JP5004542B2

JP5004542B2 - 水位測定装置

Info

Publication number: JP5004542B2
Application number: JP2006260055A
Authority: JP
Inventors: 英樹松永; 真治熊澤; 雅幸本村; 克則矢澤
Original assignee: UD Trucks Corp; NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: UD Trucks Corp; NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2026-09-26
Also published as: EP2080998A4; US8165831B2; WO2008038510A1; CN101535780A; EP2080998A1; US20100076702A1; JP2008082725A; CN101535780B

Description

本発明は、液体タンクに貯蔵される液体に揺れが発生していても、その水位を高精度に測定する技術に関する。

液体タンクに貯蔵される液体の水位を測定する水位測定装置として、特開平１１−３１１５６１号公報（特許文献１）に記載されるように、所定間隔を隔てて配設された一対の電極間の静電容量変化から水位を間接的に測定する技術が提案されている。また、他の原理を利用して水位を測定する水位測定装置として、特開２００６−１７０９２７号公報（特許文献２）に記載されるように、液面に浮かぶフロートの位置から水位を直接的に測定する技術が提案されている。
特開平１１−３１１５６１号公報特開２００６−１７０９２７号公報

しかしながら、従来提案の水位測定装置においては、液面が安定しているときには水位を正確に測定できるものの、液面が揺れているときには水位が上下に変動してしまい、変動する値のどれを水位として採用すべきか決定することは極めて困難であった。特に、移動車両に搭載される燃料などの液体の水位を測定するときには、液体に多方向の加速度が作用して液面が不規則に揺れるため、この不具合が顕著に現われてしまうおそれがある。

そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、水位計により測定した水位に対して１秒より大きな時定数のフィルタを適用することで、液面の揺れを平滑化し、液揺れの影響を受け難くした水位測定装置を提供することを目的とする。

このため、請求項１記載の発明では、水位測定装置は、液体タンクに貯蔵される液体の水位を測定する水位計と、前記水位計により測定された水位に対して１秒より大きな時定数のフィルタを適用したフィルタ値を演算するフィルタ手段と、前記液体タンクに貯蔵される液体の供給流量を制御する流量制御弁に出力する制御値を順次積算した積算量を演算する積算量演算手段と、前記積算量演算手段により演算された積算量の時系列的な変化特性に基づいて、前記フィルタ値の応答遅れを補正するための補正量を演算する補正量演算手段と、前記補正量演算手段により演算された補正量に基づいて、前記フィルタ手段により演算されたフィルタ値の応答遅れを補正する応答遅れ補正手段と、前記応答遅れ補正手段により応答遅れが補正されたフィルタ値を水位として出力する出力手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。

請求項２記載の発明では、前記補正量演算手段は、前記制御値の移動平均に対して１秒より大きな時定数のフィルタを適用することで、前記補正量を演算することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、水位計により測定された水位に対して１秒より大きな時定数のフィルタを適用したフィルタ値が、その応答遅れが補正された後、最終的な水位として出力される。このため、液面が揺れて測定水位が変動しても、これがフィルタにより平滑化されることで、液揺れによる影響を受け難くなり、水位測定精度を向上させることができる。また、測定水位に対してフィルタを適用したために発生し得る応答遅れが補正されるため、水位測定精度を一層向上させることができる。

請求項２記載の発明によれば、制御値の移動平均に対して１秒より大きな時定数のフィルタを適用することで補正量が演算されるため、複雑な演算を行う必要がなく、制御負荷の増大を抑制することができる。

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明を適用した排気浄化装置の全体構成を示す。
エンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気管１４には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ₂）へと酸化させる窒素酸化触媒１６と、還元剤前駆体としての尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル１８と、尿素水溶液を加水分解して得られるアンモニアを使用して窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化するＮＯｘ還元触媒２０と、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒２２と、が夫々配設される。

還元剤タンク２４（液体タンク）に貯蔵される尿素水溶液は、その底部で吸込口が開口すると共に、尿素水溶液を吸い込んで圧送するポンプモジュール２６及び尿素水溶液の噴射流量（供給流量）を制御する流量制御弁を内蔵した添加モジュール２８が介装された供給配管３０を介して、噴射ノズル１８に供給される。また、還元剤タンク２４には、尿素水溶液の水位Ｌ₀を測定する水位計３２が取り付けられる。水位計３２は、還元剤タンク２４の天壁から底壁に向けて、横断面が円環形状をなす内側電極及び外側電極が同心に垂下され、両電極間の静電容量変化から水位Ｌ₀を間接的に測定する。なお、水位計３２としては、静電容量から水位Ｌ₀を測定するものに限らず、例えば、フロート式，光学式などの公知の各種水位計を利用することができる。

一方、窒素酸化触媒１６と噴射ノズル１８との間に位置する排気管１４には、排気温度Ｔeを測定する排気温度センサ３４が取り付けられる。水位計３２及び排気温度センサ３４の各出力信号は、コンピュータを内蔵した還元剤添加コントロールユニット（以下「還元剤添加ＥＣＵ」という）３６に入力される。また、還元剤添加ＥＣＵ３６には、エンジン１０の各種制御を行うエンジンコントロールユニット（以下「エンジンＥＣＵ」という）３８から、ＣＡＮ（Controller Area Network）などのネットワークを介して、エンジン回転速度及び負荷などのエンジン運転状態が入力される。そして、還元剤添加ＥＣＵ３６は、そのＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムを実行することで、ポンプモジュール２６及び添加モジュール２８を電子制御すると共に、尿素水溶液の水位Ｌを測定するためのフィルタ手段，出力手段，積算量演算手段，補正量演算手段及び応答遅れ補正手段を夫々具現化する。このとき、還元剤添加ＥＣＵ３６は、排気温度Ｔeを含むエンジン運転状態に基づいて、尿素水溶液の噴射流量を表わす制御値を演算する。

