用于超声波测量液体的填充水平的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于测量储箱中液体添加剂的填充水平的方法。储箱中的液体添加剂可以例如设置成在机动车辆中使用。
【背景技术】
[0002]废气净化装置广泛用于例如汽车领域，其中燃烧发动机的废气借助于液体添加剂被净化。举例来说，已知选择性催化还原方法[SCR方法；SCR= selective catalyticreduct1n]，其中，还原剂被作为液体添加剂添加至废气，废气中的氮氧化合物借助于还原剂还原。尿素/水溶液通常用作SCR方法的还原剂；其可以作为液体添加剂储存和供给并且随后在添加至废气之前和/或在废气中转化成氨。实际的还原反应随后在氨和废气中的氮氧化合物之间发生。尿素/水溶液向氨的转化由于废气热而以热方式在废气中发生和/或例如由水解催化剂支持而以水解方式发生。转化可以在废气中或在废气-外部转化器中发生。含有32.5%的尿素含量的尿素/水溶液可在商标名AdBlue下作为用于SCR方法的液体添加剂获得。
[0003]填充水平传感器通常设置在储箱上以监测机动车储箱内的可用还原剂的量。在这种情况下，使用超声波传感器也是已知的；这些超声波传感器可借助于测量超声波信号在液体添加剂中的传播时间来确定填充水平。传播时间通常从储箱底部的超声波发射器向上到储箱的液面然后返回箱底部的超声波接收器来测量。为此，由超声波发射器发射的超声波信号在液面被反射。液面的距离可以基于超声波信号在液体添加剂中的传播速度从所述传播时间确定。
[0004]超声波在储箱中的传播速度通常取决于液体添加剂的成分。该成分可以随着质量和浓度的变化而变化。因此在超声波传感器的情况下通常进行附加的参考测量。在该参考测量过程中确定超声波信号从超声波传感器到参考面并返回超声波传感器的传播时间。在这种情况下，从超声波传感器到参考面的路径长度精确地已知。此外，该路径完全充满液体添加剂。因此，路径整体地位于液面以下。超声波信号沿着路径的传播时间测量允许精确地确定超声波信号在添加剂液体的中的传播速度。所建立的超声波信号的传播速度因此可以用于校正或校准液面和超声波传感器之间的距离测量。
[0005]已经发现，特别是在尿素/水溶液作为液体添加剂的情况下，参考面上或参考面处的杂质和/或气体聚集会对超声波测量造成问题。参考面上的杂质可以对到参考面的传播时间测量产生重大的不利影响，因为超声波信号被参考面处的杂质以不受控的方式反射和发散。因此情况可以是清晰的超声波信号不再在参考面处反射，不能再精确测量传播时间。
【发明内容】
[0006]以此为出发点，本发明的目的是解决或至少缓解有关现有技术的所述技术问题。具体地，本发明说明了一种用于测量储箱中液体添加剂的填充水平的特别有利的方法。
[0007]这些目的可以通过根据权利要求1所述的特征的方法来实现。本方法的进一步有利的实施例在表示为从属权利要求的权利要求中说明。权利要求中所单独限定的特征可以通过技术上有意义的方式而相互结合，并且可以通过说明书中的解说性事实来加以补充，其中强调了本发明的进一步的实施例变型。
[0008]一种用于使用超声波传感器测量储箱中液体添加剂的填充水平/填充高度的方法，包括至少以下步骤:
[0009]a)测量超声波信号从超声波传感器到液体添加剂的液面的第一传播时间；
[0010]b)借助于至少一个超声波脉冲清洁液体添加剂中的至少一个参考面；
[0011]c)测量超声波信号从超声波传感器到所述至少一个参考面的至少一个第二传播时间-M
[0012]d)根据本发明，从所述第一传播时间和第二传播时间计算出填充水平。
