DE102006053383A1

DE102006053383A1 - Flüssigkeitszustands- Detektiervorrichtung

Info

Publication number: DE102006053383A1
Application number: DE102006053383A
Authority: DE
Inventors: Takeo Nagoya Sasanuma; Yoshikuni Nagoya Sato
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2005-11-11
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2007-07-26
Also published as: US20070110618A1; US8017080B2

Abstract

Eine Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung, beinhaltend ein Detektierelement, beinhaltend einen Heizwiderstand, der, wenn er erregt wird, Wärme generiert und in einem Flüssigkeitsbehälter zum Enthalten einer Flüssigkeit angeordnet ist, die Vorrichtung berechnet eine erste Differenz zwischen einem ersten korrespondierenden Wert, der mit einem ersten Widerstand des Heizwiderstands korrespondiert, der, nachdem die Erregung des Heizwiderstands gestartet ist, erfasst wird, und einem zweiten korrespondierenden Wert, der mit einem zweiten Widerrstand des Heizwiderstands korrespondiert, der, nachdem der Heizwiderstand für eine vorbestimmte Detektionszeit erregt ist, erfasst wird, und Erhalten einer ersten Konzentration einer bestimmten, in der Flüssigkeit enthaltenen Komponente, die erste Konzentration ist mit der ersten Differenz korrespondiert, die Vorrichtung beinhaltet: eine Anomalie-Ermittlungseinheit, eine Ermittlungs-Konzentrationserfassungs-Einheit, eine Konzentrationsdifferenz-Berechnungseinheit und eine Ermittlungseinheit für einen statischen Zustand, alle wie hierin beschrieben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Abgasreinigung in Automobilen und Flüssigkeitszustands-Sensoren. Insbesondere bezieht sie sich auf Tanks für wässrige Lösungen zum Abgasreinigen und Sensoren darin. Weiterhin insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Flüssigkeitszustands-Detektiervorrichtung zum Detektieren einer Konzentration einer Flüssigkeit, die in einem Flüssigkeitsbehälter enthalten ist. Im Speziellen bezieht sie sich auf eine Flüssigkeitszustands-Detektiervorrichtung.

Jüngst wird manchmal in einem Abgasreiniger zum Reduzieren von Stickstoffoxid (NOx), das zum Beispiel von einem Diesel-Automobil entweicht, in ein unschädliches Gas, ein Katalysator für eine selektive katalytische Reduktion (SCR) von NOx verwendet, und eine wässrige Harnstofflösung wird als das Reduktionsmittel verwendet. Es ist bekannt, dass die Verwendung einer wässrigen Harnstofflösung mit einer Harnstoffkonzentration von 32,5 Gew.-% eine effektive Reduktion erlaubt. Jedoch kann sich die Harnstoffkonzentration einer wässrigen Harnstofflösung, die in einem Harnstoff-Wasser-Tank enthalten ist, der von einem Automobil getragen ist, verändern, wenn die Zeit vergeht. Weiter kann eine fremde Flüssigkeit oder Wasser versehentlich in einen Harnstoff-Wasser-Tank eingebracht werden. Unter diesen Umständen wird, um es zu erlauben, Kontrolle über die Harnstoffkonzentration der wässrigen Harnstofflösung zu haben, die Konzentration detektiert, indem ein Konzentrationssensor zum Detektieren der Harnstoffkonzentration in dem Harnstoff-Wasser-Tank montiert wird.

Es ist bekannt, dass die thermische Leitfähigkeit einer wässrigen Harnstofflösung in Abhängigkeit ihrer Konzentration variiert. Unter diesen Umständen wird ein Konzentrationssensor in dem Harnstoff-Wasser-Tank montiert, der zwei darauf parallel angeordnete Temperatur-Fühlkörper (Sensorelemente) mit einem Widerstand hat, der sich mit der Temperatur verändert, und einer der Temperatur-Fühlkörper wird geheizt, indem er mit Strom versorgt wird. Die Leitung der Wärme zu dem anderen Temperatur-Fühlkörper wird durch die Konzentration der wässrigen Harnstofflösung beeinflusst und die Harnstoffkonzentration der wässrigen Harnstofflösung kann somit basierend auf dem Unterschied zwischen den gemessenen Widerstandswerten der zwei Körper detektiert werden (z. B. siehe japanisches Patent Nr. 3686672). Wenn die detektierte Harnstoffkonzentration außerhalb eines bestimmten Bereiches ist, können Anomalien einschließlich einer Ermittlung, dass eine fremde Flüssigkeit oder Wasser in dem Harnstoff-Wasser-Tank enthalten ist, und einer Ermittlung, dass keine wässrige Harnstofflösung vorhanden ist, detektiert werden.

Wenn ein Diesel-Automobil gefahren wird, kann die in dem Harnstoff-Wasser-Tank enthaltene wässrige Harnstofflösung durch die Vibration der Fahrzeugkarosserie geschüttelt oder erschüttert werden. In dem Fall des Konzentrationssensors des japanischen Patents Nr. 3686672 kann die durch denselben detektierte Harnstoffkonzentration als ein Wert gelesen werden, der stark davon abweicht, wie er sein sollte. Dies kann auftreten, wenn die Widerstandswerte der Sensorelemente außer Proportion zu der Harnstoffkonzentration als ein Ergebnis des Flusses (der Fluss, der als Erfebnis von Erschütterung erzeugt ist) der wässrigen Harnstofflösung geraten, was wiederum lokale Unregelmäßigkeiten in der Konzentration der wässrigen Harnstofflösung begründen kann oder Wärme von den Sensorelementen entfernen kann. Aus diesem Grund wird gemäß japanischem Patent Nr. 3686672 basierend auf dem Fahrzustand des Diesel-Automobils (insbesondere der Fahrzeuggeschwindigkeit) ermittelt, ob die wässrige Harnstofflösung in einem statischen Zustand ist oder nicht. Wenn die Flüssigkeit nicht in einem statischen Zustand ist, wird angenommen, dass die Möglichkeit einer fehlerhaften Detektion besteht, und die Bestimmung einer Anomalie in der Konzentration wird gemacht, indem eine unterschiedliche Gewichtung von der in einem statischen Zustand verwendet wird.

Jedoch wird entsprechend dem japanischen Patent Nr. 3686672 die Geschwindigkeit des Diesel-Automobils verwendet, um indirekt anzuzeigen, ob eine wässrige Harnstofflösung in einem Harnstoff-Wasser-Tank in einem statischen Zustand ist. Da diese indirekte Anzeige von der aktuellen Erschütterung oder Flussmodus der wässrigen Harnstofflösung unterschiedlich sein kann, ist ein Problem entstanden, bei dem eine Anomalie in der Konzentration nicht akkurat ermittelt sein könnte.

Die Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Flüssigkeitszustands-Detektiervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die einen statischen Zustand einer Flüssigkeit unter Verwendung einer Ausgabe, die separat in einem Prozess zum Detektieren der Konzentration der Flüssigkeit durch Erregen eines Heizwiderstandes erhalten wird, ermitteln kann.

Angesichts dieser Tatsache wird die Flüssigkeitszustands-Detektiervorrichtung gemäß unabhängigen Ansprüchen 1 und 5 zur Verfügung gestellt.

Weitere Vorteile, Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.

Die oben beschrieben Aufgabe der Erfindung wurde erzielt, indem eine Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung (erfinderische Ausführungsform 1) zur Verfügung gestellt wird, die ein Detektierelement beinhaltend einen Heizwiderstand, der, wenn er erregt wird, Wärme generiert und in einem Flüssigkeitsbehälter zum enthalten einer Flüssigkeit angeordnet ist, umfasst. Die Vorrichtung berechnet eine erste Differenz zwischen einem ersten korrespondierenden Wert, der mit einem ersten Widerstand des Heizwiderstands korrespondiert, der nachdem die Erregung des Heizwiderstands gestartet ist erfasst wird, und einem zweiten korrespondierenden Wert, der mit einem zweiten Widerstand des Heizwiderstands korrespondiert, der nachdem der Heizwiderstand für eine vorbestimmte Detektionszeit erregt ist erfasst wird, und erhalten einer ersten Konzentration einer bestimmten in der Flüssigkeit enthaltenen Komponente, die erste Konzentration ist mit der ersten Differenz assoziiert. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Anomalie-Ermittlungseinheit, die ermittelt, ob die Flüssigkeit in einem bestimmten abnormalem Zustand ist basierend auf zumindest einem von der ersten Differenz und der ersten Konzentration, eine Ermittlungs-Konzentrationserfassungs-Einheit, die eine dritten korrespondierenden Wert erfasst, der mit einem dritten Widerstand des Heizwiderstands, wenn eine vorbestimmte Ermittlungszeit, die kürzer als die Detektionszeit ist, nach dem Start der Erregung des Heizwiderstandes vergangen ist, korrespondiert, und eine Differenz zwischen dem dritten korrespondierenden Wert und dem ersten korrespondierenden Wert als eine zweite Differenz berechnet, um eine zweite Konzentration der in der Flüssigkeit enthaltenen bestimmten Komponente zur erhalten, die zweite Konzentration ist mit der zweiten Differenz assoziiert, eine Konzentrationsdifferenz-Berechnungseinheit, die eine Differenz zwischen der ersten Konzentration und der zweiten Konzentration als eine Konzentrationsdifferenz berechnet; und eine Ermittlungseinheit für einen statischen Zustand umfasst, die ermittelt, ob die Flüssigkeit in einem statischen Zustand in dem Flüssigkeitsbehälter ist, basierend auf der durch die Konzentrationsdifferenz-Berechnungseinheit berechneten Konzentrationsdifferenz ist. Die Vorrichtung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Ermittlungseinheit für einen statischen Zustand gemachte Ermittlung sich in der durch die Anomalie-Ermittlungseinheit gemachte Ermittlung widerspiegelt.

Zusätzlich zu der erfinderischen Ausführungsform 1, ist die Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung gemäß einer erfinderischen Ausführungsform 2 dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Anomalie-Detektiereinheit umfasst, die vorläufig detektiert, ob die Flüssigkeit in dem bestimmten abnormalen Zustand ist oder nicht, indem eine der ersten Differenz und der erste Konzentration mit einem Schwellwert verglichen wird, der in Assoziation mit dem bestimmten abnormalen Zustand der Flüssigkeit gesetzt ist, eine Zähleinheit, die einen Anomalie-Ermittlungswert um einen vorbestimmten Zählwert erhöht, jedes Mal wenn die Anomalie-Detektiereinheit ermittelt, das die Flüssigkeit in dem bestimmten abnormalen Zustand ist, und eine Setzwert-Änderungseinheit, die zumindest einen von dem vorbestimmten Zählwert und einem Anomalie-Ermittlungswert, der als ein Bezug für die Ermittlung dient, der durch die Anomalie-Ermittlungseinheit gemacht ist, auf einen ersten Wert setzt, wenn die Ermittlungseinheit für einen statischen Zustand ermittelt, dass die Flüssigkeit in dem statischen Zustand ist, und auf einen anderen Wert setzt, wenn die Flüssigkeit nicht in dem statischen Zustand ist. Die Vorrichtung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass die Anomalie-Ermittlungseinheit ermittelt, dass die Flüssigkeit in einem bestimmten abnormalen Zustand ist, wenn der durch die Zähleinheit erhöhnte Anomalie-Zählwert einen Anomalie-Ermittlungswert erreicht, und die Bestimmung, die durch die Ermittlungseinheit für den statischen Zustand gemacht ist, sich in der Ermittlung widerspiegelt, die durch die Anomalie-Ermittlungseinheit durch die Änderung in dem Setzen von zumindest einem des vorbestimmten Zählwerts und des Anomalie-Ermittlungswert gemacht ist, das durch die Setzwert-Änderungseinheit gemacht ist.

Zusätzlich zu der erfinderischen Ausführungsform 1 oder 2, ist die Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung gemäß einer erfinderischen Ausführungsform 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlungseinheit für den statischen Zustand ermittelt, dass die Flüssigkeit nicht in einem statischen Zustand ist, wenn die Konzentrationsdifferenz größer ist als eine Flüssigkeitsschüttel-Ermittlungswert, der vorab gesetzt ist.

Zusätzlich zu der erfinderischen Ausführungsform 1 oder 2, ist die Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung gemäß einer erfinderischen Ausführungsform 4 dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Pegel-Detektierteil umfasst, das ein Signal entsprechend einem Pegel der in dem Flüssigkeitsbehälter enthaltenen Flüssigkeit ausgibt, und dadurch dass die Ermittlungseinheit für einen statischen Zustand ermittelt, ob die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter in dem statischen Zustand ist oder nicht, basierend auf der Konzentrationsdifferenz und dem Ausgangssignal des Pegel-Detektierteils Eine Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung gemäß einer erfinderischen Ausführungsform 5 ist eine Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung mit einem Detektierelement beinhaltend einen Heizwiderstand, der, wenn erregt, Wärme erzeugt und in einem Flüssigkeitsbehälter zum Enthalten einer Flüssigkeit angeordnet ist. Die Vorrichtung berechnet eine erste Differenz zwischen einem ersten korrespondierenden Wert, der mit einem ersten Widerstand des Heizwiderstands korrespondiert, der nachdem die Erregung des Heizwiderstands gestartet ist erfasst wird, und einem zweiten korrespondierenden Wert, der mit einem zweiten Widerstand korrespondiert, der nachdem der Heizwiderstand für eine vorbestimmte Detektionszeit erregt wurde erfasst wird, und erhält eine erste Konzentration einer bestimmten in der Flüssigkeit enthaltenen Komponente, die erste Konzentration ist mit der ersten Differenz assoziiert. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Anomalie-Ermittlungseinheit , die ermittelt, ob die Flüssigkeit in einem bestimmten abnormalen Zustand ist oder nicht, basieren auf zumindest einem von der ersten Differenz und der ersten Konzentration, eine Differenz-Berechnungseinheit, die einen dritten korrespondierenden Wert erfasst, der mit einem dritten Widerstand des Heizwiderstande korrespondiert, wenn eine vorbestimmte Ermittlungszeit nach dem Start der Erregung des Heizwiderstands vergangen ist, die kürzer ist als die Detektionszeit, und eine Differenz zwischen dem dritten korrespondierenden Wert und dem ersten korrespondierenden Wert als eine zweite Differenz berechnet, eine Ermittlungsdifferenz-Berechnungseinheit, die eine Differenz zwischen der ersten Differenz und der zweiten Differenz als eine Ermittlungsdifferenz berechnet, und eine Ermittlungseinheit für einen statischen Zustand umfasst, die ermittelt, ob die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter in einem statischen Zustand ist oder nicht, basierend auf der durch die Ermittlungsdifferenz-Berechnungseinheit berechnete Ermittlungsdifferenz. Die Vorrichtung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Ermittlungseinheit für einen statischen Zustand gemachte Ermittlung sich in der durch die Anomalie-Ermittlungseinheit gemachte Ermittlung widerspiegelt.

Zusätzlich zu der erfinderischen Ausführungsform 5, ist eine Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung gemäß einer erfinderischen Ausführungsform 6 dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Anomalie-Detektiereinheit (221), welche vorläufig detektiert, ob die Flüssigkeit in einem bestimmten abnormalen Zustand ist oder nicht, indem eines der ersten Differenz und der ersten Konzentration mit einem Schwellwert verglichen wird, der in Assoziation mit dem bestimmten abnormalen Zustand der Flüssigkeit gesetzt ist, eine Zähleinheit, die einen Anomalie-Ermittlungswert um einen vorbestimmten Zählwert erhöht, jedes Mal wenn die Anomalie-Ermittlungseinheit ermittelt, dass die Flüssigkeit in dem bestimmten abnormalen Zustand ist,; und eine Setzwert-Änderungseinheit umfasst, die zumindest einen von dem vorbestimmten Zählwert und einem Anomalie-Ermittlungswert, der als ein Bezug für die Ermittlung dient, der durch die Anomalie-Ermittlungseinheit gemacht ist, auf einen ersten Wert setzt, wenn die Ermittlungseinheit für einen statischen Zustand ermittelt, dass die Flüssigkeit in dem statischen Zustand ist, und auf einen anderen Wert setzt, wenn die Flüssigkeit nicht in dem statischen Zustand ist. Die Vorrichtung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass die Anomalie-Ermittlungseinheit ermittelt, dass die Flüssigkeit in dem bestimmten abnormalen Zustand ist, wenn der durch die Zähleinheit erhöhnte Anomalie-Zählwert den Anomalie-Ermittlungswert erreicht, und wobei die Bestimmung, die durch die Ermittlungseinheit für den statischen Zustand gemacht ist, sich in der Ermittlung widerspiegelt, die durch die Anomalie-Ermittlungseinheit durch die Änderung in dem Setzen von zumindest einem des vorbestimmten Zählwerts und des Anomalie-Ermittlungswerts gemacht ist, das durch die Setzwert-Änderungseinheit gemacht ist.

Zusätzlich zu den erfinderischen Ausführungsformen 5 oder 6, ist eine Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung gemäß einer erfinderischen Ausführungsform 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlungseinheit für einen statischen Zustand ermittelt, dass die Flüssigkeit nicht in einem statischen Zustand ist, wenn die Ermittlungsdifferenz größer als ein Flüssigkeitsschüttel-Ermittlungswert ist, der vorab gesetzt ist.

Zusätzlich zu der erfinderischen Ausführungsform 5 oder 6, ist eine Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung gemäß einer erfinderischen Ausführungsform 8 dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Pegel-Detektierteil umfasst, das ein Signal entsprechend einer in einem Flüssigkeitsbehälter enthaltenen Flüssigkeit ausgibt, wobei die Ermittlungseinheit für den statischen Zustand ermittelt, ob die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter in eine statischen Zustand ist oder nicht, basierend auf der Ermittlungsdifferenz und dem Ausgangssignal von dem Pegel-Detektierteil.

