JP2016534916A - 自動車の排気系に凍結可能な液体を導入する装置 - Google Patents

Abstract

自動車の排気系に凍結可能な液体を導入するための装置が開示されている。この装置は、凍結可能な液体を収容するためのタンク（１）と、タンク内の凍結可能な液体の濃度および／または充填レベルを検出するためのセンサ（７）とを有している。さらに、センサのタンク内にある部品（８，９，１０，１１）を保護するドーム状のアイスプロテクタ（２）が設けられている。このアイスプロテクタは、センサ底部またはタンク底部と一体的に構成され、アイスプロテクタのドーム部分は、実質的に完全に開放された上側を有している。これにより、この装置の機能の信頼性が向上する。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の自動車の排気系に凍結可能な液体を導入する装置に関している。

自動車の排気系に凍結可能な液体を導入するためのこのような装置は公知である。例えば、排気ガス中のＮＯｘを低減するために、尿素水溶液を調量供給する装置が知られている。ここで用いられる尿素水溶液は、蒸留水と３２．５％の尿素とで構成されている。この水溶液は、−１１℃で凍結する。車両が機関を停止し、液体の温度が−１１℃を下回って低下すると、この溶液は、タンク内で凍結する。その際この液体は凍結状態では約１１％膨張する。

さらに、装置内、特にタンク内の凍結可能な液体の含有量を、センサを用いて監視することが知られている。このセンサは、タンク内の凍結可能な液体の濃度および／または充填レベルを検出するために用いられ、少なくとも一部はタンク内のその底部に配置されている。この場合のセンサは、タンク底部に接合された、例えば溶接された、固有の底部を有していてもよいし、あるいはセンサの部品がタンク底部に直接配設されていてもよい。

特にここでは、前述した尿素水溶液の濃度および／または充填レベルを検出するのに特化された超音波センサが使用される。この場合、濃度は、噴射された液体の特徴的な伝播時間から求められる（媒体中の音速）。典型的には、超音波変換器が、タンク内に配置された１つ以上の反射面で反射された音響波を、ここでは送信器および受信器として用いられている変換器において、再び電気信号として変換し、引き続き継続利用している。変換器と反射器との間の距離（または反射器相互間の距離）は、測定システムの精度を決定する。

液体、特に尿素水溶液がタンク内で凍結すると、形成された氷の塊が、タンク内に配置されたセンサ部品を圧迫し、タンク内に配置されたセンサの基準部（反射器）または部品全体を損傷しかねない。これらの応力は、（氷塊が）半解凍状態のタンク内では、走行中の加速や液面動揺によってさらに増大する恐れがある。このようなことを回避するために、タンク内に存在するセンサ部品は、センサの底部またはタンクの底部に設けられるドーム状のアイスプロテクタを備えている。大抵は半球状をしたこの装置は、プロテクタ上で氷塊を滑らせ、それによって、タンク内に配置されているセンサ部品の損傷を防いでいる。この場合、プロテクタ内に捕捉された氷塊によって発生し得る応力は、無視できる程度である。

例えば、送信器／受信器がタンク底部の下側に配置されている超音波センサが市場に存在する。タンク自体の底部には、プレート（フランジ）が設けられており、そこにセンサの残りの部品が配設されている。ここでは、送信器から垂直方向に放射された音波を水平方向に偏向するためのミラーと、２つの反射器と、音波を垂直上向きに偏向させるさらなるミラーとが存在する。このセンサのアイスプロテクタは、センサの底部プレート上に固定され、２つのミラーの上に１つの開口部を有している。そのため、音波は上方に向けてこの開口部を通ってタンク内に放射され、尿素水溶液の液面から戻り方向に反射させることができる。そのため、この実施形態では、アイスプロテクタは、前述の開口部まで実質的に閉鎖されている。

しかしながら、この種のセンサおよびこの種のアイスプロテクタでは、特に燃料補給中に、あるいは液体（尿素水溶液）中に溶解しているガス（おもに大気中の酸素）の放出によって、アイスプロテクタの下方に多数の気泡が生じる。これらの気泡は、潜水鐘に類似してドーム部分またはキャップ部分の下方に空気を蓄積させ、それらの気泡が分離または溶解するまでは伝播時間の測定を阻害したり、センサを一時的に「盲目に」させたりする。この場合の新たな測定準備が整うまでの時間は、数秒から数時間になり得る。さらに、アイスプロテクタは、別個の部材でもあるので、材料コスト、生産コスト、製造コスト、ロジスティックスコストおよび組立てコストによる付加的コストが発生する。

さらに独国特許出願公開第１０３３１５６６号明細書からは、センサ構成部品を覆うための筒状に構成されたハウジング構成部を有している流体レベルセンサが公知である。さらに、流体の充填レベルおよび／または濃度を検出する測定装置は、独国特許出願公開第１０２０１１０１３６８７号明細書、独国特許出願公開第１０２０１２２０５６４０号明細書、独国特許出願公開第１０２０１１０８９６８５号明細書からも公知である。

