WO2012022721A1 - Harnstoffbehälter mit ultraschallsensor - Google Patents

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urea
sensor
sump
sound
urea container
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PCT/EP2011/064047
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Sven Schepers
Jan Hodgson
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Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh
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Definitions

  • the invention relates to a device for measuring the level of a urea container (also called SCR tank) by way of path determination with a sound-emitting sensor (also called ultrasonic sensor).
  • a urea container also called SCR tank
  • a sound-emitting sensor also called ultrasonic sensor
  • exhaust treatment devices have long been used.
  • Exhaust gas treatment devices with a supply for a reducing agent have been customary for some time to effectively reduce pollutants in the exhaust gas of an internal combustion engine. It has been found that it can be advantageous, in particular for lean-burn internal combustion engines, to supply a reducing agent to the exhaust gas.
  • NO nitrogen oxide compounds
  • the proportion of nitrogen oxide compounds (NO) in the exhaust gas is increased in lean-burn internal combustion engines and can be reduced in conjunction with a reducing agent in an exhaust gas treatment device. This is referred to as the selective catalytic reduction (SCR) process.
  • SCR selective catalytic reduction
  • As a reducing agent for example, ammonia can be used.
  • Ammonia is reacted with the nitrogen oxide compounds in the exhaust gas into harmless constituents, namely nitrogen, water and carbon dioxide.
  • Ammonia is normally not stored directly in the motor vehicle.
  • a reducing agent precursor which is required to be converted into the actual reducing agent, is stored and / or supplied.
  • urea may serve as such reducing agent precursor.
  • an aqueous urea-water solution is particularly preferred.
  • AdBlue ® is available for example under the trade name AdBlue ® .
  • a reducing agent can be supplied to an exhaust gas treatment device of an internal combustion engine liquid and / or gaseous.
  • a reducing agent is fluidly stored in a motor vehicle.
  • Such liquid storage is particularly space-saving possible.
  • pollutant emissions are reduced to a maximum permissible limit of 2.0 g / kWh ⁇ ⁇ . It is therefore necessary that the vehicle operator is always informed about the filling state of the urea container. If the urea container is empty and thus no reducing agent can be fed into the exhaust gas treatment device, the engine power must be throttled. To avoid this, it is important that the vehicle operator is informed of the level of the urea container.
  • the aqueous urea-water solution with a pH of about 9.0 is slightly alkaline, non-contact level measurement is recommended. It has been found that, in particular, the measurement of the fill level by path determination with a sound-emitting sensor is suitable for this purpose. In this case, in particular, the effect is used that sound is reflected at interfaces between gases and liquids or between gases and solids or between liquids and solids. Thus, with a suitable orientation of the sensor similar to an echosounder with an emitted sound wave and the reflective echo, the path can be determined over the runtime. As a result, the level of the urea container can be determined indirectly.
  • the device according to the invention for measuring the level of a urea container by path determination with emitted by a sensor sound waves and their echo has a urea container bottom and a sump with a height, the sump adjacent to the urea container bottom and below the level of the urea container bottom, and further the sump is openly connected to the urea container and bounded at the bottom by a sump bottom.
  • the sensor is located in the area of the sump, and - The sensor with a sound-emitting surface for emitting sound waves and for receiving echoes of just these sound waves in the urea container is mounted so that the sound-emitting surface of the sensor is at most adjacent to the level of the urea container bottom.
  • the measuring of the level is based in particular on a transit time measurement.
  • a transit time measurement it is used that propagates an acoustic wave with a finite and for the respective propagation medium (here urea-water solution) known speed. If the sensor emits a sound wave, this wave takes a certain time to reach the interface between the liquid urea-water solution and the adjacent air. A large part of the sound wave is reflected at this interface and travels back to the sensor (or ultrasonic sensor) at the same shaft speed. This registers the duration from the time of transmission to the reception of the echo, ie the reflected sound wave. This transit time multiplied by the known propagation velocity of the sound wave results in a distance.
  • the sound wave Since the sound wave has to run back and forth once to be registered by the sensor, halving the determined distance gives the distance between the sensor and the interface. In order to be able to deduce the level of the urea container from this determined distance, the sound wave should strike the interface as perpendicularly as possible. If the sound wave strikes the interface excessively obliquely, the reflected wave will falsify the measurement result due to the extended path. Also, the path is optimally short when aligned perpendicular to the interface and thus not only achieves a more accurate measurement result, but also in an optimally short time. In addition, damping effects in the urea-water solution are thereby minimized. To determine exact results, it is necessary to adapt the known propagation velocity of the sound wave to the urea-water solution temperature. As a result, expansion effects of the urea-water solution due to the tempe- temperature and levels of frozen urea-water solution.
  • a urea container is any container or tank suitable for receiving urea.
  • it is made of a material that is insensitive to alkaline substances.
  • plastics are suitable, in particular thermosets such.
  • the shape of the urea container is essentially determined by the volume to be absorbed, the space allocated in the motor vehicle, easy maintenance and filling, but also by functional units of the urea container for smooth operation.
  • the functional units include, among other things, a sump, a measuring unit for the filling level, a urea sampling device and often also a heating device against freezing of the urea-water solution and generation of steam for various operating states of the internal combustion engine or the exhaust gases.
  • the sensor for measuring the level has a dual function. On the one hand it emits sound waves and on the other hand it is set up to receive their echo.
  • commercial sensors can be used, which are suitably set up to register interfaces between liquids and gases.
  • the sensor should emit sound waves in the inaudible ultrasonic range.
  • the sensor should be energy-efficient, since the number of power-loss devices in motor vehicles is already very high and it is expected that the number of such devices will continue to increase. It is also useful to equip the sensor with a temperature meter, since with this the expansion of the urea-water solution can be compensated depending on the temperature. Thus, a statement about the actual amount of reducing agent is possible at high temperatures.
  • the sensor can sometimes only consist of a sound-generating and sound-recording membrane, but also already include the entire measuring device structurally.
  • piezo foils are customary in the prior art. These are able to convert a voltage input signal directly into a mechanical deformation and thereby generate a sound.
  • the mechanical deformation can be converted very accurately via an AC voltage into a stable oscillation frequency, usually the natural frequency of the piezo film.
  • piezoelectric films are able to convert mechanical deformations into a voltage.
  • the use of piezo films not only represents a technically very simple embodiment of a sound sensor, but is also particularly cost-effective.
  • the urea container has a urea container bottom, which does not represent the final boundary of the urea container downwards, but merely limits the main volume of the urea container and a sump is connected to the urea container bottom.
  • the urea container bottom is inclined downwardly from the walls of the urea container to the sump to ensure safe delivery of the urea-water solution residues into the sump.
  • the urea container bottom only represents a small step up to a phase at the transition from the sump to the main urea container volume.
  • such a urea container (top) can be assigned a urea container cover and laterally a plurality of urea container side walls.
  • the bottom of the urea container serves primarily to accommodate the residual volume of the urea-water solution, so that this residual volume can continue to be used in a technically simple manner. It is therefore clear that the swamp regularly has a significantly reduced scope or has a significantly smaller volume compared to the main urea container. This results in the sump also a significantly increased filling height compared to an equal volume in the main urea container. Thus, the residual volume can be more easily removed by a urea removal device. Furthermore, the sump is suitable for receiving impurities in the form of sediments in the soil area, so that they are not absorbed by a urea sampling device. The sump is bounded at the bottom by a sump bottom, which thus represents the deepest soil boundary of the urea container. The swamp is thus z. B. a local depression in the urea container bottom. It is further preferred that only a single sump is present and / or the sump is positioned centrally or centrally to the urea container bottom.
  • the sump adjoins the urea container bottom and is preferably completely below the level of the urea container bottom. Since the urea container bottom only in rare cases represents a flat surface, the level is only in rare cases equivalent to a flat surface that coincides with the urea container bottom surface. Rather, the level means a flat surface that intersects the transition from the urea container bottom to the vertical walls of the sump. Sometimes, the transition from the vertical walls of the urea container to the inclined urea container bottom is already to be understood as this level. In any case, when the vehicle is stationary, the level is to be understood as normal to the acceleration direction of the earth.
  • the sound-emitting surface of the sensor for emitting sound waves and for receiving the echo just these sound waves may be the already mentioned above piezo film. In most cases, however, adjoins this film to a vibration membrane, which amplifies the sound emissions, for example, or converted into a suitable frequency. In most cases, there will again be a membrane above, which will relay the sound waves with little attenuation, but will provide additional mechanical and chemical protection for the membranes. ran or the piezo film represents. Depending on the sensor design and construction of the urea container, the vibration membrane and / or protective membrane can be integrated in a film. Also, one of the properties may be unnecessary for the particular embodiment regardless of the other characteristics.
  • the sound-emitting surface of the sensor also adjoins a maximum of the level of the urea container bottom.
  • the level and the sound-emitting surface may be parallel, but the sound-emitting surface may also be inclined to the level of the urea container bottom.
  • the sound-emitting surface may be below the level of the urea container bottom. In no case does the sound-emitting surface protrude above the level of the urea container bottom (significantly - ie more than usual manufacturing tolerances for this object).
  • the normal of the sound emitting surface may be inclined to the upward normal of the level of the urea container bottom to each other. Suitable angles to one another here are in particular 45 °, 90 ° and 135 °. But also an opposite orientation, ie 180 ° of the two normals to each other, is possible.
