技术摘要：
本发明公开一种测定汽车用工作液容器(1)中的工作液的聚集态的方法，其中所述工作液容器(1)具有至少一个固定在所述工作液容器(1)的容器壁(10、20、30)上的电容器(60、70)，所述电容器具有第一电极(61、71)和与所述第一电极相对设置的第二电极(62、72)。本发明的第一种方  全部
背景技术：
下文也请参考被设计成水容器的汽车用工作液容器。本发明所称的工作液容器特 别是指用于储存例如有待被喷射到内燃机进气管中的水的汽车用水容器、用于汽车的尿素 容器、清洗水容器、辅助液容器 或添加剂容器，但不限于 此。上述类型的容器通常以挤出吹塑工艺制成，其中HDPE(High  Density  Polyethylene，高 密度聚乙烯)特别适合用来制造挤出吹塑容器。另外，还可以借助注射成型工艺来制造相应 的工作液容器。 注水是一种用来提升内燃机功率的方法。为了不超过最大功率下的最高温度，将 蒸馏水注射到内燃机进气管中。液体蒸发时具有冷却效果且能减小压缩功。实际操作时，也 会在燃烧阶段进行注射以产生蒸汽动力并降低排气温度，进而减小排气背压。注水有助于 减少内燃机的有害物质排放，特别是氮氧化物的排放。被注射到进气管中的水通过待施加 的蒸发热而引起有效的增压空气冷却，由此也实现内燃机的内冷却。随着燃烧用空气变冷， 其密度增加，从而取得提升功率的效果。 能够注水的前提是，储存在工作液容器中的水具有液态的聚集态，这样就能用泵 来输送这部分水。例如，储存在工作液容器中的尿素溶液也是如此。在冻结点附近的温度 下，工作液容器内的水可能具有部分固态和部分液态的聚集态，因此也许可以用泵来输送 这部分水。在远低于冻结点的温度下，工作液绝大部分冻结或完全冻结，这就无法进行水性 工作液的输送。一旦工作液具有部分固态的聚集态，亦即，一旦工作液容器中有冰，就不再 能确保工作液的输送，因而必须采取应对措施。一方面，可以在无法输送工作液期间阻止汽 车运行。再者是启动用于加热工作液容器内的工作液的加热装置。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种测定汽车用工作液容器中的水性工作液的聚集态的方 法。 本发明的目的通过一种具有权利要求1的特征的方法而达成。所述方法的有利技 术方案记载于权利要求1的从属权利要求中。 更确切地说，用以达成本发明的目的的解决方案为一种测定汽车用工作液容器中 的工作液的聚集态的方法，其中所述工作液容器具有至少一个固定在所述工作液容器的容 器壁上的电容器，所述电容器具有第一电极和与所述第一电极相对设置的第二电极。本发 明方法的特征在于以下方法步骤A、B、C和D： A)将至少一个第一交流电压施加到所述电容器上，其中所述第一交流电压的第一 5 CN 111615626 A 说　明　书 2/15 页 频率相当于下限频率； B)针对所述第一频率测定并存储所述电容器的第一阻抗； C)根据所述第一阻抗测定第一相位角；并且 D)当所述第一相位角大于第一极限角时，确定位于所述工作液容器中的所述工作 液具有固态的聚集态。 本发明方法的优点在于，测量装置(在此为电容器)不需要直接接触工作液，就能 可靠地确定或测定储存在工作液容器中的工作液是否具有固态的聚集态且因此作为冰而 存在。至少一个电容器的阻抗以及由该阻抗得出的相位角与储存在工作液容器中的工作液 的聚集态相关。这样就可以通过测定阻抗和/或由该阻抗得出的相位角来推断位于工作液 容器内腔中的工作液的聚集态。 电容器的与频率相关的阻抗以及由该阻抗得出的相位角与被第一电极与第二电 极之间的交变电场所穿透的材料的张弛频率(Relaxationsfrequenz)有关。