KR102483383B1 - Urea concentration measuring device and urea water sender and urea water tank including the same - Google Patents
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Abstract
요소 농도 측정 장치는, 송신기와 수신기 사이의 농도 측정 영역에 있는 요소수를 통해 전파하는 파동을 검출하여 상기 요소 농도를 측정하는 농도 측정기 및 상기 농도 측정 영역을 둘러싸도록 배치되는 차폐 부재를 포함한다. 상기 차폐 부재는 상기 요소수 내의 기포가 상기 농도 측정 영역으로 침입하는 것을 방지할 수 있는 다수의 통공 및 상기 농도 측정 영역 내부의 기포를 외부로 배출시키기 위한 적어도 하나의 공기 배출홀을 가진다.The urea concentration measuring device includes a concentration measuring device configured to measure urea concentration by detecting a wave propagating through urea water in a concentration measurement region between a transmitter and a receiver, and a shielding member disposed to surround the concentration measurement region. The shielding member has a plurality of through-holes capable of preventing air bubbles in the urea solution from entering the concentration measurement region and at least one air discharge hole through which air bubbles inside the concentration measurement region are discharged to the outside.
Description
본 발명은 선택적 촉매 환원 시스템에 사용되는 요소수의 요소 농도를 측정하기 위한 요소 농도 측정 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 요소 농도 측정 장치를 구비하는 요소수 센더 및 요소수 탱크에 관한 것이다.The present invention relates to a urea concentration measuring device for measuring the urea concentration of urea water used in a selective catalytic reduction system. In addition, the present invention relates to a urea water sender and a urea water tank having a urea concentration measuring device.
디젤엔진과 같은 내연기관의 배기가스에 포함되는 유해 물질을 후처리하여 정화시키는 배기가스 정화 시스템의 일 예로서, 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction; SCR) 시스템이 당해 분야에 알려져 있다.As an example of an exhaust gas purification system for post-processing and purifying harmful substances contained in exhaust gas of an internal combustion engine such as a diesel engine, a Selective Catalytic Reduction (SCR) system is known in the art.
선택적 촉매 환원 시스템(이하, 간단히 'SCR 시스템'이라 한다)은 내연기관의 배기가스 중 질소산화물(NOx)을 요소를 환원제로 사용하여 촉매 반응을 통해 질소와 물로 환원시킨다. SCR 시스템에는 환원제로서의 요소가 수용된 수용액(이하, 간단히 '요소수'라 한다)이 공급되는데, 이를 위해 요소수를 저장하는 요소수 탱크가 SCR 시스템에 채용된다. 요소수 탱크에는, SCR 시스템의 요소수 공급 모듈에 연결되어 요소수 탱크에 저장된 요소수를 SCR 시스템에 보내고 SCR 시스템으로부터 복귀하는 요소수를 요소수 탱크에 인도하는 요소수 센더가 장착된다. 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0066834호는 이러한 요소수 센더의 일 예를 개시한다.A selective catalytic reduction system (hereinafter simply referred to as 'SCR system') reduces nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas of an internal combustion engine to nitrogen and water through a catalytic reaction using urea as a reducing agent. The SCR system is supplied with an aqueous solution containing urea as a reducing agent (hereinafter simply referred to as 'urea water'). For this purpose, a urea water tank for storing urea water is employed in the SCR system. The urea water tank is equipped with a urea water sender that is connected to the urea water supply module of the SCR system and sends the urea water stored in the urea water tank to the SCR system and guides the urea water returned from the SCR system to the urea water tank. Korean Patent Publication No. 10-2013-0066834 discloses an example of such a urea water sender.
SCR 시스템의 촉매변환장치에 분사되는 요소수의 요소 농도는 적절한 환원 반응 유지를 위해 약 32.5wt%로 유지될 필요가 있다. 요소 농도가 32.5wt%보다 낮아지면, 원활한 촉매 작용이 일어나기 어렵다. 요소수의 요소 농도를 측정하기 위해 요소수 탱크의 내부에는 요소 농도 센서(당해 분야에 있어서, 이러한 요소 농도 센서는 '퀄리티 센서(quality sensor)'로도 참조된다)가 배치된다. SCR 시스템은 요소 농도 센서로부터의 측정 신호에 근거해 촉매변환장치에 분사되는 요소수의 양을 제어한다. 내연기관의 배기가스 중에 포함된 질소산화물(NOx)의 이상적인 환원작용을 위해서는 요소 농도 센서의 신뢰성 높고 정밀한 측정이 필요하다. 이러한 요소 농도 센서의 일 예로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0135207호는 초음파를 사용하여 요소수의 요소 농도를 측정하는 센서를 개시한다. 초음파를 사용하는 요소 농도 센서는 요소수를 통해 전파하는 초음파의 속도와 세기를 측정하여 요소수의 요소 농도를 측정한다.The urea concentration of urea water injected into the catalytic converter of the SCR system needs to be maintained at about 32.5 wt% to maintain an appropriate reduction reaction. When the urea concentration is lower than 32.5 wt%, smooth catalytic action is difficult to occur. In order to measure the urea concentration of urea water, a urea concentration sensor (in the art, such a urea concentration sensor is also referred to as a 'quality sensor') is disposed inside the urea water tank. The SCR system controls the amount of urea water injected into the catalytic converter based on the measured signal from the urea concentration sensor. For the ideal reduction of nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas of an internal combustion engine, reliable and precise measurement of an urea concentration sensor is required. As an example of such a urea concentration sensor, Korean Patent Publication No. 10-2012-0135207 discloses a sensor for measuring the urea concentration of urea water using ultrasonic waves. The urea concentration sensor using ultrasonic waves measures the urea concentration of the urea solution by measuring the speed and intensity of the ultrasonic waves propagating through the urea solution.
디젤엔진 등의 내연기관이 사용되는 차량 또는 기계 중, 배기가스 배출기준을 충족해야 하는 차량 또는 기계에는, SCR 시스템이 요소수를 저장한 요소수 탱크와 함께 장착되고 있다. 초음파를 사용하는 요소 농도 센서가 장착된 요소수 탱크가 이러한 차량과 기계에 사용될 때, 요소수의 품질 변화, 요소의 수위 변화 등의 내적 요인이 없는 상황에서 요소 농도가 소정의 수준(약 32.5wt%)으로 유지됨에도 불구하고, 초음파를 사용하는 요소 농도 센서가 요소 농도를 오측정할 수 있다. 이의 원인으로서, 요소수 탱크 내의 요소수에 발생된 미세한 기포가 요소 농도 센서의 측정 영역에 침입하여 측정 영역을 통과하는 초음파의 속도와 세기를 불규칙하게 변동시키는 것으로 판명되고 있다.Among vehicles or machines using an internal combustion engine such as a diesel engine, vehicles or machines that must meet exhaust gas emission standards, an SCR system is installed together with a urea solution tank storing urea solution. When a urea water tank equipped with a urea concentration sensor using ultrasonic waves is used in these vehicles and machines, the urea concentration is at a predetermined level (about 32.5wt) in the absence of internal factors such as quality change of urea water and change in urea level. %), urea concentration sensors using ultrasonic waves may erroneously measure urea concentration. As a cause of this, it has been found that fine bubbles generated in the urea water in the urea water tank invade the measurement area of the urea concentration sensor and irregularly fluctuate the speed and intensity of ultrasonic waves passing through the measurement area.
차량과 기계의 운전 또는 주행 시 차량 또는 기계의 진동과 요동이 요소수 탱크 내의 요소수를 출렁이게 하며, 이에 의해 요소수 탱크 내의 요소수에 기포가 발생될 수 있다. 또한, SCR 시스템으로부터 요소수 탱크 내로 복귀하는 요소수는 요소수 탱크 내의 요소수의 수면 위로 쏟아지는데, 이때에도 요소수 내에 기포가 발생될 수 있다. 디젤엔진을 장착한 차량과 기계의 운전 상황을 고려할 때, 요소수 탱크 내의 요소수에 발생하는 기포는 회피될 수 없다. 그러나, 초음파를 사용하는 요소 농도 센서는 요소수 내의 기포에 의해 오측정을 일으킬 가능성이 매우 높다.Vibration and shaking of the vehicle or machine during operation or driving of the vehicle or machine cause the urea solution in the urea solution tank to fluctuate, whereby bubbles may be generated in the urea solution in the urea solution tank. In addition, the urea water returned from the SCR system into the urea water tank pours onto the surface of the urea water in the urea water tank, and even at this time, bubbles may be generated in the urea water. Considering the operating conditions of vehicles and machines equipped with diesel engines, air bubbles generated in the urea water in the urea water tank cannot be avoided. However, the urea concentration sensor using ultrasonic waves is very likely to cause erroneous measurement due to bubbles in the urea solution.
또한, 배기가스의 배출기준을 더욱 엄밀히 준수하기 위해, 일부의 차량 또는 기계에서는, SCR 시스템이 내연기관의 엔진제어유닛과 접속되어 있다. 이 경우, 요소수의 농도 저하 등으로 인해 질소산화물의 환원양이 소정의 배기가스 배출기준에 도달하지 못하는 경우, 내연기관의 출력을 강제로 감소시키도록 하고 있다. 전술한 바와 같이 요소수 내의 미세한 기포로 인해, 요소수의 요소 농도가 소정 수준으로 유지됨에도 요소 농도 센서가 요소 농도를 오측정하게 되면, 원치 않는 내연기관의 강제 출력 저하를 초래할 수 있다.Further, in order to more strictly comply with emission standards of exhaust gas, in some vehicles or machines, an SCR system is connected with an engine control unit of an internal combustion engine. In this case, when the reduced amount of nitrogen oxide does not reach a predetermined exhaust gas emission standard due to a decrease in the concentration of urea water, the output of the internal combustion engine is forcibly reduced. As described above, when the urea concentration sensor incorrectly measures the urea concentration even though the urea concentration in the urea solution is maintained at a predetermined level due to the minute bubbles in the urea solution, an undesirable forcible decrease in output of the internal combustion engine may occur.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 기포로 인한 오측정을 일으키지 않고 신뢰성 높고 정밀한 측정을 달성하는 요소 농도 측정 장치를 제공한다.The present invention has been devised to solve the above-mentioned problems of the prior art, and provides a urea concentration measuring device that achieves reliable and precise measurement without causing erroneous measurement due to bubbles.
또한, 본 발명은 신뢰성 높고 정밀한 측정을 달성하는 요소 농도 측정 장치를 구비하는 요소수 센더 및 요소수 탱크를 제공한다.In addition, the present invention provides a urea water sender and a urea water tank having a urea concentration measuring device achieving reliable and precise measurement.
본 발명의 일 측면은 요소수에 침지되어 요소 농도를 측정하는 요소농도 측정 장치를 제공한다. 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치는 선택적 촉매 환원 시스템에 사용되는 요소수를 저장하는 요소수 탱크의 내부에 직접 배치되거나, 요소수 탱크에 장착되는 요소수 센더에 부착되어 요소수 탱크의 내부에 배치된다. 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치는 요소수를 통해 전파하는 초음파의 속도와 세기를 측정함으로써 요소수의 요소 농도를 측정한다.One aspect of the present invention provides a urea concentration measuring device for measuring urea concentration by being immersed in urea water. The urea concentration measuring device according to the embodiment is directly disposed inside the urea water tank for storing the urea water used in the selective catalytic reduction system, or is attached to a urea water sender mounted on the urea water tank and disposed inside the urea water tank. do. The urea concentration measuring device according to the embodiment measures the urea concentration of the urea solution by measuring the speed and intensity of ultrasonic waves propagating through the urea solution.
예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치는, 송신기와 수신기 사이의 농도 측정 영역에 있는 요소수를 통해 전파하는 파동을 검출하여 상기 요소 농도를 측정하는 농도 측정기 및 상기 농도 측정 영역을 둘러싸도록 배치되는 차폐 부재를 포함한다. 상기 차폐 부재는 상기 요소수 내의 기포가 상기 농도 측정 영역으로 침입하는 것을 방지할 수 있는 다수의 통공 및 상기 농도 측정 영역 내부의 기포를 외부로 배출시키기 위한 적어도 하나의 공기 배출홀을 가진다.An urea concentration measuring device according to exemplary embodiments includes a concentration measuring device configured to measure urea concentration by detecting a wave propagating through the number of urea in a concentration measurement region between a transmitter and a receiver, and arranged to surround the concentration measurement region. It includes a shielding member to be. The shielding member has a plurality of through-holes capable of preventing air bubbles in the urea solution from entering the concentration measurement region and at least one air discharge hole through which air bubbles inside the concentration measurement region are discharged to the outside.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 농도 측정기는 상기 요소 농도 측정 영역을 전파하는 초음파를 검출하여 상기 요소 농도를 측정하는 초음파 농도 측정기를 포함할 수 있다. 상기 초음파 농도 측정기는 상기 초음파를 송신및 수신하는 초음파 송수신기 및 상기 초음파 송수신기로부터 이격되고 상기 초음파를 상기 초음파 송수신기로 반사하는 반사체, 또는 상기 초음파를 송신하는 초음파 송신기 및 상기 초음파 송신기와 이격되고 상기 초음파를 수신하는 초음파 수신기를 포함할 수 있다.In example embodiments, the concentration measuring device may include an ultrasonic concentration measuring device that measures the urea concentration by detecting ultrasonic waves propagating through the urea concentration measurement region. The ultrasonic concentration meter is spaced apart from the ultrasonic transceiver that transmits and receives the ultrasonic wave and the reflector that is spaced apart from the ultrasonic transceiver and reflects the ultrasonic wave to the ultrasonic transceiver, or the ultrasonic transmitter that transmits the ultrasonic wave and the ultrasonic transmitter that transmits the ultrasonic wave It may include an ultrasonic receiver for receiving.
