[發明專利]確定柴油機排氣流體的質量和/或深度的系統和方法

有效

• 申請號: 201180054429.3
• 申請日: 2011-11-11
• 公開（公告）號: CN103201600A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 勞倫斯·B·雷默爾;格雷戈里·P·墨菲
• 申請（專利權）人: SSI技術公司
• 主分類號: G01F23/296
• 分類號: G01F23/296;F01N3/20;G01N29/02;G01N29/024
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 關兆輝;謝麗娜

相關申請

本申請要求于2010年11月11日提交的在先提交的共同未決的美國臨時專利申請No.61/412,667的權益，其全部內容通過引用于此結合。

背景技術

本發明涉及用于確定基于水的流體的質量或濃度和/或罐內流體的深度的系統和方法。具體地，本發明涉及用于確定包含在罐內的柴油機排氣流體（DEF）的質量和濃度和/或罐內DEF的深度的系統和方法。

DEF被用來減少柴油發動機的排氣中的氮氧化物（NOx）氣體。DEF是作為霧狀物注入到排氣中的、32.5%汽車級UREA和純凈水的混合物。霧狀物和排氣混合并且將排氣中的NOx離解成氮、水以及二氧化碳。當諸如柴油燃料、水、乙二醇等的污染物和DEF混合時，DEF減少排氣中的NOx的能力被削弱和/或可能對NOx還原系統產生不可逆損害。

DEF被存儲在車輛的罐中并且以對正被燃燒的柴油燃料成約1:50的比率被注入到排氣中。確定罐中DEF的液面以便當有需要添加額外的DEF時向用戶提供指示。

發明內容

本發明使用浸入壓電超聲換能器來檢測罐中DEF的液面（例如，以向操作員提供剩余DEF量的指示），并且確定DEF是否已經被污染（包括確定污染物的類型和量）。DEF溶液內UREA的濃度水平也被測量。可以向DEF控制系統提供DEF流體質量的指示，使用戶能夠視需要采取補救措施。

在一個實施例中，本發明提供了包括罐、控制器、換能器以及溫度傳感器的系統。溫度傳感器感測罐中流體的溫度。控制器使用所感測的溫度來得到通過流體行進的超聲信號的依賴于溫度的聲速。控制器生成用于換能器的第一命令信號。作為響應，換能器生成朝向固定表面的超聲聲波并且接收被該固定表面反射的超聲聲波的回波。控制器確定在通過換能器發射超聲聲波與通過換能器接收回波之間的經過時間。控制器還基于該經過時間和所感測的流體的溫度來確定罐中的流體中任何污染物的濃度和存在。

控制器還通過調制所發射的超聲聲波的振幅來提高所接收到的超聲回波的質量。控制器通過改變施加到換能器的命令信號的電壓脈沖的振幅和/或數目來調制超聲聲波。優選地，換能器在諧振下被驅動，其中電壓脈沖系列的頻率與換能器的依賴于溫度的頻率特性相匹配。控制器可以使用包括基于溫度的信息的查找表來生成該命令信號。

控制器還確定超聲回波是否是有效的。當回波在預定時間窗口內被接收到時，超聲回波被確定為有效。當表示回波的信號的振幅在預定范圍內時，回波被進一步確定為有效。當表示回波的信號的持續時間在預定范圍內時，回波被進一步確定為有效。控制器生成預期經過時間窗口、預期回波振幅范圍以及預期回波持續時間范圍中的至少一個。

控制器能夠記錄給定超聲發射的多個回波反射以增加所記錄的時間測量的分辨率。此外，來自溫度傳感器的信息可以通過耦合到控制器的通信模塊而被分配到其它設備和其它位置。

在另一實施例中，本發明提供了包括罐、控制器、換能器以及溫度傳感器的系統。溫度傳感器感測罐中流體的溫度，并且將該溫度的指示提供給控制器。控制器使用所感測的溫度來得到通過流體行進的超聲信號的依賴于溫度的聲速。控制器生成用于換能器的第一命令信號，檢測來自換能器的第一回波信號，并且確定換能器在近場時間內是否接收到該第一回波信號。如果該第一回波信號在近場時間內被接收到，則控制器檢測具有預定范圍內的幅度的第二回波信號。如果該第二回波信號在預定時間量內未被檢測到，則控制器忽略第一回波信號，并且生成不同于第一命令信號的第二命令信號。控制器修改第二命令信號直到第二回波信號被檢測到為止。控制器將第一回波信號或在第一回波信號與第二回波信號之間的差轉換為表示到目標的距離的值或罐中流體量的體積表示。為了確保控制器能夠區分真實的回波信號和二次回波反射，控制器被編程為測量通過緊跟觸發命令之后連續地監測換能器的輸出來測量換能器的回響時間（ring?time）。當輸出信號持續預定的時間段為高時，控制器認為回響時間結束。控制器被編程為補償能夠影響回響時間和其它測量變量的溫度改變，并且在進行每個測量之前確定換能器的回響時間。控制器將近場時間設置在回響時間的約二又三分之一倍。

控制器還生成具有多個驅動脈沖的命令信號，該多個驅動脈沖調制所發射的超聲聲波的振幅以優化所接收到的超聲回波的質量。優選地，換能器以一系列脈沖在諧振下被驅動，使得脈沖的頻率與換能器的依賴于溫度的頻率特性相匹配。控制器可以利用具有基于溫度的數據的查找表來生成所述命令信號。