DE102017209471A1

DE102017209471A1 - ultrasonic sensor

Info

Publication number: DE102017209471A1
Application number: DE102017209471.0A
Authority: DE
Inventors: Philippe Grass; Stephan Heinrich
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2017-06-06
Publication date: 2018-06-28

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor (10) zum Erfassen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids (4) einer Brennkraftmaschine. Der Ultraschallsensor (10) weist einen Schallwandler (12), der dazu ausgebildet ist, Ultraschallwellen auszusenden und zu empfangen, und ein im Fluid angeordnetes Schallführungselement (20) auf, das einen Schallführungsabschnitt (22), der dazu ausgebildet ist, die vom Schallwandler (12) ausgesandten Ultraschallwellen vor einer Einkopplung in das Fluid (4) zumindest teilweise zu führen, und einen Schallkopplungsabschnitt (24) umfasst, der dazu ausgebildet ist, die vom Schallführungsabschnitt (22) geführten Ultraschallwellen derart in das Fluid (4) einzukoppeln, dass die Ultraschallwellen zumindest teilweise in Richtung der Fluidoberfläche ausgesandt werden. Der Schallkopplungsabschnitt (24) hat eine Form mit einem höchsten Punkt (26), der einen vorbestimmten Abstand (A) zu einem dem Schallwandler (12) zugewandten Ende des Schallführungsabschnitts (22) aufweist.

The invention relates to an ultrasonic sensor (10) for detecting the fill level and / or the quality of a fluid (4) of an internal combustion engine. The ultrasonic sensor (10) has a sound transducer (12), which is designed to emit and receive ultrasonic waves, and a sound guide element (20), which is arranged in the fluid and has a sound guide section (22), which is formed by the sound transducer ( 12) emitted ultrasound waves before coupling into the fluid (4) at least partially, and a Schallkopplungsabschnitt (24), which is adapted to couple the guided by the sound guide portion (22) ultrasonic waves in the fluid (4) that the Ultrasonic waves are emitted at least partially in the direction of the fluid surface. The sound coupling section (24) has a shape with a highest point (26) having a predetermined distance (A) to an end of the sound guide section (22) facing the sound transducer (12).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Ultraschallsensor zum Erfassen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids, wie beispielsweise eines Harnstoffs, einer Kühlflüssigkeit oder eines Getriebeöls, einer Brennkraftmaschine.The present invention relates to an ultrasonic sensor for an internal combustion engine, in particular an ultrasonic sensor for detecting the level and / or the quality of a fluid, such as a urea, a cooling fluid or a transmission oil, an internal combustion engine.

Ultraschallsensoren werden auf den unterschiedlichsten Anwendungsfeldern und für unterschiedliche Fluide bzw. Flüssigkeiten eingesetzt. Mit Hilfe des Ultraschallsensors werden Ultraschallwellen ausgesendet, die von einer Grenzfläche des Fluids bzw. Flüssigkeit zu einem angrenzenden Medium reflektiert werden. Die reflektierten Ultraschallwellen werden von einem Ultraschallempfänger empfangen. Mit Hilfe einer geeigneten Auswertung kann beispielsweise auf Grundlage der Laufzeit der Ultraschallwellen ein Füllstand der Flüssigkeit in dem Behälter ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Qualität des Fluids qualitativ erfasst werden.Ultrasonic sensors are used in a wide variety of application fields and for different fluids or liquids. With the aid of the ultrasonic sensor ultrasonic waves are emitted, which are reflected by an interface of the fluid or fluid to an adjacent medium. The reflected ultrasonic waves are received by an ultrasonic receiver. With the aid of a suitable evaluation, for example, based on the transit time of the ultrasonic waves, a fill level of the liquid in the container can be determined. Alternatively or additionally, the quality of the fluid can be qualitatively recorded.

Ferner sind Ultraschallsensoren bekannt, bei denen der (Ultra-)Schallwandler im und/oder am Boden verbaut ist, wobei sich zunehmend Aufbauten verbreiten, bei denen der Ultraschallwandler an den Tank von unten gekoppelt ist. Dabei steht der Schallwandler nicht mit dem zu messenden Fluid bzw. Flüssigkeit in Kontakt, was sich insbesondere bei aggressiven Medien als Vorteil erwiesen hat.Furthermore, ultrasound sensors are known in which the (ultra) sound transducer is installed in and / or on the ground, wherein increasingly spread structures in which the ultrasonic transducer is coupled to the tank from below. In this case, the sound transducer is not in contact with the fluid or liquid to be measured, which has proven to be an advantage, especially in aggressive media.