예시적인 실시예들에 있어서, 요소 농도 측정 장치는 상기 농도 측정기에 결합되어 상기 농도 측정 영역에 배치되는 프레임 부재를 더 포함한다. 상기 프레임 부재는 적어도 하나의 개구를 구비하며, 상기 차폐 부재는 그 적어도 일부가 상기 개구에 위치하도록 상기 프레임 부재에 결합된다. 또한, 상기 프레임 부재는, 길이방향의 양단에 위치하는 제1 접촉부와 제2 접촉부 및 상기 제1 접촉부와 상기 제2 접촉부 사이에 위치하고 상기 개구를 가지는 유지부를 구비한다. 또한, 상기 프레임 부재의 측면 형상은 삼각형, 사각형, 원형, 반원형 중 어느 하나 또는 상기 삼각형, 사각형, 원형 및 반원형 중 둘 이상이 조합된 형상을 가진다.In exemplary embodiments, the urea concentration measuring device further includes a frame member coupled to the concentration measuring device and disposed in the concentration measuring region. The frame member has at least one opening, and the shield member is coupled to the frame member so that at least a portion thereof is located in the opening. Further, the frame member includes a first contact portion and a second contact portion positioned at both ends in the longitudinal direction, and a holding portion positioned between the first contact portion and the second contact portion and having the opening. In addition, the side shape of the frame member has any one of a triangle, a rectangle, a circle, and a semicircle, or a combination of two or more of the triangle, a rectangle, a circle, and a semicircle.
예시적인 실시예들에 있어서, 요소 농도 측정 장치는 상기 농도 측정기의 초음파 송수신기와 반사체 또는 초음파 송신기와 초음파 수신기에 결합되고 이들을 서로 이격시키는 스페이서를 더 포함한다. 상기 프레임 부재를 구비하는 실시예에 있어서, 상기 스페이서는 상기 프레임 부재의 내측에서 연장한다.In exemplary embodiments, the urea concentration measuring device further includes a spacer coupled to the ultrasonic transceiver and the reflector or the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver of the concentration meter and spaced them apart from each other. In embodiments including the frame member, the spacer extends inside the frame member.
예시적인 실시예들에 있어서, 요소 농도 측정 장치는 상기 농도 측정기를 지지하는 지지 부재를 더 포함한다. 상기 지지 부재는 상기 요소 농도 측정 장치가 위치하는 요소수 센더 또는 요소수 탱크에 결합된다. 또한, 상기 지지 부재는 상기 농도 측정기의 초음파 송수신기 또는 초음파 송신기를 지지하는 제1 브라켓 및 상기 농도 측정기의 반사체 또는 초음파 수신기를 지지하는 제2 브라켓을 포함할 수 있다. In exemplary embodiments, the urea concentration measuring device further includes a support member supporting the concentration measuring device. The support member is coupled to a urea water sender or a urea water tank where the urea concentration measuring device is located. In addition, the support member may include a first bracket supporting the ultrasonic transceiver or ultrasonic transmitter of the density measuring device and a second bracket supporting the reflector or ultrasonic receiver of the concentration measuring device.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 차폐 부재는 상기 통공을 가지는 메쉬 구조체, 상기 통공을 가지는 박막 구조체 및 상기 통공을 가지는 다공성 구조체 중 어느 하나를 포함한다. 상기 통공은 상기 차폐 부재의 두께 방향에서 상기 차폐 부재를 관통하도록 형성될 수 있다. 상기 통공의 크기는 약 20㎛ 내지 약 200㎛의 범위가 될 수 있다.In example embodiments, the shielding member includes any one of a mesh structure having the through hole, a thin film structure having the through hole, and a porous structure having the through hole. The through hole may be formed to pass through the shielding member in a thickness direction of the shielding member. The size of the through hole may be in the range of about 20 μm to about 200 μm.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 공기 배출홀은 상기 차폐 부재의 두께 방향에서 상기 차폐 부재를 관통하도록 형성될 수 있다. 상기 공기 배출홀의 크기는 약 1.7mm 내지 약 4mm의 범위가 될 수 있다. 상기 공기 배출홀은 상기 차폐 부재의 상부에 위치하는 상부 공기 배출홀을 포함할 수 있다. 상기 공기 배출홀은 상기 차폐 부재의 하부에 위치하는 하부 공기 배출홀을 더 포함할 수 있다.In example embodiments, the air discharge hole may be formed to penetrate the shielding member in a thickness direction of the shielding member. The air discharge hole may have a size ranging from about 1.7 mm to about 4 mm. The air discharge hole may include an upper air discharge hole positioned above the shielding member. The air discharge hole may further include a lower air discharge hole positioned below the shielding member.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 차폐 부재는 상기 농도 측정 영역에 연결되며 상기 농도 측정 영역으로부터 중력 방향으로 배치된 기포 수집 영역을 구비하고, 상기 농도 측정 영역에서 발생된 기포는 상기 기포 수집 영역으로 이동할 수 있다. 상기 공기 배출홀은 상기 기포 수집 영역에 연통될 수 있다.In example embodiments, the shielding member includes a bubble collection region connected to the concentration measurement region and disposed in a direction of gravity from the concentration measurement region, and bubbles generated in the concentration measurement region are directed to the bubble collection region. can move The air discharge hole may communicate with the bubble collection area.
본 발명의 다른 측면은 선택적 촉매 환원 시스템용 요소수 탱크에 장착되는 요소수 센더를 제공한다. 실시예의 요소수 센더는, 요소수가 상기 요소수 탱크로부터 흡입되는 흡입관, 상기 요소수가 상기 요소수 탱크로 복귀되는 복귀관, 상기 요소수를 가열하기 위한 가열관, 및 상기 가열관에 결합되는 홀더를 구비한다. 또한, 실시예의 요소수 센더는 전술한 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치를 구비한다. Another aspect of the present invention provides a urea water sender mounted on a urea water tank for a selective catalytic reduction system. The urea water sender of the embodiment includes a suction pipe through which urea water is sucked from the urea water tank, a return pipe through which the urea water is returned to the urea water tank, a heating pipe for heating the urea water, and a holder coupled to the heating pipe. provide In addition, the urea number sender of the embodiment includes the urea concentration measuring device according to the above-described embodiment.
본 발명의 또 다른 측면은 선택적 촉매 환원 시스템에 사용되는 요소수를 저장하기 위한 요소수 탱크를 제공한다. 일 실시예의 요소수 탱크는 내부의 바닥벽 상에 결합되는 전술한 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치를 구비한다. 또 다른 실시예의 요소수 탱크는 전술한 요소 농도 측정 장치를 갖춘 전술한 요소수 센더를 구비한다.Another aspect of the present invention provides a urea water tank for storing urea water used in a selective catalytic reduction system. The urea water tank of one embodiment includes the urea concentration measuring device according to the above-described embodiment coupled to the inner bottom wall. Another embodiment of the urea water tank includes the above-described urea water sender equipped with the above-described urea concentration measuring device.
예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치에 의하면, 요소수 내의 기포가 초음파가 전파하는 농도 측정 영역으로 침입하는 것을 방지하고 상기 농도 측정 영역 내의 기포를 외부로 배출시키는 차폐 부재에 의해, 요소수는 농도 측정 영역으로 유입하지만, 요소수 내의 기포는 농도 측정 영역으로 침입하지 못하고 내부의 기포는 외부로 용이하게 배출될 수 있다. 따라서, 예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치는 기포로 인한 오측정을 일으키지 않으며 신뢰성 높고 정밀한 요소 농도 측정을 실현한다.According to the urea concentration measuring device according to exemplary embodiments, by a shielding member that prevents bubbles in the urea solution from penetrating into a concentration measurement region where ultrasonic waves propagate and discharges the bubbles in the concentration measurement region to the outside, the urea concentration is introduced into the concentration measurement region, but bubbles in the urea solution do not penetrate into the concentration measurement region, and internal bubbles can be easily discharged to the outside. Therefore, the urea concentration measuring device according to the exemplary embodiments does not cause erroneous measurement due to air bubbles and realizes highly reliable and precise urea concentration measurement.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치를 구비하는 요소수 센더를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 요소수 센더의 정면도이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치를 도시하는 사시도이다.
도 5는 차폐 부재와 프레임 부재가 제거된 도 4에 도시하는 요소 농도 측정 장치를 도시하는 사시도이다.
도 6은 차폐 부재와 프레임 부재가 제거된 도 4에 도시하는 요소 농도 측정 장치를 도시하는 정면도이다.
도 7은 차폐 부재와 프레임 부재를 도시하는 사시도이다.
도 8은 프레임 부재를 도시하는 평면도이다.
도 9는 차폐 부재의 일 예를 도시하는 확대도이다.
도 10은 차폐 부재의 다른 예를 도시하는 확대도이다.
도 11은 차폐 부재의 또 다른 예를 도시하는 확대도이다.
도 12는 프레임 부재의 다른 예를 도시하는 사시도이다.
도 13은 프레임 부재의 또 다른 예를 도시하는 사시도이다.
도 14는 프레임 부재의 또 다른 예를 도시하는 사시도이다.
도 15는 프레임 부재의 또 다른 예를 도시하는 사시도이다.
도 16은 예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치를 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 17은 예시적인 실시예들에 따른 요소수 탱크에 결합되는 요소수 센더를 도시하는 분해 사시도이다.
도 18은 도 17에 도시하는 요소수 탱크를 도시하는 사시도로서, 요소수 탱크의 종단면을 취하여 요소수 센더가 요소수 탱크에 장착되어 있는 것을 도시한다.
도 19는 비교예의 요소 농도 측정 장치를 사용하여 측정한 요소수의 농도 측정치를 도시하는 그래프이다.
도 20은 일 실시예의 요소 농도 측정 장치를 사용하여 측정한 요소수의 농도 측정치를 도시하는 그래프이다.
도 21은 예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치를 구비하는 요소수 센더를 나타내는 사시도이다.
도 22는 도 21의 요소 농도 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 23은 도 21의 요소 농도 측정 장치의 차폐 부재와 프레임 부재를 나타내는 사시도이다.
도 24는 도 23의 차폐 부재와 프레임 부재를 나타내는 측면도이다.
도 25는 도 23의 차폐 부재와 프레임 부재를 나타내는 저면 사시도이다.
도 26은 도 21의 요소 농도 측정 장치를 사용하여 측정한 공기 배출홀의 크기에 따른 요소 농도 측정 장치 내의 공기 분포량을 나타내는 그래프이다.
도 27은 도 21의 요소 농도 측정 장치에서 하부 공기 배출홀의 유무에 따른 요소 농도 측정 장치 내의 공기 분포량을 나타내는 그래프이다.
도 28은 도 21의 요소 농도 측정 장치를 사용하여 측정한 공기 배출홀의 크기에 따른 농도 측정 편차를 나타내는 그래프이다.
도 29는 도 21의 요소 농도 측정 장치를 사용하여 측정한 통공의 크기에 따른 농도 측정 편차를 나타내는 그래프이다.
도 30은 도 21의 요소 농도 측정 장치를 사용하여 측정한 통공의 크기에 따른 농도 변화 안정화 시간을 나타내는 그래프이다.1 is a block diagram illustrating a selective catalytic reduction system according to exemplary embodiments.
Figure 2 is a perspective view showing a urea number sender having a urea concentration measuring device according to an exemplary embodiment.
Fig. 3 is a front view of the urea water sender shown in Fig. 2;
Fig. 4 is a perspective view illustrating a urea concentration measuring device according to exemplary embodiments.
Fig. 5 is a perspective view showing the urea concentration measuring device shown in Fig. 4 from which the shielding member and the frame member are removed.
Fig. 6 is a front view showing the urea concentration measuring device shown in Fig. 4 with the shield member and frame member removed.
7 is a perspective view showing a shield member and a frame member.
8 is a plan view showing a frame member.
9 is an enlarged view illustrating an example of a shielding member.
10 is an enlarged view showing another example of a shielding member.
11 is an enlarged view showing still another example of a shielding member.
12 is a perspective view showing another example of a frame member.
Fig. 13 is a perspective view showing still another example of a frame member.
Fig. 14 is a perspective view showing still another example of a frame member.
Fig. 15 is a perspective view showing still another example of a frame member.
16 is a front view schematically illustrating a urea concentration measuring device according to exemplary embodiments.
17 is an exploded perspective view illustrating a urea water sender coupled to a urea water tank according to exemplary embodiments.
FIG. 18 is a perspective view of the urea water tank shown in FIG. 17, showing that a urea water sender is mounted on the urea water tank by taking a longitudinal section of the urea water tank.
19 is a graph showing measured values of the concentration of urea water measured using the urea concentration measuring device of Comparative Example.
Figure 20 is a graph showing the measured value of the concentration of the number of urea measured using the urea concentration measuring device of one embodiment.
21 is a perspective view illustrating a urea water sender having a urea concentration measuring device according to exemplary embodiments.
22 is a view showing the urea concentration measuring device of FIG. 21;
23 is a perspective view illustrating a shield member and a frame member of the urea concentration measuring device of FIG. 21;
24 is a side view illustrating the shield member and the frame member of FIG. 23;
25 is a bottom perspective view illustrating the shield member and the frame member of FIG. 23;
FIG. 26 is a graph showing the air distribution in the urea concentration measuring device according to the size of the air discharge hole measured using the urea concentration measuring device of FIG. 21 .
