用于检测流体品质的传感器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于测量一储存在罐（10）中的运行物质和/或辅助物质（12）、尤其一还原剂的品质的设备，其中，一参考容器（20）与所述运行物质和/或辅助物质（12）经由一半透膜（24）处于连接中，并且所述参考容器（20）以一介质（22）填充，所述介质具有一相对于所使用的运行物质和/或辅助物质（12）的已知的渗透压。
【专利说明】用于检测流体品质的传感器
【背景技术】
[0001]为了满足严格的排放法规，必须在内燃机中，尤其在自点火的内燃机中减少废气中含有的氮氧化物。为了实施必要的废弃后处理，已很大程度地设立了基于选择性催化反应（SCR)的方法。在SCR方法中，借助于一运行物质和/或辅助物质，尤其一用于形成氮气和水的还原剂来减少氮氧化物。作为运行物质和/或辅助物质，常常使用尿素-水溶液，其例如可作为商品名AdBlue来获得。通过尿素的热分解，在废气线路中产生真正的还原剂，气态的氨NH3。所述运行物质和/或辅助物质被储存在一罐中，并且经由一输送模块或配量模块来喷入到所述废气线路中。在此情况下必要的是，由所述配量模块始终喷射足够量的还原剂。为了确定所需的运行物质和/或辅助物质的正确的量，控制器必须准确地知道所述运行物质和/或辅助物质的特性。如果例如常常使用的尿素-水溶液具有一过小的尿素含量，则在废气线路中不产生足够的氨，并且无法完全减小氮氧化物。这导致了超过法定的废气极值。针对一错误的尿素浓度的原因可能例如是加入了错误的还原剂，或者为了明显更小的价格而故意地加入了蒸馏水来代替所述运行物质和/或辅助物质。由于废弃后处理系统必须在任何时间点都确保维持所述氮氧化物排放的法律上的极值，必要的是，所述废弃后处理系统识别到错误地加入的运行物质/辅助物质，并且阻止了它们的使用。
[0002]从DE 10 2007 059 853 Al中公开了一种用于储存一运行物质或辅助物质的罐，其设计有用于测量填充高度和所加入的液体的品质的器具。在此情况下，所述测量借助于一超声波转换器来进行，其发出超声波信号并且又接收所反射的信息。此外，从接收到的超声波回声中可以借助于关于温度的知识来计算所述液体的密度和所述填充高度。通过将所述密度与所存储的值进行比较，可以推断出所加入的液体的类型或品质。
[0003]另一种用于确定所加入的运行物质或辅助物质的品质的方式是测量在一氧化氮还原的情况下的SCR催化装置的效率。在该方法的情况下的缺点是，只有以延迟，也就是说只有当无法再维持所述废气极值时，才能够发现所述还原剂的不好的品质，以及该测量的一般很小的精确度。
[0004]所有按照现有技术已知的用于测量所加入的运行物质和/或辅助物质的品质的方法都具有一比较大的耗费以及高的费用。
【发明内容】
[0005]根据本发明，建议一种用于测量一储存在罐中的运行物质和/或辅助物质、尤其一还原剂的品质的设备，其中，一参考容器与所述运行物质和/或辅助物质经由一半透膜处于连接中并且所述参考容器以一介质填充，该介质具有一已知的相对于所使用的运行物质和/或辅助物质的渗透压。在此情况下，在一溶剂的一种物质的浓度相对于一纯溶剂的渗透压和温度之间的相关性由范特霍夫定律来描述：
P= r* · R · T
1 osmotisch1V 1
其中，
Posmotisch
是渗透压， C是所有溶解地、离解地和未离解地存在的粒子的数量，
R是通用的气体常数以及 T是以开尔文为单位的温度。
[0006]根据所使用的参考介质和罐内容物的不同，在所述参考容器中的介质和所述罐中的运行物质和/或辅助物质之间的渗透压是正的、零或负的。
