JP2014062889A - 被水検出装置および被水検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被水の有無の判定だけでなく、被水量をも精度よく定量化可能な被水検出装置および被水検出方法を提供する。
【解決手段】被水検出装置１においては、被水検出素子３が多孔質層１７を備えることで、付着した水の量が多い場合でも多孔質層１７に水を保持できるため、水が弾かれて被水検出素子３から直ちに離れるのを抑制でき、付着した水の量に応じて被水検出素子３の温度を変化させることが可能となる。被水検出装置１は、ヒータ部１３の抵抗値変化状態に基づいて被水検出素子３の被水タイミングを判定するとともに（Ｓ１５０）、ヒータ部１３の抵抗値変化量ΔＲを検出し（Ｓ１５０）、抵抗値変化量ΔＲに基づいて被水検出素子３の被水状態を判定することで（Ｓ１６０）、被水量を少なくとも含む被水状態を確実に検出できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、被水検出箇所における被水状態を検出する被水検出装置および被水検出方法に関する。

被水検出箇所における被水状態を検出する被水検出装置は、例えば、内燃機関の排気管などにおける被水状態の検出に用いられる。より具体的には、内燃機関の始動直後において、排気管に設けられた各種センサに凝縮水が付着する状態（被水状態）を検出する被水検出装置が知られている。

内燃機関の排気管に設けられるセンサとしては、排気ガス中の特定成分の検出を行うガスセンサ（酸素センサ、ＮＯｘセンサなど）がある。これらのガスセンサは、高温状態になることでガス検出が可能な活性化状態となるセンサ素子を有するとともに、センサ素子を加熱するヒータを備える。

これらのガスセンサは、内燃機関の始動時のエミッション低減の要求から、始動直後において、早期のセンサ活性化のためにヒータによるセンサ素子の加熱が行われる。しかし、内燃機関の始動直後は、排気管内に凝縮水が存在する場合があり、排気と共に凝縮水が飛来して高温状態のセンサ素子に付着すると、熱衝撃によりセンサ素子が破損する虞がある。

これに対して、実際のガス検出に用いるガスセンサ（酸素センサ）を利用して、被水の有無を判定する装置が提案されている（特許文献１）。この装置では、ヒータおよびセンサ素子を有するガスセンサを用いて被水の有無を判定しており、センサ素子の素子インピーダンスに基づいて素子温度の変化度合いを測定し、素子温度の変化度合いが基準値より大きい場合に「被水有り」と判定する。

そして、この装置では、センサ素子が被水したと判断すると、ヒータへの通電を禁止して、センサ素子の破損を防止している。

特開２０００−２８３９４８号公報

しかし、上記従来の装置では、ガス検出に実際に用いるガスセンサを用いて被水の有無を判定するもの、つまり、センサ素子をヒータで加熱し、活性化したセンサ素子の素子インピーダンスに基づいて被水の有無を判定するものであるが、上記構成では素子インピーダンスの変化量が小さく、被水の有無までは判定可能であっても、被水量をも精度よく定量化することまではできなかった。

そこで、本発明は、被水の有無の判定だけでなく、被水量をも精度よく定量化可能な被水検出装置および被水検出方法を提供すること、を目的とする。

本発明は、被水検出箇所における被水状態を検出する被水検出装置であって、発熱抵抗体が先端に埋設された長尺状の絶縁性部材を有する被水検出素子と、発熱抵抗体が予め定められた目標温度となるように、発熱抵抗体に通電を行う温度制御部と、発熱抵抗体における抵抗値の変化状態を検出する抵抗変化検出部と、抵抗変化検出部にて検出した抵抗値の変化状態に基づいて、被水検出素子の被水状態を判定する被水判定部と、を備え、被水検出素子は、絶縁性部材のうち少なくとも前記発熱抵抗体の埋設部分における周方向の全周を覆ってなる、厚さが４００μｍ以下の多孔質層を備えること、を特徴とする被水検出装置である。

この被水検出装置においては、被水検出素子が多孔質層を備えるため、付着した水を多孔質層に保持することができる。もし、多孔質ではない平滑な表面を有する部材が露出している場合、その部材に多量の水が飛来すると、水がその部材の表面から弾かれてしまい、少なくとも一部の水については被水検出素子から直ちに離れてしまう。

これに対して、本発明の被水検出素子は、絶縁性部材のうち少なくとも発熱抵抗体の埋設部分における周方向の全周を覆う多孔質層を備えることで、付着した水の量が多い場合でも多孔質層に水を保持できるため、水が弾かれて被水検出素子から直ちに離れるのを抑制でき、付着した水の量に応じて被水検出素子の温度を変化させることが可能となる。