FIG. 27 is a graph showing air distribution in the urea concentration measuring device according to the presence or absence of a lower air discharge hole in the urea concentration measuring device of FIG. 21 .
FIG. 28 is a graph showing the concentration measurement deviation according to the size of the air discharge hole measured using the urea concentration measuring device of FIG. 21 .
FIG. 29 is a graph showing a concentration measurement deviation according to a size of a through hole measured using the urea concentration measuring device of FIG. 21 .
FIG. 30 is a graph showing the stabilization time of the concentration change according to the size of the through hole measured using the urea concentration measuring device of FIG. 21 .
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 요소 농도 측정 장치의 실시예와 이를 구비하는 요소수 센더 및 요소수 탱크의 실시예를 설명한다. 도면에서 동일한 참조번호는 동일하거나 대응하는 구성요소 또는 부품을 지시한다.An embodiment of the urea concentration measuring device according to the present invention and an embodiment of a urea water sender and a urea water tank having the same will be described with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings indicate identical or corresponding components or parts.
먼저, 도 1 내지 도 18을 참조하여, 예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치를 포괄적으로 설명한다.First, with reference to FIGS. 1 to 18 , a urea concentration measuring device according to exemplary embodiments will be comprehensively described.
예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치(도 1 및 도 2에서의 100, 도 16에서의 100A)는 선택적 촉매 환원 시스템에 사용되는 요소수 내에 침지되어 요소수의 요소 농도를 측정한다(도 1 참조). 예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치(100, 100A)는 초음파를 사용하며, 매질(요소수)을 통해 전파하는 초음파의 속도, 세기를 측정한다. 예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치(100, 100A)는 초음파를 송신하는 송신기와 송신기로부터 송신되어 매질(요소수)를 통해 전파하는 초음파를 수신하는 초음파 수신기를 구비한다. 따라서, 상기 초음파 송신기와 상기 초음파 수신기 사이에는 초음파가 요소수를 통해 전파하는 공간이 한정된다. 즉, 예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치(100, 100A)는 상기 초음파 송신기와 상기 초음파 수신기 사이의 공간에 위치하는 요소수를 통해 전파하는 초음파의 속도, 세기를 측정해 요소 농도를 측정한다. 본 명세서에 있어서, 상기 초음파 송신기와 상기 초음파 수신기 사이에서 초음파가 요소수를 통해 전파하는 공간은 농도 측정 영역으로 참조된다.The urea concentration measuring device (100 in FIGS. 1 and 2, 100A in FIG. 16) according to exemplary embodiments is immersed in urea water used in a selective catalytic reduction system to measure the urea concentration of the urea water (FIG. 1). The urea
상기 요소 농도 측정 장치는 초음파 농도 측정기를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 요소 농도 측정 장치는 특정 파장을 갖는 전자기파, 레이저 등을 사용하여 매질(요소수)을 통해 전파하는 파동의 성질을 측정하여 상기 요소의 농도를 측정할 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 요소 농도 측정 장치는 송신기 및 수신기를 포함하고 상기 송신기와 상기 수신기 사이의 농도 측정 영역에 있는 요소수를 통해 전파하는 파동을 검출하여 상기 요소 농도를 측정하는 농도 측정기를 포함할 수 있다.The urea concentration measuring device may include an ultrasonic concentration meter, but is not limited thereto. The urea concentration measuring device may measure the concentration of the urea by measuring the properties of a wave propagating through a medium (the number of urea) using electromagnetic waves or lasers having a specific wavelength. In this case, the urea concentration measuring device may include a transmitter and a receiver, and a concentration measuring device for measuring the urea concentration by detecting a wave propagating through the number of urea in a concentration measurement area between the transmitter and the receiver. can
예시적인 실시예에 있어서, 요소 농도 측정 장치(100)는 상기 초음파 송신기와 상기 초음파 수신기가 일체로 되어 있는 초음파 송수신기(도 4에서의 111)를 구비할 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 요소 농도 측정 장치(100)는 초음파 송수신기(111)가 송신한 초음파를 다시 초음파 송수신기로 반사하는 반사체(도 5에서의 112)를 구비할 수 있다. 이러한 실시예에서의 상기 농도 측정 영역은 초음파 송수신기(111)와 반사체(112) 사이에 위치하고 초음파가 요소수를 통해 전파하는 공간을 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 요소 농도 측정 장치(100A)는 반사체(112)를 구비하지 않으며, 초음파의 진행 방향에서 서로 이격되어 있는 초음파 송신기(도 16에서의 111T)와 초음파 수신기(도 16에서의 111R)를 구비할 수 있다. 이러한 실시예에서의 상기 농도 측정 영역은 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R) 사이에 위치하고 초음파가 요소수를 통해 전파하는 공간을 포함한다.In an exemplary embodiment, the urea
예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치(100, 100A)는 상기 농도 측정 영역을 요소수에 발생할 수 있는 기포로부터 차단시키기 위한 차폐 부재(도 4에서의 140, 도 10에서의 140A, 도 11에서의 140B)를 구비한다. 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 상기 농도 측정 영역 내에 위치하는 요소수를 상기 농도 측정 영역 외에 위치하는 요소수에 발생한 기포로부터 차단한다. 또한, 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 상기 농도 측정 영역을 상기 농도 측정 영역 외에 위치하는 요소수에 포함된 이물질로부터 차단한다. 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 적어도 일부 또는 전체에서 상기 농도 측정 영역의 일부 또는 전체를 에워싸도록 배치될 수 있다. 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 상기 기포가 상기 농도 측정 영역으로 침입하는 것을 방지하는 크기로 된 다수의 통공(도 9에서의 141, 도 10에서의 141A, 도 11에서의 141B)을 가진다. 따라서, 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 통공(141, 141A, 141B)에 의해 상기 기포를 스크리닝(screening) 또는 필터링(filtering)하여 상기 기포가 상기 농도 측정 영역으로 침입하는 것을 방지한다. 차폐 부재(140, 140A, 140B)의 통공(141, 141A, 141B)은 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배열될 수 있고, 그 일부 또는 전체가 차폐 부재(140, 140A, 140B)를 차폐 부재의 두께방향에서 관통하도록 차폐 부재(140, 140A, 140B)에 형성될 수 있다.The urea
차폐 부재(140, 140A, 140B)는 그 일단에서 초음파 송수신기(111)에 결합되고 그 타단에서 반사체(112)와 결합하는 식으로 또는 그 일단에서 초음파 송신기(111T)에 결합되고 그 타단에서 초음파 수신기(111R)에 결합하는 식으로 상기 농도 측정 영역을 에워싸도록 배치될 수 있다. 또는, 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 차폐 부재를 상기 농도 측정 영역에 유지시키도록 구성된 프레임 부재(도 4에서의 150, 도 12에서의 150A, 도 13에서의 150B, 도 14에서의 150C, 도 15에서의 150D, 도 16에서의 150E)에 의해 상기 농도 측정 영역에 배치될 수 있다. 상기 프레임 부재를 구비하는 실시예에 있어서, 상기 프레임 부재는 그 길이방향의 각 단에서 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)에 결합되거나, 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)에 결합된다. 상기 프레임 부재는 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)에 또는 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)에 밀봉제 또는 밀봉부재를 개재하여 결합될 수 있다. 즉, 상기 프레임 부재는 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)에 또는 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)에 요소수가 상기 차폐 부재(140, 140A, 140B)를 통해서만 상기 농도 측정 영역 내로 유입하도록 기밀하게 결합될 수 있다. 상기 프레임 부재는 적어도 하나의 개구(도 8에서의 156, 도 12에서의 156A, 도 13에서의 156B, 도 14에서의 156C, 도 15에서의 156D)를 가지며, 상기 차폐 부재는 상기 프레임 부재의 개구에 위치하도록 상기 프레임 부재의 외면 또는 내면에 부착되거나 상기 프레임 부재와 일체로 성형될 수 있다. 또한, 하나의 차폐 부재가 그 일부 또는 전체에서 개구에 위치하도록 상기 프레임 부재에 결합될 수도 있고, 상기 프레임 부재의 개구와 동수의 차폐 부재가 각 개구에 위치하도록 상기 차폐 부재가 상기 프레임 부재에 결합될 수도 있다. 상기 차폐 부재가 결합된 상기 프레임 부재는 모듈형 부품으로 기능하여 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)에 또는 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)에 용이하게 부착될 수 있다.The shielding
실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100, 100A)는 요소수 센더(도 1과 도 2에서의 200) 또는 요소수 탱크(도 1과 도 17에서의 300)에의 고정을 위한 지지 부재(도 4에서의 130, 도 16에서의 130A)를 구비한다. 상기 지지 부재는 하나의 부품 또는 둘 이상의 부품으로 이루어질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 지지 부재는 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)를 지지하며, 상기 지지 부재의 일부와 반사체(112)는 일체로 될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 지지 부재는 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)를 지지한다. 상기 지지 부재와 상기 프레임 부재를 갖춘 요소 농도 측정 장치는 하나의 측정용 장치로 구성되어, 요소수 센더와 요소수 탱크에 용이하게 설치될 수 있다.The urea
실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100, 100A)는 초음파 송수신기(111T)와 반사체(112) 또는 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)를 초음파 전파 방향에서 초음파에 의한 측정이 행해질 수 있는 거리만큼 상호 이격시키는 스페이서를 구비한다. 상기 스페이서를 갖춘 실시예에서는, 상기 스페이서는 상기 프레임 부재의 내측에서 연장하도록 배치될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 프레임 부재가 상기 스페이서로서 기능할 수 있다. 따라서, 이러한 실시예에서는, 상기 프레임 부재에 의해 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)가 또는 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)가 초음파 전파 방향에서 농도 측정이 행해지도록 이격될 수 있다.The urea
이하에서는, 도 1 내지 도 18을 다시 참조하여, 요소 농도 측정 장치의 구체적인 실시예들에 대해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference again to FIGS. 1 to 18, specific embodiments of the urea concentration measuring device will be described in more detail.
