JP2018017229A - 尿素水レベル測定値の補正および表示方法並びにヒーター作動方法とその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異常な尿素水の濃度に応じてヒーターの作動条件を設定し、インジェクタおよびポンプ破損の可能性を最小化できる方法および装置を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態による尿素水レベル測定値の補正および表示方法は、尿素水品質センサにより尿素水タンクに注入された尿素水の濃度を測定する段階と、測定された尿素水の濃度により異常な尿素水が前記尿素水タンクに注入されたかを判断する段階と、異常な尿素水が前記尿素水タンクに注入されたと判断されると、尿素水の濃度に応じて尿素水レベル測定値を補正する段階と、尿素水レベル測定値と基準尿素水レベル測定値を比較する段階と、尿素水レベル測定値が基準尿素水レベル測定値より低い場合、警告灯を点灯する段階を含むことを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は尿素水レベル測定値の補正および表示方法並びにヒーター作動方法とその装置に係り、より詳しくは尿素水の品質センサにより異常な尿素水注入を判別することによる尿素水レベル測定値の補正及び表示方法並びにヒーター作動方法とその装置に関する。

一般にエンジンから排気マニホールドを介して排出される排気ガスは排気パイプの途中に装着された触媒コンバータ（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）に誘導されて浄化され、マフラを通過しながら騒音が減殺された後、テイルパイプを介して大気中に放出される。
このような役割を果たす触媒コンバータに適用される触媒形式の一つとして選択的触媒還元（ＳＣＲ、Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）装置であるＳＣＲ装置がある。
前記ＳＣＲ装置は、尿素（Ｕｒｅａ）、アンモニア（Ａｍｍｏｎｉａ）、一酸化炭素と炭化水素（Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ、ＨＣ）などのような還元剤が酸素と窒素酸化物のうち窒素酸化物とよりうまく反応するという意味で選択的触媒還元と命名されている。

前記ＳＣＲ装置を備える車両の排気システムは尿素水タンクと噴射モジュール（ｄｏｓｉｎｇ ｍｏｄｕｌｅ）を含む。前記噴射モジュールは排気パイプを通る排気ガスに尿素のような還元剤を噴射することによってＳＣＲ装置が窒素酸化物を効果的に浄化する。
しかし、ＳＣＲ装置の窒素酸化物の浄化効率は尿素の品質に影響を多く受ける。すなわち、尿素の品質が適切でないとＳＣＲ装置は窒素酸化物を殆ど浄化できなくなる。そのため、尿素の品質が適切ではないことを知らせる手段を車両に装着するように法規に規定されている。
尿素水品質センサは尿素の品質が適切でないことを知らせる手段としてその使用が増加している。尿素水タンクに異常な尿素水が注入されることによる尿素水タンクレベルの認識誤差が発生するが、異常な尿素水は正常な尿素水に比べてはやく凍結するため尿素水インジェクタおよびポンプの破損の可能性が存在する。

特開２０１６−１８３５６３号公報

このような問題点を解決するためになされた本発明は、尿素水品質センサを使用して異常な尿素水を判別し、異常な尿素水による尿素水タンクレベルの誤認識を補正し、異常な尿素水の濃度に応じてヒーターの作動条件を設定し、インジェクタおよびポンプ破損の可能性を最小化できる方法および装置を提供することを目的とする。

本発明による尿素水レベル測定値の補正および表示方法は、尿素水品質センサにより尿素水タンクに注入された尿素水の濃度を測定する段階と、測定された尿素水の濃度により異常な尿素水が前記尿素水タンクに注入されたかを判断する段階と、異常な尿素水が前記尿素水タンクに注入されたと判断されると、尿素水の濃度に応じて尿素水レベル測定値を補正する段階と、尿素水レベル測定値と基準尿素水レベル測定値を比較する段階と、尿素水レベル測定値が基準尿素水レベル測定値より低い場合、警告灯を点灯する段階を含むことを特徴とする。

また本発明によるヒーター作動方法は、尿素水品質センサにより尿素水タンクに注入された尿素水の濃度を測定する段階と、測定された尿素水の濃度により異常な尿素水が尿素水タンクに注入されたかを判断する段階と、異常な尿素水が前記尿素水タンクに注入されたと判断されると、尿素水の温度が異常な尿素水の濃度によるヒーターの作動条件温度以下であるかを判断する段階と、尿素水の温度が異常な尿素水の濃度によるヒーターの作動条件温度以下であると、ヒーターを作動する段階を含むことを特徴とする。