また、多孔質層の厚さが４００μｍ以下であることにより、多孔質層に付着した水は、多孔質層を介して絶縁性部材に容易に到達可能となる。温度制御部によって目標温度に制御されている発熱抵抗体は、多孔質層を介して絶縁性部材に付着した水の影響による温度変化に伴い、抵抗値が変化する。抵抗変化検出部が発熱抵抗体における抵抗値の変化状態を検出し、被水判定部が、その抵抗値の変化状態に基づいて被水検出素子の被水状態を判定することで、被水状態を確実に検出できる。

なお、発熱抵抗体の抵抗値変化状態のうち抵抗値の変化開始時期は、被水検出素子への水付着時期（被水タイミング）に相当するため、被水判定部は、抵抗値の変化状態に基づいて被水検出素子の被水タイミングを判定できる。

また、発熱抵抗体の抵抗値は、多孔質層を介して絶縁性部材に付着した水の量（被水量）に応じて様々な変化状態を示す。さらに、発熱抵抗体の抵抗値は、従来技術のようなセンサ素子の素子インピーダンスに比べて、被水に伴う変化量が大きくなる。

このため、被水判定部は、抵抗値の変化状態に基づいて被水検出素子の被水状態を判定するにあたり、被水の有無のみならず、被水量も定量的に判定することが可能となる。
つまり、本発明の被水検出装置は、従来は別々に測定する必要があった被水タイミングと被水量とを同時に測定することが可能となり、被水タイミングおよび被水量の測定にかかる工数が削減できる。

よって、本発明の被水検出装置によれば、被水の有無の判定だけでなく、被水量をも精度よく定量化することが可能となる。さらに、本発明によれば、被水タイミングおよび被水量の測定にかかる工数を削減できる。

なお、本発明の被水検出装置においては、多孔質層は、厚さが２００μｍ以下であることが好ましい。
多孔質層の厚さを２００μｍ以下にすることにより、多孔質層に付着した水は、より速やかに絶縁性部材に到達する。

これにより、実際の被水時期から発熱抵抗体の抵抗値変化開始までの時間を短縮することができ、被水検出の応答速度を向上できる。
次に、本発明の被水検出装置においては、被水判定部は、被水検出素子に付着した被水量と抵抗値の変化量との相関関係の情報に基づいて、被水量を少なくとも含む被水状態を判定する、という構成を採ることができる。

つまり、被水判定部は、相関関係の情報に基づいて、抵抗変化検出部にて検出した抵抗値の変化状態に対応する被水量を判定する。この被水検出装置は、被水量を少なくとも含む被水状態を判定できる。

これにより、この被水検出装置は、単なる「被水の有無」のみならず、被水量を判定できるため、被水検出箇所での詳細な被水状態を判定できる。
よって、本発明の被水検出装置によれば、被水検出箇所において、被水量を少なくとも含む被水状態を判定できるため、被水の判定精度の低下を抑制できる。

次に、本発明方法は、被水検出箇所における被水状態を検出する被水検出方法であって、発熱抵抗体が先端に埋設された長尺状の絶縁性部材を有する被水検出素子を用いる被水検出方法であり、発熱抵抗体が予め定められた目標温度となるように、発熱抵抗体に通電を行う温度制御工程と、発熱抵抗体における抵抗値の変化状態を検出する抵抗変化検出工程と、抵抗変化検出工程にて検出した抵抗値の変化状態に基づいて、被水検出素子の被水状態を判定する被水判定工程と、を有しており、被水検出素子は、絶縁性部材のうち少なくとも発熱抵抗体の埋設部分における周方向の全周を覆ってなる、厚さが４００μｍ以下の多孔質層を備えること、を特徴とする被水検出方法である。

この被水検出方法においては、被水検出素子が多孔質層を備えるため、付着した水を多孔質層に保持することができる。もし、多孔質ではない平滑な表面を有する部材が露出している場合、その部材に多量の水が飛来すると、水がその部材の表面から弾かれてしまい、少なくとも一部の水については被水検出素子から直ちに離れてしまう。

これに対して、本発明方法に用いる被水検出素子は、絶縁性部材のうち少なくとも発熱抵抗体の埋設部分における周方向の全周を覆う多孔質層を備えることで、付着した水の量が多い場合でも多孔質層に水を保持できるため、水が弾かれて被水検出素子から直ちに離れるのを抑制でき、付着した水の量に応じて被水検出素子の温度を変化させることが可能となる。

