WO2008038510A1 - Dispositif et procédé de mesure du niveau de l'eau - Google Patents

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

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WO2008038510A1
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filter
liquid
time constant
response delay
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Inventor
Hideki Matsunaga
Shinji Kumazawa
Masayuki Motomura
Katsunori Yazawa
Original Assignee
Nissan Diesel Motor Co., Ltd.
Ngk Spark Plug Co., Ltd.
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/80—Arrangements for signal processing
    • G01F23/802—Particular electronic circuits for digital processing equipment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/20—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of apparatus for measuring liquid level

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. 11 311561 (Patent Document 1), a pair of devices arranged at predetermined intervals. A technique for indirectly measuring the water level from a change in capacitance between electrodes 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 water level is directly measured from the position of the float floating on the liquid surface. A measurement technique has been proposed.
  • Patent Document 1 JP 11 311561 A
  • Patent Document 2 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-170927
  • the water level can be accurately measured when the liquid level is stable, but the water level fluctuates up and down when the liquid level is shaking, It was extremely difficult to decide which 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 smoothes the fluctuation of the liquid level by applying a filter having a time constant larger than 1 second to the water level measured by the water level meter.
  • 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 the effects of liquid shaking.
  • a filter value force 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. For this reason, even if the liquid level fluctuates and the measured water level fluctuates, this is smoothed by the filter, so that it is hardly affected by the liquid fluctuation, and the water level measurement accuracy can be improved.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an exhaust emission control device to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a first embodiment of a control program.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the effect of applying a filter to the measured water level.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a second embodiment of the control program.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a correction effect.
  • FIG. 1 shows the overall configuration of an exhaust emission control device to which the present invention is applied.
  • the exhaust pipe 14 connected to the exhaust manifold 12 of the engine 10 includes a nitrogen oxidation catalyst 16 that oxidizes nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO) along the exhaust flow direction, and a reducing agent precursor.
  • a nitrogen oxidation catalyst 16 that oxidizes nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO) along the exhaust flow direction
  • a reducing agent precursor As an injection nozzle 18 for supplying and supplying urea aqueous solution, N Ox reduction catalyst 20 for reducing and purifying nitrogen oxide (NOx) using ammonia obtained by hydrolyzing urea aqueous solution, and NOx reduction catalyst 20 To oxidize the ammonia An oxidation catalyst 22 is provided.
  • the urea aqueous solution stored in the reducing agent tank 24 has a suction port opened at the bottom thereof, a pump module 26 that absorbs the urea aqueous solution, and pumps and pumps the urea aqueous solution, and an injection flow rate of the urea aqueous solution It is supplied to the injection nozzle 18 through a supply pipe 30 in which an addition module 28 incorporating a flow control valve for controlling (supply flow rate) is provided.
  • a water level gauge 32 for measuring the water level L of the urea aqueous solution is attached to the reducing agent tank 24. Water level gauge 32
  • the inner and outer electrodes with a circular cross-section are concentrically suspended from the top wall to the bottom wall of the reducing agent tank 24, and the water level L is indirectly measured from the capacitance change between the two electrodes.
  • the water level gauge 32 is not limited to the one that measures the water level L from the electrostatic capacity.
  • various known water level gauges such as a float type and an optical type can be used.
  • an exhaust temperature sensor 34 for measuring the exhaust temperature Te is attached to the exhaust pipe 14 positioned between the nitrogen oxidation 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.
  • reducing agent addition ECU reducing agent addition control unit
  • 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. Various functions are implemented. At this time, 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.
  • 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.
  • Various functions are 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.
  • the urea aqueous solution injected and supplied from the injection nozzle 18 according to the engine operating state is hydrolyzed using the exhaust heat and the water vapor in the exhaust gas, and converted into ammonia.
  • 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).
  • NO is oxidized to NO by the nitrogen oxidation catalyst 16 that improves the NOx purification capacity of the NOx reduction catalyst 20, and the ratio of NO to NO in the exhaust is reduced. It is improved to a suitable one.
  • ammonia that has passed through the NOx reduction catalyst 20 is oxidized by the ammonia oxidation 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 first embodiment of the control program that is repeatedly executed at predetermined time intervals in the reducing agent addition ECU 36.
  • step 1 abbreviated as “S 1” 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 (eg hundreds of seconds) is applied to the water level.
  • step 3 the filter value FLT is output as the final water level L.
  • the water level L measured by the water level gauge 32 is less than 1 second.
  • FIG. 4 shows a second embodiment of the control program that is repeatedly executed at predetermined time intervals in the reducing agent addition ECU 36.
  • Step 11 the water level L is read from the water level gauge 32.
  • Step 12 is a filter with a time constant greater than 1 second (eg several hundred seconds)
  • the filter value FLT to which is applied is calculated.
  • a correction amount Cor for correcting this is calculated. Specifically, a time constant (for example, several hundred seconds) greater than 1 second is required for the moving average of a predetermined number of control values that should correct the response delay from the time-series change characteristic (slope) of the integrated amount Sum.
  • the correction amount Cor is calculated by applying a filter.
  • step 15 the correction value Cor is added to the filter value FLT to obtain the filter value FLT. Correct the response delay.
  • step 16 as the final water level L, the filter value FLT corrected for response delay is output.
  • the correction amount Cor is calculated by applying a filter with a time constant larger than 1 second to the moving average of a predetermined number of control values, so the control load increases without the need for complicated calculations. Can be suppressed.
  • the present invention is not limited to the exhaust purification device, and can 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.