Zusätzlich zu einer der erfinderischen Ausführungsformen 1 bis 8, ist eine Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung der Erfindung gemäß einer erfinderischen Ausführungsform 9 dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Benachrichtigungseinheit umfasst, die einen externen Schaltkreis benachrichtigt, dass die Flüssigkeit in einem bestimmten abnormalen Zustand ist, wenn dies von der Anomalie-Ermittlungseinheit ermittelt wird.

Zusätzlich zu den erfinderischen Ausführungsformen 4 oder 8, ist eine Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung gemäß einer erfinderischen Ausführungsform 10 dadurch gekennzeichnet, dass das Pegel-Detektierteil eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode enthält, die sich in einer longitudinalen Richtung des Pegel-Detektierteils erstrecken, um einen Kondensator auszubilden, dessen elektrostatische Kapazität sich entsprechend einem Pegel der in der Flüssigkeitsbehälter zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode enthaltenen Flüssigkeit ändert. Die Vorrichtung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das Detektierelement mit dem Pegel-Detektierteil in einem isolierten Zustand mit einem Teil des Detektierelements, das jenseits einer Spitze des Pegel-Detektierteils liegt, integriert ist.

Zusätzlich zu einer der erfinderischen Ausführungsformen 1 bis 10, ist ein Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung gemäß einer erfinderischen Ausführungsform 11 dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte abnormale Zustand der Flüssigkeit ein Zustand, bei dem die Flüssigkeit nicht in dem Flüssigkeitsbehälter vorhanden ist, ein Zustand, bei dem eine fremde Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter enthalten ist, oder ein Zustand ist, bei dem die Konzentration der bestimmten in dem Flüssigkeitsbehälter enthaltenen Komponente als in einem abnormalen Zustand betrachtet wird.

Zusätzlich zu einer der erfinderischen Ausführungsformen 1 bis 11, ist ein Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung gemäß einer erfinderischen Ausführungsform 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit eine wässrige Harnstofflösung ist, und die Bestimmte Komponente Harnstoff ist.

Ausführungsformen der Erfindung sind auch auf Vorrichtungen zum Ausführen der offenbarten Verfahren gerichtet. Sie beinhalten Vorrichtungsteile zum Ausführen jedes beschriebenen Verfahrensschritts. Diese Schritte können durch Hardwarekomponenten, einen Computer, der durch geeignete Software programmiert ist, durch eine Kombination der beiden oder auf jede andere Weise durchgeführt werden. Weiterhin sind Ausführungsformen der Erfindung auch auf Verfahren gerichtet, durch die die beschrieben Vorrichtungen arbeiten oder durch die die beschriebenen Vorrichtungen hergestellt werden. Sie enthält Verfahrensschritte zum Durchführen jeder Funktion der Vorrichtung oder Herstellen jedes Teils der Vorrichtung.

Da die thermische Leitfähigkeit einer Flüssigkeit von der Konzentration einer bestimmten in der Flüssigkeit enthaltenen Komponente abhängt, erleben Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Konzentrationen einen Temperaturanstieg mit unterschiedlichen Raten, wenn die Flüssigkeiten mit einem Heizwiderstand für eine bestimmte Zeitdauer geheizt werden. In der Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung der Erfindung gemäß erfinderischer Ausführungsform 4, wird ein Heizwiderstand für eine bestimmte Zeitdauer mit Strom versorgt und man kann das Maß des Temperaturanstiegs an dem Heizwiderstand basierend auf dem Wert einer Differenz zwischen einem ersten korrespondierenden Wert, der mit einem ersten Widerstand korrespondiert, der nachdem die Erregung des Heizwiderstandes gestartet ist genommen wird, und einem zweiten korrespondierenden Wert, der mit einem zweiten Widerstand korrespondiert, der nachdem der Heizwiderstand für eine vorbestimmte Zeitdauer erregt wurde genommen wird, erhalten. Das macht es möglich, die Konzentration (eine erste Konzentration) einer bestimmten in der Flüssigkeit enthaltenen Komponente zu detektieren. Bei dem Prozess des Findens der ersten Konzentration, wird ein dritter Widerstand erfasst, wenn a Ermittlungszeit vergangen ist, die kürzer ist als die Detektionszeit ist, und eine zweite Konzentration wird basierend auf der Differenz (einer zweiten Differenz) zwischen der ersten Konzentration und der zweiten Konzentration gefunden. Das Maß der Konzentrationsänderung, das nach der Ermittlungszeit und vor dem Ende der Detektionszeit aufgetreten ist, kann gefunden werden, in dem die Differenz (eine Konzentrationsdifferenz) zwischen der ersten Konzentration und der zweiten Konzentration berechnet wird, und eine Ermittlung kann basierend auf der Konzentrationsdifferenz gemacht werden, ob die Flüssigkeit in einem statischen Zustand ist oder nicht. Dies basiert auf Ergebnissen von Untersuchungen der vorliegenden Erfinder. Im Speziellen, wenn eine Flüssigkeit mit einer bestimmten Konzentration in einem Flüssigkeitsbehälter enthalten ist, wird die Flüssigkeit eine erste Konzentration und eine zweite Konzentration haben, die nicht so unterschiedlich sind, solange die Flüssigkeit statisch ist. Wenn die Flüssigkeit jedoch nicht in einem statischen Zustand ist, und insbesondere wenn die Flüssigkeit um das Detektionselement fließt, wird die erste und zweite Konzentration stark unterschiedliche Werte als eine Ergebnis lokaler Unregelmäßigkeiten in der Konzentration eine bestimmten Komponente in der Flüssigkeit annehmen. Daher kann die Flüssigkeit als weniger erschüttert und näher an einem statischen Zustand betrachtet werden, je kleiner die Konzentrationsdifferenz der Flüssigkeit ist. Im Bezug auf die Ermittlung eines statischen Zustands, erlaubt die Erfindung, dass die Ermittlung mit hoher Zuverlässigkeit gemacht wird, da die Ermittlung des statischen Zustands einer Flüssigkeit direkt anhand einem Maß einer Änderung der detektierten Konzentration der Flüssigkeit gemacht wird.

Der erste korrespondierende Wert kann jede Art von Wert sein, solange er zum ersten Widerstand des Heizwiderstandes korrespondiert. Insbesondere kann es eine Spannung, ein Strom, eine während des Konvertierens des Widerstandes erhaltene Temperatur, oder ähnliches sein. Der zweite und dritte korrespondierende Wert kann jede Art von Wert sein, solange er zum zweiten bzw. dritten Widerstand des Heizwiderstandes korrespondiert. In dem Fall der erfinderischen Ausführungsform 1 (und gemäß der später beschriebenen Ausführungsform 4), wird die Differenz zwischen dem zweiten korrespondierenden Wert und dem ersten korrespondierenden Wert und zwischen dem dritten korrespondierenden Wert und dem ersten korrespondierenden Wert gefunden. Daher müssen der zweite und dritte korrespondierende Wert, wenn zum Beispiel der erste korrespondierende Wert eine Spannung ist, auch eine Spannungen sein.

Bezugnehmend auf das Timing zum Erfassen des ersten korrespondierenden Wertes, kann der Wert innerhalb einer Zeitdauer erfasst werden, der dem Start der Erregung des Heizwiderstandes folgt, in der die Temperatur des Heizwiderstands selbst im wesentlich gleich zu der Temperatur der denselben umgebenden Flüssigkeit ist. Insbesondere kann der erste korrespondierende Wert innerhalb von 100 ms nach dem Start der Erregung des Heizwiderstandes erfasst werden. Da es eine Tendenz gibt, dass der an dem Heizwiderstand zur Verfügung gestellte Strom beim Start der Erregung des Heizwiderstands nicht leicht stabilisiert ist, wird der erste korrespondierende Wert bevorzugt in einer Zeitperiode erfasst, die startet, wenn nach dem Start der Erregung des Heizwiderstands 2 msec vergangen sind, und innerhalb von 100 ms (insbesondere bevorzugt innerhalb von 50 ms) nach dem Start der Erregung endet.

Es ist möglich zu ermitteln, ob die Flüssigkeit in einem bestimmten abnormalen Zustand ist oder nicht, indem zumindest eines der ersten Differenz und der ersten Konzentration verwendet wird. Insbesondere können die Werte mit einem Schwellwert verglichen werden, der in Assoziation mit dem bestimmten Zustand der Flüssigkeit gesetzt ist. Jedoch, wenn die Flüssigkeit nicht in einem statischen Zustand ist, wie oben beschrieben, kann eine Unregelmäßigkeit in der Konzentration einer Bestimmten Komponente in der Flüssigkeit auftreten, was in einer fehlerhaften Ermittlung resultieren kann, dass eine abnormaler Zustand aufgetreten ist. Unter diesen Umständen kann die Genauigkeit des Detektierens eines abnormalen Zustands verbessert werden, wenn das Ergebnis der Ermittlung des statischen Zustands sich in dem Prozess des Ermittelns des bestimmten abnormalen Zustands der Flüssigkeit widerspiegelt.

Bezugnehmend auf das Verfahren des Widerspiegelns des Ergebnisses der Ermittlung des statischen Zustands in dem Prozess des Ermittelns des bestimmten abnormalen Zustands der Flüssigkeit, das somit beschrieben ist, wie es in der erfinderischen Ausführungsform 2 dargelegt ist, wird zumindest eine Zähl Zählwert erhöht, jedes Mal wenn der bestimmte abnormalen Zustand der Flüssigkeit detektiert wird und ein mit dem Zählwert zu vergleichender Anomalie-Ermittlungswert, der als ein Bezug für die Ermittlung dient, wird auf einen ersten Wert setzt, wenn die Ermittlungseinheit für einen statischen Zustand ermittelt, dass die Flüssigkeit in dem statischen Zustand ist, und auf eine anderen Wert setzt, wenn die Flüssigkeit nicht in dem statischen Zustand ist, wobei die Ermittlung des abnormalen Zustands der Flüssigkeit basierend auf dem Ergebnis der Ermittlung des statischen Zustands der Flüssigkeit gewichtet wird. Somit wird selbst wenn eine Anomalie der Konzentration einer bestimmten Komponente in einer Flüssigkeit detektiert wird, die Flüssigkeit nicht sofort als in einem abnormalen Zustand befindlich ermittelt. Die Vorrichtung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass die Anomalie-Ermittlungseinheit ermittelt, dass die Flüssigkeit in einem bestimmten abnormalen Zustand ist, wenn der durch die Zähleinheit erhöhnte Anomalie-Zählwert den Anomalie-Ermittlungswert erreicht. Auch spiegelt sich das Ergebnis der Bestimmung durch die Ermittlungseinheit für den statischen Zustand in der Ermittlung wider, die durch die Anomalie-Ermittlungseinheit durch die Änderung in dem Setzen von zumindest einem des vorbestimmten Zählwerts und des Anomalie-Ermittlungswert gemacht ist, die durch die Setzwert-Änderungseinheit gemacht ist. Somit kann die Anzahl der Möglichkeiten zur Detektion des abnormalen Zustands, bevor die Flüssigkeit in einem bestimmten abnormalen Zustand befindlich ermittelt wird, erhöht werden, wenn sie nicht in einem statischen Zustand ist. Die Verlässlichkeit des Ermittelns des abnormalen Zustands kann somit verbessert werden. dem Prozess des Ermittelns, wenn die Flüssigkeit nicht in einem statischen Zustand ist. Alternative kann die Ermittlung des bestimmten abnormalen Zustands unterbrochen werden, wenn ermittelt wird, dass die Flüssigkeit nicht in einem statischen Zustand ist, und die Detektion des bestimmten abnormalen Zustands kann fortgesetzt werden, wenn der statische Zustand wiederhergestellt ist, was in Kombination mit dem oben beschriebenen Verfahren implementiert werden kann.

Wenn ein statischer Zustand wie oben beschrieben ermittelt wird, kann das Maß einer Änderung in der Konzentration nach der Ermittlungszeit und vor dem Ende der Detektionszeit durch numerische Werte als eine Konzentrationsdifferenz repräsentiert werden. Somit kann die Ermittlung eines statischen Zustands akkurat durchgeführt werden, indem ein Schüttelermittlungswert vorab gesetzt wird und derselbe mit der Konzentrationsdifferenz, wie in der Erfindung gemäß erfinderischer Ausführungsform 3 offenbart, verglichen wird.

Gemäß der erfinderischen Ausführungsform 4, schließt die Ermittlung ob die Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsbehälter in einem statischen Zustand ist auch eine Signalausgabe von einem Pegeldetektierteil ein, das in de Lage ist, den Pegel der Flüssigkeit zu detektieren. Das heißt, da der Zustand der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter direkt anhand einer Änderung des Pegels der Flüssigkeit detektiert werden kann, kann die Ermittlung des statischen Zustands der Flüssigkeit akkurater gemacht werden. Die Ermittlung des statischen Zustands kann basierend auf einer Differenz zwischen einem maximalen Wert und einem minimalen Wert des Ausgangssignals des Pegel-Detektierteils gemacht werden, die zweimal oder eine größeren Anzahl von Malen in einer vorbestimmten Zeitdauer oder auf einer Differenz zwischen Pegeln gemacht werden, die Auf- und Ab-Bewegungen der Flüssigkeit zugeordnet sind.

Wie in der erfinderischen Ausführungsform 5 offenbart, kann eine Differenz zwischen einer ersten Differenz und einer zweiten Differenz als eine Bestimmungsdifferenz berechnet werden, und die Ermittlung eines statischen Zustands kann basierend auf der Bestimmungsdifferenz gemacht werden. Das heißt, wenn eine Flüssigkeit mit einer bestimmten Konzentration in einem Flüssigkeitsbehälter enthalten ist, wird die Flüssigkeit eine erste Konzentration und eine zweite Konzentration haben, die nicht sehr unterschiedlich voneinander sind, solange die Flüssigkeit statisch bleibt. Wenn die Flüssigkeit jedoch nicht in einem statischen Zustand ist, und insbesondere wenn die Flüssigkeit um das Detektionselement fließt, wird die erste und zweite Konzentration stark unterschiedliche Werte als eine Ergebnis lokaler Unregelmäßigkeiten in der Konzentration eine bestimmten Komponente in der Flüssigkeit annehmen. Als ein Ergebnis kann ein Effekt ähnlich zu dem der erfinderischen Ausführungsform 1 erzielt werden. Selbst in einem solchen Fall, kann die Genauigkeit des Ermittelns eines bestimmten abnormalen Zustands der Flüssigkeit verbessert werden, wenn sich das Ergebnis des statischen Zustands in dem Prozess des Ermittelns des abnormalen Zustands auf dieselbe Weise wie in der erfinderischen Ausführungsform 1 widerspiegelt. Wie in der erfinderischen Ausführungsform 6 offenbart, kann sich das Ergebnis einer Ermittlung eines statischen Zustands widerspiegeln, indem dasselbe Verfahren wie in erfinderischer Ausführungsform 2 verwendet wird. Als eine Ergebnis, selbst wenn eine Anomalie der Konzentration einer bestimmten Komponente in einer Flüssigkeit detektiert wird, wird keine sofortige Ermittlung eines abnormalen Zustands gemacht, was es erlaubt, die Verlässlichkeit des Ermittelns eines abnormalen Zustands zu verbessern.

Wie in der erfinderischen Ausführungsform 7 offenbart, kann die Ermittlung eines statischen Zustands akkurat gemacht werden, indem die Ermittlungsdifferenz mit einem Schüttelermittlungswert verglichen wird, der vorab auf dieselbe Weise wie in erfinderischer Ausführungsform 3 offenbart, gesetzt wird.

Weiterhin, wie in der erfinderischen Ausführungsform 8 offenbart, kann die Ermittlung eines statischen Zustands einer Flüssigkeit genauer gemacht werden, wenn sie von einer Ermittlung des statischen Zustands basierend auf einem Ausgangssignal eines Pegel-Detektierteils auf dieselbe Weise wie in erfinderischer Ausführungsform 4 offenbart, begleitet wird.

Gemäß erfinderischer Ausführungsform 9, kann einen externen Schaltkreis von einer Anomalie benachrichtigt werden, nur wenn die Flüssigkeit als in einem bestimmten abnormalen Zustand befindlich ermittelt wird. Insbesondere wird, selbst wenn ein temporärer abnormaler Zustand der Flüssigkeit in der Vorrichtung detektiert wird, ein bestimmter abnormaler Zustand der Flüssigkeit nicht als ermittelt erhalten, außer wenn der abnormale Zustand bleibt. Daher kann ein externer Schaltkreis von einem abnormalen Zustand mit hoher Zuverlässigkeit benachrichtigt werden.

Gemäß der in der erfinderischen Ausführungsform 10, sind das Pegel-Detektierteil zum Detektieren des Pegels einer Flüssigkeit und das Detektierelement zum Detektieren der Konzentration der Flüssigkeit integriert, während sie voneinander isoliert sind. In einer solchen Konfiguration, kann das Volumen, dass von der Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung in dem Flüssigkeitsbehälter belegt ist, relative klein gemacht werden im Vergleich zu dem Volumen, das von einem Gerät zum detektieren des Pegels einer Flüssigkeit und einem Gerät zum Detektieren der Konzentration der Flüssigkeit, die separat in dem Flüssigkeitsbehälter angeordnet sind, belegt wird, was es möglich, die maximale Menge an Flüssigkeit, die in dem Flüssigkeitsbehälter enthalten sein kann, zu erhöhen. Weiterhin kann, da ein Montageteil zum Montieren der Flüssigkeitszustand-Vorrichtung in dem Flüssigkeitsbehälter nur an einem Ort angeordnet sein kann, die Luftdichtheit und die Wasserdichtheit zwischen dem Flüssigkeitsbehälter und dem Montageteil mit einer einfachen Konfiguration erhalten werden. Da zumindest ein Teil des Detektierelements jenseits der Spitze des Pegel-Detektierteils angeordnet ist, das in die Richtung, in der sich der Pegel der Flüssigkeit ändert, gerichtet ist, kann das Element in der Flüssigkeit eingetaucht gehalten werden, für eine etwas verlängerte Zeitdauer, selbst wenn der Pegel der Flüssigkeit abnimmt, was eine stabile Detektion der Konzentration der Flüssigkeit erlaubt.