本発明の基礎となる課題は、冒頭に述べたような形式の装置において、特に機能の信頼性が高められた動作が得られるように改善を行うことである。

上記課題は、請求項１の特徴部分に記載された本発明の装置によって解決される。

本発明によって設計されたアイスプロテクタは、ドーム状に構成されており、すなわち丸みをつけられ上方に向けて共に延びている側面を有している。但し、従来技術とは対照的に、実質的に閉鎖された上側は持たず、完全に開放された上側を有している。これにより、本発明によれば、一方では、アイスプロテクタが所要の剛性と応力を誘導する効果を有し、他方では、ドーム状天井部分の下方に多数の気泡が形成されることが回避される。したがって、ここではセンサの測定に影響を及ぼす気泡トラップが生じることはない。

アイスプロテクタのドーム部分の丸みをつけられた側壁はそのまま維持されるので、タンク内で形成された氷塊はプロテクタ上を滑り、タンク内に配設されているセンサ部品、特に前述したミラーや反射器を破損しないことがさらに保証される。ドーム部分の完全に開放された上側を通って侵入する氷塊によって引き起こされる応力は、プロテクタ内部に配設されているセンサ部品にとって大きな脅威を示すものではなく、最終的に容認され得るものである。

本発明の第２の重要な特徴は、アイスプロテクタがセンサの底部プレートやタンク底部と一体的に構成されている点にある。センサが、タンク底部に配設された固有の底部プレートを有する場合には、この底部プレートとアイスプロテクタとが１つのユニットを形成する。センサが固有の底部を持たず、対応するセンサ部品がタンク底部に直接固定されている場合には、アイスプロテクタは、タンク底部と１つのユニットを形成する。いずれのケースにおいても、センサ底部またはタンク底部に固定されなければならない付加的な部品は避けられる。そのため、様々な製造ステップが省かれる（例えば、アイスプロテクタと各底部との組み合わせに応じた固定ステップなど）。

本発明の改善構成において、特に凍結可能な液体とは、尿素水溶液である。上記センサは、好ましくは超音波センサである。この場合、センサを用いて、タンク内の凍結可能な液体の濃度と充填レベルの両方が求められる。濃度測定に対しては、例えば液体内で送信器から異なる距離で配置された２つの反射器までの音波の伝播時間が測定される。充填レベル測定の場合には、超音波が反射される液面までの伝播時間の測定が行われる。本発明により設けられるアイスプロテクタは、完全に開放された上側を有しているので、センサ底部に平行するその水平方向から、アイスプロテクタの上側開口部を通って上方に向かわせる垂直方向の超音波の偏向が可能である。

ここで重要なことは、本発明により提供されるアイスプロテクタが、タンク内に配置されたセンサ部品のための相応の保護機能を発揮するのに十分な剛性を有していることにある。この保護機能を達成するために、アイスプロテクタのドーム部分は、好ましくは、補強リブによって補強されている。その際このドーム部分は、特にその外側が、縦方向および／または横方向の補強リブからなる構造部を有している。これらの交差する補強リブは、僅かな材料コストで高い剛性を保証する。

本発明によって構成される装置のさらなる利点は、センサの複数の部品、特に超音波センサの複数の部品が、アイスプロテクタのドーム部分によって懸架可能なことである。したがって、本発明のこの実施形態によれば、センサの対応する複数の部品が、センサ底部またはタンク底部に固定されるのではなく、アイスプロテクタのドーム部分の上方領域によって支承される。特にこの場合は、センサの基準部（反射器）および／またはミラーも含めた支承であってもよい。好ましくは、一実施形態によれば、アイスプロテクタの開放された上側に亘ってバーが延在しており、このバーによって対応するセンサ部品、特に基準構造部が懸架される。この懸架の実施形態は、特にセンサやタンクの底部領域において、とりわけそこに設けられた反射器またはミラーにおいて、多数の気泡が生じる場合に特別な利点を提供する。そのため、対応する複数の部品は、この種の固定によれば、底部から間隔をあけて配置される。

したがって、超音波センサの音波経路における気泡形成は、アイスプロテクタの完全に開放された上側によって回避され、他方では、センサ部品（反射器、ミラー）の特殊な固定も、ドーム部分の上側からの懸架によって可能となる。

以下では、図面に関連する実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

液体の濃度と充填レベルとを検出するセンサを備えた液体タンクの概略的縦断面図である。 センサ底部とアイスプロテクタとからなるユニットの立体図である。 センサ基準部を懸架するための装置を備えた、センサ底部とアイスプロテクタとからなるユニットのさらなる実施形態を示した図である。

