JP4038492B2 - 液種識別方法及び液種識別装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体の熱的性質を利用して当該液体が所定のものであるか否かを識別する液種識別の方法及び装置に関するものである。

本発明の液種識別方法及び液種識別装置は、例えば自動車の内燃エンジンなどから排出される排ガスを浄化するシステムにおいて窒素酸化物（ＮＯｘ）の分解のために排ガス浄化触媒に対し所定濃度の尿素水溶液であるとして噴霧される液体が真に所定濃度の尿素水溶液であるか否かを識別するのに利用することができる。

自動車の内燃エンジンではガソリンや軽油などの化石燃料が燃焼される。これに伴って発生する排ガス中には、水や二酸化炭素などと共に、未燃焼の一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）や、硫黄酸化物（ＳＯｘ）や、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の環境汚染物質が含まれる。近年、特に環境保護及び生活環境の汚染防止のため、これら自動車の排ガスを浄化すべく各種の対策が講じられている。

このような対策の１つとして、排ガス浄化触媒装置の使用が挙げられる。これは、排気系の途中に排ガス浄化用三元触媒を配置し、ここで、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等を酸化還元により分解して、無害化を図るものである。触媒装置でのＮＯｘの分解を継続的に維持するために、排気系の触媒装置のすぐ上流側から触媒に対して尿素水溶液が噴霧される。この尿素水溶液は、ＮＯｘ分解の効果を高めるためには特定の尿素濃度範囲にあることが必要とされ、特に尿素濃度３２．５％が最適であるとされている。

尿素水溶液は、自動車に積載される尿素水溶液タンクに収容されるのであるが、経時的に濃度変化が生ずることがあり、また、タンク内において局所的に濃度分布の不均一が発生することもある。タンクからポンプにより供給管を介して噴霧ノズルへと供給される尿素水溶液は、一般にタンクの底部に近い出口から採取されるので、この領域のものが所定の尿素濃度であることが触媒装置の効率を高めるためには重要である。

また、尿素水溶液タンクに誤って尿素水溶液以外の液体が収容されることも現実にはあり得る。このような場合、液体が所定の尿素濃度の尿素水溶液以外であることを素早く検知して警告を発することが、触媒装置の機能発揮のためには必要である。

しかるに、従来は、尿素水溶液中の尿素濃度の直接的測定はなされていない。また、排気系において、触媒装置の上流側と下流側とにそれぞれＮＯｘセンサーを配置し、これらセンサーで検知されるＮＯｘ濃度の差異に基づきＮＯｘの分解が最適に行われたか否かを判別することがなされている。しかし、この手法は、実際にＮＯｘを低減した効果を測定するものであるので、尿素水溶液噴霧の前にはもちろんのこと噴霧当初においても、液体が所定の尿素濃度の尿素水溶液であるか否かの識別を行うことはできない。また、このような方法で使用されるＮＯｘセンサーは、所定の尿素濃度範囲内の尿素水溶液の噴射を実現するためには感度が十分とは云えなかった。

ところで、特開平１１−１５３５６１号公報（特許文献１）には、通電により発熱体を発熱させ、この発熱により感温体を加熱し、発熱体から感温体への熱伝達に対し被識別流体により熱的影響を与え、感温体の電気抵抗に対応する電気的出力に基づき、被識別流体の種類を判別する流体識別方法であって、発熱体ヘの通電を周期的に行う方法が開示されている。

しかしながら、この流体識別方法では、発熱体への通電を周期的に行う（即ち多パルスで行う）ので、識別に時間を要することになり、短時間に流体を識別することは困難である。又、この方法は、たとえば水と空気と油などの性状のかなり異なる物質に対して、代表値によって流体識別を行うことが可能であるが、上記の様な液体が所定の尿素濃度の尿素水溶液であるか否かの識別に適用して正確で迅速な識別を行うことは困難である。
特開平１１−１５３５６１号公報（特に、段落［００４２］〜［００４９］）

本発明は、以上のような現状に鑑みて、液体が所定のものであるか否かを正確にしかも迅速に識別することの可能な液種識別の方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、上記目的を達成するものとして、
被測定液体に臨んで配置された発熱体を単一パルス電圧印加により発熱させ、その際の、前記被測定液体に臨んで配置された感温体の初期温度と前記単一パルス電圧印加の開始から第１の時間経過時の第１温度との差に対応する液種対応第１電圧値及び前記感温体の初期温度と前記単一パルス電圧印加の開始から前記第１の時間より長い第２の時間経過時の第２温度との差に対応する液種対応第２電圧値の組み合わせに基づいて、前記被測定液体が所定のものであるか否かの識別を行う液種識別方法、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記液種対応第１電圧値が所定範囲内にあり且つ前記液種対応第２電圧値が所定範囲内にある時にのみ前記被測定液体が所定のものであると判別し、且つそれ以外の時には前記被測定液体が所定のものでないと判別する。本発明の一態様においては、前記液種対応第１電圧値の所定範囲及び前記液種対応第２電圧値の所定範囲は前記被測定液体の温度に応じて変化する。本発明の一態様においては、前記液種対応第１電圧値及び前記液種対応第２電圧値を、前記感温体と前記被測定液体の温度を検知する液温検知部とを含んでなる液種検知回路の出力に基づき得る。

