JP2005084025A - 尿素溶液の尿素濃度識別装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 尿素溶液の尿素濃度を正確にしかも迅速に識別することが可能で振動下でも精度低下の少ない尿素溶液の識別装置を提供する。
【解決手段】 濃度識別センサー部２と、これを下端部に取り付け且つ上端部に尿素溶液タンク開口部への取り付け部４ａが設けられている支持部４とを備える。濃度識別センサー部２はそれぞれ尿素溶液との熱交換のための金属フィン２１ｃ，２２ｃを備えた傍熱型濃度検知部及び液温検知部を有する。濃度識別センサー部２には、金属フィン２１ｃ，２２ｃを囲むように両端開放の尿素溶液導入路を形成するカバー部材２ｄ、及び上下端面板２ｅ１，２ｅ２に流通孔２６，２７を形成した包囲体２ｅが付設されている。傍熱型濃度検知部の発熱体に対して単一パルス電圧を印加して発熱させ、傍熱型濃度検知部の感温体と液温検知部とを含む濃度検知回路の出力に基づき識別演算部において尿素濃度の識別を行う。
【選択図】 図１
【解決手段】 濃度識別センサー部２と、これを下端部に取り付け且つ上端部に尿素溶液タンク開口部への取り付け部４ａが設けられている支持部４とを備える。濃度識別センサー部２はそれぞれ尿素溶液との熱交換のための金属フィン２１ｃ，２２ｃを備えた傍熱型濃度検知部及び液温検知部を有する。濃度識別センサー部２には、金属フィン２１ｃ，２２ｃを囲むように両端開放の尿素溶液導入路を形成するカバー部材２ｄ、及び上下端面板２ｅ１，２ｅ２に流通孔２６，２７を形成した包囲体２ｅが付設されている。傍熱型濃度検知部の発熱体に対して単一パルス電圧を印加して発熱させ、傍熱型濃度検知部の感温体と液温検知部とを含む濃度検知回路の出力に基づき識別演算部において尿素濃度の識別を行う。
【選択図】 図１
Description
本発明は、自動車の内燃エンジンなどから排出される排ガスを浄化するシステムにおいて窒素酸化物（ＮＯｘ）の分解のために排ガス浄化触媒に対し噴霧される尿素溶液中の尿素濃度を識別する装置に関するものである。
自動車の内燃エンジンではガソリンや軽油などの化石燃料が燃焼される。これに伴って発生する排ガス中には、水や二酸化炭素などと共に、未燃焼の一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）や、硫黄酸化物（ＳＯｘ）や、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の環境汚染物質が含まれる。近年、特に環境保護及び生活環境の汚染防止のため、これら自動車の排ガスを浄化すべく各種の対策が講じられている。
このような対策の１つとして、排ガス浄化触媒装置の使用が挙げられる。これは、排気系の途中に排ガス浄化用三元触媒を配置し、ここで、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等を酸化還元により分解して、無害化を図るものである。触媒装置でのＮＯｘの分解を継続的に維持するために、排気系の触媒装置のすぐ上流側から触媒に対して尿素水溶液が噴霧される。この尿素水溶液は、ＮＯｘ分解の効果を高めるためには特定の尿素濃度範囲にあることが必要とされ、特に尿素濃度３２．５％が最適であるとされている。
尿素溶液は、自動車に積載される尿素溶液タンクに収容されるのであるが、経時的に濃度変化が生ずることがあり、また、タンク内において局所的に濃度分布の不均一が発生することもある。タンクからポンプにより供給管を介して噴霧ノズルへと供給される尿素溶液は、一般にタンクの底部に近い出口から採取されるので、この領域のものが所要の尿素濃度であることが触媒装置の効率を高めるためには重要である。
しかるに、従来は、尿素溶液中の尿素濃度の直接的測定はなされていない。また、排気系において、触媒装置の上流側と下流側とにそれぞれＮＯｘセンサーを配置し、これらセンサーで検知されるＮＯｘ濃度の差異に基づきＮＯｘの分解が最適に行われたか否かを判別することがなされている。しかし、この手法は、実際にＮＯｘを低減した効果を測定するものであるので、尿素溶液噴霧の前にはもちろんのこと噴霧当初においても、尿素濃度の識別を行うことはできない。また、このような方法で使用されるＮＯｘセンサーは、良好な濃度の尿素溶液の噴射を実現するためには感度が十分とは云えなかった。
