WO2008038445A1 - Dispositif de mesure du niveau d'eau et procédé de mesure du niveau d'eau - Google Patents

Dispositif de mesure du niveau d'eau et procédé de mesure du niveau d'eau Download PDF

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a technique for measuring the water level with high accuracy even when shaking is generated in a liquid stored in a liquid tank.
  • Patent Document 1 As a water level measuring device for measuring the level of liquid stored in a liquid tank, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11311561 (Patent Document 1), a pair of devices arranged at predetermined intervals. Capacitance changing force between electrodes A technique to indirectly measure the water level has been proposed. In addition, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-170927 (Patent Document 2), as a water level measuring device that measures the water level using other principles, the position force water level of the float floating on the liquid surface is directly measured. A measurement technique has been proposed.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 11 311561
  • Patent Document 2 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-170927
  • the water level can be measured accurately when the liquid level is stable, but the water level fluctuates up and down when the liquid level is shaking. It was very difficult to decide which fluctuating value should be adopted as the water level.
  • the liquid level may fluctuate irregularly due to multi-directional acceleration acting on the liquid, which may cause this problem to appear prominently.
  • the present invention is the minimum value of the filter value obtained by applying a filter having a time constant larger than 1 second to the water level measured by the water level gauge as the final water level.
  • the purpose is to provide a water level measurement device and a water level measurement method (hereinafter referred to as “water level measurement technology”) that are less susceptible to liquid fluctuations by utilizing the characteristics of liquid level fluctuations.
  • an electronic circuit, a computer, or a control unit incorporating the electronic circuit a water level signal from a water level meter that measures the water level of the liquid stored in the liquid tank, While calculating a filter value to which a filter having a time constant greater than 1 second is calculated, the minimum value of the filter value is held, and the minimum value is output as a water level.
  • the minimum force of the filter value obtained by applying a filter having a time constant greater than 1 second to the water level measured by the water level gauge is output as the final water level.
  • the liquid level has a characteristic of shaking upward and large downward.
  • the minimum value of the filter value obtained by applying the filter to the water level measured by the water level gauge is reduced. It is close. Therefore, by adopting the minimum value as the final water level, it becomes difficult to be affected by liquid shaking, and the water level measurement accuracy can be improved.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an exhaust purification apparatus to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the processing contents of a control program.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of liquid level fluctuation characteristics.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a minimum value specifying method.
  • FIG. 1 shows the overall configuration of an exhaust emission control device to which the present invention is applied.
  • An exhaust pipe 14 connected to the exhaust manifold 12 of the engine 10 includes a nitrogen oxidation catalyst 16 that oxidizes monoxide-nitrogen (NO) to diacid-nitrogen (NO) along the exhaust flow direction.
  • NO monoxide-nitrogen
  • NO diacid-nitrogen
  • NOx nitrogen oxide
  • the urea aqueous solution stored in the reducing agent tank 24 opens the suction port at the bottom thereof, and controls the pump module 26 for sucking and feeding the urea aqueous solution and the injection flow rate of the urea aqueous solution. It is supplied to the injection nozzle 18 through a supply pipe 30 provided with an addition module 28.
  • the reducing agent tank 24 measures the water level L of the urea aqueous solution.
  • a fixed water level gauge 32 is attached.
  • the water level gauge 32 has a concentric inner electrode and outer electrode that have a circular cross section from the top wall to the bottom wall of the reducing agent tank 24, and the water level L is determined by the change in capacitance between both electrodes. Is measured indirectly.
  • an exhaust temperature sensor 34 for measuring the exhaust temperature Te is attached to the exhaust pipe 14 positioned between the nitrogen oxide catalyst 16 and the injection nozzle 18.