  • the sound waves are emitted essentially upwards (towards the urea container ceiling). It is clear that the sound waves propagate arcuately or circularly. Nevertheless, it is important for the travel time of the sound wave to travel so that the sound wave is essentially perpendicular to the interface and thus reflected back to the sensor. Small deviations from the vertical axis of ⁇ 30 °, or even ⁇ 20 °, possibly also already ⁇ 10 °, greatly alter the measurement result, but can be compensated with suitable equipment of the measuring device.
  • the sensor is preferably completely absorbed in the area of the sump.
  • complete is meant in particular that the structural unit of the sensor, as it is commercially available, for example, in the field of the sump is absorbed - so does not protrude into other inner areas of the urea container.
  • the structural unit of the sensor can either consist only of the above-described sound-emitting surface or also contain the necessary measuring devices, such as, for example, B. also next to the measuring circuit a temperature meter.
  • the associated wiring of the sensor is added to the unit and is thus added in such cases in the area of the sump.
  • the sump represents with its sump bottom, the side walls and the transition to the urea container bottom volume.
  • this volume is not only filled with the urea-water solution in many cases, but optionally also takes on different units of the entire urea container.
  • These units can be installed both in the sump, but also be introduced by depressions and indentations in the bottom of the sump or in the sump walls.
  • the units may be designed to be open with the functional units to the container volume, which may or must come into contact with the urea-water solution.
  • it can also be provided in other words that the sensor is completely absorbed in the region of the sump, when the sensor also partially extends outside of the urea container.
  • the senor for measuring the filling level is made in two parts, wherein the individual parts can be arranged separately.
  • the sound-emitting surface (transmitter) is arranged separately from the receiver for the echo. The statements regarding the arrangement of the sensor are transferable to both the transmitter and the receiver.
  • a urea removal device is connected to the sump and is located at a height between the level of the urea container bottom and the sump bottom.
  • the urea removal be installed device at a distance from the sump bottom, so that depositing particles are not absorbed by the urea removal device.
  • a corresponding volume for soiling and deposits in the sump is provided in particular.
  • the attachment of the urea sampling device may be located below the level of the urea container bottom, so that the collecting effect of the sump can be used. In other words, this means in particular that the only removal opening for the metering of the urea in the sump is preferably located on a side wall of the sump.
  • Connected thereto can then be at least one filter, a pump, a control valve and a metering unit, which together optionally form the urea removal device.
  • the urea removal device is mounted below the sound-emitting surface of the sensor. This ensures that after finding the emptying of the urea container by the sensor is still a residual volume of urea is present to ensure a sufficient time in which the motor vehicle in the optimal operation and optimal pollutant emission z. B. can reach a gas station and there the urea tank can be refilled. It should in particular be ensured that the residual volume of urea is sufficient for a driving distance that can be covered with half to full tank filling of fuel for the internal combustion engine. In particular, a spacing of the sound-emitting surface and the urea removal device is designed such that a continuation of travel of about 50 km, in particular of about 200 km, to 400 km is ensured.
  • the senor is placed in a recess outside of the sump.
  • This depression which is arranged for example in the side wall and / or the bottom of the sump, is so set up so that the sensor is simply mounted in it and completely absorbed.
  • the recess may thus have a thread o- / / conical.
  • other means of fixation can be used.
  • the depression may be suitable for simply and reliably adjusting the sensor in order to ensure exact level measurement.
  • the recess may allow disassembly of the sensor, without the entire urea container or parts of the urea container must be dismantled and the urea container does not need to be emptied.
  • the sensor is held by an additional component at the sump or on the urea container such. B. a lid. Also, a combination of the retaining means of the recess and z. B. a lid possible.
  • the senor protrudes at least partially into the sump.
  • the sound-emitting surface of the sensor is in direct contact with the urea-water solution.
  • B. may be provided a hole. Through this hole, the sensor can be inserted and by other holding means such. B. fixed a lid and adjusted.
  • a recess as described above may be arranged so that a part of the sensor is passed through the recess and a part protrudes with the sound-emitting surface in the urea-water solution. For the tightness of the system appropriate seals should be provided.
  • the overall height of the sump corresponds to an installation height of the sensor.
  • the installation height of the sensor depends on the assembly of the sensor as described above as well as the mounting method of the sensor.
  • the Installation height of the sensor may differ from the height of the sensor.
  • the installation height the additional recording of the wiring of the sensor.
  • the height of the sump extends, for example, from the bottom of the sump to the level of the urea container bottom when it is arranged "standing.”
  • the sound emitting surface of the sensor is in particular parallel to the level of the urea container bottom or inclined at 90 ° thereto As a result, a particularly space-saving design is usually achieved.
  • the normal is aligned on the sound-emitting surface of the sensor at an angle to the essential sound direction and a sound deflection means deflects the sound waves substantially upwards. Any angles are suitable, between 0 and about 180 °. In particular, however, 45 °, 90 ° and 135 °.
  • the sound deflecting means may be any surface capable of reflecting sound waves. Since sound waves are also reflected at interfaces between liquids and solids, all solid materials are usually suitable. In particular, however, it makes sense to form this Schallumlenkstoff from wall portions of the sump or the urea container.
  • the sound deflection means thus represents an inclined surface of solid material, which is set at a suitable point at a corresponding angle to the normal on the sound emitting surface so that the sound is deflected substantially upwards. Is the normal z. B. aligned at 90 ° to the essential sound direction, the surface of the deflection is inclined to 45 °.
  • the sound deflection means may also consist of a plurality of inclined surfaces, which are suitably arranged so that the sound waves are redirected substantially just after multiple redirection through the plurality of surfaces upwards. Also, the echo of the emitted sound waves in the rearward direction on the same path to the sensor is deflected back on the Schallumlenkstoff.
  • the senor (side) is arranged "lying" and the sound deflecting means are positioned in the area of the sump such that the sound arrives in an approximately horizontal direction in a direction toward the urea container ceiling (or the urea surface ) is deflected.
  • the senor can also be used with other transducers together, so that several physical characteristics of the urea-water solution can be detected.
  • a conductivity sensor is additionally provided, which can determine the conductivity of the urea-water solution.
  • z. B. a mixing of the urea-water solution with salt water are detected and a corresponding message.
  • a method is proposed which can be used in a particularly advantageous manner when using the sound-emitting sensor proposed here. The method is applied to devices that use a sensor that emits sound waves for path determination to measure the level of a urea container. In particular, the method is used in the device according to the invention.
  • the method includes storing at least the level of the urea container before the device is shut down, that is, before the electrical supply to the device is interrupted, e.g. B. due to the shutdown of the internal combustion engine.
  • This stored value for at least the level should be made available to a controller or the switching device when the device is reactivated, ie when the electrical supply is restored.
  • other values can be stored, for.
  • As the quality of the urea-water solution electrical conductance, density, etc.).
  • This provision of a value for the level is particularly advantageous when at least a portion of the urea-water solution in the urea container freezes after switching off the device.
  • the quality of the urea-water solution could be measured after defrosting the urea-water solution in the vicinity of the sensor, but for the determination of the actual level of complete thawing of the urea-water solution is necessary.
  • the regulation or the switching device at any time can be used to determine the range that the motor vehicle with the available urea water Solution can reach.
  • a motor vehicle has an internal combustion engine and at least one exhaust gas treatment device, and a urea container with a sound-emitting sensor for measuring the level of the urea container by means of displacement measurement with sound waves, wherein the sensor is received according to the invention from the bottom of the urea container.
  • the motor vehicle is set up to carry out the method according to the invention.
  • a motor vehicle may be any motor vehicle having an internal combustion engine. Not only motor vehicles are meant here, which are started or advanced by this internal combustion engine. Here are z. As well as hybrid vehicles conceivable that use an internal combustion engine only as a generator unit. Also conceivable are motor vehicles with additional equipment such as crane and excavator devices, which in turn are driven by an internal combustion engine (indirectly).
  • An internal combustion engine usually represents an energy conversion machine based on a closed or open cycle process. Suitable internal combustion engines for this purpose are any that use a fuel that generates emissions during combustion to convert the chemical into mechanical energy to such an extent that it leads to a reduction of the undesired emissions by the cleaning agent suitable for the purification.
  • Suitable fuels include diesel fuels and gasoline fuels, but also fuels such as natural gas and LPG.
  • the internal combustion engine can be throttled by the signal from the sound-emitting sensor to measure the level of the urea container in the event of an empty message for emission reduction.
  • the at least one exhaust gas treatment device is usually interposed in the exhaust gas discharge from the internal combustion engine to the tailpipe.
  • the urea-water solution or already gaseous ammonia is injected into the exhaust gases.
  • the exhaust treatment device is substantially controlled by emission measurements, but may be further shut off indirectly by the signal from the sound emitting sensor to measure the level of the urea container in the event of an empty message.
  • the device comprising a urea container with the sound-emitting sensor, corresponds in its construction and operation of the type described in the preceding paragraphs.
  • the invention and the technical environment will be explained in more detail with reference to FIGS.
  • the figures show particularly preferred embodiments, to which the invention is not limited.