ところで、特許文献１には、通電により発熱体を発熱させ、この発熱により感温体を加熱し、発熱体から感温体への熱伝達に対し被識別流体により熱的影響を与え、感温体の電気抵抗に対応する電気的出力に基づき、被識別流体の種類を判別する流体識別方法であって、発熱体ヘの通電を周期的に行う方法が開示されている。
しかしながら、この流体識別方法では、発熱体への通電を周期的に行う（即ち多パルスで行う）ので、識別に時間を要することになり、瞬時に流体を識別することは困難である。又、この方法は、たとえば水と空気と油などの性状のかなり異なる物質に対して、代表値によって流体識別を行うことが可能であるが、上記の様な尿素溶液の尿素濃度の識別に適用して正確で迅速な識別を行うことは困難である。
また、排ガス浄化処理システムの信頼性を向上させるためには、尿素溶液の濃度識別を頻繁に行った上で、適正に対処することが好ましい。そのためには、自動車の走行中にも尿素溶液の濃度識別を行うことが必要となる場合がある。このような条件下では静止条件下に比べて一般に識別精度が低下するのであるが、その精度低下をできるだけ少なくして識別を可能にすることが重要である。
特開平１１−１５３５６１号公報（特に、段落［００４２］〜［００４９］）
本発明は、以上のような現状に鑑みて、尿素溶液の尿素濃度を正確にしかも迅速に識別することの可能な尿素溶液の識別装置を提供することを目的とする。
更に、本発明は、以上のような現状に鑑みて、振動条件下でも濃度識別することの可能な尿素溶液の識別装置を提供することを目的とする。
本発明によれば、
タンク内に収容された尿素溶液の尿素濃度を識別する装置であって、
濃度識別センサー部と、一方の端部に前記濃度識別センサー部が取り付けられ且つ他方の端部に前記タンクの開口部へ取り付けるための取り付け部が設けられている支持部とを備えており、
前記濃度識別センサー部は発熱体及び感温体を含んでなる傍熱型濃度検知部と尿素溶液の温度を測定する液温検知部とを有しており、前記傍熱型濃度検知部及び液温検知部はそれぞれ前記尿素溶液との熱交換のための濃度検知部用熱伝達部材及び液温検知部用熱伝達部材を備えており、前記濃度識別センサー部には前記濃度検知部用熱伝達部材及び液温検知部用熱伝達部材を囲むように前記支持部の一方の端部から他方の端部へと向かう長手方向に沿って延びた両端開放の尿素溶液導入路を形成するカバー部材が付設されており、
前記濃度識別センサー部は前記尿素溶液導入路の両端を塞ぐことなく前記尿素溶液導入路の周囲を三次元的に包囲する包囲体を備えており、該包囲体には前記長手方向に関する一方端の面及び他方端の面にそれぞれ前記尿素溶液導入路の延長線上から隔てられた位置に前記尿素溶液の流通が可能な第１の流通孔及び第２の流通孔が形成されており、前記第２の流通孔は前記第１の流通孔を通り前記長手方向に延びる線上から隔てられて位置しており、
前記傍熱型濃度検知部の発熱体に対して単一パルス電圧を印加して前記発熱体を発熱させ、前記傍熱型濃度検知部の感温体と前記液温検知部とを含んでなる濃度検知回路の出力に基づき識別演算部において前記尿素濃度の識別を行うことを特徴とする、尿素溶液の尿素濃度識別装置、
が提供される。
タンク内に収容された尿素溶液の尿素濃度を識別する装置であって、
濃度識別センサー部と、一方の端部に前記濃度識別センサー部が取り付けられ且つ他方の端部に前記タンクの開口部へ取り付けるための取り付け部が設けられている支持部とを備えており、
前記濃度識別センサー部は発熱体及び感温体を含んでなる傍熱型濃度検知部と尿素溶液の温度を測定する液温検知部とを有しており、前記傍熱型濃度検知部及び液温検知部はそれぞれ前記尿素溶液との熱交換のための濃度検知部用熱伝達部材及び液温検知部用熱伝達部材を備えており、前記濃度識別センサー部には前記濃度検知部用熱伝達部材及び液温検知部用熱伝達部材を囲むように前記支持部の一方の端部から他方の端部へと向かう長手方向に沿って延びた両端開放の尿素溶液導入路を形成するカバー部材が付設されており、
前記濃度識別センサー部は前記尿素溶液導入路の両端を塞ぐことなく前記尿素溶液導入路の周囲を三次元的に包囲する包囲体を備えており、該包囲体には前記長手方向に関する一方端の面及び他方端の面にそれぞれ前記尿素溶液導入路の延長線上から隔てられた位置に前記尿素溶液の流通が可能な第１の流通孔及び第２の流通孔が形成されており、前記第２の流通孔は前記第１の流通孔を通り前記長手方向に延びる線上から隔てられて位置しており、
前記傍熱型濃度検知部の発熱体に対して単一パルス電圧を印加して前記発熱体を発熱させ、前記傍熱型濃度検知部の感温体と前記液温検知部とを含んでなる濃度検知回路の出力に基づき識別演算部において前記尿素濃度の識別を行うことを特徴とする、尿素溶液の尿素濃度識別装置、