本発明の一態様においては、前記感温体の初期温度に対応する電圧値として前記発熱体に対する前記単一パルス電圧の印加の開始前の初期電圧を所定回数サンプリングして平均することで得られた平均初期電圧値を用い、前記感温体の第１温度に対応する電圧値として前記発熱体に対する前記単一パルス電圧印加の開始から前記第１の時間経過時の第１電圧を所定回数サンプリングして平均することで得られた平均第１電圧値を用い、前記感温体の第２温度に対応する電圧値として前記発熱体に対する前記単一パルス電圧印加の開始から前記第２の時間経過時の第２電圧を所定回数サンプリングして平均することで得られた平均第２電圧値を用い、前記液種対応第１電圧値として前記平均第１電圧値と前記平均初期電圧値との差を用い、前記液種対応第２電圧値として前記平均第２電圧値と前記平均初期電圧値との差を用いる。

本発明の一態様においては、前記所定の液体は尿素濃度が所定範囲内にある尿素水溶液である。本発明の一態様においては、互いに異なる複数の尿素濃度の尿素水溶液について温度に対する前記液種対応第１電圧値または液種対応第２電圧値の関係を示す第１の検量線または第２の検量線を作成しておき、前記被測定液体が所定範囲内の尿素濃度を持つ尿素水溶液であると判別された場合には、その後、前記被測定液体の温度を検知する液温検知部の出力と前記液種対応第１電圧値または液種対応第２電圧値と前記第１または第２の検量線とに基づき前記尿素水溶液の尿素濃度を算出する。

また、本発明によれば、上記目的を達成するものとして、
被測定液体が所定のものであるか否かの識別を行う液種識別装置であって、
前記被測定液体の流通経路に臨んで配置された識別センサー部を備えており、該識別センサー部は発熱体及び感温体を含んでなる傍熱型液種検知部と前記被測定液体の温度を検知する液温検知部とを有しており、
前記傍熱型液種検知部の発熱体に対して単一パルス電圧を印加して前記発熱体を発熱させ、前記傍熱型液種検知部の感温体と前記液温検知部とを含んでなる液種検知回路の出力に基づき前記被測定液体の識別を行う識別演算部を備えており、該識別演算部は、前記発熱体の発熱の際の、前記感温体の初期温度と前記単一パルス電圧印加の開始から第１の時間経過時の第１温度との差に対応する液種対応第１電圧値及び前記感温体の初期温度と前記単一パルス電圧印加の開始から前記第１の時間より長い第２の時間経過時の第２温度との差に対応する液種対応第２電圧値の組み合わせに基づいて、前記被測定液体が所定のものであるか否かの識別を行うことを特徴とする液種識別装置、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記所定の液体は尿素濃度が所定範囲内にある尿素水溶液である。本発明の一態様においては、前記識別演算部には前記液温検知部から前記被測定液体の温度に対応する液温対応出力値が入力され、前記識別演算部では、互いに異なる複数の尿素濃度の尿素水溶液について作成され前記被測定液体の温度に対する前記液種対応第１電圧値または前記液種対応第２電圧値の関係を示す第１の検量線または第２の検量線を用いて、前記被測定液体について得られた前記液温対応出力値と前記液種対応第１電圧値または液種対応第２電圧値と前記第１または第２の検量線とに基づき、前記被測定液体が尿素水溶液であるとした場合の尿素濃度を算出する。

本発明の一態様においては、前記傍熱型液種検知部及び前記液温検知部はそれぞれ前記被測定液体との熱交換のための液種検知部用熱伝達部材及び液温検知部用熱伝達部材を備えている。

本発明によれば、発熱体を単一パルス電圧印加により発熱させ、その際の、感温体の初期温度と第１の時間経過時の第１温度との差に対応する液種対応第１電圧値及び前記感温体の初期温度と第２の時間経過時の第２温度との差に対応する液種対応第２電圧値の組み合わせに基づいて、被測定液体が所定のものであるか否かの識別を行うようにしたので、前記液種対応第１電圧値が所定範囲内にあり且つ前記液種対応第２電圧値が所定範囲内にある時にのみ前記被測定液体が所定のものであると判別し、且つそれ以外の時には前記被測定液体が所定のものでないと判別することにより、被測定液体が所定のものであるか否かを正確にしかも迅速に識別することが可能である。

前記液種対応第１電圧値の所定範囲及び前記液種対応第２電圧値の所定範囲を前記被測定液体の温度に応じて適宜に変化させることで、被測定液体が所定のものであるか否かの一層正確な識別が可能になる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明による液種識別装置の一実施形態を示す分解斜視図であり、図２はその一部省略断面図であり、図３はそのタンクへの取り付け状態を示す図である。本実施形態では、所定の液体として尿素濃度が所定範囲内にある尿素水溶液が想定されている。