Jedoch kann es bei bestimmten Flüssigkeiten zu Sedimentbildung, Ausfällreaktionen und/oder Ablagerungen kommen, wobei sich dabei Schichten am Boden des Fluidbehälters bilden können, die die von außen in den Fluidbehälter eingebrachten Ultraschallwellen streuen oder reflektieren und so den Weg der akustischen Welle ablenken und/oder dämpfen können. Dadurch kann eine Auswertung der Laufzeit nicht mehr möglich sein. Bei solchen System sind aufwändige Wartungen des Fluidbehälters notwendig. Beispielsweise müssen die am Boden des Fluidbehälters befindlichen Ablagerungen durch intensive Reinigungsprozesse gespült oder entfernt werden.However, sedimentation, precipitation reactions and / or deposits may occur in certain liquids, whereby layers may form on the bottom of the fluid container which scatter or reflect the ultrasonic waves introduced from outside into the fluid container and thus divert the path of the acoustic wave and / or can dampen. As a result, it is no longer possible to evaluate the runtime. In such a system elaborate maintenance of the fluid container are necessary. For example, the deposits located at the bottom of the fluid container must be rinsed or removed by intensive cleaning processes.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschallsensor vorzusehen, bei dem die oben genannten Probleme überwunden werden können.The present invention has for its object to provide an ultrasonic sensor, in which the above-mentioned problems can be overcome.

Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zugrunde, die von außen in einen Fluidbehälter eingebrachten Ultraschallwellen derart zu führen, dass potentiell am Boden des Fluidbehälters vorhandene Ablagerungs- und/oder Sedimentschichten ohne Beeinträchtigung der Ultraschallwelle überwunden werden können. Dazu wird ein Schallführungselement vorgesehen, das sich an eine Wand, an der auch der Schallwandler angeschlossen ist, anschließt und somit die Ultraschallwellen durch den Bereich der Ablagerungsschichten unverfälscht hindurchführt.The present invention is based essentially on the idea to guide the introduced from the outside into a fluid container ultrasonic waves such that potentially existing at the bottom of the fluid container deposits and / or sediment layers can be overcome without affecting the ultrasonic wave. For this purpose, a sound guide element is provided, which adjoins a wall to which the sound transducer is also connected, and thus passes the ultrasonic waves through the area of the deposition layers unadulterated.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist somit ein Ultraschallsensor zum Erfassen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids einer Brennkraftmaschine vorgesehen, der einen Schallwandler, der dazu ausgebildet ist, Ultraschallwellen auszusenden und zu empfangen, und ein im Fluid angeordnetes Schallführungselement aufweist, das einen Schallführungsabschnitt, der dazu ausgebildet ist, die vom Schallwandler ausgesandten Ultraschallwellen vor einer Einkopplung in das Fluid zumindest teilweise zu führen, und einen Schallkopplungsabschnitt umfasst, der dazu ausgebildet ist, die vom Schallführungsabschnitt geführten Ultraschallwellen derart in das Fluid einzukoppeln, dass Ultraschallwellen zumindest teilweise in Richtung der Fluidoberfläche ausgesandt werden. Der Schallkopplungsabschnitt hat eine Form mit einem obersten Punkt, der einen vorbestimmten Abstand zu einem dem Schallwandler zugewandten Ende des Schallführungsabschnitts aufweist.Thus, according to the present invention, there is provided an ultrasonic sensor for detecting the level and / or quality of a fluid of an internal combustion engine having a sound transducer configured to emit and receive ultrasonic waves and a sound guide member disposed in the fluid having a sound guide portion, which is designed to at least partially guide the ultrasonic waves emitted by the sound transducer prior to being coupled into the fluid, and a sound coupling section configured to couple the ultrasonic waves guided by the sound guide section into the fluid in such a way that ultrasonic waves are at least partially directed towards the fluid surface to be sent out. The sound coupling section has a shape having a topmost point that is a predetermined distance from an end of the sound guide section facing the sound transducer.