が提供される。
本発明の一態様においては、前記包囲体の一方端の面及び他方端の面はそれぞれ前記尿素溶液導入路の両端から３ｍｍ以上隔てられている。本発明の一態様においては、前記第１の流通孔及び前記第２の流通孔はいずれもその長径が１０ｍｍ以下である。本発明の一態様においては、前記包囲体は前記一方端の面及び他方端の面を両端面とする円筒形状をなしている。
本発明の一態様においては、前記識別演算部は、前記発熱体の発熱の際の前記感温体の初期温度とピーク温度との差に対応する濃度対応電圧値により前記尿素濃度の識別を行う。本発明の一態様においては、前記感温体の初期温度に対応する電圧値として前記発熱体に対する前記単一パルス印加の開始前の初期電圧を所定回数サンプリングして平均することで得られた平均初期電圧値を用い、前記感温体のピーク温度に対応する電圧値として前記発熱体に対する前記単一パルス印加の終了前のピーク電圧を所定回数サンプリングして平均することで得られた平均ピーク電圧値を用い、前記濃度対応電圧値として前記平均ピーク電圧値と前記平均初期電圧値との差を用いる。
本発明の一態様においては、前記識別演算部には前記液温検知部から前記尿素溶液の液温に対応する液温対応出力値が入力され、前記識別演算部では、既知の複数の尿素濃度の参照尿素溶液について作成され液温に対する濃度対応電圧値の関係を示す検量線を用いて、識別対象の尿素溶液について得られた前記液温対応出力値と前記濃度対応電圧値とに基づき、前記尿素濃度の識別を行う。
本発明の一態様においては、前記識別演算部はマイクロコンピュータを含んでなる。本発明の一態様においては、前記支持部の前記他方の端部には前記濃度検知回路を構成する回路基板が配置されており、前記支持部には前記濃度識別センサー部と前記回路基板とを電気的に接続する配線が収納されている。本発明の一態様においては、前記マイクロコンピュータは前記回路基板上に配置されている。
本発明によれば、タンク内に収容された尿素溶液に対して尿素濃度の識別を行うので、濃度識別センサー部がタンク内に配置され、外部環境条件から受ける影響が少なく安定して良好な精度の尿素濃度識別を行うことができる。
また、本発明によれば、傍熱型濃度検知部の発熱体に対して単一パルス電圧を印加して前記発熱体を発熱させて濃度検知回路の出力に基づき識別演算部において尿素濃度の識別を行うので、尿素溶液の尿素濃度を正確にしかも迅速に識別することが可能である。特に、発熱体の発熱の際の感温体の初期温度とピーク温度との差に対応する濃度対応電圧値により尿素濃度の識別を行い、たとえば濃度対応電圧値として平均ピーク電圧値と平均初期電圧値との差を用いることにより、安定して正確且つ迅速な識別が可能となる。
さらに、本発明によれば、濃度検知部用熱伝達部材及び液温検知部用熱伝達部材を囲むように両端開放の尿素溶液導入路を形成するカバー部材を付設しているので、熱伝達部材の周囲の尿素溶液に外的要因に基づく強制流動が生じにくく、以上のような濃度識別の精度を向上させることができる。
特に、本発明によれば、濃度識別センサー部に包囲体を設けて、該包囲体の特定の面に特定の配置の第１及び第２の流通孔を形成しているので、タンクが振動している条件下でも識別精度の低下が少ない。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明による尿素濃度識別装置の一実施形態を示す分解斜視図であり、図２はその一部省略断面図であり、図３はそのタンクへの取り付け状態を示す図である。
図３に示されているように、たとえば自動車に搭載された排ガス浄化システムを構成するＮＯｘ分解用の尿素溶液タンク１００の上部には開口部１０２が設けられており、該開口部に本発明による尿素濃度識別装置１０４が取り付けられている。タンク１００には、尿素溶液が注入される入口配管１０６及び尿素溶液が取り出される出口配管１０８が設けられている。出口配管１０８は、タンク１００の底部に近い高さ位置にてタンクに接続されており、尿素溶液供給ポンプ１１０を介して不図示の尿素溶液噴霧器に接続されている。排気系において排ガス浄化用触媒装置の直前に配置された上記尿素溶液噴霧器により触媒装置に対する尿素溶液の噴霧が行われる。
尿素濃度識別装置は、濃度識別センサー部２と支持部４とを備えている。支持部４の一方の端部（下端部）に濃度識別センサー部２が取り付けられており、支持部４の他方の端部（上端部）にはタンク開口部１０２へ取り付けるための取り付け部４ａが設けられている。
