KR20160006176A - 환원제 센서 시스템 - Google Patents

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지안위안 양
구루 카우추브 빌라스 테지
라이언 에이. 플로이드
마이클 골린
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테네코 오토모티브 오퍼레이팅 컴파니 인코포레이티드
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Abstract

배기 처리 유체 시스템은 배기 처리 유체를 저장하기 위한 탱크 하우징을 포함한다. 흡입관이 하우징 내에 위치하는 제1 단부 및 하우징의 흡입구와 소통되는 제2 단부를 포함한다. 세장형 층류 유동 장치는 배기 처리 유체가 탱크 하우징으로 복귀될 때 그 표면을 따라 흐르도록 하우징의 토출구에 고정된다. 층류 유동 장치는 비원형 단면을 포함한다.

Description

환원제 센서 시스템{REDUCTANT SENSOR SYSTEM}
본 개시는 환원제 센서 시스템을 포함하는 배기 후처리 시스템에 관한 것이다.
이 부분은 반드시 종래 기술인 것은 아닌 본 개시와 관련된 배경 정보를 제공한다.
배기 후처리 시스템은 배기 스트림으로부터 NOx를 제거하는 화학 반응을 돕기 위해 배기 스트림에 배기 처리 유체를 투여할 수 있다. 배기 처리 유체는 배기 스트림에 배기 처리 유체를 투여하는 투여 모듈과 소통되는 저장 탱크에 저장될 수 있다. 저장 탱크는 유체 레벨의 온도, 탱크 내의 유체 레벨, 및 탱크 내의 유체의 농도를 판단하기 위한 다양한 센서들을 포함할 수 있다. 배기 처리 유체가 요소수(urea solution)일 때, 요소수는 냉온에서 동결될 수 있다. 요소수가 투여 모듈에서 동결되는 것을 방지하기 위해, 투여 모듈이 정화될 수 있고(purged), 요소수는 탱크로 복귀될 수 있다. 정화 후에, 시스템은 일반적으로 요소수의 투여가 재개될 수 있기 전에 프라이밍되어야 한다. 프라이밍 과정 중에, 요소수는 탱크로부터 투여 모듈을 통해 다시 탱크로 순환된다. 요소수가 탱크로 복귀하는 것은 종종 탱크 내의 다양한 센서들의 작동을 방해할 수 있다.
이 부분은 본 개시의 전반적인 요약을 제공하는 것이며, 전체 범주 또는 모든 특징을 포괄적으로 개시하는 것이 아니다.
배기 처리 유체 시스템은 배기 처리 유체를 저장하기 위한 탱크 하우징을 포함한다. 흡입관은 하우징 내에 위치하는 제1 단부 및 하우징의 흡입구와 소통되는 제2 단부를 포함한다. 세장형 층류 유동 장치는 배기 처리 유체가 탱크 하우징으로 복귀될 때 그 표면을 따라 흐르도록 하우징의 토출구에 고정된다. 층류 유동 장치는 비원형 단면을 포함한다.
배기 처리 유체 시스템은 배기 처리 유체를 저장하기 위한 탱크 하우징을 포함한다. 탱크는 차량에 고정되도록 구성된다. 흡입관은 탱크 내에 위치한다. 배기 처리 유체 시스템은 또한 흡입관과 유체 소통되는 유입구 및 배출구를 구비한 인젝터를 포함한다. 세장형 층류 유동 장치는 탱크 하우징과 함께 위치하며 배출구와 유체 소통된다. 배기 처리 유체는 배출구를 통해 흐르며 층류 유동 장치의 외표면을 가로질러 흐르도록 지향된다.
추가적인 적용 분야들이 본원에 제공된 설명으로부터 명확해질 것이다. 이 요약의 설명 및 구체적인 예는 단지 예시를 위한 것이며, 본 개시의 범주를 제한하려는 의도가 아니다.
본원에 설명된 도면은 모든 가능한 구현예들이 아닌 선택된 실시예들을 단지 예시하기 위한 것이며, 본 개시의 범주를 제한하려는 의도가 아니다.
도 1은 본 개시의 원리에 따른 배기 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 개시의 원리에 따른 시약 탱크의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 시약 탱크의 부분 분해 사시도이다.
도 4 내지 도 9는 본 개시의 원리에 따른 층류(laminar) 유동 장치 및 토출관의 단면도이다.
도 10은 본 개시의 원리에 따른 흡입관, 토출관, 및 층류 유동 장치를 포함하는 장착판의 단면 사시도이다.
도 11은 본 개시의 원리에 따른 시약 탱크의 단면도이다.
도 12는 본 개시의 원리에 따른 시약 탱크의 단면도이다.
도 13은 본 개시의 다른 원리에 따른 센서 조립체의 부분 사시도이다.
도 14 및 도 15는 도 13에 도시된 센서 조립체와 연관된 스커트의 사시도들이다.
도 16은 본 개시의 교시에 따라 구성된 대안적인 스커트의 분해 사시도이다.
도 17은 배기 처리 유체 시스템의 센서들과 연관된 제어 스킴을 도시하는 흐름도이다.
도 18은 배기 처리 유체 시스템을 위한 대안적인 제어 스킴을 도시하는 흐름도이다.
도 19는 배기 처리 유체 시스템의 센서들과 연관된 다른 대안적인 제어 스킴을 도시하는 다른 흐름도이다.
대응하는 도면부호들은 몇몇 도면에 걸쳐 대응하는 구성요소들을 나타낸다.
이하에서는, 예시적인 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 더 자세히 설명될 것이다.