かかる排気浄化装置において、エンジン運転状態に応じて噴射ノズル１８から噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気を利用して加水分解され、アンモニアへと転化される。転化されたアンモニアは、ＮＯｘ還元触媒２０において排気中のＮＯｘと還元反応し、水（Ｈ₂Ｏ）及び窒素（Ｎ₂）へと転化されることは知られたことである。このとき、ＮＯｘ還元触媒２０によるＮＯｘ浄化能力を向上させるべく、窒素酸化触媒１６によりＮＯがＮＯ₂へと酸化され、排気中のＮＯとＮＯ₂との比率が還元反応に適したものに改善される。一方、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒２２により酸化されるので、アンモニアがそのまま大気中に放出されることが防止される。

図２は、還元剤添加ＥＣＵ３６において所定時間ごとに繰り返し実行される、制御プログラムの第１実施形態を示す。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、水位計３２から水位Ｌ₀を読み込む。
ステップ２では、水位Ｌ₀に対して１秒より大きな時定数（例えば数百秒）のフィルタを適用したフィルタ値ＦＬＴを演算する。

ステップ３では、最終的な水位Ｌとして、フィルタ値ＦＬＴを出力する。
かかる水位測定装置によれば、水位計３２により測定された水位Ｌ₀に対して１秒より大きな時定数のフィルタを適用したフィルタ値ＦＬＴが、最終的な水位Ｌとして出力される。このため、図３に示すように、尿素水溶液の液面が揺れて水位Ｌ₀が変動しても、これがフィルタにより平滑化されることで、液揺れによる影響を受け難くなり、水位測定精度を向上させることができる。

図４は、還元剤添加ＥＣＵ３６において所定時間ごとに繰り返し実行される、制御プログラムの第２実施形態を示す。
ステップ１１では、水位計３２から水位Ｌ₀を読み込む。
ステップ１２では、水位Ｌ₀に対して１秒より大きな時定数（例えば数百秒）のフィルタを適用したフィルタ値ＦＬＴを演算する。

ステップ１３では、［積算量Ｓｕｍ＝積算量Ｓｕｍ＋制御値」という式により、尿素水溶液の噴射流量を表わす制御値を順次積算する。
ステップ１４では、フィルタ値ＦＬＴには応答遅れの誤差が含まれる可能性があることを考慮し、これを補正するための補正量Ｃｏｒを演算する。具体的には、積算量Ｓｕｍの時系列的な変化特性（傾き）から応答遅れを補正すべく、所定数の制御値の移動平均に対して１秒より大きな時定数（例えば数百秒）のフィルタを適用することで、補正量Ｃｏｒを演算する。

ステップ１５では、フィルタ値ＦＬＴに補正量Ｃｏｒを加算することで、フィルタ値ＦＬＴの応答遅れを補正する。
ステップ１６では、最終的な水位Ｌとして、応答遅れを補正したフィルタ値ＦＬＴを出力する。
かかる水位測定装置によれば、先の第１実施形態における作用及び効果に加え、水位Ｌ₀に対してフィルタを適用したために発生し得る応答遅れを補正することができる。即ち、図５に示すように、フィルタ値ＦＬＴに補正量Ｃｏｒを加算することで、最終的に出力すべき水位Ｌが制御値積算量Ｓｕｍに近づき、水位測定精度を一層向上させることができる。

なお、本発明は、排気浄化装置に限らず、例えば、燃料タンクに貯蔵される燃料の水位，化学プラントで使用する薬品の水位などを測定することにも適用可能である。この場合には、還元剤添加ＥＣＵ３６に代えて、コンピュータ又はこれを内蔵した各種コントロールユニットにおいて、制御プログラムを実行するようにすればよい。

本発明を適用した排気浄化装置の全体構成図制御プログラムの第１実施形態を示すフローチャート測定水位にフィルタを適用した効果の説明図制御プログラムの第２実施形態を示すフローチャート補正効果の説明図

符号の説明

２４還元剤タンク
３２水位計
３６還元剤添加ＥＣＵ

Claims

液体タンクに貯蔵される液体の水位を測定する水位計と、
前記水位計により測定された水位に対して１秒より大きな時定数のフィルタを適用したフィルタ値を演算するフィルタ手段と、
前記液体タンクに貯蔵される液体の供給流量を制御する流量制御弁に出力する制御値を順次積算した積算量を演算する積算量演算手段と、
前記積算量演算手段により演算された積算量の時系列的な変化特性に基づいて、前記フィルタ値の応答遅れを補正するための補正量を演算する補正量演算手段と、
前記補正量演算手段により演算された補正量に基づいて、前記フィルタ手段により演算されたフィルタ値の応答遅れを補正する応答遅れ補正手段と、
前記応答遅れ補正手段により応答遅れが補正されたフィルタ値を水位として出力する出力手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする水位測定装置。
前記補正量演算手段は、前記制御値の移動平均に対して１秒より大きな時定数のフィルタを適用することで、前記補正量を演算することを特徴とする請求項１記載の水位測定装置。