DE102017220388A1

DE102017220388A1 - Meßeinheit zur Bestimmung der Qualität eines Fluids

Info

Publication number: DE102017220388A1
Application number: DE102017220388.9A
Authority: DE
Inventors: Thilo Regitz; Yi Liu
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-11-15
Filing date: 2017-11-15
Publication date: 2019-05-16

Abstract

Meßeinheit (9, 15) zur Bestimmung der Qualität eines in einem Tank (1) befindlichen Fluids (3, 20), mit einem Schallwandler (9), insbesondere einem Ultraschallwandler, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallwandler (9) eingerichtet ist, einen Gegenstand (15) der Meßeinheit zu beschallen, welcher eine vorbekannte Schallimpedanz aufweist, wobei die vorbekannte Schallimpedanz der Schallimpedanz eines Fluids (3) genormter chemischer Zusammensetzung entspricht.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Meßeinheit zur Bestimmung der Qualität eines in einem Tank befindlichen Fluids, mit einem Schallwandler, insbesondere einem Ultraschallwandler, nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Füllstandsmessvorrichtungen mit Ultraschallsensoren sind beispielsweise bereits aus der DE102009000062 und der DE102011017781 bekannt.
Aus der DE102014212321 ist es ferner bekannt, solche Füllstandsmessvorrichtungen in Entnahmemodule bzw. Versorgungsmodule bzw. Tankeinbaueinheiten zu integrieren, insbesondere für Tanks, welche als Betriebs-/Hilfsstoff bzw. Fluid eine wässrige Harnstoffläsung enthalten, die zur zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in Abgasen von Brennkraftmaschinen dient.
Aus der DE102014211010 ist bereits die Verwendung des Ultraschallmeßprinzips zur Bestimmung der Qualität eines in einem Tank befindlichen Fluids bekannt. Hier wird die Laufzeit des Schalls im Fluid auf einer vordefinierten Strecke als Maß für die Qualität bzw. die Konzentration eines bestimmten Inhaltsstoffs in dem Fluid genutzt. Ändert sich die Dichte beispielsweise der wässrigen Harnstofflösung, also der Konzentration des Harnstoffs im Wasser, so hat sich die Qualität geändert. Eine geänderte Dichte führt zu einer anderen Schallgeschwindigkeit in dem Fluid und damit zu einer anderen Laufzeit des Schalls auf der vordefinierten Strecke.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Meßeinheit zur Bestimmung der Qualität bzw. der Dichte eines in einem Tank befindlichen Fluids mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil eines einfachen Aufbaus. Es kann ein Schallwandler eingesetzt werden, der bereits zur Messung eines Füllstands des Fluids im Tank vorhanden ist.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Meßeinheit möglich.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen

1 einen Tank mit einer Tankeinbaueinheit mit einer Meßeinheit und
2 einen Tank im Falle einer Fehlbetankung.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt einen Tank 1 für ein Fluid, hier für eine wässrige Harnstofflösung 3, der bis zum Fluidspiegel 4 mit dem Fluid befüllt ist. In einem Bodenbereich 2 des Tanks ist eine Tankeinbaueinheit in Form eines Versorgungsmoduls 5 integriert, welches ein in das Tankinnere ragendes Fördermodul 7 zum Herauspumpen des Fluids aus dem Tank aufweist. Das Fördermodul wird hierbei von einer Bodenplatte 11 des Versorgungsmoduls getragen. Des Weiteren trägt die Bodenplatte eine Meßeinheit 9, 13 zur Bestimmung der Qualität des Fluids, welche gleichzeitig als Füllstandsmeßeinheit zur Bestimmung des Füllstands des Fluids im Tank nutzbar ist. Die Meßeinheit enthält hierzu einen Ultraschallwandler 9, der nach oben in Richtung des Fluidspiegels 4 abstrahlt, sowie einen Gegenstand vorbestimmter Schallimpedanz 15, der im Ausführungsbeispiel als Schallimpedanzplatte ausgebildet ist. Die Platte 15 befindet sich oberhalb des Ultraschallwandlers 9 und besitzt die gleiche Schallimpedanz wie eine wässrige Harnstofflösung genormter chemischer Zusammensetzung und Konzentration, die für den Betrieb einer Abgasnachbehandlungsanordnung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden zugelassen ist. Der Schallkonus 17 des vom Ultraschallwandler 9 ausgesandten Schalls kreuzt hierbei die Schallimpedanzplatte. Die Platte 15 ist mittels einer Befestigungsanordnung 13, hier in der Form von Streben, an der Bodenplatte 11 befestigt und wird von dieser getragen, gewissermaßen als Baldachin zumindest für Teile des Versorgungsmoduls innerhalb des Tanks.
Solange die wässrige Harnstofflösung die genormte, d.h. zulässige Konzentration hat, wird die Platte 15 vom Ultraschallwandler nicht erkannt, weil dann die Platte keine Schallwelle reflektiert; der Schallkonus 17 erstreckt sich so bis zum Fluidspiegel und wird am Fluidspiegel 4 reflektiert, und es kann das Reflexionssignal auf die Füllstandshöhe des Fluids im Tank ausgewertet werden.
Weist die wässrige Harnstofflösung nicht oder nicht mehr die genormte Konzentration bzw. Qualität auf, enthält der Tank insbesondere ein falschbetanktes Fluid 20, wie in 2 dargestellt, so ist ihre Schallimpedanz eine andere als die Schallimpedanz der Schallimpedanzplatte 15. Dann wird die Platte 15 für den Ultraschallwandler 9 sichtbar, der Schallkonus 170 erstreckt sich im Wesentlichen nur bis zur Platte 15, und der Wandler 9 misst nun statt des Füllstands, also der Höhe des Fluidspiegels 4, den Abstand der Platte 15 zum Wandler 9. In einem solchen Falle wird die Abstandsmessung als Messung des Abstands zur Platte 15 daran erkannt, daß die Qualität des Reflexionssignals besser ist als die Qualität im Falle einer Reflexion des ausgesandten Schalls am Fluidspiegel. Dies liegt daran, daß die Platte 15 ortsfest ist und nicht wie das Fluid insbesondere in einem bewegten Kraftfahrzeug Schwappbewegungen ausführt. Darüber hinaus führt eine normwidrige Abweichung der Qualität der wässrigen Harnstofflösung auch zu einem vorgetäuschten Sprung des Füllstands auf ein angeblich niedrigeres Füllstandsniveau.
Die Erfindung ist nicht zur Anwendung auf wässrige Harnstofflösungen beschränkt, sie kann bei allen Flüssigkeitstanks in Fahrzeugen, bewegten oder auch stehenden Einbauten, welche einen Ultraschallwandler zum Zwecke der Füllstandsbestimmung aufweisen, eingesetzt werden.
Das Wort Schallwandler, Schall bzw. Ultraschall aussendend und Reflexionssignale empfangend, steht hier vorzugsweise stellvertretend auch für die damit verbundene Auswertungselektronik, welche im Schallwandler und/oder in der Tankeinbaueinheit integriert oder tankextern angeordnet sein kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009000062 [0002]
DE 102011017781 [0002]
DE 102014212321 [0003]
DE 102014211010 [0004]