도 1은 본 개시에 따른 배기 시스템(10)을 개략적으로 도시한다. 배기 시스템(10)은 연료원(미도시)과 소통되는 적어도 엔진(12)을 포함할 수 있되, 연료원이 소모되면, 배기 후처리 시스템(16)을 구비한 배기 유로(14) 내로 토출되는 배기가스를 발생시킬 것이다. 엔진(12)으로부터 하류에는, 디젤 산화 촉매(DOC), 디젤 입자 필터(DPF) 구성요소, 또는 도시된 바와 같이 선택적 촉매 환원(SCR) 구성요소(20)일 수 있는 배기 처리 구성요소(18)가 배치될 수 있다. 본 개시에 의해 요구되진 않았지만, 배기 후처리 시스템(16)은 배기 유로(14)를 통과하는 배기가스의 온도를 상승시키기 위해 열강화 장치 또는 버너(17)와 같은 구성요소들을 더 포함할 수 있다. 배기가스의 온도를 상승시키는 것은, 배기 처리 구성요소(18)가 DPF일 때 배기 처리 구성요소(18)의 재생을 개시하는 것뿐만 아니라, 한파 조건에서 및 엔진(12)의 시동 시에 배기 처리 구성요소(18) 내의 촉매의 라이트-오프(light-off)를 달성하는 것에도 유리하다.
엔진(12)에 의해 발생된 배기의 감소를 돕기 위해, 배기 후처리 시스템(16)은 배기 스트림에 배기 처리 유체를 주기적으로 투여하기 위한 투여 모듈(22)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 투여 모듈(22)은 배기 처리 구성요소(18)의 상류에 위치할 수 있고, 배기 스트림에 배기 처리 유체를 주입하도록 작동 가능하다. 이와 관련하여, 투여 모듈(22)은 배기 처리 구성요소(18)의 상류에서 배기 유로(14)에 디젤 연료 또는 요소(urea)와 같은 배기 처리 유체를 투여하기 위해 유입 라인(28)을 통해 펌프(26) 및 시약 탱크(24)와 유체 소통되는 유입구를 구비한 인젝터를 포함한다. 투여 모듈(22)의 인젝터는 또한 복귀 라인(30)을 통해 시약 탱크(24)와 소통되는 배출구를 포함할 수 있다. 복귀 라인(30)은 배기 스트림에 투여되지 않은 임의의 배기 처리 유체가 시약 탱크(24)로 복귀될 수 있게 한다. 유입 라인(28), 투여 모듈(22), 및 복귀 라인(30)을 통한 배기 처리 유체의 유동은 또한 투여 모듈(22)이 과열되지 않도록 투여 모듈(22)의 인젝터의 냉각을 돕는다. 투여 모둘(22)은 투여 모듈(22)을 냉각시키기 위해 그 주위에 냉각수를 전달하는 냉각 재킷을 포함하도록 구성될 수 있다.
배기 스트림을 효과적으로 처리하기 위해 요구되는 배기 처리 유체의 양은 또한 엔진(12)의 크기에 따라 좌우될 수 있다. 이와 관련하여, 기관차, 해양 응용, 및 정지(stationary) 응용에서 사용되는 대규모 디젤 엔진은 단일 투여 모듈(22)의 용량을 초과하는 배기 유동 속도를 가질 수 있다. 따라서, 단 하나의 투여 모듈(22)만이 요소 투여를 위해 도시되었지만, 요소 주입을 위한 다수의 투여 모듈들(22)이 본 개시에 의해 고려된다는 것을 이해해야 한다.
배기 스트림을 효과적으로 처리하기 위해 요구되는 배기 처리 유체의 양은 또한 부하, 엔진 속도, 배기가스 온도, 배기가스 유동, 엔진 연료 주입 타이밍, 원하는 NOx 환원, 기압, 상대 습도, EGR율, 및 엔진 냉각수 온도에 따라 좌우될 수 있다. NOx 센서 또는 미터(32)가 SCR(20)로부터 하류에 위치할 수 있다. NOx 센서(32)는 엔진 제어 유닛(34)에 배기 NOx 함량을 나타내는 신호를 출력하도록 작동 가능하다. 엔진 작동 파라미터들 중 일부 또는 전부가 엔진 제어 유닛(ECU; 34)으로부터 엔진/차량 데이터버스를 통해 배기 후처리 시스템 제어기(36)로 공급될 수 있다. 제어기(36)는 또한 엔진 제어 유닛(34)의 일부로 포함될 수 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 배기가스 온도, 배기가스 유동 및 배기 배압, 및 다른 배기 작동 파라미터들이 각각의 센서들에 의해 측정될 수 있다.
배기 처리 유체의 온도는 또한 배기 후처리 시스템 제어기(36)에 의해 모니터링되는 파라미터일 수 있다. 배기 처리 유체의 온도를 모니터링하기 위해, 시약 탱크(24)는 그 안에 위치하는 온도 센서(40)를 포함할 수 있다. 도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 시약 탱크(24)는 탱크 하우징(42)을 포함할 수 있다. 탱크 하우징(42)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 알루미늄, 강, 또는 요소와 같은 시약 배기 처리 유체(44)를 저장하기에 적합한 임의의 다른 유형의 재료와 같은 재료로 형성될 수 있다. 당해 기술분야에 주지된 바와 같이, 배기 처리 유체로 탱크(24)를 재충진하기 위해, 탱크(24)는 착탈식 캡(50)을 수용할 수 있는 나사산 넥부(48)에 의해 한정되는 유입구(46)를 포함할 수 있되, 착탈식 캡(50)은 넥부(48)의 나사산에 대응하는 나사산을 갖는다.
