JP5484027B2

JP5484027B2 - 水位測定装置

Info

Publication number: JP5484027B2
Application number: JP2009285954A
Authority: JP
Inventors: 竜一郎仲村
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2029-12-17
Also published as: JP2011127984A

Description

本発明は、液体タンクに貯蔵される液体の水位を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２００８−８２７２５号公報（特許文献１）に記載されるように、水位計で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して演算したフィルタ値を、水位として出力する技術が提案されている。これにより、液面の揺れを平滑化し、液揺れの影響を受け難くして水位測定精度の向上を図っている。

特開２００８−８２７２５号公報

しかしながら、液揺れの影響を低減する時定数を有するフィルタを適用すると、例えば、液体タンクを搭載した車両が停止した後、タンク内の液面の揺れが落ち着いてきても、出力される水位が、実際の液面の水位に収束するまでに時間を必要とし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、出力される水位が実際の液面水位に収束するまでの時間を短縮させた水位測定装置を提供することを目的とする。

このため、本発明に係る水位測定装置は、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、水位計により測定された水位に対して、所定時定数を有する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、フィルタ手段により演算されたフィルタ値を水位として出力する出力手段と、液体タンクに貯蔵された液体の液面が安定しているか否かを判定する第１の判定手段と、液面が安定していると判定された場合に、フィルタの所定時定数をより小さな値に切り替える時定数切替手段と、を含んで構成され、第１の判定手段は、フィルタ値の変動が所定範囲内にある状態が第１の所定時間連続したときに、液面が安定していると判定することを特徴とする。

本発明によれば、水位計で測定した水位に対して、液揺れの影響を低減する所定時定数を有するフィルタを適用していても、液面が安定していると判定された場合には、フィルタの所定時定数をより小さな値に自動的に切り替えるので、出力される水位が実際の液面の水位に収束するまでの時間を短縮させることができる。

本発明を適用した排気浄化装置の全体構成図第１の制御プログラムの実施形態を示すフローチャート第２の制御プログラムの実施形態を示すフローチャート時定数を切り替えない場合の出力水位を示す説明図時定数を切り替えた場合の出力水位を示す説明図

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の排気マニホールド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としては、例えば、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を測定する静電容量式、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、エンジン運転状態としての排気温度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や車速情報が入力される。そして、還元剤添加ＥＣＵ３６は、そのＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された第１の制御プログラムを実行することで、尿素水溶液の水位Ｌを測定するためのフィルタ手段及び出力手段を、第２の制御プログラムを実行することで、第１の判定手段、時定数切替手段、停車判定手段及び第２の判定手段を、夫々具現化する。なお、還元剤添加ＥＣＵ３６は、尿素水溶液の水位測定処理に加え、エンジン運転状態に応じて、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。

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。このとき、ＮＯｘ還元触媒２０におけるＮＯｘ浄化率を向上させるべく、窒素酸化触媒１６において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ｔ１（サンプリング時間）ごとに繰り返し実行される、第１の制御プログラムを示す。

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、所定時定数τ１を有するフィルタを適用したフィルタ値Ｆ１を演算する。ここで、所定時定数τ１は、例えば数百秒といった、液揺れの影響を低減する１秒より大きな時定数である。フィルタ値Ｆ１は、例えば、「Ｆ１＝（Ｌ０×ｔ１／τ１）＋（Ｆ１×（１−ｔ１／τ１））」なる式により、前回演算されたフィルタ値Ｆ１（前回値）を用いて演算される。

ステップ３では、最終的な水位Ｌとして、フィルタ値Ｆ１を出力する。

次に、図３は還元剤添加ＥＣＵ３６において所定時間ｔ２ごとに繰り返し実行される、第２の制御プログラムを示す。なお、ｔ２はｔ１と等しい時間であってもよい。

ステップ１１では、車両が停止しているか否かを判定する。「車両が停止している」状態とは、車速が０となっている状態をいい、かかる判定は、還元剤添加ＥＣＵ３６に入力される車速情報に基づいて行うことができる。そして、車両が停止していると判定された場合には、ステップ１２へと進む一方（Yes）、車両が停止しておらず走行中であると判定された場合には、ステップ１５へ進む（No）。なお、車両が停車しているか否かに関わらず液面が安定しているか否かにより、後述のフィルタ時定数の切り替えを行う場合には、本ステップを省略してもよい。本ステップの省略により、還元剤添加ＥＣＵ３６の処理速度を向上させることもできる。