Der vorbestimmte Abstand zwischen dem höchsten Punkt des Schallkopplungsabschnitts und dem dem Schallwandler zugewandten Ende des Schallführungsabschnitts ist vorzugsweise derart bemessen, dass dieser größer ist als die größte anzunehmende Dicke einer am Boden des Fluidbehälters abgelagerten Sediment- bzw. Ablagerungsschicht. Somit können die vom Schallwandler ausgesandten Ultraschallwellen ohne Probleme in den Fluidbehälter eingekoppelt werden und werden nicht durch etwaige Ablagerungen negativ beeinträchtigt.The predetermined distance between the highest point of the Schallkopplungsabschnitts and the sound transducer facing the end of the sound guide section is preferably dimensioned such that it is greater than the largest assumed thickness deposited on the bottom of the fluid container sediment or deposit layer. Thus, the ultrasonic waves emitted by the transducer can be coupled into the fluid container without problems and are not adversely affected by any deposits.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Schallkopplungsabschnitt eine der Fluidoberfläche zugewandte Oberfläche mit einer im Wesentlichen konvexen Form auf. Die konvexe Form hat den Vorteil, dass im Fluid vorhandene Ablagerungen zwar im Wesentlichen durch die Schwerkraft nach unten wandern, jedoch durch die konvexe Form aus dem Schallführungsweg in Richtung des Bodens geleitet werden. Somit kann der Schallführungsweg, in dem sich auch das Schallführungselement angeordnet befindet, frei von Ablagerungen gehalten werden. Außerdem kann durch eine Bewegung der Flüssigkeit ein zumindest teilweises Freispülen von auf dem Schallführungselement abgelagerten Ablagerungen erzielt werden.In an advantageous embodiment, the sound coupling section has a surface facing the fluid surface with a substantially convex shape. The convex shape has the advantage that deposits present in the fluid, although migrating downwards substantially by gravity, are guided by the convex shape out of the sound guide path in the direction of the bottom. Thus, the Schallführungsweg, in which the sound guide element is arranged, are kept free of deposits. In addition, by a movement of the liquid, an at least partial flushing of deposited on the sound guide element deposits can be achieved.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Schallkopplungsabschnitt eine Form auf, die im Wesentlichen einem Kugelsegment entspricht. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Schallkopplungsabschnitt eine Form auf, die im Wesentlichen einer Halbkugel entspricht. In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Schallkopplungsabschnitt eine Form auf, die im Wesentlichen einen Kegel, vorzugsweise Kreiskegel, entspricht. In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Schallkopplungsabschnitt eine Form auf, die im Wesentlichen einer Pyramide entspricht. Ferner kann die Form des Schallkopplungsabschnitts jegliche Kombination der genannten Formen aufweisen, wie beispielsweise ein Kegelstumpf mit halbkugelförmigem Ende.In an advantageous embodiment, the Schallkopplungsabschnitt a shape that corresponds substantially to a spherical segment. In a further preferred embodiment, the sound coupling section has a shape which substantially corresponds to a hemisphere. In yet another preferred embodiment, the sound coupling section has a shape that substantially corresponds to a cone, preferably circular cone. In yet another preferred embodiment, the sound coupling portion has a shape that substantially corresponds to a pyramid. Further, the shape of the sound coupling portion may have any combination of the shapes mentioned, such as a truncated cone with a hemispherical end.

Durch die im Wesentlichen konvexen Formen des Schallkopplungsabschnitts kann sichergestellt werden, dass die im Fluid ausgefällten Ablagerungen in allen drei Raumrichtungen aus dem Schallführungsweg geleitet werden. Dies hat gegenüber einer beispielsweise dreieckigen Querschnittsform des Schallführungselements den Vorteil, dass die Ablagerungen nicht nur in eine bevorzugte Richtung abgeleitet werden, bei der es unter Umständen zu einem Fall kommen kann, bei dem die Anhäufungen in der bevorzugten Richtung so groß werden, dass der vorbestimmte Abstand kleiner wird als eine sich an dieser Stelle bildende Ablagerungsschicht und somit der negative Einfluss der Ablagerungen sich ab einem bestimmten Zeitpunkt doch auf die Ultraschallwellen auswirken kann.The substantially convex shapes of the sound coupling section can ensure that the deposits precipitated in the fluid are conducted out of the sound guide path in all three spatial directions. This has the advantage over an example triangular cross-sectional shape of the sound guide element that the deposits are derived not only in a preferred direction, which may possibly lead to a case in which the clusters in the preferred direction are so large that the predetermined Distance becomes smaller than a deposit layer formed at this point and thus the negative influence of the deposits can affect the ultrasonic waves after a certain time.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Ultraschallsensors ist der Schallkopplungsabschnitt ferner dazu ausgebildet, eine Schallkeulenaufweitung der vom Schallwandler ausgesandten Ultraschallwellen beim Einkoppeln der Ultraschallwelle in das Fluid herbeizuführen. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass durch die Schallwellenaufweitung sichergestellt werden kann, dass zumindest ein Teil der Ultraschallwellen auf die Fluidoberfläche trifft und an dieser reflektiert wird und dieses reflektierte Signal zumindest teilweise wieder vom Schallwandler empfangen werden kann, damit der Füllstand ermittelt werden kann.In a further preferred embodiment of the ultrasonic sensor, the sound coupling section is further configured to cause a sound lobe widening of the ultrasonic waves emitted by the sound transducer when the ultrasonic wave is coupled into the fluid. This has the particular advantage that it can be ensured by the expansion of the sound wave that at least part of the ultrasonic waves impinging on the fluid surface and is reflected at this and this reflected signal can be at least partially received back from the transducer so that the level can be determined.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Ultraschallsensors ist der Schallwandler an einer Unterseite eines Fluidbehälters anordenbar, in dem sich das Fluid befindet. Somit kann sichergestellt werden, dass der Schallwandler außerhalb des Fluidbehälters angeordnet wird und somit nicht dem möglicherweise aggressiven Fluid ausgesetzt ist.According to a further advantageous embodiment of the ultrasonic sensor, the sound transducer can be arranged on an underside of a fluid container in which the fluid is located. Thus, it can be ensured that the sound transducer is arranged outside the fluid container and thus is not exposed to the potentially aggressive fluid.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Ultraschallsensor ferner ein Gehäuse, das von unten in eine im Boden eines Fluidbehälters, in dem sich das Fluid befindet, vorgesehene Öffnung einsetzbar ist und einen zumindest teilweise in das Fluid vorstehenden Gehäuseabschnitt hat, und eine im Gehäuse vorgesehene Trennwand auf, die das Innere des Gehäuses in einen ersten Gehäusebereich, in den das Fluid durch ein Loch, das im Gehäuseabschnitt vorgesehen ist und durch das das Fluid in das Gehäuse eindringen kann, einströmen kann, und einen zweiten Gehäusebereich unterteilt. Der Schallwandler ist dabei im zweiten Gehäusebereich und das Schallführungselement ist im ersten Gehäusebereich angeordnet.In a preferred embodiment, the ultrasonic sensor further comprises a housing which can be inserted from below into an opening provided in the bottom of a fluid container in which the fluid is located and has a housing section projecting at least partially into the fluid, and a partition wall provided in the housing partitioning the interior of the housing into a first housing portion into which the fluid can flow through a hole provided in the housing portion and through which the fluid can enter the housing, and a second housing portion. The sound transducer is in the second housing area and the sound guide element is arranged in the first housing area.