図３に示されているように、たとえば自動車に搭載された排ガス浄化システムを構成するＮＯｘ分解用の尿素水溶液タンク１００の上部には開口部１０２が設けられており、該開口部に本発明による液種識別装置１０４が取り付けられている。タンク１００には、尿素水溶液が注入される入口配管１０６及び尿素水溶液が取り出される出口配管１０８が設けられている。出口配管１０８は、タンク１００の底部に近い高さ位置にてタンクに接続されており、尿素水溶液供給ポンプ１１０を介して不図示の尿素水溶液噴霧器に接続されている。排気系において排ガス浄化用触媒装置の直前に配置された上記尿素水溶液噴霧器により触媒装置に対する尿素水溶液の噴霧が行われる。

液種識別装置は、識別センサー部２と支持部４とを備えている。支持部４の一方の端部（下端部）に識別センサー部２が取り付けられており、支持部４の他方の端部（上端部）にはタンク開口部１０２へ取り付けるための取り付け部４ａが設けられている。

識別センサー部２は、発熱体及び感温体を含んでなる傍熱型液種検知部２１と被測定液体の温度を測定する液温検知部２２とを有する。傍熱型液種検知部２１と液温検知部２２とは、上下方向に一定距離隔てて配置されている。図４に傍熱型液種検知部２１及び液温検知部２２の部分を拡大して示し、図５にその断面図を示す。

図示されているように、これら傍熱型液種検知部２１と液温検知部２２とは、モールド樹脂２３によって一体化されている。図５に示されているように、傍熱型液種検知部２１は、発熱体及び感温体を含んでなる薄膜チップ２１ａ、該薄膜チップと接合材２１ｂにより接合された液種検知部用熱伝達部材としての金属製フィン２１ｃ、及び薄膜チップの発熱体の電極及び感温体の電極とそれぞれボンディングワイヤー２１ｄにより電気的に接続されている外部電極端子２１ｅを有する。液温検知部２２も同様な構成を有しており、液温検知部用熱伝達部材としての金属製フィン２２ｃ及び外部電極端子２２ｅを有する。

図６に傍熱型液種検知部２１の薄膜チップ２１ａの分解斜視図を示す。薄膜チップ２１ａは、たとえばＡｌ_２Ｏ_３からなる基板２１ａ１と、Ｐｔからなる感温体２１ａ２と、ＳｉＯ_２からなる層間絶縁膜２１ａ３と、ＴａＳｉＯ_２からなる発熱体２１ａ４及びＮｉからなる発熱体電極２１ａ５と、ＳｉＯ_２からなる保護膜２１ａ６と、Ｔｉ／Ａｕからなる電極パッド２１ａ７とを、順に適宜積層したものからなる。感温体２１ａ２は、図示はされていないが蛇行パターン状に形成されている。尚、液温検知部２２の薄膜チップ２２ａも同様な構造であるが、発熱体を作用させずに感温体２２ａ２のみを作用させる。

図１及び図２に示されているように、識別センサー部２は支持部４の下端部に取り付けられる基体２ａを有しており、この基体の取り付けに際してはＯ−リング２ｂが介在せしめられる。基体２ａの側面にはＯ−リング２ｃを介して上記傍熱型液種検知部２１及び液温検知部２２のモールド樹脂２３が取り付けられている。基体２ａには、液種検知部用フィン２１ｃ及び液温検知部用フィン２２ｃを囲むようにカバー部材２ｄが付設されている。このカバー部材により、液種検知部用フィン２１ｃ及び液温検知部用フィン２２ｃを順次通って上下方向に延びた上下両端開放の被測定液体導入路２４が形成される。尚、カバー部材２ｄを基体２ａに取り付けることでモールド樹脂２３のフランジ部が基体２ａの方へと押圧され、これによりモールド樹脂２３が基体２ａに対して固定されている。

支持部４の上端部には、後述する液種検知回路を構成する回路基板６が配置されており、該回路基板を覆って蓋部材８が取り付けられている。図２に示されているように、支持部４には、識別センサー部２の傍熱型液種検知部２１及び液温検知部２２と回路基板６とを電気的に接続する配線１０が収納されている。回路基板６には、後述する識別演算部を構成するマイクロコンピュータ（マイコン）が搭載されている。蓋部材８に設けられたコネクタ１２を介して、回路基板６と外部との通信のための配線１４が設けられている。識別演算部を、回路基板６上ではなしに、外部に配置することもでき、この場合には配線１４を介して回路基板６と識別演算部とが接続される。

以上の識別センサー部２の基体２ａ及びカバー部材２ｄ、支持部４及び蓋部材８は、いずれも耐腐食性材料たとえばステンレススチールからなる。

図７に、本実施形態における液種識別ための回路の構成を示す。上記の傍熱型液種検知部２１の感温体２１ａ２、液温検知部２２の感温体２２ａ２、及び２つの抵抗体６４，６６によりブリッジ回路６８が形成されている。このブリッジ回路６８の出力が差動増幅器７０に入力され、該差動増幅器の出力（液種検知回路出力またはセンサー出力ともいう）が不図示のＡ／Ｄ変換器を介して識別演算部を構成するマイコン（マイクロコンピュータ）７２に入力される。また、マイコン７２には液温検知部２２の感温体２２ａ２から液温検知増幅器７１を経て被測定液体の温度に対応する液温対応出力値が入力される。一方、マイコン７２からは傍熱型液種検知部２１の発熱体２１ａ４への通電経路に位置するスイッチ７４に対してその開閉を制御するヒーター制御信号が出力される。