Claims

Meßeinheit (9, 15) zur Bestimmung der Qualität eines in einem Tank (1) befindlichen Fluids (3, 20), mit einem Schallwandler (9), insbesondere einem Ultraschallwandler, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallwandler (9) eingerichtet ist, einen Gegenstand (15) der Meßeinheit zu beschallen, welcher eine vorbekannte Schallimpedanz aufweist, wobei die vorbekannte Schallimpedanz der Schallimpedanz eines Fluids (3) genormter chemischer Zusammensetzung entspricht.
Meßeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallwandler (9) dazu eingerichtet ist, nach oben abzustrahlen.
Meßeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand (15) oberhalb des Schallwandlers angeordnet ist.
Meßeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand (15) einen Schallkonus (17) des Schallwandlers zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, durchkreuzt.
Tankeinbaueinheit (5) zur Förderung eines Fluids aus einem Tank (1), insbesondere einem Tank einer Abgasnachbehandlungsanordnung, und/oder zur Vermessung von Fluideigenschaften, beispielsweise zur Bestimmung eines Füllstands des Fluids und/oder einer Qualität des Fluids, wobei die Tankeinbaueinheit mindestens eine Meßeinheit (9, 15) zur Bestimmung der Qualität nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Tankeinbaueinheit (5) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (9, 15) im Bereich einer Bodenplatte (11) der Tankeinbaueinheit angeordnet ist und daß der Schallwandler (9) der Meßeinheit (9, 15) dazu eingerichtet ist, einen Fluidspiegel (4) im Tank zu beschallen.
Tankeinbaueinheit (5) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand (15) vorbekannter Schallimpedanz der Meßeinheit (9, 15) zwischen dem Schallwandler (9) und einem sich bei vollem Tank einstellenden Fluidspiegel angeordnet ist.
Tankeinbaueinheit (5) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand (15) vorbekannter Schallimpedanz mittels einer Befestigungsanordnung (13) von der Tankeinbaueinheit getragen wird.
Tank (1) mit einer Tankeinbaueinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 8.
Tank (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Tankeinbaueinheit (5) in einem Bodenbereich (2) des Tanks (1) angeordnet ist und ein Fördermodul (7) zur Förderung des Fluids aus dem Tank aufweist.
Verfahren zur Bestimmung der Qualität eines in einem Tank (1) befindlichen Fluids (3) mit einer Meßeinheit (9, 15) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallwandler (9) eine Abweichung der chemischen Zusammensetzung von der genormten chemischen Zusammensetzung erkennt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallwandler (9) bei Befüllung des Tanks mit einem Fluid (3) der genormten chemischen Zusammensetzung den Füllstand des Fluids ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallwandler (9) die Abweichung an einer vergleichsweisen guten Qualität eines empfangenen Reflexionssignals erkennt.
Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallwandler die Abweichung an einem angeblichen Sprung des ermittelten Füllstands, insbesondere an einem angeblichen Sprung hin zu einem niedrigeren Füllstandswert, erkennt.