如此一来，电容 器的与频率相关的阻抗以及由该阻抗得出的相位角就与容器壁的材料和位于工作液容器 内腔中的工作液有关。因此，电容器的与频率相关的阻抗以及由该阻抗得出的相位角与工 作液的水分子的取向极化的张弛频率有关。呈液态聚集态的水的张弛频率处于数GHz范围， 而呈固态聚集态的水(也就是冰)的张弛频率则处于数kHz范围。 申请人发现，根据与频率相关的变量以及由电容器阻抗得出的相位角的与频率相 关的特性曲线，可以明确推断出储存在工作液容器中的工作液的聚集态。因此，申请人断 定：当工作液容器内的工作液具有固态的聚集态时，针对相当于下限频率的交流电压频率， 由电容器阻抗得出的相位角大于预定的第一极限角。其中，施加在电容器上的交流电压的 下限频率与电容器的几何形状、电容器的电极大小以及电容器的电极间距有关。 优选地，第一极限角为-85°。下限频率优选为10kHz。如此一来，当工作液容器中的 工作液具有固态的聚集态时，亦即，当水性工作液冻结而作为冰存在时，在施加到电容器上 的交流电压具有10kHz频率的情况下，由电容器阻抗得出的相位角至少为-85°。 工作液容器优选是用于汽车的工作液容器。进一步优选地，工作液容器被设计成 用于汽车的水容器，用于容置有待被喷射到汽车内燃机中的水。进一步优选地，工作液容器 被设计成尿素容器，用于容置有待被喷射到内燃机的排气管路中的尿素水溶液。 当第一相位角大于第一极限角时，优选输出停止信号。通过输出停止信号，可以阻 止汽车运行。 在方法步骤A中，下限频率与电容器的几何形状和尺寸有关，因而可以发生变化。 特别地，下限频率为10kHz。 相位角是施加在电容器上的电压与电容器中所流动的电流之间的角度。 因此，在方法步骤C中测定电压与电流之间的相位角。 损耗角是指-90°与阻抗相位角之差。 因此，方法步骤C也可以表述成：针对第一频率测定电容器的第一损耗角。在此情 况下，方法步骤D可以表述成：当第一损耗角大于第一极限损耗角时，确定位于工作液容器 中的工作液具有固态的聚集态。 优选地，第一极限损耗角为5°。下限频率优选为10kHz。如此一来，当工作液容器中 的工作液具有固态的聚集态时，亦即，当水性工作液冻结而作为冰存在时，在施加到电容器 6 CN 111615626 A 说　明　书 3/15 页 上的交流电压具有10kHz频率的情况下，由电容器阻抗得出的相位角至少为5°。 所述方法优选具有以下方法步骤： E)将第二交流电压施加到所述电容器上，其中所述第二交流电压的第二频率相当 于上限频率； F)针对所述第二频率测定并存储所述电容器的第二阻抗； G)根据所述第二阻抗测定第二相位角；并且 H)当所述第一相位角小于所述第一极限角并且所述第二相位角与所述第一相位 角之差大于第二极限角时，确定位于所述工作液容器中的所述工作液部分具有固态的聚集 态且部分具有液态的聚集态。 本发明方法的优点在于，电容器不需要直接接触工作液，就能可靠地确定或测定 储存在工作液容器中的工作液是否具有部分固态的聚集态和部分液态的聚集态。储存在工 作液容器中的工作液部分以液态存在且部分以冻结形态存在，这种状态特别是形成在工作 液的冻结点范围内的温度下。 优选地，在方法步骤H中或者在方法步骤H之后输出报警信号。因此，是当储存在工 作液容器中的工作液部分处于固态聚集态且部分处于液态聚集态时输出报警信号。 通过输出报警信号，可以向装有该工作液容器的汽车的使用者指出，位于工作液 容器内腔中的工作液已至少部分地冻结。通过输出报警信号，特别是可以启动用于加热储 存在工作液容器中的工作液的加热装置。 下限频率和上限频率均与电容器的几何形状和尺寸有关，因而可以发生变化。特 别地，下限频率为10kHz，上限频率为100kHz。 优选地，第二极限角为7°。