  • the figures are schematic and designate the same components with the same reference numerals. Show it: 1 shows a first embodiment variant of a urea container, comprising a sump which completely absorbs a sound-emitting sensor,
  • FIG. 2 shows a second embodiment variant of a urea container with a sump which completely receives the sensor, the sensor partially protruding into the sump
  • FIG. 3 a third variant of a urea container with a sump, the sensor being completely in a depression in the sump recorded
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of a urea container with a sump, wherein the normal on the sound-emitting
  • FIG. 5 shows a motor vehicle, comprising an exhaust gas treatment device and a urea container, which is set up according to the device according to the invention, and
  • FIG. 6 shows a further embodiment variant of a urea container with a sump, the sump bottom with a urea-suction device and a sensor forming a structural unit.
  • urea container 1 shows a urea container 1, which is filled with a urea-water solution 31 up to a filling level 17.
  • a sump 3 with a height 9 and a sump bottom 4 grown.
  • the sound-emitting sensor 5 extends from the level 14 to the sump bottom 4.
  • the sound-emitting surface 6 is exactly adjacent to the level 14 of the urea container bottom 2.
  • the urea removal device 7 is mounted in the region of the overall height 9 of the sump 3 for removing the urea.
  • the total urea filling level is the sum of the height of the level 17 and the height 9 of the sump 3.
  • the sensor 5 registers the level 17 (above the sump 3) by means of the path-time determination of the sound waves 15 and the echo 16 of the sound waves 15th In this case, the normal 10 of the sound-emitting surface 6 of the sensor 5 and the essential sound direction 12 are congruent. If the fill level 17 drops to the level 14 of the urea container bottom 2, the sensor 5 reports an empty urea container 1. Nevertheless, a residual volume of urea removed remains in the sump 3 between the level 14 of the urea container bottom 2 and the removal height through the urea removal device 7.
  • Fig. 2 shows a urea container 1 similar to that shown in Fig. 1.
  • the sensor 5 is in a recess 8 in the sump 3, which protrudes from the sump bottom 4 in the region of the sump 3.
  • the sensor 5 is also designed in two parts, wherein sound-emitting surface 6 and receiver 28 are arranged directly adjacent to each other, here also in a common housing 30 of the sensor 5.
  • the sound-emitting surface 6 of the sensor 5 (and the receiver 28) projects into the swamp 3 inside.
  • the sound-emitting surface 6 (and the receiver 28) of the sensor 5 is below the level 14 of the urea container bottom 2.
  • the senor measures a level 17, which from the interface of the urea-water solution (surface of the urea-water solution ) extends beyond the level 14 of the urea container bottom 2 out to the sound emitting surface 6 of the sensor 5.
  • the urea removal device 7 is mounted below the sound-emitting surface 6 of the sensor 5.
  • a measuring value sensor 29 is arranged in the sump 3, by means of which, for example, the electrical conductance of the urea-water solution 31 can be determined.
  • Fig. 3 shows a urea container 1 similar to the illustration in FIG 1.
  • the sensor 5 is completely introduced into a depression 8 in the region of the sump 4.
  • the depression introduced from the sump bottom 4 of the sump 3 extends to the level 14 of the urea container bottom 2.
  • the sound-emitting surface 6 of the sensor is directly adjacent to the region of the depression 8, which is congruent with the level 14 of the urea container bottom 2.
  • the overall height 9 of the sump 3 is larger than the installation height of the sensor 5.
  • FIG. 4 shows a urea container 1, the sensor 5 being completely taken up by the sump 3 as in FIG.
  • the normal 10 of the sound-emitting surface 6 with respect to the essential sound direction 12 at an angle 11.
  • the sound waves 15, emitted by the sound-emitting surface 6, initially propagate substantially along the normal 10 of the sound-emitting surface 6.
  • the sound waves 15 are deflected in the direction of the essential sound direction 12.
  • the echo 16 is initially reflected in the rearward direction along the essential sound direction 12 as far as the sound deflection means 13, where the echo 16 is in turn deflected rearwardly along the normal 10 to the sound-emitting surface 6.
  • the level measurement is limited in this case down through the top of the inclined sound-emitting surface 6. If the filling level of the urea-water solution falls below this point, an interface is created which interferes with the measurement by means of sound.
  • the sensor 5 or the measuring device of the sensor 5 are adjusted to this lower limit.
  • FIG. 5 shows a motor vehicle 18 with an internal combustion engine 19, an exhaust gas treatment device 20, wherein the reducing agent (here liquid urea) is introduced via a metering nozzle 21 from the urea container 1 or from the sump 3 into the exhaust gas treatment device 20 (eg a hydrolysis catalyst and / or an SCR catalyst).
  • the reducing agent here liquid urea
  • the purified exhaust gas is passed through the exhaust pipe 23 and exits the exhaust treatment device 20 through the tailpipe 24.
  • the sensor 5 in the urea tank 1 and the sump 3 reports the level via the signal line 25 to a switching device 22.
  • the switching device 22 is set up that it throttles the internal combustion engine 19 via the engine throttle signal line 26.
  • the switching device 22 switches off the metering nozzle 21 via the metering nozzle closing signal line 27.
  • the shutdown or throttling by the switching device 22 happens after an indirect period of time after reporting that the urea tank 1 is empty, through the sensor 5 via the signal line 25 to the switching device 22
  • FIG. 6 schematically shows a further embodiment variant of a urea container 1 with a sump 3, wherein the sump bottom 4 with a urea removal device 7 and a sensor 5 form a structural unit.
  • the urea sampling device 7 eg with a filter, a pump, delivery lines, sensors for pressure and / or temperature, return line, valve
  • the sensor 5 can be preassembled on a separate sump bottom 4 and finally into the sump 3 are used tight.
  • the sump bottom 4 is designed in the manner of a (stable, for example metallic) module plate, whereby components which are not intended to be in direct contact with the urea can be designed to be encapsulated (with a housing).
  • the other variants of the device according to the invention listed here can also be formed with preassembled structural units which are tightly installed in an opening of the urea container 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Füllstands (17) eines Harnstoffbehälters (1) durch Wegbestimmung mit durch einen Sensor (5) emittierte Schallwellen (15) (Ultraschall) und deren Echo (16), aufweisend einen Harnstoffbehälterboden (2) und einen Sumpf (3) mit einer Bauhöhe (9) auf, wobei der Sumpf (3) an den Harnstoffbehälterboden (2) angrenzt und unterhalb des Niveaus (14) des Harnstoffbehälterbodens (2) liegt, und weiterhin der Sumpf (3) mit dem Harnstoffbehälter (1) offen verbunden und nach unten hin durch einen Sumpfboden (4) begrenzt ist. Dabei ist der Sensor (5) im Bereich des Sumpfes (3) aufgenommen und mit einer schallemittierenden Oberfläche (6) zur Aussendung von Schallwellen (15) und zum Empfang von Echos (16) eben dieser Schallwellen (15) im Harnstoffbehälter (1) so angebracht, dass die schallemittierende Oberfläche (6) des Sensors (5) maximal an das Niveau (14) des Harnstoffbehälterbodens (2) angrenzt.

Description

Harnstoffbehälter mit Ultraschallsensor Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Füllstands eines Harnstoffbehälters (auch SCR-Tank genannt) durch Wegbestimmung mit einem schallemittierenden Sensor (auch Ultraschallsensor genannt). Insbesondere werden solche Harnstoffbehälter für die Abgasbehandlung als Reservoir zur technisch einfachen Aufbewahrung von Harnstoff-Wasser- Lösung zur Bildung von Ammoniak benötigt.
Zur Reduzierung der Schadstoffe in den Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen werden seit langem Abgasbehandlungsvorrichtungen eingesetzt. Abgasbehandlungsvorrichtungen mit einer Zufuhr für ein Re- duktionsmittel sind seit einiger Zeit üblich, um Schadstoffe im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine wirkungsvoll zu reduzieren. Es hat sich herausgestellt, dass es insbesondere bei mager betriebenen Verbrennungskraftmaschinen vorteilhaft sein kann, dem Abgas ein Reduktionsmittel zuzuführen. Insbesondere der Anteil an Stickoxidverbindungen (NO ) im Abgas ist bei mager betriebenen Verbrennungskraftmaschinen erhöht und kann in Verbindung mit einem Reduktionsmittel in einer Abgasbehandlungsvorrichtung reduziert werden. Man spricht vom Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Verfahren). Als Reduktionsmittel kann beispielsweise Ammoniak verwendet werden. Ammoniak wird mit den Stickoxidverbindungen im Abgas in unschädliche Bestandteile, nämlich in Stickstoff sowie Wasser und Kohlendioxid, umgesetzt. Ammoniak wird im Kraftfahrzeug normalerweise nicht direkt bevorratet. Normalerweise wird ein Reduktionsmittelvorläufer, der be- darfsgerecht in das eigentliche Reduktionsmittel umgesetzt wird, bevorratet und/oder zugeführt. Als derartiger Reduktionsmittelvorläufer kann beispielsweise Harnstoff dienen. Besonders bevorzugt ist eine wässrige Harnstoff-Wasser-Lösung. Eine derartige wässrige Harnstoff-Wasser- Lösung mit einem Harnstoff gehalt von 32,5 % ist beispielsweise unter dem Handelsnamen AdBlue® erhältlich.
