JP5541006B2 - Liquid volume and liquid state sensor - Google Patents
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Description
本発明は、タンク内の液体量検出と液体状態判定を行う液体量及び液体状態センサに係り、液体状態の判定が正確で、しかも単一の部材により液体量と液体状態が検出できる液体量及び液体状態センサに関する。 The present invention relates to a liquid amount and a liquid state sensor for detecting a liquid amount in a tank and performing a liquid state determination. The liquid amount and the liquid state sensor can accurately detect the liquid state and detect the liquid amount and the liquid state by a single member. The present invention relates to a liquid state sensor.
車両の排気ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)を除去する排気ガス浄化システムとして、尿素水と還元触媒装置とを組み合わせたものがある。尿素水を車載のタンクに貯留しておき、必要に応じて排気管に噴射することで、還元触媒装置においてNOxにアンモニアを作用させてNOxを除去することができる。 As an exhaust gas purification system for removing nitrogen oxides (NOx) contained in vehicle exhaust gas, there is a combination of urea water and a reduction catalyst device. By storing urea water in a vehicle-mounted tank and injecting it into the exhaust pipe as necessary, NOx can be removed by causing ammonia to act on NOx in the reduction catalyst device.
しかし、尿素水は、低温、例えば、−15℃で凍結する性質がある。冬期の寒冷地では外気温が低いためタンク内の尿素水が凍結することがある。タンク内の尿素水が凍結すると尿素水を排気管に噴射することが困難になる。しかし、凍結防止のため尿素水に不凍剤を混入すると、還元触媒装置の性能が悪化してしまう。また、尿素水が不当に水増しされないよう、尿素水の濃度を検出し、濃度が不適切なときエンジンを始動禁止する規制も考えられており、尿素水に不凍剤を混入すると、この規制に係ってしまう。よって、不純物のない尿素水を使用することになる。タンク内の尿素水が凍結することは避けられないので、尿素水噴射の前提となる凍結か否かを判定する手段が必要になる。 However, urea water has a property of freezing at a low temperature, for example, -15 ° C. In cold regions in winter, urea water in the tank may freeze due to low outside air temperature. When the urea water in the tank freezes, it becomes difficult to inject the urea water into the exhaust pipe. However, if an antifreeze agent is mixed in urea water to prevent freezing, the performance of the reduction catalyst device deteriorates. In order to prevent urea water from being unreasonably increased, there is also a regulation that detects the concentration of urea water and prohibits the engine from starting when the concentration is inappropriate. I will be involved. Therefore, urea water without impurities is used. Since it is inevitable that the urea water in the tank is frozen, a means for determining whether or not the urea water injection is a precondition for the urea water injection is required.
一方、タンク内の尿素水が消費されてなくなるとNOx除去ができなくなるので、タンク内の尿素水量を検出する必要がある。 On the other hand, if the urea water in the tank is not consumed, NOx removal cannot be performed, so it is necessary to detect the amount of urea water in the tank.
特許文献1,3,4は、尿素水に一部が浸漬するようタンク内に垂下させた内筒と外筒を備え、内筒外筒間の静電容量から尿素水量を検出し、尿素水の温度と濃度から凍結を判定するものである。尿素水温度が融点以下で、尿素水濃度が固体状態を示す濃度のとき、凍結と判定する。
特許文献2,5は、尿素水に一部が浸漬するようタンク内に垂下させた内筒と外筒を備え、内筒外筒間の静電容量から尿素水量を検出し、温度センサで検出した尿素水温度から凍結を判定するものである。尿素水の温度が閾値以下なら凍結と判定する。
特許文献1〜5のような尿素水温度や尿素水濃度に基づく凍結判定は、尿素水温度や尿素水濃度を全て精度よく検出する必要があるが、一部が凍結した未凍結の部分もあるような状態では場所によって温度が異なり、融点間際の尿素水温度や尿素水濃度を精度よく検出することは難しい。このため、判定が正確にならない。
Freezing determination based on urea water temperature and urea water concentration as in
また、特許文献1〜5では、尿素水量の検出には尿素水量検出用に設けた静電容量センサを用い、凍結判定のための尿素水温度や尿素水濃度の検出には温度センサやヒータを組み合わせて用いる。しかし、凍結判定が必要になるのは、冬期の寒冷地など、限られた季節や地域だけであり、その他の季節や地域では凍結判定用の部材は無駄となる。 Moreover, in patent documents 1-5, the capacitance sensor provided for the urea water amount detection is used for the detection of the urea water amount, and the temperature sensor and the heater are used for the detection of the urea water temperature and the urea water concentration for freezing determination. Use in combination. However, freezing determination is necessary only in a limited season or region such as a cold region in winter, and in other seasons or regions, the freezing determination member is wasted.
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、液体状態の判定が正確で、しかも単一の部材により液体量と液体状態が検出できる液体量及び液体状態センサを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid amount and liquid state sensor that solves the above-described problems, enables accurate determination of the liquid state, and can detect the liquid amount and the liquid state with a single member.