탱크 하우징(42) 내에는, 한 쌍의 흡입 및 토출관(52, 54)이 각각 있을 수 있다. 흡입관(52)은 하류에서 펌프(26)와 소통되므로, 펌프(26)가 활성화될 때, 요소 배기 처리 유체(44)가 탱크(24)로부터 유입 라인(28)으로 인입된다. 앞서 주목한 바와 같이, 유입 라인(28)은 배기 스트림에 요소 배기 처리 유체를 제공하기 위해 투여 모듈(22)과 소통된다. 요소 배기 처리 유체(44)가 배기 스트림에 투여되지 않는 경우, 요소 배기 처리 유체(44)는 복귀 라인(30)을 통해 다시 탱크(24)로 돌아갈 수 있다. 복귀 라인(30)은 토출관(54)과 소통된다. 각각의 흡입관(52) 및 토출관(54)은 탱크(24) 위에 안착될 수 있는 격벽 또는 장착판(55)을 사용하여 탱크(24) 내에 고정될 수 있다. 격벽은 탱크 하우징(42)을 통해 연장되는 단일 구멍(미도시)과 밀봉식으로 맞물릴 수 있다.
탱크(24) 내의 요소 배기 처리 유체(44)의 양을 모니터링하기 위해, 유체 레벨 표시 장치(56)가 토출관(54)에 결합될 수 있다. 도시된 실시예에서, 유체 레벨 표시 장치(56)는 초음파(60)를 방출하는 초음파 센서 장치(58)를 포함할 수 있다. 초음파 센서 장치(58)는 흡입관(52)에 결합되는 지지 부재(59) 상에 위치할 수 있다. 초음파(60)는 초음파 센서 장치(58)에 의해 배기 처리 유체(44)의 표면(62)을 향해 방출될 수 있고, 이후 표면(62)에 의해 다시 초음파 센서 장치(58)를 향해 반사된다. 초음파(60)가 표면(62)으로부터 반사되어 초음파 센서 장치(58)로 복귀하는 데에 걸리는 시간은, 탱크(24)에 남아있는 유체(44)의 양을 판단하기 위해 제어기(36)에 의해 측정될 수 있다. 이와 관련하여, 초음파 센서 장치(58)는 제어기(36)와 통신한다.
배기 처리 유체 히터(64)가 또한 탱크(24) 내에 위치할 수 있다. 유체 히터(64)는, 특히 배기 처리 유체(44)가 동결될 수 있는 한파 조건에서, 배기 처리 유체(44)의 온도를 상승시키도록 설계된다. 유체 히터(64)는 저항 히터일 수 있거나, 또는 제한 없이, 엔진 냉각수가 이를 통해 흐를 수 있도록 구성될 수 있다. 유체 히터(64)는 엔진(12)의 작동 중에 반드시 지속적으로 작동할 필요가 없다. 오히려, 유체 히터(64)는 필요시 활성화될 수 있도록 제어기(36)와 통신한다. 이와 관련하여, 배기 처리 유체(44)의 온도가 온도 센서(40)로부터 제어기(36)로 전송될 수 있다. 감지된 온도가 너무 낮은 경우, 제어기(36)는 유체 히터(64)가 배기 처리 유체(44)를 가열하거나 해동하기 위해 활성화되도록 지시할 수 있다.
온도 센서(40)는 배기 처리 유체(44)의 온도를 정확히 판단하기에 만족스러운 탱크(24) 내의 임의의 곳에 위치할 수 있다. 예컨대, 온도 센서(40)는 하우징(42)의 내벽(66)에 부착될 수 있다. 대안적으로, 온도 센서(40)는 흡입관(52) 또는 토출관(54)에 부착될 수 있다.
탱크(24)는 또한 농도 센서(68)를 포함할 수 있다. 농도 센서(68)는 내벽(66)에 고정될 수 있거나, 또는 본 개시의 범주를 벗어남 없이 흡입관(52), 토출관(54), 또는 다른 구조에 고정될 수 있다. 농도 센서(68)는 요소 배기 처리 유체(44)의 농도를 판단하도록 작동 가능하며, 이는 요소 배기 처리 유체(44) 외의 유체(예컨대, 물)가 탱크(24)에 제공되었는지 여부를 판단하는 데에 특히 유리할 수 있다. 배기 처리 유체(44)의 농도가 미리 결정된 값 초과 또는 미만인 것이 제어기(36)에 의해 판단되는 경우, 제어기(36)는 유체(44)의 정확한 농도가 얻어질 때까지 엔진(12)의 작동을 방지하거나 투여 모듈(22)에 의한 투여를 방지하는 에러 플래그를 신호할 수 있다. 대안적으로, 제어기(36)는 현재의 농도에 도달하기 위해 투여를 조절할 수 있다.
배기 처리 유체(44)의 농도를 판단하기 위해, 농도 센서(68)는 배기 처리 유체에 초음파(61)를 방출하도록 작동 가능한 초음파 센서일 수 있다. 다른 유형의 비초음파 센서들이 본 개시의 범주 내에 있다. 도시된 예시적인 실시예에서, 농도 센서(68)는 초음파 센서 장치(58)에 근접하게 배치될 수 있으며 초음파(61)를 방출할 수 있고, 이는 이후 초음파 센서 장치(58)로부터 반사될 수 있다. 대안적으로, 반사 부재(미도시)가 초음파(61)를 반사하도록 농도 센서(68)와 초음파 센서 장치(58) 사이에 배치될 수 있다. 다른 대안은, 농도 센서(68)가 내벽(66)에 대향하며 내벽(66)을 향해 초음파(61)를 방출하여 그로부터 반사되게 하는 것이다. 무관하게, 초음파(61)의 속도에 기초하여, 제어기(36)가 배기 처리 유체(44)의 농도를 판단할 수 있다. 유체 레벨 표시 장치(56) 및 농도 센서(68)가 탱크(24) 내의 별개의 구성요소들로 도시되어 있지만, 본 개시의 범주를 벗어남 없이, 단일 센서(예컨대, 초음파 센서 장치(58))가 레벨-감지 및 농도-감지를 위해 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
엔진(12) 또는 배기 후처리 시스템(16)이 작동 중이 아닐 때(즉, 배기 처리 유체가 배기 스트림에 투여되는 중이 아닐 때), 투여 모듈(22), 유입 라인(28), 복귀 라인(30), 및 펌프(26) 내에 존재하는 임의의 배기 처리 유체(44)는 냉온에서 동결될 수 있다. 배기 처리 유체(44)가 투여 모듈(22), 유입 라인(28), 복귀 라인(30), 및 펌프(26)에서 동결되는 것을 방지하기 위해, 펌프(26)는 각각의 이러한 부재들을 정화하기 위해 역으로 실행되도록 작동 가능하다. 정화 후에, 펌프(26)는 배기 처리 유체(44)가 배기 스트림에 투여되기 전에 유입 라인(28) 및 투여 모듈(22)을 가압하도록 프라이밍될 수 있다. 프라이밍 중에, 미사용 배기 처리 유체(44)는 복귀 라인(30)을 통해 투여 모듈(22)로부터 탱크(24)로 복귀한다.