Ein Reduktionsmittel kann einer Abgasbehandlungsvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine flüssig und/oder gasförmig zugeführt werden. Normalerweise ist ein Reduktionsmittel in einem Kraftfahrzeug flüssig gelagert. Eine derartige flüssige Lagerung ist besonders platzsparend möglich. Nach heutiger gesetzlicher Vorschrift ist nach Emissionsnorm Euro V ein Schadstoffausstoß auf einen maximal zulässigen Grenzwert von 2,0 g/kWh ΝΟχ reduziert. Es ist daher notwendig, dass der Fahrzeugbetreiber stets über den Füllungszustand des Harnstoffbehälters informiert ist. Wenn der Harnstoffbehälter leer ist und somit kein Reduktionsmittel in die Abgasbehandlungsvorrichtung zugeführt werden kann, muss die Motorleistung gedrosselt werden. Um dies zu vermeiden ist es wichtig, dass der Fahrzeugbetreiber über den Füllstand des Harnstoffbehälters informiert ist. Da die wässrige Harnstoff-Wasser-Lösung mit einem pH-Wert von etwa 9,0 leicht alkalisch ist, bietet sich eine berührungslose Füllstandsmessung an. Es hat sich herausgestellt, dass dazu insbesondere das Messen des Füllstands durch Wegbestimmung mit ei- nem schallemittierenden Sensor geeignet ist. Hierbei wird insbesondere der Effekt genutzt, dass Schall an Grenzflächen zwischen Gasen und Flüssigkeiten oder zwischen Gasen und Feststoffen bzw. auch zwischen Flüssigkeiten und Feststoffen reflektiert wird. Somit kann bei geeigneter Ausrichtung des Sensors ähnlich wie bei einem Echolot mit einer ausge- sendeten Schallwelle und dem reflektierenden Echo der Weg über die Laufzeit bestimmt werden. Dadurch kann indirekt der Füllstand des Harnstoffbehälters bestimmt werden.
Bisher wurden Messaufbauten vorgeschlagen, die einen hohen Raumbe- darf aufweisen. Da ein Harnstoffbehälter im Kraftfahrzeug ein zusätzliches Bauteil darstellt, in dem bereits jetzt nur wenig Raum für neue Bauelemente ist, ist eine platzsparende Ausführung eines Harnstofftanks mit Füllstandsmessung mittels Schallsensor wünschenswert. Insbesondere als Nachrüstsystem und für den zukünftig aufgrund strengerer Emissions- normen weiter zunehmenden Harnstoffverbrauch und damit zunehmender Harnstoffbehältervolumina ist eine platzsparende Bauweise zielführend. Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme weiter zu lindern. Es soll insbesondere eine Vorrichtung vorgeschlagen werden, die zum einen Bauraum einspart und gleichzeitig eine einfachere Montage erlaubt. Des Weiteren soll ge- währ leistet sein, dass nach Meldung durch den schallemittierenden Sensor, dass der Füllstand einen minimalen Grenzwert erreicht bzw. gegen Null geht, dennoch ein ausreichendes Restvolumen Harnstoff vorhanden ist, um mit dem Kraftfahrzeug bei optimaler Motorleistung und gesetzlich vorgeschriebenem Schadstoffausstoß eine Tankstelle erreichen und den Harnstoffbehälter dort nachfüllen zu können.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen des Füllstands eines Harnstoffbehälters durch Wegbestimmung mit durch einen Sensor emittierte Schallwellen und deren Echo weist einen Harnstoffbehälterboden und einen Sumpf mit einer Bauhöhe auf, wobei der Sumpf an den Harn- stoffbehälterboden angrenzt und unterhalb des Niveaus des Harnstoffbehälterbodens liegt, und weiterhin der Sumpf mit dem Harnstoffbehälter offen verbunden und nach unten hin durch einen Sumpfboden begrenzt ist. Weiter ist vorgesehen, dass:
- der Sensor im Bereich des Sumpfes aufgenommen ist, und - der Sensor mit einer schallemittierenden Oberfläche zur Aussendung von Schallwellen und zum Empfang von Echos eben dieser Schallwellen im Harnstoffbehälter so angebracht ist, dass die schallemittierende Oberfläche des Sensors maximal an das Niveau des Harnstoffbehälter- bodens angrenzt.
Das Messen des Füllstands beruht insbesondere auf einer Laufzeitmessung. Hierbei wird genutzt, dass sich eine akustische Welle mit einer endlichen und für das jeweilige Ausbreitungsmedium (hier Harnstoff-Wasser- Lösung) bekannten Geschwindigkeit ausbreitet. Sendet der Sensor eine Schallwelle aus, so benötigt diese Welle eine bestimmte Zeit, um bis zur Grenzfläche zwischen der flüssigen Harnstoff-Wasser-Lösung und der angrenzenden Luft zu gelangen. Ein Großteil der Schallwelle wird an dieser Grenzfläche reflektiert und läuft mit der eben gleichen Wellenge- schwindigkeit zurück zum Sensor (bzw. Ultraschall-Sensor). Dieser registriert die Laufzeit vom Zeitpunkt der Aussendung bis zum Empfang des Echos, also der reflektierten Schallwelle. Diese Laufzeit multipliziert mit der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwelle ergibt eine Strecke. Da die Schallwelle einmal hin und wieder zurück laufen muss, um vom Sensor registriert zu werden, ergibt die Halbierung der ermittelten Strecke die Distanz zwischen dem Sensor und der Grenzfläche. Damit von dieser ermittelten Distanz auf den Füllstand des Harnstoffbehälters geschlossen werden kann, sollte die Schallwelle möglichst senkrecht auf die Grenzfläche treffen. Trifft die Schallwelle übermäßig schräg auf die Grenzfläche, so wird die reflektierte Welle durch den verlängerten Weg das Messergebnis verfälschen. Auch wird der Laufweg bei zur Grenzfläche senkrechter Ausrichtung optimal kurz und somit nicht nur ein genaueres Messergebnis erzielt, sondern auch in optimal kurzer Zeit. Darüber hinaus werden Dämpfungseffekte in der Harnstoff-Wasser-Lösung dadurch minimiert. Zur Ermittlung von exakten Ergebnissen ist es notwendig, die bekannte Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwelle an die Harnstoff-Wasser-Lösungstemperatur anzupassen. Dadurch können auch Ausdehnungseffekte der Harnstoff-Wasser-Lösung aufgrund der Tempe- ratur und Füllstände bei gefrorener Harnstoff-Wasser-Lösung ermittelt werden.
Ein Harnstoffbehälter ist ein jeglicher Behälter bzw. Tank, der dazu ge- eignet ist, Harnstoff aufzunehmen. Insbesondere ist er aus einem Werkstoff, der unempfindlich gegenüber alkalischen Stoffen ist. Hierfür sind beispielsweise Kunststoffe geeignet, insbesondere Duroplaste wie z. B. Epoxidharze. Die Form des Harnstoffbehälters ist im Wesentlichen durch das aufzunehmende Volumen, der zugewiesene Bauraum im Kraftfahr- zeug, eine einfache Wartung und Befüllung, aber auch durch Funktionseinheiten des Harnstoffbehälters zu einem reibungslosen Betrieb bestimmt. Zu den Funktionseinheiten gehören unter anderem ein Sumpf, eine Messeinheit für den Füllstand, eine Harnstoffentnahmeeinrichtung und oftmals auch eine Heizvorrichtung gegen Gefrieren der Harnstoff- Wasser-Lösung sowie Erzeugung von Dampf für verschiedene Betriebszu- stände der Verbrennungskraftmaschine bzw. der Abgase.
Der Sensor zur Messung des Füllstands weist eine Doppelfunktion auf. Zum einen emittiert er Schallwellen und zum anderen ist er eingerichtet, deren Echo zu empfangen. Für diesen Zweck können handelsübliche Sensoren eingesetzt werden, die in geeigneter Weise eingerichtet sind, Grenzflächen zwischen Flüssigkeiten und Gasen zu registrieren. Zur Vermeidung von Störgeräuschen sollte der Sensor Schallwellen im nicht hörbaren Ultraschallbereich aussenden. Weiterhin sollte der Sensor energie- sparsam arbeiten, da die Anzahl an stromabnehmenden Geräte in Kraftfahrzeugen bereits sehr hoch ist und zu erwarten steht, dass die Anzahl solcher Geräte weiter zunimmt. Auch ist es sinnvoll den Sensor zusätzlich mit einem Temperaturmesser auszurüsten, da mit diesem die Ausdehnung der Harnstoff-Wasser-Lösung abhängig von der Temperatur kompensiert werden kann. Damit ist bei hohen Temperaturen eine Aussage über die tatsächliche Menge an Reduktionsmittel möglich. Insbesondere bei tiefen Temperaturen ist es möglich, Fehlmeldungen bei teilweiser Vereisung zu unterdrücken. Denn bei teilweiser Vereisung entstehen eine Vielzahl an Grenzflächen durch Eiskristalle und Eisbrocken in der Harn- stoff-Wasser-Lösung. Dadurch können unerwünschte Fehlmeldungen entstehen, von einer schwankenden Füllstandanzeige bis hin zu einer Drosselung des Motors. Der Sensor kann mitunter lediglich aus einer Schallerzeugenden und Schall-registrierenden Membran bestehen, aber auch bereits die gesamte Messeinrichtung baulich umfassen. Zur Schallerzeugung und Registrierung sind im Stand der Technik sogenannte Piezofo- lien üblich. Diese sind in der Lage, ein Spannungseingangssignal direkt in eine mechanische Verformung umzuwandeln und dadurch einen Schall zu erzeugen. Die mechanische Verformung kann sehr exakt über eine Wechselspannung in eine stabile Schwingungsfrequenz, in der Regel die Eigenfrequenz der Piezofolie, umgewandelt werden. Genauso sind Piezo- folien in der Lage, mechanische Verformungen in eine Spannung umzuwandeln. Somit stellt die Verwendung von Piezofolien nicht nur eine technisch sehr einfache Ausführungsform eines Schallsensors dar, sondern ist auch besonders kostengünstig.