前記異常な尿素水が前記尿素水タンクに注入されていないと判断されると、尿素水の温度が零下７℃以下であるかを判断する段階と、尿素水の温度が零下７℃以下であるとヒーターを作動する段階をさらに含むことを特徴とする。

前記異常な尿素水の濃度によるヒーターの作動条件温度は異常な尿素水の濃度に応じて氷点を測定して設定することを特徴とする。

前記異常な尿素水の濃度が１００％である場合、ヒーターの作動条件温度は０℃であることを特徴とする。

前記異常な尿素水の濃度が５０％である場合、ヒーターの作動条件温度は５０℃であることを特徴とする。

また、本発明による尿素水レベル測定値の補正、表示方法およびヒーター作動装置は、尿素水の温度を測定する尿素水温度センサと、尿素水のレベルを測定する尿素水レベルセンサと、尿素水の品質を測定する尿素水品質センサと、前記尿素水温度センサ、尿素水レベルセンサ、および尿素水品質センサに電気的に接続されており、尿素水の不足時に警告灯を点灯し、尿素水の温度に応じてヒーターを作動させる信号を提供する制御ユニットを含むことを特徴とする。

前記制御ユニットは、前記尿素水品質センサにより尿素水タンクに注入された尿素水の濃度を測定し、測定された尿素水の濃度により異常な尿素水が前記尿素水タンクに注入されたかを判断することを特徴とする。

前記制御ユニットは、異常な尿素水が前記尿素水タンクに注入されたと判断されると、尿素水の濃度に応じて尿素水レベル測定値を補正することを特徴とする。

前記制御ユニットは、尿素水レベル測定値と基準尿素水測定値を比較し、尿素水レベル測定値が基準尿素水測定値より低い場合、警告灯を点灯する信号を提供することを特徴とする。

前記制御ユニットは、測定された尿素水の濃度により異常な尿素水が尿素水タンクに注入されたと判断されると、尿素水の温度が異常な尿素水の濃度によるヒーターの作動条件温度以下であるかを判断し、尿素水の温度が異常な尿素水の濃度によるヒーターの作動条件温度以下であると、ヒーターを作動する信号を提供することを特徴とする。

前記制御ユニットは、測定された尿素水の濃度により異常な尿素水が尿素水タンクに注入されていないと判断されると、尿素水の温度が零下７℃以下であるかを判断し、尿素水の温度が零下７℃以下であると、ヒーターを作動する信号を提供することを特徴とする。

本発明によれば、異常な尿素水状態において正確に尿素水不足警告灯を点灯することができる。
また、異常な尿素水の濃度による最適なヒーターの作動条件を判別してヒーターの効率を高め、尿素水インジェクタおよび尿素水ポンプの破損の可能性を最少化することができる。

本発明の一実施形態による尿素水レベル測定値の補正、表示方法およびヒーター作動装置を適用できる排気システムの一つの例を示した概略図である。 本発明の一実施形態による尿素水レベル測定値の補正、表示方法およびヒーター作動装置のブロック図である。 本発明の一実施形態による尿素水レベル測定値の補正および表示方法のフローチャートである。 本発明の一実施形態によるヒーター作動方法のフローチャートである。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態による尿素水レベル測定値の補正、表示方法およびヒーター作動装置を適用できる排気システムの一つの例を示した概略図である。図１に示す通り、エンジン１０から発生した排気ガスは媒煙フィルタ３０と選択的触媒還元（ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ、ＳＣＲ）装置５０を順次に通過しながら排気ガス内に有害な成分が除去される。必要に応じて、媒煙フィルタ３０の代わりに酸化触媒を使用するかまたは媒煙フィルタ３０と共に酸化触媒を使用することができる。媒煙フィルタ３０とＳＣＲ装置５０は排気パイプ２０に設置されている。
エンジン１０は燃料と空気が混ざり合った混合気を燃焼させて化学的エネルギを機械的エネルギに変換する。エンジン１０は吸気マニホールドに連結されて燃焼室１２の内部に空気の流入を受け、排気マニホールドに連結されて燃焼過程で発生した排気ガスは排気マニホールドに集まった後、車両の外部に排出される。燃焼室１２にはインジェクタ１４が装着されて燃料を燃焼室の内部に噴射する。