Insbesondere beschreibt der vorbestimmte Abstand die Distanz vom höchsten Punkt des Schallkopplungsabschnitts zum Boden des Fluidbehälters und/oder zur Trennwand im Gehäuse. Somit ist das Schallführungselement dazu ausgebildet, den Einkoppelpunkt der Ultraschallwellen in das Fluid an einen Ort zu verschieben, der sich oberhalb von etwaigen Ablagerungsschichten befindet. Folglich kann das Schallführungselement die Ultraschallwellen störfrei durch die Ablagerungsschichten hindurchführen und zwar in beide Richtungen, nämlich die vom Schallwandler ausgesandten Ultraschallwellen und die von der Fluidoberfläche in Richtung des Schallwandlers reflektierten Ultraschallwellen.In particular, the predetermined distance describes the distance from the highest point of the Schallkopplungsabschnitts to the bottom of the fluid container and / or the partition in the housing. Thus, the sound guide element is adapted to move the coupling point of the ultrasonic waves in the fluid to a location which is located above any deposit layers. Consequently, the sound guide element can pass the ultrasonic waves without interference through the deposition layers in both directions, namely the ultrasonic waves emitted by the transducer and the ultrasonic waves reflected from the fluid surface in the direction of the transducer.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der vorbestimmte Abstand zwischen dem höchsten Punkt des Schallkopplungsabschnitts und dem Boden des Fluidbehälters oder der Trennwand in einem Bereich zwischen ungefähr 1 mm und ungefähr 30 mm.In a further preferred embodiment, the predetermined distance between the highest point of the sound coupling section and the bottom of the fluid container or the partition wall is in a range between about 1 mm and about 30 mm.

Das Schallführungselement ist vorzugsweise an den Boden des Fluidbehälters oder an die Trennwand im Gehäuse geklebt oder geschweißt oder gelötet. Alternative ist das Schallführungselement mit dem Fluidbehälter oder dem Gehäuse integral ausgebildet. Somit kann sichergestellt werden, dass sich zwischen der Bodenwand des Fluidbehälters oder der Trennwand im Gehäuse keine Ablagerungen ansammeln können.The sound guide element is preferably glued or welded or soldered to the bottom of the fluid container or to the partition wall in the housing. Alternatively, the sound guide element is integrally formed with the fluid container or the housing. Thus it can be ensured that no deposits can accumulate between the bottom wall of the fluid container or the partition wall in the housing.

Durch das Freihalten des Schallführungswegs von etwaigen Ablagerungen aus dem Fluid kann zumindest teilweise sichergestellt werden, dass es zu keinerlei oder wenigen Aussetzern des Signals trotz der Ablagerungen kommt. Außerdem ist es nicht mehr notwendigerweise erforderlich, den Fluidbehälter mit aufwendigen Reinigungs- und Wartungsverfahren in Stand zu halten, da der negative Einfluss von Ablagerungsschichten verringert oder sogar eliminiert werden kann.By keeping the sound path of any deposits from the fluid kept free of fluid can be at least partially ensured that there are no or few dropouts of the signal despite the deposits. In addition, it is no longer necessary to maintain the fluid container with elaborate cleaning and maintenance procedures, since the negative influence of deposition layers can be reduced or even eliminated.