Der Harnstoffbehälter weist einen Harnstoffbehälterboden auf, der aber nicht die abschließende Begrenzung des Harnstoffbehälters nach unten hin darstellt, sondern lediglich das Hauptvolumen des Harnstoffbehälters begrenzt und ein Sumpf ist an den Harnstoffbehälterboden angeschlossen. In den meisten Fällen ist der Harnstoffbehälterboden von den Wänden des Harnstoffbehälters zu dem Sumpf nach unten hin geneigt, um eine sichere Zuführung der Reste der Harnstoff-Wasser-Lösung in den Sumpf zu gewährleisten. In manchen Fällen stellt der Harnstoffbehälter- boden lediglich einen kleinen Absatz bis hin zu einer Phase am Übergang vom Sumpf zum Hauptharnstoffbehältervolumen dar. Üblicherweise können einem solchen Harnstoffbehälter (oben) eine Harnstoffbehälterdecke und seitlich eine Mehrzahl Harnstoffbehälterseitenwände zugeordnet werden.
Der Sumpf des Harnstoffbehälters dient in erster Linie der Aufnahme des Restvolumens der Harnstoff-Wasser-Lösung, so dass dieses Restvolumen weiterhin in technisch einfacher Weise genutzt werden kann. Es ist also klar, dass der Sumpf regelmäßig einen deutlich verringerten Umfang bzw. ein deutlich kleineres Volumen gegenüber dem Hauptharnstoffbehälter aufweist. Dadurch ergibt sich beim Sumpf auch eine deutlich erhöhte Füllhöhe gegenüber einem gleichen Volumen in dem Hauptharnstoffbehälter. Somit kann das Restvolumen leichter durch eine Harnstoffent- nahmeeinrichtung entnommen werden. Weiterhin ist der Sumpf dazu geeignet, Verunreinigungen in Form von Sedimenten im Bodenbereich aufzunehmen, so dass diese nicht von einer Harnstoffentnahmeeinrichtung aufgenommen werden. Der Sumpf ist nach unten hin durch einen Sumpfboden begrenzt, der dadurch die tiefste Bodenbegrenzung des Harnstoff- behälters darstellt. Der Sumpf ist damit z. B. eine lokale Vertiefung im Harnstoffbehälterboden. Weiter ist bevorzugt, dass nur ein einzelner Sumpf vorliegt und/oder der Sumpf zentral oder mittig zum Harnstoffbehälterboden positioniert ist.
Der Sumpf grenzt an den Harnstoffbehälterboden an und liegt bevorzugt vollständig unterhalb des Niveaus des Harnstoffbehälterbodens. Da der Harnstoffbehälterboden nur in seltenen Fällen eine ebene Fläche darstellt, ist das Niveau nur in seltenen Fällen gleichzusetzen mit einer ebenen Fläche, die sich mit der Harnstoffbehälterbodenfläche deckt. Vielmehr ist mit dem Niveau eine ebene Fläche gemeint, die den Übergang vom Harnstoffbehälterboden in die senkrechten Wände des Sumpfs schneidet. Mitunter ist auch bereits der Übergang von den senkrechten Wänden des Harnstoffbehälters zum geneigten Harnstoffbehälterboden als dieses Niveau zu verstehen. In jedem Fall ist das Niveau bei stehendem Kraftfahrzeug als normal zur Erdbeschleunigungsrichtung zu verstehen.
Die schallemittierende Oberfläche des Sensors zur Aussendung von Schallwellen und zum Empfang vom Echo eben dieser Schallwellen kann die bereits oben erwähnte Piezofolie sein. In den meisten Fällen aber grenzt an diese Folie eine Schwingungsmembran an, die die Schallemissionen beispielsweise verstärkt oder auch in eine geeignete Frequenz wandelt. In den meisten Fällen wird auch darüber wieder eine Membran liegen, die die Schallwellen mit geringer Dämpfung weiterleitet, aber dafür einen zusätzlichen mechanischen und chemischen Schutz für die Memb- ran bzw. die Piezofolie darstellt. Je nach Sensor-Bauart und Konstruktion des Harnstoffbehälters kann die Schwingungsmembran und/oder Schutzmembran integriert in einer Folie vorliegen. Ebenfalls kann eine der Eigenschaften unabhängig von den anderen Eigenschaften für die je- weilige Ausführungsform unnötig sein.
Die schallemittierende Oberfläche des Sensors grenzt zudem maximal an das Niveau des Harnstoffbehälterbodens an. Hierbei können das Niveau und die schallemittierende Oberfläche parallel sein, aber die schallemit- tierende Oberfläche kann auch geneigt zum Niveau des Harnstoffbehälterbodens sein. Insbesondere kann die schallemittierende Oberfläche unterhalb des Niveaus des Harnstoffbehälterbodens liegen. In keinem Fall ragt die schallemittierende Oberfläche über das Niveau des Harnstoffbehälterbodens (signifikant - also mehr als übliche Fertigungstoleranzen bei diesem Gegenstand) hinaus. Wie bereits erwähnt, kann die Normale der schallemittierenden Oberfläche zur nach oben gerichteten Normale des Niveaus des Harnstoffbehälterbodens zueinander geneigt sein. Geeignete Winkel zueinander sind hierbei insbesondere 45°, 90° und 135°. Aber auch eine entgegengesetzte Ausrichtung, also 180° der zwei Normalen zuein- ander, ist möglich.
Die Schallwellen werden im Wesentlichen nach oben (hin zur Harnstoffbehälterdecke) emittiert. Es ist klar, dass die Schallwellen sich bogenförmig bzw. kreisförmig ausbreiten. Dennoch ist es für die Wegzeitbestim- mung des Laufs der Schallwelle wichtig, dass die Schallwelle im Wesentlichen senkrecht auf die Grenzfläche auftritt und somit zurück zum Sensor reflektiert wird. Geringe Abweichungen zur senkrechten Achse von ±30°, oder bereits ±20°, gegebenenfalls auch bereits ±10° verändern das Messergebnis stark, können aber bei geeigneter Einrichtung der Messeinrich- tung kompensiert werden.
Der Sensor wird bevorzugt vollständig im Bereich des Sumpfs aufgenommen. Mit„vollständig" ist insbesondere gemeint, dass die bauliche Einheit des Sensors, wie er z. B. handelsüblich erhältlich ist, im Bereich des Sumpfes aufgenommen wird - also nicht in andere innere Bereiche des Harnstoffbehälters hineinragt. Hierbei kann die bauliche Einheit des Sensors entweder nur aus der oben beschriebenen schallemittierenden Oberfläche bestehen oder auch die notwendigen Messvorrichtungen bein- halten wie z. B. auch neben dem Messkreis einen Temperaturmesser. In manchen Fällen wird auch die zugehörige Verkabelung des Sensors zur Baueinheit hinzugezählt und ist somit in solchen Fällen im Bereich des Sumpfs aufgenommen. Der Sumpf stellt mit seinem Sumpfboden, den Seitenwänden und dem Übergang zum Harnstoffbehälterboden ein Volumen dar. Dieses Volumen ist aber in vielen Fällen nicht nur mit der Harnstoff-Wasser-Lösung gefüllt, sondern nimmt gegebenenfalls auch verschiedene Baueinheiten des gesamten Harnstoffbehälters auf. Diese Baueinheiten können sowohl im Sumpf eingebaut sein, aber auch durch Vertiefungen und Einbuchtungen im Sumpfboden oder in den Sumpfwänden eingebracht sein. In diesem Fall können die Baueinheiten mit den funktionalen Einheiten zum Behältervolumen offen ausgebildet sein, die mit der Harnstoff-Wasser-Lösung in Kontakt kommen dürfen bzw. müssen. Insoweit kann mit anderen Worten auch vorgesehen sein, dass der Sensor vollständig im Bereich des Sumpfs aufgenommen wird, wenn der Sensor sich teilweise auch außerhalb des Harnstoffbehälters erstreckt.