도 1은 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치, 요소수 센더 및 요소수 탱크가 적용되는 선택적 촉매 환원 시스템을 개략적으로 도시한다. 도 1을 참조하면, 선택적 촉매 환원 시스템(400)(이하, 간단히 'SCR 시스템(400)'이라 한다)은 내연기관(10)의 배기가스를 후처리한다. 본 발명의 실시예가 적용되는 SCR 시스템(400)이 대상으로 하는 내연기관(10)은 승용차량, 화물차량, 건설기계, 농기계, 선박 등에 장착되는 디젤엔진을 포함하며, 이에 한정되지는 않는다.1 schematically illustrates a selective catalytic reduction system to which a urea concentration measuring device, a urea water sender, and a urea water tank are applied according to an embodiment. Referring to FIG. 1 , a selective catalytic reduction system 400 (hereinafter simply referred to as 'SCR system 400') post-treats the exhaust gas of the
SCR 시스템(400)은 내연기관(10)의 배기가스 중 질소산화물(NOx)을 요소수에 포함된 요소를 환원제로 사용하여 촉매반응을 통해 질소와 물로 환원시킨다. SCR 시스템(400)에 사용되는 요소수는 실시예에 따른 요소수 탱크(300) 내에 저장된다. 요소수 탱크(300)의 내부에 저장된 요소수는 요소수 탱크(300)에 장착되는 실시예에 따른 요소수 센더(200)를 통해 SCR 시스템(400)으로 공급된다. 또한, SCR 시스템(400)에서 사용되지 못한 요소수는 요소수 센더(200)를 통해 요소수 탱크(300)로 복귀된다. 일 실시예에 있어서, 요소 농도 측정 장치(100)는 요소수 센더(200)에 부착되어 요소수 탱크(300) 내에 위치한다.The
SCR 시스템(400)은, 요소와 질소산화물(NOx)이 촉매반응을 통해 환원되는 촉매변환장치(410)와, 촉매변환장치(410)에 요소수를 공급하는 요소수 공급 모듈(420)과, 촉매변환장치(410) 내부로 요소수를 분사하는 요소수 분사 모듈(430)과, 요소수의 공급 및 분사를 제어하는 도징 컨트롤 유닛(dosing control unit)(440)을 구비한다.The
촉매변환장치(410)는 내연기관(10)의 배기관로에 배기가스의 흐름방향을 따라 접속된다. 내연기관(10)으로부터의 배기가스 중 질소산화물(NOx)은 촉매변환장치(410) 내에서 요소수 분사 모듈(430)로부터 분사되는 요소수의 요소를 환원제로 하여 질소와 물로 환원된다. 요소수 분사 모듈(430)은 촉매변환장치(410)에 부착되어 있으며, 요소수 공급 모듈(420)에 요소수 공급관(461)을 통해 접속되어 있다. 요소수 분사 모듈(430)은 도징 컨트롤 유닛(440)의 제어 하에 촉매변환장치(410) 내로 요소수를 분사한다.The
요소수 공급 모듈(420)은 요소수 공급관(462)과 요소수 복귀관(463)을 통해 요소수 센더(200)에 연결되어 있다. 요소수 공급 모듈(420)은 요소수를 요소수 탱크(300)로부터 흡입하고 요소수를 요소수 탱크(300)에 복귀시키기 위한 펌프 장치를 그 내부에 가진다. 요소수 공급 모듈(420)은 도징 컨트롤 유닛(440)의 제어 하에 요소수 분사 모듈(430)로 적량의 요소수를 공급한다. 또한, 요소수 공급 모듈(420)은 요소수 탱크(300)로부터 흡입한 요소수 중 요소수 분사 모듈(430)로 공급한 나머지의 요소수를 요소수 복귀관(463)을 통해 요소수 탱크(300)로 복귀시킨다.The urea
도징 컨트롤 유닛(440)은 요소수 탱크(300) 내에 위치한 요소 농도 측정 장치(100)로부터의 측정 신호, 촉매변환장치(410)에 설치된 배기가스 온도 센서(451)와 녹스(NOx) 센서(452)로부터의 측정 신호에 근거해 요소수 공급 모듈(420)과 요소수 분사 모듈(430)의 작동을 제어한다. 즉, 도징 컨트롤 유닛(440)은 상기 측정 신호에 근거해 요소수 공급 모듈(420)이 요소수 분사 모듈(430)에 공급하는 요소수의 양과 요소수 분사 모듈(430)이 촉매변환장치(410)에 분사하는 요소수의 양을 제어한다. 또한, 도징 컨트롤 유닛(440)은, 요소수 탱크(300) 내에 배치되고 요소수의 수면의 레벨을 측정하는 센서, 요소수 탱크(300) 내에 배치되고 요소수의 온도를 측정하는 센서로부터 측정 신호를 입력받는다. 또한, 도징 컨트롤 유닛(440)은 내연기관(10)의 엔진제어유닛(11)과 접속되어 있으며, 요소수의 품질(예컨대, 요소수의 요소 농도), 요소수의 레벨, 요소수의 온도 등이 소정 범위를 벗어나는 경우, 그에 관련되는 신호를 내연기관(10)의 엔진제어유닛(11)에 전달한다.The
내연기관(10)을 장착한 차량 또는 기계가 요소수의 동결점(예컨대, 영하 11℃) 이하의 온도에서 작동하여 요소수가 동결되면, SCR 시스템(400)은 작동할 수 없다. 동결된 요소수를 해동하기 위해 또한 요소수의 동결을 방지하기 위해, SCR 시스템(400)은 요소수를 가열하기 위한 가열 수단을 구비한다. 도 1에 도시하는 적용예에 있어서, 상기 가열 수단은 가열 열원으로서의 내연기관(10)의 냉각수와 상기 냉각수를 요소수 탱크(300)과 요소수 분사 모듈(430)을 거쳐 순환시키기 위한 관로를 포함한다. 상세하게는, 내연기관(10)의 냉각수는 냉각수 공급관(471)을 통해 내연기관(10)으로부터 요소수 센더(200)에 공급되고 냉각수 복귀관(472)을 통해 요소수 센더(200)로부터 내연기관(10)으로 복귀된다. 또한, 내연기관(10)의 냉각수는 냉각수 공급관(473)을 통해 내연기관(10)으로부터 요소수 분사 모듈(430)에 공급되고 냉각수 복귀관(474)을 통해 요소수 분사 모듈(430)로부터 내연기관(10)에 복귀된다.If the vehicle or machine equipped with the
도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시예의 요소 농도 측정 장치(100)는 일 실시예의 요소수 센더(200)에 장착되어 일 실시예의 요소수 탱크(300)의 내부에 요소수의 저수위에서도 요소수 내에 침지되도록 배치된다. 도 4 내지 도 10을 참조하면, 일 실시예에의 요소 농도 측정 장치(100)는, 초음파 송수신기(111)와, 초음파의 전파 방향에서 초음파 송수신기(111)와 마주하도록 위치하고 초음파 송수신기(111)로부터의 초음파를 초음파 송수신기(111)로 반사하는 반사체(112)와, 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)를 초음파의 전파 방향에서 이격시키는 스페이서(120)와, 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)를 지지하고 이들을 요소 농도를 측정하기 위한 적소(예컨대, 요소수 탱크(300)의 내부의 적소 또는 요소수 센더(200))에 고정하기 위한 지지 부재(130)를 구비한다.1 to 3, the urea
초음파 송수신기(111)는 초음파를 송신하는 송신기와 초음파를 수신하는 수신기를 일체로 구비한다. 초음파 송수신기(111)를 구성하는 송신기와 수신기는, 압전소자를 가지는 다수의 트랜스듀서를 포함할 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 반사체(112)는 스페이서(130)에 의해 초음파에 의해 요소 농도의 양호한 측정이 행해지는 거리만큼 초음파 송수신기(111)로부터 이격되어 있다. 초음파 송수신기(111)는 반사체(112)와 마주하고 원뿔대의 형상의 송수신부(114)를 가지며, 송수신부(114)의 반사체(112)와 마주하는 평평한 면이 송수신면(115)이 될 수 있다. 초음파 송수신기(111)는 송수신면(115)으로부터 다수의 펄스파 형태로 초음파를 반사체(112) 쪽으로 송신한다. 따라서, 이 실시예에 있어서, 요소 농도 측정 장치(100)의 초음파 전파 방향은 초음파 송수신기(111)로부터 반사체(112)를 향하는 방향과 반사체(112)로부터 초음파 송수신기(111)를 향하는 방향을 포함한다. 또한, 초음파 송수신기(111)는 초음파 송수신기(111)로부터 연장하는 전선(116)을 가진다. 전선(116)은 전술한 도징 컨트롤 유닛(440)에 접속되거나 또는 요소수 센더(200)의 회로기판에 접속된다. 초음파 송수신기(111)에서의 측정 신호는 전선(116)을 통해 도징 컨트롤 유닛(440) 또는 요소수 센더(200)의 회로기판에 전달된다.The
이 실시예에 있어서, 지지 부재(130)는, 금속제의 평판 또는 일부가 절곡된 금속제의 판으로 이루어지는 제1 브라켓(131)과 제2 브라켓(132)을 포함한다. 제1 브라켓(131)은 초음파 송수신기(111)와 결합되어 있고 제2 브라켓(132)은 반사체(112)와 일체로 될 수 있다. 따라서, 이 실시예에 있어서, 반사체(112)는 제2 브라켓(132)의 초음파 송수신기(111)와 마주하는 표면을 포함한다.In this embodiment, the
또한, 이 실시예에 있어서, 스페이서(120)는 동일 길이의 바 형상을 가지는 3개의 스페이서 바(121, 122, 123)를 포함한다. 스페이서 바(121, 122, 123)는 등간격으로 배치되며, 그 일단에서 초음파 송수신기(111)에 제1 브라켓(131)을 통해 나사결합되어 있고, 그 타단에서 반사체(112) 및 제2 브라켓(132)에 나사결합되어 있다. 다른 실시예에 있어서, 스페이서(120)는 판 형상의 부재를 포함할 수 있다.Also, in this embodiment, the
초음파 송수신기(111)와 반사체(112) 사이에서 스페이서 바(121, 122, 123)를 따라 연장하는 공간으로 유입한 요소수를 통해 초음파 송수신기(111)로부터의 초음파가 반사체(112)로 전파하고 반사체(112)로부터의 초음파가 초음파 송수신기(111)로 전파한다. 이 실시예에 있어서, 초음파가 요소수를 통해 전파하는 상기 공간은 적어도 초음파 송수신기(111)와 반사체(112) 사이에 위치하는 공간을 포함한다. 따라서, 이 실시예에 있어서, 요소 농도 측정 장치(100)의 농도 측정 영역(113)은, 도 6에 개략적으로 도시하는 바와 같이, 초음파 송수신기(111)와 반사체(112) 사이에 위치하고 초음파가 초음파 송수신기(111)와 반사체(112) 사이에서 전파하는 공간을 포함한다.Ultrasonic waves from the
도 2 내지 도 4 및 도 7 내지 도 10을 참조하면, 요소 농도 측정 장치(100)는 농도 측정 영역(113)을 요소수 내의 기포로부터 차단하는 차폐 부재(140)와, 차폐 부재(140)를 고정하여 초음파 송수신기(111)와 반사체(112) 사이에서 농도 측정 영역(113)을 에워싸도록 차폐 부재(140)를 위치시키는 프레임 부재(150)를 구비한다. 차폐 부재(140)는 프레임 부재(150)에 의해 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)의 사이에 개재되어 농도 측정 영역(113)의 일부 또는 전체를 에워싼다.2 to 4 and 7 to 10, the urea
차폐 부재(140, 140A, 140B)는 농도 측정 영역(113) 외부에 위치하는 요소수 내의 기포로부터 농도 측정 영역(113)을 차단하도록 구성되어 있다. 차폐 부재(140)는 다수의 미세한 통공(141, 141A, 141B)을 가진다. 통공(141, 141A, 141B)은 요소수의 농도 측정 영역(113) 내로의 유입은 허용하고 요소수 내에 발생하는 기포의 농도 측정 영역(113) 내로의 침입은 방지하는 크기를 가진다.The shielding
일 실시예에 있어서, 차폐 부재(140)는 메쉬 구조체를 포함하며, 이 경우, 통공(141)은 상기 메쉬 구조체의 하나의 눈으로 될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 차폐 부재(140A)는 다수의 미세한 통공(141A)을 가지는 박막 구조체를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 차폐 부재는 다수의 미세한 통공(141B)을 가지는 다공성 구조체를 포함한다. 즉, 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100)의 차폐 부재는 요소수의 농도 측정 영역(113) 내로의 유입은 허용하고 요소수 내의 기포의 농도 측정 영역(113) 내로의 침입은 방지하는 크기로 된 다수의 통공(141, 141A, 141B)을 가지는 메쉬 구조체, 박막 구조체 또는 다공성 구조체를 포함한다. 이러한 메쉬 구조체, 박막 구조체 또는 다공성 구조체는 내식성 금속 재료 또는 합성수지 재료로 형성될 수 있다.In one embodiment, the
내연기관(10)을 채용하는 차량 또는 기계의 운전 환경을 고려할 때, 요소수에 발생하는 기포의 크기는 다양하다. 따라서, 차폐 부재(140, 140A, 140B)에 형성되는 통공(141, 141A, 141B)의 크기의 최소치는 요소수의 농도 측정 영역(113) 내로의 통과는 허용하면서도 기포는 차단할 수 있을 정도로 정해진다. 또한, 통공(141, 141A, 141B)의 크기의 최대치는 요소수 내의 기포 또는 이물질을 신뢰성 높게 차단할 수 있을 정도로 정해진다. 일예로서, 통공(141, 141A, 141B)의 크기는 0.01㎜ 내지 0.4㎜의 범위이다. 상기 통공의 크기가 0.01㎜ 미만인 경우, 요소수가 차폐 부재(140, 140A, 140B)를 통해 농도 측정 영역(113) 내로 원활하게 유입하지 못할 수 있다. 또, 상기 통공의 크기가 0.4㎜ 보다 큰 경우, 요소수 내의 기포 또는 기타 다른 이물질의 농도 측정 영역(113) 내로 침입을 방지하는 차폐 부재(140, 140A, 140B)의 성능이 나빠질 수 있다. 또 다른 예로서, 요소수 내의 기포 또는 이물질의 더욱 효과적인 차단을 고려할 때, 상기 통공(141, 141A, 141B)의 크기의 범위는 0.02㎜ 내지 0.2㎜가 될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 통공은 삼각형, 사각형, 마름모형, 원형, 타원형을 가질 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 통공의 형상과 관련하여, 상기 통공의 크기는, 통공이 삼각형인 경우 그 한변의 길이, 통공이 정사각형, 직사각형 또는 마름모형인 경우 그 대각선의 길이, 통공이 대략 원형인 경우 직경의 길이, 통공이 대략 타원형인 경우 그 장축의 길이로 정의될 수 있다.Considering the driving environment of a vehicle or machine employing the