미사용 배기 처리 유체(44)에 더하여, 탱크(24) 내에 사전에 위치한 미사용 배기 처리 유체(44) 내에 공기가 또한 존재할 수 있다. 미사용 배기 처리 유체(44) 내의 공기의 존재로 인해, 공기가 탱크(24)로 복귀할 때 기포가 발생할 수 있다. 이후, 이 기포는 토출관(54)에 형성된 천공들(57)을 통해 표면(62)에 뜰 수 있고, 이러한 표면(62)이 거품이 일게 되는 시간 동안 표면(62)에 남아있을 수 있다. 기포 및 거품이 이는 표면(62)은 초음파 센서 장치(58)에 의해 탱크(24) 내의 정확한 유체 레벨을 판단하거나, 농도 센서(68)에 의해 정확한 농도를 판단하는 데에 도움이 되지 않는다. 즉, 기포는 부정확한 표면 레벨(62)을 제공할 수 있고, 이는 제어기(36)가 초음파 센서 장치(58)에 의해 초음파(60, 61)의 반사를 정확하게 측정하지 못하게 한다. 기포가 배기 처리 유체(44) 내에 부유 상태로 남아있고, 농도 센서(68)에 의해 모니터링 중인 배기 처리 유체(44)의 밀도 변화를 야기할 수 있다는 점에서, 기포 역시 농도 센서(68)를 방해할 수 있다.
배기 처리 유체(44)가 탱크(24)로 다시 순환될 때 기포의 형성을 방지하는 것을 돕기 위해, 층류 유동 장치(70)가 토출관(54) 내에 배치될 수 있다. 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 층류 유동 장치(70)는 토출관(54)과 실질적으로 동일한 길이를 갖는 세장형 부재일 수 있다. 층류 유동 장치(70)는 일반적으로 비원형 단면을 가지며, 층류 유동 장치(70)가 토출관(54) 내에 들어맞을 수 있도록 토출관(54)의 직경보다 작은 직경을 갖는다. 층류 유동 장치의 비원형 단면은 층류 유동 장치(70)와 토출관(54)의 내면(74) 사이의 공극(72; 도 4)의 존재를 허용한다.
배기 처리 유체(44)는 층류 유동 장치(70)의 표면(76)을 따라 흐르는 경향이 있는 반면, 복귀 유동 내에 존재하는 임의의 공기는 층류 유동 장치(70)와 내표면(74) 사이에 위치하는 공극(72) 내에서 이동할 수 있다. 공기가 공극(72) 내에서 이동할 때, 이는 유체(44)의 레벨(62) 밑으로 이동하기 전에 천공들(57)을 통해 탱크(24)로 배출될 수 있다. 이런 방식으로, 초음파 센서 장치(58)를 방해할 수 있는 기포가 방지되거나, 적어도 실질적으로 최소화된다. 앞서 주목한 예시적인 실시예는 토출관(54)과 함께 층류 유동 장치(70)의 용도를 설명하였지만, 본 개시는 이에 제한되지 않아야 한다는 것을 이해해야 한다. 이와 관련하여, 본 개시는 층류 유동 장치(70)가 토출관(54) 대신에 사용되는 구성들을 고려한다.
도 4에서는 층류 유동 장치(70)가 별 형상의 단면을 갖는 것으로 도시되었지만, 본 개시는 이에 제한되지 않아야 한다. 층류 유동 장치(70)는 당업자에게 주지된 임의의 비원형 단면을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 5는 삼각형 단면을 갖는 층류 유동 장치(70)를 도시한다. 도 6은 Y자형 단면을 갖는 층류 유동 장치(70)를 도시한다. 도 7은 평면 층류 유동 장치(70)를 도시한다. 도 8은 십자형 단면을 갖는 층류 유동 장치(70)를 도시한다. 도 9는 정사각형 단면을 갖는 층류 유동 장치(70)를 도시한다.
도 10에 가장 잘 도시된 바와 같이, 층류 유동 장치(70)는 나사산 단부(78)를 포함할 수 있다. 나사산 단부(78)는 장착판(55)의 개구(82)에 형성되는 나사산(80)에 대응할 수 있다. 층류 유동 장치(70)가 장착판(55)과 나사식으로 맞물린 후에, 토출관(54)은 층류 유동 장치 주위에 슬립 핏될 수 있다. 도 10에 도시된 배치에서, 토출관(54)은 장착판(55)의 카운터보어(83) 내에 압입된다. 장착판(55)과 나사식으로 맞물리는 층류 유동 장치(70)와 달리, 흡입관(52)은 장착판의 개구(84) 내에 압입될 수 있다. 대안적으로, 흡입관(52) 및 개구(84)는 각각 흡입관(52)을 개구(84)에 고정하기 위한 나사산을 포함할 수 있다. 다른 구성에서, 층류 유동 장치(70)는 토출관(54) 내에 압입될 수 있다.