Insbesondere ist der Sensor zur Messung des Füllstands zweiteilig ausge- führt, wobei die einzelnen Teile separat angeordnet werden können. Die Schallemittierende Oberfläche (Sender) ist dabei getrennt von dem Empfänger für das Echo angeordnet. Die Ausführungen hinsichtlich der Anordnung des Sensors sind dabei sowohl auf den Sender als auch auf den Empfänger übertragbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Harnstoffentnahmeeinrichtung an den Sumpf angeschlossen und befindet sich auf einer Höhe zwischen dem Niveau des Harnstoffbehälterbodens und dem Sumpfboden. In vorteilhafter Weise kann die Harnstoffentnahme- einrichtung in einem Abstand zum Sumpfboden angebracht sein, so dass sich ablagernde Partikel nicht durch die Harnstoffentnahmeeinrichtung aufgenommen werden. Ein entsprechendes Volumen für Verschmutzungen und Ablagerungen im Sumpf ist insbesondere vorgesehen. Weiterhin vorteilhaft kann die Anbringung der Harnstoffentnahmeeinrichtung unterhalb des Niveaus des Harnstoffbehälterbodens gelegen sein, so dass die Sammelwirkung des Sumpfs genutzt werden kann. Das bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass sich die einzige Entnahmeöffnung für die Dosierung des Harnstoffs im Sumpf bevorzugt an einer Seitenwand des Sumpfes befindet. Daran angeschlossen können dann mindestens ein Filter, eine Pumpe, ein Regelventil und eine Dosiereinheit sein, die gegebenenfalls zusammen die Harnstoffentnahmeeinrichtung bilden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung befinden sich dabei zu- mindest ein Teil der vorstehend genannten Komponenten selbst im Volumen des Sumpfes, z. B. in einem separaten Gehäuse. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die Harnstoffentnahmeeinrichtung unterhalb der schallemittierenden Oberfläche des Sensors angebracht. Hierdurch wird erreicht, dass nach Feststellung der Leerung des Harnstoffbe- hälters durch den Sensor noch immer ein Restvolumen an Harnstoff vorhanden ist, um eine ausreichende Zeit zu gewährleisten, in der das Kraftfahrzeug im optimalen Betrieb und optimaler Schadstoffemission z. B. eine Tankstelle erreichen kann und dort der Harnstoffbehälter wieder befüllt werden kann. Es soll insbesondere sichergestellt sein, dass das Restvolumen an Harnstoff für eine Fahrstrecke ausreicht, die mit einer halben bis ganzen Tankfüllung an Kraftstoff für die Verbrennungskraftmaschine zurückgelegt werden kann. Dabei ist insbesondere eine Beab- standung der schallemittierenden Oberfläche und der Harnstoffentnahmeeinrichtung so gestaltet, dass eine Weiterfahrt von etwa 50 km, insbe- sondere von etwa 200 km, bis 400 km sichergestellt ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Sensor in einer Vertiefung außen am Sumpf eingebracht. Diese Vertiefung, die zum Beispiel in der Seitenwand und/oder dem Boden des Sumpfes angeordnet ist, ist so eingerichtet, dass der Sensor darin einfach montiert und vollständig aufgenommen wird. Die Vertiefung kann somit ein Gewinde aufweisen o- der/oder konisch sein. Auch können andere Mittel zur Fixierung Verwendung finden. Insbesondere kann die Vertiefung dazu geeignet sein, den Sensor einfach und sicher zu justieren, um eine exakte Füllstandsmessung zu gewährleisten. Hierbei kann es vorteilhaft sein, die (in den Sumpf hineinragende) Vertiefung so anzuordnen, dass der Sensor vor dem Einbau in das Kraftfahrzeug unverlierbar montiert werden kann. Weiterhin kann die Vertiefung eine Demontage des Sensors erlauben, ohne dass der gesamte Harnstoffbehälter oder Teile des Harnstoffbehälters demontiert werden müssen und auch der Harnstoffbehälter nicht entleert werden muss. In einer anderen vorteilhaften Ausführung wird der Sensor durch ein zusätzliches Bauteil am Sumpf bzw. am Harnstoffbehälter gehalten wie z. B. einem Deckel. Auch ist eine Kombination der Haltemittel der Vertiefung und z. B. einem Deckel möglich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ragt der Sensor zumindest teilweise in den Sumpf hinein. Hiermit ist insbesondere gemeint, dass die schallemittierende Oberfläche des Sensors in direktem Kontakt mit der Harnstoff- Wasser-Lösung steht. Dies erlaubt den Einsatz eines handelsüblichen Schallsensors ohne zusätzliche Baumaßnahmen am Sumpf. Für eine weitere kostengünstige und einfache Montage des Sensors am Sumpf kann im Sumpf lediglich eine Aussparung z. B. ein Loch vorgesehen sein. Durch dieses Loch kann der Sensor eingeführt und durch weitere Halte- mittel wie z. B. einen Deckel fixiert und justiert werden. Auch kann eine Vertiefung wie oben beschrieben so eingerichtet sein, dass ein Teil des Sensors durch die Vertiefung geführt wird und ein Teil mit der schallemittierenden Oberfläche in die Harnstoff-Wasser-Lösung hineinragt. Für die Dichtheit des Systems sind entsprechende Dichtungen vorzusehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung entspricht die Bauhöhe des Sumpfs einer Einbauhöhe des Sensors. Die Einbauhöhe des Sensors ist abhängig von der Baueinheit des Sensors wie oben beschrieben als auch die Montageart des Sensors. Hierbei kann durch äußere Haltemittel die Einbauhöhe des Sensors von der Höhe des Sensors abweichen. Auch kann unter der Einbauhöhe die zusätzliche Aufnahme der Verkabelung des Sensors verstanden werden. Die Bauhöhe des Sumpfs erstreckt sich zum Beispiel von dem Sumpfboden bis zum Niveau des Harnstoffbehälterbo- dens, wenn dieser„stehend" dort angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist die schallemittierende Oberfläche des Sensors insbesondere parallel zum Niveau des Harnstoffbehälterbodens oder zu 90° zu dieser geneigt. Dadurch wird in der Regel eine besonders platzsparende Bauweise erreicht.
In einer weiteren vorteilhaften Variante ist die Normale auf der schallemittierenden Oberfläche des Sensors in einem Winkel zur wesentlichen Schallrichtung ausgerichtet und ein Schallumlenkmittel lenkt die Schallwellen im Wesentlichen nach oben um. Hierbei sind jegliche Winkel ge- eignet, zwischen 0 und etwa 180°. Insbesondere aber 45°, 90° und 135°. Das Schallumlenkmittel kann eine jegliche Fläche sein, die geeignet ist, Schallwellen zu reflektieren. Da Schallwellen ebenfalls an Grenzflächen zwischen Flüssigkeiten und Feststoffen reflektiert werden, sind in der Regel alle festen Werkstoffe dazu geeignet. Insbesondere aber bietet es sich an, dieses Schallumlenkmittel aus Wandbereichen des Sumpfs bzw. des Harnstoffbehälters zu formen. Das Schallumlenkmittel stellt also eine geneigte Fläche aus festem Material dar, die an geeigneter Stelle in einem korrespondierenden Winkel zur Normalen auf der schallemittierenden Oberfläche so eingerichtet ist, dass der Schall im Wesentlichen nach oben umgelenkt wird. Ist die Normale z. B. um 90° zur wesentlichen Schallrichtung ausgerichtet, so ist die Fläche des Umlenkmittels zu 45° geneigt. Das Schallumlenkmittel kann aber auch aus mehreren geneigten Flächen bestehen, die in geeigneter Weise so eingerichtet sind, dass die Schallwellen nach eben mehrfacher Umlenkung durch die mehreren Flächen im We- sentlichen nach oben umgelenkt werden. Ebenfalls wird über die Schallumlenkmittel das Echo der ausgesendeten Schallwellen in rückwärtiger Richtung auf demselben Weg zum Sensor zurückgelenkt. Dies verlängert zwar in ungünstiger Weise den Messweg, ermöglicht aber eine flexiblere Anpassung an einen begrenzten Bauraum im Kraftfahrzeug insbesondere für Nachrüstsysteme. Ganz besonders ist dabei bevorzugt, dass der Sensor (seitlich)„liegend" angeordnet ist und die Schallumlenkmittel im Bereich des Sumpfes so positioniert sind, dass der Schall mit einer etwa horizontalen Richtung kommend in eine Richtung hin zur Harnstoffbehäl- terdecke (bzw. der Harnstoffoberfläche) umgelenkt wird.
Insbesondere kann der Sensor auch mit weiteren Messwertaufnehmern zusammen eingesetzt werden, so dass mehrere physikalische Kenngrößen der Harnstoff-Wasser-Lösung erfasst werden können. Insbesondere ist zusätzlich ein Leitwertsensor vorgesehen, der die Leitfähigkeit der Harnstoff-Wasser-Lösung feststellen kann. Somit kann z. B. eine Vermischung der Harnstoff-Wasser-Lösung mit Salzwasser erkannt werden und eine entsprechende Meldung erfolgen. Weiterhin wird ein Verfahren vorgeschlagen, das bei der Verwendung des hier vorgeschlagenen Schall-emittierenden Sensors in besonders vorteilhafter Weise zum Einsatz kommen kann. Das Verfahren wird bei Vorrichtungen angewandt, die einen Sensor, der Schallwellen zur Wegbestimmung emittiert, zum Messen des Füllstands eines Harnstoffbehälters ein- setzen. Insbesondere findet das Verfahren bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Anwendung. Das Verfahren beinhaltet, dass zumindest der Füllstand des Harnstoffbehälters gespeichert wird, bevor die Vorrichtung abgeschaltet wird, also bevor die elektrische Versorgung der Vorrichtung unterbrochen wird, z. B. infolge des Abstellens der Verbrennungskraft- maschine. Dieser gespeicherte Wert für zumindest den Füllstand soll einer Regelung oder der Schalteinrichtung zur Verfügung gestellt werden, wenn die Vorrichtung wieder aktiviert wird, also wenn die elektrische Versorgung wieder hergestellt wird. Insbesondere können auch weitere Werte gespeichert werden, z. B. die Qualität der Harnstoff-Wasser-Lösung (elektrischer Leitwert, Dichte, usw.).
