JP2021181757A - 液体貯留システム - Google Patents

Abstract

【課題】液体の中の所定指標を変化させる要因の有無を特定すること。【解決手段】液体貯留システムは、液体（尿素水）を貯留するタンク（尿素水タンク）と、タンクに貯留された液体の中で、超音波を発信する発信部（水位用超音波センサ，濃度用超音波センサ）と、タンクに貯留された液体の中で、発信部によって発信された超音波を受信する受信部（水位用超音波センサ，濃度用超音波センサ）と、発信部と受信部とに接続される制御装置（ＥＣＵ）とを備える。制御装置は、超音波が発信部によって発信された時刻および受信部によって受信された時刻から、所定指標（濃度，残量，水位，液体中の音速，発信部から受信部までの超音波の到達時間）の現在値を算出し（Ｓ１１２，Ｓ１１５）、算出した現在値と、所定指標の基準値とを比較し、比較の結果、差異がある場合に、タンクに貯留された液体に所定指標を変化させる要因があると判断する（Ｓ１１６，Ｓ１１７）。【選択図】図３

Description

この開示は、液体貯留システムに関し、特に、液体を貯留するタンクと当該液体の中での超音波の受発信部とを備える液体貯留システムに関する。

従来、尿素水タンク内に、超音波の発信／受信部と、超音波の反射部と、両者の間に設けられる超音波振動子とを備え、尿素水の濃度を測定する装置があった（たとえば、特許文献１参照）。この装置においては、発信／受信部および反射部に付着した気泡を、超音波振動子が発信した超音波で除去する。

特開２０１６−１５１４８９号公報

しかし、特許文献１の方法で、発信／受信部および反射部の気泡を除去した後に、濃度を測定するために超音波を発信および受信したとしても、尿素水の中の気泡については考慮されていないため、尿素水の中の気泡の有無によって測定結果が異なってしまう場合があった。また、超音波を用いて尿素水のタンクの水位を測定する場合にも同様の状況が生じうる。このようなタンク内の液体の濃度および水位などの所定指標を特定する際に、液体の中の気泡などの所定指標を変化させる要因を考慮していないため、正確に特定できないという問題があった。

この開示は、上述の課題を解決するためになされてものであり、液体の中の所定指標を変化させる要因の有無を特定することが可能な液体貯留システムを提供することである。

この開示による液体貯留システムは、液体を貯留するタンクと、タンクに貯留された液体の中で、超音波を発信する発信部と、タンクに貯留された液体の中で、発信部によって発信された超音波を受信する受信部と、発信部と受信部とに接続される制御装置とを備える。制御装置は、超音波が発信部によって発信された時刻および受信部によって受信された時刻から、所定指標の現在値を算出し、算出した現在値と、所定指標の基準値とを比較し、比較の結果、差異がある場合に、タンクに貯留された液体に所定指標を変化させる要因があると判断する。

好ましくは、要因は、タンクに貯留された液体の中の気泡であり、制御装置は、要因があると判断した場合、要因を除去するための超音波を発信するよう発信部を制御する。

さらに好ましくは、制御装置は、現在値と基準値との差異に応じて要因を除去するための超音波の発信態様を変化させる。

好ましくは、制御装置は、現在値を算出するための超音波と時刻を隔てて、超音波が発信部によって発信された時刻および受信部によって受信された時刻から、基準値を算出する。

好ましくは、所定指標は、タンクに貯留された液体の濃度である。好ましくは、所定指標は、タンクに貯留された液体の水位である。

この開示によれば、液体の中の所定指標を変化させる要因の有無を特定することが可能な液体貯留システムを提供することができる。

この実施の形態に係る車両の構成の概略を示す図である。 この実施の形態における検出装置を示す図である。 第１実施形態における濃度計測処理の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態における残量計測処理の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、この開示の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返されない。

［第１実施形態］
図１は、この実施の形態に係る車両１の構成の概略を示す図である。図１を参照して、車両１に設けられる内燃機関１０は、ディーゼルエンジンであるが、これに限定されず、ガソリンエンジンであってもよい。内燃機関１０は、排気として、粒子状物質（ＰＭ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等を排出する。

制御装置（以下「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」という）５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５０１、ＲＡＭ（Random Access Memory）５０２、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）５０３、ＲＯＭ（Read-Only Memory）５０４、および、タイマ５０５などを備えた公知のものである。ＥＣＵ５０は、内燃機関１０等の車両１の各部を制御する。ＣＰＵ５０１は、ＲＯＭ５０４に記憶された各種プログラムおよびマップに基づいて、種々の演算処理を実行する。ＲＡＭ５０２は、ＣＰＵ５０１での演算結果や各検出装置から入力されたデータ等を一時的に記憶する。ＥＥＰＲＯＭ５０３は、たとえば、車両１のメインスイッチがオフとされているときに保存しておくデータ等を記憶する。