도 10은 또한 펌프가 투여 모듈(22)에 가압 유체를 제공하기 위해 작동 중일 때 요소의 유동을 나타내는 실선 화살표를 포함한다. 파선 화살표는 펌프(26)가 탱크(24)를 향해 미사용 배기 처리 유체(44)를 몰아내기 위해 정화 모드로 작동 중일 때 시스템을 통한 공기의 유동을 나타낸다. 탱크(24)로부터 토출관(54)으로 공기 유동 경로를 제공하기 위해, 한 쌍의 개구(85a, 85b)가 장착판(55) 인근에 위치한다.
이제 도 11을 참조하면, 탱크(24)의 다른 예시적인 구성이 도시되어 있다. 탱크(24)는 토출관(54)을 포함하는데, 토출관(54)은 공기가 그 안에 형성된 천공들(57)로부터 빠져나가게 하는 한편, 복귀된 배기 처리 유체가 그 내면을 따라 흐르게 하도록 구성된다. 이와 관련하여, 토출관(54)은 지그재그 구성을 갖도록 구성될 수 있다. 지그재그 구성이 도시되어 있지만, 본 개시의 범주를 벗어남 없이, 토출관(54)은 헬리컬 또는 나선형일 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 12에 도시된 본 개시의 다른 예시적인 실시예에서, 보호용 스커트 또는 펜스(86)가 초음파 센서 장치(58) 및 농도 센서(68) 주위에 배치될 수 있다. 앞서 주목한 바와 같이, 농도 센서(68)는 초음파 센서 장치(58)를 향해 초음파(61; 도 2)를 방출하도록 설계될 수 있되, 이후 초음파 센서 장치(58)는 농도 센서(68)를 향해 다시 초음파를 반사한다. 탱크(24)로 다시 배기 처리 유체(44)를 순환시킴으로써 발생된 기포가 농도 센서(68) 및 초음파 센서 장치(58)에 근접한 장소에 존재하는 경우, 초음파(61)의 불필요한 반사 및 배기 처리 유체의 농도 변화로 인해, 부정확한 농도 판독이 발생할 수 있다.
보호용 스커트(86)는 탱크(24)의 저면(88)에 고정될 수 있고, 초음파 센서 장치(58) 및 농도 센서(68)의 주변을 둘러싼다. 이로써, 스커트(86)의 내부에 의해 한정된 영역(90)이 초음파 센서 장치(58) 및 농도 센서(68)가 위치할 수 있는 곳에 제공된다. 스커트(86)는 초음파 센서 장치(58) 및 농도 센서(68)가 위치하는 장소를 지나 연장되는 높이(H)를 갖는다. 그러므로, 기포가 영역(90)에 들어가서 초음파 센서 장치(58) 및 농도 센서(68)를 방해하는 것이 방지된다. 스커트(86)가 탱크(24)의 저면(88)에 고정되는 것으로 도시되었지만, 본 개시는 이러한 구성에 제한되지 않아야 한다는 것을 이해해야 한다. 반대로, 기포가 초음파 센서 장치(58)와 농도 센서(68) 사이의 공간(92)에 들어가는 것이 방지되는 한, 스커트(86)는 흡입관(52)과 같은 다른 부재들에 고정될 수 있거나, 지지 부재(59)에 고정될 수 있다.
도 12에 명확하게 도시되지 않았지만, 토출관(54)은 그 안에 층류 유동 장치(70)를 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 즉, 탱크(24)는 각각의 스커트(86) 및 층류 유동 장치(70)를 포함하도록 구성될 수 있다. 스커트(86)는 배기 처리 유체(44)가 영역(90)에 들어가게 하는 반면 기포가 들어가지 못하게 하는 복수의 천공들을 포함할 수 있다는 것을 또한 이해해야 한다.
도 13 내지 도 15는 흡입관(52) 및 토출관(54)과 별개의 구조로서 탱크(24) 내에 위치할 수 있는 센서 조립체(100)의 일부를 도시한다. 센서 조립체(100)는 장착판(55), 탱크(24), 흡입관(52), 및/또는 토출관(54)을 비롯한 임의의 개수의 구성요소들에 고정될 수 있다. 센서 조립체(100)는 제2 관(106)에 평행하게 실질적으로 수직 연장되는 제1 관(104)을 구비한 몸체(102)를 포함한다. 몸체(102)는 제1 관(104)이 제2 관(106)과 일체로 형성되도록 플라스틱 재료로 성형될 수 있다. 빔(110)이 별개의 구성요소로 구성되어 제1 관(104) 및 제2 관(106)에 결합될 수 있거나 몸체(102)와 일체로 형성될 수 있다.
탱크(24) 내에 설치될 때, 제1 관(104)은 제1 관(104)을 통해 연장되는 개구(108)를 통해 배기 처리 유체(44)를 받는다. 제2 관(106)은 농도 센서(68)에 결합되는 와이어(109), 및 빔(110)에 결합될 수 있는 임의의 다른 전기 부재를 수용한다. 예컨대, 온도 센서(112)가 빔(110)에 고정되는 것이 고려된다. 다른 선택적 구성은 빔(110)에 결합되는 가열 부재(114)를 포함할 수 있다. 온도 센서(112)에 의해 감지되는 배기 처리 유체(44)의 온도에 따라, 가열 부재(114)는 선택적으로 통전될 수 있다. 와이어(109) 및 가능하게는 하나 이상의 제어기가 제2 관(106) 내에 위치할 수 있다.