ステップ１２では、液体タンク２４に貯蔵された液面が安定しているか否かを判定する。かかる判定は、フィルタ値Ｆ１の変動が所定範囲内にある状態が第１の所定時間Ｔ１だけ連続するという条件を満足するか否かにより行う。「フィルタ値Ｆ１の変動が所定範囲内にある」場合としては、例えば、前記の第１の制御プログラムにおいて演算されたフィルタ値Ｆ１の変化率の絶対値が所定値αより小さい状態となる場合や、同じくフィルタ値Ｆ１の刻々変化する最高値と最小値の幅が所定範囲β内に収まる状態となる場合などがある。ここで、所定値αや所定範囲βは、後述のようにフィルタ時定数を切り替えた場合であっても、十分安定した液面の水位Ｌを出力し得るようなフィルタ値の変化率や変位量を示す値であり、第１の所定時間Ｔ１は、このような安定した液面の水位Ｌが持続すると判断できるのに十分な時間である。そして、前記条件を満たす場合には、ステップ１３へと進む一方（Yes）、前記条件を満たさない場合には、ステップ１４へと進む（No）。

ステップ１３では、フィルタの所定時定数τ１をより小さい時定数τ２に切り替える。時定数τ２は、例えば数百ミリ秒といった、水位Ｌの収束を考慮した１秒より小さい値である。なお、第１の制御プログラムにおいて、時定数切り替え後最初に演算されるフィルタ値Ｆ２は、切り替え以前に水位計３２により最後に測定された水位Ｌ０を前回値として算出される。このため、最初に演算されるフィルタ値Ｆ２、すなわち出力される水位Ｌは、その実測水位Ｌ０と等しい値となる。

ステップ１４では、ステップ１１において車両が停止していると初めて判定されたときから、第２の所定時間Ｔ２だけ経過しているか否かを判定する。ここで、第２の所定時間Ｔ２は、車両が停止してから、液面の揺れが収まっていると推定される時間であり、何らかの原因により一時的にステップ１２の条件を満たさなかった場合であっても、一定時間経過後には液面が安定しているとみなして、確実にフィルタ時定数の切り替えを行う点において意義のある時間である。従って、第２の所定時間Ｔ２は、前述の第１の所定時間Ｔ１よりも長い時間である。そして、車両停止から第２の所定時間Ｔ２だけ経過している場合には（Yes）、ステップ１３へと進む一方、車両停止から第２の所定時間Ｔ２が経過していない場合には（No）、ステップ１５へと進む。なお、還元剤添加ＥＣＵ３６の処理速度を向上すべく、本ステップの判定は省略することもできる。この場合、ステップ１２の条件を満たさない場合には（No）、直接ステップ１５へ進む。

ステップ１５では、フィルタの所定時定数τ２をより大きい時定数τ１に切り替える。

かかる水位測定装置によれば、水位計３２で測定した水位Ｌ０に対して、第１の制御プログラムにおいて所定時定数τ１を適用していても、車両が停止し、かつ、液面が安定している場合には、より小さい時定数τ２に自動的に切り替わる。また、時定数切り替え後最初に演算されるフィルタ値Ｆ２は、切り替え以前に水位計３２により最後に測定された水位Ｌ０を前回値として算出される。このため、図４に示すような時定数の切り替えのない場合と比べ、図５に示すように、出力される水位Ｌが実際の液面の水位Ｌ０に収束するまでの時間を短縮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。

２４還元剤タンク
３２水位計
３６還元剤添加ＥＣＵ３６

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、所定時定数を有する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、
前記フィルタ手段により演算されたフィルタ値を水位として出力する出力手段と、
前記液体タンクに貯蔵された液体の液面が安定しているか否かを判定する第１の判定手段と、
前記液面が安定していると判定された場合に、前記フィルタの所定時定数をより小さな値に切り替える時定数切替手段と、
を含んで構成され、
前記第１の判定手段は、前記フィルタ値の変動が所定範囲内にある状態が第１の所定時間連続したときに、前記液面が安定していると判定することを特徴とする水位測定装置。
車両が停止しているか否かを判定する停車判定手段をさらに備え、
前記第１の判定手段は、前記停車判定手段により車両が停止していると判定され、かつ、前記フィルタ値の変動が所定範囲内にある状態が第１の所定時間連続したときに、前記液面が安定していると判定することを特徴とする請求項１記載の水位測定装置。