内燃機関１０の排気通路１２には、排気浄化装置４０が設けられている。排気浄化装置４０は、上流側排気浄化装置４１と、上流側排気浄化装置４１の下流側に配置される下流側排気浄化装置４５とを含む。上流側排気浄化装置４１には、上流側から、第１酸化触媒（ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst））４２、粒子状物質除去フィルタ（以下「ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）」という）４３が設けられる。

第１酸化触媒４２は、セラミック製の円柱状等に形成されたセル状筒体からなり、その軸方向には多数の貫通孔が形成され、内面に白金（Ｐｔ）等の貴金属がコーティングされる。第１酸化触媒４２は、所定の温度下で多数の貫通孔に排気を通すことにより、排気に含まれる一酸化炭素および炭化水素等を酸化して除去する。

ＤＰＦ４３は、セラミックス材料等からなる多孔質な部材によって円柱状等に形成され、軸方向に多数の小孔が設けられたハニカム構造のセル状筒体をなし、各小孔は、隣同士で交互に異なる端部が目封じ部材によって閉塞される。ＤＰＦ４３は、上流側から各小孔に流入する排気を多孔質材料に通すことで粒子状物質を捕集し、排気のみを隣の小孔を通じて下流側へと流出させる。

第１酸化触媒４２の上流側（上流側排気浄化装置４１の上流側）には、燃料添加弁２８と、排気温度検出装置３６Ａ（たとえば、排気温度センサ）とが設けられる。燃料添加弁２８は、粒子状物質が堆積したＤＰＦ４３を再生する際（粒子状物質を燃焼焼却する際）に、第１酸化触媒４２内で排気と反応させて排気の温度を上昇させるための燃料を噴射する。第１酸化触媒４２の下流側、かつ、ＤＰＦ４３の上流側には、排気温度検出装置３６Ｂ（たとえば、排気温度センサ）が設けられる。

ＤＰＦ４３の下流側には、排気温度検出装置３６Ｃ（たとえば、排気温度センサ）が設けられる。上流側排気浄化装置４１内には差圧センサ３５が設けられる。差圧センサ３５は、第１酸化触媒４２の下流側、かつ、ＤＰＦ４３の上流側の排気圧力（排気管内圧力に相当）と、ＤＰＦ４３の下流側の排気管内圧力との差圧（圧力差）を検出する。

上流側排気浄化装置４１の下流側に配置される下流側排気浄化装置４５には、上流側から、尿素水添加弁（還元剤添加弁）６１と、選択還元触媒（以下「ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）」という）４６と、第２酸化触媒４７とが設けられる。ＳＣＲ４６は、ＤＰＦ４３の下流側に排気管１２Ａを介して連結される。尿素水添加弁６１は、排気管１２ＡのＤＰＦ４３の下流側、かつ、ＳＣＲ４６の上流側に配置されて、所定時間（たとえば、２００ミリ秒〜４００ミリ秒である。）ごとに、排気中に尿素水（還元剤）６７を添加（噴霧）する。排気管１２Ａには、尿素水添加弁６１の上流側に、ＮＯｘセンサ３７Ａが設けられる。

第２酸化触媒４７は、ＳＣＲ４６の下流側に、排気管１２Ｂを介して連結される。排気管１２Ｂには、ＳＣＲ４６の下流側に、排気温度検出装置３６Ｄ（たとえば、排気温度センサ）が設けられる。排気管１２Ｂには、排気温度検出装置３６Ｄの下流側に、ＮＯｘセンサ３７Ｂが設けられる。各ＮＯｘセンサ３７Ａ，３７Ｂは、排気中のＮＯｘ濃度に応じた検出信号を出力する。

尿素水添加弁６１は、供給管６２および尿素水ポンプ６３を介して尿素水タンク６５に連結される。尿素水ポンプ６３は、ＥＣＵ５０からの駆動信号により回転駆動される電動ポンプであり、正逆いずれの方向にも回転が可能である。尿素水ポンプ６３の正回転により尿素水タンク６５内の尿素水６７の吸い上げが行われ、尿素水６７が供給管６２を介して尿素水添加弁６１に供給される。尿素水ポンプ６３の逆回転により供給管６２内の尿素水６７が吸い戻され、尿素水タンク６５内に流入される。なお、供給管６２には、供給管６２内の尿素水６７の圧力を検出する水圧センサを設けてもよい。

