JP2020526701A - 溶液を貯蔵するためのタンク、およびこのようなタンク内の値を測定するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車に溶液、好ましくは尿素溶液を貯蔵するためのタンク（１）に関し、タンクは、− ポンプ（２）、− 超音波を受ける、または発するように構成され、溶液と接触するように構成された表面（６、７）、− ポンプ（２）に接続され、表面（６、７）上にタンク内に入っている溶液の量を直接送るように構成された弁（３）を備える。

Description

本発明は、自動車に溶液を貯蔵するための、好ましくは、水性溶液を貯蔵するための、より好ましくは、尿素溶液を貯蔵するためのタンクに関する。本発明はまた、このようなタンク内の値を測定するための方法に関する。

音発生センサは、超音波センサとも呼ばれ、このようなタンクに使用されて、例えば、距離の測定によってタンクの充填レベルを測定することができる。特許文献１には、タンク内で液体レベルより下に配置され、音波および音波のエコーの距離／時間を測定することによって充填レベルを測定するように構成された超音波センサが開示されている。この文献によれば、超音波センサは、音波を充填レベルまで送信することによって、または、音波を液溜めに一体化された音偏向装置に送信することによって、充填レベルを直接測定することができる。

この種の超音波による測定システムには、測定の信頼性の問題が起きることがある。このような信頼性の問題の理由には微細気泡の存在が関係していることが見いだされた。実際、スロッシング運動中、充填動作中、または温度勾配がある場合には、タンクに入っている溶液内に空気が取り込まれたり、または放出されたりすることがある。したがって、微細気泡は、センサに、特に、超音波を受けて伝えるように構成された偏向面を含め、超音波を発する、および／または受けるように構成されたセンサ表面上に堆積することがある。この現象はまた、単独で、単に時間とともに現れることがある。微細気泡が、充填レベルの測定に関与するこのような表面の一つまたは複数を覆うと、音波はその影響を受け、例えば、微細気泡を通過することができず、それらから取り出されなければならない。したがって、信号を受けることができないので、または不正確な信号を受けるので、センサは正しく働かない。これは、充填レベルを決定することを不可能にする。

米国特許第８９４３８１２号

したがって、本発明は、中にある超音波センサの信頼性が改善されたタンクを提供しようとするものである。

したがって、本発明の目的は、自動車に溶液、好ましくは尿素溶液を貯蔵するためのタンクを提供することであり、このタンクは、
− ポンプ
− 超音波を受ける、または発するように構成され、溶液と接触するように構成された表面
− ポンプに接続され、表面上にタンク内に入っている溶液の量を直接送るように構成された弁
を備える。前記表面は実質的に平面であり、また平面が好ましい。特に、それはチューブの内面とは異なる。

この弁のおかげで、タンク内の溶液の量は、保護される表面に当たるように噴射される流れを形成する。したがって、微細気泡になる可能性は容易に除去され得る。さらに、表面上に送られるために使用される溶液の量は、タンクから直接来るが、それは、外部から任意の追加の溶液を送るために、いかなる追加の手段も使用する必要がないことを意味する。これによって、簡単な技術的方策を使って、溶液の測定に関与する超音波を発する表面および／または受ける表面上の微細気泡の除去を実現することができる。超音波センサの性能は改善され、このセンサによって実行される測定はより正確で効率的である。このことは、タンクの漏れの検出、および手動操作の危険性の低減のために特に重要である。

「直接」という表現は、溶液が、表面と交差する主方向を有する流れによって前記表面に送られることを意味することが好ましい。特に、流れの主方向は、表面に平行ではなく、表面付近にあり、表面と交差している。誘導または中間偏向手段を用いてこのような流れの主方向を有することは可能であるが、フラッシングをより強力で確実にする、表面を向く噴射ノズルを有することが好ましい。さらに、「超音波を受ける、または発するように」構成された表面は、超音波を伝える、または反射するように構成された表面を含むものとして理解されなければならない。言い換えれば、前記表面は、超音波を発する、および／または受ける能動面とすることができ、変換面として考えられる、または、超音波を別の方向に反射するのみ、または超音波を伝えるのみの受動面とすることができる。