図１に概略的な縦断面図で示されているタンク１は、自動車の排気系に尿素水溶液を導入する装置の一部である。このタンクへの相応の供給管路とこのタンクからの相応の排出管路はここでは示されていない。タンク１内にある尿素水溶液の液面は符号１２で示されている。

タンク１内の尿素水溶液の濃度と充填レベルとを測定するために、超音波センサが設けられており、ここではその部品が概略的に示されている。

この超音波センサは、送信器および受信器として機能する超音波変換器７を有しており、この超音波変換器７は、タンク１の底部６の下側に配設されている。タンク１の内部には、センサの底部プレート３（以下ではセンサ底部とも称する）とドーム状のアイスプロテクタ２とからなるユニットが存在しており、このユニットは、一体的に構成され、好適なプラスチックで製造されている。アイスプロテクタ２のドーム部分の上側は完全に開放されている。このドーム部分は、ここでは実質的に楕円形の上側開口部５を有している。アイスプロテクタとセンサ底部３とからなるユニット２の内部には、超音波センサのさらなる部品、詳細には第１の音響ミラー８と、２つの反射器９，１０を含む基準部と、第２の音響ミラー１１とが設けられている。超音波変換器７から放射された超音波は、ここでは第１の音響ミラー８に入射し、そして水平方向に偏向される。この超音波は、その水平方向の経路に沿って２つの反射器９，１０に入射し、それらによって反射され、受信機に戻される。超音波のさらなる成分は、第２の音響ミラー１１に入射し、この第２の音響ミラー１１によって上方へ偏向される。この超音波成分は尿素水溶液の液面１２に当たり、そこから同じ経路に沿って受信機まで戻される。対応する伝播時間の測定を介して、尿素水溶液の濃度と充填レベルとを求めることが可能である。

ドーム状に構成されたアイスプロテクタ（これはユニット２の一部を形成する）は、丸みをつけられた側壁４を有しており、それによって、タンク１内の尿素水溶液の凍結の際に形成された氷塊が、超音波センサの部品を超えて上方に導かれるため、これらの部品が損傷することはない。アイスプロテクタの楕円形の上側開口部５は、超音波測定に悪影響を及ぼす気泡がプロテクタ内部に蓄積されるのを防いでいる。

図２には、アイスプロテクタと底部プレート３とから形成された一体型のユニットが概略的に示されている。アイスプロテクタのドーム部分は、上部が開放され、そこにはほぼ楕円形の上側開口部５を有している。アイスプロテクタの側壁は、相応に丸みを付けられており、この丸みによって、形成された氷塊は上方に偏向され、センサ部品に衝突することはない。

図３には、底部プレート３とアイスプロテクタとからなる一体型ユニット２のさらなる実施形態の概略的空間図が示されている。このユニット２の上側には、楕円形の上側開口部５をブリッジするバー１４が設けられており、このバー１４には、反射器９，１０からなる基準部が懸架されている（図示せず）。これにより、基準部は、底部３から距離をおいて支承されるため、そこでは、蓄積された気泡が測定を阻害することはない。

ユニット２の側壁４を補強するために、図２および図３の実施形態では、それらの外側に、長手方向及び横方向に延びる補強リブからなる構造部が設けられている。

Claims (8)

1. 自動車の排気系内へ凍結可能な液体を導入する装置であって、
   前記凍結可能な液体を収容するタンクと、
   前記タンク内の前記凍結可能な液体の濃度および／または充填レベルを検出するセンサであって、該センサの少なくとも一部がタンク内のその底部に配設されているセンサと、
   前記タンク内に存在する前記センサの部品を保護するために丸みをつけられ上方に向けて共に延びている側面を有するドーム状のアイスプロテクタと、を備え、
   前記アイスプロテクタ（２）が、前記センサの底部プレート（３）または前記タンクの底部（６）と一体的に構成されており、
   前記アイスプロテクタ（２）のドーム部分は、完全に開放された上側を有していることを特徴とする装置。
2. 前記凍結可能な液体は、尿素水溶液である、請求項１記載の装置。
3. 前記センサは、超音波センサである、請求項１または２記載の装置。
4. 前記アイスプロテクタ（２）の前記ドーム部分は、ほぼ楕円形の上側開口部（５）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 前記アイスプロテクタ（２）の前記ドーム部分は、補強リブ（１３）で補強されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 前記ドーム部分の外側は、縦方向および／または横方向の補強リブ（１３）からなる構造部を有している、請求項５記載の装置。
7. 前記センサの一部は、前記アイスプロテクタ（２）の前記ドーム部分に依存している、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. 前記アイスプロテクタ（２）の上側開口部（５）に亘ってバー（１４）が延在しており、該バー（１４）によって前記センサの一部が懸架されている、請求項７記載の装置。

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