[0007]在储存一用于选择性催化反应的还原剂的情况下，所述运行物质和/或辅助物质尤其是尿素-水溶液。具有已知的尿素浓度的尿素-水溶液也可以作为参考介质在所述参考容器中使用。通过所述半透膜，水可以在所述参考容器和所剩余的罐之间来回扩散。根据在所述参考容器中的以及在所剩余的罐中的尿素浓度的不同，在所述参考容器中调节出一负压、等压或一超压。如果例如在所述参考容器中具有一具有已知的浓度的尿素-水溶液，并且所述罐代替以所述尿素-水溶液填充而以水来填充，则通过所述渗透在所述参考容器中构建一超压。
[0008]该超压可以利用一安装在所述参考容器上的压力传感器来获知。之后，用于评价所述压力传感器的信号的控制器可以采取适当措施，例如减小所述驱动装置的功率或阻止内燃机运行。
[0009]在本发明的一种有利的实施方式中，在所述参考容器上安装一个或多个柔性兀件，所述柔性元件通过所述参考容器中的压力变化来变形并且在该变形的情况下封锁所述罐的出口。由此确保了一错误地加入的运行物质和/或辅助物质不会到达废气系统中。
[0010]然而也可以使用一由压力引起的变形，用以操作一用于关闭所述罐的机械元件和/或用于操作一机械开关。
[0011]当所述参考容器要经由一柔性元件关闭所述罐出口时，有利的是，给所述参考容器固定地在所述罐中配设一适当的固定器具。但如果从所述参考容器经由一压力传感器或经由一固定在所述参考容器上的机械开关仅发生一个信号，则所述参考容器也可以松动地布置在所述罐中。
[0012]在另一个有利的实施方式中，所述参考容器不是布置在用于储存所述运行物质和/或辅助物质的罐本身中，而是布置在一从所述罐离开的管道中。在此情况下，将所述参考容器设计得尽可能小，并且优选布置在一部位处，该部位从外部难以接近。由此加大了操纵所述参考容器的难度。
[0013]作为其它的防止从外部操纵但使得所述参考容器防冻的措施，所述容器可以通过加装的金属板或纤维来增强。特别优选地，为了防冻，将一个或多个挤压体加装到所述参考容器中，以便能够接受通过所述容器的冻结的内容物而造成的体积增大。在另一种有利的实施方式中，由此确保所述防冻安全性，即使用一具有低于最低的所预期的温度的冻点的参考介质。
[0014]在另一种优选的实施方式中，向所述参考容器中的参考介质添加一染料，利用该染料尤其可以容易地指出所述容器的钻孔。所述容器的钻孔能够实现所述参考容器和所述罐之间的压力平衡，且因此不允许所加入的运行物质和/或辅助物质的品质的测量。如果一参考容器被钻孔，则所述染料到达所述罐内容物中，其中，所述参考容器的参考介质包含一染料。通过所述罐内容物的染色，其优选也显示为所述内燃机的废气的染色，可以容易地指出所述操纵。在另一种实施方式中，如此设计所述参考容器的半透膜，使得该膜在超过一极限压力时破裂。在此情况下，一错误加入会导致所述参考容器中的压力升高，该压力升高位于所调节出的所述半透膜的极限压力之上，并且包含在所述参考介质中的染料被指出。
[0015]在另一种优选的实施方式中，为了监控所述参考容器，将通常已经存在的传感器，如所述罐中的填充高度传感器或在所述输送模块中的压力传感器的测量值包括在内。在车辆运动时出现的所述罐中的晃动运动导致了所加入的液体的填充高度中的波动，所述波动也可以经由所述参考容器中的小的压力波动来测量。如果在所述参考容器中缺少所述压力波动，则这表明了一操纵或一失效的传感器。此外优选的是，所述参考容器中的参考介质如此选择，即在所述罐中的正确的运行物质和/或辅助物质的情况下也持久地调节出所述参考容器中的一超压或负压。在此情况下，所测量的所述参考容器中的超压或负压用于监控所述压力传感器的功能。
[0016]发明优点