排気パイプ２０は排気マニホールドに連結されて排気ガスを車両の外部に排出させる。
媒煙フィルタ３０はエンジン１０の下流の排気パイプ２０に装着されており、排気ガスに含まれているスート（ｓｏｏｔ）を捕集する。
ＳＣＲ装置５０は媒煙フィルタ３０の下流の排気パイプ２０に装着されており、還元剤を使用して排気ガスに含まれている窒素酸化物を窒素気体に還元させる。
このような目的のため、排気システムは尿素水タンク６０、尿素水ポンプ７０および噴射モジュール（ｄｏｓｉｎｇｍｏｄｕｌｅ）４０をさらに含む。
尿素水タンク６０はその内部に尿素水を貯蔵している。
尿素水ポンプ７０は尿素水タンク６０の内部の尿素水をポンピングする。
噴射モジュール４０は尿素水ポンプ７０でポンピングした尿素水を排気パイプ２０に噴射する。噴射モジュール４０は媒煙フィルタ３０とＳＣＲ装置５０との間の排気パイプ２０に装着されてＳＣＲ装置５０に流入される前の排気ガスに尿素水を噴射する。排気ガスに噴射された尿素水はアンモニアに分解され、分解されたアンモニアは窒素酸化物のための還元剤に使用される。

図２は本発明の一実施形態による尿素水レベル測定値の補正、表示方法およびヒーター作動装置のブロック図である。
図２に示すように、本発明の実施形態による尿素水レベル測定値の補正、表示方法およびヒーター作動装置は、尿素水温度センサ８２、尿素水レベルセンサ８４、尿素水品質センサ８６、制御ユニット８０、警告灯８８、ヒーター９０およびエンジン１０を含む。
尿素水温度センサ８２は尿素水タンク６０に装着されており、尿素水タンク６０内に貯蔵された尿素の温度を測定し、これに対する信号を制御ユニット８０に伝達する。
尿素水レベルセンサ８４は尿素水タンク６０に装着されており、超音波を利用して尿素水タンク６０内の純粋尿素のレベルを測定する。一般には車両が動く場合は尿素水タンク６０内の尿素水のレベル面が継続して変化する。本明細書で純粋尿素レベルはある瞬間に測定された尿素レベルを意味し、尿素レベルは一定期間の純粋尿素レベルの平均を意味する。すなわち、純粋尿素レベルは尿素の補充や消費なしでも継続して変化する値であり、尿素レベルは尿素の補充や消費なしでは変化しない値である。前記尿素水レベルセンサ８４は純粋尿素レベルから尿素レベルを計算し、これを制御ユニット８０に伝達し、純粋尿素レベルに対する信号を制御ユニット８０に伝達する。後者の場合、制御ユニット８０は純粋尿素レベルに基づいて尿素レベルを計算する。本明細書および請求項において尿素レベルの測定は尿素水レベルセンサ８４が純粋尿素レベルを測定し、制御ユニット８０が尿素レベルを計算するだけでなく尿素水レベルセンサ８４が純粋尿素レベルを測定し、尿素レベルを計算することを含むものとする。

尿素水品質センサ８６は尿素水の品質を測定し、これに対する信号を前記制御ユニット８０に伝達する。ここで、尿素水の品質は尿素の濃度である。
制御ユニット８０は尿素水温度センサ８２、尿素水レベルセンサ８４、および尿素水品質センサ８６に電気的に接続されており、尿素水の不足時に警告灯８８を点灯して尿素水の温度に応じてヒーター９０を作動させる。
制御ユニット８０は、尿素水品質センサ８６を介して尿素水タンク６０に注入された尿素水の濃度を測定し、測定された尿素水の濃度により異常な尿素水が尿素水タンク６０に注入されたかを判断する。
また、制御ユニット８０は、異常な尿素水が尿素水タンク６０に注入されたと判断されると、尿素水濃度に応じて尿素水レベル測定値を補正し、制御ユニット８０は、尿素水レベル測定値と基準尿素水測定値を比較し、尿素水レベル測定値が基準尿素水測定値より低い場合、警告灯８８を点灯する信号を提供する。

