阅读说明：本技术 声音引导单元和用于存储流体还原剂的箱 (Sound guide unit and tank for storing a fluid reducing agent ) 是由 J·汉内科 J·卢伊格罗克范德韦尔弗 F·费尔德曼 于 2019-01-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于箱(2)的声音引导单元(20),所述箱设置为用于存储流体(6),所述声音引导单元具有充注高度-声音测量区段,所述充注高度-声音测量区段构造为用于测量箱(2)中的流体(6)的充注高度(H)。所述充注高度-声音测量区段包括基本上沿竖直方向延伸的声音引导管(34)和布置在所述声音引导管(34)的下端部上的充注高度-声音转换器(26)。所述声音引导单元(20)也具有加热体(40),所述加热体布置在所述声音引导管(34)的至少一个子区域上或围绕着该子区域。(The invention relates to a sound guide unit (20) for a tank (2) which is provided for storing a fluid (6) and which has a fill level sound measuring section which is designed to measure a fill level (H) of the fluid (6) in the tank (2). The filling level sound measuring section comprises a sound guide tube (34) extending substantially in a vertical direction and a filling level sound converter (26) arranged on a lower end of the sound guide tube (34). The sound guide unit (20) also has a heating body (40) which is arranged on or around at least one subregion of the sound guide tube (34).)

声音引导单元和用于存储流体还原剂的箱

技术领域

本发明涉及一种声音引导单元和一种具有这样的声音引导单元的用于存储流体还原剂的箱。本发明还涉及一种具有这样的箱的废气还原系统。

背景技术

为了还原包含在内燃机、尤其是柴油发动机的废气中的氮氧化物(NO_X)，将液态还原剂、尤其是尿素水溶液喷射到内燃机的废气系中。

还原剂被储存在箱中。为了确定箱中的还原剂的充注高度，可以使用超声渡越时间区段，该超声渡越时间区段能够实现，根据测量的超声信号到箱中的还原剂表面的渡越时间确定还原剂的充注高度。

尿素水溶液在约-11.5℃时冻结。在低的周围环境温度下，冻结的尿素水溶液必须被解冻，以便该尿素水溶液能够用于还原废气。

发明内容

本发明的任务是，能够实现箱中的冻结的流体、尤其是冻结的还原剂的快速解冻。

根据本发明的一个实施例，用于箱的声音引导单元具有充注高度-声音测量区段，所述箱设置为用于存储流体、尤其是流体还原剂，该充注高度-声音测量区段构造为用于测量箱中的流体的充注高度。充注高度-声音测量区段包括基本上沿竖直方向延伸的声音引导管和布置在声音引导管的下端部上的充注高度-声音转换器。此外，声音引导单元具有至少一个加热体，该加热体布置在声音引导管的至少一个子区域上或围绕着该子区域布置。

本发明的一个实施例还包括用于存储流体、尤其是流体还原剂，例如尿素水溶液的箱和具有这样的箱的废气还原系统，所述箱具有根据本发明的声音引导单元。

根据本发明，加热体靠近声音引导管能够实现流体、尤其是声音引导管内的流体的快速解冻。此外，根据本发明的声音引导单元能够改变声音引导管的长度，而不必改变声音引导单元的其它尺寸。因此，能够以较少的费事将声音引导单元匹配于不同的箱。

在一个实施方式中，至少一个加热体具有至少一个槽口或凹槽，并且声音引导管的至少一个子区域布置在至少一个槽口中。这能够实现从加热体到声音引导管上的良好的热传递。

在一个实施方式中，声音引导管至少部分地由磁性金属构成，并且在加热体中或加热体上存在至少一个(永)磁体，该(永)磁体能够实现，声音引导管通过磁力固定在加热体上。以这种方式可以在声音引导管和加热体之间实现稳定的、但在需要时可松开的机械连接。尤其可以通过加热体固定声音引导管。由此，即使在大的加速度情况下也可以避免或至少减少声音引导管的不希望的振动，所述振动可能导致声音的使测量结果失真的散射反射。

加热体以及在加热体上或加热体处存在的电/电子元件可以被保护层，例如塑料注塑包封件或收缩软管包围，以便保护加热体和电/电子元件免受流体影响。

在一个实施方式中，声音引导管的直径(内径)与充注高度-声音转换器的直径相一致，以便能够实现声音从充注高度-声音转换器到声音引导管中的良好传递。该声音引导管可以具有尤其10mm至18mm的内径、尤其是12mm至16mm的内径、特别是14mm的内径。在其它应用情况中，声音引导管也可以具有小于10mm的内径。