尿素水タンク６５内には、尿素水タンク６５内に貯留される尿素水６７の残量（水位）を検出する検出装置６８が設けられる。

図２は、この実施の形態における検出装置を示す図である。図２を参照して、検出装置６８は、ベース部６８Ａと、筒状部６８Ｂと、壁部６８Ｃとを有する。ベース部６８Ａは、尿素水タンク６５の底面部に水平に配置される平板状の部分である。筒状部６８Ｂは、ベース部６８Ａの一方の側縁部（図２中、左側縁部）から鉛直方向上方へ突出するように設けられた四角筒状の部分である。壁部６８Ｃは、ベース部６８Ａの一方の側縁部に相対向する他方の側縁部（図２中、右側縁部）から筒状部よりも低い高さで鉛直方向上方へ延出された部分である。筒状部６８Ｂの一側面（図２中、右側の側面）は、壁部６８Ｃに相対向する。

この側面と隣接する筒状部６８Ｂの側面（図２中、奥側の側面）には、上端から下端までのスリット６９が設けられる。つまり、筒状部６８Ｂを上から見ると、四角形の一辺の中程が欠けた形状に見える。このスリット６９が設けられているため、尿素水は、筒状部６８Ｂの内部の底面部まで浸入可能である。

筒状部６８Ｂ内の底面部には、尿素水６７の液面高さを検出するために使用する水位用超音波センサ７１が配置される。水位用超音波センサ７１は、超音波の発信部および受信部が一体に構成される。なお、この実施の形態においては、筒状部６８Ｂ内の底面部が、尿素水タンク６５の底面部よりもベース部６８Ａの厚さの分だけ高くなっているが、筒状部６８Ｂ内の底面部は、計測可能な最低の残量の計測には影響の無い高さである。筒状部６８Ｂ内の底面部が尿素水タンク６５の底面部と同じ高さになるように尿素水タンク６５の底面部に窪みを設け、その窪みに検出装置６８を設けるようにしてもよい。

筒状部６８Ｂの壁部６８Ｃに相対向する一側面の外側基端部には、尿素水６７の濃度を検出するために使用する濃度用超音波センサ７２が配置される。濃度用超音波センサ７２は、超音波の発信部および受信部が一体に構成される。

壁部６８Ｃの内側壁面（図２中、左側の壁面）には、超音波反射板７３が、その一面が濃度用超音波センサ７２に対向するように取り付けられる。超音波反射板７３は、濃度用超音波センサ７２から発信された超音波を受けて、濃度用超音波センサ７２に反射する。このため、筒状部６８Ｂのベース部６８Ａからの突出高さは、超音波反射板７３から反射された超音波が筒状部６８Ｂ内に入り込まない高さに設定される。

筒状部６８Ｂの濃度用超音波センサ７２に対して反対側の側面（図２中、左側の側面）の外側基端部には、尿素水６７の温度を検出するために使用する温度センサである尿素水温センサ７５が取り付けられる。尿素水温センサ７５は、尿素水タンク６５内の尿素水６７の温度に応じた検出信号をＥＣＵ５０に出力する。

濃度用超音波センサ７２は、ＥＣＵ５０からの発信信号に応じて超音波Ｗ１を発信し、超音波反射板７３から反射した超音波Ｗ１を受信したときに受信信号をＥＣＵ５０に出力する。ＥＣＵ５０のＣＰＵ５０１は、濃度用超音波センサ７２と超音波反射板７３との間の往復距離と、超音波Ｗ１を発信してから受信するまでにかかる時間とから音速を算出してＲＡＭ５０２に記憶する。

尿素水の濃度と、尿素水中の音速とを予め試験により取得しておき、尿素水の濃度と、尿素水中の音速との関係を対応させた濃度マップがＲＯＭ５０４に予め記憶される。ＥＣＵ５０は、濃度マップを参照して、算出した音速に対応する尿素水６７の濃度を求める。さらに、ＥＣＵ５０は、尿素水温センサ７５で検出した尿素水６７の温度に応じた濃度の補正を行い、最終的な濃度を得る。

水位用超音波センサ７１は、ＥＣＵ５０からの発信信号に応じて超音波Ｗ２を発信し、尿素水６７の液面で反射した超音波Ｗ２を受信したときに受信信号をＥＣＵ５０に出力する。ＥＣＵ５０のＣＰＵ５０１は、超音波Ｗ２を発信してから受信するまでにかかる時間と、濃度用超音波センサ７２によって検出した音速とから、尿素水６７の液面高さ、つまり、水位を算出する。

図１に戻って、ＳＣＲ４６は、尿素水添加弁６１により添加された尿素水を用いて窒素酸化物を無害化する触媒である。具体的には、尿素水添加弁６１から添加（噴射）された尿素水は、排気の熱によって加水分解され、下記式（１）に示す反応によりアンモニア（ＮＨ3）が生成される。

（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2・・・（１）
ＳＣＲ４６を排気が通過する際に、ＳＣＲ４６に吸着したアンモニアによって排気中の窒素酸化物が選択的に還元浄化される。還元浄化は、下記式（２）〜式（４）に示すような還元反応により行われる。