Wie in der Erfindung gemäß der erfinderischen Ausführungsform 11 offenbart, kann der bestimmte abnormale Zustand einer Flüssigkeit irgendeiner eines Zustand, in dem die Flüssigkeit nicht in dem Flüssigkeitsbehälter vorhanden ist, eine Zustand sein, in dem der Flüssigkeitsbehälter eine fremde Flüssigkeit enthält, und ein Zustand sein, in dem die in der Flüssigkeit enthaltene bestimmte Komponente eine abnormale Konzentration hat.

Gemäß der erfinderischen Ausführungsform 12, wird ein Signal von dem Detektierelement ausgegeben, das mit der Konzentration von Harnstoff assoziiert ist, der in der wässrigen Harnstofflösung enthalten ist, was es erlaubt, einen bestimmten abnormalen Zustand einer wässrigen Harnstofflösung genau zu detektieren und zu ermitteln.

Die Erfindung wird besser unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verstanden, wobei
1 eine Teilschnitt-Seitenansicht eines Flüssigkeitszustands-Detektiersensors 100 ist.
2 ist eine schematische Ansicht eines Heizmusters 115 eines keramischen Heizers 110.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine elektrische Konfiguration des Flüssigkeitssensor-Detektiersensors 100 zeigt.
4 zeigt eine konzeptionelle Konfiguration von Speicherbereichen eines RAM 300.
5 ist eine vergrößerte Seitenansicht in der Nähe der Fläche einer wässrigen Harnstofflösung, die eine Lücke zwischen einer äußeren zylindrischen Elektrode 10 und einer inneren Elektrode 20 füllt.
6 ist ein Graph einer beispielhaften wässrigen Harnstofflösung mit einer Harnstoffkonzentration von 32,5 Gew.-% bei einer Temperatur von 25°C, der Graph zeigt, wie eine Spannung, die mit dem Widerstand eines Heizwiderstandes assoziiert ist, mit einem Anstieg der Temperatur des Heizwiderstandes selbst, wenn Zeit nach dem Start einer Erregung des Heizwiderstandes durch Anlegung eines konstanten Stroms vergeht, steigt.
7 ist ein Graph, der zeigt, dass eine Spannungsänderung ΔV an dem Heizwiderstand proportional zu der Harnstoffkonzentration der wässrigen Harnstofflösung ist, und temperaturabhängig ist.
8 ist ein Graph, der zeigt, dass eine korrigierte Konzentration (konvertierte Konzentration) und die wirkliche Harnstoffkonzentration miteinander im Wesentlichen übereinstimmen, wenn die Relation zwischen der Spannungsänderung ΔV an dem Heizwiderstand und der Harnstoffkonzentration der wässrigen Harnstofflösung in Bezug auf die Temperatur der wässrigen Harnstofflösung korrigiert ist.
9 ist ein Flussdiagramm einer Hauptroutine eines Zustands-Detektionsprogramms.
10 ist das Flussdiagramm der Hauptroutine des Zustands-Detektionsprogramms.
11 ist das Flussdiagramm der Hauptroutine des Zustands-Detektionsprogramms.
12 ist das Flussdiagramm der Hauptroutine des Zustands-Detektionsprogramms.
13 ist ein Flussdiagramm einer Bestimmungs-Subroutine für einen statischen Zustand.
14 ist ein Graph zum Erklären der Schwellwerte Q und R zum Detektieren von Leerlauf-Heizen und der Anwesenheit einer fremden Flüssigkeit.
15 ist ein Flussdiagramm, das eine Serie von Prozessen zeigt, die zu der Hauptroutine als eine Modifikation des Zustands-Detektionsprogramms hinzugefügt werden.
16 ist ein Flussdiagramm, das eine Modifikation des Ermittlungsprogramms des statischen Zustandes zeigt.
Bezugszeichen, die verwendet werden, um verschiedene strukturelle Merkmale in den Zeichnungen zu identifizieren, beinhalten die Folgenden.

10: äußere zylindrische Elektrode,
20: innere Elektrode,
70: Pegel-Detektierteil,
98: Harnstoff-Wasser-Tank,
100: Flüssigkeitszustands-Detektiersensor,
110: keramischer Heizer,
114: Heizwiderstand,
221: CPU
300: RAM