溶液は水性溶液、例えば、水が好ましく、尿素溶液がより好ましい。タンクは、水性溶液を貯蔵するために特に有利であり、水溶液はさらに有利である、というのは、微細気泡はこのような溶液ではより重要であるからである。

本発明は、単独で、または組み合わされて、以下の特徴のうちの一つまたは複数をさらに備えることができる。

− 前記表面は、超音波センサの発信または受信面である。言い換えれば、前記表面は、超音波センサの表面、すなわち、変換面である。

− 前記表面は、超音波センサの、好ましくは、圧電変換センサの発信および受信面である。

− 前記表面は超音波反射体である。特に、前記超音波反射体は、超音波センサからの超音波を受けて、タンク内の溶液の内面に向けて超音波を反射し、次いで、溶液の内面で反射した後、戻ってくる超音波を受けて、信号処理のために超音波センサに向けて反射する。このような超音波反射体は、通常、タンク内の溶液レベルを測定するために使用されている。

− タンクは、噴射軸線に従って表面上に溶液を送るように構成された噴射ノズルを備え、噴射軸線は表面と０°より大きく１８０°より小さい角度を形成する。この角度は０°および１８０°とは違うことを理解するべきである。噴射軸線と表面との間のこのような角度は、溶液の量が確実に表面上に直接送られるようにするために必要であり、噴射軸線は前記表面と交差している。さらに、噴射ノズルを使用することによって、弁から来る溶液の量の噴射が設定可能でより正確にすることができる。

− センサに接続され、表面を使用して実施された測定の異常を検出するように構成された制御器をタンクは備える。制御器を使用することによって、超音波センサが機能不良として検出された場合だけ、表面上に溶液の量を送ることができ、それは、システムをより反応的でエネルギー効率的にする。「表面を使用して実施された測定の異常」は、センサが誤った信号を受ける、またはいかなる信号も全く受けないことを意味する。異常の検出は、予め決められた測定または測定範囲と実施された測定を比較するステップを含むことが好ましい。例えば、実施された測定が範囲外である場合に異常と断定される。例えば、自動車の排ガス処理のための尿素溶液の濃度を測定するように構成された超音波センサの場合、溶液濃度は、室温（通常、２０℃）において３２．５％でなければならないが、超音波センサが、正しい値から２０％ずれた値を測定した場合、制御器はこの測定が異常であることを検出することができる。

− 弁は電磁弁であり、制御器は弁の開弁を指令する。したがって、開弁は、制御器により遠隔で指令することができる。この実施形態では、電磁弁は、表面への流体の流れを制御し、ポンプは一定速度で働くことが好ましい。電磁弁はソレノイド弁とすることができる。

− 弁は受動弁システムであり、制御器はポンプの速度を指令する。この実施形態では、弁は二重逆止弁とすることができ、ポンプは、少なくとも二つの異なる圧力を発生するように構成されることが好ましい。例えば、制御器によっていかなる測定の問題も検出されない場合には、ポンプは、第１のレベルの１分当たりの回転数（ｒｐｍ：ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）を実施することができる。したがって、第１の逆止弁によって、流体は、第１の圧力で流れることができ、噴射ノズルは作動しない。測定の異常が検出されると、ポンプは、第２のレベルの１分当たりの回転数（ｒｐｍ）を実施することができ、それによって、第２の逆止弁に流体が流れて噴射ノズルを作動させることができる。

− 弁は、超音波を受ける、または発するように構成された複数の表面上に溶液量を送るように構成され、表面は、一つまたは複数の超音波センサに属する。これは、一つのシステムを使用して、いくつかの表面から微細気泡を除去し、濃度および充填レベルの測定のようないくつかのタイプの測定の品質をチェックすることができるという点で特に興味深い。