当储存在工作液容器中的水性工作液具有部分固态的 聚集态和部分液态的聚集态时，上限频率(该上限频率可例如为100kHz)下的相位角与下限 频率(该下限频率可例如为10kHz)下的相位角之差超过7°。 优选在至少一个电容器上施加两个以上的交流电压。数个有待被施加到至少一个 电容器上的交流电压分别具有处于下限频率与上限频率之间的频率范围内的不同频率。 相邻交流电压的频率间隔优选是可变的并且与电容器的几何形状和尺寸以及想 要达到的测量分辨率有关。特别地，不同交流电压的频率之间的频率间隔为1kHz。 所述方法优选具有以下方法步骤： I)当所述第一相位角小于所述第一极限角并且所述第二相位角与所述第一相位 角之差小于所述第二极限角时，确定位于所述工作液容器中的所述工作液具有液态的聚集 态。 优选地，在方法步骤I中或者在方法步骤I之后输出使能信号(Freigabesignal)。 因此，是当储存在工作液容器中的工作液处于液态聚集态时输出使能信号。 通过输出使能信号，可以特别是通知汽车的控制装置：位于工作液容器内腔中的 工作液处于液态的聚集态，使得汽车能够运行。 所述方法优选具有以下方法步骤： C')根据所述第一阻抗测定所述电容器的第一电容； G')根据所述第二阻抗测定所述电容器的第二电容 L)测定所述第二电容与所述第一电容的相对偏差；并且 7 CN 111615626 A 说　明　书 4/15 页 D)当所述第二电容与所述第一电容的所述相对偏差大于第一电容偏差时，确定位 于所述工作液容器中的所述工作液具有固态的聚集态。 采用相应设计的方法具有进一步提高的精度且因而能可靠发现储存在工作液容 器中的工作液结冰。如此一来，装有实施相应方法的工作液容器的汽车将具有更高的运行 安全性。 申请人发现，与呈液态聚集态的水性工作液相比，当水性工作液呈固态聚集态时， 电容器的电容在下限频率与上限频率之间的下降幅度更大。其中，施加在电容器上的交流 电压的下限频率和上限频率与电容器的几何形状、电容器的电极大小、电容器的电极间距 以及想要达到的测量分辨率有关。 申请人发现，针对工作液容器内的水性工作液，当该水性工作液具有固态的聚集 态时，电容器的与频率相关的电容在介于10kHz与100kHz之间的频率范围内下降至少20％。 因此，第一电容偏差为20％。 然而，该频率范围可受电容器的大小和几何形状影响而变化。 所述方法优选具有以下方法步骤： H)当所述第二电容与所述第一电容的所述相对偏差小于所述第一电容偏差且大 于第二电容偏差时，确定位于所述工作液容器中的所述工作液部分具有固态的聚集态且部 分具有液态的聚集态。 采用相应设计的方法具有进一步提高的精度且因而能可靠发现储存在工作液容 器中的工作液结冰。如此一来，装有实施相应方法的工作液容器的汽车将具有更高的运行 安全性。 申请人发现，针对工作液容器内的水性工作液，当该水性工作液具有部分固态的 聚集态和部分液态的聚集态时，电容器的与频率相关的电容在介于10kHz与100kHz之间的 频率范围内以低于20％且高于5％的幅度下降。因此，第一电容偏差为20％，第二电容偏差 为5％。 所述方法优选具有以下方法步骤： I)当所述第二电容与所述第一电容的所述相对偏差小于第二电容偏差时，确定位 于所述工作液容器中的所述工作液具有液态的聚集态。 采用相应设计的方法具有进一步提高的精度且因而能可靠测定储存在工作液容 器中的工作液的液态聚集态。如此一来，装有实施相应方法的工作液容器的汽车将具有更 高的运行安全性。 本发明的目的还通过一种根据本发明权利要求7所述的方法而达成。所述方法的 有利技术方案记载于权利要求7的从属权利要求中。 