Das Schallführungselement weist somit erfindungsgemäß einen Schallführungsabschnitt und einen Schallkopplungsabschnitt auf. Dabei ist der Schallführungsabschnitt ein Bereich, der primär zum Führen der Ultraschallwellen ausgebildet ist. Der Schallkopplungsabschnitt hingegen ist ein Bereich, der primär zum Einkoppeln der vom Schallführungsabschnitt geführten Ultraschallwellen aus dem Schallführungselement in das Fluid ausgebildet ist. Jedoch kann auch der Schallkopplungsabschnitt als sekundäre Funktion zumindest teilweise zum Führen der Ultraschallwellen ausgebildet sein.The sound guide element thus has according to the invention a sound guide section and a sound coupling section. In this case, the sound guide section is an area that is designed primarily for guiding the ultrasonic waves. The sound coupling section, on the other hand, is an area which is designed primarily for coupling the ultrasonic waves guided by the sound guide section out of the sound guide element into the fluid. However, the sound coupling section may also be formed as a secondary function at least partially for guiding the ultrasonic waves.

Weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnung ersichtlich, in denen:

1 eine schematische Schnittansicht durch einen Fluidbehälter mit einem erfindungsgemäßen Ultraschallsensor zeigt,
2 eine beispielhafte Ausgestaltung eines Schallführungselements zeigt,
3 eine weitere Ausgestaltung des Schallführungselements zeigt,
4 eine noch weitere Ausgestaltung des Schallführungselements zeigt,
5 eine noch weitere Ausgestaltung des Schallführungselements zeigt, und
6 eine weitere beispielhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors zeigt.

Other aspects and features of the present invention will become apparent to those skilled in the art by exercising the present teachings and considering the accompanying drawings, in which:

1 shows a schematic sectional view through a fluid container with an ultrasonic sensor according to the invention,
2 shows an exemplary embodiment of a sound guide element,
3 shows a further embodiment of the sound guide element,
4 shows a still further embodiment of the sound guide element,
5 shows a still further embodiment of the sound guide element, and
6 shows a further exemplary embodiment of an ultrasonic sensor according to the invention.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind gegebenenfalls nicht in allen dargestellten Figuren sämtliche Elemente mit Bezugszeichen gekennzeichnet.Elements of the same construction or function are identified across the figures with the same reference numerals. For reasons of clarity, all elements may not be marked with reference numerals in all figures shown.

Die 1 zeigt eine Schnittansicht durch einen Fluidbehälter 2, in dem sich ein Fluid 4, wie beispielsweise eine Harnstoffflüssigkeit, ein Getriebeöl oder eine Kühlflüssigkeit, befindet. Mittels eines Ultraschallsensors 10 soll die Füllstandshöhe H des Fluids 4 und/oder die Qualität des Fluids 4 bestimmt werden.The 1 shows a sectional view through a fluid container 2, in which a fluid 4 , such as a urea fluid, a gear oil or a coolant, is located. By means of an ultrasonic sensor 10 should the level height H of the fluid 4 and / or the quality of the fluid 4 be determined.

Der Ultraschallsensor 10 weist einen Schallwandler 12 auf, der dazu ausgebildet ist, Ultraschallwellen auszusenden und die an der Fluidoberfläche reflektierten Ultraschallwellen wieder zu empfangen. Wie in der 1 dargestellt ist der Schallwandler 12 an einer Unterseite des Fluidbehälters 2 angebracht. Somit werden die vom Schallwandler 12 ausgesandten Ultraschallwellen von außen durch die Bodenwand des Fluidbehälters 2 in das Fluid 4 eingebracht bzw. eingekoppelt. Dies hat den Vorteil, dass der Schallwandler 12 nicht dem möglicherweise aggressiven Fluid 4 ausgesetzt ist.The ultrasonic sensor 10 has a sound transducer 12 configured to emit ultrasonic waves and to receive again the ultrasonic waves reflected at the fluid surface. Like in the 1 shown is the transducer 12 on an underside of the fluid container 2 appropriate. Thus, the sound transducer 12 emitted ultrasonic waves from the outside through the bottom wall of the fluid container 2 introduced or coupled into the fluid 4. This has the advantage that the sound transducer 12 not the potentially aggressive fluid 4 is exposed.

Der Ultraschallsensor 10 umfasst ferner ein Schallführungselement 20, das gemäß der Ausgestaltung in der 1 im Inneren des Fluidbehälters 2 angeordnet ist und am Boden des Fluidbehälters 2 befestigt ist, beispielsweise mittels Kleben oder Schweißen oder Löten. Dabei ist das Schallführungselement 20 im Schallführungsweg des Schallwandlers 12 vorgesehen. Der Schallführungsweg bezeichnet dabei den Bereich, durch den die Ultraschallwellen vom Schallwandler 12 aus in Richtung der Fluidoberfläche ausgestrahlt, an der Fluidoberfläche reflektiert und wieder zum Schallwandler 12 zurück gestrahlt werden.The ultrasonic sensor 10 further comprises a sound guide element 20 , which according to the embodiment in the 1 inside the fluid container 2 is arranged and at the bottom of the fluid container 2 is fixed, for example by gluing or welding or soldering. In this case, the sound guide element 20 in the sound path of the transducer 12 intended. The sound guide path refers to the area through which the ultrasonic waves from the transducer 12 emitted in the direction of the fluid surface, reflected at the fluid surface and back to the transducer 12 be blasted back.