また、制御ユニット８０は、測定された尿素水の濃度により異常な尿素水が尿素水タンクに注入されたと判断されると、尿素水の温度が異常な尿素水の濃度によるヒーターの作動条件温度以下であるかを判断し、尿素水の温度が異常な尿素水の濃度によるヒーターの作動条件温度以下であると、ヒーター９０を作動する信号を提供する。
また、制御ユニット８０は、測定された尿素水の濃度により異常な尿素水が尿素水タンク６０に注入されていないと判断されると、尿素水の温度が零下７℃以下であるかを判断し、尿素水の温度が零下７℃以下であると、ヒーター９０を作動する信号を提供する。
このような制御ユニット８０は設定されたプログラムによって動作する一つ以上のプロセッサとして実現され、前記設定されたプログラムは本発明の実施形態による尿素水レベル測定値の補正および表示方法、そしてヒーター作動方法の各段階を行うようにプログラミングされたものである。

以下、本発明の一実施形態による尿素水レベル測定値の補正および表示方法およびヒーター作動方法について図３および図４を参照して説明する。
図３は本発明の一実施形態による尿素水レベル測定値の補正および表示方法のフローチャートであり、図４は本発明の一実施形態によるヒーター作動方法のフローチャートである。
図３に示すように、先ず、尿素水品質センサにより尿素水タンクに注入された尿素水の濃度を測定する（Ｓ２０１）。尿素水品質センサは尿素水の品質を測定し、これに対する信号を制御ユニットに伝達する。ここで、尿素水の品質は尿素水の濃度である。
その後、測定された尿素水の濃度により異常な尿素水が前記尿素水タンクに注入されたかを判断する（Ｓ２０２）。異常な尿素水は純粋尿素水でない不純物が混合されている尿素水を意味する。
その後、異常な尿素水が尿素水タンクに注入されたと判断されると、尿素水濃度に応じて尿素水レベル測定値を補正する（Ｓ２０３）。尿素水タンクに異常な尿素水を注入した時、正常な尿素水対比約１０％程度レベル測定値が高く出る。尿素水レベル測定値の補正は、予め実施された実験データの値を利用して正常尿素水を使用した場合のレベル測定値に制御ユニットによって補正される。
その後、尿素水レベル測定値と基準尿素水レベル測定値を比較し（Ｓ２０４）、尿素水レベル測定値が基準尿素水レベル測定値より低い場合、警告灯を点灯する（Ｓ２０５）。

図４に示す通り、先ず、尿素水品質センサを介して尿素水タンクに注入された尿素水の濃度を測定する（Ｓ３０１）。また、測定された尿素水の濃度により異常な尿素水が尿素水タンクに注入されたかを判断する（Ｓ３０２）。
異常な尿素水が前記尿素水タンクに注入されたと判断されると、尿素水の温度が異常な尿素水の濃度によるヒーターの作動条件温度以下であるかを判断する（Ｓ３０３）。この時、異常な尿素水の濃度によるヒーターの作動条件温度は異常な尿素水の濃度に応じて氷点を測定して設定される。異常な尿素水の濃度が１００％である場合、ヒーターの作動条件温度は０℃であり、異常な尿素水の濃度が５０％である場合、ヒーターの作動条件温度は５０℃である。
その後、尿素水の温度が異常な尿素水の濃度によるヒーターの作動条件温度以下であると、ヒーターを作動する（Ｓ３０４）。
異常な尿素水が尿素水タンクに注入されていないと判断されると、尿素水の温度が零下７℃以下であるかを判断し（Ｓ３０５）、尿素水の温度が零下７℃以下であると、ヒーターを作動する（Ｓ３０４）。
このように、異常な尿素水の濃度に応じて尿素水タンク内の流体の氷点を判断し、ヒーター作動時点を可変制御することができ、ヒーターの耐久性および作動効率の最適な制御が可能である。したがって、尿素水インジェクタおよび尿素水ポンプの破損の可能性を最少化することができる。

以上、本発明に関する好ましい実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術分野を逸脱しない範囲でのすべての変更が含まれる。

１０ エンジン
２０ 排気パイプ
３０ 媒煙フィルタ
４０ 噴射モジュール
５０ 選択的触媒還元（ＳＣＲ）装置
６０ 尿素水タンク
７０ 尿素水ポンプ
８０ 制御ユニット
８２ 尿素水温度センサ
８４ 尿素水レベルセンサ
８６ 尿素水品質センサ
８８ 警告灯
９０ ヒーター