濃度識別センサー部２は、発熱体及び感温体を含んでなる傍熱型濃度検知部２１と尿素溶液の温度を測定する液温検知部２２とを有する。傍熱型濃度検知部２１と液温検知部２２とは、上下方向に一定距離隔てて配置されている。図４に傍熱型濃度検知部２１及び液温検知部２２の部分を拡大して示し、図５にその断面図を示す。
図示されているように、これら傍熱型濃度検知部２１と液温検知部２２とは、モールド樹脂２３によって一体化されている。図５に示されているように、傍熱型濃度検知部２１は、発熱体及び感温体を含んでなる薄膜チップ２１ａ、該薄膜チップと接合材２１ｂにより接合された濃度検知部用熱伝達部材としての金属製フィン２１ｃ、及び薄膜チップの発熱体の電極及び感温体の電極とそれぞれボンディングワイヤー２１ｄにより電気的に接続されている外部電極端子２１ｅを有する。液温検知部２２も同様な構成を有しており、液温検知部用熱伝達部材としての金属製フィン２２ｃ及び外部電極端子２２ｅを有する。
図６に傍熱型濃度検知部２１の薄膜チップ２１ａの分解斜視図を示す。薄膜チップ２１ａは、たとえばＡｌ2Ｏ3からなる基板２１ａ１と、Ｐｔからなる感温体２１ａ２と、ＳｉＯ2からなる層間絶縁膜２１ａ３と、ＴａＳｉＯ2からなる発熱体２１ａ４及びＮｉからなる発熱体電極２１ａ５と、ＳｉＯ2からなる保護膜２１ａ６と、Ｔｉ／Ａｕからなる電極パッド２１ａ７とを、順に適宜積層したものからなる。感温体２１ａ２は、図示はされていないが蛇行パターン状に形成されている。尚、液温検知部２２の薄膜チップ２２ａも同様な構造であるが、発熱体を作用させずに感温体２２ａ２のみを作用させる。
図１及び図２に示されているように、濃度識別センサー部２は支持部４の下端部に取り付けられる基体２ａを有しており、この基体の取り付けに際してはＯ−リング２ｂが介在せしめられる。基体２ａの側面にはＯ−リング２ｃを介して上記傍熱型濃度検知部２１及び液温検知部２２のモールド樹脂２３が取り付けられている。基体２ａには、濃度検知部用フィン２１ｃ及び液温検知部用フィン２２ｃを囲むようにカバー部材２ｄが付設されている。このカバー部材により、濃度検知部用フィン２１ｃ及び液温検知部用フィン２２ｃを順次通って上下方向に延びた上下両端開放の尿素溶液導入路２４が形成される。尚、カバー部材２ｄを基体２ａに取り付けることでモールド樹脂２３のフランジ部が基体２ａの方へと押圧され、これによりモールド樹脂２３が基体２ａに対して固定されている。
支持部４の上端部には、後述する濃度検知回路を構成する回路基板６が配置されており、該回路基板を覆って蓋部材８が取り付けられている。図２に示されているように、支持部４には、濃度識別センサー部２の傍熱型濃度検知部２１及び液温検知部２２と回路基板６とを電気的に接続する配線１０が収納されている。回路基板６には、後述する識別演算部を構成するマイクロコンピュータ（マイコン）が搭載されている。蓋部材８に設けられたコネクタ１２を介して、回路基板６と外部との通信のための配線１４が設けられている。識別演算部を、回路基板６上ではなしに、外部に配置することもでき、この場合には配線１４を介して回路基板６と識別演算部とが接続される。
図１及び図２に示されているように、濃度識別センサー部２は、尿素溶液導入路２４の上下両端を塞ぐことなく（好ましくは３ｍｍ以上隔てて）該尿素溶液導入路の周囲を三次元的に包囲する包囲体２ｅを備えている。包囲体２ｅは、平面状の上端面板２ｅ１及び下端面板２ｅ２並びに円筒状の側面板２ｅ３を有する円筒形状をなしており、溶接などにより上端面板２ｅ１の中央部が基体２ａに接合されている。上端面板２ｅ１には尿素溶液の流通が可能な第１の流通孔２６が形成されており、下端面板２ｅ２には尿素溶液の流通が可能な第２の流通孔２７が形成されている。これらの流通孔２６，２７は、尿素溶液導入路２４の延長線上から隔てられた位置にあり、しかも第１の流通孔２６を通り支持部４の長手方向（上下方向）に延びる線上から隔てられて第２の流通孔２７が位置している。また、第１及び第２の流通孔２６，２７は、たとえば円形状開口で直径が１０ｍｍ以下であり、円形状以外の開口の場合には長径が１０ｍｍ以下である。
包囲体２ｅは、水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）の寸法（直径）が例えば５０〜１００ｃｍであり、上下方向の寸法が例えば８０〜１５０ｃｍである。尚、尿素溶液導入路２４の上下方向寸法は、例えば１〜４ｃｍである。