  • the output signals of the water level gauge 32 and the exhaust temperature sensor 34 are input to a reducing agent addition control unit (hereinafter referred to as “reducing agent addition ECU”) 36 having a built-in computer.
  • the reducing agent addition ECU 36 has an engine control unit (hereinafter referred to as “engine ECU”) 38 force that performs various controls of the engine 10, and a network such as CAN (Controller Area Network), and the engine speed and An engine operating state such as a load is input.
  • engine ECU Engine Control unit
  • the reducing agent addition ECU 36 executes a control program stored in a ROM (Read Only Memory) or the like to electronically control the pump module 26 and the addition module 28 and measure the water level L of the urea aqueous solution. Each of the various functions is implemented.
  • the reducing agent addition ECU 36 calculates a control value representing the injection flow rate of the urea aqueous solution based on the engine operation state including the exhaust temperature Te at every predetermined time.
  • injection is performed from the injection nozzle 18 in accordance with the engine operating state.
  • the supplied urea aqueous solution is hydrolyzed using exhaust heat and water vapor in the exhaust, and converted to ammonia. It is known that the converted ammonia undergoes a reduction reaction with NOx in the exhaust gas at the NOx reduction catalyst 20 and is converted to water (HO) and nitrogen (N).
  • the ammonia that has passed through the NOx reduction catalyst 20 is oxidized by the ammonia acid catalyst 22 disposed downstream of the exhaust gas, so that ammonia is prevented from being released into the atmosphere as it is.
  • FIG. 2 shows a control program that is repeatedly executed at predetermined time intervals in the reducing agent addition ECU 36.
  • the minimum value Min as a variable is set (reset) to, for example, the maximum value according to the tank capacity.
  • whether or not the urea aqueous solution is replenished is determined by a filter value obtained by applying a filter having a time constant larger than 1 second (for example, several tens of seconds) to the water level L measured by the water level gauge 32.
  • Judgment can be made based on whether or not the state of rising above a certain value has continued for a predetermined time.
  • step 1 abbreviated as “S1” in the figure, the same applies hereinafter
  • the water level L is read from the water level gauge 32.
  • step 2 a filter with a time constant greater than 1 second (for example, several tens of seconds) is applied to the water level.
  • step 3 it is determined whether or not the filter value FLT is smaller than the minimum value Min. If the filter value FLT is smaller than the minimum value Min, the process proceeds to step 4 (Yes), and the minimum value Min is updated with the filter value FLT. On the other hand, if the filter value FLT is not less than the minimum value Min, the process proceeds to Step 5 (No).
  • step 5 the minimum value Min is output as the final water level L.
  • Step 6 it is determined whether or not the urea aqueous solution is replenished by the determination method described above. If the urea aqueous solution is replenished, the process proceeds to step 7 (Yes), and the minimum value Min is reset. On the other hand, if the urea aqueous solution is not replenished, the process is terminated (No).
  • the water level L measured by the water level gauge 32 is less than 1 second.
  • the filter value FLT to which a large filter is applied is calculated. If the filter value FLT is smaller than the minimum value Min, the minimum value Min is updated with the filter value FLT. After that, the minimum value Min is output as the final water level L.
  • the filter value FLT is close to the minimum value Min. Therefore, if the minimum value Min is adopted as the final water level L, it is less likely to be affected by liquid shaking, and the water level measurement accuracy can be improved.
  • the present invention is not limited to the exhaust purification device, and can also be applied to, for example, measuring the level of fuel stored in a fuel tank, the level of chemicals used in a chemical plant, and the like.
  • the control program may be executed by a computer or various control units incorporating the same.
  • the filter value is calculated by applying a filter with a time constant greater than 1 second to the water level.
  • the process of holding the minimum value of the filter value is not limited to the software process by the control program, but is performed by a hardware process using a known electronic circuit such as an RC circuit, an RL circuit, or a latch circuit.

