JP5900608B2 - 液体の残量検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液体の残量を検出する装置に関する。
タンク内に貯留された液体の残量を検出する検出器を備えた残量検出装置が種々知られている。例えば特許文献1に記載の装置では、噴射ノズルから噴射される尿素水溶液をタンク内に貯留するようにしており、このタンク内の尿素水溶液の量をレベルセンサで検出するようにしている。
特開2007−55353号公報
外気温度が非常に低いときには、タンク内の液体は凍結する可能性がある。特に、検出器周辺の液体が凍結すると、検出器の検出異常が生じてタンク内の液体残量を検出することが困難になる。
この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出器周辺の液体が凍結した場合でも、タンク内の液体残量を検出可能にすることにある。
上記目的を達成するため、本発明は、液体の残量検出装置において、液体を貯留するタンクと、タンク内の液体の残量を検出する検出器と、タンク内の液体を供給対象に供給する供給機構と、機関停止直後に検出器によって検出された第1の液体残量と供給機構による液体供給が開始されてから同供給機構が供給した液体供給量の積算値と供給機構による液体供給の開始後に検出器によって検出される第2の液体残量とに基づき前記検出器周辺の液体が凍結したことに伴う当該検出器における検出異常の有無を判定する異常判定部と、異常判定部によって検出異常ありと判定されるときには、前記第1の液体残量から前記積算値を減じた値を前記タンク内の液体残量の推定値とする推定部と、前記タンク内の液体が凍結しているか否かを判定する凍結判定部と、を備え、前記凍結判定部によって凍結していないと判定されるときには、前記異常判定部による判定を禁止して、前記検出器の検出値を前記タンク内の液体残量とするようにしている。
タンクに貯留された液体の残量は、供給機構による液体供給が開始されると徐々に減少していく。従って、検出器周辺の液体が凍結しておらず、検出器に検出異常が生じていないときには、供給機構による液体供給を開始してから同供給機構が供給した液体供給量の積算値、つまり供給機構によって消費されたタンク内の液体量の積算値と、供給機構による液体供給の開始後に検出器によって検出される第2の液体残量、つまりタンク内の液体が消費されている最中に検出される実際の液体残量との和は、上記第1の液体残量、つまり液体供給を開始する前のタンク内の液体残量と一致する。
一方、検出器周辺の液体が凍結しており、検出器に検出異常が生じているときには、上記第2の液体残量、つまりタンク内の液体が消費されている最中に検出される実際の液体残量が不正確になるため、上記液体供給量の積算値と第2の液体残量との和は、上記第1の液体残量と一致しなくなる。このように検出器に検出異常が生じているか否かの判定は、上述した第1の液体残量と液体供給量の積算値と第2の液体残量とに基づいて行うことができる。そこで、上記異常判定部では、それら第1の液体残量と液体供給量の積算値と第2の液体残量とに基づき、検出器における検出異常の有無を判定するようにしており、これにより検出異常の有無が適切に判定される。
そして、異常判定部によって検出異常ありと判定されるときには、推定部によってタンク内の液体残量が推定される。ここで、上述した第1の液体残量から上記液体供給量の積算値を減ずる、つまり液体供給を開始する前のタンク内の液体残量から供給機構によって消費されたタンク内の液体量の積算値を減ずることで、タンク内の液体残量を推定することが可能である。そこで、推定部では、上記第1の液体残量から上記積算値を減じた値をタンク内の液体残量の推定値とするようにしている。従って、検出器周辺の液体が凍結することで検出器に検出異常が生じている場合でも、タンク内の液体残量を推定値にて検出することが可能になる。しかし、上記積算値と実際に消費された液体量との間に誤差が生じると、タンク内の液体残量に関する推定精度が低下するため、異常判定部で誤判定が起きたり、推定部において液体残量の推定誤差が大きくなったりする可能性がある。ここで、タンク内の液体が凍結していなければ、検出器によってタンク内の液体残量を検出することができるため、液体残量の推定値を算出する必要は無い。そこで、タンク内の液体が凍結しているか否かを判定する凍結判定部を備え、この凍結判定部によって凍結していないと判定されるときには、異常判定部による判定を禁止して、検出器の検出値をタンク内の液体残量とすることにより、タンク内の液体残量を正確に検出することができるようになる。
本発明の一態様では、異常判定部は、第1の液体残量から液体供給量の積算値を減じた値を算出し、この減算値と減算値を算出したときの第2の液体残量との間に乖離があるときには、検出器に検出異常有りと判定する。
上記第1の液体残量から上記積算値を減じることにより、タンク内の液体残量の推定値を算出することができる。そして、検出器に検出異常が有るときには、検出器の検出値がタンク内の液体残量と一致しないため、液体残量の推定値と検出器によって検出される第2の液体残量との間には乖離が生じる。そこで、上記異常判定部では、第1の液体残量から上記積算値を減じた値と、この減算値を算出したときの第2の液体残量との間に乖離があるときには、検出器に検出異常有りと判定するようにしており、タンク内の液体残量に基づいて検出異常の有無を適切に判定することができる。
本発明の一態様では、異常判定部は、第1の液体残量から第2の液体残量を減じた値を算出し、この減算値と減算値を算出したときの液体供給量の積算値との間に乖離があるときには、検出器に検出異常有りと判定する。
上記第1の液体残量から上記第2の液体残量を減じることにより、タンク内の液体消費量を算出することができる。この液体消費量は、検出器に検出異常がないときには、上記液体供給量の積算値と一致する値である。一方、検出器に検出異常が有るときには、第2の液体残量が正確に検出されないため、液体消費量を正確に算出することができない。従って、この場合には算出された液体消費量と液体供給量の積算値とが一致しない。そこで、上記異常判定部では、第1の液体残量から第2の液体残量を減じた値と、この減算値を算出したときの液体供給量の積算値との間に乖離があるときには、検出器に検出異常有りと判定するようにしており、タンク内の液体消費量に基づいて検出異常の有無を適切に判定することができる。