Eine Weise zum Ausführen der Erfindung oder einer Ausführungsform einer Flüssigkeitszustands-Detektiervorrichtung gemäß der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Jedoch soll die Erfindung nicht als darauf beschränkt ausgelegt werden.
Als erstes wird eine Struktur eines Flüssigkeitszustands-Detektiersensors 100 durch ein Beispiel unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. 1 ist eine vertikale Seitenansicht eines Teilschnitts des Flüssigkeitszustands-Detektiersensors 100. 2 ist eine schematische Ansicht eines Heizmusters 115 eines keramischen Heizers 110. Die longitudinale Richtung des Pegel-Detektierteils 70 (ein Kondensator der durch eine äußere zylindrische Elektrode 10 und eine innere Elektrode 20 ausgebildet ist) des Flüssigkeitszustands-Detektiersensors 100 gibt die Richtung einer O-Achse vor. Die Seite des Sensors, an der ein Flüssigkeitseigenschafts-Detektierteil 30 zur Verfügung gestellt ist, bildet ein Spitzenende und die Seite des Sensors, an der ein Montierteil 40 zur Verfügung gestellt ist, bildet eine Seite des hinteren Endes. Die äußere zylindrische Elektrode 10 und die innere Elektrode 20 korrespondieren zu der "ersten Elektrode" bzw. "zweiten Elektrode" der Erfindung.
Der Flüssigkeitszustands-Detektiersensor 100 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Sensor zum Detektieren eines Zustands einer wässrigen Harnstofflösung, die zum Reduzieren von Stickstoffoxid (NOx) verwendet wird, das in einem Abgas von einem Diesel-Automobil enthalten ist, insbesondere des Pegels der wässrigen Harnstofflösung (Flüssigkeitspegel), der Temperatur der Lösung und der Konzentration von Harnstoff als eine bestimmte Komponente, die in der Lösung enthalten ist. Wie in 1 gezeigt ist, enthält der Flüssigkeitszustands-Detektiersensor 100 ein Pegel-Detektierteil 70, das durch eine äußere zylindrische Elektrode 10 und eine zylindrische innere Elektrode 20 ausgebildet ist, die in der äußeren zylindrischen Elektrode 10 in der O-Achsenrichtung der äußeren zylindrischen Elektrode 10 zur Verfügung gestellt ist, das Flüssigkeitseigenschaft-Detektierteil 30, das an dem Spitzenende der inneren Elektrode 20 zur Verfügung gestellt ist, und das Montierteil 40 zum Montieren des Flüssigkeitszustands-Detektiersensors 100 in einem Harnstoff-Wasser-Tank 98 (siehe 3).
Die äußere zylindrische Elektrode 10 ist aus einem Metall und in form eines länglichen Zylinders gemacht, der sich entlang der O-Achsenrichtung erstreckt. Eine Mehrzahl von engen Schlitzen 15 ist mit Unterbrechungen auf dem äußeren Umfang der äußeren zylindrischen Elektrode 10 entlang jeder von drei generierenden Linien mit gleichen Intervallen in Bezug auf die Umfangsrichtung zur Verfügung gestellt. Eine Öffnung 16 ist auf jeder der generierenden Linien zur Verfügung gestellt, entlang der die Schlitze 15 ausgebildet sind, die Öffnungen 16 sind an einem Spitzenteil 11 der äußeren zylindrischen Elektrode 10 zur Verfügung gestellt, um zu verhindern, dass sich eine Gummihülse 80, die später beschrieben wird, die zwischen die äußeren Elektrode und die inneren Elektrode gestellt ist, ablöst. Weiterhin ist ein Belüftungsloch 19 an einer Position der äußeren zylindrischen Elektrode in der Nähe eines Basis-Endes 12 an dessen hinterem Ende ausgebildet, das Belüftungsloch ist auf einer generierten Linie ausgebildet, die von der generierten Linie unterschiedlich ist, entlang derer die Schlitze 15 ausgebildeten sind. Das Spitzenteil 11 der äußeren zylindrischen Elektrode 11 erstreckt sich über die Position der Öffnungen 16 in der O-Achsenrichtung hinaus, um so die Peripherie eines keramischen Heizers 110 eines Flüssigkeitszustands-Detektierteils 30, das später beschrieben wird, in dessen radialer Richtung zu umgeben, das Spitzenteil umgibt den keramischen Heizer 110 zusammen mit einem Schutz 130, der den Heizer abdeckt und schützt. Das extreme Ende der Elektrode (der unterste Teil in der Figur) ist offen und der Schutz 130, der einen Teil des Flüssigkeitszustands-Detektierteils 30 bildet, kann durch die Öffnung gesehen werden.
Die äußere zylindrische Elektrode 10 ist geschweißt, wobei dessen Basis-Ende 12 mit der Peripherie eines Elektroden-Trageteils 41 des Montageteils 40, das aus Metall gemacht ist, verbunden ist. Der Montageteil 40 dient als eine Basis zum Sichern des Flüssigkeitseigenschaft-Detektierteils 100 auf einem Harnstoff-Wasser-Tank 98 als ein Flüssigkeitsbehälter, und ein Montageloch (nicht dargestellt), um eine Montageschraube einzuführen, ist auf einem Flanschteil 42 desselben ausgebildet. Ein Gehäuseteil 43 ist auf der Seite des Montageteils 40 gegenüber dem Elektroden-Halteteil 41 ausgebildet, wobei das Flanschteil 42 zwischen diesen liegt, das Gehäuseteil nimmt eine später zu beschreibende Platine auf, die einen Schaltkreis zum Detektieren des Pegels, der Temperatur und einer Harnstoffkonzentration einer wässrigen Harnstofflösung trägt und die Platine trägt einen Eingabe-/Ausgabe-Schaltkreis für eine elektrische Verbindung mit einem externen Schaltkreis, der nicht dargestellt ist (z. B. eine Motorsteuerung (ECU, engl: engine controller) eines Automobils). Die äußere zylindrische Elektrode 10 ist durch das Montageteil 40 geerdet.
Die Platine 60 ist auf Platinen-Platzierungsteilen (nicht dargestellt) platziert, die von vier Ecken einer inneren Wand des Gehäuseteils 43 hervorstehen. Das Gehäuseteil 43 ist abgedeckt und geschützt durch eine Abdeckung 45, und die Abdeckung 45 ist an dem Flanschteil 42 gesichert. Ein Verbinder 62 ist an einer Seitenfläche der Abdeckung 45 gesichert, und Verbindungsanschlüsse (nicht dargestellt) des Verbinders 62 sind mit Strukturen (ein Eingabe-/Ausgabe-Schaltkreiseinheit 290, der später beschrieben wird) auf der Platine 60 durch Verdrahtungskabel 61 verbunden. Die Platine 60 und ein ECU sind durch den Verbinder 62 verbunden.
Ein Loch 46 ragt durch den Elektroden-Trageteil 41 des Montageteils 40 in das Gehäuseteil 43, und das Basis-Ende 22 der inneren Elektrode 20 ist in das Loch 46 eingefügt. Die innere Elektrode 20 der vorliegenden Ausführungsform ist aus einem metallischen Material in der Form eines länglichen Zylinders, der sich in der O-Achsenrichtung erstreckt, gemacht. Ein Isolationsfilm 23, der aus einem Harz eines Fluor-Typs, wie z. B. PTFE, PFA oder ETFE, einem Epoxyharz oder einem Polyimidharz gemacht ist, ist an einer äußeren Umfangsfläche der inneren Elektrode 20 ausgebildet. Der Isolationsfilm 23 ist in Form einer Harzbeschichtungsschicht zur Verfügung gestellt, indem Eintauchen oder elektrostatisches Pulverbeschichten, um ein solches Harz auf der äußeren Fläche der inneren Elektrode 20 aufzubringen, und Heizen des Harzes durchgeführt wird. Ein Kondensator, dessen elektrostatische Kapazität sich entsprechend dem Pegel der wässrigen Harnstofflösung ändert, ist zwischen der inneren Elektrode 20 und der äußeren zylindrischen Elektrode 10 ausgebildet, wodurch ein Pegel-Detektierteil 70 zur Verfügung gestellt ist.
Das Basis-Ende 22 an der Seite des hinteren Endes der inneren Elektrode 20 in O-Achsenrichtung ist mit einer Rohrführung 55 und einer inneren Hülse 50 verbunden, um die innere Elektrode 20 an dem Montageteil 40 zu sichern. Die Rohrführung 55 ist ein ringförmiges Führelement, das nahe einer Kante des Basis-Endes 22 zu der inneren Elektrode 20 gebondet ist. Die innere Hülse 50 ist ein Element, das aus einem Harz in Form eines angeflanschten Zylinders zum Positionieren und Halten der inneren Elektrode gemacht ist, so dass die innere Elektrode 20 und die äußere zylindrische Elektrode 10 zuverlässig voneinander isoliert sind, und ein Spitzenende derselben greift in das Loch 46 des Elektroden-Trageteils 41 des Montageteils 40. Die innere Hülse 50 ist mit einem Flanschteil 51 ausgebildet, das in der radialen Richtung der Hülse nach außen ragt, und die innere Hülse ist mit dem Elektroden-Trageteil 41 belegt, indem es in das Loch 46 des Elektroden-Trageteils 41 von der Seite des Gehäuseteils 43 eingeführt ist. Das Flanschteil 51 liegt an einer inneren Grundfläche des Gehäuseteils 43 an, um zu verhindern, dass die innere Hülse 50 durch das Loch 46 geht. Die innere Elektrode 20 ist in die innere Hülse 50 von der Seite des Gehäuseteils 43 eingeführt, und die Rohrführung 55, die an dem Flanschteil 51 anliegt, verhindert es, dass die innere Elektrode 20 aus der inneren Hülse 50 kommt.
Weiterhin ist ein O-Ring 53 und ein O-Ring 54 an dem äußeren bzw. inneren Umfang der inneren Hülse 50 zur Verfügung gestellt. Der O-Ring 53 dichtet die Lücke zwischen dem äußeren Umfang der inneren Hülse 50 und dem Loch 46 des Montageteils 40, und der O-Ring 54 dichtet die Lücke zwischen dem inneren Umfang der inneren Hülse 50 und dem äußeren Umfang des Basis-Endes 22 der inneren Elektrode 20. Als ein Ergebnis ist, wenn der Flüssigkeitszustands-Detektiersensor 100 in dem Harnstoff-Wasser-Tank 98 (siehe 3) montiert ist, der Harnstoff-Wasser-Tank 98 wasserdicht und luftdicht gehalten, so dass es keine Kommunikation zwischen dem inneren und äußeren desselben durch das Gehäuseteil 43 gibt. Ein flaches Dichtelement, das nicht gezeigt ist, ist an einer Fläche nahe des Endes des Flanschteils 42 des Montageteils 40 angebracht, um Wasserdichtheit und Luftdichtheit zwischen dem Flanschteil 42 und dem Harnstoff-Wasser-Tank 98 zu erhalten, wenn der Flüssigkeitszustands-Detektiersensor 100 in dem Harnstoff-Wasser-Tank montiert ist.
Wenn die innere Elektrode 20 in den Montageteil 40 gesetzt wird, wird die Rohrführung 55 gegen den Flanschteil 51 der inneren Hülse 50 durch zwei Presser-Platten 56 und 57 gedrückt. Die Presser-Platte 56 mit isolierenden Eigenschaften ist in dem Gehäuseteil 43 mit der Presser-Platte 57 gesichert, die zwischen der Platte 56 und der Rohrführung 55 gekeilt ist, um die Rohrführung 55 zu drängen. Als ein Ergebnis ist die innere Elektrode, die zu der Rohrführung 55 gebondet ist, an dem Elektroden-Halteteil 41 gesichert. Die Presser-Platten 56 und 57 haben in deren Mitte ein Loch 59. Ein Elektroden-Herausführungsdraht 52 der inneren Elektrode 20 und ein zweiadriges Kabel 91, das zwei Anschlussleitungen 90 (nur eine der Anschlussleitungen 90 ist in 1 gezeigt) zum elektrischen Verbinden mit dem keramischen Heizer 110, der später beschrieben wird, beinhaltet, wird durch das Loch eingeführt und elektrisch mit jeweiligen Strukturen auf der Platine 60 verbunden. Eine Elektrode (nicht dargestellt) auf einer Erdungsseite der Platine 60 ist mit dem Montageteil 40 verbunden, und die äußere zylindrische Elektrode 10, die mit dem Montageteil 40 verschweißt ist, ist daher elektrisch mit der Erde verbunden.
In der vorliegenden Erfindung umfasst das Flüssigkeitseigenschafts-Detektierteil 30, das an dem Spitzenteil 21 der inneren Elektrode 20 zur Verfügung gestellt ist, einen keramischen Heizer 110 als ein Detektionselement zum Detektieren der Temperatur der wässrigen Harnstofflösung und der Konzentration von Harnstoff, der in derselben enthalten ist, einen Halter 120, der den keramischen Heizer stützt und der aus einem isolierenden Harz gemacht ist, der an dem Spitzenende 21 der inneren Elektrode 20 montiert ist, und einen Schutz 130, der die Peripherie des keramischen Heizers abdeckt, der von dem Halter 120 freigelegt ist, um denselben zu schützen.
Wie in 2 gezeigt ist, ist der keramische Heizer 110 zur Verfügung gestellt, indem eine Heizstruktur 115 ausgebildet ist, die primär aus Pt auf einem plattenartigen keramischen Substrat 111 gemacht ist, das aus Keramik mit einer isolierenden Eigenschaft gemacht ist, und die Heizstruktur 115 eingebettet ist, indem sie zwischen das Substrat 111 und ein anderes keramisches Substrat (nicht dargestellt), das mit diesem zusammengehört, eingekeilt ist. Die Struktur, die den Heizwiderstand 115 bildet, ist mit einem Querschnittsbereich zur Verfügung gestellt, der schmäler ist als der der Strukturen, die die Leitungsteile 112 und 113 bilden, die als zwei Pole zum Anlegen einer Spannung dienen, wobei Wärme primär an dem Heizwiderstand 114 erzeugt wird, wenn er erregt wird. Durchgangsbohrungen, nicht dargestellt, die jeweils die Fläche des keramischen Substrats 111 durchdringen, sind an beiden Enden der Leitungsteile 112 und 113 zur Verfügung gestellt und verbinden die zwei Verbinder 119 elektrisch, die die Verbindung zu den zwei Anschlussleitungen 90 jeweils übertragen (1 zeigt jeweils nur eines dieser Elemente). Der keramische Heizer korrespondiert mit dem „Detektionselement" der Erfindung.
Wie in 1 gezeigt, ist der Halter 120, der den keramischen Heizer 110 stützt, in Form eines Zylinders mit einer gestuften Konfiguration, die durch zwei äußere Durchmesser zur Verfügung gestellt ist. Der keramische Heizer 110 ist an der Spitzenseite des Halters mit dem geringeren Durchmesser mit Sicherungselementen 125 und 126 gesichert, die durch einen Kleber gebildet sind, um die Seite des keramischen Heizers, an der der Heizwiderstand 114 eingebettet ist, freizulegen. Die Seite des hinteren Endes des Halters mit dem größeren Durchmesser ist an dem Spitzenteil 21 der inneren Elektrode 20 angebracht und ein Dichtungsring 140 ist zwischen der äußeren Umfangsfläche der inneren Elektrode 20 und der inneren Umfangsfläche des Halters 120 eingebracht, um die Wasserdichtheit und Luftdichtheit der inneren Elektrode 20 zu erhalten.
Bevor der Halter 120 montiert wird, werden die Adern der zweiadrigen Leitungen 90 des Kabels 91 gepresst und an den entsprechenden Verbinder 119 des keramischen Heizers 110 gelötet. Weiterhin werden die Verbinder 119 und die Anschlussleitungen 90 bedeckt und mit einem Schutzelement 95 geschützt, das isolierende Eigenschaften inklusive dessen gebondeter Regionen hat. Die zweiadrigen Kabel 90 werden in die zylindrische innere Elektrode 20 eingefügt und mit der Platine 60 verbunden.
Der Schutz 130 ist ein Schutzelement, das aus einem Metall gemacht ist und in der Form eines Zylinders mit Boden ausgebildet ist. Eine offene Seite des Schutzes wird an den äußeren Umfang des Teils des Halters 120, der den kleineren Durchmesser hat, angepasst. Ein Flüssigkeits-Kommunikations-Loch (nicht dargestellt) ist auf dem äußeren Umfang des Schutzes 130 zur Verfügung gestellt, um zu erlauben, dass die wässrige Harnstofflösung zwischen dem Inneren und Äußeren des Schutzes 130 ausgetauscht wird.
Das Flüssigkeitseigenschafts-Detektierteil 30 mit einer solchen Konfiguration ist an dem Spitzenteil 21 der inneren Elektrode 20 mit dem dazwischen geschalteten Halter 120 montiert, und ist elastisch in der äußeren Elektrode 10 durch eine Gummihülse 80 gestützt. Die Gummihülse 80 hat eine zylindrische Form und ist gesichert, indem ein Vorsprung 87, der an einer äußeren Umfangsfläche davon ausgebildet ist, in die Öffnung 16 der äußeren zylindrischen Elektrode 10 eingreift. Eine Mehrzahl von Rillen (nicht dargestellt) ist in der O-Achsenrichtung an jeweils der äußeren und inneren Umfangsfläche der Gummihülse 80 zur Verfügung gestellt. Wenn der Flüssigkeitszustands-Detektiersensor 100 in dem Harnstoff-Wasser-Tank 98 montiert ist, erlauben es die Rillen, dass ein Flüssigkeitsaustausch zwischen Teilen der wässrigen Harnstofflösung, die in die Spitzenseite geflossen ist, und die in die Seite des hinteren Endes der Gummihülse geflossen ist, stattfindet und erlaubt auch, dass Luftblasen von der Lösung entfernt werden. Die Gummihülse 80 erlaubt es, den Flüssigkeitseigenschafts-Detektierteil 30 und den Pegel-Detektierteil 70 integral auszubilden und voneinander zu isolieren.
Eine elektrische Konfiguration des Flüssigkeitszustands-Detektiersensors 100 wird nun unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben. 3 ist Blockdiagramm, das die elektrische Konfiguration des Flüssigkeitszustands-Detektiersensors 100 zeigt. 4 zeigt eine konzeptionelle Konfiguration eines Speicherbereichs eines RAM 300.
Wie in 3 gezeigt, ist der Flüssigkeitszustands-Detektiersensor 100 an dem Harnstoff-Wasser-Tank 98 als ein Flüssigkeitsbehälter montiert. Das Pegel-Detektierteil 70, das ein Paar Elektroden (die äußere zylindrische Elektrode 10 und die innere Elektrode 20) hat, und das Flüssigkeitseigenschafts-Detektierteil 30, das den keramischen Heizer 110 mit dem darin eingebetteten Heizwiderstand 114 enthält, sind in die wässrige Harnstofflösung als eine Flüssigkeit, deren Zustand detektiert werden soll, die in dem Harnstoff-Wasser-Tank 98 enthalten ist, eingetaucht. Ein Mikrocomputer 220 ist auf der Platine 60 des Flüssigkeitszustands-Detektiersensors 100 montiert, und eine Pegel-Detektionsschaltkreiseinheit 250 zum Steuern des Pegel-Detektierteils 70, eine Flüssigkeitszustands-Detektionsschaltkreiseinheit 280 zum Steuern des Flüssigkeitszustands-Detektierteils 30 und eine Eingabe-/Ausgabe-Schaltkreiseinheit 290 für die Kommunikation mit einem ECU sind mit dem Mikrocomputer verbunden.
Der Mikrocomputer 220 enthält eine CPU 221, ein ROM 222 und ein RAM 300 mit bekannten Konfigurationen. Die CPU 221 steuert den Flüssigkeitszustands-Detektiersensor 100. Der ROM 222 enthält verschiedene Speicherbereiche, die nicht dargestellt sind, und ein Zustands-Detektionsprogramm und später beschriebene Ausdrücke (1) bis (5), Startwerte für verschiedene Variablen und Schwellwerte sind in vorbestimmten Speicherbereichen gespeichert. Ähnlich enthält der RAM 300 verschiedene Speicherbereiche, die später wie in 4 gezeigt, beschrieben werden, um einen Teil des Zustands-Detektionsprogramms, verschiedene Variablen und Timer-Zählwerte temporär zu speichern, wenn das Zustands-Detektionsprogramm ausgeführt wird.
Die Eingabe-/Ausgabe-Schaltkreiseinheit 290 steuert ein Kommunikationsprotokoll zum Einlesen und Ausgeben von Signalen zwischen dem Flüssigkeitszustands-Detektiersensor 100 und der ECU. Die Pegel-Detektionschaltkreiseinheit 250 ist ein Schaltkreis, der eine AC-Spannung zwischen die äußere zylindrische Elektrode 10 und die innere Elektrode 20 des Pegel-Detektionsteils 70 basierend auf Instruktionen von dem Mikrocomputer 220 anlegt, um einen Strom, der durch den Kondensator geflossen ist, der das Pegel-Detektionsteil 70 bildet, in eine Spannung zu konvertieren. Die Schaltkreiseinheit führt weiterhin A-D-Konvertierung der Spannung durch und gibt sie an den Mikrocomputer 220 aus.
Die Flüssigkeitseigenschaft-Detektionsschaltkreiseinheit 280 umfasst einen Schaltkreis, die einen konstanten Strom durch den keramischen Heizer 110 des Flüssigkeitseigenschafts-Detektionsteils 30 basierend auf einer Instruktion von dem Mikrocomputer 220 leitet, und gibt eine resultierende Detektionsspannung, die über den Heizwiderstand 114 erzeugt ist, an den Mikrocomputer 220 aus. Die Flüssigkeitseigenschafts-Detektierschaltkreiseinheit 280 umfasst einen differenziellen Verstärkerschaltkreis 230, ein Konstantstrom-Ausgabeteil 240 und einen Schalter 260.
Das Konstantstrom-Ausgabeteil 240 gibt den konstanten Strom, der durch den Heizwiderstand 140 geleitet wird, aus. Der Schalter 280 ist in dem Pfad zum Erregen des Heizwiderstandes 114 zur Verfügung gestellt und wird unter der Steuerung des Mikrocomputers 220 geöffnet und geschlossen. Der differenzielle Verstärkerschaltkreis 230 gibt eine Differenz zwischen einem Potential Pin, das an einem Ende des Heizwiderstandes 114 auftritt, und einem Potential Pout, das an einem anderen Ende des Widerstandes auftritt, an den Mikrocomputer 220 als eine Detektionsspannung aus.