在一个实施方式中，声音引导单元附加地具有质量-声音测量区段，该质量-声音测量区段能够实现确定箱中的流体(还原剂)的质量。质量-声音测量区段基本上正交于充注高度-声音测量区段沿水平方向延伸，尤其在箱的底部附近延伸，使得充注高度-声音测量区段能够与箱中的流体的充注高度无关地使用。

在一个实施方式中，声音引导单元包括布置在质量-声音测量区段上的质量-声音转换器，使得质量-声音测量区段能够与充注高度-声音测量区段无关地运行。

在一个实施方式中，质量-声音测量区段包括主反射器，其中，主反射器尤其布置在质量-声音转换器和声音引导管之间。这能够实现具有高稳定性的声音引导单元的紧凑结构形式。此外，这样的几何形状能够实现，通过布置在质量-声音转换器与声音引导管之间的电或电子控制电路的余热加热质量-声音测量区段，使得可以省去用于质量-声音测量区段的附加的加热装置。

在一个实施方式中，声音引导单元也包括布置在质量-声音测量区段上的参照反射器。借助附加的参照反射器能够以较高的精确性确定流体的质量。

参照反射器尤其可以布置在质量-声音转换器和主反射器之间，使得可以根据质量-声音转换器和主反射器之间与质量-声音转换器和参照反射器之间的渡越时间差确定流体的质量。以这种方式可以进一步减少制造公差对测量结果的影响。

在一个实施方式中，声音引导单元包括转换器单元和测量区段单元，所述转换器单元和测量区段单元构造为单独的构件。在此，充注高度-声音转换器构造在转换器单元中或转换器单元上，而声音引导管构造在测量区段单元中或测量区段单元上。由转换器单元和测量区段单元的组合能够实现声音引导单元的简单的制造和装配。

在一个实施方式中，转换器单元和测量区段单元能够通过水平相对运动或通过竖直相对运动相互连接，以便共同形成声音引导单元。

在一个实施方式中，转换器单元和测量区段单元中的至少一个具有至少一个卡锁元件，该卡锁元件能够实现，将两个单元通过至少一个卡锁元件卡入到另一个单元中相互连接。以这种方式，两个单元可以简单且可靠地相互连接。

在一个实施方式中，转换器单元和测量区段单元中的一个具有至少一个导向凸起，而转换器单元和测量区段单元中的另一个具有至少一个导向槽，该导向槽构造为用于接收和引导至少一个导向凸起。以这种方式，转换器单元和测量区段单元可以受控地相对彼此运动，其中，导向凸起沿着导向槽运动，以便将声音引导管精确地定位在充注高度-声音转换器上方。以这种方式还可以进一步改善对箱中的流体的流体高度测量的质量。

根据本发明的一件式测量区段单元的刚度以及该测量区段单元在转换器单元上的稳定固定减少了由于装配、尤其是箱的焊接和随后的冷却以及由于测量区段的由行驶动态性产生的运动的影响，所述影响可能使测量结果失真。

附图说明

在下面参照附图说明本发明的实施例。

图1用于将存储在箱中的流体喷射到内燃机的废气系中的装置的示意图；

图2根据本发明的一个实施例的声音引导单元的侧剖视图；

图3在图2中所示的声音引导单元的俯视图；

图4直观说明了测量区段单元与转换器单元通过焊缝的连接；

图5至7直观说明了测量区段单元与转换器单元通过卡锁连接的连接；

图8至9相对彼此可移动地相互连接的转换器单元和测量区段单元。

具体实施方式

图1示出用于将存储在箱2中的流体还原剂6(流体)、尤其是尿素水溶液喷射到内燃机14、尤其是柴油发动机14的废气系12中的废气还原系统1的示意图。

在废气还原系统1运行时，流体6由可布置在箱2内或箱外的输送模块4从箱2中取出并且在提高的压力下通过压力管路8供应给直接定位在废气系12上的喷射装置10。喷射装置10将流体6喷射到废气系12中，在那里流体与内燃机14的流经废气系12的废气16混合。