上記液体供給量の積算値は、実際の液体供給量を検出して、その検出値を積算することにより算出することができる。この他、本発明の一態様によるように、液体供給量の目標値を設定して供給機構による液体の供給量を制御する制御部を備えており、判定部は、上記目標値を積算することにより、液体供給量の積算値を算出するようにしてもよい。この場合には、液体供給量を実際に検出するための検出機構を別途設ける必要がなくなる。
本発明の一態様では、凍結判定部は、外気温度が予め定められた温度よりも高いときには、前記タンク内の液体が凍結していないと判定する。
また、本発明の一態様では、この残量検出装置は、内燃機関を搭載した車両に設けられており、凍結判定部は、車両の走行時間が予め定められた時間よりも長いときには、タンク内の液体が凍結していないと判定する。
そして、本発明の一態様として、上記液体は内燃機関の排気浄化触媒による排気浄化に利用される還元剤であり、上記供給対象は内燃機関の排気通路であり、上記供給機構は還元剤を噴射する噴射弁であり、上記液体供給量は噴射弁の噴射量である、といった構成を採用することも可能である。
本発明の第1実施形態の全体構成を示す模式図。 同実施形態における停止時処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態における残量検出処理の手順を示すフローチャート。 第2実施形態における残量検出処理の手順を示すフローチャート。 外気温度及び走行時間と凍結フラグの設定値との関係を示す概念図。 第1実施形態の変形例における残量検出処理の手順を示すフローチャート。
(第1実施形態)
以下、この発明にかかる液体の残量検出装置を車両に搭載されたディーゼルエンジン(以下、「エンジン」という)に適用した第1実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。
図1に示すように、エンジン1には複数の気筒#1〜#4が設けられている。シリンダヘッド2には複数の燃料噴射弁4a〜4dが取り付けられている。これら燃料噴射弁4a〜4dは対応する気筒#1〜#4の燃焼室に燃料を噴射する。また、シリンダヘッド2には新気を気筒内に導入するための吸気ポートと、燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート6a〜6dとが各気筒#1〜#4に対応して設けられている。
燃料噴射弁4a〜4dは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール9に接続されている。コモンレール9はサプライポンプ10に接続されている。サプライポンプ10は燃料タンク内の燃料を吸入するとともにコモンレール9に高圧燃料を供給する。コモンレール9に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁4a〜4dの開弁時に同燃料噴射弁4a〜4dから気筒内に噴射される。
吸気ポートにはインテークマニホールド7が接続されている。インテークマニホールド7は吸気通路3に接続されている。この吸気通路3内には吸入空気量を調整するための吸気絞り弁16が設けられている。
排気ポート6a〜6dにはエキゾーストマニホールド8が接続されている。エキゾーストマニホールド8は排気通路26に接続されている。
排気通路26の途中には、排気圧を利用して気筒に導入される吸入空気を過給するターボチャージャ11が設けられている。同ターボチャージャ11の吸気側コンプレッサと吸気絞り弁16との間の吸気通路3にはインタークーラ18が設けられている。このインタークーラ18によって、ターボチャージャ11の過給により温度上昇した吸入空気の冷却が図られる。
また、排気通路26の途中にあって、ターボチャージャ11の排気側タービンの下流には、排気を浄化する第1浄化部材30が設けられている。この第1浄化部材30の内部には、排気の流れ方向に対して直列に酸化触媒31及びDPF触媒32が配設されている。
酸化触媒31には、排気中のHCを酸化処理する触媒が担持されている。また、DPF触媒32は、排気中のPM(粒子状物質)を捕集するフィルタであって多孔質のセラミックで構成されており、さらにはPMの酸化を促進させるための触媒が担持されている。排気中のPMは、DPF触媒32の多孔質の壁を通過する際に捕集される。
また、エキゾーストマニホールド8の集合部近傍には、酸化触媒31やDPF触媒32に添加剤として燃料を供給するための燃料添加弁5が設けられている。この燃料添加弁5は、燃料供給管27を介して前記サプライポンプ10に接続されている。なお、燃料添加弁5の配設位置は、排気系にあって第1浄化部材30の上流側であれば適宜変更するも可能である。
また、排気通路26の途中にあって、第1浄化部材30の下流には、排気を浄化する第2浄化部材40が設けられている。第2浄化部材40の内部には、還元剤を利用して排気中のNOxを還元浄化する排気浄化触媒としての選択還元型NOx触媒(以下、SCR触媒という)41が配設されている。
さらに、排気通路26の途中にあって、第2浄化部材40の下流には、排気を浄化する第3浄化部材50が設けられている。第3浄化部材50の内部には、排気中のアンモニアを浄化するアンモニア酸化触媒51が配設されている。
エンジン1には、上記SCR触媒41に還元剤としての尿素水を供給する尿素水供給機構200が設けられている。尿素水供給機構200は、尿素水を貯留するタンク210、排気通路26内に尿素水を噴射供給する尿素噴射弁230、尿素噴射弁230とタンク210とを接続する供給通路240、供給通路240の途中に設けられたポンプ220、タンク210内に貯留された尿素水の量を検出するレベルセンサ250等で構成されている。なお、レベルセンサ250によって検出されたタンク210内の尿素水の残量を、以下、センサ残量値SRという。また、このレベルセンサ250は、検出器を構成する。