上記目的を達成するために本発明は、タンク内に設置され、前記タンク内の液体の静圧と動圧が検出可能な圧力センサと、前記圧力センサが検出した静圧から前記タンク内の液体量を検出する液体量検出部と、前記圧力センサが検出した動圧から前記タンク内の液体状態を判定する状態判定部とを備えたものである。 To achieve the above object, the present invention provides a pressure sensor installed in a tank and capable of detecting the static pressure and dynamic pressure of the liquid in the tank, and the liquid in the tank from the static pressure detected by the pressure sensor. A liquid amount detection unit that detects the amount, and a state determination unit that determines the liquid state in the tank from the dynamic pressure detected by the pressure sensor.
前記状態判定部は、車両の振動時に前記圧力センサが検出した動圧が閾値未満であるとき、前記タンク内の液体の少なくとも一部が凍結した状態であると判定してもよい。 The state determination unit may determine that at least a part of the liquid in the tank is frozen when the dynamic pressure detected by the pressure sensor during vibration of the vehicle is less than a threshold value.
前記圧力センサは、前記タンクの内面に設置されてもよい。 The pressure sensor may be installed on the inner surface of the tank.
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。 The present invention exhibits the following excellent effects.
(1)液体状態が正確に判定できる。 (1) The liquid state can be accurately determined.
(2)単一の部材により液体量と液体状態が検出できる。 (2) The liquid amount and the liquid state can be detected by a single member.
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1に示されるように、本発明に係る液体量及び液体状態センサ1は、タンク2内に設置され、タンク2内の液体Wの静圧と動圧が検出可能な圧力センサ3と、圧力センサ3が検出した静圧からタンク2内の液体量を検出する液体量検出部4と、圧力センサ3が検出した動圧からタンク2内の液体状態を判定する状態判定部5とを備える。
As shown in FIG. 1, a liquid amount and
ここで、図1の液体量及び液体状態センサ1は、車両に搭載された排気ガス浄化システムの尿素水を貯留するタンク(タンク)2に適用される。すなわち、排気ガス浄化システムにあっては、タンク2に貯留された液体Wは尿素水であり、タンク2内には尿素水を汲み上げるポンプ6が設置され、エンジン7と還元触媒装置8との間の排気管9には、ポンプ6で汲み上げられた尿素水を還元触媒装置8の上流に導いて噴射する払い出し管10が接続される。
Here, the liquid amount and
圧力センサ3は、液体Wの静圧と動圧が検出可能であればどのような方式のものでもよく、水圧センサとして市販されているものを使用することができる。圧力センサ3の出力は、例えば、電圧であり、その出力電圧を図示しないフィルタに通し、低周波成分(直流成分)が静圧として分離でき、高周波成分(交流成分)が動圧として分離できる。
The
圧力センサ3は、液体量がエンプティ(最低残量)近くでも圧力検出ができるよう、タンク2の底部あるいはその近くに設置されるのが好ましい。また、液体Wがタンク2の壁面近傍、つまり内面に接した部分から凍結していくことから、圧力センサ3は、タンク2の内面に設置されるのが好ましい。また、後述する液体特有の波による圧力波は水平方向に顕著となるので、圧力センサ3は、タンク2内の側面に設置して、感応方向を水平方向に向けるのが好ましい。よって、ここでは、タンク2内の底部近傍の側面に圧力センサ3が設置されている。
The
液体量検出部4と状態判定部5は、いわゆる電子制御装置(Electronical Control Unit;ECU)11にソフトウェアとして設けられる。
The liquid
液体量及び液体状態センサ1の動作原理を説明する。
The operation principle of the liquid amount and
図2に示されるように、圧力センサ3が出力する電圧は、静圧と動圧を混合して検出したものである。フィルタにより、低周波成分が静圧として分離され、高周波成分が動圧として分離される。静圧は、水頭圧、すなわち液体の深さによって生じる圧力であるから、液面からの深さに比例する。よって、液体量検出部4では、あらかじめ液体の比重を考慮して設定された係数を用い、静圧から液体量を検出することができる。
As shown in FIG. 2, the voltage output from the
一方、状態判定部5では、動圧からタンク内の液体の状態、具体的には液体が凍結しているか否かを判定することになる。
On the other hand, the
タンク2内の液体Wが凍結していないとき、エンジン振動や路面走行による車体の振動がタンク2に伝搬してタンク2が振動することで、タンク2内で液体Wが動揺して液体特有の波が発生する。このため、圧力センサ3では、液体特有の波に起因する特定周波数を有する圧力波が動圧として検出される。つまり、動圧は、タンク内の液体Wが凍結していないとき、液体Wの波によって生じ、圧力センサ3に作用するものである。
When the liquid W in the
タンク2内の液体Wが凍結し始めるときは、外気と触れている壁面付近に凍結部分が生じ、そのような凍結部分がタンク2の内部へと成長する。圧力センサ3がタンク2の側面に設置されていることから、図1に破線で示すように、液体Wの一部が凍結した時点で圧力センサ3は凍結部分に覆われる。このとき、タンク2が振動してタンク2内の未凍結部分に液体特有の波が発生しても、凍結部分に覆われた圧力センサ3には圧力波が届かない。よって、圧力センサ3では動圧が検出されない。
When the liquid W in the