また、多孔質層の厚さが４００μｍ以下であることにより、多孔質層に付着した水は、多孔質層を介して絶縁性部材に容易に到達可能となる。温度制御工程において、目標温度に制御されている発熱抵抗体は、多孔質層を介して絶縁性部材に付着した水の影響による温度変化に伴い抵抗値が変化する。抵抗変化検出工程において、発熱抵抗体における抵抗値の変化状態を検出し、被水判定工程において、その抵抗値の変化状態に基づいて被水検出素子の被水状態を判定することで、被水状態を確実に検出できる。

なお、発熱抵抗体の抵抗値変化状態のうち抵抗値の変化開始時期は、被水検出素子への水付着時期（被水タイミング）に相当するため、被水判定工程では、抵抗値の変化状態に基づいて被水検出素子の被水タイミングを判定できる。

また、発熱抵抗体の抵抗値は、多孔質層を介して絶縁性部材に付着した水の量（被水量）に応じて様々な変化状態を示す。さらに、発熱抵抗体の抵抗値は、従来技術のようなセンサ素子の素子インピーダンスに比べて、被水に伴う変化量が大きくなる。

このため、被水判定工程においては、抵抗値の変化状態に基づいて被水検出素子の被水状態を判定するにあたり、被水の有無のみならず、被水量も定量的に判定することが可能となる。

つまり、本発明方法を用いることで、従来は別々に測定する必要があった被水タイミングと被水量とを同時に測定することが可能となり、被水タイミングおよび被水量の測定にかかる工数が削減できる。

よって、本発明方法の被水検出方法によれば、被水の有無の判定だけでなく、被水量をも精度よく定量化することが可能となる。さらに、本発明方法によれば、被水タイミングおよび被水量の測定にかかる工数を削減できる。

なお、本発明の被水検出方法においては、多孔質層は、厚さが２００μｍ以下であることが好ましい。
多孔質層の厚さを２００μｍ以下にすることにより、多孔質層に付着した水は、より速やかに絶縁性部材に到達する。

これにより、実際の被水時期から発熱抵抗体の抵抗値変化開始までの時間を短縮することができ、被水検出の応答速度を向上できる。
次に、本発明方法の被水検出方法においては、被水判定工程では、被水検出素子に付着した被水量と前記抵抗値の変化量との相関関係の情報に基づいて、被水量を少なくとも含む被水状態を判定することができる。

つまり、被水判定工程では、相関関係の情報に基づいて、抵抗変化検出部にて検出した抵抗値の変化状態に対応する被水量を判定する。この被水検出方法であれば、被水量を少なくとも含む被水状態を判定できる。

これにより、この被水検出方法では、単なる「被水の有無」のみならず、被水量を判定できるため、被水検出箇所での詳細な被水状態を判定できる。
よって、本発明方法の被水検出方法によれば、被水検出箇所において、被水量を少なくとも含む被水状態を判定できるため、被水の判定精度の低下を抑制できる。

なお、本発明の被水検出方法においては、目標温度は、３００℃以上４００℃以下であることが好ましい。
このような温度範囲での使用であれば、被水に伴って過大な熱衝撃が生じるのを抑制でき、被水による被水検出素子の破損を抑制できる。

本発明の被水検出装置または被水検出方法によれば、被水検出箇所における被水状態を確実に検出でき、被水の判定精度の低下を抑制できる。

被水検出装置の全体構成図である。 被水検出素子の概略構造を示す斜視図である。 図２の被水検出素子におけるＡ−Ａ断面図である。 被水検出処理の処理内容を表したフローチャートである。 水の付着に伴うヒータ部の抵抗値変化状態を測定した測定結果である。 被水量と抵抗値変化量ΔＲとの相関関係に関する測定結果である。 多孔質層の厚さ寸法が異なる２つの被水検出素子を用いて、被水量と抵抗値変化量ΔＲとの相関関係について測定した測定結果である。

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
図１は、本発明が適用された実施形態としての被水検出装置１の全体構成図である。

被水検出装置１は、内燃機関の排気管のうち酸素センサの設置箇所での被水状況を検出する用途に用いられる。
なお、酸素センサは、ボイラや自動車のエンジン等の各種内燃機器の排ガス中の特定ガス（酸素）の濃度を検出するために用いられる。検出したガス濃度は、例えば、各種内燃機関における空燃比フィードバック制御等に使用できる。