尿素噴射弁230は、第1浄化部材30と第2浄化部材40との間の排気通路26に設けられており、その噴射孔はSCR触媒41に向かって開口されている。この尿素噴射弁230が開弁されると、供給通路240を介して排気通路26内に尿素水が噴射供給される。この尿素噴射弁230は、供給機構を構成する。
ポンプ220は電動式のポンプであり、正回転時には、タンク210から尿素噴射弁230に向けて尿素水を送液する。一方、逆回転時には、尿素噴射弁230からタンク210に向けて尿素水を送液する。つまり、ポンプ220の逆回転時には、尿素噴射弁230及び供給通路240から尿素水が回収されてタンク210に戻される。
また、尿素噴射弁230とSCR触媒41との間の排気通路26内には、尿素噴射弁230から噴射された尿素水を分散させることにより同尿素水の霧化を促進する分散板60が設けられている。
尿素噴射弁230から噴射された尿素水は、SCR触媒41に到達するとアンモニアとして吸着される。そしてSCR触媒41に吸着されたアンモニアによりNOxが還元浄化される。
この他、エンジン1には排気再循環装置(以下、EGR装置という)が備えられている。このEGR装置は、排気の一部を吸入空気に導入することで気筒内の燃焼温度を低下させ、NOxの発生量を低減させる装置である。この排気再循環装置は、吸気通路3とエキゾーストマニホールド8とを連通するEGR通路13、同EGR通路13に設けられたEGR弁15、及びEGRクーラ14等により構成されている。EGR弁15の開度が調整されることにより排気通路26から吸気通路3に導入される排気還流量、いわゆる外部EGR量が調量される。また、EGRクーラ14によってEGR通路13内を流れる排気の温度が低下される。
エンジン1には、機関運転状態を検出するための各種センサやスイッチが取り付けられている。例えば、エアフロメータ19は吸気通路3内の吸入空気量GAを検出する。絞り弁開度センサ20は吸気絞り弁16の開度を検出する。機関回転速度センサ21はクランクシャフトの回転速度、すなわち機関回転速度NEを検出する。アクセル操作量センサ22はアクセルペダル(アクセル操作部材)の踏み込み量、すなわちアクセル操作量ACCPを検出する。外気温度センサ23は、外気温度THoutを検出する。車速センサ24はエンジン1が搭載された車両の車速SPDを検出する。イグニッションスイッチ25は、車両の運転者によるエンジン1の始動操作及び停止操作を検出する。
また、酸化触媒31の上流に設けられた第1排気温度センサ100は、酸化触媒31に流入する前の排気温度である第1排気温度TH1を検出する。差圧センサ110は、DPF触媒32の上流及び下流の排気圧の圧力差ΔPを検出する。
第1浄化部材30と第2浄化部材40との間の排気通路26にあって、尿素噴射弁230の上流には、第2排気温度センサ120及び第1NOxセンサ130が設けられている。第2排気温度センサ120は、SCR触媒41に流入する前の排気温度である第2排気温度TH2を検出する。第1NOxセンサ130は、SCR触媒41に流入する前の排気中のNOx濃度である第1NOx濃度N1を検出する。
第3浄化部材50よりも下流の排気通路26には、SCR触媒41を通過した排気中のNOx濃度である第2NOx濃度N2を検出する第2NOxセンサ140が設けられている。
これら各種センサ等の出力は制御装置80に入力される。この制御装置80は、中央処理制御装置(CPU)、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ(ROM)、CPUの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ(RAM)、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。
そして、制御装置80により、例えば燃料噴射弁4a〜4dや燃料添加弁5の燃料噴射量制御・燃料噴射時期制御、サプライポンプ10の吐出圧力制御、吸気絞り弁16を開閉するアクチュエータ17の駆動量制御、EGR弁15の開度制御等、エンジン1の各種制御が行われる。
制御装置80は、排気浄化制御の一つとして、上記尿素噴射弁230による尿素水の添加制御も行う。この添加制御では、エンジン1から排出されるNOxを還元処理するために必要な尿素水供給量の目標値である尿素目標量QEが機関運転状態等に基づいて算出される。なお、この尿素目標量QEは、単位時間当たりに尿素噴射弁230から噴射供給する尿素水の目標量として算出される。そして、算出された尿素目標量QEが尿素噴射弁230から噴射されるように、同尿素噴射弁230の開弁状態が制御される。このようにエンジン1の運転中は、NOxを浄化するために排気通路26に対して尿素水の供給が行われ、エンジン1が停止すると尿素水の供給も停止される。なお、尿素目標量QEを設定するとともに尿素噴射弁230を制御する制御装置80は、制御部を構成する。
本実施形態では、タンク210内に貯留された尿素水の残量をレベルセンサ250にて検出するようにしている。しかし、外気温度が非常に低いときには、タンク210内の尿素水が凍結する可能性がある。特に、レベルセンサ250の周辺の尿素水が凍結すると、レベルセンサ250に検出異常が生じ、タンク210内の尿素水残量を検出することが困難になる。
そこで、本実施形態では、以下に説明する停止時処理及び残量検出処理を行うことにより、レベルセンサ250の周辺の尿素水が凍結した場合でも、タンク210内の尿素水残量が検出できるようにしている。なお、停止時処理及び残量検出処理は、制御装置80によって所定周期毎に繰り返し実行される。
図2に示すように、停止時処理が開始されるとまず、機関停止直後であるか否かが判定される(S100)。このステップS100では、イグニッションスイッチ25がオンからオフに操作された直後のときに肯定判定される。そして、機関停止直後ではないときには(S100:NO)、本処理は一旦終了される。