根据本发明的用于测量一储存在罐中的运行物质和/或辅助物质的品质的设备通过其简单的结构允许了所储存的运行物质和/或辅助物质的可靠的且成本低廉的测量。可靠地识别到一错误加入，并且在错误的或品质低劣的运行物质和/或辅助物质的情况下阻止了内燃机的运行，以便能够在任何时候都确保法定的废气极值的维持。通过如下可能性，在错误加入的情况下关闭所述罐出口，有效地防止所述废弃后处理系统受到通过一错误加入的运行物质和/或辅助物质造成的可能的损坏。根据本发明的设备能够通过使用一与温度匹配的参考介质和/或使用挤压体以简单的方式防冻地设计，这能够在没有大的耗费和其它费用的情况下实现所述设备在具有低的周围温度的地区中的使用。所述系统在其它的实施方式中的可能的操纵安全性也有助于相对于从现有技术中已知的系统的提高的安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]下面参照附图详细地描述本发明。
[0018]其中:
图1示出了根据本发明的用于测量储存在罐中的运行物质和/或辅助物质的设备的第一实施变型，其中，所述参考容器布置在所述罐中，
图2a示出了具有一压力传感器的根据本发明的设备的参考容器，
图2b示出了具有一机械开关的、根据本发明的设备的参考容器，
图3示出了根据本发明的设备的另一种实施方式，其中，所述参考容器利用一柔性元件在所述罐中固定地布置在所述罐出口之上并且
图4示出了根据本发明的设备的另一种实施方式，其中，所述参考容器布置在一从所述罐离开的管道上。
【具体实施方式】
[0019]图1可见一用于测量一储存在罐中的运行物质和/或辅助物质的品质的设备的示意图。
[0020]图1示出了一用于储存一运行物质和/或辅助物质12的罐10。在所述罐10中具有一填充高度传感器14和一参考容器20。所述运行物质和/或辅助物质经由一管道16向一配量模块40流动。所述参考容器具有一半透膜24，水可以通过该膜在所述罐和所述参考容器之间扩散。所述参考容器以一参考介质22填充。在所述参考容器20和所述罐10之间调节出的渗透压取决于所加入的运行物质和/或辅助物质12和在所述参考容器20中使用的参考介质22。所述参考容器20中的压力经由一压力传感器32来测量并且转交到一控制器38上。如果例如不仅所述罐10而且所述参考容器20以尿素-水溶液来填充，其中，二者具有相同的尿素浓度，则压力是平衡的。如果这时例如所述罐10代替以尿素-水溶液而仅以蒸馏水来填充，则水通过半透膜24从所述罐10扩散到所述参考容器20中并且所述参考容器20中的压力升高。在超过一极值时，所述控制器38可以采取适当的措施，例如阻止内燃机运行或通过停下所述配量模块40，防止了一错误加入的液体喷射到所述废气系统中。
[0021]图2a示出了用于测量一储存在罐中的运行物质和/或辅助物质的品质的设备的参考容器的详细示图。
[0022]图2a示出了所述参考容器20，所述半透膜24装入到其壁26中。针对使用尿素-水溶液的情况，所述膜24例如对于水是可透过的，但针对尿素是无法透过的。在所述参考容器20的内部具有所述参考介质22，其例如同样可以是尿素-水溶液。由于通常所使用的低共熔的尿素-水溶液在低于_11°C的温度下冻结，因此优选将所述参考容器20设计成防冻的。这可以例如经由所述壁26的增厚部或加装金属板28来实施。但所述参考容器20的壁26也可以通过提高所述壁厚或通过加装纤维来增强。在所述尿素-水溶液冻结的情况下随之发生的体积增大可以经由使用一挤压体30来平衡。所述挤压体30设计成弹性的并且通过冰来挤压到一起。在所述参考容器20中的压力由一压力传感器32来测量，其在图2a中所示的实施例中经由一膜34与所述参考介质22分开。所述膜34在所述参考容器20中的超压的情况下向上偏移，在所述参考容器20中的负压的情况下向下偏移。通过所述膜34避免了，一入侵的参考介质22，例如尿素-水溶液作用于所述传感器32上。如果使用一耐受所述参考介质22的传感器32，则也可以取消所述膜34。
[0023]图2b示出了具有一机械开关的参考容器的详细示图。