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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— 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から水位 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 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、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及び水位測定方法 (以下「水位測定技術」 とレ、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すると共に、該フィルタ を適用した水位信号を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力 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。
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化装置の全体構成図である。
[図 2]図 2は、制御プログラムの第 1実施形態を示すフローチャートである。
[図 3]図 3は、測定水位にフィルタを適用した効果の説明図である。
[図 4]図 4は、制御プログラムの第 2実施形態を示すフローチャートである。
[図 5]図 5は、補正効果の説明図である。
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の排気マニフォ一ルド 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（NO ) 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 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化させるアンモニア 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、尿素水溶液を吸レ、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 2 4には、尿素水溶液の水位 Lを測定する水位計 32が取り付けられる。水位計 32は、
0
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
0
する。なお、水位計 32としては、静電容量から水位 Lを測定するものに限らず、例え
0
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。
[0011] 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、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） 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化する。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（H O)及び窒素（N )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における NOx浄化能力を向上させるベぐ窒素 酸化触媒 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 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。
[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 ログラムの第 1実施形態を示す。
ステップ 1 (図では「S 1」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 (例えば数百秒）のフィルタを
0
適用したフィルタ値 FLTを演算する。
[0014] 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 Lに対して 1秒より
0
大きな時定数のフィルタを適用したフィルタ値 FLT力 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 Lが上下に変動
0
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。
[0015] 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 Lを読み込む。
0
ステップ 12では、水位しに対して 1秒より大きな時定数 (例えば数百秒）のフィルタ
0
を適用したフィルタ値 FLTを演算する。
[0016] 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ベぐ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。
[0017] 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、 水位し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
0
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 ること力 Sできる。このとき、補正量 Corは、所定数の制御値の移動平均に対して 1秒よ り大きな時定数のフィルタを適用することで演算されるため、複雑な演算を行う必要 がなぐ制御負荷の増大を抑制することができる。
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。
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する演算は、制御プロ
0
グラムによるソフトウェア処理に限らず、公知の RC回路， RL回路などからなる電子回 路を用いたハードウェア処理で行うようにしてもょレ、。

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、そのフィルタ値 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 ると共に、その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し、その補正量に基づいて前記フィルタ値の応答 遅れを補正する応答遅れ補正処理をさらに実行することを特徴とする請求項 1記載 の水位測定装置。
[3] 前記応答遅れ補正処理は、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 2記載の 水位測定装置。
[4] 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 すると共に、該フィルタを適用した水位を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。
[5] 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すると共に、該フィルタを適用した水位信号を出力することを特徴 とする水位測定方法。
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