在箱2的底部3上布置有声音引导单元20，该声音引导单元能够实现，确定箱2中的流体6的充注高度和/或流体6的质量。

图2示出布置在箱2的底部3上的声音引导单元20的放大的侧剖视图。

图3示出声音引导单元20的俯视图。

声音引导单元20包括转换器单元22和测量区段单元24。

在转换器单元22中设置有两个声音转换器26、28。声音转换器26、28包括设置为用于确定箱2中的流体6的充注高度H的充注高度-声音转换器26和设置为用于确定流体6的质量的质量-声音转换器28。

两个声音转换器26、28可以分别作为声音发生器和声音传感器运行和/或包括声音由声音发生器和声音传感器的组合。两个声音转换器26、28可以，但不必是结构相同的并且尤其可以构造为压电式声音转换器。

两个声转换器26、28可以被共同的电或电子控制电路30操控，该控制电路构造在印刷电路板32上，该印刷电路板布置在转换器单元22中/上。在一个替代的、未在附图中示出的实施例中，两个声音转换器26、28可以分别具有自己的控制电路30。在此，两个声音转换器26、28的控制电路30可以构造在共同的或单独的印制电路板32上。

充注高度-声音转换器26这样地构造和布置，使得该充注高度-声音转换器在运行中基本上沿竖直方向向上，即朝存储在箱2中的流体6的表面的方向发出声音。

质量-声音转换器28这样地构造和布置，使得该质量-声音转换器基本上沿水平方向发出声音。

测量区段单元24布置在转换器单元22上方。

测量区段单元24尤其包括声音引导管34，该声音引导管基本上沿竖直方向延伸并且优选直接布置在充注高度-声音转换器26上方，使得由充注高度-声音转换器26发出的声音基本上在声音引导管34内传播。

声音引导管34在其两端是敞开的。在声音引导管34的下端部与转换器单元22之间形成间隙36，使得存储在箱2中的流体6能够流到声音引导管34中。间隙36尤其具有最大3mm的间隙宽度b。因此，流体6在声音引导管34中的充注高度h按照连通管的原理由箱2中的流体6的充注高度H得出。

为了优化地利用由充注高度-声音转换器26发出的声音，声音引导管34的内径d₁基本上相应于充注高度-声音转换器26的直径d₂。直径d₁和d₂可以为尤其10mm至18mm、尤其是12mm至16mm、特别是14mm。在其它情况下，声音引导管的内径d₁也可以小于10mm。

在充注高度-声音转换器26运行时，由充注高度-声音转换器26发出的声音在声音引导管34中的流体6内传播并且在声音引导管34中的流体柱的表面38上反射。反射的声音被充注高度-声音转换器26探测到并且由声音信号在充注高度-声音转换器26与表面38之间的渡越时间可以基于流体6中的已知的声速确定流体6在声音引导管34中的充注高度H和从而也确定流体6在箱2中的充注高度H。

声音引导管40至少部分地被加热体40包围。

加热体40尤其具有基本上沿竖直方向延伸的槽口或凹槽46，并且声音引导管40装入到槽口46或凹槽中，尤其使得声音引导管40的至少一半周边与加热体40接触。

加热体40由导热良好的材料，例如铝制成并且与发热的元件42热连接。发热的元件42可以是专门的加热元件，例如PTC加热元件，或电/电子元件，例如控制电路，所述加热元件在运行中发出所希望的热量。

由于其良好的导热性，加热体40将由发热的元件42发出的热量有效地传递到声音引导管40上，该声音引导管将热量进一步传递到位于其中的流体6上。

加热体40还能够实现，将位于声音引导管40外的箱2中的冻结的介质解冻。

加热体40和存在于加热体40上或加热体处的发热的元件42可以被附图中未示出的保护层41，例如塑料注塑包封件或收缩软管包围，以便保护加热体40和发热的元件42免受流体6的影响。

为了能够实现到流体6上的良好的热传递，声音引导管34也由导热良好的材料，例如金属、尤其是不锈钢或导热良好的塑料制成。

如果声音引导管34至少部分地由磁性金属制成，则可以在加热体40上或加热体中设置永磁体44，该永磁体能够实现，将声音引导管34通过其磁力固定在加热体40上。以这种方式，即使在作用到声音引导单元20上的大的加速度(g力)情况下，也可以避免声音引导管34的运动/振动，该运动/振动将导致声音的不希望的散射反射。

根据本发明的由声音引导管34与加热体40的组合能够实现，快速且有效地解冻箱2中和尤其在声音引导管34内的流体6或防止该流体冻结。由此可以在废气还原系统1开始运行之后快速地确定箱2中的流体4的充注高度H。也快速地提供液态的流体6，该流体可以被喷射到内燃机14的废气系12中。