そして、被水検出装置１を用いて内燃機関の始動直後における被水状況を検出した場合、その検出結果（被水状況）は、被水の熱衝撃による酸素センサ素子の破損を抑制するために利用できる。つまり、検出された被水状況に基づいて、被水タイミングで酸素センサ素子が高温状態となるのを避けるように、酸素センサの温度制御（ヒータの温度制御）を行うことで、被水による熱衝撃によって酸素センサ素子が破損するのを抑制できる。

被水検出装置１は、被水検出素子３と、電源装置５と、スイッチ６と、抵抗素子７と、制御部９と、を備えている。
図２に、被水検出素子３の概略構造を示す斜視図を示し、図３に、図２の被水検出素子３におけるＡ−Ａ断面図を示す。

なお、図２では、軸線方向（長手方向）における中間部分を省略して被水検出素子３を表すとともに、ヒータ部１３などの内部構造を点線で模式的に表している。
被水検出素子３は、絶縁性部材１１と、ヒータ部１３と、一対の電極端子１５と、多孔質層１７と、を備える。なお、被水検出素子３の詳細については、後述する。

電源装置５は、所定の出力電圧値（例えば、１８［Ｖ］）で電力供給する電源装置であり、スイッチ６を介して、抵抗素子７および被水検出素子３（詳細には、ヒータ部１３）への電力供給を行う。

スイッチ６は、制御部９からの指令信号に基づいて、ＯＮ状態（通電状態）またはＯＦＦ状態（遮断状態）に切替可能に構成されている。
なお、電源装置５の出力電圧および抵抗素子７の抵抗値は、被水検出素子３の先端部（詳細には、ヒータ部１３）の温度が目標温度となるように、予め適切な値に設定されている。なお、被水検出素子３の目標温度は、熱衝撃による被水検出素子３の破損が生じない温度に設定される。本実施形態では、目標温度は、３５０［℃］に設定されている。

制御部９は、被水検出装置１の全体を制御するものであり、被水状態を検出するための各処理を実行する。制御部９は、いわゆるマイクロコンピュータで構成されており、詳細は図示しないが、公知の構成を有し、演算を行うマイクロプロセッサ、プログラムやデータを一時記憶するＲＡＭ、プログラムやデータを保持するＲＯＭ、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路などを含んで構成されている。

また、制御部９は、被水検出素子３（詳細には、ヒータ部１３）と抵抗素子７との接続点の電位を入力するためのＡ／Ｄ変換部（図示省略）を備えている。この電位は、ヒータ部１３の両端電圧に等しい値を示すため、制御部９は、この電位を用いることでヒータ部１３の両端電圧を検出可能に構成されている。

制御部９は、被水検出素子３におけるヒータ部１３の両端電圧に基づいて、ヒータ部１３の抵抗値の変化状態を検出し、その抵抗値変化状態に基づいて被水検出素子３の被水状態を判定する被水判定処理を行う。被水判定処理の処理内容は、後述する。

［１−２．被水検出素子３］
図２および図３に示すように、被水検出素子３は、絶縁性部材１１と、ヒータ部１３と、一対の電極端子１５と、多孔質層１７と、を備える。

絶縁性部材１１は、軸線方向（図２における左右方向）に延びる長尺の平板状に形成されており、アルミナを主体に構成されている。
ヒータ部１３は、発熱抵抗体で構成されており、絶縁性部材１１の先端側の内部に備えられる。一対の電極端子１５は、一対のリード部１４を介してヒータ部１３に電気的に接続されており、絶縁性部材１１の後端側の外部に備えられる。

多孔質層１７は、層厚寸法が２００［μｍ］の多孔質材料で構成されている。また、多孔質層１７は、絶縁性部材１１のうち少なくともヒータ部１３の埋設部分における周方向の全周を覆う形態で構成されている。

つまり、被水検出素子３は、外部の電源装置５から一対の電極端子１５を通じてヒータ部１３に通電されることで、ヒータ部１３が発熱するように構成されている。
なお、被水検出素子３は、例えば、内燃機関の排気管における酸素センサの設置箇所に酸素センサの代わりに設置される。これにより、被水検出素子３は、酸素センサの設置箇所に飛来する水滴（凝縮水など）を捕捉することができ、酸素センサの設置箇所における被水状態を検出することができる。

また、この被水検出装置１には、被水検出素子３を覆う保護カバーが備えられていないため、被水検出素子３は、多孔質層１７が外部に露出する状態で酸素センサの設置箇所に設置される。このため、この設置箇所に飛来した水滴は、直接、被水検出素子３の多孔質層１７に付着する。つまり、被水検出素子３は、飛来した水の影響によって温度が確実に変化するとともに、その内部のヒータ部１３（発熱抵抗体）の温度が確実に変化する。