− 弁は、溶液の濃度を測定するように構成されたセンサに属する第１および第２の表面上に、ならびに、タンク内の液体レベルを測定するように構成されたセンサに属する第３の表面上に溶液量を送るように構成される。この構成によって、タンク内の溶液の量と質に関する測定の品質をチェックするための手段を最適化することができる。溶液の濃度を測定するために、第１の表面は波を発し、第２の表面は反射して第１の表面へ戻すように構成されることが好ましい。

− 弁は、二つの流体出口を有するフラッシング管に接続され、各出口は、少なくとも一つの表面上に溶液量を送るように構成される。したがって、二つの表面を、直接噴射によって同時にフラッシュすることができ、これは、微細気泡の適切な除去を保証する。例えば、「Ｔ」字形の流体出口を使用して、二つの異なる方向に溶液量を送ることができる。

− タンクは二つの弁を備え、各弁は、少なくとも一つの表面上に溶液量を送るように構成される。したがって、いくつかの表面を同時にフラッシュすることができ、表面に応じて、例えば、ノズル噴射と表面との間の距離に応じて、流れを適合させることも可能である。

− ポンプは、タンクから溶液を抜き取るように構成されたポンプである。この実施形態によれば、ポンプ機能および微細気泡除去機能は同じポンプで実行される。これは、非常に簡単なタンクの構造であり、より経済的なシステムである。実際、タンクに追加のポンプを必要とすることなく、微細気泡を除去するためのシステムを有することができる。

超音波センサを使って、溶液を貯蔵するためのタンク内の値を測定するための方法を提供することもまた、本発明の目的である。本方法は、表面から微細気泡を除去するために、超音波を受ける、または発するように構成された表面上にタンク内に入っている溶液の量を直接送る噴射のステップを含む。

本発明は、単独で、または組み合わされて、以下の特徴のうちの一つまたは複数をさらに備えることができる。

− 本方法は、噴射のステップの後、好ましくは、１秒から５秒の間の時間を含む時間内に、測定を実行するさらなるステップを含む。したがって、自動フラッシングプログラムを使って、測定に関与するすべての表面が清浄で微細気泡が取り除かれたすぐ後に測定が常に実行されることを保証することができる。

− 本方法は、超音波を受ける、または発するように構成された表面を備える超音波センサによって実行される測定を制御するステップを含み、異常な測定が検出された場合にのみ、噴射のステップを含む。この制御するステップを使用して、選択的なフラッシングプログラムを提案することができる。溶液の量は、異常な測定が検出された場合にのみ送られ、これによって、システムはエネルギーおよび時間を節約し、装置の使用を削減する。

− 本方法は、表面上にタンク内に入っている溶液の量を直接送るための弁の開弁を指令するステップを含む。したがって、表面上の液体の流れは連続的ではなく、噴射される溶液の量と流れは、弁の開弁を通じて指令される。

− 本方法は、表面上にタンク内に入っている溶液の量を直接送るためのポンプの速度を指令するステップを含む。したがって、表面上の液体の流れは連続的ではなく、噴射される溶液の量と流れは、ポンプの速度の変化を通じて指令される。

以下の説明は、タンクの特性のいくつかを示す。この説明は以下の図に基づく。

タンク用のセンサの例の概略斜視図である。 閉位置にある電磁弁を備えるタンクの概略図である。 電磁弁が開位置にある、図２のタンクの概略図である。 閉位置にある受動弁システムを備えるタンクの概略図である。 受動弁システムが開位置にある、図４のタンクの概略図である。

自動車に溶液、通常は、水性溶液を貯蔵するためのタンクが、参考文献１によって設計され、図２〜図５に概略的に示されている。タンク１は、壁と、これらの壁の間にある底とによって区切られた内容積を定める。タンク１には、車両の排ガス処理装置に噴射される、好ましくは、尿素溶液が入っている。このために、タンク１は、ハウジング２１に収容されたポンプ２をさらに備え、ポンプ２を使って、吸込み点でタンク１から液体を抜き取ることができる。ポンプ２によって送出される溶液は、第１の出口ラインを通ってインジェクタ１４に供給することができる。ハウジング２１は、タンク１の底への開口を通して挿入することができる。