以下、本実施形態における液種識別動作につき説明する。

タンク１００内に被測定液体ＵＳが収容されると、識別センサー部２のカバー部材２ｄにより形成される被測定液体導入路２４内にも尿素水溶液ＵＳが満たされる。尿素水溶液導入路２４内を含めてタンク１００内の被測定液体ＵＳは実質上流動しない。

マイコン７２からスイッチ７４に対して出力されるヒーター制御信号により、該スイッチ７４を所定時間（たとえば８秒間）閉じることで、発熱体２１ａ４に対して所定高さ（たとえば１０Ｖ）の単一パルス電圧Ｐを印加して該発熱体を発熱させる。この時の差動増幅器７０の出力電圧（センサー出力）Ｑは、図８に示されるように、発熱体２１ａ４への電圧印加中は次第に増加し、発熱体２１ａ４への電圧印加終了後は次第に減少する。

マイコン７２では、図８に示されているように、発熱体２１ａ４への電圧印加の開始前の所定時間（たとえば０．１秒間）センサー出力を所定回数（たとえば２５６回）サンプリングし、その平均値を得る演算を行って平均初期電圧値Ｖ１を得る。この平均初期電圧値Ｖ１は、感温体２１ａ２の初期温度に対応する。

また、図８に示されているように、発熱体への電圧印加の開始から比較的短い時間である第１の時間（例えば単一パルスの印加時間の１／２以下であって０．５〜３秒間；図８では２秒間）経過時（具体的には第１の時間の経過の直前）にセンサー出力を所定回数（たとえば２５６回）サンプリングし、その平均値をとる演算を行って平均第１電圧値Ｖ２を得る。この平均第１電圧値Ｖ２は、感温体２１ａ２の単一パルス印加開始から第１の時間経過時の第１温度に対応する。そして、平均初期電圧値Ｖ１と平均第１電圧値Ｖ２との差Ｖ０１（＝Ｖ２−Ｖ１）を液種対応第１電圧値として得る。

また、図８に示されているように、発熱体への電圧印加の開始から比較的長い時間である第２の時間（例えば単一パルスの印加時間；図８では８秒間）経過時（具体的には第２の時間の経過の直前）にセンサー出力を所定回数（たとえば２５６回）サンプリングし、その平均値をとる演算を行って平均第２電圧値Ｖ３を得る。この平均第２電圧値Ｖ３は、感温体２１ａ２の単一パルス印加開始から第２の時間経過時の第２温度に対応する。そして、平均初期電圧値Ｖ１と平均第２電圧値Ｖ３との差Ｖ０２（＝Ｖ３−Ｖ１）を液種対応第２電圧値として得る。

ところで、以上のような単一パルスの電圧印加に基づき発熱体２１ａ４で発生した熱の一部は被測定液体を介して感温体２１ａ２へと伝達される。この熱伝達には、パルス印加開始からの時間に依存して異なる主として２つの形態がある。即ち、パルス印加開始から比較的短い時間（例えば３秒とくに２秒）内の第１段階では、熱伝達は主として伝導が支配的である（このため、液種対応第１電圧値Ｖ０１は主として液体の熱伝導率による影響を受ける）。これに対して、第１段階後の第２段階では、熱伝達は主として自然対流が支配的である（このため、液種対応第２電圧値Ｖ０２は主として液体の動粘度による影響を受ける）。これは、第２段階では、第１段階で加熱された被測定液体による自然対流が発生し、これによる熱伝達の比率が高くなるからである。

上記のように、排ガス浄化システムにおいて使用される尿素水溶液の濃度［重量パーセント：以下同様］は３２．５％が最適とされている。従って、尿素水溶液タンク１００に収容されるべき尿素水溶液の尿素濃度の許容範囲を、たとえば３２．５％±５％と定めることができる。この許容範囲の幅±５％は、所望により適宜変更可能である。即ち、本実施形態では、所定の液体として、尿素濃度が３２．５％±５％の範囲内の尿素水溶液を定めている。

上記液種対応第１電圧値Ｖ０１及び液種対応第２電圧値Ｖ０２は、尿素水溶液の尿素濃度が変化するにつれて変化する。従って、尿素濃度３２．５％±５％の範囲内の尿素水溶液に対応する液種対応第１電圧値Ｖ０１の範囲（所定範囲）及び液種対応第２電圧値Ｖ０２の範囲（所定範囲）が存在する。

ところで、尿素水溶液以外の液体であっても、その濃度によっては、上記の液種対応第１電圧値Ｖ０１の所定範囲内及び液種対応第２電圧値Ｖ０２の所定範囲内の出力が得られる場合がある。即ち、液種対応第１電圧値Ｖ０１または液種対応第２電圧値Ｖ０２がそれぞれ所定範囲内であったとしても、その液体が所定の尿素水溶液であるとは限らない。例えば、図９に示されているように、尿素濃度が所定範囲内３２．５％±５％の尿素水溶液で得られる液種対応第１電圧値Ｖ０１の範囲内（即ち、センサー表示濃度値に換算して３２．５％±５％の範囲内）には、砂糖濃度が２５％±３％程度の範囲内の砂糖水溶液の液種対応第１電圧値が存在する。