Die Speicherbereiche des RAM 300 werden nun beschrieben. Wie in 4 gezeigt, enthält das RAM 300 Pegelfluktuations-Speicherbereiche 301, Spannungs-Speicherbereiche 302, Spannungsdifferenz-Speicherbereiche 303, Normalspannungsdifferenz-Speicherbereiche 304, Speicherbereiche 305 für die konvertierte Konzentration, Timerzählwert-Speicherbereiche 306, Flag-Speicherbereiche 307 und Zählwert-Speicherbereiche 308.
Detektionswerte (A-D-konvertierte Werte), die den Pegel der wässrigen Harnstofflösung repräsentieren, die durch A-D-Konvertieren der Ausgabe des Pegel-Detektierteils 70 in der Pegel-Detektionsschaltkreiseinheit 250 erhalten werden, sind in den Pegelfluktuation-Speicherbereichen 301 gespeichert. Die Ausgabe des Flüssigkeitseigenschafts-Detektionsteils 30 (das heißt die Differenz zwischen dem Potential Pin und dem Potential Pout) wird als Eingabe zu dem Mikrocomputer 220 durch den differenziellen Verstärkerschaltkreis 230 als eine Detektionsspannung gegeben, und eine Spannung Vm, die 10 ms nach dem Start einer Harnstoffkonzentrationsmessung detektiert ist, eine Spannung Vp, die 500 msec nach dem Start der Messung detektiert ist, und eine Spannung Vn, die 700 ms nach dem Start der Messung detektiert ist, sind in dem Spannungs-Speicherbereich 302 gespeichert. Fünf Speicherbereiche sind als Bereiche zum Speichern der Spannung Vm, und die letzten fünf Spannungen von den entsprechend dem später beschriebenen Zustands-Detektionsprogramm wiederholt gemessenen Spannungen sind gespeichert und die davor detektierten Spannungen werden verworfen.
Eine Differenz ΔVmn zwischen den letzten Spannungen Vm und Vn und eine Differenz ΔVmp zwischen den letzten Spannungen Vm und Vp, die in den Spannungs-Speicherbereichen 302 gespeichert sind, wird in den Spannungsdifferenz-Speicherbereichen 303 gespeichert. Eine Spannungsdifferenz ΔVmn, die in einer Ermittlung durch das Zustands-Detektionsprogramm resultierte, dass keine Anomalie in einer detektierten Konzentration der wässrigen Harnstofflösung vorliegt, ist in einem Normalspannungsdifferenz-Speicherbereich 304 gespeichert. Fünf Normalspannungsdifferenz-Speicherbereiche 304 sind gleichermaßen zur Verfügung gestellt, um die letzten fünf Spannungsdifferenzen ΔVmn zu speichern. Konvertierte Konzentrationen Cn und Cp, die von Spannungsdifferenzen Δmn bzw. Δmp berechnet sind, sind in den Speicherbereichen 305 für die konvertierte Konzentration gespeichert. Zwei Speicherbereiche sind zur Verfügung gestellt, um die konvertierten Konzentrationen Cn zu speichern, und die zwei letzten konvertierten Konzentrationen werden gespeichert, wobei die konvertierten Konzentrationen berechnet werden, bevor dieselben verworfen werden.
Timerzählwert-Speicherbereiche 306 speichern anfängliche Werte von zwei Arten von Timern T1 und T2, die von dem Zustands-Detektionsprogramm verwendet werden, und Zählwerte von einem Timer-Programm (nicht dargestellt), das separat ausgeführt wird, werden in den Bereichen gespeichert, wenn die Timer zurückgesetzt werden. Wenn ein Ablauf einer vorbestimmten Zeit (z. B. eine Sekunde) durch das später zu beschreibende Zustands-Detektionsprogramm bestätigt wird, wird die Bestätigung gemacht, indem ermittelt wird, ob Unterschiede zwischen den anfänglichen Werten der Timer T1 und T2, die zur Zeit des Reset gespeichert wurden, und dem Zählwert des Timerprogramms zur Zeit der Bestätigung größer ist als ein Wert, der zu der vorbestimmten Zeit korrespondiert.
Die Werte eines Normalitäts-Detektions-Flag und eines statischen Zustands-Flags, die von dem Zustands-Detektionsprogramm verwendet werden, werden in den Flag-Speicherbereichen 307 gespeichert. Ein Zählwert von jeweils eines Konzentrations-Anomalie-Zählers, eines Freilauf-Heiz-Zählers, und eines Zählers für eine fremde Flüssigkeit wird in einem Zählwert-Speicherbereich gespeichert.
Der RAM 300 ist auch mit verschiedenen Speicherbereichen, die nicht dargestellt sind, zur Verfügung gestellt und das Zustands-Detektionsprogramm, das jeden der oben beschriebenen Parameter verwendet, wird in einen vorbestimmten Speicherbereich gelesen und ausgeführt.
Das Prinzip der Detektion des Pegels, der Temperatur und der Harnstoffkonzentration einer wässrigen Harnstofflösung durch den Flüssigkeitszustands-Detektiersensor 100 der vorliegenden Ausführungsform wird nun beschrieben. Als erstes wird das Prinzip der Detektion des Pegels einer wässrigen Harnstofflösung durch das Pegel-Detektierteil 70 unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 ist eine vergrößerte Seitenansicht in der Nähe der Fläche einer wässrigen Harnstofflösung, die die Lücke zwischen der äußeren zylindrischen Elektrode 10 und der inneren Elektrode 20 füllt.
Der Flüssigkeitszustands-Detektiersensor 100 (siehe 1) ist an dem Harnstoff-Wasser-Tank 98 (siehe 3), der die wässrige Harnstofflösung enthält, mit den Spitzen der äußeren zylindrischen Elektrode 10 und der inneren Elektrode 20 in Richtung des Bodens des Tankes zeigend angeordnet. Insbesondere ist das Pegel-Detektierteil 70 des Flüssigkeitszustands-Detektiersensors 100 an dem Harnstoff-Wasser-Tank 98 so angeordnet, dass das Spitzenende der äußeren zylindrischen Elektrode 10 und der inneren Elektrode 20 auf der Seite des Tanks ist, in dem das Volumen der wässrigen Harnstofflösung geringer ist (eine Niedrig-Pegel-Seite), wobei die Richtung der Veränderung der wässrigen Harnstofflösung deren Volumen sich in dem Harnstoff-Wasser-Tank 98 ändert (die Richtung, in der der Pegel der wässrigen Harnstofflösung zunimmt und abnimmt) die O-Achsenrichtung ist. Die elektrostatische Kapazität der Lücke zwischen der äußeren zylindrischen Elektrode 10 und der inneren Elektrode 20 wird gemessen, um den Pegel der wässrigen Harnstofflösung, die in der Lücke vorhanden ist, in der O-Achsenrichtung zu messen. Das Prinzip basiert auf der bekannten Tatsache, dass eine statische Kapazität zwischen zwei Punkten mit unterschiedlichen Potentialen in der radialen Richtung größer wird, je kleiner die Differenz zwischen den Durchmessern dieser Punkte ist.
Wie in 5 gezeigt, ist in einer Region, die nicht mit der wässrigen Harnstofflösung gefüllt ist, der Abstand zwischen Punkten, die in einer Potentialdifferenz in der Lücke resultieren, die Summe eines Abstandes (als Abstand Y bezeichnet), der zu der Dicke von Luft korrespondiert, der zwischen der inneren Umfangsfläche der inneren Elektrode 10 und dem Isolationsfilm 23 ist, und ein Abstand (als Abstand Z bezeichnet) korrespondiert zu der Dicke des Isolationsfilms 23 (die Summe ist als Abstand X bezeichnet). In einer Region, die mit der wässrigen Harnstofflösung gefüllt ist, ist der Abstand zwischen Positionen, die in einer Potentialdifferenz in der Lücke resultieren, der Abstand Z, der zu der Dicke des Isolationsfilms 23 korrespondiert, weil die wässrige Harnstofflösung elektrisch leitend ist, was das Potential an der äußeren zylindrischen Elektrode 10 und der wässrigen Harnstofflösung im Wesentlichen gleich macht.
Mit anderen Worten ist die elektrostatische Kapazität der Lücke in der Region, die nicht mit der wässrigen Harnstofflösung gefüllt ist, die zusammengesetzte elektrostatische Kapazität eines Kondensators, der durch Serienschaltung eines Kondensators, dessen Elektrodenabstand der Abstand Y ist und dessen dielektrisches Element (Nicht-Leiter) Luft ist, und eines Kondensators, dessen Elektrodenabstand der Abstand Z und dessen dielektrisches Element der Isolationsfilm 23 ist, zur Verfügung gestellt. Die elektrostatische Kapazität der Lücke in der Region, die mit der wässrigen Harnstofflösung gefüllt ist, ist die elektrostatische Kapazität eines Kondensators, dessen Elektrodenabstand der Abstand Z ist und dessen dielektrisches Element der Isolationsfilm 23 ist. Die elektrostatische Kapazität eines Kondensators, der durch Parallelschalten dieser Kondensatoren ausgebildet ist, wird als die elektrostatische Kapazität des Pegel-Detektierteils 70 als ein Ganzes gemessen.
Da der Abstand Y größer als der Abstand Z ist, ist die elektrostatische Kapazität pro Einheit zwischen Elektroden, in denen Luft als dielektrisches Element dient, kleiner als die elektrostatische Kapazität pro Einheit zwischen Elektroden, in denen der Isolationsfilm 23 als ein dielektrisches Element dient. Daher ist eine Änderung der elektrostatischen Kapazität in der Region, die mit der wässrigen Harnstofflösung gefüllt ist, größer als eine Änderung der elektrostatischen Kapazität der Region, die nicht mit der wässrigen Harnstofflösung gefüllt ist, und der Kondensator als Ganzes, der durch die äußere zylindrische Elektrode 10 und die innere Elektrode 20 ausgebildet ist, hat eine elektrostatische Kapazität, die proportional zu dem Pegel der wässrigen Harnstofflösung ist.
Die Messung des Pegels der wässrigen Harnstofflösung, wie sie somit beschrieben ist, wird durch den Mikrocomputer 220 durchgeführt, der mit dem Pegel-Detektierteil 70 durch die Pegel-Detektionsschalteinheit 250 verbunden ist, und ein resultierendes Pegel-Informationssignal wird von der Eingabe-/Ausgabe-Schaltkreiseinheit 290 zu einer ECU, die nicht gezeigt ist, ausgegeben.
Eine Beschreibung des Prinzips der Detektion der Temperatur der wässrigen Harnstofflösung und der Konzentration von Harnstoff als eine besondere Komponente, die in der wässrigen Harnstofflösung enthalten ist, an dem keramischen Heizer 110, der einen Teil des Flüssigkeitseigenschaft-Detektierteils 30 ausbildet, wird nun unter Bezugnahme auf die 6 bis 8 gemacht. 6 ist ein Graph einer beispielhaften wässrigen Harnstofflösung mit einer Harnstoffkonzentration von 32,5 Gew.-% bei einer Temperatur von 25°C, der Graph zeigt, wie eine Spannung, die mit dem Widerstand des Heizwiderstandes assoziiert ist, mit einer ansteigenden Temperatur des Heizwiderstandes ansteigt, wenn die Zeit nach einem Start einer Erregung des Heizwiderstandes nach Anlegen eines konstanten Stromes verstreicht. 7 ist ein Graph, der zeigt, dass eine Spannungsänderung ΔV an dem Heizwiderstand proportional zu der Harnstoffkonzentration der wässrigen Harnstofflösung ist und temperaturabhängig ist. 8 ist ein Graph, der zeigt, dass eine korrigierte Konzentration (konvertierte Konzentration) und die tatsächliche Harnstoffkonzentration im Wesentlichen miteinander übereinstimmen, wenn die Beziehung zwischen der Spannungsänderung ΔV an dem Heizwiderstand und der Harnstoffkonzentration der wässrigen Harnstofflösung bezüglich der Temperatur der wässrigen Harnstofflösung korrigiert wird.
Die Temperatur des Heizwiderstandes selbst ist direkt nach dem Start der Erregung im Wesentlichen dieselbe wie die Temperatur der Flüssigkeit, die den Heizwiderstand umgibt. Das liegt daran, dass in dieser Zeitdauer wenig Wärme erzeugt wird. Wie durch den Graph von 6 dargestellt ist, steigt nachdem ein konstanter Strom durch den Heizwiderstand zu fließen beginnt (es sollte erwähnt werden, dass es ungefähr 10 ms dauert, dass sich der Strom nach dem Start der Erregung stabilisiert), die Temperatur des Heizwiderstandes selbst kontinuierlich an, wenn die Zeit vergeht.
Somit kann die Temperatur der wässrigen Harnstofflösung gemessen werden, wenn vorweg eine Korrelation zwischen der Spannung an dem Heizwiderstand, die zu dessen Widerstand nach dem Start der Erregung korrespondiert und der Temperatur der den Widerstand umgebenden wässrigen Harnstofflösung bekannt ist. Die Beziehung zwischen dem Widerstand des Heizwiderstandes nach der Erregung desselben und der Temperatur der wässrigen Harnstofflösung, die den Widerstand umgibt, ist durch den folgenden Ausdruck repräsentiert. RT = R0(1 + α0T) Ausdruck 1
RT repräsentiert den Widerstand des Heizwiderstandes bei einer Temperatur T°C und die den Heizwiderstand umgebende Flüssigkeit ist ebenfalls T°C, wenn die Erregung des Heizwiderstandes beginnt. R₀ repräsentiert den Widerstand (Ω) des Heizwiderstandes bei 0°C. α₀ repräsentiert einen Temperaturkoeffizienten unter Bezugnahme auf 0°C und der Koeffizient wir durch das Material des Heizwiderstandes bestimmt. Daher ist es aus Ausdruck 1 offensichtlich, dass der Widerstand des Heizwiderstandes proportional zu der Umgebungstemperatur ist.
Der Widerstand wird auch wie folgt entsprechend dem Ohm'schen Gesetz ausgedrückt. RT = VT/I Ausdruck 2
Der Strom I(A) ist konstant, weil ein konstanter Strom durch den Heizwiderstand geleitet wird. Das heißt, Ausdruck 2 zeigt an, dass die Spannung V_T des Heizwiderstandes (eine Spannung (V), die durch die differenzielle Verstärker-Schaltkreiseinheit 230 in der vorliegenden Ausführungsform ausgegeben wird) proportional zu dem Widerstand R_T(Ω) ist, und Ausdruck 1 zeigt an, dass die Spannung proportional zu der Umgebungstemperatur ist.
Wenn die Erregung des Heizwiderstandes fortgesetzt wird, steigt die Temperatur des Heizwiderstandes über die Temperatur der umgebenden Flüssigkeit, und die Menge an Wärme, die von dem Heizwiderstand an die umgebende Flüssigkeit geleitet wird, hängt von der thermischen Leitfähigkeit der Flüssigkeit ab. Das heißt, die Rate des Temperaturanstiegs des Heizwiderstandes hängt von der thermischen Leitfähigkeit der Flüssigkeit ab, die denselben umgibt. Es ist bekannt, dass die thermische Leitfähigkeit einer Flüssigkeit von der Konzentration einer bestimmten Komponente abhängt, die in der Flüssigkeit enthalten ist. Daher kann, wenn der Heizwiderstand in eine Flüssigkeit eingetaucht ist und die Flüssigkeit für eine bestimmte Zeitdauer geheizt wird, eine Änderung der thermischen Leitfähigkeit der Flüssigkeit, die den Widerstand umgibt, gefunden werden, indem das Maß einer Änderung des Widerstandes des Heizwiderstandes ermittelt wird, wobei die Konzentration der Flüssigkeit ermittelt werden kann.
Das oben beschriebene wird durch den Graph von 7 repräsentiert. Man nehme z.B. an, dass ein Heizwiderstand, der in eine wässrige Harnstofflösung bei einer Temperatur von 25°C eingetaucht ist, für 700 ms erregt wird. Wenn die Harnstoffkonzentration der wässrigen Harnstofflösung 0 Gew.-% ist, erlebt der Heizwiderstand dann eine Spannungsänderung von 1220 mV (z.B. eine Änderung in dem Spannungsabfall entlang des Widerstandes, wenn ein konstanter Strom durch den Widerstand geleitet wird), der mit einer Änderung dessen Widerstandes assoziiert ist. Harnstoffkonzentrationen von 16,25 Gew.-% und 32,5 Gew.-% resultieren in einer Spannungsänderung von 1262 mV bzw. 1298 mV. Das heißt, ein Anstieg der Harnstoffkonzentration der wässrigen Harnstofflösung resultiert in einer geringeren thermischen Leitfähigkeit, die die Ableitung von Wärme von dem Heizwiderstand unterdrückt und die Temperaturanstiegsrate desselben erhöht. Als ein Ergebnis erlebt der Heizwiderstand eine größere Widerstandsänderung und eine größere Spannungsänderung (durch ΔV in der Figur angezeigt), die mit der Widerstandsänderung assoziiert ist.
Man wird aus dem obigen verstehen, dass es eine proportionale Beziehung, wie in 7 gezeigt, zwischen der Harnstoffkonzentration der wässrigen Harnstofflösung und einer Änderung des Widerstandes (z. B. wie durch eine Änderung in dem Spannungsabfall über den Widerstand gemessen) des Heizwiderstandes gibt. Der folgende Ausdruck repräsentiert die Beziehung zwischen der Harnstoffkonzentration der wässrigen Harnstofflösung um den Heizwiderstand und die Spannungsänderung ΔV, die mit der Widerstandsänderung des Heizwiderstandes assoziiert ist. ΔV = aTC + bT Ausdruck 3
Wobei ΔV eine Differenz (mV) zwischen einer Spannung, die mit dem Widerstand des Heizwiderstandes assoziiert ist, die nachdem die Erregung gestartet wurde, detektiert wird, und einer Spannung, die mit dem Widerstand assoziiert ist, der nachdem eine bestimmte Detektionszeit (z. B. 700 ms) nach dem Start der Erregung vergangen ist detektiert wurde; C repräsentiert die Konzentration von Harnstoff (Gew.-%) in der wässrigen Harnstofflösung; und a_T repräsentiert eine Steigung einer Linie ΔV-C, genommen, wenn die wässrige Harnstofflösung bei einer Temperatur T°C ist; und b_T repräsentiert einen Achsenabschnitt der Linie ΔV-C, genommen, wenn die wässrige Harnstofflösung bei einer Temperatur T°C ist Selbst wenn die Konzentration von Harnstoff, der in der wässrigen Harnstofflösung enthalten ist, unverändert bleibt, resultiert eine Änderung der Temperatur der wässrigen Harnstofflösung in einer Änderung der Temperaturanstiegsrate (oder der Spannungsänderung ΔV) des Heizwiderstandes. Das heißt, die Temperaturanstiegsrate des Heizwiderstandes hängt auch von der Temperatur der wässrigen Harnstofflösung ab.
Diese obige Beschreibung wird auch durch den Graph in 7 repräsentiert. Wenn der Heizwiderstand für 700 ms erregt wird, um eine wässrige Harnstofflösung bei einer Temperatur von 25°C mit einer Harnstoffkonzentration von 32,5 Gew.-% zu heizen, gibt es z.B. eine Spannungsänderung ΔV von 1298 mV, die mit einer Widerstandsänderung des Heizwiderstandes assoziiert ist. Im Gegensatz dazu gibt es eine Spannungsänderung ΔV von 1440 mV, wenn eine wässrige Harnstofflösung bei einer Temperatur von 80°C mit derselben Konzentration für 700 ms erregt wird. Das heißt, wenn die Harnstoffkonzentration einer wässrigen Harnstofflösung unverändert bleibt, erlebt der Heizwiderstand eine geringere Widerstandsänderung und somit eine geringere Spannungsänderung ΔV, die mit der Widerstandsänderung assoziiert ist, je geringer die Starttemperatur der wässrigen Harnstofflösung ist.
Wie oben gezeigt, hängt die Beziehung zwischen der Harnstoffkonzentration einer wässrigen Harnstofflösung und einer Widerstandsänderung (Spannungsänderung ΔV) eines Heizwiderstandes von der Temperatur der wässrigen Harnstofflösung ab. Daher kann die Harnstoffkonzentration genau berechnet werden, indem Ausdruck 3 unter Bezugnahme der Temperatur der wässrigen Harnstofflösung, die man aus Ausdruck 1 und 2 erhält, korrigiert (kallibriert) wird. Ausdrücke für eine solche Korrektur unter Bezugnahme auf die Temperatur der wässrigen Harnstofflösung sind unten gezeigt. aT = a25 + x(T – 25) Ausdruck 4 bT = b25 + x(T – 25) Ausdruck 5
Wobei a₂₅ die Steigung einer Linie ΔV-C repräsentiert, wenn die Temperatur der wässrigen Harnstofflösung 25°C ist; x repräsentiert einen Temperatur-Korrekturkoeffizienten der Steigung der Linie. Analog repräsentiert b₂₅ einen Achsenabschnitt der Steigung der Linie ΔV-C, wenn die Temperatur der wässrigen Harnstofflösung 25°C ist; und y repräsentiert einen Temperatur-Korrekturkoeffizienten für den Achsenabschnitt der Linie.
Experimente bestimmten die Korrekturwerte a₂₅ = 2,3, b₂₅ = 1,223, x = 0,015, und y = 2,45, die gute Resultate für die Ausdrücke 3, 4 und 5 geben. 8 zeigt an, dass eine Konzentration einer wässrigen Harnstofflösung, die man durch eine Korrektur erhält, wenn diese Werte verwendet werden (eine konvertierte Konzentration), im Wesentlichen mit der tatsächlichen Konzentration von Harnstoff übereinstimmen.
Der Flüssigkeitszustands-Detektiersensor 100 der vorliegenden Ausführungsform detektiert den Pegel, die Temperatur und die Harnstoffkonzentration einer wässrigen Harnstofflösung basierend auf solchen Prinzipien. Das Zustands-Detektionsprogramm wird nun unter Bezugnahme auf die 3, 4 und 9 bis 14 beschrieben. Die 9 bis 12 sind ein Flussdiagramm einer Hauptroutine des Zustands-Detektionsprogramms. 13 ist ein Flussdiagramm einer Bestimmungs-Subroutine eines statischen Zustands. 14 ist ein Graph, der Schwellwerte Q und R zum Ermitteln von Freilaufheizen und den Druck einer fremden Flüssigkeit erläutert. Jeder Schritt des Flussdiagramms kann gekennzeichnet sein, indem man die Abkürzung "S" benutzt.