また、被水検出素子３は、絶縁性部材１１のうち少なくともヒータ部１３の埋設部分における周方向の全周を覆う多孔質層１７を備えるため、付着した水を多孔質層１７に保持することができる。もし、多孔質ではない平滑な表面を有する部材が露出している場合、その部材に多量の水が飛来すると、水がその部材の表面から弾かれてしまい、少なくとも一部の水については被水検出素子から直ちに離れてしまう。

これに対して、被水検出素子３は、絶縁性部材１１のうち少なくともヒータ部１３の埋設部分における周方向の全周を覆う多孔質層１７を備えることで、付着した水の量が多い場合でも多孔質層１７に水を保持できるため、水が弾かれて被水検出素子３から直ちに離れるのを抑制でき、付着した水の量に応じて被水検出素子３の温度を変化させることが可能となる。

［１−３．被水検出処理］
次に、制御部９で実行される被水検出処理について説明する。
図４に、被水検出処理の処理内容を表したフローチャートを示す。

なお、被水検出処理は、被水検出装置１が起動されると、制御部９での内部処理として処理が開始される。
被水検出処理が開始されると、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）では、被水検出素子３のヒータ部１３に対する電圧印加を開始する処理を実行する。具体的には、スイッチ６をＯＮ状態（通電状態）に制御して、電源装置５からヒータ部１３および抵抗素子７に対する通電を開始する。

次のＳ１２０では、Ｓ１１０でヒータ部１３への通電を開始した後、予め定められた温度安定時間が経過したか否かを判定しており、肯定判定の場合にはＳ１３０に移行し、否定判定の場合には同ステップを繰り返し実行して温度安定時間が経過するまで待機する。

なお、温度安定時間は、ヒータ部１３への通電開始時を起点として、常温（例えば、２０℃）の被水検出素子３が目標温度に到達するまでに要する加熱時間が設定されている。本実施形態では、温度安定時間として３００［ｓｅｃ］と設定されているが、これに限らず、被水検出素子３の温度が目標温度で充分に安定する時間を適宜設定すればよい。

Ｓ１２０で肯定判定されてＳ１３０に移行すると、Ｓ１３０では、測定開始信号の待機処理を起動する。具体的には、被水検出の測定開始時期を表す測定開始信号Ｓ１を外部から受信するために、制御部９の信号入力部（図示省略）の状態を、測定開始信号が受信可能な待機状態に設定する。なお、本実施形態では、内燃機関の始動を表す始動信号が内燃機関の制御装置から出力されており、その始動信号を測定開始信号Ｓ１として制御部９に入力される。

次のＳ１４０では、内燃機関が始動したか否かを判定しており、肯定判定の場合にはＳ１５０に移行し、否定判定の場合には同ステップを繰り返し実行して内燃機関が始動するまで待機する。なお、Ｓ１４０では、内燃機関から測定開始信号Ｓ１（始動信号）が入力されたか否かに基づいて、内燃機関が始動したか否かを判定する。

Ｓ１４０で肯定判定されてＳ１５０に移行すると、Ｓ１５０では、被水検出素子３のヒータ部１３における抵抗値の変化量（以下、抵抗値変化量ΔＲともいう）を測定する処理を実行する。また、Ｓ１５０では、被水検出素子３のヒータ部１３における抵抗値の変化状態に基づいて、被水検出素子３への水付着時期（被水タイミング）を測定する処理も実行する。

なお、ヒータ部１３の両端電圧は、ヒータ部１３の抵抗値変化に応じて変動する。また、ヒータ部１３は、自身の温度変化によって抵抗値が変化する温度特性を有している。このため、被水検出素子３に水が付着すると、ヒータ部１３に温度変化が生じて、ヒータ部１３の抵抗値が変化すると共にヒータ部１３の両端電圧が変化する。つまり、ヒータ部１３の両端電圧の変化状態に基づいて、温度変化に伴うヒータ部１３の抵抗値変化量を測定できる。

ここで、図５に、水の付着に伴うヒータ部１３の抵抗値変化状態を測定した測定結果を示す。図５では、横軸を時間とし、縦軸をヒータ部１３の抵抗値として、抵抗値の変化状態を示している。

図５では、時間Ｔ１が被水検出素子３への水付着時期であり、時間Ｔ１よりも早い時期では抵抗値が通常抵抗値Ｒ１であるが、時間Ｔ１の直後から抵抗値が低下していることが判る。そして、ヒータ部１３の抵抗値は、最低抵抗値Ｒ２まで低下した後、徐々に上昇して再び通常抵抗値Ｒ１まで戻る。