しかしながら、この砂糖濃度範囲内の砂糖水溶液から得られる液種対応第２電圧値Ｖ０２の値は、所定の尿素濃度範囲内の尿素水溶液で得られる液種対応第２電圧値Ｖ０２の範囲とはかけ離れたものとなる。即ち、図１０に示されているように、２５％±３％程度の砂糖濃度範囲を包含する１５％〜３５％の砂糖濃度範囲内の砂糖水溶液では、液種対応第１電圧値Ｖ０１が所定の尿素濃度範囲内の尿素水溶液と重複するものがあるが、液種対応第２電圧値Ｖ０２は所定の尿素濃度範囲内の尿素水溶液とは大きく異なる。尚、図１０では、液種対応第１電圧値Ｖ０１及び液種対応第２電圧値Ｖ０２の双方が、尿素濃度３０％の尿素水溶液のものを１．０００とした相対値で示されている。かくして、液種対応第１電圧値Ｖ０１及び液種対応第２電圧値Ｖ０２の双方についてそれぞれの所定範囲内にあることを所定の液体であるか否かの判定基準とすることで、上記砂糖水溶液が所定の液体ではないと確実に識別することができる。

また、液種対応第２電圧値Ｖ０２が所定の液体のものと重複する場合もあり得る。しかし、この場合には、液種対応第１電圧値Ｖ０１が所定の液体のものと異なるので、上記判定基準により当該液体が所定のものではないと確実に識別することができる。

本発明は、以上のように液種対応第１電圧値Ｖ０１と液種対応第２電圧値Ｖ０２との関係が溶液の種類により異なることを利用して、液種の識別を行うものである。即ち、液種対応第１電圧値Ｖ０１と液種対応第２電圧値Ｖ０２とは液体の互いに異なる物性即ち熱伝導率と動粘度との影響を受け、これらの関係は溶液の種類により互いに異なるので、以上のような液種識別が可能となる。尿素濃度の所定範囲を狭くすることで、更に識別の精度を高めることができる。

即ち、本発明の実施形態では、尿素濃度既知の幾つかの尿素水溶液（参照尿素水溶液）について、温度と液種対応第１電圧値Ｖ０１との関係を示す第１検量線及び温度と液種対応第２電圧値Ｖ０２との関係を示す第２検量線を予め得ておき、これらの検量線をマイコン７２の記憶手段に記憶しておく。第１及び第２の検量線の例を、それぞれ図１１及び図１２に示す。これらの例では、尿素濃度ｃ１（例えば２７．５％）及びｃ２（例えば３７．５％）の参照尿素水溶液について、検量線が作成されている。

図１１及び図１２に示されているように、液種対応第１電圧値Ｖ０１及び液種対応第２電圧値Ｖ０２は温度に依存するので、これらの検量線を用いて被測定液体を識別する際には、液温検知部２２の感温体２２ａ２から液温検知増幅器７１を介して入力される液温対応出力値Ｔをも用いる。液温対応出力値Ｔの一例を図１３に示す。このような検量線をもマイコン７２の記憶手段に記憶しておく。

液種対応第１電圧値Ｖ０１の測定に際しては、先ず、測定対象の被測定液体について得た液温対応出力値Ｔから図１３の検量線を用いて温度値を得る。得られた温度値をｔとして、次に、図１１の第１の検量線において、温度値ｔに対応する各検量線の液種対応第１電圧値Ｖ０１（ｃ１；ｔ），Ｖ０１（ｃ２；ｔ）を得る。そして、測定対象の被測定液体について得た液種対応第１電圧値Ｖ０１（ｃｘ；ｔ）のｃｘを、各検量線の液種対応第１電圧値Ｖ０１（ｃ１；ｔ），Ｖ０１（ｃ２；ｔ）を用いた比例演算を行って、決定する。即ち、ｃｘは、Ｖ０１（ｃｘ；ｔ），Ｖ０１（ｃ１；ｔ），Ｖ０１（ｃ２；ｔ）に基づき、以下の式（１）
ｃｘ＝ｃ１＋
（ｃ２−ｃ１）［Ｖ０１（ｃｘ；ｔ）−Ｖ０１（ｃ１；ｔ）］
／［Ｖ０１（ｃ２；ｔ）−Ｖ０１（ｃ１；ｔ）］・・・・（１）
から求める。

同様にして、液種対応第２電圧値Ｖ０２の測定に際しては、図１２の第２の検量線において、以上のようにして被測定液体について得た温度値ｔに対応する各検量線の液種対応第２電圧値Ｖ０２（ｃ１；ｔ），Ｖ０２（ｃ２；ｔ）を得る。そして、被測定液体について得た液種対応第２電圧値Ｖ０２（ｃｙ；ｔ）のｃｙを、各検量線の液種対応第２電圧値Ｖ０２（ｃ１；ｔ），Ｖ０２（ｃ２；ｔ）を用いた比例演算を行って、決定する。即ち、ｃｙは、Ｖ０１（ｃｙ；ｔ），Ｖ０１（ｃ１；ｔ），Ｖ０１（ｃ２；ｔ）に基づき、以下の式（２）
ｃｙ＝ｃ１＋
（ｃ２−ｃ１）［Ｖ０２（ｃｙ；ｔ）−Ｖ０２（ｃ１；ｔ）］
／［Ｖ０２（ｃ２；ｔ）−Ｖ０２（ｃ１；ｔ）］・・・・（２）
から求める。