도 9는 메쉬 구조체를 포함하는 차폐 부재의 일 예를 도시한다. 도 9에 도시하는 메쉬 구조체의 차폐 부재(140)는 스테인리스 스틸(예컨대, SUS304 또는 SUS316)로 이루어진 강선(142, 143)을 평직(plain weave), 능직(twill weave), 첩직(dutch weave), 능첩직(twilled dutch weave) 등의 방식으로 직조하여 형성될 수 있다. 강선(142)의 두께는 대략 0.04mm이다. 차폐 부재(140)가 구비하는 통공(141)은 경사(經絲)로서의 강선(142)과 위사(緯絲)로서의 강선(143)이 한정하는 하나의 눈을 포함한다. 통공(141)의 형상은 정사각형 또는 직사각형이며, 그 대각선 방향에서의 길이는 대략 0.044mm이다. 차폐 부재(140)가 스테인리스 스틸의 강선(142, 143)으로 이루어지므로, 차폐 부재(140)를 통해 요소수의 동결을 방지하기 위한 열전달이 양호하게 행해질 수 있다. 다른 예로서, 전술한 메쉬 구조체의 차폐 부재(140)는 합성수지사를 직조하여 형성될 수도 있다. 도 10은 박막 구조체를 포함하는 차폐 부재의 일 예를 도시한다. 도 10에 도시하는 차폐 부재(140A)는 내식성 금속제의 박막(144)과 이를 두께방향에서 관통하여 형성된 다수의 통공(141A)을 포함한다. 도 11은 차폐 부재의 또 다른 예를 도시한다. 도 11에 도시하는 차폐 부재(140B)는 크기가 다른 다수의 통공(141B)을 가지는 다공성 구조체(145)를 포함한다.9 shows an example of a shielding member including a mesh structure. The shielding
도 4, 도 7 및 도 8을 참조하면, 프레임 부재(150)는 차폐 부재(140, 140A, 140B)를 고정하여 차폐 부재(140, 140A, 140B)가 초음파 송수신기(111)와 반사체(112) 사이에서 농도 측정 영역(113)을 에워싸도록 위치시킨다. 프레임 부재(150)는 합성수지 재료 또는 금속 재료로 형성될 수 있다.4, 7, and 8, the
이 실시예에 있어서, 프레임 부재(150)는 제1 및 제2 브라켓(131, 132)에 의해 협지되어, 그 일단에서 초음파 송수신기(111)와 결합하고, 그 타단에서 반사체(112)에 결합된다. 프레임 부재(150)는 중공의 삼각통의 형상을 가진다. 프레임 부재(150)는, 그 길이방향의 양단에 위치하고 제1 및 제2 브라켓(131, 132)과 각각 접촉하는 제1 및 제2 접촉부(151, 152)와, 제1 및 제2 접촉부(151, 152) 사이에 위치하고 적어도 하나의 개구(156)를 가지는 유지부(153)를 구비한다. 제1 접촉부(151)는 그 길이방향의 외단면에서 제1 브라켓(131)과 접촉하고, 제2 접촉부(152)는 그 길이방향의 외단면에서 제2 브라켓(132)과 접촉한다. 제1 접촉부(151)의 길이방향의 외단면과 제2 접촉부(152)의 길이방향의 외단면은 평평한 표면을 가져, 프레임 부재(150)는 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)에 또는 제1 브라켓(131)과 제2 브라켓(132)에 기밀하게 결합될 수 있다. 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 유지부(153)에 고정된다. 유지부(153)는 프레임 부재(150)의 길이방향으로 연장하는 3개의 가로 바(154)와 가로 바(154)의 중간에서 이웃하는 가로 바(154) 사이에서 연장하는 3개의 세로 바(155)를 포함한다. 따라서, 가로 바(154)와 세로 바(155) 사이에 6개의 개구(156)가 형성되며, 요소수는 차폐 부재(140, 140A, 140B)와 개구(156)를 통해 농도 측정 영역(113)의 내부로 유입하거나 외부로 유출할 수 있다. 가로 바(154)의 외면은 프레임 부재(150)의 둘레방향에서 만곡된 표면을 포함한다. 프레임 부재(150)는 농도 측정 영역(113)의 내부와 외부를 통하게 하는 기포 배출구(157)를 구비한다. 기포 배출구(157)를 통해 농도 측정 영역(113) 내로 침입할 수 있는 기포가 농도 측정 영역(113) 외부로 배출될 수 있다. 도 7에 도시하는 예에서, 기포 배출구(157)는 제2 접촉부(152)의 길이방향에서의 외단면의 상측에 홈의 형상으로 형성되어 있다. 기포 배출구(157)의 개수와 위치가 도시하는 예에 한정되지는 않는다.In this embodiment, the
차폐 부재(140, 140A, 140B)는 그 일부가 개구(156)에 위치하도록 프레임 부재(150)의 유지부(153)에 결합된다. 이 실시예에서는, 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 가로 바(154)의 만곡된 외면과 세로 바(155)의 외면에 접착 방식으로 부착된다. 차폐 부재(140, 140A, 140B)와 프레임 부재(150) 간의 고정의 다른 예로서, 프레임 부재(150)가 합성수지로 이루어지는 경우, 차폐 부재(140, 140A, 140B)를 성형 금형 내에 배치한 후 사출 성형에 의해 차폐 부재(140, 140A, 140B)와 프레임 부재(150)가 일체로 형성될 수 있다. 도 7에 도시하는 예에서는, 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 유지부(153)의 전체에 부착되어 있지만, 다른 예로서, 개구(156)와 동수의 차폐 부재(140, 140A, 140B)가 각 개구에 위치할 수도 있다.The
차폐 부재(140, 140A, 140B)가 부착된 프레임 부재(150)는 스페이서 바(121, 122, 123)가 그 내부에 위치하여 그 내부에서 연장하도록 제1 및 제2 브라켓(131, 132) 사이에 개재된다. 차폐 부재(140, 140A, 140B)가 부착된 프레임 부재(150)가 제1 및 제2 브라켓(131, 132) 사이에 개재되면, 초음파 송수신기(111)의 원뿔대 형상의 송수신부(114)가 제1 접촉부(151) 내로 끼워지게 되어, 프레임 부재(150)는 제1 및 제2 브라켓(131, 132) 사이에 요동 없이 위치한다. 일 예로, 초음파 송수신기(111)에 스페이서 바(121, 122, 123)가 결합된 상태에서, 스페이서 바(121, 122, 123)가 프레임 부재(150)의 내부에 삽입되도록 프레임 부재(150)를 위치시키고, 반사체(112) 및 제2 브라켓(132)을 스페이서 바(121, 122, 123)의 타단에 나사결합하여, 프레임 부재(150)가 농도 측정 영역(113)에 위치할 수 있다. 따라서, 프레임 부재(150)는 일단에서 제1 브라켓(131)을 통해 초음파 송수신기(111)와 기밀하게 결합되고, 타단에서 제2 브라켓(132)을 통해 반사체(112)에 기밀하게 결합된다. 다른 실시예에 있어서, 프레임 부재(150)와 제1 브라켓(131) 및 제2브라켓(132) 사이에는 배치되는 밀봉제 또는 밀봉 부재에 의해 프레임 부재(150)가 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)에 기밀하게 결합될 수 있다.The
도 12 내지 도 15는 실시예의 요소 농도 측정 장치에 채용되는 프레임 부재의 여러 예를 도시한다. 도 12에 도시하는 프레임 부재(150A)는 중공의 사각통 형상을 가진다. 프레임 부재(150A)는 사각형의 제1 및 제2 접촉부(151A, 152A)와, 제1 및 제2 접촉부(151A, 152A)의 사이에서 연장하는 4개의 가로 바(154A)와, 가로 바(154A)의 중간에서 이웃하는 가로 바(154A) 사이에서 연장하는 4개의 세로 바(155A)를 가진다. 가로 바(154A)와 세로 바(155A) 사이에 6개의 개구(156A)가 형성되어 있으며, 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 적어도 일부가 개구(156A)에 위치하도록 프레임 부재(150A)에 결합된다. 제2 접촉부(152A)의 길이방향에서의 외단면의 상측에 기포 배출구(157A)가 형성되어 있다.12 to 15 show several examples of frame members employed in the urea concentration measuring device of the embodiment. The
도 13에 도시하는 프레임 부재(150B)는 중공의 원통 형상을 가진다. 프레임 부재(150B)는 링형상의 제1 및 제2 접촉부(151B, 152B)와, 제1 및 제2 접촉부(151B, 152B)의 사이에서 연장하는 4개의 가로 바(154B)를 가진다. 제1 및 제2 접촉부(151B, 152B)와 가로 바(154B)의 사이에 4개의 개구(156B)가 형성되어 있으며, 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 적어도 일부가 개구(156B)에 위치하도록 프레임 부재(150B)에 결합된다. 제2 접촉부(152B)의 길이방향에서의 외단면의 상측에 기포 배출구(157B)가 형성되어 있다.The
도 14에 도시하는 프레임 부재(150C)는 중공의 사각통의 형상의 하반부와 중공의 반원통의 형상의 상반부를 가진다. 프레임 부재(150C)의 제1 및 제2 접촉부(151C, 152C)는 상부는 반원형이고 하부는 사각형이다. 프레임 부재(150C)는 제1 및 제2 접촉부(151C, 152C) 사이에서 연장하는 5개의 가로 바(154C)를 가지며, 제1 및 제2 접촉부(151C, 152C)와 가로 바(154C)의 사이에 5개의 개구(156C)가 형성되어 있다. 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 적어도 일부가 개구(156C)에 위치하도록 프레임 부재(150C)에 결합된다. 제2 접촉부(152C)의 길이방향에서의 외단면의 상측에 기포 배출구(157C)가 형성되어 있다.The
도 15에 도시하는 프레임 부재(150D)는, 도 14에 도시하는 프레임 부재(150C)와 유사한 형상을 가진다. 즉, 프레임 부재(150D)의 하반부는 중공의 사각통 형상이고 상반부는 중공의 반원통의 형상이다. 프레임 부재(150D)는 하반부의 바닥에 하나의 개구(156D)를 가지며, 개구(156D)에 차폐 부재(140, 140A, 140B)가 위치한다. 또한, 프레임 부재(150D)는 상반부의 상단에서 상방으로 돌출한 돌기(158D)를 가지며, 이 돌기(158D)를 관통해 기포 배출구(157D)가 형성되어 있다.A
도 7 및 도 12 내지 도 15에 도시하는 바와 같이, 차폐 부재(140, 140A, 140B)를 고정하는 프레임 부재(150, 150A, 150B, 150C, 150D)의 측면 형상은 삼각형, 사각형, 원형 및 반원형 중 어느 하나, 또는 삼각형, 사각형, 원형 및 반원형 중 둘 이상이 조합된 형상을 가질 수 있다. 이러한 프레임 부재(150, 150A, 150B, 150C, 150D)의 측면 형상에 상보적으로 대응하도록, 지지 부재(130), 초음파 송수신기(111) 및 반사체(112)가 형성될 수 있다. 또한, 프레임 부재(150, 150A, 150B, 150C, 150D)는 차폐 부재(140, 140A, 140B)가 고정되는 유지부(153)에 적어도 하나의 개구(156, 156A, 156B, 156C, 156D)를 가진다. 또한, 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 상기 프레임 부재의 외면 또는 내면에 부착될 수도 있고, 프레임 부재와 일체로 성형될 수도 있다.As shown in FIGS. 7 and 12 to 15, the side shapes of the
도 16은 반사체를 구비하지 않는 다른 실시예의 요소 농도 측정 장치를 개략적으로 도시한다. 도 16에 도시하는 요소 농도 측정 장치(100A)는, 초음파를 송신하는 초음파 송신기(111T)와, 초음파 송신기(111T)로부터 송신되고 요소수를 통해 전파한 초음파를 수신하는 초음파 수신기(111R)와, 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)를 지지하는 지지 부재(130A)를 구비한다. 지지 부재(130A)는 요소수 센더(200) 또는 요소수 탱크(300)의 내부의 바닥벽에 결합된다. 지지 부재(130A)는 초음파 송신기(111T)를 지지하는 제1 브라켓(131A)과 초음파 수신기(111R)를 지지하는 제2 브라켓(132A)을 포함한다.16 schematically shows a urea concentration measuring device of another embodiment not provided with a reflector. The urea
초음파 송신기(111T)가 송신한 초음파는 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R) 사이의 공간에 유입한 요소수를 통해 초음파 수신기(111R)로 전파한다. 따라서, 요소 농도 측정 장치(100A)의 농도 측정 영역(113A)은 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R) 사이에 초음파가 요소수를 통해 전파하는 상기 공간을 포함한다.The ultrasonic waves transmitted by the
요소 농도 측정 장치(100A)는 농도 측정 영역(113A)에 배치되어 농도 측정 영역(113A)으로 기포가 침입하는 것을 방지하는 전술한 차폐 부재(140, 140A, 140B)를 구비한다. 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 농도 측정 영역(113A)을 에워싸도록 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)에 부착될 수 있다. 이 실시예의 요소 농도 측정 장치(100A)는 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)에 결합되어 농도 측정 영역(113A)에 배치되고 차폐 부재(140, 140A, 140B)를 유지하는 프레임 부재(150E)를 구비한다. 프레임 부재(150E)는 전술한 프레임 부재(150)와 유사하게 형성될 수 있으며, 적어도 하나의 개구를 구비한다. 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 프레임 부재(150E)의 개구에 위치하도록 프레임 부재(150E)에 고정된다. 프레임 부재(150E) 대신에, 전술한 프레임 부재(150, 150A, 150B, 150C, 150D) 중 하나가 요소 농도 측정 장치(100A)에 사용될 수 있다. 또한, 도 16에 도시하는 바와 같이, 요소 농도 측정 장치(100A)는 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)를 초음파의 전파 방향에서 이격시키는 스페이서(121A)를 구비할 수 있다.The urea
전술한 실시예의 요소 농도 측정 장치(100, 100A)는 차폐 부재(140, 140A, 140B)를 고정하는 프레임 부재(150, 150A, 150B, 150C, 150D, 150E)를 구비한다. 다른 실시예의 요소 농도 측정 장치는 프레임 부재(150, 150A, 150B, 150C, 150D, 150E)와 스페이서(120)가 일체로 된 구조체를 구비할 수 있다. 예컨대, 상기 구조체는 농도 측정 영역(113, 113A)에 통하는 적어도 하나의 개구를 구비할 수 있고, 이 개구에 차폐 부재(140, 140A, 140B)가 위치할 수 있으며, 이러한 구조체의 양단에 각각 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)가 결합되거나 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)가 결합될 수 있다.The urea
실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100, 100A)에서는, 농도 측정 영역(113, 113A)을 적어도 부분적으로 에워싸는 차폐 부재(140, 140A, 140B)에 의해, 요소수 탱크(300) 내의 요소수 내의 기포는 농도 측정 영역(113, 113A) 내로 침입할 수 없다. 따라서, 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100, 100A)는 기포가 발생시키는 오측정의 가능성을 배제시킨다. 또한, 차폐 부재(140, 140A, 140B)가 금속 재료로 이루어지는 경우, 농도 측정 영역(113, 113A) 내에 위치한 요소수에도 열전달이 용이하게 행해져, 농도 측정 영역(113, 113A) 내의 동결된 요소수가 용이하게 해동될 수 있거나 동결이 방지될 수 있다.In the urea