更确切地说，用以达成本发明的目的的解决方案为一种测定汽车用工作液容器中 的工作液的聚集态的方法，其中所述工作液容器具有至少一个固定在所述工作液容器的容 器壁上的电容器，所述电容器具有第一电极和与所述第一电极相对设置的第二电极。本发 明方法的特征在于以下方法步骤J、K、L和M： J)将至少两个不同的交流电压施加到所述电容器上，其中第一交流电压的第一频 率相当于下限频率，第二交流电压的第二频率相当于上限频率； K)针对所述第一频率确定并存储所述电容器的第一电容，并且针对所述第二频率 8 CN 111615626 A 说　明　书 5/15 页 确定并存储所述电容器的第二电容； L)测定所述第二电容与所述第一电容的相对偏差；并且 M)当所述第二电容与所述第一电容的所述相对偏差大于第一电容偏差时，确定位 于所述工作液容器中的所述工作液具有固态的聚集态。 本发明方法的优点在于，测量装置(在此为电容器)不需要直接接触工作液，就能 可靠地确定或测定储存在工作液容器中的工作液是否具有固态的聚集态且因此作为冰而 存在。至少一个电容器的电容与储存在工作液容器中的工作液的聚集态相关。这样就可以 通过测定电容器的与频率相关的电容来推断位于工作液容器内腔中的工作液的聚集态。 储存在工作液容器中的工作液的聚集态与电容器的电容相关，该电容又与被电容 器的第一电极与第二电极之间的交变电场所穿透的介质有关。这就可以通过测定电容器的 与频率相关的电容来推断工作液的聚集态。 电容器的与频率相关的电容与被电容器的第一电极与第二电极之间的交变电场 所穿透的介质的电导率有关。因此，电容器的与频率相关的电容与容器壁的材料以及位于 工作液容器内腔中的工作液的聚集态有关。 申请人发现，根据电容器的与所施加的交流电压的频率相关的电容特性曲线，可 以明确推断出工作液的聚集态。因此，申请人断定：当工作液具有固态的聚集态时，电容器 的电容特性曲线在下限频率与上限频率之间肯定具有一定的偏差，例如一定的下降。其中， 施加在电容器上的交流电压的下限频率和上限频率与电容器的几何形状、电容器的电极大 小以及电容器的电极间距有关。 申请人发现，针对储存在工作液容器内的电导率约为130μS/cm的水性工作液，电 容器的电容在10kHz至100kHz的频率范围内存在至少20％的偏差。因此，100kHz频率下电容 器电容与10kHz频率下电容器电容之间的差至少为20％。然而，该频率范围可受电容器的大 小和几何形状影响而变化。 工作液容器优选是用于汽车的工作液容器。进一步优选地，工作液容器被设计成 用于汽车的水容器，用于容置有待被喷射到汽车内燃机中的水。进一步优选地，工作液容器 被设计成尿素容器，用于容置有待被喷射到内燃机的排气管路中的尿素水溶液。 在实施用于测定第二电容与第一电容的相对偏差的方法步骤L时，进行以下计算： delta＝|Cfmin–Cfmax|/Cfmin 其中： -fmin是下限频率 -fmax是上限频率 -Cfmin是交流电压具有下限频率fmin时电容器的第一电容 -Cfmax是交流电压具有上限频率fmax时电容器的第二电容 -delta是第二电容Cfmax与第一电容Cfmin的相对偏差 第一最小偏差优选大于0.2。 举例来说，就自来水而言，以及就下限频率为10kHz且上限频率为100kHz而言，如 果电容器的电极的长度延伸为100mm，宽度延伸为50mm，并且第一电极到第二电极的距离为 10mm，则最小偏差例如约为0.2。 当第二电容与第一电容的相对偏差大于第一电容偏差时，优选输出停止信号。通 9 CN 111615626 A 说　明　书 6/15 页 过输出停止信号，可以阻止汽车运行。 所述方法优选具有以下方法步骤： N)当所述第二电容与所述第一电容的所述相对偏差小于所述第一电容偏差且大 于第二电容偏差时，确定位于所述工作液容器中的所述工作液部分具有固态的聚集态且部 分具有液态的聚集态。 