尚、図１１及び図１２の第１及び第２の検量線として温度の代わりに液温対応出力値Ｔを用いたものを採用することで、図１３の検量線の記憶及びこれを用いた換算を省略することもできる。

以上のように、液種対応第１電圧値Ｖ０１及び液種対応第２電圧値Ｖ０２のそれぞれについて、温度に応じて変化する所定範囲を設定することができる。上記のようにｃ１を２７．５％とし、且つｃ２を３７．５％とすることで、図１１及び図１２のそれぞれにおける２つの検量線で囲まれた領域が、所定の液体（即ち尿素濃度３２．５％±５％の尿素水溶液）に対応するものとなる。

図１４は、液種対応第１電圧値Ｖ０１及び液種対応第２電圧値Ｖ０２の組み合わせによる所定液体識別の判定基準が温度に応じて変化することを模式的に示すグラフである。温度がｔ１，ｔ２，ｔ３と上昇するにつれて、所定の液体と判別される領域ＡＲ（ｔ１），ＡＲ（ｔ２），ＡＲ（ｔ３）が移動する。

図１５は、マイコン７２での液種識別プロセスを示すフロー図である。

先ず、ヒーター制御による発熱体２１ａ４へのパルス電圧印加の前に、マイコン内にＮ＝１を格納し（Ｓ１）、次いでセンサー出力をサンプリングし平均初期電圧値Ｖ１を得る（Ｓ２）。次に、ヒーター制御を実行し、発熱体２１ａ４への電圧印加の開始から第１の時間経過時にセンサー出力をサンプリングし、平均第１電圧値Ｖ２を得る（Ｓ３）。次に、Ｖ２−Ｖ１の演算を行って、液種対応第１電圧値Ｖ０１を得る（Ｓ４）。次に、発熱体２１ａ４への電圧印加の開始から第２の時間経過時にセンサー出力をサンプリングし、平均第２電圧値Ｖ３を得る（Ｓ５）。次に、Ｖ３−Ｖ１の演算を行って、液種対応第２電圧値Ｖ０２を得る（Ｓ６）。

次に、被測定液体について得た温度値ｔを参照して、液種対応第１電圧値Ｖ０１が当該温度での所定範囲内にあり且つ液種対応第２電圧値Ｖ０２が当該温度での所定範囲内にあるという条件が満たされるか否かを判断する（Ｓ７）。Ｓ７において液種対応第１電圧値Ｖ０１及び液種対応第２電圧値Ｖ０２のうちの少なくとも一方がそれぞれの所定範囲内にない（ＮＯ）と判断された場合には、上記格納値Ｎが３であるか否かを判断する（Ｓ８）。Ｓ８においてＮが３ではない［即ち現測定ルーチンが３回目ではない（具体的には１回目または２回目である）］（ＮＯ）と判断された場合には、続いて格納値Ｎを１だけ増加させ（Ｓ９）、Ｓ２へと戻る。一方、Ｓ８においてＮが３である［即ち現測定ルーチンが３回目である］（ＹＥＳ）と判断された場合には、被測定流体が所定のものではないと判定する（Ｓ１０）。

一方、Ｓ７において液種対応第１電圧値Ｖ０１及び液種対応第２電圧値Ｖ０２の双方がそれぞれの所定範囲内にある（ＹＥＳ）と判断された場合には、被測定流体が所定のものであると判定する（Ｓ１１）。

本実施形態においては、Ｓ１１に続いて、尿素水溶液の尿素濃度を算出する（Ｓ１２）。この濃度算出は、液温検知部２２の出力即ち被測定液体について得た温度値ｔと、液種対応第１電圧値Ｖ０１と、図１１の第１の検量線とに基づき、上記式（１）を用いて行うことができる。或いは、濃度算出は、液温検知部２２の出力即ち被測定液体について得た温度値ｔと、液種対応第２電圧値Ｖ０２と、図１２の第２の検量線とに基づき、上記式（２）を用いて行うこともできる。

以上のようにして液種の識別を正確に且つ迅速に行うことができる。この液種識別のルーチンは、自動車のエンジン始動時に、或いは定期的に、或いは運転者または自動車（後述のＥＣＵ）側からの要求時に、或いは自動車のキーＯＦＦ時等に、適宜実行することができ、所望の様式にて尿素タンク内の液体が所定の尿素濃度の尿素水溶液であるか否かを監視することができる。このようにして得られた液種を示す信号（所定のものであるか否か、更には所定のもの［所定の尿素濃度の尿素水溶液］である場合の尿素濃度を示す信号）が不図示のＤ／Ａ変換器を介して、図７に示される出力バッファ回路７６へと出力され、ここからアナログ出力として不図示の自動車のエンジンの燃焼制御などを行うメインコンピュータ（ＥＣＵ）へと出力される。液温対応のアナログ出力電圧値もメインコンピュータ（ＥＣＵ）へと出力される。一方、液種を示す信号は、必要に応じてデジタル出力として取り出して、表示、警報その他の動作を行う機器へと入力することができる。