一方、機関停止直後のときには(S100:YES)、現在、レベルセンサ250にて検出されているセンサ残量値SRが停止時残量PRとして設定される(S110)。そして、本処理は一旦終了される。なお、この停止時残量PRは、第1の液体残量に相当する。
他方、図3に示すように、残量検出処理が開始されるとまず、イグニッションスイッチ25がオン状態になっているか否かが判定される(S200)。そして、イグニッションスイッチ25がオン状態になっていないときには(S200:NO)、本処理は一旦終了される。
一方、イグニッションスイッチ25がオン状態になっているときには(S200:YES)、現在の積算噴射量QESが読み込まれる(S210)。この積算噴射量QESは、尿素噴射弁230から噴射供給された尿素水供給量の積算値であり、上述した尿素目標量QEを積算することにより算出される。より詳細には、イグニッションスイッチ25がオフ状態からオン状態にされると、積算噴射量QESは「0」にリセットされる。そして、イグニッションスイッチ25がオン状態に維持されている間は、上記尿素目標量QEが順次積算されることにより積算噴射量QESは更新される。なお、この積算噴射量QESの算出は、本処理とは別の処理によって行われる。また、この積算噴射量QESは、液体供給量の積算値に相当する。このように尿素目標量QEを積算した積算噴射量QESを尿素水供給量の積算値とすることにより、尿素水供給量を実際に検出する検出機構を別途設けることなく、尿素水供給量の積算値を求めることができる。
現在の積算噴射量QESが読み込まれると、次に、推定残量ARが算出される(S220)。この推定残量ARは、タンク210内の尿素水の推定残量であり、上述した停止時残量PRから積算噴射量QESを減算することにより、現在の推定残量ARが算出される。
次に、残量偏差ΔRが算出される(S230)。この残量偏差ΔRは、ステップS220で算出された推定残量ARとレベルセンサ250にて検出された尿素水残量との乖離度合を示す値であり、ステップS220で算出された推定残量ARとこの推定残量ARを算出したときのセンサ残量値SRとの差の絶対値が残量偏差ΔRとされる。なお、このステップ220にて読み込まれるセンサ残量値SRは、第2の液体残量に相当する。
次に、残量偏差ΔRが判定値αを超えているか否かが判定される(S240)。そして、残量偏差ΔRが判定値α以下のときには(S240:NO)、レベルセンサ250にて検出されるセンサ残量値SRが現在の尿素水残量NRとされて(S270)、本処理は一旦終了される。
一方、残量偏差ΔRが判定値αを超えているときには(S240:YES)、レベルセンサ250に検出異常が生じている可能性があると判断される。ここで、残量偏差ΔRが判定値αを超えている状態が一時的なものである場合には、検出異常が生じていると断定することはできない。そこで、検出異常有りと断定するために、次のステップS250では、乖離時間TK1が判定値Tαを超えているか否かが判定される(S250)。この乖離時間TK1は、残量偏差ΔRが判定値αを超えている連続時間である。そして、乖離時間TK1が判定値Tα以下のときには(S250:NO)、レベルセンサ250にて検出されるセンサ残量値SRが現在の尿素水残量NRとされて(S270)、本処理は一旦終了される。
一方、乖離時間TK1が判定値Tαを超えているときには(S250:YES)、残量偏差ΔRが判定値αを超えた状態についてこれが一時的なものではなく継続したものであり、レベルセンサ250に検出異常が生じていると断定される。レベルセンサ250に検出異常が生じているときに、センサ残量値SRを現在の尿素水残量NRとしてしまうと、尿素残量は誤検出されてしまう。そこで、レベルセンサ250に検出異常が生じていると判断されるときには、ステップS220にて算出された推定残量ARが現在の尿素水残量NRとされて(S260)、本処理は一旦終了される。
なお、上記停止時処理、及びステップS200〜ステップS250の処理は、異常判定部が実行する処理に相当する。また、ステップS220及びステップS260の処理は、推定部が実行する処理に相当する。
次に、上記停止時処理及び残量検出処理の作用を説明する。
まず、タンク210に貯留された尿素水の残量は、尿素噴射弁230による尿素供給が開始されると徐々に減少していく。従って、レベルセンサ250周辺の尿素水が凍結しておらず、レベルセンサ250に検出異常が生じていないときには、尿素噴射弁230による尿素供給が開始されてからその尿素噴射弁230が供給した尿素供給量の積算値S、つまり尿素噴射弁230によって消費されたタンク210内の尿素水量の積算値と、尿素噴射弁230による尿素供給の開始後にレベルセンサ250によって検出されるセンサ残量値SR、つまりタンク210内の尿素水が消費されている最中に検出される実際の尿素残量との和Mは、次の値と一致する。すなわちこの和Mは、尿素噴射弁230による尿素供給が開始される前にレベルセンサ250によって検出された尿素残量、つまり尿素供給を開始する前のタンク210内の尿素残量と一致する。ここで、尿素噴射弁230からの尿素水の噴射供給は機関運転中に行われ、機関が停止すると尿素水の噴射供給は停止される。従って、機関始動後において、尿素供給を開始する前のタンク210内の尿素残量は、機関停止直後のセンサ残量値SR、つまり上記停止時残量PRと一致する。
そのため、レベルセンサ250に検出異常が生じていないときには、次式(1)が成立する。

停止時残量PR=尿素供給量の積算値S+尿素供給の開始後にレベルセンサ250によって検出されるセンサ残量値SR …(1)

ちなみに、機関運転中は排気熱等により尿素水の凍結が起きにくい。従って、機関停止直後は、機関始動直後に比べて尿素水が凍結している可能性は低く、センサ残量値SRの信頼性も高い。そのため、尿素水供給を開始する前の尿素残量、換言すれば積算噴射量QESを減算する尿素残量として機関停止直後のセンサ残量値SR、つまり上記停止時残量PRを利用することにより、推定残量ARの信頼性が高まるようになる。