４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ・・・（２）
６ＮＯ2＋８ＮＨ3→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ・・・（３）
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ・・・（４）
上記式（２）〜式（４）に示すアンモニアによる窒素酸化物の還元浄化が行われる際、アンモニアが窒素酸化物と反応しきれずに余剰となると、余剰アンモニアがＳＣＲ４６の下流側の排気管１２Ｂを介して第２酸化触媒４７に流入する。第２酸化触媒４７は、流入した余剰アンモニアを酸化して除去する。

燃料添加弁２８、尿素水添加弁６１、および、尿素水ポンプ６３は、ＥＣＵ５０からの制御信号にしたがって駆動される。

排気温度検出装置３６Ａは、第１酸化触媒４２の上流側の排気管内の排気の温度に応じた検出信号をＥＣＵ５０に出力する。排気温度検出装置３６Ｂは、第１酸化触媒４２の下流側、かつ、ＤＰＦ４３の上流側を流れる排気の温度に応じた検出信号をＥＣＵ５０に出力する。排気温度検出装置３６Ｃは、ＤＰＦ４３の下流側、かつ、ＳＣＲ４６の上流側の排気の温度に応じた検出信号をＥＣＵ５０に出力する。排気温度検出装置３６Ｄは、ＳＣＲ４６の下流側、かつ、第２酸化触媒４７の上流側の排気の温度に応じた検出信号をＥＣＵ５０に出力する。

差圧センサ３５は、第１酸化触媒４２の下流側、かつ、ＤＰＦ４３の上流側の排気圧力（排気管内圧力に相当）と、ＤＰＦ４３の下流側の排気管内圧力との差圧に応じた検出信号をＥＣＵ５０に出力する。ＮＯｘセンサ３７Ａは、尿素水添加弁６１よりも上流側の排気のＮＯｘ濃度に応じた検出信号をＥＣＵ５０に出力する。ＮＯｘセンサ３７Ｂは、ＳＣＲ４６の下流側、かつ、第２酸化触媒４７の上流側の排気のＮＯｘ濃度に応じた検出信号をＥＣＵ５０に出力する。

ＥＣＵ５０には、吸気通路１１に設けられた吸入空気流量検出装置３１（たとえば、エアフローメータ）の検出信号、アクセル開度検出装置３３の検出信号、回転検出装置３４の検出信号、加速度センサ３８の検出信号、および、車速センサ３９の検出信号が入力される。ＥＣＵ５０には、上述した各排気温度検出装置３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄの検出信号、差圧センサ３５の検出信号、各ＮＯｘセンサ３７Ａ，３７Ｂの検出信号、水位用超音波センサ７１、濃度用超音波センサ７２、および、尿素水温センサ７５の検出信号が入力される。

ＥＣＵ５０は、これらの入力された検出信号に基づいて内燃機関１０の運転状態を検出できる。ＥＣＵ５０は、検出した内燃機関１０の運転状態や、アクセル開度検出装置３３からの検出信号に基づいた運転者からの要求に応じて、各インジェクタ１４Ａ〜１４Ｄから内燃機関１０のシリンダ内に噴射する燃料量、および、燃料添加弁２８から噴射する燃料量を制御する制御信号を出力する。

燃料添加弁２８から排気中に噴射された燃料は、第１酸化触媒４２によって排気ガス中に残った酸素との酸化反応が生じて燃焼し、その発熱により排気温度が上昇する。この高温になった排気によりＤＰＦ４３の床温が上昇して、所定温度（たとえば、５９０℃）以上になると、ＤＰＦ４３内に堆積した粒子状物質が燃焼焼却される。このような状態を所定の時間、維持することによって、ＤＰＦ４３内に堆積した粒子状物質（ＰＭ）を燃焼させて除去し、排気中の粒子状物質を捕集するというＤＰＦ４３の捕集機能を回復（再生）させることができる。

吸入空気流量検出装置３１（たとえば、吸気流量センサ）は、内燃機関１０の吸気通路１１に設けられて内燃機関１０が吸入した空気の流量に応じた検出信号をＥＣＵ５０に出力する。アクセル開度検出装置３３（たとえば、アクセル開度センサ）は、運転者が操作するアクセルの開度（すなわち、運転者の要求負荷）に応じた検出信号をＥＣＵ５０に出力する。

回転検出装置３４（たとえば、回転センサ）は、内燃機関１０のクランクシャフトの回転速度（すなわち、エンジン回転速度）に応じた検出信号をＥＣＵ５０に出力する。加速度センサ３８は、車両１の加速度に応じた検出信号をＥＣＵ５０に出力する。車速センサ３９は、車両１の車輪または車輪と一体に回転するドライブシャフト等に対して設けられ、車両１の車速に応じた検出信号をＥＣＵ５０に出力する。