采用相应设计的方法具有以下优点：电容器不需要直接接触工作液，就能可靠地 确定或测定储存在工作液容器中的工作液是否具有部分固态的聚集态和部分液态的聚集 态。储存在工作液容器中的水性工作液部分以液态存在且部分以冻结形态存在，这种状态 特别是形成在工作液的冻结点范围内的温度下。 优选地，在方法步骤N中或者在方法步骤N之后输出报警信号。因此，是当储存在工 作液容器中的工作液部分处于固态聚集态且部分处于液态聚集态时输出报警信号。 通过输出报警信号，可以向装有该工作液容器的汽车的使用者指出，位于工作液 容器内腔中的工作液已至少部分地冻结且部分地作为冰而存在。通过输出报警信号，特别 是可以启动用于加热储存在工作液容器中的工作液的加热装置。 所述方法优选具有以下方法步骤： O)当所述第二电容与所述第一电容的所述相对偏差小于第二电容偏差时，确定位 于所述工作液容器中的所述工作液具有液态的聚集态。 优选地，在方法步骤O中或者在方法步骤O之后输出使能信号。因此，是当储存在工 作液容器中的工作液处于液态聚集态时输出使能信号。 通过输出使能信号，可以特别是通知汽车的控制装置：位于工作液容器内腔中的 工作液处于液态的聚集态，使得汽车能够运行。 本发明的目的还在于提供一种工作液容器，所述工作液容器被构建为用于测定位 于所述工作液容器中的工作液的聚集态。 这个目的通过一种具有权利要求10的特征的工作液容器而达成。所述工作液容器 的有利技术方案记载于权利要求10的从属权利要求中。 更确切地说，用以达成本发明的目的的解决方案为一种工作液容器，其工作液容 器内腔由顶壁、底壁以及将所述底壁与所述顶壁连接起来的侧壁界定。所述工作液容器具 有至少一个固定在所述工作液容器的容器壁上的电容器，所述电容器具有第一电极和第二 电极。所述工作液容器还具有电性连接所述第一电极和所述第二电极的电子分析装置。本 发明的工作液容器的特征在于：所述分析装置被构建为用于实施上述方法中的至少一者。 至少一个电容器优选安装在工作液容器的侧壁上或该侧壁中。进一步优选地，至 少一个电容器以某种方式布置在侧壁上或侧壁中，使得各自具有纵向延伸、宽度延伸和深 度延伸的第一电极和第二电极分别平行于侧壁而延伸，使得第一电极和第二电极的纵向延 伸的走向是从底壁往顶壁方向。 根据工作液容器的另一技术方案，至少一个电容器布置在底壁上或底壁中，使得 第一电极和第二电极分别平行于底壁而延伸。 至少一个电容器可以布置在容器壁外侧且与容器壁连接。此外，至少一个电容器 也可以整合或者说嵌设在容器壁中。其中，电容器的第一和第二电极被容器壁包围。 所述工作液容器优选采用如下设计：所述至少一个电容器嵌设在所述容器壁中。 10 CN 111615626 A 说　明　书 7/15 页 在电容器的电极嵌设在容器壁中的情况下，电极被容器壁包围，使得只有电极的 电接头还从容器壁中伸出。 采用相应设计的工作液容器具有以下优点：鉴于至少一个电容器嵌设在工作液容 器的容器壁中，至少一个电容器的第一电极和第二电极与工作液容器内腔的距离有所减 小，进而与位于工作液容器内腔中的工作液的距离也有所减小。因此，位于电容器的第一电 极与第二电极之间的电场较少地与容器壁的材料相互作用，而较多地与位于工作液容器内 腔中的工作液相互作用。这样就能以提高的精度测定工作液容器内腔中的工作液的聚集 态。 将至少一个电容器嵌设在容器壁中所能取得的另一个优点是，为至少一个电容器 提供机械保护和化学保护，从而使本发明的工作液容器具有提高的长期稳定性。 工作液容器特别是被设计成用于汽车的工作液容器。 