一方、レベルセンサ250周辺の尿素水が凍結しており、レベルセンサ250に検出異常が生じているときには、タンク210内の尿素水が消費されている最中に検出されるセンサ残量値SRが不正確になるため、上記尿素供給量の積算値Sとセンサ残量値SRとの和Mは、上記停止時残量PRと一致しなくなり、上記式(1)が成立しない。このようにレベルセンサ250に検出異常が生じているか否かの判定は、上述した停止時残量PRと尿素供給量の積算値Sとセンサ残量値SRとに基づいて行うことができる。
そこで、上記停止時処理では、尿素供給を開始する前のタンク210内の尿素残量である停止時残量PRを把握するようにしている。そして、上記残量検出処理では、停止時残量PRと液体供給量の積算値Sに相当する積算噴射量QESとセンサ残量値SRとに基づき、レベルセンサ250における検出異常の有無が判定される。
より具体的には、停止時残量PRから積算噴射量QESを減じることにより、タンク210内の尿素残量の推定値が算出される。そして、レベルセンサ250に検出異常が有るときには、センサ残量値SRがタンク210内の尿素残量と一致しないため、尿素残量の推定値とセンサ残量値SRとの間には乖離が生じる。そこで、上記残量検出処理では、ステップS220にて停止時残量PRから積算噴射量QESを減じることで尿素残量の推定値である推定残量ARを算出している。そしてステップS230では、推定残量ARとこの推定残量ARを算出したときのセンサ残量値SRとの乖離度合を示す残量偏差ΔRを算出している。そして、ステップS240では、残量偏差ΔRと判定値αとを比較することにより、推定残量ARとこの推定残量ARを算出したときのセンサ残量値SRとの間に顕著な乖離が生じているか否かを判定し、顕著な乖離が生じているときには、レベルセンサ250に検出異常有りと判定するようにしている。従って、レベルセンサ250における検出異常の有無が、タンク210内の尿素残量に基づいて適切に判定される。
そして、レベルセンサ250に検出異常有りと判定されるときには、ステップS260の処理が行われることにより、尿素水残量NRとして、センサ残量値SRではなく推定残量ARが利用される。この推定残量ARは、停止時残量PRから積算噴射量QESを減じた値、つまり尿素供給を開始する前のタンク210内の尿素残量から尿素噴射弁230によって消費されたタンク210内の尿素水量の積算値を減じた値であり、タンク210内の尿素残量の推定値として利用可能である。このようにしてレベルセンサ250に検出異常有りと判定されるときには、尿素水残量NRとして、センサ残量値SRではなく推定残量ARが利用される。従って、レベルセンサ250の周辺の尿素水が凍結することで、レベルセンサ250に検出異常が生じている場合でも、タンク210内の尿素残量を推定値にて検出することが可能になる。
以上説明したように、本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
(1)停止時残量PRと積算噴射量QESと実際に検出されるセンサ残量値SRとに基づいてレベルセンサ250における検出異常の有無を判定するようにしている。従って、レベルセンサ250の検出異常の有無を適切に判定することができる。
そして、レベルセンサ250に検出異常ありと判定されるときには、停止時残量PRから積算噴射量QESを減じた推定残量ARを、タンク210内の尿素残量の推定値とするようにしている。従って、レベルセンサ250周辺の尿素水の凍結によって、レベルセンサ250に検出異常が生じている場合でも、タンク210内の尿素残量を推定値にて検出することが可能になる。
(2)レベルセンサ250の検出異常を判定するときには、停止時残量PRから積算噴射量QESを減じて推定残量ARを算出し、この推定残量AR値と、同推定残量ARを算出したときのセンサ残量値SRとの間に乖離があるときには、レベルセンサ250に検出異常有りと判定するようにしている。従って、タンク210内の尿素残量に基づき、検出異常の有無を適切に判定することができるようになる。
(3)尿素噴射弁230による尿素供給が開始されてからその尿素噴射弁230が供給した尿素水供給量の積算値を算出するに際して、制御装置80によって算出される尿素目標量QEを積算するようにしている。従って、尿素水供給量を実際に検出するための検出機構を別途設けることなく、尿素水供給量の積算値を求めることができる。
(第2実施形態)
次に、この発明にかかる液体の残量検出装置を具体化した第2実施形態について、図4及び図5を参照して説明する。
第1実施形態では、尿素噴射弁230による尿素供給を開始してからその尿素噴射弁230が噴射供給した尿素水供給量の積算値、つまり尿素噴射弁230によって消費されたタンク210内の尿素水の量の積算値として、尿素目標量QEを積算した積算噴射量QESを算出するようにした。
しかし、尿素噴射弁230の噴射圧の変化や同噴射弁230の個体差等により、尿素噴射弁230の実際の噴射量は尿素目標量QEからずれることがあり、この場合には積算噴射量QESと実際に消費された尿素水量の積算値との間に誤差が生じる。ちなみに、尿素水供給量を検出機構によって実際に検出するようにしたとしても、その検出機構には検出誤差があるため、尿素水供給量を積算していくとその積算値には検出誤差も累積されていく。従って、検出機構により尿素水供給量を実際に検出する場合でも、その検出された尿素水供給量の積算値と実際に消費された尿素水量の積算値との間に誤差が生じる。
このようにして積算値に誤差が生じると、この積算値を利用して求められる推定残量ARの推定精度が低下するため、レベルセンサ250の検出異常判定において誤判定が起きたり、尿素水残量NRとして推定残量ARを利用するときの推定誤差が大きくなる。
そこで、本実施形態の残量検出処理では、そうした積算値の誤差に起因する尿素水残量NRの精度低下を抑えるために、第1実施形態の残量検出処理に対して以下のステップS300及びステップS310の処理を追加するようにしている。
以下、第1実施形態の残量検出処理との相異点を中心にして、本実施形態の残量検出処理を説明する。