警告ランプ１５は、たとえば、車両１のインスツルメントパネル内に設けられる。ＥＣＵ５０は、車両１の異常を検出した際に、警告ランプ１５を点灯させる。

［課題］
従来、尿素水タンク６５内の水位用超音波センサ７１、濃度用超音波センサ７２および超音波反射板７３等に付着した気泡を、別の超音波振動子が発信した超音波で除去する方法があった。

しかし、この方法で、気泡を除去した後に、濃度または水位を測定するために超音波を発信および受信したとしても、尿素水の中の気泡については考慮されていないため、尿素水の中の気泡の有無によって測定結果が異なってしまう場合があった。すなわち、尿素水タンク６５への尿素水の補給時、および、車両１の走行時などにおいて、尿素水タンク６５の中の尿素水が攪拌されることで尿素水の中に微細な気泡が発生する。このような気泡など、超音波を反射、屈折および吸収することで測定結果を変化させる要因がある場合に、受信される超音波の品質が低下することで、測定結果を変化させてしまう。

従来は、尿素水タンク６５への尿素水の補給後、および、車両１の停止後、測定結果を変化させる要因が落ち着くまで、しばらく静置した後に計測を行っていたため、限られた条件でしか測定が行えなかった。また、尿素水タンク６５などの構造を、測定結果を変化させる要因が発生しにくい構造とすることも考えられるが、コストが増加したり、サイズが大きくなったりすることに伴うデメリットが生じる。

このように、従来の方法では、尿素水タンク６５内の尿素水などの液体の濃度および水位などの所定指標を特定する際に、液体の中の気泡などの所定指標を変化させる要因を考慮していないため、正確に特定できないという問題があった。

［この開示での制御］
そこで、この実施の形態のシステムにおいて、ＥＣＵ５０は、超音波が発信された時刻および受信された時刻から、所定指標の現在値を算出し、算出した現在値と、所定指標の基準値とを比較し、比較の結果、差異がある場合に、タンクに貯留された液体に所定指標を変化させる要因があると判断する。これにより、液体の中の所定指標を変化させる要因の有無を特定することができる。

以下、この実施の形態での制御を説明する。図３は、第１実施形態における濃度計測処理の流れを示すフローチャートである。この濃度計測処理は、ＥＣＵ５０のＣＰＵ５０１によって、上位の処理から所定の制御周期ごとに呼出されて実行される。

図３を参照して、まず、ＥＣＵ５０のＣＰＵ５０１は、１回目の濃度の計測用の超音波を発信するよう、濃度用超音波センサ７２を制御する（ステップＳ１１１）。次に、ＣＰＵ５０１は、濃度用超音波センサ７２によって超音波が発信された時刻および受信された時刻、ならびに、超音波が発信されてから受信されるまでの距離（この実施の形態においては、濃度用超音波センサ７２と超音波反射板７３との間の距離の２倍）から、尿素水の中の音速を算出し、ＲＯＭ５０４に予め記憶された音速と濃度との関係を示す濃度マップを用いて、尿素水６７の濃度を特定する（ステップＳ１１２）。なお、ここでは、尿素水温センサ７５で検出した尿素水６７の温度に応じて、濃度を補正してもよいし、補正しなくてもよい。

次に、ＣＰＵ５０１は、１回目の超音波の発信から所定時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１１３）。所定時間は、０でない時間であればよく、計測時間の観点から長くない時間が望ましい。所定時間が経過していない（ステップＳ１１３でＮＯ）と判断した場合、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ１１３の処理を繰返す。

一方、所定時間が経過した（ステップＳ１１３でＹＥＳ）と判断した場合、ＣＰＵ５０１は、２回目の濃度の計測用の超音波を発信するよう、濃度用超音波センサ７２を制御する（ステップＳ１１４）。次に、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ１１２と同様、尿素水６７の濃度を演算する（ステップＳ１１５）。ステップＳ１１２で尿素水６７の温度に応じて濃度を補正した場合は、ステップＳ１１５でも濃度を補正する。ステップＳ１１２で尿素水６７の温度に応じて濃度を補正していない場合は、ステップＳ１１５でも濃度を補正しない。

次いで、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ１１２およびステップＳ１１５で演算した濃度の値を比較し（ステップＳ１１６）、所定値以上の差異が有るか否かを判断する（ステップＳ１１７）。所定値は、たとえば、測定の誤差であると考えられる値である。気泡は液中で常に流動しているため、気泡が多いほど、差異が大きくなる。差異が小さければ、気泡が測定結果に与える影響が小さいと考えることができる。気泡があると超音波が気体中を通ることとなるため、音速が遅くなる。このため、音速を用いて算出している濃度などの所定指標の測定結果に影響を与える。