タンクは一つまたは複数のセンサ５、８を備え、それは超音波センサが好ましい。例えば、図１に概略的に見ることができるように、タンクは、溶液の濃度を測定するように構成された第１のセンサ５を備える。第１の超音波センサ５は、実質的に平面で、超音波を発するように構成された、第１の表面６と呼ばれる表面６を有する。ダイバータ１７が、第１のセンサ５の隣に配置され、第１のセンサ５の方を向き、第２の表面７と呼ばれる表面７を有し、表面７は、実質的に平面で、第１の表面６によって発せられた波を、波が第１の表面６に戻るように反射する。言い換えれば、表面６は、能動面、または変換面である。表面６は、ここでは、例えば、圧電変換センサである超音波センサ５の発信および受信面である。表面７は、超音波を反射するために使用される受動面である。したがって、第１の表面６から第２の表面７に行って戻るまでの伝播時間を測定することによって、基準伝播時間の測定を実施することができる。この基準の測定は、タンク内の溶液の濃度を決定するために使用することができる。タンク１は、タンク１内の液体レベルを測定するように構成された第２のセンサ８をさらに備える。第２のセンサ８は、第３の表面９と呼ばれる表面９を備え、表面９は、超音波をタンク内の溶液の液体表面に向けて発して、液体表面からセンサに戻る同じ波を受けるように構成された実質的に平面である。第２のセンサ８は、例えば、圧電変換センサである。したがって、表面９は能動面である。このようにして実施された伝播時間の測定は、予め決定された基準値とともに使用して、タンク内の溶液の液体レベルを決定することができる。すべての表面は、溶液と接触して測定するように構成される。

本発明は、上記の実施形態に限定するものではない。特に、一つだけセンサを使用して、溶液の濃度および／または液体レベルを決定することができる。例えば、センサは、液体レベルを決定するために液体表面に向けて超音波を発する第１の表面を有し、ダイバータは、濃度を決定するために、第１の表面への波を部分的に反射するように構成された第２の表面を有する。第１の表面は、タンクの底に平行に配置することができる。第１の表面はまた、タンクの他の壁に平行に配置することもでき、その場合には、反射体を使用して、センサからの波を液体表面に向きを転換することができる。さらに、溶液の濃度を測定するセンサ５を、または、液体レベルを測定するセンサ８を変えることができる。特に、それらは、反射面として追加の表面を使用することができ、または、そのほか、例えば、センサ８から垂直に突出する案内または保護シースを含むことができる。

タンクの第１の実施形態では、図２および図３によれば、タンクは電磁弁３、例えば、ソレノイド弁３を備える。電磁弁３は、第２の出口ラインを通じてポンプ２に接続され、タンク内に入っている溶液の量を表面７上に直接送るように構成されている。弁３は、噴射軸線に従って表面７上に溶液を送るように構成された噴射ノズルに接続することができる。ここで、噴射軸線は、表面と０°より大きく１８０°より小さい角度を形成する。図３に示すように、微細気泡を非常に効率的に除去するために、この角度は４５°から１３５°の間が好ましく、約９０°がより好ましい。制御器１２は、ソレノイド弁３と接続されて弁３の開弁を指令する。この実施形態では、図３に示すように、ソレノイド弁３の開弁によって、吸込み点を通じて吸い込む溶液量を送ることができるように、ポンプは一定速度で働くことが好ましい。制御器１２はまた、センサ５に接続され、表面６および７を使用して実施された測定の異常を検出するように構成されることが好ましい。この場合、制御器１２は、異常の検出後のみ、弁３の開弁を指令する。