除声音引导管34外，测量区段单元24还包括至少一个反射器(主反射器)52，该反射器能够实现，与质量-声音转换器28共同作用地确定存储在箱2中的流体6的质量。因为流体6的污染导致声速的改变，所以可以从声音信号的沿着具有已知长度D₀的测量区段58的渡越时间推导出流体6的质量。

为了避免也可能由测量区段单元24相对于转换器单元22的位置变化得出的测量误差，测量区段单元24附加地具有参照反射器54。流体6的质量基于质量-声音转换器28与两个反射器52、54之间的渡越时间差确定。两个反射器52、54之间的间距D₁通过测量区段单元24的几何形状固定地预给定，使得可以与测量区段单元24相对于转换器单元22的位置无关地以高的精确性确定流体6的质量。

两个反射器52、54沿水平方向布置在质量-声音转换器28和充注高度-声音转换器26之间，使得质量-声音测量区段58中的流体6附加地通过在转换器单元22中布置在两个声音转换器26、28之间的控制电路30的余热来加热。

这可以通过构造在控制电路30的印刷电路板32上的热阱56来辅助，该热阱将由控制电路30在运行中产生的热量有针对性地传导至质量-声音测量区段58。以这种方式有效地导出由控制电路30产生的热，使得可以省略印刷电路板32上的附加的冷却元件和控制电路30的激活的温度调节。

除声音引导管34中的流体6外，质量-声音测量区段58中的流体6也被快速加热/解冻，使得可以在废气还原系统1开始运行之后快速地确定流体6的质量，并且质量-声音测量区段58中的流体6也作为液态流体6可供使用，以便被喷射到内燃机14的废气系12中。

测量区段单元24可以与转换器单元22通过焊缝60、61固定连接。在图4中示出焊缝60、61的两种可能的变型。当声音转换器26、28具有小的直径d₂和/或能够期望大的加速度时，通过焊缝60、61的连接尤其是有利的。

替代地，测量区段单元24和转换器单元22可以通过卡锁连接相互连接，如示例性地在图5至7中所示的那样。

构造在测量区段单元24或转换器单元22上并且例如能够在导向通道63中运动的弹性的卡锁钩/卡锁凸起62嵌接到对应的凹槽64中，所述凹槽构造在两个单元22、24中的另一个上/中。

在此，测量区段单元24和转换器单元22可以或者通过水平运动(参见图5)、即平行于质量-声音测量区段58的运动，或者通过竖直运动(参见图6和图7)、即平行于声音引导管34中的充注高度-声音测量区段的运动相互连接。

在测量区段单元24和转换器单元22之间、尤其在测量区段单元24的面向转换器单元22的底部上，可以设置弹性元件(弹簧元件)66(参见图5)，这些弹性元件确定测量区段单元24相对于转换器单元22在竖直方向上的位置并且尤其确定转换器单元22和声音引导管34的下端部之间的间隙36的宽度b。

测量区段单元24也可以沿水平方向可移动地安装在转换器单元22上，如在图8和9中所示的那样。这能够实现，声音引导管34始终精确地布置在充注高度-声音转换器26上方并且补偿可能的制造公差。然后，测量区段单元24在优化的位置中例如通过焊接(参见图4)固定在转换器单元22上。

为此，可以在两个单元22、24中的至少一个单元上构造一个或多个导向凸起72，所述导向凸起嵌入到至少一个对应的导向槽70中，所述导向槽构造在两个单元22、24中的另一个单元中/上。

导向槽70的尤其沿水平方向定向的取向预给定两个单元22、24可相对彼此运动的方向。

在图7和9所示的实施例中，导向凸起72构造在测量区段单元24上，而导向槽70构造在转换器单元22中。然而，本领域技术人员能够理解，导向凸起72也可以构造在转换器单元22上，而导向槽70也可以构造在测量区段单元24中。

本领域技术人员也能够理解，充注高度-声音测量区段与质量-声音测量区段58的所示的组合在声音引导单元20中是可选的，并且声音引导管34与至少部分地包围声音引导管34的加热元件40的根据本发明的组合也可以在没有质量-声音测量区段58的情况下实现。

同样，可以通过设置在转换器单元22中的控制电路30的余热而与充注高度-声音测量区段无关地实现对质量-声音测量区段58的有利加热。