図4に示すように、本実施形態の残量検出処理が開始されるとまず、イグニッションスイッチ25がオン状態になっているか否かが判定される(S200)。そして、イグニッションスイッチ25がオン状態になっていないときには(S200:NO)、本処理は一旦終了される。
一方、イグニッションスイッチ25がオン状態になっているときには(S200:YES)、エンジン1を搭載した車両の走行時間TR及び外気温度THoutに基づいて凍結フラグCFが設定される(S300)。この凍結フラグCFは、タンク210内の尿素水が凍結しているか否かの判定結果を表すフラグである。
そして、基本的には、外気温度THoutが予め定められた温度よりも高いときには、タンク210内の尿素水が凍結していないと判定されて凍結フラグCFは「0」に設定され、外気温度THoutが予め定められた温度以下のときには、タンク210内の尿素水が凍結していると判定されて凍結フラグCFは「1」に設定される。
また、基本的には、走行時間TRが予め定められた時間よりも長いときにも、タンク210内の尿素水が凍結していないと判定されて凍結フラグCFは「0」に設定され、走行時間TRが予め定められた時間以下のときには、タンク210内の尿素水が凍結していると判定されて凍結フラグCFは「1」に設定される。
例えば図5に示すように、外気温度THoutが予め定められた判定温度Aよりも高いときには、タンク210内の尿素水が凍結していないと判定されて凍結フラグCFは「0」に設定され、外気温度THoutが上記判定温度A以下のときには、タンク210内の尿素水が凍結していると判定されて凍結フラグCFは「1」に設定される。そして、走行時間TRが長いときほど尿素水が凍結していない可能性は高いため、走行時間TRが長いときほど上記判定温度Aは低い温度に設定される。これにより外気温度THoutに基づいて凍結フラグCFを設定するに際して、走行時間TRが長いときほど凍結フラグCFは「0」に設定されやすくなる。
なお、図5に示すように、上記判定温度Aを、走行時間TRに基づいて尿素水の凍結を判定するための判定時間Bと言い換えることも可能である。すなわち、走行時間TRが予め定められた判定時間Bよりも長いときには、タンク210内の尿素水が凍結していないと判定して凍結フラグCFを「0」に設定する。そして、走行時間TRが上記判定時間B以下のときには、タンク210内の尿素水が凍結していると判定して凍結フラグCFを「1」に設定する。そして、外気温度THoutが高いときほど尿素水が凍結していない可能性は高いため、外気温度THoutが高いときほど上記判定時間Bを短い温度に設定するようにしてもよい。この場合には、走行時間TRに基づいて凍結フラグCFを設定するに際して、外気温度THoutが高いときほど凍結フラグCFは「0」に設定されやすくなり、上記判定温度Aの可変設定と同じ作用効果が得られる。
こうして走行時間TR及び外気温度THoutに基づいて凍結フラグCFが設定されると、ステップS310では、凍結フラグCFが「1」であるか否かが判定される。そして、凍結フラグCFが「0」のときには(S310:NO)、尿素水が凍結していないと判定される。こうして尿素水が凍結していないと判定されると、レベルセンサ250にて検出されるセンサ残量値SRが現在の尿素水残量NRとされる(S270)。つまり、尿素水が凍結していないと判定されると、第1実施形態で説明したステップS210以降の処理が実行されることなく禁止されて、センサ残量値SRが尿素水残量NRとされる。そして、本処理は一旦終了される。なお、上記ステップS300及びステップS310の処理は、凍結判定部が実行する処理に相当する。
一方、凍結フラグCFが「1」のときには(S310:YES)、尿素水が凍結していると判定され、第1実施形態で説明したステップS210以降の処理が順次行われる。
次に、本実施形態の残量検出処理により得られる特有の作用を説明する。
上述したように、尿素水供給量の積算値(積算噴射量QES)に誤差が生じると、この積算値を利用して求められる推定残量ARの推定精度が低下するため、レベルセンサ250の検出異常判定において誤判定が起きたり、尿素水残量NRとして推定残量ARを利用するときの推定誤差が大きくなる。
ここで、タンク210内の尿素水が凍結していなければ、レベルセンサ250によってタンク210内の尿素残量を検出することができるため、レベルセンサ250の検出異常判定を行ったり、推定残量ARを算出したりする必要は無い。
そこで、本実施形態の残量検出処理では、第1実施形態の残量検出処理に対してさらに上記ステップS300及びステップS310の処理を行うようにしている。つまりタンク210内の尿素水が凍結しているか否かを判定し、尿素水が凍結していないと判定されるときには、レベルセンサ250の異常判定を行わないようにすることで、同異常判定の実行を禁止している。そして、センサ残量値SRがタンク210内の尿素水残量NRとして利用される。従って、尿素水が凍結していないときには、尿素水供給量の積算値(積算噴射量QES)の誤差の影響を受けること無く、タンク210内の尿素水残量NRが正確に検出される。
以上説明したように、本実施形態によれば、上記(1)〜(3)の効果に加えて、更に次の(4)の効果を得ることができる。
(4)タンク210内の尿素水が凍結しているか否かを判定し、尿素水が凍結していないと判定されるときには、レベルセンサ250の検出異常判定を禁止して、センサ残量値SRをタンク210内の尿素水残量NRとするようにしている。従って、積算噴射量QESの誤差の影響を受けること無く、タンク210内の尿素水残量NRを正確に検出することができる。
なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・停止時残量PRから積算噴射量QESを減じて推定残量ARを算出し、この推定残量AR値とセンサ残量値SRとを比較することで、レベルセンサ250での検出異常の有無を判定するようにした。つまり、タンク210内の尿素残量に基づいて検出異常の有無を判定するようにした。この他、上述したように、レベルセンサ250に検出異常が生じていないときには、上記式(1)、つまり(停止時残量PR=尿素供給量の積算値S+尿素供給の開始後にレベルセンサ250によって検出されるセンサ残量値SR)という等式が成立する。従って、この等式を適宜変更して、レベルセンサ250での検出異常の有無を判定するようにしてもよい。