第１の実施形態と同様に、図４および図５によれば、タンクは、受動弁、例えば、第１の逆止弁４１と第２の逆止弁４２とを備える二重式逆止弁を備える。制御器１３は、好ましくは、少なくとも二つの異なる速度を有するように構成されたポンプ２に接続され、指令する。これらの速度は、ｒｐｍ（１分当たりの回転数）のレベルによって表され、したがって、「標準」ｒｐｍである第１のｒｐｍと、第１のｒｐｍより重要で、「高速」ｒｐｍと呼ばれる第２のｒｐｍについて議論することができる。図４によって示されるように、ポンプ２が「標準」ｒｐｍで動いている場合、ポンプ２によって生じる圧力は、インジェクタ１４が、溶液をタンクから、例えば、触媒チャンバに送るのに適しており、また第１の逆止弁４１の開弁に適している。しかしながら、この圧力は、開けるには高い圧力が必要な第２の逆止弁４２の開弁に対しては十分ではない。図５によって示されているように、ポンプ２が「高速」ｒｐｍで動いている場合、ポンプ２によって生じる圧力は上昇して、第２の逆止弁４２が開弁することができるレベルに達して、この弁をその溶液量が通ることができる。ポンプ２が「高速」ｒｐｍで動いている場合、ポンプ２とインジェクタ１４との間で弁装置を使用することができ、この弁装置は、図５に示すように、流体がインジェクタ１４に達することを止めるように構成される。第１の実施形態と同じように、制御器１３は、センサ５に接続され、表面６および７を使用して実施された測定の異常を検出するように構成されることが好ましい。このようにして、制御器１３は、異常の検出後のみ、弁４の開弁を指令する。

説明した実施形態の両方とも、溶液量は、噴射軸線と各表面との間に形成された所定の角度で、表面に直接送られる。このために、各弁３、４は、超音波を受ける、または発するように構成された複数の表面６、７、９上に溶液量を送るように構成することができ、表面６、７、９は、一つまたは複数の超音波センサ５、８、すなわち、ここでは、二つのセンサに属している。例えば、各弁は、二つの流体出口を有するフラッシング管に接続することができ、各出口は、少なくとも一つの表面上に溶液量を送るように構成される。

各弁が、少なくとも一つの表面上に溶液量を送るように構成された二つの独立した弁を備えるタンクを提供することもまた可能である。

説明した実施形態では、ポンプ２は、タンクから溶液を抜き取るように構成されたポンプである。しかし、表面に向けて溶液を送るためだけに、インジェクタ１４に溶液を送るためのポンプ２とは独立して動く第２のポンプを使用することができる。

したがって、本発明はまた、超音波センサを使って、溶液を貯蔵するためのタンク内の値を測定するための方法に関する。本方法は、表面から微細気泡を除去するために、超音波を受ける、または発するように構成された表面上にタンク内に入っている溶液の量を直接送る噴射のステップを含む。

本方法は、噴射のステップの後、１秒から５秒の間の時間を含む時間内に、測定を実行するステップをさらに含むことが有利である。

上記のステップは、繰り返して実施することができて、測定に関与するすべての表面が清浄で微細気泡がない場合に測定が常に実施されることを保証する自動フラッシングプログラムを提供する。

別の実施形態では、本方法は、超音波センサ５または８によって実行される測定を制御するさらなるステップ、および異常な測定が検出された場合のみ起きる噴射のステップを含む。

制御器は、この実施形態では、溶液の量が、異常な測定が検出された場合にのみ送られる、選択的なフラッシングプログラムを提供するために使用される。

電磁弁の場合、本方法は、表面上にタンク内に入っている溶液の量を直接送るための弁の開弁を指令するさらなるステップを含む。受動弁の場合、本方法は、表面上にタンク内に入っている溶液の量を直接送るためのポンプの速度を指令するさらなるステップを含む。