전술한 실시예의 요소 농도 측정 장치(100, 100A)는 그 지지 부재(130, 130A)에 의해 실시예에 따른 요소수 센더(200)에 부착되어 요소수 탱크(300) 내의 요소수에 침지되도록 배치된다. 도 2, 도 3, 도 17 및 도 18을 참조하여, 전술한 요소 농도 측정 장치(100)를 구비하는 실시예에 따른 요소수 센더(200)를 설명한다.The urea
요소수 센더(200)는 요소수 탱크(300)의 탱크 바디(310)에 제거가능하게 장착된다. 일 실시예에 있어서, 요소수 센더(200)는, 탱크 바디(310) 내의 요소수가 흡입되는 흡입관과, 요소수 분사 모듈(430)에 공급되지 않은 요소수가 탱크 바디(310)로 복귀되는 복귀관을 구비한다. 또, 요소수 센더(200)는 동결된 요소수를 해동하거나 요소수의 동결을 방지하도록 요소수를 가열하는 가열관을 구비한다. 또한, 요소수 센더(200)는 탱크 바디(310) 내의 요소수의 수면을 측정하기 위한 센서(예컨대, 도 3에 도시하는 요소수 레벨 센서(260)), 요소수의 온도를 측정하기 위한 센서(도시하지 않음), 요소수의 요소 농도를 측정하기 위한 센서(예컨대, 전술한 실시예의 요소 농도 측정 장치(100, 100A))를 구비한다. 요소수 센더(200)는 상기 흡입관, 복귀관, 가열관 등을 유지하고 탱크 바디(310)에 제거가능하게 부착되는 지지체를 구비한다. 상기 흡입관, 복귀관, 가열관 등은 상기 지지체를 관통하여 탱크 바디(310) 내부로 연장하도록 상기 지지체에 마련된다.The
요소수 센더(200)는 상기 지지체로서 기능하며 탱크 바디(310)에 제거 가능하게 장착되는 센더 헤드(210)를 가진다. 센더 헤드(210)는 상기 흡입관, 복귀관, 가열관과 통하는 유체 통로가 형성되고 회로기판이 장착되는 하우징(211)을 포함한다. 하우징(211)은 기초를 형성하는 원판부와 원판부의 상방으로 반원기둥 형상으로 돌출한 돌출부를 가진다. 요소수 센더(200)는 센더 헤드(210)의 하우징(211)의 상기 원판부에서 요소수 탱크(300)의 탱크 바디(310)에 형성된 장착공(315)에 플랜지(212)와 패킹(213)을 개재하여 나사 체결을 사용해 장착된다. 상기 돌출부의 내부에, 전술한 센서들로부터의 전선이 접속되는 회로기판이 장착되고, 상기 돌출부는 캡(214)에 의해 폐쇄되어 있다. 이러한 회로기판은 하우징(211)의 돌출부의 측면에 마련된 커넥터(215)와 전기 접속되어 있다. 커넥터(215)에는 SCR 시스템(400)의 도징 컨트롤 유닛(440)으로부터 연장하는 전선에 마련된 대응하는 커넥터가 전기적으로 접속된다. 따라서, 요소수 센더(200)에 배치되는 전술한 센서로부터의 측정 신호가 SCR 시스템(400)의 도징 컨트롤 유닛(440)에 전달된다.The
센더 헤드(210)에는 내연기관(10)의 냉각수 공급관(471), 내연기관(10)의 냉각수 복귀관(472), 요소수 공급 모듈(420)의 요소수 공급관(462) 및 요소수 공급 모듈(420)의 요소수 복귀관(463)과의 접속을 위한 제1 내지 제4 관 접속구(221, 222, 223, 224)가 마련되어 있다. 또, 센더 헤드(210)에는 탱크 바디(310)의 내부와 외부를 소통시키는 에어벤트 관(225)이 마련되어 있다.The
요소수 센더(200)는 탱크 바디(310) 내부의 요소수가 흡입되는 흡입관(231)과 요소수 공급 모듈(420)로부터 복귀하는 요소수가 탱크 바디(310) 내부로 복귀되는 복귀관(232)을 구비한다. 탱크 바디(310) 내부의 요소수는 요소수 공급 모듈(420) 내부의 펌프 장치에 의해 흡입관(231)을 통해 요소수 공급 모듈(420)로 전달된다. 흡입관(231)의 상단은 센더 헤드(210)의 하우징(211)의 하면에 연결되어 있고 제3 관 접속구(223)에 하우징(211)을 관통한 유체 통로를 통해 연통한다. 흡입관(231)은 하우징(211)으로부터 하방으로 연장한다. 복귀관(232)은 그 상단에서 하우징(211)의 하면에 연결되어 있고 하우징(211)을 관통한 유체 통로를 통해 제4 관 접속구(224)와 연통한다. 복귀관(232)의 하단은 하우징(211)의 하면보다 약간 하방에 위치한다. 요소수 공급 모듈(420)로부터의 요소수는 요소수 공급 모듈(420) 내부의 펌프 장치에 의해 복귀관(232)을 통해 탱크 바디(310) 내부로 복귀된다.The
요소수 센더(200)는 동결된 요소수를 해동하고 요소수의 동결을 방지하기 위한 가열 수단의 일부로서 가열관(240)을 구비한다. 가열관(240)은 하나의 관으로 이루어져, 그 일단과 타단에서 하우징(211)의 하면에 연결되어 있다. 가열관(240)의 일단은 하우징(211)을 관통한 유체 통로를 통해 제1 관 접속구(221)와 연통하고 가열관(240)의 타단은 하우징(211)을 관통한 유체 통로를 통해 제2관 접속구(222)와 연통한다. 가열관(240)은 하우징(211)의 하면으로부터 대략 수직으로 연장하는 한 쌍의 수직부(241)와, 일측의 수직부(241)의 단부에서 타측의 수직부(241)의 단부로 수직부(241)에 수직하게 또는 센더 헤드(210)의 하면에 평행하게 연장하며 C자형 또는 U자형으로 만곡된 만곡부(242)를 포함한다. 내연기관(10)으로부터의 냉각수는 냉각수 공급관(471)으로부터 제1 관 접속구(221)를 통해 가열관(240) 내로 유입한 후 다시 제2 관 접속구(222)를 통해 유출된다. 가열관(240) 내부를 지나는 내연기관(10)의 냉각수에 의해 탱크 바디(310) 내의 요소수의 동결이 방지되거나 동결된 요소수가 해동될 수 있다. 가열관(240)의 다른 예로서, 가열관(240)은 코일 형상으로 감긴 부분을 포함할 수도 있다.The
요소수 센더(200)는 전술한 센서의 부착을 위한 홀더(251, 252)를 가진다. 홀더(251, 252)는 가열관(240)의 만곡부(242)의 형상에 대응하는 상판(251)과 하판(252)으로 이루어지며, 상판(251)과 하판(252)은 나사 체결에 의해 상호 결합된다. 가열관(240)의 만곡부(242)는 상판(251)과 하판(252) 사이에서 이들의 외주를 따라 연장한다. 흡입관(231)의 하단에 위치하는 흡입구는 상판(251)과 하판(252)의 사이에 위치한다.The
요소수 센더(200)는 탱크 바디(310) 내에 저장되어 있는 요소수의 수면의 레벨을 측정하기 위한 요소수 레벨 센서(260)를 구비한다. 요소수 레벨 센서(260)는 다수의 리드 스위치가 길이방향을 따라 내부에 배치되어 있는 가이드 관(261)과, 가이드 관(261)이 끼워지고 자성체를 포함하며 요소수의 수면에 뜰 수 있는 플로트(262)를 포함한다. 가이드 관(261)은 그 일단에서 하우징(211)의 하면에 부착되어 있고, 가이드 관(261)의 타단은 홀더(261, 262)에 결합되어 있다. 가이드 관(261) 내부의 리드 스위치로부터의 신호는 하우징(211) 내의 회로기판을 거쳐 도징 컨트롤 유닛(440)으로 전달된다. 플로트(262)는 가이드 관(261)을 따라 상하로 이동가능하다. 플로트(262)가 가이드 관(261)을 따라 요소수의 레벨 변화에 따라 이동함에 따라 요소수의 수면의 레벨이 측정될 수 있다.The
요소수 센더(200)는 탱크 바디(310) 내의 요소수의 온도를 측정하기 위한 요소수 온도 센서(도시하지 않음)를 구비한다. 상기 요소수 온도 센서는 요소수 레벨 센서(260)의 가이드 관(261)의 하단에 흡입관(231)의 흡입구의 높이에 대응하는 높이에 배치될 수 있다. 상기 요소수 온도 센서의 측정 신호는 하우징(211)의 회로기판을 거쳐 도징 컨트롤 유닛(440)에 전달된다. 도징 컨트롤 유닛(440)은 상기 요소수 온도 센서의 측정 신호에 근거해 요소수의 온도가 소정치 미만으로 내려가면 내연기관(10)의 엔진제어유닛(11)에 신호를 보내고, 내연기관(10)의 엔진제어유닛(11)은 도징 컨트롤 유닛(440)의 신호에 응답해 내연기관(10)의 냉각수가 가열관(240)을 거쳐 순환하도록 내연기관(10)을 제어한다.The
요소수 센더(200)는 탱크 바디(310) 내의 요소수의 요소 농도를 측정하기 위해 전술한 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100)를 구비한다. 도 2, 도 3, 도 17 및 도 18에 도시하는 실시예에 있어서, 요소 농도 측정 장치(100)의 제1 및 제2 브라켓(131, 132)은 상기 홀더의 하판(252)에 볼트-너트 체결 또는 나사 체결에 의해 부착되어, 요소 농도 측정 장치(100)는 가열관(240)의 만곡부(242)에 인접하게 위치한다. 요소 농도 측정 장치(100)의 초음파 송수신기(111)에서 연장하는 전선(116)은 하우징(211) 내부의 회로기판에 접속되어 있다. 요소 농도 측정 장치(100)의 측정 신호는 상기 회로기판을 거쳐 도징 컨트롤 유닛(440)에 전송되며, 도징 컨트롤 유닛(440)은 요소 농도 측정 장치(100)의 측정 신호에 근거해 요소수 공급 모듈(420)의 요소수 공급량과 요소수 분사 모듈(430)의 요소수 분사량을 제어한다.The
전술한 실시예의 요소수 센더(200)는 요소수의 가열을 위한 가열관(240)을 구비하지만, 다른 실시예의 요소수 센더는 이러한 가열관(240)을 구비하지 않을 수도 있다. 이러한 실시예의 요소수 센더에서는, 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100)는 흡입관(231) 등에 지지 부재를 사용해 부착되거나 하우징(211)으로부터 하방으로 연장하는 유지 부재에 부착될 수도 있다. 또한, 다른 실시예의 요소수 센더는 요소수 레벨 센서(260)나 요소수 온도 센서를 구비하지 않을 수도 있다.The
도 17 및 도 18에 도시하는 일 실시예에 따른 요소수 탱크(300)에는 전술한 실시예의 요소 농도 측정 장치(100)가 부착된 요소수 센더(200)가 장착된다. 다른 예로서, 실시예의 요소 농도 측정 장치(100)는 요소수 탱크(300)의 탱크 바디(310)의 바닥벽(313)에 제1 브라켓(131)과 제2 브라켓(132)이 결합되어 요소수 탱크(300)에 장착될 수 있다.The
요소수 탱크(300)는 요소수를 저장하기 위한 탱크 바디(310)를 포함한다. 탱크 바디(310)의 상벽(311)에는 요소수 센더(200)의 센더 헤드(210)가 장착되는 장착공(315)이 형성되어 있다. 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100)를 구비하는 요소수 센더(200)가 센더 헤드(210)와 탱크 바디(310)의 상벽(311)이 결합되어 탱크 바디(310)에 분리가능하게 고정된다.The
또한, 탱크 바디(310)의 상벽(311)과 측벽(312) 사이에는 경사벽(314)이 형성되어 있고, 경사벽(314)에는 요소수 주입을 위한 플러그(320)가 장착되는 장착공(316)이 형성되어 있다. 플러그(320)는 장착공(316)에 제거가능하게 장착된다. 플러그(320)의 주입구는 캡(321)에 의해 개폐 가능하다. 또한, 요소수 탱크(300)에는, 탱크 바디(310) 내의 요소수의 수위를 시각적으로 확인하게 하는 인디케이터(330)가 경사벽(314)에 탱크 바디(310)의 상벽(311)에 가깝게 마련되어 있다. 인디케이터(330)는 투명관과 그 안에 배치된 플로트를 구비한다. 인디케이터(330)의 상기 투명관은 그 상단과 하단에서 탱크 바디(310)의 내부와 연통한다. 따라서, 요소수가 탱크 바디(310) 내에 대략 만수위로 주입될 때, 요소수의 수위가 투명관 내의 플로트를 통해 시각적으로 확인될 수 있다.In addition, an
전술한 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100)는 차폐 부재(140, 140A, 140B)에 의해 초음파가 전파하는 농도 측정 영역(113, 113A)을 요소수 내의 기포로부터 격리시킨다. 따라서, 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100)는 요소수 내의 기포에 의해 영향을 받지 않으며 요소수의 농도를 정밀하게 측정할 수 있다. 요소수 내의 기포가 발생시키는 오측정을 확인하고 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100)의 성능을 확인하기 위해, 비교예의 요소 농도 측정 장치와 실시예의 요소 농도 측정 장치(100)를 사용하여 요소수의 농도 측정 시험이 행해졌다. 상기 시험에 사용된 비교예의 요소 농도 측정 장치로서, 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100)로부터 차폐부재(140)와 프레임 부재(150)가 제거된 것이 사용되었다. 상기 시험에서는, 약 32.5wt% 농도의 요소수를 수조에 담고, 상기 수조내의 요소를 교반하여 요소수 내에 기포를 발생시켰다. 기포가 함유된 요소수 내에 상기 비교예의 요소 농도 측정 장치를 침지시키고 약 20분간 요소수의 요소 농도 측정이 행해졌다. 또한, 이러한 기포가 발생된 요소수 내에 실시예의 요소 농도 측정 장치(100)를 침지시키고 약 20분간 요소수의 요소 농도 측정이 행해졌다.In the urea
도 19는 상기 시험을 통해 상기 비교예의 요소 농도 측정 장치에 의해 측정된 요소수의 요소 농도 측정치를 도시하는 그래프이다. 도 19로부터, 차폐 부재(140)를 구비하지 않는 비교예의 요소 농도 측정 장치는, 수조 내의 요소수의 요소 농도가 불변함에도 불구하고, 약 22wt% 내지 약 34wt% 범위에 걸치는 요소 농도 측정치를 출력함을 알 수 있다. 이는, 요소수 내의 기포가 초음파가 전파하는 농도 측정 영역(113)으로 침입하여 전파하는 초음파를 굴절시키거나 산란시켜 전파하는 초음파의 속도와 세기를 불규칙적으로 변동시켰기 때문이다. 도 20은 상기 시험을 통해 실시예의 요소 농도 측정 장치(100)에 의해 측정된 요소수의 농도 측정치를 도시하는 그래프이다. 도 20으로부터, 실시예의 요소 농도 측정 장치(100)는 약 32.5wt%의 요소수의 농도 측정치를 지속적으로 출력함을 알 수 있다. 이는, 차폐 부재(140)에 의해 요소수 내의 기포가 초음파의 농도 측정 영역으로 침입하는 것이 차단되기 때문이다.19 is a graph showing measured urea concentration values of the number of ureas measured by the urea concentration measuring device of the comparative example through the test. From FIG. 19 , the urea concentration measuring device of the comparative example without the shielding
이하에서는, 복수개의 통공들과 함께 공기 배출홀을 갖는 차폐 부재를 포함하는 요소 농도 측정 장치에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, an apparatus for measuring urea concentration including a shielding member having an air discharge hole as well as a plurality of through holes will be described.