差異が有る（ステップＳ１１７でＹＥＳ）と判断した場合、ＣＰＵ５０１は、測定結果に誤差以上の差異を与える程、気泡があると判断し、尿素水６７中の気泡を除去するための超音波を発信するよう、濃度用超音波センサ７２を制御する（ステップＳ１１８）。超音波を照射すると、液中の微少な気泡が集合し、大きな気泡となって液外に出ていく。その後、ＣＰＵ５０１は、実行する処理をステップＳ１１１の処理に戻す。

気泡除去用の超音波の発信態様は、濃度計測用の超音波と異なる発信態様である。たとえば、濃度計測用の超音波の周波数は一定であるのに対し、気泡除去用の超音波の周波数は変化させるようにしてもよい。気泡除去用の超音波の振幅は、濃度計測用の超音波と比較して大きくされるようにしてもよい。気泡除去用の超音波の発信時間は、濃度計測用の超音波の発信時間よりも長くされるようにしてもよい。濃度計測用の超音波は連続的に発信されるのに対し、気泡除去用の超音波は断続的に発信されるようにしてもよい。

また、差異の大きさに応じて発信態様が変化される。たとえば、差異が大きいほど、周波数の変化を大きくするようにしてもよいし、振幅を大きくするようにしてもよいし、発信時間を長くするようにしてもよいし、断続間隔を短くするようにしてもよい。

一方、差異が無い（ステップＳ１１７でＮＯ）と判断した場合、ＣＰＵ５０１は、２回目の濃度の値を、濃度の計測結果に適用する（ステップＳ１１９）。なお、１回目の濃度の値を、濃度の計測結果に適用するようにしてもよい。その後、ＣＰＵ５０１は、実行する処理をこの濃度計測処理の呼出元の上位の処理に戻す。

［第２実施形態］
第１実施形態においては、尿素水タンク６５内の尿素水６７の濃度を計測する場合について説明した。第２実施形態においては、尿素水タンク６５内の尿素水６７の水位を計測する場合について説明する。第２実施形態の車両１の構成は、図１および図２で説明した第１実施形態の構成と同様であるので、重複する説明は繰返さない。

図４は、第２実施形態における残量計測処理の流れを示すフローチャートである。この残量計測処理は、ＥＣＵ５０のＣＰＵ５０１によって、上位の処理から所定の制御周期ごとに呼出されて実行される。

図４を参照して、まず、ＥＣＵ５０のＣＰＵ５０１は、１回目の水位の計測用の超音波を発信するよう、水位用超音波センサ７１を制御する（ステップＳ１２１）。次に、ＣＰＵ５０１は、水位用超音波センサ７１によって超音波が発信された時刻および受信された時刻から、発信されてから受信されるまでの到達時間を算出し、算出した到達時間、および、濃度用超音波センサ７２によって測定された尿素水６７中の音速から、尿素水６７の液面までの距離である水位を算出し、水位から尿素水６７の残量を算出する（ステップＳ１２２）。尿素水タンク６５の水位ごとの尿素水６７の残量は、ＲＯＭ５０４に予め記憶される。なお、ここでは、尿素水温センサ７５で検出した尿素水６７の温度に応じて、音速を補正してもよいし、補正しなくてもよい。また、ここでは、音速は、濃度用超音波センサ７２によって測定されるようにしたが、これに限定されず、尿素水６７の温度ごとの音速を予めＲＯＭに記憶させておき、尿素水６７の温度から音速を特定するようにしてもよい。

次に、ＣＰＵ５０１は、１回目の超音波の発信から所定時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１２３）。所定時間は、０でない時間であればよく、計測時間の観点から長くない時間が望ましい。所定時間が経過していない（ステップＳ１２３でＮＯ）と判断した場合、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ１２３の処理を繰返す。

一方、所定時間が経過した（ステップＳ１２３でＹＥＳ）と判断した場合、ＣＰＵ５０１は、２回目の水位の計測用の超音波を発信するよう、水位用超音波センサ７１を制御する（ステップＳ１２４）。次に、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ１２２と同様、尿素水６７の水位を演算する（ステップＳ１２５）。ステップＳ１２２で尿素水６７の温度に応じて音速を補正した場合は、ステップＳ１２５でも音速を補正する。ステップＳ１２２で尿素水６７の温度に応じて音速を補正していない場合は、ステップＳ１１５でも音速を補正しない。

次いで、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ１２２およびステップＳ１２５で演算した残量の値を比較し（ステップＳ１２６）、所定値以上の差異が有るか否かを判断する（ステップＳ１２７）。所定値は、たとえば、測定の誤差であると考えられる値である。