[0024]图2b示出了所述参考容器20，所述半透膜24装入到其壁26中。针对使用尿素-水溶液的情况，所述膜24例如对于水是可透过的，但针对尿素是无法透过的。通过一膜34从所述参考容器20内部的分开，将一机械开关33以如下方式布置在所述参考容器20上，使得所述膜34的偏移操作所述开关。在所述参考容器20的内部具有所述参考介质22，其例如同样可以是尿素-水溶液。在尿素-水溶液作为辅助物质和运行物质12的情况下，当代替尿素-水溶液而加入蒸馏水时，压力被提高。通过在所述参考容器20内部中的错误加入而调节出的超压使所述膜34偏移，并且在此情况下操作所述机械开关33。其信号可以用于采取合适的措施，例如减小所述内燃机的功率，或阻止其运行。
[0025]图3示出了根据本发明的设备的另一种实施方式，其中，所述参考容器设计有一柔性元件。
[0026]在图3中所示的根据本发明的用于测量一储存在罐中的运行物质和/或辅助物质12的品质的设备的实施方式中，所述参考容器20固定地在所述罐10中布置在所述罐的出口 18之上，经由所述出口，所述运行物质和/或辅助物质12从所述罐10到达所述管道16中。所述参考容器20在壳体壁26中具有一半透膜24，通过该膜，例如在使用尿素-水溶液作为运行物质和/或辅助物质12的情况下，实施成可透水的。作为所述参考容器20中的参考介质22同样可以使用尿素-水溶液。所述参考容器20在一直接布置在所述罐出口 18之上的部位处具有一柔性元件36，其可以在压力下变形。如果在该例子中代替尿素-水溶液作为运行物质和/或辅助物质12而仅加入蒸馏水，则在所述参考容器20中所述压力由于渗透而提高。通过提高的压力使所述柔性元件36变形并且具有在图3中以附图标记37表示的形状。在此情况下，由所述柔性元件36封锁所述罐出口 18。由此防止了，一错误加入的运行物质和/或辅助物质12会经由所述管道16和所述配量模块40到达所述废气系统中。此外，所述控制器38可以经由在所述配量模块40中已经存在的传感器来识别该错误状态。所述罐出口 18的封锁可以代替所述柔性元件36或37也可以利用一柔性的弹簧元件或利用另一种机械器具来实现，该机械器具经由所述参考容器中的压力差来操作。
[0027]图4示出了根据本发明的设备的另一种实施方式，其中，所述参考容器布置在一从所述罐10离开的管道16上。
[0028]图4示出了一用于储存一运行物质和/或辅助物质12的罐10，该运行物质和/或辅助物质通过所述罐出口 18和一管道16流入到所述输送模块40中。在所述管道16上布置一填充高度传感器14和所述参考容器20。所述参考容器20具有一半透膜24，其直接与所述管道16中的运行物质和/或辅助物质12处于连接中。在所述参考容器20的内部具有所述参考介质22。所述参考容器20内部的压力经由一压力传感器32来获知，所述压力传感器将其测量值如同所述填充高度传感器14那样转交到一控制器38上。在一 SCR系统中使用时，例如不仅作为运行物质和/或辅助物质12而且作为参考介质22使用尿素-水溶液。如果这时例如所述罐10被错误加入了蒸馏水，则水从所述管道16扩散到所述参考容器20的内部并且使得内部的压力升高。如果由传感器32测量到的压力升高超过了一临界的极值，则所述控制器38可以采取适当的措施，例如通过停下所述输送模块40，阻止错误加入的运行物质和/或辅助物质12喷射到所述废气处理系统中。为了检查由所述压力传感器32提供的压力值的可信度，也就是说防止操纵和/或一个或多个传感器的失效，所述控制器38可以使用其它的数据源，例如所述填充高度传感器14或在所述输送模块40中加装的传感器。例如由所述填充高度传感器14察觉到的所述罐10中的运行物质和/或辅助物质12的运动，也导致了极小的压力波动，所述压力波动由传感器32检测到。所述控制器38可以将两个传感器的测量值相互连接并且通过所述压力波动或填充高度波动的消失推断出所述传感器之一的失效和/或操纵。在一使用尿素-水溶液的SCR系统中，另一种用于检测所述传感器数据的可信度的可能性在于，作为参考介质22使用尿素-水溶液，其具有相对于处于所述罐10中的溶液改变的尿素浓度。