つまり、被水検出素子３は、時間Ｔ１よりも早い時期では温度が一定（具体的には、目標温度）であり、時間Ｔ１の直後から温度が低下し、ヒータ部１３の抵抗値が最低抵抗値Ｒ２となる時点で最低温度まで低下する。その後、被水検出素子３は、徐々に温度が上昇して元の目標温度に戻る。

Ｓ１５０では、ヒータ部１３の抵抗値変化状態のうち、抵抗値の変化開始時期である時間Ｔ１を、被水検出素子３への水付着時期（被水タイミング）と判定する。
このときのヒータ部１３の抵抗値変化量ΔＲ（＝Ｒ１−Ｒ２）は、被水量に応じて変化する。

ここで、図６に、被水量と抵抗値変化量ΔＲとの相関関係に関する測定結果を示す。
図６に示すように、被水検出素子３に付着した水の量（換言すれば、被水量）が大きくなるほど、ヒータ部１３の抵抗値変化量ΔＲが大きくなることが判る。

つまり、Ｓ１５０では、ヒータ部１３における両端電圧の変化量（換言すれば、電位差）を測定するとともに、その電位差に基づいてヒータ部１３の抵抗値変化量ΔＲを測定している。

次のＳ１６０では、Ｓ１５０で測定したヒータ部１３の抵抗値変化量ΔＲに基づいて、被水検出素子３に付着した被水量を演算する。
具体的には、図６に示すような被水量と抵抗値変化量ΔＲとの相関関係に関するマップ（あるいは計算式など）を用いて、抵抗値変化量ΔＲに対応する被水量を演算する。

次のＳ１７０では、ヒータ部１３に対する電圧印加を停止する処理を実行する。具体的には、スイッチ６をＯＦＦ状態（遮断状態）に制御して、電源装置５からヒータ部１３および抵抗素子７に対する通電を停止する。

Ｓ１７０での処理が終了すると、被水検出処理は終了する。
つまり、被水検出処理では、ヒータ部１３の抵抗値変化状態に基づいて被水検出素子３への水付着時期（被水タイミング）を測定する処理を行うとともに、被水検出素子３におけるヒータ部１３の抵抗値変化量ΔＲを測定し、その抵抗値変化量ΔＲに基づいて、被水検出素子３に付着した被水量を演算する処理を行う。

被水検出装置１は、上記のような被水検出処理を実行することで、内燃機関の始動直後における酸素センサの設置箇所に関して、被水の有無を判定できるとともに、被水量および被水タイミングを含む被水状態を判定することができる。

［１−４．効果］
以上説明したように、本実施形態の被水検出装置１においては、被水検出素子３の多孔質層１７が外部に露出する状態で被水検出箇所に備えられることから、飛来した水（凝縮水など）は、保護カバーにより阻害されることなく、被水検出素子３の多孔質層１７に直接付着する。このため、保護カバーを有するセンサとは異なり、この被水検出素子３は、飛来した水の影響によって温度が確実に変化するとともに、その内部のヒータ部１３（発熱抵抗体）の温度が確実に変化する。

また、被水検出素子３は、絶縁性部材１１のうち少なくともヒータ部１３の埋設部分における周方向の全周を覆う多孔質層１７を備えるため、付着した水を多孔質層１７に保持することができる。もし、多孔質ではない平滑な表面を有する部材が露出している場合、その部材に多量の水が飛来すると、水がその部材の表面から弾かれてしまい、少なくとも一部の水については被水検出素子から直ちに離れてしまう。

これに対して、被水検出素子３は、多孔質層１７を備えることで、付着した水の量が多い場合でも多孔質層１７に水を保持できるため、水が弾かれて被水検出素子３から直ちに離れるのを抑制でき、付着した水の量に応じて被水検出素子３の温度を変化させることが可能となる。

また、多孔質層１７は、層厚寸法が２００［μｍ］の多孔質材料で構成されており、層厚寸法が４００［μｍ］以下であることから、多孔質層１７に付着した水は、多孔質層１７を介して絶縁性部材１１に容易に到達可能となる。

さらに、被水検出装置１においては、多孔質層１７の層厚寸法が２００［μｍ］以下であるため、多孔質層１７に付着した水は、より速やかに絶縁性部材１１に到達する。これにより、実際の被水時期からヒータ部１３の抵抗値変化開始までの時間を短縮することができ、被水検出の応答速度を向上できる。