Der Ultraschallsensor 20 weist einen Schallführungsabschnitt 22, der dazu ausgebildet ist, die vom Schallwandler 12 ausgesandten Ultraschallwellen vor einer Einkopplung in das Fluid 4 zumindest teilweise zu führen, und einen Schallkopplungsabschnitt 24 auf, der dazu ausgebildet ist, die vom Schallführungsabschnitt 22 geführten Ultraschallwellen derart in das Fluid einzukoppeln, dass die Ultraschallwellen zumindest teilweise in Richtung der Fluidoberfläche ausgesandt werden. Das Schallführungselement 20 besteht aus einem Material, das eine ähnliche oder identische akustische Impedanz wie der Schallwandler 12 und/oder der Fluidbehälter 2 aufweist.The ultrasonic sensor 20 has a sound guide section 22 which is designed to be the sound transducer 12 emitted ultrasonic waves before coupling into the fluid 4 at least partially, and a Schallkopplungsabschnitt 24 on, which is adapted to the sound guide section 22 guided ultrasonic waves to be coupled into the fluid such that the ultrasonic waves are emitted at least partially in the direction of the fluid surface. The sound guide element 20 consists of a material that has a similar or identical acoustic impedance as the sound transducer 12 and / or the fluid container 2 having.

Der Schallkopplungsabschnitt 24 hat eine Form mit einem höchsten Punkt 26 der einen vorbestimmten Abstand A zu einem dem Schallwandler 12 zugewandten Ende des Schallführungsabschnitts 22 aufweist. Der vorbestimmte Abstand A ist dabei zumindest teilweise größer als eine Dicke D einer Ablagerungsschicht 6, die sich am Boden des Fluidbehälters 2 durch Sedimentbildung, Ausfällreaktion oder Ablagerungen bilden. Durch eine im Wesentlichen konvexe Form des Schallkopplungsabschnitts 24 und dem Vorsehen des vorbestimmten Abstands A, der zumindest teilweise größer als die Dicke D der Ablagerungsschicht 6 ist, kann sichergestellt werden, dass sich die Ablagerungsschicht 6 nicht im Schallführungsweg der Ultraschallwellen, die vom Schallwandler 12 ausgesandt werden, befindet. Somit kann zumindest teilweise verhindert werden, dass durch die Ablagerungsschicht 6 ein negativer Einfluss auf die Laufzeitmessung der Ultraschallwellen vorliegt.The sound coupling section 24 has a shape with a highest point 26 the a predetermined distance A to a the sound transducer 12 has facing the end of the sound guide section 22. The predetermined distance A is at least partially greater than a thickness D of a deposit layer 6 located at the bottom of the fluid container 2 by sedimentation, precipitation reaction or deposits. By a substantially convex shape of the Schallkopplungsabschnitts 24 and providing the predetermined distance A at least partially greater than the thickness D of the deposition layer 6 is, it can be ensured that the deposit layer 6 not in the sound path of the ultrasonic waves coming from the transducer 12 are sent out. Thus, it can be at least partially prevented that a negative influence on the transit time measurement of the ultrasonic waves is present through the deposition layer 6.

Unter Verweis auf die 2 bis 5 sind weitere beispielhafte Formen des Schallführungselements 20 gezeigt. Die 2 zeigt einen Schallkopplungsabschnitt 24, der eine Form aufweist, die im Wesentlichen einem Kugelsegment entspricht. Die 3 zeigt einen Schallkopplungsabschnitt 24, der eine Form hat, die im Wesentlichen einer Halbkugel entspricht. Die 4 zeigt einen Schallkopplungsabschnitt 4, der eine Form aufweist, die im Wesentlichen einem Kegel, beispielsweise einem Kreiskegel, entspricht. Die 5 zeigt einen Schallkopplungsabschnitt 24, der eine Form hat, die im Wesentlichen einer Pyramide entspricht.With reference to the 2 to 5 are other exemplary forms of the sound guide element 20 shown. The 2 shows a sound coupling section 24 which has a shape substantially corresponding to a spherical segment. The 3 shows a sound coupling section 24 which has a shape that substantially corresponds to a hemisphere. The 4 shows a sound coupling section 4 which has a shape which substantially corresponds to a cone, for example a circular cone. The 5 shows a sound coupling section 24 which has a shape that essentially corresponds to a pyramid.