差異が有る（ステップＳ１２７でＹＥＳ）と判断した場合、ＣＰＵ５０１は、測定結果に誤差以上の差異を与える程、気泡があると判断し、尿素水６７中の気泡を除去するための超音波を発信するよう、水位用超音波センサ７１を制御する（ステップＳ１２８）。気泡除去用の超音波の発信態様は、図３のステップＳ１１８で説明した発信態様と同様である。その後、ＣＰＵ５０１は、実行する処理をステップＳ１２１の処理に戻す。

一方、差異が無い（ステップＳ１２７でＮＯ）と判断した場合、ＣＰＵ５０１は、２回目の残量の値を、残量の計測結果に適用する（ステップＳ１２９）。なお、１回目の残量の値を、残量の計測結果に適用するようにしてもよい。その後、ＣＰＵ５０１は、実行する処理をこの残量計測処理の呼出元の上位の処理に戻す。

［変形例］
（１） 前述した実施の形態においては、図２で示したように、発信部および受信部が一体となった、水位用超音波センサ７１および濃度用超音波センサ７２を用いるようにした。しかし、これに限定されず、発信部と受信部とが別体となった超音波センサを用いるようにしてもよい。

（２） 前述した実施の形態においては、図３のステップＳ１１６および図４のステップＳ１２６で示したように、比較の基準値を、１回目の計測値および２回目の計測値のいずれか一方とするようにした。しかし、これに限定されず、比較の基準値を、計測値でない値で現状の値との差異が小さいと考えられる値としてもよい。たとえば、前回の計測値であってもよいし、前回以前の計測値の変化から予測される値であってもよいし、温度など他の指標から推定される値であってもよい。このようにすれば、計測が２回ではなく１回で済むため、測定時間を短縮することができる。

（３） 前述した実施の形態においては、図３のステップＳ１１７および図４のステップＳ１２７で示したように、演算した値に所定値以上の差異が有ると判断した場合に、測定結果に誤差以上の差異を与える程、尿素水６７などの液体の中に気泡が有ると判断するようにした。しかし、これに限定されず、液体の中に測定結果を変化させる、気泡以外の要因があると判断するようにしてもよい。この要因には、気泡に加えて、液体が低温により凍った微細な氷塊、液体に溶けない微少な異物、および、液体から析出した結晶などが含まれる。氷塊および結晶については、図３のステップＳ１１８および図４のステップＳ１２８で超音波を照射することで、粉砕および溶解することができる。

（４） 前述した実施の形態においては、図１から図４で示したように、濃度および残量などの所定指標を計測する対象は尿素水６７であることとした。しかし、これに限定されず、所定指標の計測対象は、液体であれば、他の還元剤、たとえば、アンモニア水であってもよいし、他の液体であってもよい。

（５） 前述した実施の形態においては、図３および図４で示したように、尿素水６７などの液体の所定指標として、濃度および残量を計測するようにした。しかし、これに限定されず、所定指標として、水位、液体中の音速、または、発信部から受信部までの超音波の到達時間を計測するようにしてもよい。

（６） 前述した開示を、尿素水タンク６５などの液体を貯留するタンクと、タンクに貯留された液体の中で超音波を発信する、水位用超音波センサ７１および濃度用超音波センサ７２などの発信部と、タンクに貯留された液体の中で発信部によって発信された超音波を受信する水位用超音波センサ７１および濃度用超音波センサ７２などの受信部と、発信部と受信部とに接続されるＥＣＵ５０などの制御装置とを含む、液体貯留システムの開示と捉えることができる。また、前述した開示を、このような液体貯留システムを備える車両１の開示と捉えることができるし、液体貯留システムまたは車両１においてタンクの液体の中に所定指標を変化させる要因があると判断する方法または所定指標を測定する方法と捉えることができる。

［まとめ］
（１） 図１および図２で示したように、液体貯留システムは、液体（たとえば、尿素水６７）を貯留するタンク（たとえば、尿素水タンク６５）と、タンクに貯留された液体の中で、超音波を発信する発信部（たとえば、水位用超音波センサ７１，濃度用超音波センサ７２）と、タンクに貯留された液体の中で、発信部によって発信された超音波を受信する受信部（たとえば、水位用超音波センサ７１，濃度用超音波センサ７２）と、発信部と受信部とに接続される制御装置（たとえば、ＥＣＵ５０）とを備える。