包囲体２ｅは、タンク１００が振動して内部の尿素溶液に流動が生じても、その影響が尿素溶液導入路２４内まで及ぶのを防止して、濃度識別の精度が極端には低下しないようにするために設けられるものであり、その作用については後述する。尚、包囲体２ｅの寸法が大きすぎると、該包囲体内での尿素溶液の流動が生じやすくなる。流通孔２６，２７の長径が大きすぎると、尿素溶液の流動の影響が尿素溶液導入路２４内まで及びやすくなる。また、尿素溶液導入路２４の上下両端と包囲体２ｅとの距離が３ｍｍ未満で小さくなりすぎると、識別精度が低下しやすくなる。
以上の濃度識別センサー部２の基体２ａ、カバー部材２ｄ及び包囲体２ｅ、支持部４及び蓋部材８は、いずれも耐腐食性材料たとえばステンレススチールからなる。
図７に、本実施形態における濃度識別ための回路の構成を示す。上記の傍熱型濃度検知部２１の感温体２１ａ２、液温検知部２２の感温体２２ａ２、及び２つの抵抗体６４，６６によりブリッジ回路６８が形成されている。このブリッジ回路６８の出力が差動増幅器７０に入力され、該差動増幅器の出力（濃度検知回路出力またはセンサー出力ともいう）が不図示のＡ／Ｄ変換器を介して識別演算部を構成するマイコン（マイクロコンピュータ）７２に入力される。また、マイコン７２には液温検知部２２の感温体２２ａ２から液温検知増幅器７１を経て尿素溶液の液温に対応する液温対応出力値が入力される。一方、マイコン７２からは傍熱型濃度検知部２１の発熱体２１ａ４への通電経路に位置するスイッチ７４に対してその開閉を制御するヒーター制御信号が出力される。
以下、本実施形態における濃度識別動作につき説明する。
タンク１００内に尿素溶液ＵＳが収容されると、濃度識別センサー部２の包囲体２ｅ内更にはカバー部材２ｄにより形成される尿素溶液導入路２４内にも尿素溶液ＵＳが満たされる。タンク１００が静止している時には、尿素溶液導入路２４内を含めてタンク１００内の尿素溶液ＵＳは実質上流動しない。
マイコン７２からスイッチ７４に対して出力されるヒーター制御信号により、該スイッチ７４を所定時間（たとえば４秒間）閉じることで、発熱体２１ａ４に対して所定高さ（たとえば１０Ｖ）の単一パルス電圧Ｐを印加して該発熱体を発熱させる。この時の差動増幅器７０の出力電圧（センサー出力）Ｑは、図８に示されるように、発熱体２１ａ４への電圧印加中は次第に増加し、発熱体２１ａ４への電圧印加終了後は次第に減少する。
マイコン７２では、図８に示されているように、発熱体２１ａ４への電圧印加の開始前の所定時間（たとえば１秒間）センサー出力を所定回数（たとえば２５６回）サンプリングし、その平均値を得る演算を行って平均初期電圧値Ｖ１を得る。この平均初期電圧値Ｖ１は、感温体２１ａ２の初期温度に対応する。また、図８に示されているように、発熱体２１ａ４への電圧印加の停止前の所定時間（たとえば１秒間）センサー出力を所定回数（たとえば２５６回）サンプリングし、その平均値をとる演算を行って平均ピーク電圧値Ｖ２を得る。この平均ピーク電圧値Ｖ２は、感温体２１ａ２のピーク温度に対応する。そして、平均初期電圧値Ｖ１と平均ピーク電圧値Ｖ２との差Ｖ０（＝Ｖ２−Ｖ１）を濃度対応電圧値として得る。
一方、このような方法で、尿素濃度既知の幾つかの尿素水溶液（参照尿素溶液）について、温度と濃度対応電圧値Ｖ０との関係を示す検量線を予め得ておき、この検量線をマイコン７２の記憶手段に記憶しておく。検量線の例を図９に示す。この例では、尿素濃度０％、２０％及び４０％の参照尿素溶液について、検量線が作成されている。
図９に示されているように、濃度対応電圧値Ｖ０は温度に依存するので、この検量線を用いて測定対象の尿素溶液の濃度を測定する際には、液温検知部２２の感温体２２ａ２から液温検知増幅器７１を介して入力される液温対応出力値Ｔをも用いる。液温対応出力値Ｔの一例を図１０に示す。このような検量線をもマイコン７２の記憶手段に記憶しておく。また、互いに異なる温度及び尿素濃度の尿素溶液で得られた濃度対応電圧値Ｖ０と実際の濃度との関係の一例を図１１に示す。
図９の検量線において、測定対象の尿素溶液について得た液温対応出力値Ｔから図１０の検量線を用いて得た温度値ｔに対応する各検量線の濃度対応電圧値Ｖ０（０％；ｔ），Ｖ０（２０％；ｔ），Ｖ０（４０％；ｔ）を得る。そして、測定対象の尿素溶液について得た濃度対応電圧値Ｖ０（Ｘ；ｔ）が尿素濃度何％に該当するかを、各検量線の濃度対応電圧値Ｖ０（０％；ｔ），Ｖ０（２０％；ｔ），Ｖ０（４０％；ｔ）の少なくとも２つ（たとえばＶ０（２０％；ｔ），Ｖ０（４０％；ｔ））を用いた比例演算を行って、決定する。以上のようにして尿素濃度の識別を正確に且つ迅速に（瞬時に）行うことができる。尚、図９の検量線として温度の代わりに液温対応出力値Ｔを用いたものを採用することで、図１０の検量線の記憶を省略することもできる。