Claims (12)

1. 尿素水品質センサにより尿素水タンクに注入された尿素水の濃度を測定する段階と、
   測定された尿素水の濃度により異常な尿素水が前記尿素水タンクに注入されたかを判断する段階と、
   異常な尿素水が前記尿素水タンクに注入されたと判断されると、尿素水の濃度に応じて尿素水レベル測定値を補正する段階と、
   尿素水レベル測定値と基準尿素水レベル測定値を比較する段階と、
   尿素水レベル測定値が基準尿素水レベル測定値より低い場合、警告灯を点灯する段階を含むことを特徴とする尿素水レベル測定値の補正および表示方法。
2. 尿素水品質センサにより尿素水タンクに注入された尿素水の濃度を測定する段階と、
   測定された尿素水の濃度により異常な尿素水が尿素水タンクに注入されたかを判断する段階と、
   異常な尿素水が前記尿素水タンクに注入されたと判断されると、尿素水の温度が異常な尿素水の濃度によるヒーターの作動条件温度以下であるかを判断する段階と、
   尿素水の温度が異常な尿素水の濃度によるヒーターの作動条件温度以下であると、ヒーターを作動する段階を含むことを特徴とするヒーター作動方法。
3. 前記異常な尿素水が前記尿素水タンクに注入されていないと判断されると、尿素水の温度が零下７℃以下であるかを判断する段階と、
   尿素水の温度が零下７℃以下であるとヒーターを作動する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のヒーター作動方法。
4. 前記異常な尿素水の濃度によるヒーターの作動条件温度は異常な尿素水の濃度に応じて氷点を測定して設定されることを特徴とする請求項２に記載のヒーター作動方法。
5. 前記異常な尿素水の濃度が１００％である場合、ヒーターの作動条件温度は０℃であることを特徴とする請求項２に記載のヒーター作動方法。
6. 前記異常な尿素水の濃度が５０％である場合、ヒーターの作動条件温度は５０℃であることを特徴とする請求項２に記載のヒーター作動方法。
7. 尿素水の温度を測定する尿素水温度センサと、
   尿素水のレベルを測定する尿素水レベルセンサと、
   尿素水の品質を測定する尿素水品質センサと、
   前記尿素水温度センサ、尿素水レベルセンサ、および尿素水品質センサに電気的に接続されており、尿素水の不足時に警告灯を点灯し、尿素水の温度に応じてヒーターを作動させる信号を提供する制御ユニットを含むことを特徴とする尿素水レベル測定値の補正、表示方法およびヒーター作動装置。
8. 前記制御ユニットは、
   前記尿素水品質センサにより尿素水タンクに注入された尿素水の濃度を測定し、測定された尿素水の濃度により異常な尿素水が前記尿素水タンクに注入されたかを判断することを特徴とする請求項７に記載の尿素水レベル測定値の補正、表示方法およびヒーター作動装置。
9. 前記制御ユニットは、
   異常な尿素水が前記尿素水タンクに注入されたと判断されると、尿素水の濃度に応じて尿素水レベル測定値を補正することを特徴とする請求項８に記載の尿素水レベル測定値の補正、表示方法およびヒーター作動装置。
10. 前記制御ユニットは、
    尿素水レベル測定値と基準尿素水測定値を比較し、尿素水レベル測定値が基準尿素水測定値より低い場合、警告灯を点灯する信号を提供することを特徴とする請求項９に記載の尿素水レベル測定値の補正、表示方法およびヒーター作動装置。
11. 前記制御ユニットは、
    測定された尿素水の濃度により異常な尿素水が尿素水タンクに注入されたと判断されると、尿素水の温度が異常な尿素水の濃度によるヒーターの作動条件温度以下であるかを判断し、尿素水の温度が異常な尿素水の濃度によるヒーターの作動条件温度以下であると、ヒーターを作動する信号を提供することを特徴とする請求項７に記載の尿素水レベル測定値の補正、表示方法およびヒーター作動装置。
12. 前記制御ユニットは、
    測定された尿素水の濃度により異常な尿素水が尿素水タンクに注入されていないと判断されると、尿素水の温度が零下７℃以下であるかを判断し、尿素水の温度が零下７℃以下であると、ヒーターを作動する信号を提供することを特徴とする請求項７に記載の尿素水レベル測定値の補正、表示方法およびヒーター作動装置。

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