更に、液温検知部２２から入力される液温対応出力値Ｔに基づき、尿素水溶液が凍結する温度（−１３℃程度）の近くまで温度低下したことが検知された場合に警告を発するようにすることができる。

なお、以上の液種識別は、自然対流を利用しており、尿素水溶液等の被測定液体の動粘度とセンサー出力とが相関関係を有するという原理を利用している。このような液種識別の精度を高めるためには、液種検知部用フィン２１ｃ及び液温検知部用フィン２２ｃの周囲の被測定液体にできるだけ外的要因に基づく強制流動が生じにくくするのが好ましく、この点からカバー部材２ｄとくに上下方向の被測定液体導入路を形成するようにしたものの使用は好ましい。尚、カバー部材２ｄは、異物の接触を防止する保護部材としても機能する。

以上の実施形態では所定の流体として所定の尿素濃度の尿素水溶液が用いられているが、本発明では、所定の液体は溶質として尿素以外を用いた水溶液その他の液体であってもよい。

本発明による液種識別装置の一実施形態を示す分解斜視図である。 図１の液種識別装置の一部省略断面図である。 図１の液種識別装置のタンクへの取り付け状態を示す図である。 傍熱型液種検知部及び液温検知部の部分の拡大図である。 図４の傍熱型液種検知部の断面図である。 傍熱型液種検知部の薄膜チップの分解斜視図である。 液種識別ための回路の構成図である。 発熱体に印加される単一パルス電圧Ｐとセンサー出力Ｑとの関係を示す図である。 尿素濃度が所定範囲内の尿素水溶液で得られる液種対応第１電圧値Ｖ０１の範囲内には、或る砂糖濃度範囲内の砂糖水溶液の液種対応第１電圧値が存在することを示す図である。 尿素水溶液及び砂糖水溶液及び水についての液種対応第１電圧値Ｖ０１及び液種対応第２電圧値Ｖ０２を、尿素濃度３０％の尿素水溶液のものを１．０００とした相対値で示す図である。 第１の検量線の例を示す図である。 第２の検量線の例を示す図である。 液温対応出力値Ｔの一例を示す図である。 液種対応第１電圧値Ｖ０１及び液種対応第２電圧値Ｖ０２の組み合わせによる所定液体識別の判定基準が温度に応じて変化することを模式的に示すグラフである。 液種識別プロセスを示すフロー図である。

符号の説明

２ 液種識別センサー部
２ａ 基体
２ｂ，２ｃ Ｏ−リング
２ｄ カバー部材
２１ 傍熱型液種検知部
２２ 液温検知部
２３ モールド樹脂
２４ 被測定液体導入路
２１ａ 薄膜チップ
２１ｂ 接合材
２１ｃ，２２ｃ 金属製フィン
２１ｄ ボンディングワイヤー
２１ｅ，２２ｅ 外部電極端子
２１ａ１ 基板
２１ａ２，２２ａ２ 感温体
２１ａ３ 層間絶縁膜
２１ａ４ 発熱体
２１ａ５ 発熱体電極
２１ａ６ 保護膜
２１ａ７ 電極パッド
４ 支持部
４ａ 取り付け部
６ 回路基板
８ 蓋部材
１０，１４ 配線
１２ コネクタ
６４，６６ 抵抗体
６８ ブリッジ回路
７０ 差動増幅器
７１ 液温検知増幅器
７２ マイコン（マイクロコンピュータ）
７４ スイッチ
７６ 出力バッファ回路
１００ 尿素水溶液タンク
１０２ 開口部
１０４ 液種識別装置
１０６ 入口配管
１０８ 出口配管
１１０ 尿素水溶液供給ポンプ
ＵＳ 被測定液体

Claims (17)