Die in den 2 bis 5 gezeigten beispielhaften Formen für den Schallkopplungsabschnitt 24 sind deswegen vorteilhaft, da diese eine im Wesentlichen konvexe Form aufweisen und dazu ausgebildet sind, die sich oberhalb des Schallkopplungsabschnitts 24 gebildeten Ablagerungen im Fluid nach dem Auftreffen auf den Schallkopplungsabschnitt 24 in allen drei Raumrichtungen abzuleiten und somit aus dem Schallführungsweg des Ultraschallwandlers 12 bringen. Folglich werden die Ablagerungen zumindest teilweise gleichmäßig in alle drei Raumrichtungen aufgeteilt und werden nicht in eine bevorzugte Richtung abgeleitet. Bei einer Ableitung in eine bevorzugte Richtung, beispielsweise bei einem Schallkopplungsabschnitt mit einer im Querschnitt dreieckigen Form, kann es zu einer Akkumulation der Ablagerungen an einer bevorzugten Stelle kommen und somit die Ablagerungsschicht an dieser Stelle übermäßig groß werden und in einem ungünstigen Fall den Abstand A sogar übersteigen, wodurch der positive Effekt des Ableitens vernichtet werden würde.The in the 2 to 5 shown exemplary forms for the Schallkopplungsabschnitt 24 are advantageous because they have a substantially convex shape and are formed to the above the Schallkopplungsabschnitts 24 formed deposits in the fluid after hitting the Schallkopplungsabschnitt 24 derive in all three spatial directions and thus from the sound path of the ultrasonic transducer 12 bring. Consequently, the deposits are at least partially evenly distributed in all three spatial directions and are not derived in a preferred direction. In a derivative in a preferred direction, for example in a Schallkopplungsabschnitt with a triangular in cross-sectional shape, it can lead to an accumulation of deposits at a preferred location and thus the deposit layer at this point are excessively large and in an unfavorable case, the distance A. exceeding the positive effect of deriving.

In alternativen, nicht gezeigten Ausgestaltungen ist der Schallführungsabschnitt 22 mit dem Schallkopplungsabschnitt 24 zumindest teilweise integral ausgebildet. Beispielsweise kann das Schallführungselement 20 als Halbkugel ausgebildet sein, wobei der zentrale Bereich als Schallführungsabschnitt 22 fungiert und der Randbereich als Schallkopplungsabschnitt 24 fungiert.In alternative embodiments, not shown, the sound guide section 22 with the sound coupling section 24 at least partially integrally formed. For example, the sound guide element 20 be designed as a hemisphere, wherein the central region as a sound guide section 22 acts and the edge area as a sound coupling section 24 acts.

Die konvexe Form des Schallkopplungsabschnitts 24 kann bei geeigneter Auswahl des Materials für den Schallkopplungsabschnitt 24 ferner eine Schallkeulenweitung erzeugen. Das heißt, dass die Einkopplung der Ultraschallwellen in das Fluid am Schallkopplungsabschnitt zumindest teilweise gestreut werden, d. h. dass sich der Öffnungswinkel der Schallkeule vergrößert.The convex shape of the sound coupling section 24 can with appropriate selection of the material for the Schallkopplungsabschnitt 24 further generate a sound lobe widening. This means that the coupling of the ultrasonic waves into the fluid at the sound coupling section is at least partially scattered, ie that the opening angle of the sound lobe is increased.

Die 6 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors 10. Der Ultraschallsensor 10 der 6 umfasst ein Gehäuse 14, das von unten in eine im Boden 5 des Fluidbehälters 2 vorgesehene Öffnung 1 eingesetzt ist und einen zumindest teilweise in das Fluid 4 vorstehenden Gehäuseabschnitt 16 hat. Das Fluid 4 kann zumindest teilweise in das Gehäuse 14 durch ein im Gehäuseabschnitt 16 vorgesehenes Loch 18 einströmen. Durch eine Entlüftungsöffnung 19 kann die vom eingeströmten Fluid 4 verdrängte Luft aus dem Gehäuse 14 entweichen. Innerhalb des Gehäuses 14 ist eine Trennwand 15 vorgesehen, die das Innere des Gehäuses 14 in einen ersten Gehäusebereich 11 und einen zweiten Gehäusebereich 13 teilt.The 6 shows a further embodiment of an ultrasonic sensor according to the invention 10 , The ultrasonic sensor 10 of the 6 includes a housing 14 from below into one in the ground 5 of the fluid container 2 provided opening 1 is inserted and at least partially into the fluid 4 protruding housing section 16 Has. The fluid 4 can at least partially into the housing 14 through a in the housing section 16 provided hole 18 flow. Through a vent 19 may be due to the incoming fluid 4 displaced air from the housing 14 escape. Inside the case 14 is a partition 15 provided the interior of the housing 14 in a first housing area 11 and a second housing portion 13 Splits.

Dabei kann das Fluid 4 lediglich in den ersten Gehäusebereich 11 durch das Loch 18 einströmen, wobei der zweite Gehäusebereich 13 frei von Fluid bleibt.In this case, the fluid 4 only in the first housing area 11 through the hole 18 inflow, wherein the second housing portion 13 remains free of fluid.

Der Ultraschallwandler 12 ist dabei im zweiten Gehäusebereich 13 angeordnet, wobei das Schallführungselement 20, das beispielsweise die in den 2 bis 5 gezeigten Ausgestaltungen aufweisen kann, im ersten Gehäusebereich 11 untergebracht ist.The ultrasonic transducer 12 is in the second housing area 13 arranged, wherein the sound guide element 20 , for example, those in the 2 to 5 shown embodiments, in the first housing portion 11 is housed.