Wenn der Zustand einer wässrigen Harnstofflösung basierend auf einer Instruktion von einer ECU detektiert wird, wird das Zustands-Detektionsprogramm, das in dem ROM 222 gespeichert ist, in einen vorbestimmten Speicherbereich des RAM 300 gelesen und ausgeführt. Wie in 9 gezeigt ist, wird als erstes eine Initialisierung (Schritt S1) durchgeführt, um alle Variablen und Zählwerte in den Speicherbereichen des RAM 300, der in 4 gezeigt ist, zurückzusetzen. Dann Werden anfängliche Werte gesetzt (Schritt S2) und anfängliche Werte, die in dem ROM 222 gespeichert sind, werden als die Detektionswerte in die Pegelfluktuations-Speicherbereiche 301 des RAM 300, die Spannungen Vn und Vp in die Spannungs-Speicherbereiche 302, die Differenzen ΔVmn und ΔVmp in die Spannungsdifferenz-Speicherbereiche 303 geschrieben und die konvertierten Konzentrationen Cn und Cp in die Speicherbereiche 305 für die Konvertierten Konzentrationen geschrieben. Das Zustands-Detektionsprogramm wiederholt die Prozesse der Schritte S2 bis S90 nachdem die Ausführung gestartet wurde, und die Variablen und Zählwerte, die andere als die oben erwähnten sind, werden kontinuierlich während der Ausführung des Zustand-Detektionsprogramms erhalten.
Der Timer T1 wird dann zurückgesetzt (Schritt S3), und es wird auf ein Zählwert in einem Timer-Programm (nicht dargestellt), das separat ausgeführt wird, um den Wert in einem Timerzählwert-Speicherbereich 306 zu speichern, als der anfängliche Wert des Timers T1 Bezug genommen. Analog wird der Timer T2 zurückgesetzt (Schritt S4) und ein Zählwert in dem Timer-Programm wird in ein Timerzählwert-Speicherbereich 306 als der anfängliche Wert des Timers T2 geschrieben.
Es gibt eine Ablaufzeit von 1 sek nachdem der Timer T2 zurückgesetzt worden ist in Schritt S5 (S5: NEIN). An diesem Punkt des Prozesses wird auf einen Zählwert in dem Timer-Programm Bezug genommen, um zu prüfen, ob eine Sekunde vergangen ist oder nicht. Diese Bestimmung basiert darauf, ob die Differenz zwischen dem Zählwert und dem anfänglichen Wert des Timers T2, der in Schritt S4 gespeichert worden ist, größer als ein Wert ist, der zu 1 sek korrespondiert oder nicht. Wenn 1 sek vergangen ist (S5: JA) wird eine Ausgabe des Pegel-Detektierteils 70 durch die Pegeldetektions-Schaltungseinheit 250 A/D-konvertiert und als Eingabe zu dem Mikrocomputer 220 gegeben. Der Eingabewert wird in einem Pegelfluktuations-Speicherbereich 301 des RAM 300 als ein Detektionswert des Pegels der wässrigen Harnstofflösung basierend auf dem oben beschriebenen Prinzip der Pegeldetektion gespeichert (Schritt S6).
Dann wird der Pegeldetektionswert, der in dem Pegelfluktuations-Speicherbereich 301 in Schritt S6 gespeichert wurde, in einen Ausgabewert konvertiert, der den aktuellen Pegel der wässrigen Harnstofflösung repräsentiert, indem eine Konvertierungsformel oder eine Tabelle verwendet wird, die experimentell erzeugt ist und vorab in dem ROM 222 gespeichert wurde. Der konvertierte Pegelwert wird an die ECU von dem Flüssigkeitszustands-Detektiersensor 100 ausgegeben (Schritt S15).
Der Prozess prüft dann, ob 59 Sekunden vergangen sind, seit der Timer T1 in Schritt S3 zurückgesetzt worden ist (Schritt S16). Falls dies nicht der Fall ist, kehrt der Prozess zu Schritt S4 (S16: NEIN) zurück, um die Schritte S4 bis S15 zu wiederholen. Wenn 59 Sekunden vergangen sind, seit der Timer T1 zurückgesetzt worden ist (S16: JA), schreitet der Prozess zu Schritt S21, der in 10 gezeigt ist, fort.
Wie in 10 gezeigt, wird in Schritt S21 der Timer T2 zurückgesetzt, genauso wie es in Schritt S4 getan wurde (Schritt S21), und der Zählwert des Timer-Programms wird zu dieser Zeit als der anfängliche Wert des Timers T2 gespeichert. Dann wird ein Steuersignal von dem Mikrocomputer 220 an den Schalter 260 gesendet, wobei der Schalter 260 geschlossen wird, um das Konstantstrom-Ausgabeteil 240 mit dem Erregen des Heizwiderstandes 114 zu starten (Schritt S22). Wie oben beschrieben, wird eine Strom-Stabilisierungszeit von 10 ms nach dem Start der Erregung des Heizwiderstandes 114 gesetzt. Beim nächsten Schritt S23 prüft der Prozess, ob 10 ms vergangen sind, seit der Timer T2 in Schritt S21 zurückgesetzt worden ist, und falls dies nicht der Fall ist, wartet der Prozess (S23: NEIN). Wenn eine Wartezeit von 10 ms vergangen ist (S23: JA), wird eine durch den Heizwiderstand 114 detektierte Spannung durch die differenzielle Verstärker-Schaltkreiseinheit 230 gemessen und die Detektionsspannung wird als Eingabe zu dem Mikrocomputer 220 gegeben und in einem Spannungs-Speicherbereich 302 als die Spannung Vm gespeichert (Schritt S24).
Es wird im nächsten Schritt S25 auf die Speicherbereiche für die Spannung Vm von den Spannungs-Speicherbereichen 302 Bezug genommen, um zu prüfen, ob fünf oder mehr Spannungen gespeichert worden sind oder ob die Messung der Detektionsspannung in Schritt S24 fünfmal oder mehr durchgeführt worden ist (Schritt S25). Wenn die Spannung weniger als fünfmal abgefragt worden ist (S25: NEIN), schreitet der Prozess direkt zu Schritt S27 fort, um die Spannung Vm in eine Temperatur, wie unten beschrieben, zu konvertieren.
Auf der anderen Seite, bei dem fünften oder späteren Zyklus des Schrittes S25, sind fünf Spannungen in den Speicherbereichen für die Spannung Vm der Spannungsfluktuations-Speicherbereiche 302 gespeichert. Es wird somit ermittelt, dass die Abfrage fünfmal oder mehr durchgeführt worden ist (S25: JA), und der Prozess schreitet zu Schritt S26 fort. Da die letzten fünf Spannungen der somit gemessenen Detektionsspannungen in den Speicherbereichen für die Spannung Vm, wie oben beschrieben, gespeichert sind, wird die früheste von ihnen bei dem sechsten oder späteren Zyklus in Schritt S24 des Zustands-Detektionsprogramms überschrieben. Dann berechnet Schritt S26 einen Mittelwert von drei Spannungen von den fünf letzten Spannungen, die in den Speicherbereichen für die Spannung Vm der Spannungs-Speicherbereiche 302 gespeichert sind, wobei der maximale und minimale Wert ausgeschlossen wird (S26).
In Schritt S27 wird eine Berechnung basierend auf den Ausdrücken 1 und 2 durch Substituieren der gemittelten Spannung Vm, die in Schritt S26 berechnet wurde, für V_T berechnet, wenn der Vorgang in Schritt S26 durchgeführt worden ist, und Substituieren der letzten Spannung, die in den Speicherbereichen für die Spannung Vm von den Spannungs-Speicherbereichen 302 gespeichert worden ist, für V_T, wenn der Vorgang in Schritt S26 nicht durchgeführt worden ist. Somit erhält man die Temperatur T der wässrigen Harnstofflösung, um den Heizwiderstand 114. Die berechnete Temperatur wird von der Eingabe-/Ausgabe-Schaltkreiseinheit 290 an die ECU als ein Temperatur-Informationssignal gesendet (S27).
Als nächstes prüft in Schritt S31, der in 11 gezeigt ist, der Prozess, ob 500 msec vergangen sind seit der Timer in Schritt S21 zurückgesetzt worden ist (S31). Falls nicht, wartet der Prozess (S31: NEIN). Wenn 500 msec vergangen sind (S31: JA), wird ein durch den Heizwiderstand 114 detektierte Spannung auf dieselbe Weise wie oben beschrieben gemessen und in einem Spannungs-Speicherbereich 302 als die Spannung Vp gespeichert (Schritt S32). Dann wird die Differenz zwischen der Spannung Vp und dem letzten Wert der Spannung Vm, die in Schritt S24 gespeichert wurde, berechnet und in einem Spannungsdifferenz-Speicherbereich 303 als die Differenz ΔVmp gespeichert (Schritt S33).
Weiter prüft der Prozess in Schritt 34 ob oder ob nicht 700 ms vergangen sind, seit der Timer T2 in Schritt S21 zurückgesetzt worden ist (S34). Falls nicht, wartet der Prozess (S34: NEIN). Wenn 700 ms vergangen sind (S34: JA), wird eine durch den Heizwiderstand 114 detektierte Spannung auf dieselbe Weise, wie oben beschrieben, gemessen und in einem Spannungs-Speicherbereich 302 als die Spannung Vn (Schritt S35) gespeichert. Wenn die Spannungsmessung abgeschlossen ist, wird ein Steuersignal für den Schalter 260 von dem Mikrocomputer 220 ausgegeben, um die Erregung des Heizwiderstandes 114 zu stoppen (Schritt S36). Dann wird der Unterschied zwischen der Spannung Vn und dem letzten Wert der Spannung Vm, der in Schritt S24 gespeichert worden ist, berechnet und in einem Spannungsdifferenz-Speicherbereich 303 als die Differenz ΔVmn auf dieselbe Weise wie in Schritt S33 gespeichert (Schritt S37).
Eine Konvertierung in eine Konzentration wird basierend auf dem oben beschriebenen Prinzip der Harnstoffkonzentration-Detektion unter Verwendung der somit berechneten Differenzen ΔVmp und ΔVmn durchgeführt. Insbesondere wird eine Berechnung basierend auf den Ausdrücken 3 bis 5 mit jeder der der Differenzen ΔVmp und ΔVmp unter Verwendung der Temperatur der wässrigen Harnstofflösung, die man in Schritt S27 erhalten hat, durchgeführt, um konvertierte Werte Cp und Cn der Konzentration von Harnstoff, der in der wässrigen Harnstofflösung enthalten ist, zu erhalten. Die konvertierten Konzentrationen Cp und Cn werden in den jeweiligen Speicherbereichen 305 für die konvertierte Konzentration gespeichert (Schritt S38). Die CPU 221, die die konvertierte Konzentration Cp in Schritt S38 basierend auf dem Wert ΔVmp, der in Schritt S37 berechnet wurde, berechnet, korrespondiert zu der "Ermittlungskonzentrations-Erfassungseinheit" der Erfindung.
Ermittlungsprozesse von Schritten S51, S52 und S71, die in 12 gezeigt sind, werden dann durchgeführt, um zu ermitteln, ob der Zustand der wässrigen Harnstofflösung, die somit detektiert ist, abnormal ist. Die CPU 221, die ermittelt, ob die wässrige Harnstofflösung in einem abnormalen Zustand ist oder nicht, indem die Ermittlungsprozesse von Schritten S51, S52 und S71 durchgeführt werden, korrespondiert zu der "Anomalie-Detektiereinheit" der Erfindung.
Zuerst wird in Schritt S51 ein Vergleich zwischen der Differenz ΔVmn, die in dem Spannungsdifferenz-Speicherbereich 303 gespeichert ist, und einem maximalen Wert der Spannungsänderung ΔV (der in 14 nur als ein Beispiel gezeigte Schwellwert Q) basieren auf Werten, die die Harnstoffkonzentration der wässrigen Harnstofflösung annehmen kann, gemacht, der maximale Wert ist experimentell ermittelt und zuvor in dem ROM 222 gespeichert (Schritt S51). Der Prozess schreitet zu Schritt S71 fort, wenn die Differenz ΔVmp gleich oder größer als der Schwellwert Q ist (S51: NEIN).
In Schritt S71 wird ein Vergleich zwischen der Differenz ΔVmn und einem minimalen Wert, den eine Spannungsänderung annehmen kann, wenn der Heizwiderstand 114 durch Luft umgeben ist (der Schwellwert R, der in 14 nur als ein Beispiel gezeigt ist), gemacht, der minimale Wert ist im Voraus experimentell ermittelt und in dem ROM 222 gespeichert. Wenn die Differenz ΔVmn größer als der Schwellwert R ist (S71: JA), ist ermittelt, dass der Harnstoff-Wasser-Tank 98 leer ist oder in einem Zustand des freilaufenden Heizens und die Prozesse von Schritten S72 bis S77 werden durchgeführt. In diesem Fall hat die Differenz ΔVmn, z. B. einen Wert einer Größe G, der größer als der Schwellwert R ist, wie nur als ein Beispiel in 14 gezeigt.
In Schritt S72 wird eine Ermittlungs-Subroutine für einen statischen Zustand wie in 13 gezeigt, durchgeführt (S72). Als erstes wird ein Normalitäts-Detektions-Flag in einem Flag-Speicherbereich 307 auf 0 gesetzt (Schritt S101) und eine Pegelfluktuationsweite (das heißt ein Verteilungsbereich) wird dann berechnet (Schritt S102). Dieser Prozess identifiziert den Unterschied zwischen der konvertierten Konzentration Cn und der konvertierten Konzentration Cp, die in den Speicherbereichen 305 für die konvertierte Konzentration gespeichert sind. Im Speziellen wird die Weite einer Konzentrationsänderung zwischen der der Konzentration, die 500 msec nach dem Start der Erregung des Heizwiderstandes detektiert ist, und der Konzentration, die 700 msec nach dem Beginnen der Erregung als Differenz erhalten. Ein Vergleich zwischen der Differenz (Konzentrationsfluktuationsweite) und einem maximalen Wert (Schwellwert K) der Konzentrations-Fluktuationsweite, die die wässrige Harnstofflösung annehmen kann, wenn die wässrige Harnstofflösung als in einem statischen Zustand befindlich betrachtet werden kann, wird durchgeführt, der maximale Wert ist im Voraus experimentell ermittelt und in dem ROM 222 gespeichert (Schritt S103). Wenn die Konzentrationsfluktuationsweite größer als der Schwellwert J ist (S103: JA), ermittelt, dass die wässrige Harnstofflösung nicht in einem statischen Zustand ist und ein Flag für einen statischen Zustandwird auf 0 gesetzt (Schritt S111). Wenn die Konzentrationsfluktuationsweite gleich oder kleiner als der Schwellwert K ist (S103: NEIN), ist ermittelt, dass die wässrige Harnstofflösung in einem statischen Zustand ist, und der Flag für einen statischen Zustand wird auf 1 gesetzt (Schritt S112). Der Prozess kehrt dann zu der Hauptroutine zurück. Die CPU 221, die ermittelt, ob die wässrige Harnstofflösung in einem statischen Zustand ist oder nicht, indem die Ermittlungs-Subroutine für den statischen Zustand durchgeführt wird, korrespondiert mit der "Ermittlungseinheit für den statischen Zustand" der Erfindung, und die Konzentrationsfluktuationsweite korrespondiert zu dem „Ermittlungswert für den statischen Zustand" der Erfindung. Die CPU 221, die die Differenz zwischen der konvertierten Konzentration (erste Konzentration) und der konvertierten Konzentration (zweite Konzentration) als die Konzentrationsfluktuationsweite (Konzentrationsdifferenz) in Schritt S102 erhält, korrespondiert zu der „Konzentrationsdifferenz-Berechnungseinheit" der Erfindung.
Wenn der Prozess zu der Hauptroutine des Zustands-Detektionsprogramms, der in 12 gezeigt ist, zurückkehrt, wird in Schritt S73 eine Ermittlung gemacht, ob die Lösung in einem statischen Zustand ist oder nicht. Wenn die Lösung als in einem statischen Zustand ermittelt worden ist, aus dem auf 1 gesetzten Flag für den statischen Zustand (S73: JA), wird ein Freilaufheizzähler in einem Zählwert-Speicherbereich um 2 erhöht (Schritt S75). Wenn aus dem auf 0 gesetzten Flag für den statischen Zustand (S73: NEIN) die Lösung als nicht in einem statischen Zustand ermittelt worden ist, wird der Freilaufheizzähler um 1 erhöht (Schritt S74). Anschließend fährt der Prozess zu Schritt S76 fort, in dem auf den Wert in dem Freilaufheizzähler Bezug genommen wird. Wenn der Wert kleiner als ein Schwellwert H als ein oberer Grenz-Zählwert ist, der im Voraus gesetzt wurde und in dem ROM 222 gespeichert wurde (der Schwellwert korrespondiert zu dem "Anomalie-Ermittlungswert" der Erfindung, und ist z. B. auf 10 gesetzt), schreitet der Prozess direkt zu Schritt S90 fort (S76: NEIN). Dann wartet der Prozess für einen Ablauf von 60 Sekunden nach dem Reset des Timers T1 in Schritt S3 (S90: NEIN). Wenn 60 Sekunden vergangen sind (S90: JA), kehrt der Prozess zu Schritt S2 zurück. Die CPU 221, die die Prozesse der Schritte S74 und S75 und die Schritte S63, S64, S83 und S84, die später beschrieben werden, durchführt, um die Zählwerte des Freilauf-Heizzählers, des Konzentrations-Anomalie-Zählers und des Fremdflüssigkeits-Zählers zu erhöhen, korrespondieren zu der „Zähleinheit" der Erfindung. Weiterhin korrespondiert die CPU 221, die die Ermittlungsprozesse des Schritts S73 und der später zu beschreibenden Schritte S62 und S82 durchführt, um so die Zählwerte zu setzen, die in jeweils den Zählern bei unterschiedlichen Werten in Abhängigkeit davon, ob die wässrige Harnstofflösung in einem statischen Zustand ist, zu erhöhen, mit der "Setzwert-Änderungs-Einheit" der Erfindung.
Der Freilauf-Heizzähler wird erhöht wenn die Hauptroutine des Zustands-Detektionsprogramms wiederholt ausgeführt wird. Wenn der Wert gleich oder oberhalb des Schwellwerts H (S76: JA) ist, wird ein Zustand des freilaufenden Heizens als eingetreten ermittelt, und ein Benachrichtigungssignal, das die ECU von dem freilaufenden Heizen benachrichtigt, wird über die Eingabe-/Ausgabe-Schaltkreiseinheit 290 gesendet (Schritt S77). Danach kehrt der Prozess zu Schritt S2 über Schritt S90, wie oben beschrieben, zurück. Die CPU 221, die die Ermittlungsschritte von Schritt S76 und später zu beschreibenden Schritten S65 und S85 durchführt, um das Auftreten eines Zustands von freilaufendem Heizen, eines Zustands, der als Konzentrations-Anomalie betrachtet wird, oder eines Zustandes, bei dem der Behälter eine fremde Flüssigkeit enthält, ermittelt, korrespondiert zu der "Anomalie-Ermittlungs-Einheit" der Erfindung. Die CPU 221, die die Prozesse von Schritt S77 und den später zu beschreibenden Schritten S66 und S86 durchführt, um ein Signal zu senden, das die ECU von dem Zustand des freilaufenden Heizens, dem Zustand, der als Konzentrations-Anomalie betrachtet wird, oder dem Einschluss einer fremden Flüssigkeit benachrichtigt, korrespondiert zu der "Benachrichtigungseinheit" der Erfindung.
Wenn die Differenz ΔVmn ein Wert ist, der gleich oder kleiner als der Schwellwert R, bei dem oben beschriebenen Schritt S71 (S71: NEIN) ist, wird die den Heizwiderstand 114 umgebende Flüssigkeit als eine Flüssigkeit detektiert, die anders ist als eine wässrige Harnstofflösung (z. B. Diesel) detektiert, und die Prozesse der Schritte S81 bis S86 werden durchgeführt. In diesem Fall hat die Differenz ΔVmn z. B. einen Wert mit einer Größe F, die in dem Bereich zwischen dem Schwellwert Q und dem Schwellwert R ist, inklusive, wie nur als ein Beispiel in 14 dargestellt ist.
Die Ermittlungs-Subroutine für den statischen Zustand, die unter Bezugnahme auf 13 beschrieben ist, wird in Schritt S81 durchgeführt, um den Flag des statischen Zustands auf 0 oder 1 zu setzen (S81). Analog wird in Schritt S82 ermittelt, ob die Flüssigkeit in einem statischen Zustand ist oder nicht. Wenn sie in einem statischen Zustand ist (S82: JA), wird der Fremdflüssigkeits-Zähler in dem Zählwert-Speicherbereich um 2 erhöht (Schritt S84). Wenn sie nicht in einem statischen Zustand ist (S82: NEIN), wird der Fremdflüssigkeits-Zähler um 1 erhöht (Schritt S83). Der Prozess schreitet anschließend zu Schritt S85 fort, bei dem auf den Wert in dem Fremdflüssigkeits-Zähler Bezug genommen wird, und der Prozess schreitet direkt zu Schritt S90, wenn der Wert kleiner als der oben beschriebene Schwellwert H ist (S85: NEIN). Wenn der Wert in dem Fremdflüssigkeits-Zähler gleich oder größer als der Schwellwert H ist (S85: JA), wird eine Fremdflüssigkeit als in dem Harnstoff-Wasser-Tank 98 befindlich ermittelt, und ein Benachrichtigungssignal, das die Anwesenheit einer fremden Flüssigkeit anzeigt, wird über die Eingabe-/Ausgabe-Schaltkreiseinheit 290 an die ECU gesendet (Schritt S86). Anschließend kehrt der Prozess zu Schritt S2 über Schritt S90 wie oben beschrieben zurück.
Wenn in dem oben beschriebenen Schritt S51 die Differenz ΔVmn kleiner als der Schwellwert Q ist (S51: JA), schreitet der Prozess zu Schritt S52 fort. In diesem Fall hat die Differenz ΔVmn z. B. einen Wert einer Größe E, der kleiner als der Schwellwert Q ist, wie nur als ein Beispiel in 14 gezeigt.