図３および図４で示したように、制御装置は、超音波が発信部によって発信された時刻および受信部によって受信された時刻から、所定指標（たとえば、濃度，残量，水位，液体中の音速，発信部から受信部までの超音波の到達時間）の現在値を算出し（ステップＳ１１２，ステップＳ１１５，ステップＳ１２２，ステップＳ１２５）、算出した現在値と、所定指標の基準値（たとえば、ステップＳ１１２，ステップＳ１１５，ステップＳ１２２，ステップＳ１２５で演算される値であってもよいし、計測値でない値で現状の値との差異が小さいと考えられる上述した値であってもよい）とを比較し、比較の結果、差異がある場合に、タンクに貯留された液体に所定指標を変化させる要因があると判断する（たとえば、ステップＳ１１６，ステップＳ１１７，ステップＳ１２６，ステップＳ１２７）。これにより、液体の中の所定指標を変化させる要因の有無を特定することができる。

（２） 図３および図４で示したように、要因は、タンクに貯留された液体の中の気泡であり、制御装置は、要因があると判断した場合、要因を除去するための超音波を発信するよう発信部を制御する（たとえば、ステップＳ１１８，ステップＳ１２８）。これにより、所定指標のより正確な値を計測することができる。

（３） 図３および図４で示したように、制御装置は、現在値と基準値との差異に応じて要因を除去するための超音波の発信態様を変化させる（たとえば、ステップＳ１１８，ステップＳ１２８）。これにより、より効率的に要因を除去することができる。

（４） 図３および図４で示したように、制御装置は、現在値を算出するための超音波と時刻を隔てて、超音波が発信部によって発信された時刻および受信部によって受信された時刻から、基準値を算出する（たとえば、ステップＳ１１２，ステップＳ１１５，ステップＳ１２２，ステップＳ１２５）。より現状に即して要因の有無を特定することができる。

（５） 図３で示したように、所定指標は、タンクに貯留された液体の濃度である。これにより、液体の中の濃度を変化させる要因の有無を特定することができる。

（６） 図４で示したように、所定指標は、タンクに貯留された液体の水位である。これにより、液体の中の水位を変化させる要因の有無を特定することができる。

今回開示された各実施の形態は、適宜組合わせて実施することも予定されている。そして、今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、１０ 内燃機関、１１ 吸気通路、１２ 排気通路、１２Ａ，１２Ｂ 排気管、１４Ａ〜１４Ｄ インジェクタ、１５ 警告ランプ、２８ 燃料添加弁、３１ 吸入空気流量検出装置、３３ アクセル開度検出装置、３４ 回転検出装置、３５ 差圧センサ、３６Ａ〜３６Ｄ 排気温度検出装置、３７Ａ，３７Ｂ ＮＯｘセンサ、３８ 加速度センサ、３９ 車速センサ、４０ 排気浄化装置、４１ 上流側排気浄化装置、４２ 第１酸化触媒、４３ ＤＰＦ、４５ 下流側排気浄化装置、４６ ＳＣＲ、４７ 第２酸化触媒、５０ ＥＣＵ、６１ 尿素水添加弁、６２ 供給管、６３ 尿素水ポンプ、６５ 尿素水タンク、６７ 尿素水、６８ 検出装置、６８Ａ ベース部、６８Ｂ 筒状部、６８Ｃ 壁部、６９ スリット、７１ 水位用超音波センサ、７２ 濃度用超音波センサ、７３ 超音波反射板、７５ 尿素水温センサ、５０１ ＣＰＵ、５０２ ＲＡＭ、５０３ ＥＥＰＲＯＭ、５０４ ＲＯＭ、５０５ タイマ。

Claims (6)

1. 液体を貯留するタンクと、
   前記タンクに貯留された液体の中で、超音波を発信する発信部と、
   前記タンクに貯留された液体の中で、前記発信部によって発信された超音波を受信する受信部と、
   前記発信部と前記受信部とに接続される制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   超音波が前記発信部によって発信された時刻および前記受信部によって受信された時刻から、所定指標の現在値を算出し、
   算出した前記現在値と、前記所定指標の基準値とを比較し、
   比較の結果、差異がある場合に、前記タンクに貯留された液体に前記所定指標を変化させる要因があると判断する、液体貯留システム。
2. 前記要因は、前記タンクに貯留された液体の中の気泡であり、
   前記制御装置は、
   前記要因があると判断した場合、前記要因を除去するための超音波を発信するよう前記発信部を制御する、請求項１に記載の液体貯留システム。
3. 前記制御装置は、前記現在値と前記基準値との差異に応じて前記要因を除去するための超音波の発信態様を変化させる、請求項２に記載の液体貯留システム。
4. 前記制御装置は、前記現在値を算出するための超音波と時刻を隔てて、超音波が前記発信部によって発信された時刻および前記受信部によって受信された時刻から、前記基準値を算出する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の液体貯留システム。
5. 前記所定指標は、前記タンクに貯留された液体の濃度である、請求項１から請求項４のいずれかに記載の液体貯留システム。
6. 前記所定指標は、前記タンクに貯留された液体の水位である、請求項１から請求項４のいずれかに記載の液体貯留システム。

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