従って、エンジン7の始動時など、車体に振動が生じているとき、圧力センサ3において閾値以上の動圧が検出されたならば液体Wが凍結していないと判定してよく、閾値未満の動圧しか検出されなければ液体Wが凍結したと判定してよい。
Accordingly, when the vehicle body is vibrated, such as when the
本発明の液体量及び液体状態センサ1を利用した尿素水管理は、図3のように行われる。
The urea water management using the liquid amount and
ステップS1にて、エンジン7が始動されると、始動によるエンジン振動が終わらないうちに、直ちにステップS2にて、圧力センサ3からの動圧に基づき尿素水の凍結を判定する。
When the
尿素水が凍結しているという判定になった場合、ステップS3にて、解凍装置を稼動させる。解凍装置としては、例えば、エンジン7の冷却水循環パイプをタンク2内に引き込み、廃熱を利用して尿素水を解凍するものが知られている。
If it is determined that the urea water is frozen, the thawing device is operated in step S3. As a thawing device, for example, a device that draws a cooling water circulation pipe of the
尿素水が凍結していないという判定になった場合、ステップS4にて、解凍装置を停止し、ステップS5にて、尿素水噴射を実施することにより、還元触媒装置におけるNOx除去を開始させる。 If it is determined that the urea water is not frozen, the thawing device is stopped in step S4, and the urea water injection is performed in step S5 to start the NOx removal in the reduction catalyst device.
図3には示さないが、圧力センサ3からの静圧に基づき尿素水量を検出する。尿素水量が残量不足を警告する必要がある値、あるいは尿素水噴射ができない値である場合、警告を行ったり、尿素水噴射を禁止する。
Although not shown in FIG. 3, the amount of urea water is detected based on the static pressure from the
以上のように、尿素水管理が行われる。 As described above, urea water management is performed.
なお、ステップS3以降における凍結の判定の際には、すでにエンジン7が運転中であり、エンジン始動による振動は利用できないが、走行中であれば動圧の発生源として路面による車両振動を利用するとよい。また、ディーゼル車両はガソリン車両に比べて運転中のエンジン振動が大きいので、動圧の発生源として運転中のエンジン振動も利用できる。
It should be noted that at the time of determination of freezing in step S3 and after, the
また、凍結判定はエンジン始動時のみ行ってもよい。エンジン始動時に尿素水が凍結していた場合、その後、エンジン7が暖機されることでエンジン冷却水とタンク2内の尿素水が熱交換して解凍が進み、あらかじめ設定した解凍時間が経過すれば、確実に尿素水全体が解凍され、尿素水噴射を開始できるからである。
The freezing determination may be performed only when the engine is started. If the urea water is frozen at the time of starting the engine, the
本発明の液体量及び液体状態センサ1によれば、静圧と動圧が検出可能な圧力センサ3を用いて液体量と液体状態が検出できる。このため、年間を通じて凍結の生じない熱帯・亜熱帯地域や冬期の短期間しか凍結の生じない温暖地域においても、圧力センサ3が液体量センサとして稼動するため、圧力センサ3が無駄にならない。一方、冬期に凍結が生じる温暖地域や寒冷地域では、夏期には圧力センサ3をもっぱら液体量センサとして稼動させ、冬期には液体状態センサ兼用として稼動させることができる。年間を通じて凍結が生じる極寒地であれば常に液体量センサと液体状態センサの兼用として稼動させることができる。
According to the liquid amount and
本発明の液体量及び液体状態センサ1によれば、凍結時と非凍結時とで顕著に相違する動圧を用いるので、融点間際の温度を用いる従来技術に比べ液体状態の判定が正確となる。
According to the liquid amount and
本発明の液体量及び液体状態センサ1によれば、圧力センサ3を凍結が始まるタンク2の内面に設置したので、一部が凍結した状態でいちはやく凍結を判定することができる。
According to the liquid amount and
本発明の液体量及び液体状態センサ1によれば、動圧を検出することで液体状態を判定するようにしたので、車両の尿素水管理に応用した場合、エンジン始動による振動が凍結の判定に好適に利用できる。エンジン始動時は車両の振動が大きく、低温下でのエンジン始動時は振動が特に大きいので、圧力センサ3での動圧検出が容易である。
According to the liquid amount and
1 液体量及び液体状態センサ
2 タンク
3 圧力センサ
4 液体量検出部
5 状態判定部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記圧力センサが検出した静圧から前記タンク内の液体量を検出する液体量検出部と、 前記圧力センサが検出した動圧から前記タンク内の液体状態を判定する状態判定部とを備えたことを特徴とする液体量及び液体状態センサ。 A pressure sensor installed in the tank and capable of detecting the static pressure and dynamic pressure of the liquid in the tank;
A liquid amount detection unit that detects the amount of liquid in the tank from the static pressure detected by the pressure sensor; and a state determination unit that determines a liquid state in the tank from the dynamic pressure detected by the pressure sensor. A liquid amount and liquid state sensor.
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