도 21은 예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치를 구비하는 요소수 센더를 나타내는 사시도이다. 도 22는 도 21의 요소 농도 측정 장치를 나타내는 도면이다. 도 23은 도 21의 요소 농도 측정 장치의 차폐 부재와 프레임 부재를 나타내는 사시도이다. 도 24는 도 23의 차폐 부재와 프레임 부재를 나타내는 측면도이다. 도 25는 도 23의차폐 부재와 프레임 부재를 나타내는 저면 사시도이다.21 is a perspective view illustrating a urea water sender having a urea concentration measuring device according to exemplary embodiments. 22 is a view showing the urea concentration measuring device of FIG. 21; 23 is a perspective view illustrating a shield member and a frame member of the urea concentration measuring device of FIG. 21; 24 is a side view illustrating the shield member and the frame member of FIG. 23; 25 is a bottom perspective view showing the shield member and the frame member of FIG. 23;
도 21 내지 도 25를 참조하면, 요소 농도 측정 장치(100)는 농도 측정 영역(113, 도 6 참조)에 있는 요소수를 통해 전파되는 파동을 검출하여 요소 농도를 측정하는 농도 측정기 및 상기 농도 측정 영역을 둘러싸도록 배치되는 차폐 부재(140)를 포함할 수 있다. 상기 농도 측정기는 상기 파동을 발생시켜 송신하는 송신기 및 상기 농도 측정 영역에 있는 요소수를 통해 전파되는 파동을 수신하는 수신기를 포함할 수 있다.21 to 25, the urea
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 농도 측정기는 초음파를 이용한 초음파 농도 측정기일 수 있다. 상기 초음파 농도 측정기는 초음파 송신기와 초음파 수신기가 일체로 되어 있는 초음파 송수신기(111, 도 4 참조) 및 초음파 송수신기(111)가 송신한 초음파를 다시 초음파 송수신기로 반사하는 반사체(112, 도 5 참조)를 포함할 수 있다. 이와 다르게, 상기 초음파 농도 측정기는 초음파의 진행 방향에서 서로 이격되어 있는 초음파 송신기(111T, 도 16 참조)와 초음파 수신기(111R, 도 16 참조)를 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the concentration measuring device may be an ultrasonic concentration measuring device using ultrasonic waves. The ultrasonic concentration meter includes an ultrasonic transceiver (111, see FIG. 4) in which an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver are integrated, and a reflector (112, see FIG. 5) that reflects ultrasonic waves transmitted by the
상기 초음파 농도 측정기는 상기 초음파 송신기와 상기 초음파 수신기 사이의 상기 농도 측정 영역에 있는 상기 요소수를 통해 전파하는 초음파의 속도, 세기 등을 검출하여 요소 농도를 측정할 수 있다. 여기서, 상기 농도 측정 영역은 상기 초음파 송신기와 상기 초음파 수신기 사이에서 초음파가 요소수를 통해 전파하는 공간이라 할 수 있다.The ultrasonic concentration meter may measure the urea concentration by detecting the velocity and intensity of ultrasonic wave propagating through the number of urea in the concentration measurement region between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver. Here, the concentration measurement region may be referred to as a space in which ultrasonic waves propagate through urea water between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver.
예시적인 실시예들에 있어서, 차폐 부재(140)는 상기 농도 측정 영역의 일부 또는 전체를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 차폐 부재(140)는 프레임 부재(150)에 결합됨으로써 상기 농도 측정 영역은 상기 초음파 송수신기와 상기 반사체 사이에서 차폐 부재(140)에 의해 정의될 수 있다. 하나의 차폐 부재가 프레임 부재(150)의 측면을 감싸도록 결합될 수 있다. 이와 다르게, 복수개의 차폐 부재들이 프레임 부재(150)의 복수개의 개구들(156, 도 8 참조)을 커버하도록 결합될 수 있다.In example embodiments, the shielding
차폐 부재(140)는 상기 농도 측정 영역 외부에 위치하는 요소수 내의 기포가 상기 농도 측정 영역 내로 진입하는 것을 차단할 수 있다. 차폐 부재(140)는 다수의 미세한 통공(141, 도 9 참조)을 가질 수 있다. 차폐 부재(140)의 통공(141)은 기포를 차단할 수 있는 정도의 제1 크기를 가질 수 있다.The shielding
예를 들면, 상기 통공의 상기 제1 크기는 약 20㎛ 내지 약 200㎛의 범위 이내일 수 있다. 도 29의 그래프에서와 같이, 상기 통공의 크기가 200㎛ 보다 큰 경우, 요소수 농도 측정값의 편차가 4% 이상이 되어 측정 정밀도가 저하될 수 있다. 또한, 도 30의 그래프에서와 같이, 상기 통공의 크기가 20㎛ 보다 작은 경우, 요소수 농도가 예를 들면, 20%에서 30%로 변경될 때, 농도 변화에 따른 측정값이 안정화되는 데 걸리는 시간이 커지게 되어 상기 요소 농도 측정 장치의 응답성이 저하될 수 있다.For example, the first size of the through hole may be within a range of about 20 μm to about 200 μm. As shown in the graph of FIG. 29, when the size of the through hole is larger than 200 μm, the deviation of the measured value of urea concentration is 4% or more, and thus the measurement accuracy may be lowered. In addition, as shown in the graph of FIG. 30, when the size of the through hole is smaller than 20 μm, when the urea concentration is changed from 20% to 30%, for example, it takes to stabilize the measured value according to the concentration change. As the time increases, the responsiveness of the urea concentration measuring device may decrease.
또한, 차폐 부재(140)는 상기 농도 측정 영역 내부의 기포와 같은 공기를 외부로 배출시키기 위한 적어도 하나의 공기 배출홀(146, 148)을 가질 수 있다. 차폐 부재(140)는 상부 공기 배출홀(146) 및 하부 공기 배출홀(148)을 가질 수 있다. 하부 공기 배출홀(148)은 차폐 부재(140) 내의 요소수의 흐름을 보다 원활히 하여 상기 농도 측정 영역 내부의 기포가 상부 공기 배출홀(146)을 통해 용이하게 배출되도록 할 수 있다. 이와 다르게, 차폐 부재(140)는 상부 공기 배출홀(146)만을 가질 수 있다.In addition, the shielding
도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이, 두 개의 상부 공기 배출홀들(146)과 하나의 하부 공기 배출홀(148)이 차폐 부재(140)를 관통하여 형성될 수 있다. 요소 농도 측정 장치(100)는 제1 및 제2 접촉부들(151, 152)의 저면들(158, 159)로부터 전체 높이(H)를 가질 수 있다. 상부 공기 배출홀(146)의 위치는 차폐 부재(140)의 상부에 배치되고, 하부 공기 배출홀(148)의 위치는 차폐 부재(140)의 하부에 배치될 수 있다. 예를 들면, 상부 공기 배출홀(146)은 상기 저면으로부터 제1 높이(H1)를 가지고, 하부 공기 배출홀(148)은 상기 저면으로부터 상기 제1 높이보다 작은 제2 높이(H2)를 가질 수 있다. 상기 공기 배출홀들의 개수 및 위치는 이에 제한되지 않음을 이해할 수 있을 것이다.As shown in FIGS. 23 and 24 , two upper air discharge holes 146 and one lower
도 23 내지 도 25에 도시된 바와 같이, 프레임 부재가 삼각통의 형상을 가질 때, 차폐 부재(140)은 상방을 향하는 제1 측면(145a), 하방을 향하는 제2 측면(145b) 및 측방을 향하는 제3 측면을 가질 수 있다. 상부 공기 배출홀(146)은 차폐 부재(140)의 제1 측면(145a)에 관통 형성되고, 하부 공기 배출홀(148)은 차폐 부재(140)의 제2 측면(146b)에 관통 형성될 수 있다. 차폐 부재(140)의 상기 제3 측면에는 공기 배출홀이 형성되지 않을 수 있다. 상기 제3 측면은 요소 농도 측정 장치(100)의 설치면에 대하여 수직한 방향으로 연장하고, 제1 측면(145a)은 상방을 향하여 상기 제2 측면에 대하여 일정한 각도로 연장하고 제2 측면(145b)은 하방을 향하여 상기 제2 측면에 대하여 상방을 향하여 일정한 각도로 연장할 수 있다.As shown in FIGS. 23 to 25 , when the frame member has a triangular cylinder shape, the
차폐 부재(140)의 공기 배출홀(146, 148)은 상기 농도 측정 영역 내부에 위치하는 상기 요소수 내의 기포를 상기 농도 측정 영역의 외부로 배출할 수 있다. 공기 배출홀(146, 148)은 기포를 배출할 수 있는 정도의 제2 크기를 가질 수 있다. 상기 공기 배출홀의 상기 제2 크기는 상기 통공의 상기 제1 크기보다 더 클 수 있다.The air discharge holes 146 and 148 of the shielding
예를 들면, 상기 공기 배출홀의 상기 제2 크기는 약 1.7mm 내지 약 4mm의 범위 이내일 수 있다. 상기 공기 배출홀의 상기 제2 크기는 상기 농도 측정 영역 내부에 생성될 수 있는 기포의 크기를 고려하여 결정될 수 있다. 상기 농도 측정 영역 내부에 생성될 수 있는 기포의 최소 크기는 약 1.7mm일 수 있다. 도 26의 그래프에서와 같이, 상기 공기 배출홀의 크기가 1.7mm 보다 작은 경우, 농도 측정 영역 내의 공기 분포량이 20% 이상이 되어 측정 정밀도가 저하될 수 있다. 또한, 도 28의 그래프에서와 같이, 상기 공기 배출홀의 크기가 4mm 보다 큰 경우, 요소수 농도 측정값의 편차가 4% 이상이 되어 측정 정밀도가 저하될 수 있다.For example, the second size of the air discharge hole may be within a range of about 1.7 mm to about 4 mm. The second size of the air discharge hole may be determined in consideration of the size of air bubbles that may be generated inside the concentration measuring region. A minimum size of air bubbles that may be generated inside the concentration measurement region may be about 1.7 mm. As shown in the graph of FIG. 26 , when the size of the air discharge hole is smaller than 1.7 mm, the distribution of air in the concentration measuring area becomes 20% or more, and measurement accuracy may deteriorate. In addition, as shown in the graph of FIG. 28, when the size of the air discharge hole is larger than 4 mm, the deviation of the urea concentration measurement value is 4% or more, so measurement accuracy may be lowered.
상기 공기 배출홀은 삼각형, 사각형, 마름모형, 원형, 타원형을 가질 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 공기 배출홀의 형상과 관련하여, 상기 공기 배출홀의 크기는, 상기 공기 배출홀이 삼각형인 경우 그 한변의 길이, 상기 공기 배출홀이 정사각형, 직사각형 또는 마름모형인 경우 그 대각선의 길이, 상기 공기 배출홀이 대략 원형인 경우 직경의 길이, 상기 공기 배출홀이 대략 타원형인 경우 그 장축의 길이로 정의될 수 있다.The air discharge hole may have a triangular, quadrangular, rhombic, circular, or elliptical shape, but is not limited thereto. Regarding the shape of the air discharge hole, the size of the air discharge hole is the length of one side when the air discharge hole is triangular, the length of the diagonal when the air discharge hole is a square, rectangle or rhombus, and the air discharge hole. It may be defined as the length of the diameter when the air discharge hole is approximately circular, and the length of its major axis when the air discharge hole is approximately oval.