所述工作液容器优选采用如下设计：所述底壁具有延伸到所述工作液容器内腔中 的凸起，其中所述电容器的所述第一电极和所述第二电极嵌设在所述凸起中。 采用相应设计的工作液容器能以进一步提高的精度测定工作液的聚集态，因为能 减小底壁区域内可能存在的沉积物对工作液容器内腔中的工作液的聚集态测定所产生的 影响。 底壁的凸起优选形成为陷入工作液容器内腔的凹入部。 凸起优选从周围的底壁内表面抬升2mm至5mm。 所述工作液容器优选采用如下设计：所述容器壁具有外层、面向所述工作液容器 内腔的内层以及布置在所述外层与所述内层之间的粘接层，其中所述至少一个电容器的所 述第一电极和所述第二电极布置在所述外层与所述粘接层之间。 因此，至少一个电容器布置在外层与粘接层之间。因此，内层可直接接触工作液。 工作液容器的相应设计有助于简化电容器的结构，并且能更方便地将电容器整合 到工作液容器的容器壁中。 所述工作液容器优选采用如下设计：所述容器壁具有屏蔽层和绝缘层，其中所述 屏蔽层布置在所述外层与所述第一和第二电极之间，且其中所述绝缘层布置在所述屏蔽层 与所述第一和第二电极之间。 采用相应设计的工作液容器的优点是，其在测定位于工作液容器内腔中的工作液 的聚集态方面具有进一步提高的精度。因为，优选形成为金属层的屏蔽层为至少一个电容 器的电极屏蔽掉干扰场。 因此，屏蔽层布置在外层与参考电容器或者说电容器之间。 屏蔽层优选与外层接触。 因此，绝缘层呈三明治状地布置在屏蔽层与电容器之间。 屏蔽层具有金属，从而保护至少一个电容器不受干扰电场影响。 绝缘层是以介电材料(优选塑料)制成，因此，至少一个电容器的第一和第二电极 不与屏蔽层电接触。 所述工作液容器优选采用如下设计：所述绝缘层具有与所述内层和/或所述外层 相同的介电常数。 采用相应设计的工作液容器的优点是，其在测定位于工作液容器内腔中的工作液 11 CN 111615626 A 说　明　书 8/15 页 的聚集态方面具有进一步提高的精度。 工作液容器优选采用如下设计：第一和第二电极到工作液容器内腔的距离介于 1.5mm与3.5mm之间。 采用相应设计的工作液容器的优点是，其在测定位于工作液容器内腔中的工作液 的聚集态方面具有进一步提高的精度，因为相应电极到位于工作液容器内腔中的工作液的 距离有所减小。 因此，内层优选具有1.5mm到3.5mm的厚度。 因此，至少一个电容器到工作液容器内腔的距离仅为1.5mm至3.5mm。 工作液容器优选采用如下设计：电容器的第一和第二电极中的至少一者沿着其纵 向延伸具有不均匀的宽度延伸。 电极越宽，电场在工作液容器内腔中以及在位于工作液容器内腔中的工作液中的 透入深度就越大，使得工作液对工作液聚集态的测定具有更大影响。 工作液容器优选采用如下设计：电容器的第一和第二电极中的至少一者沿着其纵 向延伸具有朝底壁方向变大的宽度延伸。 采用相应设计的工作液容器的优点是，电容器在工作液容器的底部区域内对聚集 态的测量精度有所提高。 附图说明 本发明进一步的优点、细节和特征可从下文所阐述的实施例中获得。其中，具体 地： 图1为根据本发明第一实施方式的测定水性工作液的聚集态的方法的流程图； 图2为针对具有三个不同温度的水性工作液，电容器阻抗的与频率相关的相位特 性曲线； 图3为根据本发明第二实施方式的测定水性工作液的聚集态的方法的流程图； 图4为针对具有三个不同温度的水性工作液，电容器的与频率相关的电容特性曲 线； 图5为根据本发明第三实施方式的测定水性工作液的聚集态的方法的流程图； 图6为本发明的工作液容器的极简立体图； 图7为根据本发明另一实施方式的工作液容器的底壁和/或侧壁的层结构的极简 视图；以及 图8A至图8C为本发明不同实施方式的工作液容器的电容器示例的单独的侧向俯 视图。