스커트(118)가 몸체(102)에 착탈 가능하게 결합된다. 스커트(118)는 전술한 스커트(86)와 실질적으로 유사하게 기능한다. 스커트(118)는 바람직하게는 스냅-핏 방식으로 몸체(102)에 결합될 수 있는 일체 성형된 플라스틱 커버이다. 압입 또는 나사를 비롯한 다른 형태의 부착이 또한 본 개시의 범주 내에 있다. 스커트(118)는 연속벽(120), 상면(122), 제1 레그(124), 및 제2 레그(126)를 포함한다. 실질적으로 숫자 8 형상의 개구(128)가 상면(122)을 통해 연장되어, 제1 관(104) 및 제2 관(106)이 이를 통과할 수 있다. 노치(130)가 개구(128)의 가장자리를 따라 위치하며, 몸체(102)에 대해 스커트(118)의 회전을 제한하기 위해 제1 관(104)으로부터 연장되는 돌출부와 맞물리도록 크기 및 위치가 정해진다. 개구들(132, 134)이 상면(122)을 통해 연장되어, 스커트(118) 아래에 위치할 수 있는 공기가 빠져나갈 수 있다. 스커트(118)에 미리 결정된 강성을 제공하기 위해, 리브(138)가 측벽(120)을 상면(122)에 연결한다. 미리 결정된 강성은 완전 강성 구조에 제공된 것보다 작다. 따라서, 도면부호 140a, 140b로 식별되는 측벽(120)의 대향 부분들은, 배기 처리 유체(44)가 탱크(24) 내에서 동결될 때 발생하는 체적 증가를 수용하기 위해 서로에 대해 구부러질 수 있다. 배기 처리 유체(44)의 동결로 인해 힘이 가해질 때 부서지지 않을 가요성 스커트(118)가 제공된다.
스커트(118)는, 제1 멈춤구(catch, 144) 및 제2 멈춤구(146)가 빔(110)을 지나가기 위해 자유 상태 위치로부터 변위되도록, 레그들(124, 126)이 일시적으로 탄성 변형되게 할 수 있는 가요성 재료로 형성된다. 빔(110)의 범위를 통과하면, 레그들(124, 126)은 빔(110)의 유지면(148)에 인접하게 멈춤구(144) 및 멈춤구(146)를 위치시키기 위해 자유 상태 배향으로 탄성 복귀한다.
개구들(150, 152)이 벽(120)을 통해 연장되어, 배기 처리 유체(44)가 스커트(118)를 통과하여 농도 센서(68)와 접촉할 수 있게 한다. 개구들(150, 152)을 통과하는 유체 중 일부는 또한 개구(108)를 통해 제1 관(104)에 들어갈 수 있다. 다른 배기 처리 유체 유로가 측벽(120)의 가장자리(154)와 빔(110)의 표면(158) 사이의 공간(153) 내에 제공된다. 이러한 배치에 의해, 가장자리(154)의 일부는 빔(110)의 표면(160)과 맞물리는 반면, 가장자리(154)의 다른 일부는 스커트(118) 아래의 탱크(24)의 본체로부터 제한된 유동의 유체(44)를 허용하기 위해 빔(110)으로부터 이격된다. 개구들(150, 152) 및 간극(153)은 유체 유동을 허용하지만 스커트(118) 아래의 기포의 진입을 제한하도록 크기가 정해진다. 개구들(132, 134)이 또한 기포의 진입을 역시 최소화하는 한편 스커트(118) 아래에 갇혀있을 수 있는 공기가 빠져나갈 수 있게 하기 위해 특히 비교적 작게 크기가 정해진다. 내향 연장 멈춤구들(144, 146)을 비롯한 스냅 핏 결합은 단지 예시적인 것이며, 제1 관(104), 제2 관(106), 또는 빔(110) 중 임의의 하나에 스커트(118)를 고정하기 위한 다른 메커니즘들이 본 개시의 범주 내에 있다는 것을 이해해야 한다.
도 16은 대안적인 스커트(118a)를 도시한다. 제1 절반부(168)가 제2 절반부(170)로부터 분리 가능한 것을 제외하면, 스커트(118a)는 스커트(118)와 실질적으로 유사하다. 복수의 프롱들(prongs, 172)이 제1 절반부(168)로부터 연장된다. 프롱들(172)은 제2 절반부(170)의 복수의 리셉터클들(174)에 스냅-핏 결합하기 위해 구성된다. 프롱들(172)이 리셉터클들(174) 내에 수용될 때, 제1 절반부(168)는 제2 절반부(170)에 고정된다. 스커트(118a)의 나머지 특징들은 스커트(118)와 실질적으로 동일하다. 유사한 특징들은 접미사 “a”를 포함하는 유사한 도면부호들로 식별된다. 스커트(118a)를 2부품 조립체로 구성함으로써, 제1 관(104), 제2 관(106), 및 빔(110)의 형성과 이들 구성요소들 및 스커트(118a)의 상호연결과 관련하여 제조 공정을 단순화할 수 있다.
전술한 예시적인 실시예들은, 레벨 센서 장치(58) 및 농도 센서(68)가 배기 처리 유체(44)의 농도 및 레벨을 측정할 때, 정화/프라이밍 주기 중에 발생된 기포가 이 센서들을 방해하는 것을 방지하는 데에 도움이 된다. 그러나, 탱크(24)가 층류 유동 장치(70) 또는 스커트(86)를 구비하지 않는 경우, 기포의 발생은 이 센서들(58, 68)을 방해할 수 있다. 센서들(58, 68)의 방해를 추가로 최소화하기 위해, 제어기(36)는 프라이밍 주기가 완료된 후에 미리 결정된 시간 동안 센서들(58, 68)의 작동을 지연시킬 수 있다. 예컨대, 제어기(36)는 10 내지 20분 범위의 시간 동안 센서들(58, 68)의 작동을 지연시킬 수 있다. 이러한 경우, 프라이밍 과정 중에 발생된 임의의 기포는 초음파 센서 장치(58) 또는 농도 센서(68)를 실질적으로 방해하지 않을 정도로 분산될 수 있다.