このようにして得られた濃度値を示す信号が不図示のＤ／Ａ変換器を介して、図７に示される出力バッファ回路７６へと出力され、ここからアナログ出力として不図示の自動車のエンジンの燃焼制御などを行うメインコンピュータ（ＥＣＵ）へと出力される。図１２に、この濃度対応のアナログ出力電圧値Ｖ０’と実際の濃度との関係の一例を示す。この関係における温度による差異は小さく、十分に実用可能であることが分かる。また、図１３に、液温対応のアナログ出力電圧値Ｔ’と実際の温度との関係の一例を示す。この液温対応のアナログ出力電圧値Ｔ’も上記メインコンピュータ（ＥＣＵ）へと出力される。一方、濃度値及び液温値を示す信号は、必要に応じてデジタル出力として取り出して、表示、警報その他の動作を行う機器へと入力することができる。
なお、以上の尿素溶液の尿素濃度識別は、自然対流を利用して尿素溶液の動粘度とセンサー出力とが相関関係を有するという原理を利用している。このような濃度識別の精度を高めるためには、濃度検知部用フィン２１ｃ及び液温検知部用フィン２２ｃの周囲の尿素溶液にできるだけ外的要因に基づく強制流動が生じにくくするのが好ましく、この点からカバー部材２ｄとくに上下方向の尿素溶液導入路を形成するようにしたものの使用は好ましい。尚、カバー部材２ｄは、異物の接触を防止する保護部材としても機能する。
上記のように、排ガス浄化システムにおいて使用される尿素溶液の濃度は３２．５％が最適とされており、たとえば２５％〜４０％を適正範囲として定め、この適正範囲を外れた識別結果が得られた場合には、警告を発するようにすることができる。また、タンク内の尿素が減少して、尿素溶液導入路２４内に尿素溶液がなくなった場合には、以上のような濃度識別の際に、上記尿素溶液の濃度適正範囲の場合とは著しくかけ離れた濃度対応電圧値が得られ、この場合にも所要の警告を発するようにすることができる。同様に、タンク内に誤って尿素溶液とは動粘度とセンサー出力との相関関係の異なる液体（たとえば、食塩水、冷却液など）を入れた場合には、以上のような濃度識別の際に、その液体の液温と同一の液温の尿素溶液の濃度適正範囲の場合とは異なる濃度対応電圧値が得られ、この場合にも所要の警告を発するようにすることができる。
更に、液温検知部２２から入力される液温対応出力値Ｔに基づき、尿素溶液が凍結する温度（−１３℃程度）の近くまで温度低下したことが検知された場合に警告を発するようにすることができる。
以上、タンク１００内の尿素溶液ＵＳが実質上強制流動しない場合について説明したが、タンク１００が積載されている自動車が走行している時に濃度識別を行う場合には、タンク１００が振動することで、尿素溶液に流動が発生する場合がある。このような時にも、本発明の装置では、濃度識別センサー部２に包囲体２ｅが設けられているので、該包囲体外の尿素溶液が流動したとしても、その影響は包囲体２ｅ内とくに尿素溶液導入路２４内にまでは及び難くなる。
タンク１００の振動には上下方向の振動と水平方向の振動とがあるが、以上のような濃度識別に対する影響の大きい振動は水平方向の振動である。これは、水平方向の振動の方が液面変動及びこれに基づく尿素溶液流動に対する寄与が大きいからである。また、濃度識別センサー部２はタンク底部の近くに配置されるのであるが、この高さでは尿素溶液の流動は上下方向の成分が少なく水平方向の成分が支配的となる。従って、包囲体２ｅの上端面板２ｅ１及び下端面板２ｅ２にそれぞれ大きすぎない１つの流通孔を設けて尿素溶液の包囲体内外間の流通を可能とし、側面板２ｅ３には穴を設けないようにすることで、以上のような包囲体外のタンク内液体の水平方向の流動が包囲内へと及ぶのを最小限にしている。
また、濃度識別センサー部２が配置される位置において、支配的ではないが尿素溶液の上下方向流動も存在する。これに対しては、流通孔２６，２７の水平面内（ＸＹ面内）での位置を互いに異ならせることで包囲体２ｅを貫通して上下方向に尿素溶液が流動するのを防止しており、更に流通孔２６，２７の水平面内（ＸＹ面内）での位置を尿素溶液導入路２４とも異ならせることで上下方向流動の影響が直接尿素溶液導入路２４へと及ぶのを防止している。
図１４〜図２０に、本発明による或いは比較のための濃度識別装置を用いて濃度識別を行った実験の結果を示す。これらの実験では、包囲体の有無または包囲体に形成する流通孔の数及び配置のみ異ならせており、その他の装置構成は同一とした。使用した尿素溶液は濃度３２．５％のもの４リットルであった。Ｘ方向及びＹ方向に振幅４０ｍｍで種々の振動速度条件下にて測定して得られた濃度値を示した。