[0013]液体添加剂优选是尿素/水溶液，如上所述。储箱优选地设置用于在机动车中使用，用于储存液体添加剂并将其供给到废气处理装置。超声波传感器优选地布置在储箱底部区域并且优选地包括超声波发射单元和超声波接收单元。超声波发射单元配置成发射超声波信号。超声波接收单元配置成接收所反射的信号，其返回到所发射的超声波信号。超声波发射单元和超声波接收单元优选共同集成在(单个)超声波传感器中。超声波发射单元优选地对准，使其发射的超声波信号从下面垂直于储箱中的液面。储箱中的液面对应于储箱中液体添加剂的特定填充量的情况下因重力造成的在储箱中出现的液体表面。液面是储箱中的液体添加剂与存在于液体添加剂上方的气体(特别是空气)之间的界面。
[0014]当在步骤a)中测量第一传播时间时，超声波信号的传播时间沿着从超声波传感器到液面并返回到超声波传感器的一条直线确定。为此，用于测量的超声波信号优选由超声波发射单元发射，并由超声波接收单元接收。
[0015]在步骤b)清洁参考面过程中使用超声波脉冲，而不是超声波信号。超声波脉冲本身与超声波信号并无不同。区别仅在于在超声波脉冲的情况下没有超声波接收单元接收响应信号的事实。步骤b)中的超声波脉冲优选配置成使得参考面上的杂质可以被该超声波脉冲去除或溶解。举例来说，可以为此适当选择超声波脉冲的下列参数中的至少一个(并且可以在该方面还与用于测量的超声波信号区分开):
[0016]-超声脉冲的频率；
[0017]-超声脉冲的持续时间；和
[0018]-超声脉冲的振幅。
[0019]在液体添加剂中，超声波像纵向波一样传播。纵向波沿传播方向振荡。超声波脉冲的频率和振幅是指该纵向波的频率和振幅。振幅可以通过震荡过程中发生的最大压力的形式或者振荡过程中发生的液体添加剂的最大移动和/或位移的形式来指定。超声波脉冲的持续时间优选地通过从开始发射超声波脉冲直到结束发射超声波脉冲的时间段来确定。
[0020]举例来说，参考面上的杂质可以是气态的气泡和/或固体沉积物。气态气泡可包含空气和/或氨。氨可以从尿素/水溶液中析出，特别是在高温下。这个过程也称为“脱气(outgassing) ”。举例来说，沉积物可以由结晶的尿素构成，该结晶尿素从尿素/水溶液中沉淀出来。
[0021]一旦所述参考面在步骤b)被清洁之后，对发射到参考面的超声波信号的第二传播时间进行第二测量，该传播时间在从超声波传感器到参考面并返回超声波传感器的直线路径上确定。
[0022]随后在步骤d)中根据第一传播时间和第二传播时间计算出填充水平。在该计算中，超声波信号在液体添加剂中的传播速度通过借助于第二传播时间和已知的超声波传感器与参考面之间的距离来初始确定。液面和超声波传感器之间的距离由第一传播时间借助于该传播速度来建立。填充水平进而可从该距离计算得出。还可以将液面和超声波传感器之间的距离直接用作填充水平的代表值。逐步解释的所述计算可以用计算程序的形式储存在控制仪中。
[0023]超声波脉冲是用于为超声波传感器清洁参考面的特别有效且快速的选择。超声波脉冲可用于溶解或移除参考面上的结晶沉积物和气泡两者。超声波脉冲能量通过液体添加剂特别良好地传播，并且可以通过瞄准的方式施用到参考面上，以便溶解参考面上的杂质。超声波脉冲特别好地适合有效去除附着在参考面上的氨气泡。这种氨气泡会由于储箱中的液体添加剂的部分转化而出现。
[0024]用于清洁参考面的方法步骤b)不必在每一次借助于超声波信号测量的过程中都发生。举例来说，可以仅在每十次测量时进行步骤b)。这可以节省超声波脉冲所需的能量。情况也可能是这样，前述步骤d)可能确定在预定第一传播时间间隔期间内所述第一传播时间未到达超声波接收单元和/或被反射/接收的响应信号不在预定的第一响应信号强度范围。如果确定发生这两种情况之一，则(立即和/或在所述方法的下一个循环期间)进行步骤b)。此时，可以使用步骤d)定期检查是否有必要清洁参考面和仅在该情况下执行方法步骤b)。
[0025]此外，方法步骤a)至d)优选以循环方式反复地重复进行。步骤a)至d)的顺序不是固定的。顺序也可以不同。举例来说，所述清洁步骤b)可以在传播时间测量(步骤a)和c))两者之前首先发生。
[0026]所述方法特别有利的是，所述至少一个超声波脉冲具有比超声波信号更高的能量。超声波脉冲中含有的能量是(用于测量的)超声波信号中含有的能力的优选至少五倍，特别优选甚至至少二十倍。