Description

明 細 書
水位測定装置及び水位測定方法
技術分野
[0001] 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。
背景技術
[0002] 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力 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— 1709 27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力 水位 を直接的に測定する技術が提案されている。
特許文献 1：特開平 11 311561号公報
特許文献 2 :特開 2006— 170927号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] し力しながら、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 、、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 つた。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。
[0004] そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、最終的な水位として、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したフィルタ値の 最小値を採用することで、液面変動の特性を利用して液揺れの影響を受け難くした 水位測定装置及び水位測定方法 (以下「水位測定技術」 、う）を提供することを目 的とする。 課題を解決するための手段
[0005] このため、本発明の水位測定技術では、電子回路，コンピュータ又はこれを内蔵し たコントロールユニットが、液体タンクに貯蔵される液体の水位を測定する水位計から の水位信号に対して、 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し つつ、該フィルタ値の最小値を保持し、その最小値を水位として出力することを特徴 とする。
発明の効果
[0006] 本発明の水位測定技術によれば、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の最小値力 最終的な水位として出力さ れる。即ち、振動などにより液体が揺れたときには、その液面は、上側に大きく下側に 小さく揺れる特性がある。このため、液体タンクに貯蔵される液体の実際の水位は、 その消費に伴って徐々に低下することを考慮すると、水位計により測定された水位に 対してフィルタを適用したフィルタ値の最小値に近いものとなっている。従って、最終 的な水位として最小値を採用することで、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。
図面の簡単な説明
[0007] [図 1]図 1は、本発明を適用した排気浄ィ匕装置の全体構成図である。
[図 2]図 2は、制御プログラムの処理内容を示すフローチャートである。
[図 3]図 3は、液面揺れの特性説明図である。
[図 4]図 4は、最小値の特定方法の説明図である。
符号の説明
[0008] 24 還元剤タンク
32 水位計
36 還元剤添加 ECU
発明を実施するための最良の形態
[0009] 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-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、一酸ィ匕窒素 (NO)を二酸ィ匕窒素 (NO )へと酸化させる窒素酸化触媒 16
2
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 N Ox還元触媒 20と、 NOx還元触媒 20を通過したアンモニアを酸ィ匕させるアンモニア 酸化触媒 22と、が夫々配設される。
[0010] 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 溶液の噴射流量を制御する添加モジュール 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 Lを測
0 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 Lを間接的に測定する。なお、水位計 32としては、静
0
電容量から水位 L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
0
の各種水位計を利用することができる。
[0011] 一方、窒素酸ィ匕触媒 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、ェン 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力ら、 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を測定するための各種機能を夫々具現ィ匕する。このとき、還元剤添加 EC U36は、所定時間ごとに、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。
[0012] 力かる排気浄ィ匕装置において、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、 アンモニアへと転ィ匕される。転ィ匕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（H O)及び窒素（N )へと転ィ匕されることは知られたこ
2 2
とである。このとき、 NOx還元触媒 20における NOx浄ィ匕能力を向上させるベぐ窒素 酸ィ匕触媒 16により NOが NOへと酸化され、排気中の NOと NOとの比率が還元反
2 2
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ィ匕触媒 22により酸ィ匕されるので、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。
[0013] 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 グラムを示す。なお、還元剤タンク 24に尿素水溶液が補充されたときに、変数として の最小値 Minが、例えば、タンク容量に応じた最大値に設定 (リセット）されるものとす る。この場合、尿素水溶液が補充されたか否かは、水位計 32により測定された水位 L に対して 1秒より大きな時定数 (例えば数十秒)のフィルタを適用したフィルタ値が所
0
定値以上上昇した状態が所定時間以上持続したか否かによって判定することができ る。
[0014] 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 Lを読み
0 込む。
ステップ 2では、水位しに対して 1秒より大きな時定数 (例えば数十秒)のフィルタを
0
適用したフィルタ値 FLTを演算する。
ステップ 3では、フィルタ値 FLTが最小値 Minより小さいか否かを判定する。そして 、フィルタ値 FLTが最小値 Minより小さければステップ 4へと進み (Yes)、フィルタ値 FLTで最小値 Minを更新する。一方、フィルタ値 FLTが最小値 Min以上であればス テツプ 5へと進む (No)。
[0015] ステップ 5では、最終的な水位 Lとして、最小値 Minを出力する。
ステップ 6では、前述した判定方法により、尿素水溶液が補充されたか否かを判定 する。そして、尿素水溶液が補充されたならばステップ 7へと進み (Yes)、最小値 Mi nをリセットする。一方、尿素水溶液が補充されなければ処理を終了する（No)。 力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 Lに対して 1秒より 大きなフィルタを適用したフィルタ値 FLTが演算される。そして、フィルタ値 FLTが最 小値 Minより小さければ、フィルタ値 FLTで最小値 Minが更新される。その後、最終 的な水位 Lとして、最小値 Minが出力される。
[0016] 即ち、振動などにより尿素水溶液が揺れたときには、その液面は、図 3に示すように 、上側に大きく下側に小さく揺れる特性がある。このため、還元剤タンク 24に貯蔵さ れる尿素水溶液の実際の水位は、その消費に伴って徐々に低下することを考慮する と、図 4の実線で示すように、水位計 32により測定した水位 Lに対してフィルタを適用
0
したフィルタ値 FLTの最小値 Minに近いものとなっている。従って、最終的な水位 L として最小値 Minを採用すれば、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。
[0017] 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 、て、制御プログラムを実行するようにすればよ 、。
また、水位しに対して 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
0
しつつ、そのフィルタ値の最小値を保持する処理は、制御プログラムによるソフトゥェ ァ処理に限らず、公知の RC回路， RL回路，ラッチ回路など力もなる電子回路を用い たハードウェア処理で行うようにしてもよ!ヽ。

Claims

請求の範囲
[1] 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、
コンピュータ又はこれを内蔵したコントロールユニットと、
を含んで構成され、
前記コンピュータ又はコントロールユニットが、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しつつ、該フィル タ値の最小値を保持し、その最小値を水位として出力することを特徴とする水位測定 装置。
[2] 前記コンピュータ又はコントロールユニットが、前記フィルタ値が最小値より小さいと きに、該フィルタ値で最小値を逐次更新することを特徴とする請求項 1記載の水位測 定装置。
[3] 前記コンピュータ又はコントロールユニットが、前記液体タンクに液体が補充された と判定したときに、前記最小値をリセットすることを特徴とする請求項 2記載の水位測 定装置。
[4] 前記コンピュータ又はコントロールユニットが、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が所定値以上上昇した 状態が所定時間以上持続したときに、前記液体タンクに液体が補充されたと判定す ることを特徴とする請求項 3記載の水位測定装置。
[5] 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しつつ、該フィルタ値の最小値を保持し、その最小値を水位とし て出力する電子回路と、
を含んで構成されたことを特徴とする水位測定装置。
[6] 電子回路，コンピュータ又はこれを内蔵したコントロールユニットが、液体タンクに貯 蔵される液体の水位を測定する水位計力 の水位信号に対して、 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しつつ、該フィルタ値の最小値を保持し、そ の最小値を水位として出力することを特徴とする水位測定方法。
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