In Schritt S52 wird ein Vergleich zwischen dem zuletzt konvertierten Konzentrationswert Cn, der in dem Speicherbereich 305 für die konvertierte Konzentration in Schritt S38 gespeichert ist, und einem maximalen Wert einer Konzentration, den man für die Flüssigkeit um den Heizwiderstand 114 annehmen kann, wenn es Wasser ist (ein Schwellwert W, der nicht dargestellt ist), gemacht, der maximale Wert ist im Voraus experimentell ermittelt und in der ROM 222 gespeichert (Schritt S52). Wenn die konvertierte Konzentration Cn gleich oder kleiner als der Schwellwert W ist (S52: NEIN), ist eine Anomalie detektiert, die in der Harnstoffkonzentration der wässrigen Harnstofflösung, die in dem Harnstoff-Wasser-Tank 98 enthalten ist, aufgetreten, und die Prozesse der Schritte S61 bis S66 werden durchgeführt.
In Schritt S61 wird die Ermittlungs-Subroutine für den statischen Zustand, die in Bezugnahme auf 13 beschrieben ist, ausgeführt, und der Flag für den statischen Zustand ist als 1 oder 0 gesetzt (Schritt S61). Analog wird in Schritt S62 eine Ermittlung durchgeführt, ob die Flüssigkeit in einem statischen Zustand ist oder nicht. Wenn Sie in einem statischen Zustand ist (S62: JA), wird der Konzentrations-Anomalie-Zähler um 2 erhöht (S64). Wenn die Flüssigkeit nicht in einem statischen Zustand ist (S62: NEIN), wird der Konzentrations-Anomalie-Zähler um 1 erhöht (S63). Der Prozess schreitet anschließend zu Schritt S65 fort, bei dem Bezug genommen wird auf den Wert in dem Konzentrations-Anomalie-Zähler, und der Prozess schreitet direkt zu Schritt S90, wenn der Wert kleiner ist, als der oben beschriebene Schwellwert H (S65: NEIN). Wenn der Wert in dem Konzentrations-Zähler gleich oder größer als der Schwellwert H ist (S65: JA), ermittelt der Prozess, dass eine Anomalie in der Konzentration von Harnstoff in der wässrigen Harnstofflösung vorliegt (z. B. ein Zustand in dem zusätzliches Wasser in dem Harnstoff-Wasser-Tank 98 enthalten ist), und ein Benachrichtigungssignal, dass die ECU von der Anomalie der Konzentration benachrichtigt, wird über die Eingabe-/Ausgabe-Schaltkreiseinheit 290 gesendet (Schritt S66). Danach schreitet der Prozess über Schritt S90 zu Schritt S2, wie oben beschrieben, fort.
Wenn die konvertierte Konzentration Cn größer als der Schwellwert W bei dem oben beschriebenen Schritt S52 ist (S52: JA), ermittelt der Prozess, dass die in dem Harnstoff- Wasser-Tank 98 enthaltene wässrige Harnstofflösung nicht in einem besonderen abnormalen Zustand oder in keinem eines Zustandes des Leerseins, einem Zustand, in dem die Lösung eine fremde Flüssigkeit enthält, und einem Zustand in dem die Harnstoffkonzentration als abnormal betrachtet wird, ist. Zu dieser Zeit wird der Normalitäts-Detektions-Flag geprüft (Schritt S53). Wenn dieser Ermittlungsprozess zum ersten Mal durchgeführt wird, schreitet der Prozess zu Schritt S56 mit dem Setzen des Normalitäts-Detektions-Flag zu 1 fort (Schritt S54), da der Normalitäts-Detektions-Flag auf 0 gesetzt ist (S53: NEIN).
Wenn bestimmt wird, dass die wässrige Harnstofflösung in einem bestimmten abnormalen Zustand ist (S51: NEIN oder S51: JA und S52: NEIN), wird das Normalitäts-Detektions-Flag in Schritt S101 der Ermittlungs-Subroutine für den statischen Zustand in 13 auf 0 gesetzt. Daher wird, wenn der Prozess ermittelt, dass die wässrige Harnstofflösung nicht bei zwei aufeinanderfolgenden Möglichkeiten während der wiederholten Ausführung der Hauptroutine des Zustands-Detektionsprogramms nicht in einem besonderen abnormalen Zustand ist (S51: JA und S52: JA), eine "1" in dem Normalitäts-Detektions-Flag bei dem Prozess des zuvor durchgeführten Schrittes S54 gespeichert sein (S53:JA). In diesem Fall wird jeder der Konzentrations-Anomalie-Zähler, Freilauf-Heizzähler und Fremdflüssigkeits-Zähler, die in den Zählerwert-Speicherbereichen 308 gespeichert sind, zurückgesetzt (Schritt S55). Da der Wert des Normalitäts-Detektionsflags gespeichert wird, wenn das Zustands-Detektionsprogramm wiederholt durchgeführt wird, werden die Zähler zurückgesetzt, wenn für die wässrige Harnstofflösung bestimmt worden ist, dass sie für beide, die vorhergehende und letzte Ermittlung nicht in einem bestimmten abnormalen Zustand ist.
Der Prozess ermittelt dann, dass der Harnstoff in der wässrigen Harnstofflösung eine normale Konzentration hat und die Differenz ΔVmn, die in eine Konzentration konvertiert werden soll, wird in einem Normal-Spannungsdifferenz-Speicherbereich 304 gespeichert (Schritt S56). Bei dem nächsten Schritt S57 wird auf die Normal-Spannungsdifferenz-Speicherbereiche 304 zum Speichern der Differenz ΔVmn Bezug genommen, um zu ermitteln, ob die Zahl der gespeicherten Spannungsdifferenzen fünf ist oder ob die Speicherung einer normalen Differenz ΔVmn bei Schritt S56 fünfmal oder öfter durchgeführt worden ist (S57). Wenn die Zahl der Male, bei der das Abtasten der Differenz ΔVmn durchgeführt worden ist, kleiner als fünf ist (S57: NEIN), schreitet der Prozess direkt zu Schritt S59 fort, und die normale Differenz ΔVmn, die in Schritt S56 gespeichert wurde, wird in eine Konzentration konvertiert.
In Schritt S56 werden die fünf letzten normalen Werte der Differenz ΔVmn in den Speicherbereichen für die Differenz ΔVmn wie oben beschrieben gespeichert. Wenn der Prozess ermittelt, dass Harnstoff in der wässrigen Harnstofflösung eine normale Konzentration für sechs Male oder mehr während der wiederholten Ausführung des Zustands-Detektionsprogramm hat, wird die älteste Spannungsdifferenz überschrieben.
Im Gegensatz dazu ermittelt, wenn die Zahl der gespeicherten Spannungsdifferenzen fünf oder größer ist, der Prozess, dass eine normale Differenz ΔVmn fünfmal oder mehr abgetastet wurde (S57: JA) und ein Prozess wird durchgeführt, um einen Mittelwert der drei Spannungsdifferenzen zu berechnen, die die fünf letzten Differenzen ΔVmn in den Normal-Spannungsdifferenz-Speicherbereichen 304 ausgenommen des maximalen und minimalen Werts sind (Schritt S58).
In Schritt S59 wird basierend auf dem oben beschriebenen Prinzip der Harnstoffkonzentrations-Detektion eine Konvertierung ähnlich zu Schritt S38 in eine Konzentration durchgeführt. Dies wird durch Substituieren des Mittelwerts der Differenz ΔVmn, die in Schritt S58 berechnet wurde, durch ΔV, wenn der Prozess von Schritt S58 durchgeführt worden ist, und Substituieren der zuletzt in den Normal-Spannungsdifferenz-Speicherbereichen 304 zum Speichern der Differenz ΔVmn gespeicherten Differenz für ΔV, wenn der Prozess von Schritt S58 nicht durchgeführt worden ist, gemacht. Das heißt, man erhält eine konvertierte Konzentration von Harnstoff, der in der wässrigen Harnstofflösung enthalten ist, durch Ausführen einer Berechnung, die die Ausdrücke 3 bis 5 für die normale Differenz ΔVmn und die Temperatur der wässrigen Harnstofflösung, die man in Schritt S27 erhalten hat, verwendet. Die somit berechnete konvertierte Harnstoffkonzentration wird von der Eingabe-/Ausgabe-Schaltkreiseinheit 290 als ein Konzentrations-Informationssignal zu der ECU gesendet (Schritt S59). Anschließend kehrt der Prozess zu Schritt S2 über Schritt S90 zurück, um das Zustands-Detektionsprogramm zu wiederholen.
Es sollte für Fachleute weiterhin offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen in der Form und des Details der Erfindung, wie sie oben gezeigt und beschrieben ist, gemacht werden kann. Es ist vorgesehen, dass solche Änderungen in dem Geist und Umfang der angehängten Ansprüche enthalten sind. Zum Beispiel wird gemäß dem Zustands-Detektionsprogramm die Temperatur einer wässrigen Harnstofflösung basierend auf den Ausdrücken 1 und 2 in Schritt S27 berechnet, und die Konzentration von Harnstoff ist basierend auf den Ausdrücken 3 bis 5 in den Schritten S38 und S59 berechnet. Solche Werte können alternativ in den Schritten S27, S38 und S59 erhalten werden, indem auf Werte in entsprechenden Tabellen Bezug genommen wird, die experimentell erzeugt sind und vorab in vorbestimmten Speicherbereichen des ROM 222 gespeichert sind.
Die Wartezeiten bei jedem der Schritte S5, S16, S23, S34 und S90 sind nur ein Beispiel und eine optimale Wartezeit kann alternativ durch Experimentieren gesetzt werden. Während der Schwellwert H des Konzentrations-Anomalie-Zählers, Freilauf-Heizzählers, und Fremdflüssigkeits-Zählers als ein Beispiel in der vorliegenden Ausführungsform auf 10 gesetzt ist, kann ein optimaler Schwellwert alternativ durch Experimentieren festgesetzt werden. Während die Zähler in der obigen Beschreibung in einem statischen Zustand um 2 erhöht werden und in einem nicht-statischen Zustand um 1 erhöht werden, können die Schrittweiten alternativ auf optimale Werte (ein optimales Verhältnis zwischen ihnen) durch Experimentieren gesetzt werden. Beide, der Schwellwert und die Zählerschrittweite, können geändert werden, um eine genauere Ermittlung eines abnormalen Zustands zu erlauben.
Eine alternative Anordnung kann verwendet werden, bei der eine Anomalie der Konzentration einer wässrigen Harnstofflösung auf dieselbe Weise wie in der vorliegenden Ausführungsform ermittelt wird, wenn die wässrige Harnstofflösung in einem statischen Zustand ist, und bei der die Anomalie-Ermittlung selbst nicht durchgeführt wird, wenn die Lösung nicht in einem statischen Zustand ist. Ein spezifisches Beispiel dieser Anordnung ist es, direkt zu Schritt S90 fortzufahren, wenn der Prozess bei einem der Schritte S62, S73 und S82 in einer negativen Ermittlung resultiert. Wie somit beschrieben, kann die Genauigkeit der Ermittlung eines abnormalen Zustands verbessert werden, indem die Anomalie-Ermittlung selbst übersprungen wird, wenn es eine Möglichkeit einer fehlerhaften Ermittlung eines abnormalen Zustands gibt.
In den Schritten S51 und S71 wird die Differenz ΔVmn mit den Schwellwerten Q und R verglichen, um einen Zustand des Freilauf-Heizens oder des Einschlusses einer fremden Flüssigkeit zu ermitteln. Die konvertierte Konzentration Cn, die in Schritt S38 berechnet ist, kann alternativ mit einem Schwellwert verglichen werden. Analog kann die Differenz ΔVmn alternativ mit einem Schwellwert verglichen werden, um zu ermitteln, ob Harnstoff in der wässrigen Harnstofflösung eine normale Konzentration hat oder nicht. In der Ermittlungs-Subroutine für einen statischen Zustand wird eine Ermittlung gemacht, ob eine wässrige Harnstofflösung in einem statischen Zustand ist, indem eine Konzentrationsfluktuationsweite mit dem Schwellwert K verglichen wird, wobei die Fluktuationsweite die Differenz zwischen der Harnstoffkonzentration, die 500 msec nach dem Start des mit Strom Versorgens (konvertierte Konzentration Cp) detektiert wurde, und der Harnstoffkonzentration, die 700 msec nach dem Start des mit Strom versorgens (konvertierte Konzentration Cn) detektiert wurde, ist. Alternativ kann die Differenz der Differenzen ΔVmp und ΔVmn, die in Schritt S102 in eine Konzentration konvertiert wurden, als eine Konzentrationsfluktuationsweite verwendet werden, und die Größe der Differenz kann mit einem Schwellwert verglichen werden, um eine Ermittlung eines statischen Zustands zu machen. Wenn eine Ermittlung eines statischen Zustands ohne durchführen der somit beschriebenen Konvertierung in eine Konzentration gemacht wird, kann der Schritt S38 gelöscht werden. Die CPU 221, die die Konzentrationsfluktuationsweite (Bestimmungsdifferenz) in Schritt S102 berechnet, korrespondiert zu der „Bestimmungsdifferenz-Berechnungseinheit" der Erfindung. Die CPU 221, die die Differenz ΔVmp (zweite Differenz) in Schritt S33 berechnet, korrespondiert mit der „Differenz-Berechnungseinheit" der Erfindung.
In der Bestimmungs-Subroutine für den statischen Zustand, kann eine Ermittlung basierend auf der Weite der Fluktuation in dem Pegel einer wässrigen Harnstofflösung gemacht werden, und eine Ermittlung kann alternative basierend auf einer Konzentrationsfluktuationsweite in einer Zeitdauer, die kürzer als in der vorliegenden Ausführungsform ist, gemacht werden. Die 15 und 16 zeigen ein Beispiel eines solchen Ermittlungsverfahrens. 15 ist ein Flussdiagramm, das eine Serie von Prozessen zeigt, die zu der Hauptroutine als eine Modifikation des Zustands-Detektionsprogramms hinzugefügt werden. 16 ist ein Flussdiagramm, das eine Modifikation der Ermittlungs-Subroutine für den statischen Zustand zeigt. Prozesse, die denselben Inhalt wie die Hauptroutine und die Ermittlungs-Subroutine für den statischen Zustand des Zustands-Detektionsprogramms in der vorliegenden Ausführungsform haben, werden durch dieselben Schrittnummern angezeigt.
Obwohl es nicht gezeigt ist, enthalten die Pegelfluktuations-Speicherbereiche 301 des RAM 300 Bereiche zum Speichern eines maximalen Pegelwerts und eines minimalen Pegelwerts. Die Speicherbereiche 305 für eine konvertierte Konzentration enthalten zwei Bereiche für die konvertierte Konzentration Cn, die zwei letzten konvertierten Konzentrationen Cn und jede konvertierte Konzentration, bevor diese verworfen werden. Bei dem Prozess von Schritt S2 des Zustands-Detektionsprogramms (siehe 9) wird eine minimaler Wert, den der maximale Pegelwert annehmen kann, als der anfängliche Wert in dem Pegel-Fluktuations-Speicherbereich 301 gesetzt, und ein maximaler Wert, den der minimale Pegelwert annehmen kann, wird analog gesetzt. Zum Beispiel werden, wenn der Pegel der wässrigen zu messenden Harnstofflösung in digitale Werte A/D konvertiert werden kann, die die Flüssigkeitspegel in 65536 Schritten repräsentieren, 0 und 65535 als der maximale bzw. minimale Pegelwert gespeichert.
Die Serie von Prozessen, die in 15 gezeigt ist, wird zwischen die Schritte S6 und S 15 des Zustands-Detektionsprogramms (Siehe 9) eingefügt und verwendet, um einen statischen Zustand basierend auf einer Pegel-Fluktuationsweite in der Ermittlungs-Subroutine für den statischen Zustand, die in 17 gezeigt ist, zu ermitteln, die später beschrieben wird. Wie in 15 gezeigt ist, wird eine Pegel-Fluktuationswert, der in Schritt S6 in 9 in einem Pegel-Fluktuations-Speicherbereich 301 gespeichert wurde, mit einem maximalen Pegelwert in einem Pegelfluktuationsspeicherbereich 301 in Schritt S11 verglichen. Wenn der Detektionswert größer als der maximale Pegelwert ist (S11: JA), wird der maximale Pegelwert aktualisiert, indem der Detektionswert als der maximale Pegelwert gespeichert wird (S12), und der Prozess schreitet zu Schritt S13 fort. Der Prozess Schreitet auch zu Schritt S13 fort wenn der Detektionswert gleich oder kleiner als der maximale Pegelwert ist (S11: NEIN), und der Pegel-Detektionswert wird dann mit einem minimalen Pegelwert auf dieselbe Weise wie in Schritt S11 verglichen. Wenn der Detektionswer gleich oder größer als der minimale Pegelwert ist, wird der minimale Pegelwert nicht aktualisiert. Wenn der Detektionswert kleiner als der minimale Pegelwert ist (S13: JA), wird der minimale Pegelwert aktualisiert, indem der Detektionswer als der minimale Wert gespeichert wird (S14), und der Prozess schreitet zu Schritt S15 in 9 fort. Das die Prozesse in Schritten S4 bis S16 wiederholt werden bis 59 sek vergangen sind seit dem der Timer T1 wie oben beschrieben zurückgesetzt worden ist werden der maximale und minimale Wird während dieser Zeitdauer aktualisiert.
Bei der Modifikation der in 16 gezeigten Ermittlungs-Subroutine für den statischen Zustand, wenn die Konzentrationsfluktuationsweite gleich oder kleiner als der Schwellwert J in Schritt S103 ist (S103: NEIN), wird anstelle des sofortigen Setzens des Flags für den statischen Zustand auf 1 eine Ermittlung des statischen Zustands durchgeführt, indem in den Schritten S104 und S105 eine Pegel-Fluktuationsweite verwendet wird, und in den Schritten S106 und S107 eine langfristige Konzentrations-Fluktuationsweite verwendet wird.
Als erstes wird eine Pegel-Fluktuationsweite in dem Schritt S104 berechnet (S104). Bei diesem Prozess erhält man die Differenz zwischen dem maximalen und minimalen Pegelwert, die in Schritt S12 und S14 in 15 aktualisiert und in den Pegel-Fluktuationsspeicherbereichen 301 gespeichert wurden. Dann wird die Differenz (Pegel-Fluktuationsweite) mit einem maximalen Wert (Schwellwert J) in einem statischen Zustand verglichen, der maximale Wert ist vorab experimentell ermittelt und in dem ROM 222 gespeichert (Schritt S10) Zu diesem Zeitpunkt wird, wenn die Pegel-Fluktuationsweite größer als der Schwellwert J ist (S105: JA), ermittelt, dass die wässrige Harnstofflösung nicht in einem statischen Zustand ist, und das Flag für den statischen Zustand wird auf 0 gesetzt (Schritt S111).
Wenn die Pegel-Fluktuationsweite gleich oder kleiner als der Schwellwert J ist (S105: NEIN), wird eine langfristige Konzentrations-Fluktuationsweite weiterhin berechnet (S106). Bei diesem Prozess erhält man die Differenz zwischen dem vorherigen Wert und dem letzten Wert der konvertierten Konzentration Cn, die in den Speicherbereichen 305 für die konvertierte Konzentration gespeichert sind. Insbesondere die Weite der Konzentrations-Fluktuation zwischen der letzten Harnstoffkonzentration und der Harnstoffkonzentration der wässrigen Harnstofflösung, die 60s vor derselben detektiert wurde, wird als eine Differenz erhalten. Die Differenz (langfristige Konzentrations-Fluktuationsweite) wird mit einem maximalen Wert (Schwellwert L) verglichen, den die Harnstoffkonzentrations-Fluktuationsweite annehmen kann, wenn die wässrige Harnstofflösung für eine lange Zeitdauer als in einem statischen Zustand ist betrachtet werden kann, der maximale Wert ist vorab experimentell ermittelt und in dem ROM 222 gespeichert (Schritt S107). Wenn die langfristige Konzentrations-Fluktuationsweite größer als der Schwellwert L ist (S107: JA), ermittelt der Prozess, dass die wässrige Harnstofflösung nicht in einem statischen Zustand ist, und der Flag für den statischen Zustand wird auf 0 gesetzt (Schritt S111). Wenn die langfristige Konzentrations-Fluktuationsweite gleich oder kleiner als der Schwellwert L ist (S107: NEIN), ermittelt der Prozess, dass die wässrige Harnstofflösung in einem statischen Zustand ist, und der Flag für den statischen Zustand wird auf 1 gesetzt (Schritt S112). Der Prozess kehrt zu der Hauptroutine zurück.
Während die oben beschriebene Modifikation der Ermittlungs-Subroutine für den statischen Zustand ein Beispiel repräsentiert, bei dem die Ermittlung basierend auf einer Konzentrations-Fluktuationsweite, basierend auf einer Pegelfluktuationsweite, und basierend auf einer langfristigen Konzentrations-Fluktuationsweite in dieser Reihenfolge gemacht wird, kann die Reihenfolge der Ermittlung willkürlich geändert werden.
Die Platine 60 kann als eine Platine zum Puffern der Ausgabe des Pegel-Detektierteils 70 und des Flüssigkeitseigenschafts-Detektierteils 30 zur Verfügung gestellt werden. Die Platine kann mit einem externen Schaltkreis verbunden sein, der den Mikrocomputer 220 usw. trägt, um Pegeldetektion durchzuführen und die Temperatur und Konzentration unter Steuerung des externen Schaltkreises durchzuführen.
Während ein Abtasten in den Schritten S25 und S57 fünfmal durchgeführt wird, um Spannungen Vm und normale Differenzen ΔVmn, die zu mitteln sind, zu erhalten, ist die Erfindung nicht auf das fünfmalige Abtasten eingeschränkt. Der Prozess des Ausschließens von maximalen und minimalen Werten kann von diesen Prozessen des Erhaltens dieser Mittelwerte entfernt werden.
Die Erfindung kann auf Flüssigkeitszustands-Detektiersensoren angewendet werden, die in der Lage sind, den die Konzentration einer Flüssigkeit zu detektieren.
Diese Anmeldung basiert auf der Japanischen Patentanmeldung JP 2005-328198, die am 11. November 2005 eingereicht wurde, und deren gesamter Inhalt hiermit unter Bezugnahme einbezogen wird, so als ob sie ausführlich dargelegt worden sei.