这即使在所述罐10的规律的加料情况下也导致了必须由传感器32检测的所述参考容器20中的超压或负压。所述超压或负压的检测的消失说明了所述传感器32或所述参考容器20的操纵。例如一钻孔的参考容器20能够实现在所述参考容器20的内腔和所述罐10之间的不受阻的液体交换，从而在任何情况下都不会出现压力差。为了防止所述参考容器20的操纵，有利的是，将所述容器壁26例如通过加装金属板28来增强和/或将所述参考容器20定位在从外部难以接近的部位处。同样有利的是，将所述参考容器20设计得尽可能小，因为这样其难以从外部到达。所述参考容器20的一发生的钻孔在一种实施方式中可以例如通过将一染料添加到所述参考介质22中来指出。如果所述参考容器20被钻孔，则所述染料从所述参考容器20的内部到达所述罐10或所述管道16中并且将所述罐内容物12染色。该染色优选在废气中也是可指出的。
【权利要求】
1.用于测量一储存在罐(10)中的运行物质和/或辅助物质(12)、尤其一还原剂的品质的设备，其特征在于，一参考容器(20)与所述运行物质和/或辅助物质(12)经由一半透膜(24 )处于连接中，并且所述参考容器(20 )以一介质(22 )填充，所述介质具有一相对于所使用的运行物质和/或辅助物质(12)的已知的渗透压。
2.按照权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述参考容器(20)中的介质(22)和所述罐(10)中的运行物质和/或辅助物质(12)之间的渗透压能够是正的、零或负的。
3.按照权利要求1或2所述的设备，其特征在于，在所述参考容器(20)中布置有用于测量压力的器具(32)。
4.按照权利要求1或2所述的设备，其特征在于，在所述参考容器(20)中的压力变化使柔性元件(36、37)变形，并且所述柔性元件关闭所述罐(10)的罐出口(18)。
5.按照权利要求1或2所述的设备，其特征在于，通过所述参考容器(20)中的由压力弓I起的变形来操作一机械元件(33 )。
6.按照前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述参考容器(20)在所述罐(10)内松动地或利用一固定器具固定地布置。
7.按照权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述参考容器(20)布置在一从所述罐(10)离开的管道(16)中。
8.按照前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述参考容器(20)的壁(26)通过加厚的壁、加装的金属板(28)和/或纤维来增强。
9.按照前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述参考容器(20)内的介质(22)设有一染料。
10.用于测量一储存在罐(10)中的运行物质和/或辅助物质(12)、尤其一还原剂的品质的方法，其特征在于，关于压力和/或压力曲线的测量在一参考容器(20)中进行，所述参考容器与所述运行物质和/或辅助物质(12)经由一半透膜(24)处于连接中。
11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，来自所述参考容器(20)的测量值经由填充高度(10)的测量和/或通过在所述参考容器(20)中调节出的超压、等压或超压来检查可信度。
【文档编号】G01N13/04GK103562703SQ201280025448
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2012年4月4日 优先权日:2011年5月26日
【发明者】M.格勒克勒, A.弗里奇 申请人:罗伯特·博世有限公司