프라이밍 주기의 종료로부터 센서들(58, 68)의 작동을 지연시키는 것에 대한 다른 대안은, 프라이밍 주기의 시작으로부터 미리 결정된 시간에 센서들(58, 68)을 지연시키는 것이다. 예컨대 그리고 도 17에 도시된 바와 같이, 프라이밍 과정은 제어기(36)에 의해 “키 온(Key On)” 조건(200)에서 시작하도록 제어될 수 있다. 블록(210)에서 펌프 프라이밍이 시작된다. 블록(220)에서 타이머는 제1 미리 결정된 시간을 카운트한다(예컨대, 5분). 프라이밍 과정이 완료되는 데에 소정량의 시간이 걸린다는 사실을 고려하면, 블록(230)에서 타이머가 꺼질 때까지 제1 미리 결정된 시간 동안 센서들(58, 68)로부터의 출력들을 무시할 수 있다(예컨대, 15 내지 25분). 설정된 시간이 경과하면, 제어는 블록(240)으로 진행한다. 제어는 센서들(58, 68)로부터의 출력들을 평가하며, 센서들(58, 68)로부터 수신된 신호들에 기초한 새로운 오류 코드들(fault codes)이 표준 작동 절차에 따라 방송되어야 하는지 여부를 판단한다.
도 18은 도 17과 관련하여 전술한 제어와 실질적으로 유사한 대안적인 제어 스킴을 위한 흐름도를 제공한다. 따라서, 유사한 요소들은 100을 증가시킨 유사한 도면부호들로 식별될 것이다. 예컨대, “키 온” 블록(300)은 블록(200)과 실질적으로 유사하다. 블록(315)에서, 농도 센서(68) 또는 초음파 센서 장치(58)와 같은 전술한 센서들 중 하나의 현재의 값을 동일한 센서로부터의 최종 저장된 값과 비교한다. 블록(320)에서, 제어는 최근 획득된 센서 값과 최종 저장된 값의 차가 미리 결정된 범위를 넘어서는지 여부를 판단한다. 그렇다면, 제어는 전술한 바와 같이 타이머를 시작하며 센서 출력을 무시한다. 타이머가 꺼지면, 블록(335)에서, 최근 획득된 센서 값을 사전 저장된 값과 비교한다. 블록(340)에서, 제어는 블록(335)에서 수행된 비교에 기초하여 새로운 오류 코드 경고가 방송되어야 하는지 여부를 판단한다. 도 18에 약술된 제어 스킴은 요구시 배기 처리 유체 저장 탱크 내의 임의의 하나 이상의 센서에 적용될 수 있다.
도 19는 도 18과 관련하여 전술한 제어와 실질적으로 유사한 다른 대안적인 제어 스킴을 위한 흐름도를 제공한다. 따라서, 유사한 요소들은 100을 증가시킨 유사한 도면부호들로 식별될 것이다. 블록(415)은 농도 센서(68)와 초음파 센서 장치(58) 모두로부터의 현재의 값들을 이 센서들 각각으로부터의 과거 값들과 비교한다는 점에서 블록(315)과 상이하다. 블록(420)에서, 제어는 현재 판단된 값들 모두가 과거 데이터에 대해 각각의 범위 밖에 있는지 여부를 판단한다. 그렇다면, 오류 코드를 무시하는 시간이 시작된다. 양 센서가 범위 밖의 현재의 판독을 갖도록 요구하는 제어 전략을 구현함으로써, 거짓 오류 코드 경보를 방송할 가능성을 최소화한다. 예컨대, 제어에서 배기 처리 유체 레벨 센서 데이터만이 사용되는 경우, 블록(400)에서 “키 온” 전에 배기 처리 유체를 갖는 차량 운전자 충진 탱크(24)에 기초하여 오류 코드 경보가 발행될 수 있다. 다시 도 19를 참조하면, 블록(430)에서 타이머가 꺼지면, 블록(435)에서 제어는 품질 센서와 레벨 센서 모두의 현재의 센서 값들을 과거 값들과 비교한다. 가치가 있는 경우, 블록(440)에서 새로운 오류 코드 경보가 방송된다.
실시예들의 전술한 설명은 예시 및 설명을 위해 제공되었다. 이는 철저히 하려는 의도이거나, 본 개시를 제한하려는 의도가 아니다. 특정한 실시예의 개별 부재들 또는 특징들은 일반적으로 이 특정한 실시예에 제한되는 것이 아니라, 구체적으로 도시되거나 설명되지 않았더라도, 적용 가능한 경우, 서로 교체될 수 있고 선택된 실시예에서 사용될 수 있다. 예컨대, 대안적인 유체 레벨 표시 장치(56a)가 센서 조립체(100)에 결합될 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 유체 레벨 표시 장치(56a)는 제1 관(104) 내에 위치하는 플로트(float, 180)를 포함한다. 플로트(180)는 제1 관(104) 내의 배기 처리 유체의 표면에 안착된다. 앞서 언급한 바와 같이, 유체는 스커트(118)의 개구들(150) 및 제1 관(104)의 벽을 통해 연장되는 개구(108)를 통해 제1 관(104)에 들어갈 수 있다. 플로트(180)는 제1 관(104) 내의 플로트(180)의 위치를 나타내는 센서 또는 스위치(미도시)에 결합될 수 있다. 스위치 또는 관련 센서는 탱크(24) 내의 배기 처리 유체의 레벨을 나타내는 신호를 출력하도록 작동 가능하다. 이는 또한 다양한 방식으로 변화될 수 있다. 이러한 변경들은 본 개시를 벗어난 것으로 간주되지 않아야 하며, 모든 이러한 수정들은 본 개시의 범주 내에 포함되도록 의도된다.