例えば、タンク210内に残留している尿素水の量とタンク210から消費された尿素水の量とは互いに補完しあう関係にある。そのため、タンク210から消費された尿素水の量に基づいてレベルセンサ250の検出異常の有無を判定するようにしてもよい。
すなわち、停止時残量PRからセンサ残量値SRを減じることにより、タンク210内の尿素消費量NSを算出することができる。この尿素消費量NSは、レベルセンサ250に検出異常が無ければ、尿素水供給量の積算値、つまり上記積算噴射量QESと一致する値である。一方、レベルセンサ250に検出異常が有るときには、センサ残量値SRが正確に検出されないため、尿素消費量NSを正確に算出することができない。従って、この場合には算出された尿素消費量NSと積算噴射量QESとが一致しない。そこで、停止時残量PRからセンサ残量値SRを減じた値と、この減算値を算出したときの積算噴射量QES(尿素水供給量の積算値)との間に乖離があるときには、レベルセンサ250に検出異常有りと判定するようにしてもよい。
こうした変形例での残量検出処理は、例えば第1実施形態の残量検出処理の一部を変更することにより実施可能である。
図6に、この変形例における残量検出処理の手順を示す。なお、図6において、先の図3に示したステップと同一のステップについては、同じステップ番号を付けている。
図6に示すように、この残量検出処理が開始されるとまず、イグニッションスイッチ25がオン状態になっているか否かが判定される(S200)。そして、イグニッションスイッチ25がオン状態になっていないときには(S200:NO)、本処理は一旦終了される。
一方、イグニッションスイッチ25がオン状態になっているときには(S200:YES)、現在の積算噴射量QESが読み込まれる(S210)。
現在の積算噴射量QESが読み込まれると、次に、尿素消費量NSが算出される(S400)。この尿素消費量NSは、イグニッションスイッチ25がオン状態にされてから現在までの間において、タンク210内から消費された尿素水の総量であり、上述した停止時残量PRから現在のセンサ残量値SRを減算することにより、現在の尿素消費量NSが算出される。なお、本実施形態では、ステップ400にて読み込まれるセンサ残量値SRが、上記第2の液体残量に相当する。
次に、消費量偏差ΔSが算出される(S410)。この消費量偏差ΔSは、ステップS400で算出された尿素消費量NSと、この尿素消費量NSを算出したときの積算噴射量QES、つまり今回の処理ルーチンにおいてステップS210で読み込まれた積算噴射量QESとの乖離度合を示す値である。そして、ステップS400で算出された尿素消費量NSとこの尿素消費量NSを算出した処理ルーチンにおいて読み込まれた積算噴射量QESとの差の絶対値が消費量偏差ΔSとされる。
次に、消費量偏差ΔSが判定値βを超えているか否かが判定される(S420)。そして、消費量偏差ΔSが判定値β以下のときには(S420:NO)、レベルセンサ250にて検出されるセンサ残量値SRが現在の尿素水残量NRとされて(S270)、本処理は一旦終了される。
一方、消費量偏差ΔSが判定値βを超えているときには(S420:YES)、レベルセンサ250に検出異常が生じている可能性があると判断される。ここで、消費量偏差ΔSが判定値βを超えている状態が一時的なものである場合には、検出異常が生じていると断定することはできない。そこで、検出異常有りと断定するために、次のステップS430では、乖離時間TK2が判定値Tβを超えているか否かが判定される(S430)。この乖離時間TK2は、消費量偏差ΔSが判定値βを超えている連続時間である。そして、乖離時間TK2が判定値Tβ以下のときには(S430:NO)、レベルセンサ250にて検出されるセンサ残量値SRが現在の尿素水残量NRとされて(S270)、本処理は一旦終了される。
一方、乖離時間TK2が判定値Tβを超えているときには(S430:YES)、消費量偏差ΔSが判定値βを超えた状態についてこれが一時的なものではなく継続したものであり、レベルセンサ250に検出異常が生じていると断定される。このようにしてレベルセンサ250に検出異常が生じていると判定されると、推定残量ARが算出される(S440)。この推定残量ARは、タンク210内の尿素水の推定残量であり、上述した停止時残量PRから、ステップS210にて読み込まれた積算噴射量QESを減算することにより、現在の推定残量ARが算出される。そして、ステップS440にて算出された推定残量ARが現在の尿素水残量NRとされて(S260)、本処理は一旦終了される。
なお、この変形例では、上記停止時処理、ステップS200、ステップS210、並びにステップS400〜ステップS430の処理が、上記異常判定部が実行する処理に相当する。また、ステップS440及びステップS260の処理が、上記推定部が実行する処理に相当する。
こうした変形例によれば、タンク210内の尿素水の消費量に基づき、レベルセンサ250の検出異常の有無を適切に判定することができる。
・図6に示したステップS200の処理とステップS210の処理との間に、第2実施形態で説明したステップS300及びステップS310の処理を加えるようにしてもよい。
・先の図3及び図4に示したステップS250の処理や、先の図6に示したステップS430の処理は省略してもよい。
・積算噴射量QESを算出することにより、尿素水供給量の積算値を求めるようにした。この他、尿素水供給量を実際に検出する検出機構を設け、この検出機構の検出値を積算することにより尿素水供給量の積算値を求めるようにしてもよい。例えば尿素水の供給通路240に流量センサ等を設ける。そして、尿素噴射弁230から噴射供給された尿素水の量を流量センサで実際に検出し、その検出値の積算値を上記積算噴射量QESの代用値にしてもよい。