そして、電源装置５および抵抗素子７によって目標温度に制御されているヒータ部１３（発熱抵抗体）は、被水検出素子３に付着した水の影響による温度変化に伴い、抵抗値が変化する。

被水検出装置１は、被水検出処理のＳ１５０において、ヒータ部１３における抵抗値の変化状態（詳細には、抵抗値変化量ΔＲ）を検出し、被水検出処理のＳ１６０において、抵抗値の変化状態（詳細には、抵抗値変化量ΔＲ）に基づいて被水検出素子３の被水状態（詳細には、被水量）を判定することで、被水量を少なくとも含む被水状態を確実に検出できる。

なお、ヒータ部１３の抵抗値変化状態のうち抵抗値の変化開始時期（時間Ｔ１）は、被水検出素子３への水付着時期（被水タイミング）に相当するため、被水判定処理のＳ１５０では、ヒータ部１３の抵抗値変化状態に基づいて被水検出素子３の被水タイミングを判定できる。

また、ヒータ部１３の抵抗値は、多孔質層１７を介して絶縁性部材１１に付着した水の量（被水量）に応じて様々な変化状態を示す。さらに、発熱抵抗体からなるヒータ部１３の抵抗値は、従来技術のようなセンサ素子の素子インピーダンスに比べて、被水に伴う変化量が大きくなる。

このため、被水検出装置１は、ヒータ部１３の変化状態に基づいて被水検出素子３の被水状態を判定するにあたり、被水の有無のみならず、被水量も定量的に判定することが可能となる。

つまり、被水検出装置１は、従来は別々に測定する必要があった被水タイミングと被水量とを同時に測定することが可能となり、被水タイミングおよび被水量の測定にかかる工数が削減できる。

よって、本実施形態の被水検出装置１によれば、被水の有無の判定だけでなく、被水量をも精度よく定量化することが可能となる。さらに、本実施形態の被水検出装置１によれば、被水タイミングおよび被水量の測定にかかる工数を削減できる。

また、被水検出装置１は、被水検出処理のＳ１６０において、被水量と抵抗値変化量ΔＲとの相関関係に関するマップ（あるいは計算式など）を用いて、抵抗値変化量ΔＲに対応する被水量を演算する。つまり、被水検出装置１は、被水検出素子３に付着した被水量とヒータ部１３の抵抗値変化量ΔＲとの相関関係の情報に基づいて、被水量を少なくとも含む被水状態を判定する。

換言すれば、被水検出処理のＳ１６０を実行する制御部９は、被水量と抵抗値変化量ΔＲとの相関関係に関するマップ（あるいは計算式など）に基づいて、被水検出処理のＳ１５０を実行する制御部９にて検出した抵抗値変化量ΔＲに対応する被水量を判定する。このため、この被水検出装置１は、被水量を少なくとも含む被水状態を判定することができる。

これにより、この被水検出装置１は、被水の有無のみならず、被水量を判定できるため、被水検出箇所での詳細な被水状態を判定できる。
よって、本実施形態の被水検出装置１によれば、被水検出箇所において、被水量を少なくとも含む被水状態を判定できるため、被水の判定精度の低下を抑制できる。

［１−５．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
ヒータ部１３が発熱抵抗体の一例に相当し、絶縁性部材１１が絶縁性部材の一例に相当し、電源装置５および抵抗素子７が温度制御部の一例に相当する。

被水検出処理のＳ１５０を実行する制御部９が抵抗変化検出部の一例に相当し、抵抗値変化量ΔＲが「抵抗値の変化状態」の一例に相当し、被水検出処理のＳ１６０を実行する制御部９が被水判定部の一例に相当する。

被水検出処理におけるＳ１１０およびＳ１２０の実行時期が温度制御工程の一例に相当し、被水検出処理におけるＳ１５０の実行時期が抵抗値変化検出工程の一例に相当し、被水検出処理におけるＳ１６０の実行時期が被水判定工程の一例に相当する。

［２．多孔質層の厚さ寸法について］
次に、被水検出素子３における多孔質層１７の厚さ寸法と抵抗値変化量ΔＲとの相関関係について測定した測定結果について説明する。

図７は、多孔質層の厚さ寸法が異なる２つの被水検出素子を用いて、被水量と抵抗値変化量ΔＲとの相関関係について測定した測定結果である。なお、この測定では、多孔質層の厚さ寸法が２００［μｍ］の被水検出素子（以下、第１素子ともいう）と、多孔質層の厚さ寸法が４００［μｍ］の被水検出素子（以下、第２素子ともいう）と、を用いた。