Diese Bereitstellung eines Wertes für den Füllstand ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn zumindest ein Teil der Harnstoff-Wasser-Lösung im Harnstoffbehälter nach der Abschaltung der Vorrichtung einfriert. In die- sem Fall kann durch den Schall-emittierenden Sensor eine Füllstandsmessung unter Umständen nicht erfolgen, bzw. würde keinen verlässlichen Wert erzeugen. Die Qualität der Harnstoff-Wasser-Lösung könnte bereits nach einem Auftauen der Harnstoff-Wasser-Lösung in der Umgebung des Sensors gemessen werden, für die Ermittlung des tatsächlichen Füllstands ist aber ein vollständiges Auftauen der Harnstoff-Wasser-Lösung notwendig. Durch die Bereitstellung eines gespeicherten Wertes zumindest für den Füllstand kann durch die Regelung bzw. die Schalteinrichtung jederzeit (auch unmittelbar nach dem Wiedereinschalten bzw. Inbetriebneh- men der Vorrichtung) eine Ermittlung der Reichweite erfolgen, die das Kraftfahrzeug mit der zur Verfügung stehenden Harnstoff -Wasser-Lösung erreichen kann. Durch die Bereitstellung weiterer gespeicherter Werte (für die Dichte, elektrischen Leitwert, usw.) kann unmittelbar nach dem Wiedereinschalten der Vorrichtung bereits eine Aussage zur Qualität der Harnstoff- Wasser-Lösung getroffen werden, obwohl die eingesetzten Sensoren und Messwertaufnehmer aufgrund der gefrorenen Harnstoff- Wasser-Lösung noch keine verlässlichen Werte generieren können.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug weist eine Verbrennungskraftma- schine und wenigstens eine Abgasbehandlungsvorrichtung auf, sowie einen Harnstoffbehälter mit einem schallemittierenden Sensor zum Messen des Füllstands des Harnstoffbehälters mittels Wegmessung mit Schallwellen, wobei der Sensor erfindungsgemäß vom Sumpf des Harnstoffbehäl- ters aufgenommen ist. Insbesondere ist das Kraftfahrzeug zur Durchfüh- rung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet.
Ein Kraftfahrzeug kann ein jegliches Kraftfahrzeug sein, das eine Verbrennungskraftmaschine aufweist. Hierbei sind nicht nur Kraftfahrzeuge gemeint, die durch diese Verbrennungskraftmaschine an- bzw. vorange- trieben werden. Hierbei sind z. B. auch Hybridfahrzeuge denkbar, die eine Verbrennungskraftmaschine lediglich als Generatoraggregat nutzen. Auch denkbar sind Kraftfahrzeuge mit Zusatzeinrichtungen wie Kran- und Baggervorrichtungen, die wiederum durch eine Verbrennungskraftmaschine (indirekt) angetrieben werden. Eine Verbrennungskraftmaschine stellt in der Regel eine Energiewandlungsmaschine dar, die auf einem geschlossenen oder offenen Kreispro- zess beruht. Hierfür geeignete Verbrennungskraftmaschinen sind jegli- che, die einen Brennstoff verwenden, der bei der Verbrennung zur Umwandlung der chemischen in mechanische Energie in einem solchen Maße Emissionen generieren, dass diese durch das zur Reinigung geeignete Reduktionsmittel zu einer Reduktion der unerwünschten Emissionen führt. Dies sind in der Regel Hubkolbenmotoren und Tauchkolbenmotoren so- wie Drehkolben- und insbesondere Wankelmotoren. Geeignete Brennstoffe stellen unter anderem Dieselkraftstoffe und Benzinkraftstoffe dar, aber auch Brennstoffe wie Erdgas und Flüssiggas. Die Verbrennungskraftmaschine kann durch das Signal von dem schallemittierenden Sensor zum Messen des Füllstands des Harnstoffbehälters bei Leermeldung zur Emis- sionsreduktion gedrosselt werden.
Die wenigstens eine Abgasbehandlungsvorrichtung ist in der Regel in die Abgasableitung vom Verbrennungskraftmotor zum Endrohr zwischengeschaltet. Hier wird (stromaufwärts also vorgelagert) die Harnstoff -Wasser- Lösung oder bereits gasförmiges Ammoniak in die Abgase eingespritzt. Die Abgasbehandlungsvorrichtung wird im Wesentlichen durch Emissionsmessungen gesteuert, kann aber weiterhin mittelbar durch das Signal von dem schallemittierenden Sensor zum Messen des Füllstands des Harnstoffbehälters bei Leermeldung abgeschaltet werden.
Die Vorrichtung, aufweisend einen Harnstoffbehälter mit dem schallemittierenden Sensor, entspricht in seiner Bauweise und Funktionsweise der in den vorangehenden Absätzen beschriebenen Art. Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Die Figuren sind schematisch und benennen gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen. Es zeigen: Fig. 1: eine erste Aus führungs Variante eines Harnstoffbehälters, aufweisend einen Sumpf, der einen schallemittierenden Sensor vollständig aufnimmt,
Fig. 2: eine zweite Ausführungsvariante eines Harnstoffbehälters mit einem Sumpf, der den Sensor vollständig aufnimmt, wobei der Sensor teilweise in den Sumpf hineinragt, Fig. 3: eine dritte Ausführungsvariante eines Harnstoffbehälters mit einem Sumpf, wobei der Sensor in einer Vertiefung im Sumpf vollständig aufgenommen ist,
Fig. 4: eine vierte Ausführungsvariante eines Harnstoffbehälters mit einem Sumpf, wobei die Normale auf der schallemittierenden
Oberfläche des Sensors in einem Winkel zur wesentlichen Schallrichtung ausgerichtet ist,
Fig. 5: ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Abgasbehandlung svorrich- tung und einen Harnstoffbehälter, der entsprechend der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingerichtet ist, und
Fig. 6 eine weitere Ausführungsvariante eines Harnstoffbehälters mit einem Sumpf, wobei der Sumpfboden mit einer Harnstoffent- nähme einrichtung und einem Sensor eine Baueinheit bilden.
Die Bezugszeichen in den einzelnen Figuren benennen dabei stets gleiche Bauteile bzw. Elemente, auch wenn nachfolgend nicht explizit im Detail darauf eingegangen wird. Insoweit kann ergänzend auf die entsprechende Offenbarung in einer anderen Figur Bezug genommen werden.
Fig. 1 zeigt einen Harnstoffbehälter 1, der mit einer Harnstoff -Wasser- Lösung 31 bis zu einem Füllstand 17 gefüllt ist. An dem Harnstof fbehäl- terboden 2 ist unterhalb des Niveaus 14 des Harnstoffbehälterbodens 2 ein Sumpf 3 mit einer Bauhöhe 9 und einem Sumpfboden 4 angebaut. Im Sumpf 3 erstreckt sich der schallemittierende Sensor 5 vom Niveau 14 bis zum Sumpfboden 4. Die schallemittierende Oberfläche 6 grenzt exakt an das Niveau 14 des Harnstoffbehälterbodens 2 an. Die Harnstoffentnah- meeinrichtung 7 ist im Bereich der Bauhöhe 9 des Sumpfs 3 zur Entnahme des Harnstoffs angebracht. Die Gesamtharnstofffüllhöhe beträgt die Summe aus der Höhe des Füllstands 17 und der Bauhöhe 9 des Sumpfs 3. Der Sensor 5 registriert den Füllstand 17 (oberhalb des Sumpfs 3) mittels der Weg-Zeit-Bestimmung der Schallwellen 15 und des Echos 16 der Schallwellen 15. In diesem Fall sind die Normale 10 der schallemittierenden Oberfläche 6 des Sensors 5 und die wesentliche Schallrichtung 12 deckungsgleich. Sackt der Füllstand 17 bis zum Niveau 14 des Harnstoffbehälterbodens 2 ab, so meldet der Sensor 5 einen leeren Harnstoffbehäl- ter 1. Dennoch verbleibt ein restliches entnehmbares Harnstoffvolumen im Sumpf 3 zwischen dem Niveau 14 des Harnstoffbehälterbodens 2 und der Entnahmehöhe durch die Harnstoffentnahmeeinrichtung 7.