・第2実施形態では、外気温度THout及び走行時間TRに基づいて凍結フラグCFの値を設定するようにしたが、外気温度THoutのみ、あるいは走行時間TRのみに基づいて凍結フラグCFの値を設定するようにしてもよい。
・第2実施形態では、外気温度THoutや走行時間TRに基づいて尿素水の凍結状態を判定するようにしたが、この他の態様で判定するようにしてもよい。例えば、タンク210内に液面の揺れを検出する検出器を設ける。そして、車両走行中に液面の揺れが検出されないときには、尿素水が凍結していると判定して凍結フラグCFを「1」に設定し、液面の揺れが検出されるときには、尿素水が凍結していないと判定して凍結フラグCFを「0」に設定するようにしてもよい。
・還元剤として尿素水を使用するようにしたが、この他の還元剤を使用するようにしてもよい。
・上記各実施形態では、エンジン1の排気浄化触媒での排気浄化に利用される還元剤をタンク210に貯留するようにしており、このタンク210内に貯留された還元剤の残量検出装置に対して、本発明にかかる残量検出装置を適用した。しかし、この他の残量検出装置に対して、本発明にかかる残量検出装置を適用してもよい。例えば、本発明にかかる残量検出装置は、機関燃料を貯留する燃料タンクの残量検出装置や、機関の潤滑油を貯留する潤滑油タンクの残量検出装置などにも適用できる。また、機関用の液体に限らず、液体を貯留するタンクと、タンク内の液体の残量を検出する検出器と、タンク内の液体を供給対象に供給する供給機構とを備えており、この供給機構が供給した液体供給量の積算値を検出することのできる残量検出装置であれば、本発明にかかる残量検出装置は同様に適用することができる。
1…エンジン、2…シリンダヘッド、3…吸気通路、4a〜4d…燃料噴射弁、5…燃料添加弁、6a〜6d…排気ポート、7…インテークマニホールド、8…エキゾーストマニホール、9…コモンレール、10…サプライポンプ、11…ターボチャージャ、13…EGR通路、14…EGRクーラ、15…EGR弁、16…吸気絞り弁、17…アクチュエータ、18…インタークーラ、19…エアフロメータ、20…絞り弁開度センサ、21…機関回転速度センサ、22…アクセル操作量センサ、23…外気温度センサ、24…車速センサ、25…イグニッションスイッチ、26…排気通路、27…燃料供給管、30…第1浄化部材、31…酸化触媒、32…フィルタ、40…第2浄化部材、41…NOx浄化触媒(選択還元型NOx触媒:SCR触媒)、50…第3浄化部材、51…アンモニア酸化触媒、60…分散板、80…制御装置、100…第1排気温度センサ、110…差圧センサ、120…第2排気温度センサ、130…第1NOxセンサ、140…第2NOxセンサ、200…尿素水供給機構、210…タンク、220…ポンプ、230…尿素噴射弁、240…供給通路、250…レベルセンサ。

Claims (7)

  1. 液体を貯留するタンクと、
    前記タンク内の液体の残量を検出する検出器と、
    前記タンク内の液体を供給対象に供給する供給機構と、
    機関停止直後に前記検出器によって検出された第1の液体残量と、前記供給機構による液体供給が開始されてから同供給機構が供給した液体供給量の積算値と、前記供給機構による液体供給の開始後に前記検出器によって検出される第2の液体残量とに基づき、前記検出器周辺の液体が凍結したことに伴う当該検出器における検出異常の有無を判定する異常判定部と、
    前記異常判定部によって検出異常ありと判定されるときには、前記第1の液体残量から前記積算値を減じた値を前記タンク内の液体残量の推定値とする推定部と、
    前記タンク内の液体が凍結しているか否かを判定する凍結判定部と、を備え、
    前記凍結判定部によって凍結していないと判定されるときには、前記異常判定部による判定を禁止して、前記検出器の検出値を前記タンク内の液体残量とする
    液体の残量検出装置。
  2. 前記異常判定部は、前記第1の液体残量から前記積算値を減じた値を算出し、この減算値と同減算値を算出したときの前記第2の液体残量との間に乖離があるときには、前記検出器に検出異常有りと判定する
    請求項1に記載の液体の残量検出装置。
  3. 前記異常判定部は、前記第1の液体残量から前記第2の液体残量を減じた値を算出し、この減算値と同減算値を算出したときの前記積算値との間に乖離があるときには、前記検出器に検出異常有りと判定する
    請求項1に記載の液体の残量検出装置。
  4. 前記液体供給量の目標値を設定して前記供給機構による液体の供給量を制御する制御部を備えており、
    前記判定部は、前記目標値を積算することにより、前記液体供給量の前記積算値を算出する
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の液体の残量検出装置。
  5. 前記凍結判定部は、外気温度が予め定められた温度よりも高いときには、前記タンク内の液体が凍結していないと判定する
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の液体の残量検出装置。
  6. 当該残量検出装置は、内燃機関を搭載した車両に設けられており、
    前記凍結判定部は、前記車両の走行時間が予め定められた時間よりも長いときには、前記タンク内の液体が凍結していないと判定する
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の液体の残量検出装置。
  7. 前記液体は、内燃機関の排気浄化触媒による排気浄化に利用される還元剤であり、
    前記供給対象は、前記内燃機関の排気通路であり、
    前記供給機構は、前記還元剤を噴射する噴射弁であり、
    前記液体供給量は、前記噴射弁の噴射量である
    請求項1〜6のいずれか1項に記載の液体の残量検出装置。
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