図１４の実験では、上端面板２ｅ１及び下端面板２ｅ２に形成される流通孔２６，２７として、ＸＹ面（水平面）内で互いに異なる位置にあり且つ尿素溶液導入路２４とも異なる位置にある直径５ｍｍのものを１つづつ形成した。また、尿素溶液導入路２４の上下端開口と包囲体上下端面板２ｅ１，２ｅ２との距離を５ｍｍとした。これは本発明によるものである。
図１５の実験では、包囲体を使用しなかった。
図１６の実験では、上端面板２ｅ１及び下端面板２ｅ２に形成される流通孔２６，２７として、ＸＹ面（水平面）内で尿素溶液導入路２４と同一の位置にある直径５ｍｍのものを１つづつ形成した。また、尿素溶液導入路２４の上下端開口と包囲体上下端面板２ｅ１，２ｅ２との距離を５ｍｍとした。
図１７の実験では、上端面板２ｅ１及び下端面板２ｅ２に形成される流通孔２６，２７として、図１４の実験と同一のものを形成した。但し、尿素溶液導入路２４の下端開口と包囲体下端面板２ｅ２との距離を５ｍｍとしたが、尿素溶液導入路２４の上端開口と包囲体上端面板２ｅ１との距離を０ｍｍとした（即ち、尿素溶液導入路の上端を塞いだ）。
図１８の実験では、上端面板２ｅ１及び下端面板２ｅ２に形成される流通孔２６，２７として、ＸＹ面（水平面）内で互いに異なる位置にあり且つ尿素溶液導入路２４とも異なる位置にある直径５ｍｍのものを３つづつ形成した。また、尿素溶液導入路２４の上下端開口と包囲体上下端面板２ｅ１，２ｅ２との距離を５ｍｍとした。
図１９の実験では、上端面板２ｅ１及び下端面板２ｅ２に形成される流通孔２６，２７として、図１８の実験と同一のものを形成した。但し、尿素溶液導入路２４の下端開口と包囲体下端面板２ｅ２との距離を５ｍｍとしたが、尿素溶液導入路２４の上端開口と包囲体上端面板２ｅ１との距離を０ｍｍとした（即ち、尿素溶液導入路の上端を塞いだ）。
図２０の実験では、下端面板２ｅ２には流通孔を設けずに側面板２ｅ３に３つの流通孔２７’を設けたこと以外は図１９の実験と同様にした。
以上の結果から分かるように、図１５〜図２０の実験では図１４の実験（測定値２５％〜４０％）に比べて測定値の範囲が極めて広く分布している。従って、本発明の構成によれば、タンクの振動の際にも、識別精度の低下を少なくできることが分かる。
２ 濃度識別センサー部
２ａ 基体
２ｂ，２ｃ Ｏ−リング
２ｄ カバー部材
２ｅ 包囲体
２ｅ１ 上端面板
２ｅ２ 下端面板
２ｅ３ 側面板
２１ 傍熱型濃度検知部
２２ 液温検知部
２３ モールド樹脂
２４ 尿素溶液導入路
２６，２７ 流通孔
２１ａ 薄膜チップ
２１ｂ 接合材
２１ｃ，２２ｃ 金属製フィン
２１ｄ ボンディングワイヤー
２１ｅ，２２ｅ 外部電極端子
２１ａ１ 基板
２１ａ２，２２ａ２ 感温体
２１ａ３ 層間絶縁膜
２１ａ４ 発熱体
２１ａ５ 発熱体電極
２１ａ６ 保護膜
２１ａ７ 電極パッド
２６，２７ 流通孔
４ 支持部
４ａ 取り付け部
６ 回路基板
８ 蓋部材
１０，１４ 配線
１２ コネクタ
６４，６６ 抵抗体
６８ ブリッジ回路
７０ 差動増幅器
７１ 液温検知増幅器
７２ マイコン（マイクロコンピュータ）
７４ スイッチ
７６ 出力バッファ回路
１００ 尿素溶液タンク
１０２ 開口部
１０４ 尿素濃度識別装置
１０６ 入口配管
１０８ 出口配管
１１０ 尿素溶液供給ポンプ
ＵＳ 尿素溶液
２ａ 基体
２ｂ，２ｃ Ｏ−リング
２ｄ カバー部材
２ｅ 包囲体
２ｅ１ 上端面板
２ｅ２ 下端面板
２ｅ３ 側面板
２１ 傍熱型濃度検知部
２２ 液温検知部
２３ モールド樹脂
２４ 尿素溶液導入路
２６，２７ 流通孔
２１ａ 薄膜チップ
２１ｂ 接合材
２１ｃ，２２ｃ 金属製フィン
２１ｄ ボンディングワイヤー
２１ｅ，２２ｅ 外部電極端子
２１ａ１ 基板
２１ａ２，２２ａ２ 感温体
２１ａ３ 層間絶縁膜
２１ａ４ 発熱体
２１ａ５ 発熱体電極
２１ａ６ 保護膜
２１ａ７ 電極パッド
２６，２７ 流通孔
４ 支持部
４ａ 取り付け部
６ 回路基板
８ 蓋部材
１０，１４ 配線
１２ コネクタ
６４，６６ 抵抗体
６８ ブリッジ回路
７０ 差動増幅器
７１ 液温検知増幅器
７２ マイコン（マイクロコンピュータ）
７４ スイッチ
７６ 出力バッファ回路
１００ 尿素溶液タンク
１０２ 開口部
１０４ 尿素濃度識別装置
１０６ 入口配管
１０８ 出口配管
１１０ 尿素溶液供給ポンプ
ＵＳ 尿素溶液
Claims (10)
- タンク内に収容された尿素溶液の尿素濃度を識別する装置であって、