Claims (27)

  1. 흡입구 및 토출구를 포함하는, 배기 처리 유체를 저장하기 위한 탱크 하우징;
    상기 하우징 내에 위치하는 제1 단부 및 상기 흡입구와 소통되는 제2 단부를 구비한 흡입관; 및
    세장형 층류 유동 장치로, 상기 배기 처리 유체가 상기 탱크 하우징으로 복귀될 때 그 표면을 따라 흐르도록 상기 토출구에 고정되며, 비원형 단면을 갖는 층류 유동 장치를 포함하는, 배기 처리 유체 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탱크 하우징 내에 위치하며 상기 토출구에 고정되는 토출관을 더 포함하되, 상기 층류 유동 장치는 상기 토출관 내에 위치하는, 배기 처리 유체 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 토출관은 내표면을 포함하고, 상기 층류 유동 장치의 상기 비원형 단면은 상기 층류 유동 장치의 표면과 상기 토출관의 내표면 사이에 공극을 제공하는, 배기 처리 유체 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 층류 유동 장치의 단면은 정사각형인, 배기 처리 유체 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 층류 유동 장치의 단면은 삼각형인, 배기 처리 유체 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 층류 유동 장치의 단면은 Y자형인, 배기 처리 유체 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 층류 유동 장치의 단면은 십자형인, 배기 처리 유체 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 층류 유동 장치의 단면은 별 형상인, 배기 처리 유체 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 층류 유동 장치의 단면은 평면을 포함하는, 배기 처리 유체 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 배기 처리 유체의 농도 및 상기 배기 처리 유체의 유체 레벨 중 적어도 하나를 판단하며, 상기 탱크 하우징 내에 위치하는 센서를 더 포함하는, 배기 처리 유체 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 센서로부터의 신호 출력에 기초하여 오류 코드 경고를 방송할지 여부를 판단하며, 상기 오류 코드 경고를 방송할지 여부를 판단하기 전에 미리 결정된 양의 시간 동안 상기 신호를 무시하는 제어기를 더 포함하는, 배기 처리 유체 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 미리 결정된 양의 시간은 상기 배기 처리 유체를 펌핑하는 펌프가 프라이밍하기 시작할 때 시작되는, 배기 처리 유체 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 센서로부터의 상기 신호 출력을 사전 저장된 값과 비교하며, 상기 신호와 상기 사전 저장된 값의 비교에 기초하여 상기 신호를 무시하기 시작할지 여부를 판단하는, 배기 처리 유체 시스템.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 탱크 내에 위치하며, 상기 배기 처리 유체의 농도 및 유체 레벨 중 다른 하나를 판단하는 다른 센서를 더 포함하는, 배기 처리 유체 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 센서로부터의 신호 출력 및 상기 다른 센서로부터의 신호 출력을 사전 저장된 값들과 비교하며, 상기 신호들과 상기 사전 저장된 값들의 비교에 기초하여 상기 신호들을 무시하는 타이머를 시작할지 여부를 판단하는, 배기 처리 유체 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 센서 및 상기 다른 센서로부터의 신호들은 상기 사전 저장된 값들과 비교될 때 양 신호가 원하는 범위 밖에 있는 경우에만 무시되는, 배기 처리 유체 시스템.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 센서 및 상기 다른 센서에 근접하게 위치하는 온도 센서를 더 포함하는, 배기 처리 유체 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 탱크 하우징에 밀봉식으로 맞물리는 격벽을 더 포함하되, 상기 흡입관 및 상기 층류 유동 장치는 상기 격벽에 고정되는, 배기 처리 유체 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 층류 유동 장치는 상기 탱크에 결합되는 나사산 단부 및 반대편의 자유 단부를 포함하는, 배기 처리 유체 시스템.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 층류 유동 장치는 비수직 배향으로 위치하는, 배기 처리 유체 시스템.
  21. 배기 처리 유체를 저장하기 위한 탱크 하우징으로, 상기 탱크는 차량에 고정되도록 구성되는 탱크 하우징;
    상기 탱크 내에 위치하는 흡입관;
    상기 흡입관과 유체 소통되는 유입구 및 배출구를 포함하는 인젝터; 및
    상기 탱크 하우징 내에 위치하며 상기 배출구와 유체 소통되는 세장형 층류 유동 장치로, 상기 배기 처리 유체는 상기 배출구를 통해 흐르며 상기 층류 유동 장치의 외표면을 가로질러 흐르도록 지향되는, 층류 유동 장치를 포함하는, 배기 처리 유체 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 탱크 내에 위치하며, 상기 배출구와 유체 소통되고, 상기 층류 유동 장치를 둘러싸는 토출관을 더 포함하되, 상기 배출구를 통해 흐르는 상기 배기 처리 유체는 또한 상기 토출관을 통해 흐르는, 배기 처리 유체 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 흡입관 및 토출관은 각각 상기 탱크의 내표면으로부터 이격되는 개방 단부를 포함하는, 배기 처리 유체 시스템.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 층류 유동 장치는 상기 토출관의 전체 길이에 걸쳐 연장되는, 배기 처리 유체 시스템.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 흡입관에 결합되며, 제1 방향으로 구동될 때 상기 탱크로부터 상기 인젝터로 가압 배기 처리 유체를 제공하고, 상기 인젝터로부터 상기 배기 처리 유체를 정화하기 위해 반대 방향으로 구동 가능한 펌프를 더 포함하는, 배기 처리 유체 시스템.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 층류 유동 장치는 배기 처리 유체가 이를 통해 흐르는 것을 불가능하게 하는 중실(solid core)을 포함하는, 배기 처리 유체 시스템.
  27. 제21항에 있어서,
    상기 층류 유동 장치의 단면은 십자형인, 배기 처리 유체 시스템.
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