예시적인 실시예들에 있어서, 차폐 부재(140)는 수직 방향(중력 방향)으로 연장 형성된 내부 공간을 가질 수 있다. 상기 내부 공간은 상기 농도 측정 영역 및 상기 농도 측정 영역에 연결된 기포 수집 영역을 포함할 수 있다. 상기 기포 수집 영역은 상기 농도 측정 영역으로부터 상기 중력 방향으로 배치될 수 있다. 상기 농도 측정 영역에서 발생된 기포는 상기 중력 방향인 상기 기포 수집 영역으로 이동할 수 있다. 상기 기포 수집 영역은 상기 상부 공기 배출홀에 연통될 수 있다. 따라서, 상기 기포 수집 영역에 수집된 기포는 상기 상부 공기 배출홀을 통해 차폐 부재(140)의 외부로 배출될 수 있다.In example embodiments, the shielding
도 26은 도 21의 요소 농도 측정 장치를 사용하여 측정한 공기 배출홀의 크기에 따른 요소 농도 측정 장치 내의 공기 분포량을 나타내는 그래프이다.FIG. 26 is a graph showing the air distribution in the urea concentration measuring device according to the size of the air discharge hole measured using the urea concentration measuring device of FIG. 21 .
도 26을 참조하면, 공기 배출홀의 크기에 따라 도 21의 요소 농도 측정 장치의 농도 측정 영역 내부에 배출되지 않고 남아있는 공기(air)의 분포량을 측정하였다. 상기 공기 배출홀의 크기가 커질수록 미배출된 공기의 분포량을 감소함을 알 수 있다. 상기 공기 배출홀의 크기가 1.7mm 보다 작은 경우, 농도 측정 영역 내의 공기 분포량이 20% 이상이 되어 측정 정밀도가 저하될 수 있다. Referring to FIG. 26, according to the size of the air discharge hole, a distribution amount of air remaining without being discharged inside the concentration measuring area of the urea concentration measuring device of FIG. 21 was measured. It can be seen that as the size of the air discharge hole increases, the distribution amount of the non-exhausted air decreases. When the size of the air discharge hole is smaller than 1.7 mm, the distribution of air in the concentration measuring area becomes 20% or more, and thus measurement accuracy may deteriorate.
도 27은 도 21의 요소 농도 측정 장치에서 하부 공기 배출홀의 유무에 따른 요소 농도 측정 장치 내의 공기 분포량을 나타내는 그래프이다.FIG. 27 is a graph showing air distribution in the urea concentration measuring device according to the presence or absence of a lower air discharge hole in the urea concentration measuring device of FIG. 21 .
도 27을 참조하면, 하부 공기 배출홀의 유무에 따라 도 21의 요소 농도 측정 장치의 농도 측정 영역 내부에 있는 공기의 분포량을 측정하였다. 상기 하부 공기 배출홀이 있는 경우 같은 공기 배출홀에 대하여 미배출된 공기 분포량이 감소함을 알 수 있다.Referring to FIG. 27, the distribution amount of air inside the concentration measuring region of the urea concentration measuring device of FIG. 21 was measured according to the presence or absence of the lower air discharge hole. It can be seen that when the lower air discharge hole is present, the distribution amount of the unexhausted air is reduced with respect to the same air discharge hole.
도 28은 도 21의 요소 농도 측정 장치를 사용하여 측정한 공기 배출홀의 크기에 따른 농도 측정 편차를 나타내는 그래프이다.FIG. 28 is a graph showing the concentration measurement deviation according to the size of the air discharge hole measured using the urea concentration measuring device of FIG. 21 .
도 28을 참조하면, 공기 배출홀의 크기에 따라 요소 농도 측정값의 편차를 측정하였다. 상기 공기 배출홀의 크기가 커질수록 요소 농도 측정값의 편차가 증가함을 알 수 있다. 상기 공기 배출홀의 크기가 4mm 보다 큰 경우, 요소수 농도 측정값의 편차가 4% 이상이 되어 측정 정밀도가 저하될 수 있다.Referring to FIG. 28, the deviation of the measured urea concentration was measured according to the size of the air discharge hole. It can be seen that as the size of the air discharge hole increases, the deviation of the measured urea concentration increases. When the size of the air discharge hole is greater than 4 mm, the deviation of the measured value of the urea concentration may be 4% or more, and thus the measurement accuracy may be deteriorated.
도 29는 도 21의 요소 농도 측정 장치를 사용하여 측정한 통공의 크기에 따른 농도 측정 편차를 나타내는 그래프이다.FIG. 29 is a graph showing a concentration measurement deviation according to a size of a through hole measured using the urea concentration measuring device of FIG. 21 .
도 29를 참조하면, 통공의 크기에 따라 요소 농도 측정값의 편차를 측정하였다. 상기 통공의 크기가 커질수록 요소 농도 측정값의 편차가 증가함을 알 수 있다. 상기 통공의 크기가 200㎛ 보다 큰 경우, 요소수 농도 측정값의 편차가 4% 이상이 되어 측정 정밀도가 저하될 수 있다.Referring to FIG. 29, the deviation of the measured urea concentration was measured according to the size of the through hole. It can be seen that the deviation of the urea concentration measurement value increases as the size of the through hole increases. When the size of the through hole is greater than 200 μm, the deviation of the measured value of the number of urea concentration may be 4% or more, and thus the measurement accuracy may be deteriorated.
도 30은 도 21의 요소 농도 측정 장치를 사용하여 측정한 통공의 크기에 따른 농도 변화 안정화 시간을 나타내는 그래프이다.FIG. 30 is a graph showing the stabilization time of the concentration change according to the size of the through hole measured using the urea concentration measuring device of FIG. 21 .
도 30을 참조하면, 통공의 크기에 따라 농도 변화 안정화 시간을 측정하였다. 상기 통공의 크기가 커질수록 농도 변화에 따른 안정화되는 데 걸리는 시간이 요소 농도 측정값의 편차가 증가함을 알 수있다. 상기 통공의 크기가 200㎛ 보다 큰 경우, 요소수 농도 측정값의 편차가 4% 이상이 되어 측정 정밀도가 저하될 수 있다.Referring to FIG. 30, the concentration change stabilization time was measured according to the size of the through hole. It can be seen that as the size of the through hole increases, the time required for stabilization according to the concentration change increases with the deviation of the urea concentration measurement value. When the size of the through hole is greater than 200 μm, the deviation of the measured value of the number of urea concentration may be 4% or more, and thus the measurement accuracy may be deteriorated.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and accompanying drawings. It will be clear to those skilled in the art that various substitutions, modifications and changes are possible within the scope of the technical spirit of the present invention.
1010: 내연기관
100, 100A: 요소 농도 측정 장치
111: 초음파 송수신기
111T: 초음파송신기
111R: 초음파수신기
112: 반사체
113, 113A: 농도 측정 영역
120: 스페이서
130, 130A: 지지 부재
140, 140A, 140B: 차폐 부재
141, 141A, 141B: 통공
146, 148: 공기 배출홀
150, 150A, 150B, 150C, 150D, 150E: 프레임 부재
200: 요소수 센더
210: 센더 헤드
211: 하우징
231: 요소수 흡입관
232: 요소수 복귀관
240: 가열관
260: 요소수 레벨 센서
300: 요소수 탱크
310: 탱크 바디
400: 선택적 촉매 환원 시스템
410: 촉매변환장치
420: 요소수 공급 모듈
430: 요소수 분사 모듈
440: 도징 컨트롤 유닛1010: internal combustion engine
100, 100A: urea concentration measuring device
111: ultrasonic transceiver
111T: ultrasonic transmitter
111R: ultrasonic receiver
112: reflector
113, 113A: concentration measurement area
120: spacer
130, 130A: support member
140, 140A, 140B: shielding member
141, 141A, 141B: through holes
146, 148: air discharge hole
150, 150A, 150B, 150C, 150D, 150E: frame member
200: Urea sender
210: sender head
211 housing
231: urea water suction pipe
232: urea water return pipe
240: heating tube
260: urea level sensor
300: urea water tank
310: tank body
400: selective catalytic reduction system
410: catalytic converter
420: urea solution supply module
430: urea solution injection module
440: dosing control unit
Claims (23)
상기 농도 측정 영역을 둘러싸도록 배치되고, 상기요소수 내의 기포가 상기 농도 측정 영역으로 침입하는 것을 방지할 수 있는 다수의 통공 및 상기 농도 측정 영역 내부의 기포를 외부로 배출시키기 위한 적어도 하나의 공기 배출홀을 갖는 차폐 부재를 포함하는 요소 농도 측정 장치.A concentration meter immersed in urea water to measure urea concentration, and measuring the urea concentration by detecting a wave propagating through the urea water in a concentration measurement area between a transmitter and a receiver; and
A plurality of through holes disposed to surround the concentration measurement region and capable of preventing air bubbles in the urea solution from entering the concentration measurement region and at least one air exhaust for discharging bubbles inside the concentration measurement region to the outside. Urea concentration measuring device comprising a shielding member having a hole.
상기 차폐 부재는 상기 차폐 부재의 적어도 일부가 상기 개구에 위치하도록 상기 프레임 부재에 결합되는 요소 농도 측정 장치.The method of claim 1, further comprising a frame member coupled to the concentration meter and disposed in the concentration measurement region and having at least one opening,
The shielding member is coupled to the frame member so that at least a portion of the shielding member is positioned in the opening.
상기 스페이서는 상기 프레임 부재의 내측에서 연장하는 요소 농도 측정 장치.The method of claim 4, further comprising a spacer coupled to the ultrasonic transceiver and the reflector or the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver of the concentration meter to separate them from each other,
The spacer is a urea concentration measuring device extending from the inside of the frame member.
상기 지지 부재는 상기 요소 농도 측정 장치가 위치하는 요소수 센더 또는 요소수 탱크에 결합되는 요소 농도 측정 장치.The method of claim 1, further comprising a support member for supporting the concentration meter,
The support member is a urea concentration measuring device coupled to a urea water sender or a urea water tank in which the urea concentration measuring device is located.
상기 농도 측정기의 초음파 송수신기 또는 초음파 송신기를 지지하는 제1 브라켓 및
상기 농도 측정기의 반사체 또는 초음파 수신기를 지지하는 제2 브라켓을 포함하는 요소 농도 측정 장치.The method of claim 8, wherein the support member
A first bracket for supporting the ultrasonic transceiver or ultrasonic transmitter of the concentration meter, and
Urea concentration measuring device comprising a second bracket for supporting the reflector or ultrasonic receiver of the concentration measuring device.
요소수가 흡입되는 흡입관;
상기 요소수가 복귀되는 복귀관;
상기 요소수를 가열하기 위한 가열관;
상기 가열관에 결합되는 홀더; 및
상기 홀더에 부착되고 상기 요소수의 요소 농도를 측정하는 요소 농도 측정 장치를 포함하고,
상기 요소 농도 측정 장치는,
상기 요소수에 침지되어 상기 요소 농도를 측정하고, 초음파 송신기와 초음파 수신기 사이의 농도 측정 영역에 있는 상기 요소수를 통해 전파하는 초음파를 검출하여 상기 요소 농도를 측정하는 초음파 농도 측정기; 및
상기 농도 측정 영역을 둘러싸도록 배치되고, 상기 요소수 내의 기포가 상기 농도 측정 영역으로 침입하는 것을 방지하는 다수의 통공 및 상기 농도 측정 영역 내부의 기포를 외부로 배출시키기 위한 적어도 하나의 공기 배출홀을 갖는 차폐 부재를 포함하는 요소수 센더.A urea water sender mounted on a urea water tank for a selective catalytic reduction system,
A suction pipe through which urea water is sucked;
a return pipe through which the urea water is returned;
a heating tube for heating the urea water;
a holder coupled to the heating pipe; and
A urea concentration measuring device attached to the holder and measuring the urea concentration of the urea water,
The urea concentration measuring device,
An ultrasonic concentration meter immersed in the urea solution to measure the urea concentration, and measuring the urea concentration by detecting ultrasonic waves propagating through the urea solution in a concentration measurement area between an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver; and
A plurality of through holes disposed to surround the concentration measuring region and preventing air bubbles in the urea solution from entering the concentration measuring region and at least one air discharge hole for discharging air bubbles inside the concentration measuring region to the outside Elemental water sender comprising a shielding member having.
상기 홀더에 부착되는 제1 및 제2 브라켓들에 의해 상기 초음파 농도 측정기에 결합되어 상기 농도 측정 영역에 배치되고 적어도 하나의 개구를 구비하는 프레임 부재를 더 포함하고,
상기 차폐 부재는 상기 차폐 부재의 적어도 일부가 상기 개구에 위치하도록 상기 프레임 부재에 결합되는 요소수 센더.According to claim 17,
Further comprising a frame member coupled to the ultrasonic concentration meter by first and second brackets attached to the holder, disposed in the concentration measurement region, and having at least one opening;
The shielding member is coupled to the frame member so that at least a portion of the shielding member is positioned in the opening.
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