１ タンク
２ ポンプ
３ 弁
４ 弁
５ センサ
６ 表面
７ 表面
８ センサ
９ 表面
１２ 制御器
１３ 制御器
１４ インジェクタ
１７ ダイバータ
２１ ハウジング
４１ 逆止弁
４２ 逆止弁

Claims (18)

1. 自動車に溶液、好ましくは尿素溶液を貯蔵するためのタンク（１）であって、
   ポンプ（２）と、
   超音波を受ける、または発するように構成され、前記溶液と接触するように構成された表面（６、７、９）であって、略平面である表面と、
   前記ポンプ（２）に接続され、前記表面（６、７、９）上に前記タンク内に入っている前記溶液の量を直接送るように構成された弁（３、４）と
   を備えたタンク。
2. 前記表面が、超音波センサを発する、または受ける表面である、請求項１に記載のタンク。
3. 前記表面が、超音波センサ、好ましくは、圧電変換センサの発信および受信表面である、請求項１または２に記載のタンク。
4. 前記表面が超音波反射体である、請求項１から３のいずれか一項に記載のタンク。
5. 噴射軸線に従って前記表面上に前記溶液を送るように構成された噴射ノズルを備え、前記噴射軸線が前記表面と０°より大きく１８０°より小さい角度を形成する、請求項１から４のいずれか一項に記載のタンク。
6. 前記センサに接続され、前記表面（６、７、９）を使用して実施された測定の異常を検出するように構成された制御器（１２、１３）を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のタンク。
7. 前記弁（３）が電磁弁（３）であり、前記制御器（１２）が前記弁（３）の開弁を指令する、請求項６に記載のタンク。
8. 前記弁（４）が受動弁システム（４）であり、前記制御器（１３）が前記ポンプ（２）の速度を指令する、請求項６に記載のタンク。
9. 前記弁（３、４）が、超音波を受ける、または発するように構成された複数の表面（６、７、９）上に溶液量を送るように構成され、前記表面（６、７、９）が一つまたは複数の超音波センサ（５、８）に属する、請求項１から８のいずれか一項に記載のタンク。
10. 前記弁（３、４）が、前記溶液の濃度を測定するように構成されたセンサ（５）に属する第１および第２の表面（６、７）上に、ならびに、前記タンク（１）内の液体レベルを測定するように構成されたセンサ（８）に属する第３の表面（９）上に溶液量を送るように構成された、請求項９に記載のタンク。
11. 前記弁（３、４）が、二つの流体出口を有するフラッシング管に接続され、各出口が、少なくとも一つの表面上に溶液量を送るように構成された、請求項９から１０のいずれか一項に記載のタンク。
12. 前記タンクが二つの弁を備え、各弁が、少なくとも一つの表面上に溶液量を送るように構成された、請求項９から１０のいずれか一項に記載のタンク。
13. 前記ポンプ（２）が、前記タンクから前記溶液を抜き取るように構成されたポンプである、請求項１から１２のいずれか一項に記載のタンク。
14. 超音波センサを使って、溶液を貯蔵するためのタンク内の値を測定するための方法であって、超音波を受ける、または発するように構成された表面から微細気泡を除去するために、前記表面上に前記タンク内に入っている前記溶液の量が直接送られる、噴射のステップを含む、方法。
15. 前記噴射のステップの後、好ましくは、１秒から５秒の間の時間を含む時間内に、測定を実行するさらなるステップを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 超音波を受ける、または発するように構成された表面を備える超音波センサによって実行される測定を制御するステップを含み、異常な測定が検出された場合にのみ、噴射のステップを含む、請求項１４または１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記表面上に前記タンク内に入っている前記溶液の量を直接送るための弁の開弁を指令するさらなるステップを含む、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の、超音波センサを使ってタンク内の値を測定するための方法。
18. 前記表面上に前記タンク内に入っている前記溶液の量を直接送るためのポンプの速度を指令するさらなるステップを含む、請求項１４から１７のいずれか一項に記載の、超音波センサを使ってタンク内の値を測定するための方法。

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