Die Funktionsweise des Schallführungselements 20 der 6 ist gemäß der bereits in Bezug auf die 1 beschriebe Funktionsweise identisch.The operation of the sound guide element 20 of the 6 is in accordance with the already in relation to the 1 Described how it works identically.

Das Schallführungselement 20, vorzugsweise nur der Schallkopplungsabschnitt 24, ist bevorzugt mit einer Beschichtung vorgesehen, die es den möglichen Ablagerungen erschwert, sich an dem Schallführungselement 20 bzw. am Schallkopplungselement 24 anzusammeln und dort zu haften. Diese Beschichtung ist insbesondere dem vorherrschenden Fluid 4 angepasst und umfasst beispielsweise eine metallische Beschichtung. Ferner kann die Beschichtung in Abhängigkeit des vorherrschenden Fluids 4 hydrophob, hydrophil, lipophob oder lipophil sein.The sound guide element 20 , Preferably only the Schallkopplungsabschnitt 24 , is preferably provided with a coating that makes it difficult for the possible deposits on the sound guide element 20 or on the sound coupling element 24 accumulate and stick there. This coating is especially the predominant fluid 4 adapted and includes, for example, a metallic coating. Furthermore, the coating may vary depending on the prevailing fluid 4 hydrophobic, hydrophilic, lipophobic or lipophilic.

Mittels des Gehäuseabschnitts 16 kann im oberen Bereich desselben vermieden werden, dass sich Verformungen der Fluidoberfläche aufgrund von Bewegungen des Fluids oder Schaumbildung an der Oberfläche des Fluids bilden, wodurch die Messgenauigkeit des Füllstands des Fluids 4 verbessert werden kann. Ferner kann die sich nach oben erstreckende zylindrische Gehäuseform einer Schallkeulenaufweitung zumindest teilweise wieder entgegenwirken.By means of the housing section 16 can be avoided in the upper region thereof that form deformations of the fluid surface due to movement of the fluid or foaming on the surface of the fluid, whereby the accuracy of measurement of the level of the fluid 4 can be improved. Furthermore, the upwardly extending cylindrical housing shape of a sound lobe widening counteract at least partially.

Claims

Ultrasonic sensor (10) for detecting the fill level and / or the quality of a fluid (4) of an internal combustion engine, wherein the ultrasonic sensor (10) comprises: a sound transducer (12) adapted to emit and receive ultrasonic waves, and a sound guide element (20) arranged in the fluid and having a sound guide section (22) which is designed to at least partially guide the ultrasonic waves emitted by the sound transducer (12) before being coupled into the fluid (4), and a sound coupling section (24) which is configured to couple the ultrasonic waves guided by the sound guide section (22) into the fluid (4) such that the ultrasonic waves are emitted at least partially in the direction of the fluid surface, the sound coupling section (24) having a shape with a highest point (26 ), which has a predetermined distance (A) to one of the sound transducer (12) facing the end of the sound guide section (22).

Ultrasonic sensor (10) after Claim 1 wherein the acoustic coupling portion (24) has a surface facing the fluid surface having a substantially convex shape.

Ultrasonic sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the Sonic coupling portion (24) has a shape which substantially corresponds to a spherical segment.

Ultrasonic sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the sound coupling portion (24) has a shape which substantially corresponds to a hemisphere.

Ultrasonic sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the sound coupling portion (24) has a shape which substantially corresponds to a cone, preferably circular cone.

Ultrasonic sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the sound coupling portion (24) has a shape which substantially corresponds to a pyramid.

Ultrasonic sensor (10) according to any one of the preceding claims, wherein the Schallkopplungsabschnitt (24) is further adapted to a sound lobe widening of the sound transducer (12) emitted ultrasonic waves when coupling the ultrasonic waves in the fluid cause.

Ultrasonic sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the sound transducer (12) on an underside of a fluid container (2) can be arranged, in which the fluid (4) is located.

Ultrasonic sensor (10) according to one of Claims 1 to 7 , further comprising: - a housing (14) insertable from below into an opening (1) provided in the bottom (5) of a fluid container (2) in which the fluid (4) is located, and at least partly into the opening (1) Fluid projecting housing portion (16), wherein the fluid (4) at least partially into the housing (14) through a housing section (16) provided hole (18) can flow, and - in the housing (14) provided for partition (15) partitioning the interior of the housing (14) into a first housing region (11) into which the fluid (4) can flow through the hole (18) and a second housing region (13), wherein the sound transducer (12) in the second Housing portion (13) and the sound guide element (20) in the first housing portion (11) is arranged.

An ultrasonic sensor (10) according to any one of the preceding claims, wherein the predetermined distance (A) between the highest point (26) of the Schallkopplungsabschnitts (24) and the bottom (5) of the fluid container (2) or the partition wall (15) of the housing (14 ) is in a range between about 1 mm and about 30 mm.