1. 通電により発生した熱を感温体で検知し、被測定液体である水溶液の溶質種が所定のものであるか否かの識別を行う液種識別方法であって、前記感温体の初期温度と前記通電の開始から第１の時間経過時の第１温度との差に対応する液種対応第１電圧値及び前記感温体の初期温度と前記通電の開始から前記第１の時間より長い第２の時間経過時の第２温度との差に対応する液種対応第２電圧値の組み合わせに基づいて、前記被測定液体である水溶液の溶質種が所定のものであるか否かの識別を行う液種識別方法。
2. 前記液種対応第１電圧値及び前記液種対応第２電圧値の組み合わせに基づいて、前記被測定液体である水溶液の溶質種及び溶質濃度が所定のものであるか否かの識別を行うことを特徴とする、請求項１に記載の液種識別方法。
3. 通電が単一パルス電圧に基づきなされ、前記通電により発生した熱を被測定液体を介して、該被測定液体に臨んで配置された感温体へと伝達することを特徴とする、請求項１または２に記載の液種識別方法。
4. 前記所定の溶質種が尿素であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の液種識別方法。
5. 前記単一パルス電圧は前記被測定液体に臨んで配置された発熱体に印加されることを特徴とする、請求項３〜４のいずれかに記載の液種識別方法。
6. 前記液種対応第１電圧値が所定範囲内にあり且つ前記液種対応第２電圧値が所定範囲内にある時にのみ前記被測定液体が尿素濃度が所定範囲内にある尿素水溶液であると判別し、且つそれ以外の時には前記被測定液体が尿素濃度が所定範囲内にある尿素水溶液でないと判別することを特徴とする、請求項２〜５のいずれかに記載の液種識別方法。
7. 前記液種対応第１電圧値の所定範囲及び前記液種対応第２電圧値の所定範囲は前記被測定液体の温度に応じて変化することを特徴とする、請求項６に記載の液種識別方法。
8. 前記液種対応第１電圧値及び前記液種対応第２電圧値を、前記感温体と前記被測定液体の温度を検知する液温検知部とを含んでなる液種検知回路の出力に基づき得ることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の液種識別方法。
9. 前記感温体の初期温度に対応する電圧値として前記通電の開始前の初期電圧を所定回数サンプリングして平均することで得られた平均初期電圧値を用い、前記感温体の第１温度に対応する電圧値として前記通電の開始から前記第１の時間経過時の第１電圧を所定回数サンプリングして平均することで得られた平均第１電圧値を用い、前記感温体の第２温度に対応する電圧値として前記通電の開始から前記第２の時間経過時の第２電圧を所定回数サンプリングして平均することで得られた平均第２電圧値を用い、前記液種対応第１電圧値として前記平均第１電圧値と前記平均初期電圧値との差を用い、前記液種対応第２電圧値として前記平均第２電圧値と前記平均初期電圧値との差を用いることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の液種識別方法。
10. 互いに異なる複数の尿素濃度の尿素水溶液について温度に対する前記液種対応第１電圧値または液種対応第２電圧値の関係を示す第１の検量線または第２の検量線を作成しておき、前記被測定液体が所定範囲内の尿素濃度を持つ尿素水溶液であると判別された場合には、その後、前記被測定液体の温度を検知する液温検知部の出力と前記液種対応第１電圧値または液種対応第２電圧値と前記第１または第２の検量線とに基づき前記尿素水溶液の尿素濃度を算出することを特徴とする、請求項２〜９のいずれかに記載の液種識別方法。
11. 通電により発生した熱を感温体で検知し、被測定液体である水溶液の溶質種が所定のものであるか否かの識別を行う液種識別装置であって、
    前記被測定液体の流通経路に臨んで配置された識別センサー部を備えており、該識別センサー部は前記感温体を含んでなる液種検知部と前記被測定液体の温度を検知する液温検知部とを有しており、
    前記感温体と前記液温検知部とを含んでなる液種検知回路の出力に基づき前記被測定液体の識別を行う識別演算部を備えており、該識別演算部は、前記通電の際の、前記感温体の初期温度と前記通電の開始から第１の時間経過時の第１温度との差に対応する液種対応第１電圧値及び前記感温体の初期温度と前記通電の開始から前記第１の時間より長い第２の時間経過時の第２温度との差に対応する液種対応第２電圧値の組み合わせに基づいて、前記被測定液体である水溶液の溶質種が所定のものであるか否かの識別を行うことを特徴とする液種識別装置。
12. 前記識別演算部は、前記液種対応第１電圧値及び前記液種対応第２電圧値の組み合わせに基づいて、前記被測定液体である水溶液の溶質種及び溶質濃度が所定のものであるか否かの識別を行うことを特徴とする、請求項１１に記載の液種識別装置。
13. 通電が単一パルス電圧に基づきなされ、前記通電により発生した熱を被測定液体を介して、該被測定液体に臨んで配置された感温体へと伝達することを特徴とする、請求項１１または１２に記載の液種識別装置。
14. 前記所定の溶質種が尿素であることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれかに記載の液種識別装置。
15. 前記識別センサー部は発熱体を含み、前記単一パルス電圧は前記発熱体に印加されることを特徴とする、請求項１３〜１４のいずれかに記載の液種識別装置。
16. 前記識別演算部には前記液温検知部から前記被測定液体の温度に対応する液温対応出力値が入力され、前記識別演算部では、互いに異なる複数の尿素濃度の尿素水溶液について作成され前記被測定液体の温度に対する前記液種対応第１電圧値または前記液種対応第２電圧値の関係を示す第１の検量線または第２の検量線を用いて、前記被測定液体について得られた前記液温対応出力値と前記液種対応第１電圧値または液種対応第２電圧値と前記第１または第２の検量線とに基づき、前記被測定液体が尿素水溶液であるとした場合の尿素濃度を算出することを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれかに記載の液種識別装置。
17. 前記液種検知部及び前記液温検知部はそれぞれ前記被測定液体との熱交換のための液種検知部用熱伝達部材及び液温検知部用熱伝達部材を備えていることを特徴とする、請求項１１〜１６のいずれかに記載の液種識別装置。

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