濃度識別センサー部と、一方の端部に前記濃度識別センサー部が取り付けられ且つ他方の端部に前記タンクの開口部へ取り付けるための取り付け部が設けられている支持部とを備えており、
前記濃度識別センサー部は発熱体及び感温体を含んでなる傍熱型濃度検知部と尿素溶液の温度を測定する液温検知部とを有しており、前記傍熱型濃度検知部及び液温検知部はそれぞれ前記尿素溶液との熱交換のための濃度検知部用熱伝達部材及び液温検知部用熱伝達部材を備えており、前記濃度識別センサー部には前記濃度検知部用熱伝達部材及び液温検知部用熱伝達部材を囲むように前記支持部の一方の端部から他方の端部へと向かう長手方向に沿って延びた両端開放の尿素溶液導入路を形成するカバー部材が付設されており、
前記濃度識別センサー部は前記尿素溶液導入路の両端を塞ぐことなく前記尿素溶液導入路の周囲を三次元的に包囲する包囲体を備えており、該包囲体には前記長手方向に関する一方端の面及び他方端の面にそれぞれ前記尿素溶液導入路の延長線上から隔てられた位置に前記尿素溶液の流通が可能な第１の流通孔及び第２の流通孔が形成されており、前記第２の流通孔は前記第１の流通孔を通り前記長手方向に延びる線上から隔てられて位置しており、
前記傍熱型濃度検知部の発熱体に対して単一パルス電圧を印加して前記発熱体を発熱させ、前記傍熱型濃度検知部の感温体と前記液温検知部とを含んでなる濃度検知回路の出力に基づき識別演算部において前記尿素濃度の識別を行うことを特徴とする、尿素溶液の尿素濃度識別装置。 - 前記包囲体の一方端の面及び他方端の面はそれぞれ前記尿素溶液導入路の両端から３ｍｍ以上隔てられていることを特徴とする、請求項１に記載の尿素溶液の尿素濃度識別装置。
- 前記第１の流通孔及び前記第２の流通孔はいずれもその長径が１０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の尿素溶液の尿素濃度識別装置。
- 前記包囲体は前記一方端の面及び他方端の面を両端面とする円筒形状をなしていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の尿素溶液の尿素濃度識別装置。
- 前記識別演算部は、前記発熱体の発熱の際の前記感温体の初期温度とピーク温度との差に対応する濃度対応電圧値により前記尿素濃度の識別を行うことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の尿素溶液の尿素濃度識別装置。
- 前記感温体の初期温度に対応する電圧値として前記発熱体に対する前記単一パルス印加の開始前の初期電圧を所定回数サンプリングして平均することで得られた平均初期電圧値を用い、前記感温体のピーク温度に対応する電圧値として前記発熱体に対する前記単一パルス印加の終了前のピーク電圧を所定回数サンプリングして平均することで得られた平均ピーク電圧値を用い、前記濃度対応電圧値として前記平均ピーク電圧値と前記平均初期電圧値との差を用いることを特徴とする、請求項５に記載の尿素溶液の尿素濃度識別装置。
- 前記識別演算部には前記液温検知部から前記尿素溶液の液温に対応する液温対応出力値が入力され、前記識別演算部では、既知の複数の尿素濃度の参照尿素溶液について作成され液温に対する濃度対応電圧値の関係を示す検量線を用いて、識別対象の尿素溶液について得られた前記液温対応出力値と前記濃度対応電圧値とに基づき、前記尿素濃度の識別を行うことを特徴とする、請求項５〜６のいずれかに記載の尿素溶液の尿素濃度識別装置。
- 前記識別演算部はマイクロコンピュータを含んでなることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の尿素溶液の尿素濃度識別装置。
- 前記支持部の前記他方の端部には前記濃度検知回路を構成する回路基板が配置されており、前記支持部には前記濃度識別センサー部と前記回路基板とを電気的に接続する配線が収納されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の尿素溶液の尿素濃度識別装置。
- 前記マイクロコンピュータは前記回路基板上に配置されていることを特徴とする、請求項８〜９のいずれかに記載の尿素溶液の尿素濃度識別装置。
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Cited By (13)
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