체 첨가제가 탱크 (1)로부터 전달 유닛 (7)에 의해 공급 라인 (22)을 통해 공급된다. 자동차 (17)는 추가적으로 제어 장치 (23)를 가지고, 상기 제어 장치에 의하여, 첨가 디바이스 (21)의 동작 및 전달 유닛 (7)의 동작은 모니터링될 수 있으며, 그리고 또한 기술된 방법을 개시하거나 수행하도록 구성될 수 있다.
만일의 경우에 대비하여, 참조해 보면, 도면들의 특징들의 조합들은 의무적인 것이 아니라 (참조번호가 본원에서 명확하게 나타나 있지 않은 경우), 오히려 하나의 도면의 하위 구성요소들이 다른 도면들의 하위 구성요소들과 조합될 수도 있다. 이는 특히, 초음파 센서들 및/또는 초음파 세정 장치들 및/또는 기준 표면들의 수, 위치, 정렬, 유형에 대해 적용된다.
본원에서 기술된 방법은 액체 첨가제용 탱크 내의 초음파 센서에 대한 기준 표면들의 특히나 효과적인 세정을 가능하게 하며, 그 결과 초음파 센서의 도움으로, 탱크 내의 액체 첨가제의 충전 레벨의 특히나 정확한 측정들을 가능하게 한다,
1 탱크 2 초음파 센서
3 액체 레벨 4 액체 첨가제
5 기준 표면 6 초음파 세정 장치
7 전달 유닛 8 탱크 바닥
9 전자 모듈 10 흡입 지점
11 펌프 12 라인 커넥터
13 하우징 14 제 1 경로
15 제 2 경로 16 제 3 경로
17 자동차 18 SCR 촉매 컨버터
19 배기-가스 처리 디바이스 20 연소 기관
21 첨가 디바이스 22 공급 라인
23 제어 장치 24 테스트 단계
25 우회로

Claims (11)

  1. 초음파 센서 (2)를 이용하여 탱크 (1) 내의 액체 첨가제 (4)의 충전 레벨을 측정하는 방법에 있어서,
    a) 상기 초음파 센서 (2)로부터 상기 액체 첨가제 (4)의 액체 레벨 (3)까지 초음파 신호의 제 1 전파 시간을 측정하는 단계;
    b) 적어도 하나의 초음파 펄스의 도움으로, 상기 액체 첨가제 (4) 내의 적어도 하나의 기준 표면 (5)을 세정하는 단계;
    c) 상기 초음파 센서 (2)로부터 상기 적어도 하나의 기준 표면 (5)까지 초음파 신호의 적어도 하나의 제 2 전파 시간을 측정하는 단계; 및
    d) 상기 제 1 전파 시간 및 상기 제 2 전파 시간으로부터 상기 충전 레벨을 계산하는 단계;를 적어도 포함하는, 액체 첨가제 충전 레벨 측정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 초음파 펄스는 상기 초음파 신호들보다 높은 에너지를 가지는, 액체 첨가제 충전 레벨 측정 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 초음파 펄스는 상기 초음파 신호로서, 동일한 초음파 센서 (2)에 의해 방출되는, 액체 첨가제 충전 레벨 측정 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 b)에서, 상기 초음파 펄스는 별개의 초음파 세정 장치 (6)에 의해 생성되는, 액체 첨가제 충전 레벨 측정 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 2 개의 기준 표면들 (5)이 제공되어 구현되며, 그리고 다음 파라미터들 중 적어도 하나는 서로 다른 기준 표면들에 대한 서로 다른 제 2 전파 시간들의 도움으로, 단계 e)에서 결정되는, 액체 첨가제 충전 레벨 측정 방법.
    - 상기 액체 첨가제 (4)의 품질; 및
    - 상기 액체 첨가제 (4)에서 요소의 농도
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 2 개의 초음파 펄스들은 상기 적어도 하나의 기준 표면 (5)을 세정하는 단계 b)에서 방출되는, 액체 첨가제 충전 레벨 측정 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    기준 표면 (5)이 세정된 후에, 상기 세정이 성공적인지, 그리고 상기 세정이 성공적이지 못한 경우 또 다른 초음파 펄스가 기준 표면 (5)을 세정하기 위해 방출되는지를 검사하기 위하여, 테스트 측정은 상기 초음파 센서 (2)로부터 초음파 신호를 사용하여, 단계 b)에서 수행되는, 액체 첨가제 충전 레벨 측정 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    초음파 펄스는 20 킬로헤르츠 내지 2 메가헤르츠의 주파수를 가지는, 액체 첨가제 충전 레벨 측정 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    초음파 펄스는 10 밀리초 내지 20 초의 기간 (duration)을 가지는, 액체 첨가제 충전 레벨 측정 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 100 바의 압력 피크들 (pressure peaks)은, 초음파 펄스의 결과로, 상기 적어도 하나의 기준 표면 (5)에서 일어나는, 액체 첨가제 충전 레벨 측정 방법.
  11. 액체 첨가제용 탱크 (1)에 설치되는 전달 유닛 (7)에 있어서,
    상기 전달 유닛은 적어도 하나의 초음파 센서 (2) 및 전자 모듈 (9)을 가지며, 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 따른 액체 첨가제 충전 레벨 측정 방법은 상기 전달 유닛에 의해 수행될 수 있는, 전달 유닛.
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