Claims

Eine Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung (100), umfassend: ein Detektierelement beinhaltend einen Heizwiderstand (114), der, wenn er erregt wird, Wärme generiert und in einem Flüssigkeitsbehälter (98) zum enthalten einer Flüssigkeit angeordnet ist, die Vorrichtung berechnet eine erste Differenz zwischen einem ersten korrespondierenden Wert, der mit einem ersten Widerstand des Heizwiderstands korrespondiert, der nachdem die Erregung des Heizwiderstands gestartet ist erfasst wird, und einem zweiten korrespondierenden Wert, der mit einem zweiten Widerstand des Heizwiderstands korrespondiert, der nachdem der Heizwiderstand für eine vorbestimmte Detektionszeit erregt ist erfasst wird, und erhalten einer ersten Konzentration einer bestimmten in der Flüssigkeit enthaltenen Komponente, die erste Konzentration ist mit der ersten Differenz assoziiert, die Vorrichtung umfasst: eine Anomalie-Ermittlungseinheit (221), die ermittelt, ob die Flüssigkeit in einem bestimmten abnormalem Zustand ist oder nicht, basierend auf zumindest einem der ersten Differenz und der ersten Konzentration; eine Ermittlungs-Konzentrationserfassungs-Einheit, die eine dritten korrespondierenden Wert erfasst, der mit einem dritten Widerstand des Heizwiderstands, wenn eine vorbestimmte Ermittlungszeit, die kürzer als die Detektionszeit ist, nach dem Start der Erregung des Heizwiderstandes vergangen ist, korrespondiert, und eine Differenz zwischen dem dritten korrespondierenden Wert und dem ersten korrespondierenden Wert als eine zweite Differenz berechnet, um eine zweite Konzentration der in der Flüssigkeit enthaltenen bestimmten Komponente zur erhalten, die zweite Konzentration ist mit der zweiten Differenz assoziiert; eine Konzentrationsdifferenz-Berechnungseinheit, die eine Differenz zwischen der ersten Konzentration und der zweiten Konzentration als eine Konzentrationsdifferenz berechnet; und eine Ermittlungseinheit (221) für einen statischen Zustand, die ermittelt, ob die Flüssigkeit in einem statischen Zustand in dem Flüssigkeitsbehälter ist, basierend auf der durch die Konzentrationsdifferenz-Berechnungseinheit berechneten Konzentrationsdifferenz, wobei die durch die Ermittlungseinheit für einen statischen Zustand gemachte Ermittlung sich in der durch die Anomalie-Ermittlungseinheit gemachte Ermittlung widerspiegelt.
Die Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung gemäß Anspruch 1, umfassend: eine Anomalie-Detektiereinheit (221) die vorläufig detektiert, ob die Flüssigkeit in dem bestimmten abnormalen Zustand ist oder nicht, indem zumindest eines von der ersten Differenz und der erste Konzentration mit einem Schwellwert verglichen wird, der in Assoziation mit dem bestimmten abnormalen Zustand der Flüssigkeit gesetzt ist; eine Zähleinheit (221), die einen Anomalie-Ermittlungswert um einen vorbestimmten Zählwert erhöht, jedes Mal wenn die Anomalie-Detektiereinheit ermittelt, das die Flüssigkeit in dem bestimmten abnormalen Zustand ist; und eine Setzwert-Änderungseinheit (221), die zumindest einen von dem vorbestimmten Zählwert und einem Anomalie-Ermittlungswert, der als ein Bezug für die Ermittlung dient, der durch die Anomalie-Ermittlungseinheit gemacht ist, auf einen ersten Wert setzt, wenn die Ermittlungseinheit für einen statischen Zustand ermittelt, dass die Flüssigkeit in dem statischen Zustand ist, und auf eine anderen Wert setzt, wenn die Flüssigkeit nicht in dem statischen Zustand ist, wobei: die Anomalie-Ermittlungseinheit (221) ermittelt, dass die Flüssigkeit in einem bestimmten abnormalen Zustand ist, wenn der durch die Zähleinheit erhöhnte Anomalie-Zählwert einen Anomalie-Ermittlungswert erreicht; und die Bestimmung, die durch die Ermittlungseinheit für den statischen Zustand gemacht ist, sich in der Ermittlung widerspiegelt, die durch die Anomalie-Ermittlungseinheit durch die Änderung in dem Setzen von zumindest einem des vorbestimmten Zählwerts und des Anomalie-Ermittlungswert gemacht ist, das durch die Setzwert-Änderungseinheit gemacht ist.
Die Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Ermittlungseinheit für den statischen Zustand ermittelt, dass die Flüssigkeit nicht in einem statischen Zustand ist, wenn die Konzentrationsdifferenz größer ist als eine Flüssigkeitsschüttel-Ermittlungswert, der vorab gesetzt ist.
Die Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, umfassend: ein Pegel-Detektierteil (70), das ein Signal entsprechend einem Pegel der in dem Flüssigkeitsbehälter enthaltenen Flüssigkeit ausgibt, wobei die Ermittlungseinheit für einen statischen Zustand ermittelt, ob die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter in dem statischen Zustand ist oder nicht, basierend auf der Konzentrationsdifferenz und dem Ausgangssignal des Pegel-Detektierteils.
Eine Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung (100) umfassend ein Detektionselement beinhaltend einen Heizwiderstand (1114), der, wenn erregt, Wärme erzeugt und in einem Flüssigkeitsbehälter zum Enthalten einer Flüssigkeit angeordnet ist, die Vorrichtung berechnet eine erste Differenz zwischen einem ersten korrespondierenden Wert, der mit einem ersten Widerstand des Heizwiderstands korrespondiert, der nachdem die Erregung des Heizwiderstands gestartet ist erfasst wird, und einem zweiten korrespondierenden Wert, der mit einem zweiten Widerstand korrespondiert, der nachdem der Heizwiderstand für eine vorbestimmte Detektionszeit erregt wurde erfasst wird, und erhält eine erste Konzentration einer bestimmten in der Flüssigkeit enthaltenen Komponente, die erste Konzentration ist mit der ersten Differenz assoziiert, die Vorrichtung umfasst: eine Anomalie-Ermittlungseinheit (221), die ermittelt, ob die Flüssigkeit in einem bestimmten abnormalen Zustand ist oder nicht, basieren auf zumindest einem von der ersten Differenz und der ersten Konzentration; Eine Differenz-Berechnungseinheit, die einen dritten korrespondierenden Wert erfasst, der mit einem dritten Widerstand des Heizwiderstande korrespondiert, wenn eine vorbestimmte Ermittlungszeit nach dem Start der Erregung des Heizwiderstands vergangen ist, die kürzer ist als die Detektionszeit, und eine Differenz zwischen dem dritten korrespondierenden Wert und dem ersten korrespondierenden Wert als eine zweite Differenz berechnet; eine Ermittlungsdifferenz-Berechnungseinheit, die eine Differenz zwischen der ersten Differenz und der zweiten Differenz als eine Ermittlungsdifferenz berechnet; und eine Ermittlungseinheit für einen statischen Zustand (221) die ermittelt, ob die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter in einem statischen Zustand ist oder nicht, basierend auf der durch die Ermittlungsdifferenz-Berechnungseinheit berechnete Ermittlungsdifferenz, wobei die durch die Ermittlungseinheit für einen statischen Zustand gemachte Ermittlung sich in der durch die Anomalie-Ermittlungseinheit gemachte Ermittlung widerspiegelt.
Die Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung gemäß Anspruch 5, beinhaltend: eine Anomalie-Detektiereinheit (221), welche vorläufig detektiert, ob die Flüssigkeit in einem bestimmten abnormalen Zustand ist oder nicht, indem eines der ersten Differenz und der ersten Konzentration mit einem Schwellwert verglichen wird, der in Assoziation mit dem bestimmten abnormalen Zustand der Flüssigkeit gesetzt ist; eine Zähleinheit, die einen Anomalie-Ermittlungswert um einen vorbestimmten Zählwert erhöht, jedes Mal wenn die Anomalie-Ermittlungseinheit ermittelt, dass die Flüssigkeit in dem bestimmten abnormalen Zustand ist; und eine Setzwert-Änderungseinheit, die zumindest einen von dem vorbestimmten Zählwert und einem Anomalie-Ermittlungswert, der als ein Bezug für die Ermittlung dient, der durch die Anomalie-Ermittlungseinheit gemacht ist, auf einen ersten Wert setzt, wenn die Ermittlungseinheit für einen statischen Zustand ermittelt, dass die Flüssigkeit in dem statischen Zustand ist, und auf einen anderen Wert setzt, wenn die Flüssigkeit nicht in dem statischen Zustand ist, wobei: die Anomalie-Ermittlungseinheit ermittelt, dass die Flüssigkeit in dem bestimmten abnormalen Zustand ist, wenn der durch die Zähleinheit erhöhnte Anomalie-Zählwert den Anomalie-Ermittlungswert erreicht; und wobei die Bestimmung, die durch die Ermittlungseinheit für den statischen Zustand gemacht ist, sich in der Ermittlung widerspiegelt, die durch die Anomalie-Ermittlungseinheit durch die Änderung in dem Setzen von zumindest einem des vorbestimmten Zählwerts und des Anomalie-Ermittlungswerts gemacht ist, das durch die Setzwert-Änderungseinheit gemacht ist.
Die Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die Ermittlungseinheit für einen statischen Zustand ermittelt, dass die Flüssigkeit nicht in einem statischen Zustand ist, wenn die Ermittlungsdifferenz größer als ein Flüssigkeitsschüttel-Ermittlungswert ist, der vorab gesetzt ist.
Die Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, umfassend: ein Pegel-Detektierteil, das ein Signal entsprechend einer in einem Flüssigkeitsbehälter enthaltenen Flüssigkeit ausgibt, wobei die Ermittlungseinheit für den statischen. Zustand ermittelt, ob die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter in eine statischen Zustand ist oder nicht, basierend auf der Ermittlungsdifferenz und dem Ausgangssignal von dem Pegel-Detektierteil.
Die Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, beinhaltend eine Benachrichtigungseinheit, die einen externen Schaltkreis benachrichtigt, dass die Flüssigkeit in einem bestimmten abnormalen Zustand ist, wenn dies von der Anomalie-Ermittlungseinheit ermittelt wird.
Die Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 8, wobei: das Pegel-Detektierteil (70) eine erste Elektrode (10) und eine zweite Elektrode (20) enthält, die sich in einer longitudinalen Richtung des Pegel-Detektierteils erstrecken, um einen Kondensator auszubilden, dessen elektrostatische Kapazität sich entsprechend einem Pegel der in der Flüssigkeitsbehälter zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode enthaltenen Flüssigkeit ändert; und das Detektierelement mit dem Pegel-Detektierteil in einem isolierten Zustand mit einem Teil des Detektierelements, das jenseits einer Spitze des Pegel-Detektierteils liegt, integriert ist.
Die Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der bestimmte abnormale Zustand der Flüssigkeit ein Zustand, bei dem die Flüssigkeit nicht in dem Flüssigkeitsbehälter vorhanden ist, ein Zustand, bei dem eine fremde Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter enthalten ist, oder ein Zustand ist, bei dem die Konzentration der bestimmten in dem Flüssigkeitsbehälter enthaltenen Komponente als in einem abnormalen Zustand betrachtet wird.
Die Flüssigkeitszustand-Detektiervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Flüssigkeit eine wässrige Harnstofflösung ist, und die Bestimmte Komponente Harnstoff ist.