Fig. 2 zeigt einen Harnstoffbehälter 1 ähnlich wie in Fig. 1 dargestellt. Im Unterschied zu Fig. 1 ist der Sensor 5 in einer Vertiefung 8 im Sumpf 3, der vom Sumpfboden 4 in dem Bereich des Sumpfs 3 hineinragt. Der Sensor 5 ist zudem zweiteilig ausgeführt, wobei schallemittierende Oberfläche 6 und Empfänger 28 unmittelbar nebeneinander angeordnet sind, hier auch in einem gemeinsamen Gehäuse 30 des Sensors 5. Darüber hinaus ragt die schallemittierende Oberfläche 6 des Sensors 5 (und der Emp- fänger 28) in den Sumpf 3 hinein. Weiterhin befindet sich die schallemittierende Oberfläche 6 (und der Empfänger 28) des Sensors 5 unterhalb des Niveaus 14 des Harnstoffbehälterbodens 2. Dadurch misst der Sensor einen Füllstand 17, der von der Grenzfläche der Harnstoff- Wasser-Lösung (Oberfläche der Harnstoff-Wasser-Lösung) bis über das Niveau 14 des Harnstoffbehälterbodens 2 hinaus zur schallemittierenden Oberfläche 6 des Sensors 5 reicht. Aber auch hier ist die Harnstoffentnahmeeinrichtung 7 unterhalb der schallemittierenden Oberfläche 6 des Sensors 5 angebracht. Also besteht auch hier ein entnehmbares Restvolumen der Harnstoff-Wasser-Lösung 31, nachdem der Sensor 5 meldet, dass der Füllstand 17„Null" ist. Weiterhin ist hier ein Messwertaufnehmer 29 im Sumpf 3 angeordnet, durch den z. B. der elektrische Leitwert der Harnstoff-Wasser-Lösung 31 ermittelt werden kann. Fig. 3 zeigt einen Harnstoffbehälter 1 ähnlich der Darstellung in Fig. 1. Hierbei ist der Sensor 5 vollständig in einer Vertiefung 8 im Bereich des Sumpfs 4 eingebracht. Hierbei reicht die Vertiefung, die vom Sumpfboden 4 des Sumpfs 3 her eingebracht ist, bis zum Niveau 14 des Harnstoffbehälterbodens 2. Die schallemittierende Oberfläche 6 des Sensors grenzt direkt an den Bereich der Vertiefung 8 an, der deckungsgleich mit dem Niveau 14 des Harnstoffbehälterbodens 2 ist. Wie in Fig. 2 ist auch hier die Bauhöhe 9 des Sumpfs 3 größer als die Einbauhöhe des Sensors 5.
Fig. 4 zeigt einen Harnstoffbehälter 1, wobei der Sensor 5 wie in Fig. 1 vollständig vom Sumpf 3 aufgenommen wird. Im Unterschied zu den vorhergehenden Figuren weist die Normale 10 der schallemittierenden Oberfläche 6 gegenüber der wesentlichen Schallrichtung 12 einen Winkel 11 auf. Die Schallwellen 15, emittiert durch die schallemittierende Oberfläche 6, breiten sich zunächst im Wesentlichen entlang der Normalen 10 der schallemittierenden Oberfläche 6 aus. Durch das im Sumpf 3 integrierte Schallumlenkmittel 13 werden die Schallwellen 15 in Richtung der wesentlichen Schallrichtung 12 umgelenkt. Das Echo 16 wird zunächst in rückwärtiger Richtung entlang der wesentlichen Schallrichtung 12 reflektiert bis hin zum Schallumlenkmittel 13, wo das Echo 16 wiederum rück- wärtig entlang der Normalen 10 zur schallemittierenden Oberfläche 6 umgelenkt wird. Die Füllstandshöhenmessung ist hierbei nach unten hin durch das oberste Ende der geneigten schallemittierenden Oberfläche 6 begrenzt. Sinkt die Füllhöhe der Harnstoff-Wasser-Lösung unter diesen Punkt, entsteht eine Grenzfläche, die die Messung mittels Schall stört. Der Sensor 5 bzw. die Messeinrichtung des Sensors 5 sind auf diese untere Grenze justiert.
Fig. 5 zeigt ein Kraftfahrzeug 18 mit einer Verbrennungskraftmaschine 19, einer Abgasbehandlungsvorrichtung 20, wobei das Reduktionsmittel (hier flüssiger Harnstoff) über eine Dosierdüse 21 vom Harnstoffbehälter 1 bzw. vom Sumpf 3 in die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 (z. B. ein Hydrolysekatalysator und/oder ein SCR-Katalysator) eingeführt wird. Das gereinigte Abgas wird durch die Abgasleitung 23 hindurch geführt und verlässt die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 durch das Endrohr 24. Der Sensor 5 im Harnstoffbehälter 1 bzw. im Sumpf 3 meldet den Füllstand über die Signalleitung 25 an eine Schalteinrichtung 22. Die Schalteinrichtung 22 ist so eingerichtet, dass sie über die Motordrosselsignalleitung 26 die Verbrennungskraftmaschine 19 drosselt. Die Schalteinrichtung 22 schaltet die Dosierdüse 21 über die Dosierdüsenschließsignalleitung 27 ab. Die Abschaltung bzw. Drosselung durch die Schalteinrichtung 22 geschieht nach einem mittelbaren Zeitraum nach Meldung, dass der Harn- stoffbehälter 1 leer ist, durch den Sensor 5 über die Signalleitung 25 zur Schalteinrichtung 22.
In Fig. 6 ist schematisch eine weitere Ausführungsvariante eines Harn- stoffbehälters 1 mit einem Sumpf 3 dargestellt, wobei der Sumpfboden 4 mit einer Harnstoffentnahmeeinrichtung 7 und einem Sensor 5 eine Baueinheit bilden. Wie angedeutet, können die Harnstoffentnahmeeinrich- tung 7 (z. B. mit einem Filter, einer Pumpe, Förderleitungen, Sensoren für Druck und/oder Temperatur, Rücklaufleitung, Ventil) und der Sensor 5 auf einem separaten Sumpfboden 4 vormontiert und schließlich in den Sumpf 3 dicht eingesetzt werden. Der Sumpfboden 4 ist dabei nach Art einer (stabilen, beispielsweise metallischen) Modulplatte ausgeführt, wo- bei Bauteile, die nicht mit dem Harnstoff direkt in Kontakt stehen sollen, (mit einem Gehäuse) gekapselt ausgeführt sein können. Dementsprechend können auch die anderen hier angeführten Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit vormontierten Baueinheiten gebildet sein, die in eine Öffnung des Harnstoffbehälters 1 dicht verbaut werden.
Somit sind die eingangs im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme weiter gelindert worden. Es wurde insbesondere eine Vorrichtung vorgeschlagen, die zum einen Bauraum einspart und gleichzeitig eine einfachere Montage erlaubt. Des Weiteren ist so gewährleistet, dass nach Meldung durch den schallemittierenden Sensor, dass der Füllstand einen minimalen Grenzwert erreicht bzw. gegen Null geht, dennoch ein ausreichendes Restvolumen Harnstoff vorhanden ist, um mit dem Kraftfahrzeug bei optimaler Motorleistung und gesetzlich vorgeschriebenem Schadstoffausstoß eine Tankstelle erreichen und den Harnstoffbehälter dort nachfüllen zu können.
Bezugszeichenliste
1 Harnstoffbehälter
2 Harnstoffbehälterboden
3 Sumpf
4 Sumpfboden
5 Sensor
6 schallemittierende Oberfläche
7 Harnstoffentnahmeeinrichtung
8 Vertiefung
9 Bauhöhe
10 Normale
11 Winkel
12 wesentliche Schallrichtung
13 Schallumlenkmittel
14 Niveau
15 Schallwellen
16 Echo
17 Füllstand
18 Kraftfahrzeug
19 Verbrennungskraftmaschine
20 Abgasbehandlungsvorrichtung
21 Dosierdüse
22 Schalteinrichtung
23 Abgasleitung
24 Endrohr
25 Signalleitung
26 Motordrosselsignalleitung
27 Dosierdüsenschließsignalleitung
28 Empfänger
29 Messwertaufnehmer
30 Gehäuse
31 Harnstoff -Wasser-Lösung

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zum Messen des Füllstands (17) eines Harnstoffbehäl- ters (1) durch Wegbestimmung mit durch einen Sensor (5) emittierte Schallwellen (15) und deren Echo (16), aufweisend einen Harn- stoffbehälterboden (2) und einen Sumpf (3) mit einer Bauhöhe (9), wobei der Sumpf (3) an den Harnstoffbehälterboden (2) angrenzt und unterhalb des Niveaus (14) des Harnstoffbehälterbodens (2) liegt, und weiterhin der Sumpf (3) mit dem Harnstoffbehälter (1) offen verbunden und nach unten hin durch einen Sumpfboden (4) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass:
der Sensor (5) im Bereich des Sumpfes (3) aufgenommen ist, und
der Sensor (5) mit einer schallemittierenden Oberfläche (6) zur Aussendung von Schallwellen (15) und zum Empfang von Echos (16) eben dieser Schallwellen (15) im Harnstoffbehälter (1) so angebracht ist, dass die schallemittierende Oberfläche (6) des Sensors (5) maximal an das Niveau (14) des Harnstoffbehälterbodens (2) angrenzt.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, wobei eine Harnstoff entnah- meeinrichtung (7) an den Sumpf (3) angeschlossen ist und sich auf einer Höhe zwischen dem Niveau (14) des Harnstoffbehälterbodens (2) und dem Sumpfboden (4) befindet.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei der Sensor (5) in einer Vertiefung (8) außen am Sumpf (3) eingebracht ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wo- bei der Sensor (5) zumindest teilweise in den Sumpf (3) hineinragt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Bauhöhe (9) des Sumpfes (3) einer Einbauhöhe des Sensors (5) entspricht. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Normale (10) auf der schallemittierenden Oberfläche (6) des Sensors (5) in einem Winkel (11) zur wesentlichen Schallrichtung (12) ausgerichtet ist und ein Schallumlenkmittel (13) die Schallwellen (15) im Wesentlichen nach oben umlenkt.
Kraftfahrzeug (18) aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (19) und wenigstens eine Abgasbehandlungsvorrichtung (20), aufweisend einen Harnstoffbehälter (1) mit einem schallemittierenden Sensor (5) zum Messen des Füllstands (17) des Harnstoffbehälters (1) mittels Wegmessung mit Schallwellen (15, 16), wobei der Sensor (5) mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche vom Sumpf (3) des Harnstoffbehälters (1) aufgenommen ist.
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