図７に示すように、第１素子は、第２素子に比べて、同一の被水量であっても、抵抗値変化量ΔＲが大きくなる。例えば、被水量が１．０［μＬ］の場合には、第１素子は、第２素子に比べて、差分ΔＲａだけ抵抗値変化量ΔＲが大きいことが判る。

これは、多孔質層１７の厚さ寸法が小さくなるほど、多孔質層１７を介して絶縁性部材１１に到達する水の量が大きくなり、ヒータ部１３の温度変化量が大きくなるためと考えられる。

反対に、多孔質層１７の厚さ寸法が大きすぎる場合、ヒータ部１３の温度変化量が小さくなるとともに抵抗値変化量ΔＲが小さくなるため、被水量の検出精度が低下する可能性がある。

なお、本測定に用いた第２素子における抵抗値変化量ΔＲの大きさであれば、被水量毎の抵抗値変化量ΔＲの差違を判定できるため、被水量の検出は可能である。このため、多孔質層１７の厚さ寸法が４００［μｍ］以下であれば、被水量を十分に検出することができる。

また、本測定に用いた第１素子における抵抗値変化量ΔＲの大きさであれば、被水量毎の抵抗値変化量ΔＲの差違がより一層大きくなるため、精度良く被水量を検出することが可能となる。このため、多孔質層１７の厚さ寸法が２００［μｍ］以下であれば、被水量の検出精度がより向上する。

［３．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、多孔質層の厚さ寸法が２００［μｍ］の被水検出素子について説明したが、多孔質層の厚さ寸法はこの数値に限られることはない。つまり、被水検出箇所の環境や用途などに応じて、適切な厚さ寸法の多孔質層を備えることができる。

また、ヒータ部１３（発熱抵抗体）の目標温度は、３５０［℃］に限られることはなく、熱衝撃による被水検出素子３の破損が生じない温度範囲（例えば、３００〜４００［℃］）で、任意の数値を採ることができる。なお、ヒータ部１３の目標温度は、電源装置５の電圧値や抵抗素子７の抵抗値を変更することで、任意の数値に設定することができる。

また、被水検出素子は、上述した長尺平板状の素子に限られることはなく、被水検出箇所に設置できる形状であれば、長尺筒型状の素子や長尺柱型状の素子など任意の形状を採ることができる。

また、上記実施形態では、被水検出素子を覆う保護カバーが備えられていない構成について説明したが、保護カバーを備える構成であってもよい良い。ガスセンサは通常、保護カバーを備えた状態で使用されることが多く、被水検出素子３が保護カバーを備えることで当該ガスセンサの態様に近づくため、実際のガスセンサに近い被水状態を再現することができる。

１…被水検出装置、３…被水検出素子、５…電源装置、７…抵抗素子、９…制御部、１１…絶縁性部材、１３…ヒータ部、１５…電極端子、１７…多孔質層。

Claims (7)

1. 被水検出箇所における被水状態を検出する被水検出装置であって、
   発熱抵抗体が先端に埋設された長尺状の絶縁性部材を有する被水検出素子と、
   前記発熱抵抗体が予め定められた目標温度となるように、前記発熱抵抗体に通電を行う温度制御部と、
   前記発熱抵抗体における抵抗値の変化状態を検出する抵抗変化検出部と、
   前記抵抗変化検出部にて検出した前記抵抗値の変化状態に基づいて、前記被水検出素子の被水状態を判定する被水判定部と、
   を備え、
   前記被水検出素子は、前記絶縁性部材のうち少なくとも前記発熱抵抗体の埋設部分における周方向の全周を覆ってなる、厚さが４００μｍ以下の多孔質層を備えること、
   を特徴とする被水検出装置。
2. 前記多孔質層は、厚さが２００μｍ以下であること、
   を特徴とする請求項１に記載の被水検出装置。
3. 前記被水判定部は、前記被水検出素子に付着した被水量と前記抵抗値の変化量との相関関係の情報に基づいて、被水量を少なくとも含む前記被水状態を判定すること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の被水検出装置。
4. 被水検出箇所における被水状態を検出する被水検出方法であって、
   発熱抵抗体が先端に埋設された長尺状の絶縁性部材を有する被水検出素子を用いる被水検出方法であり、
   前記発熱抵抗体が予め定められた目標温度となるように、前記発熱抵抗体に通電を行う温度制御工程と、
   前記発熱抵抗体における抵抗値の変化状態を検出する抵抗変化検出工程と、
   前記抵抗変化検出工程にて検出した前記抵抗値の変化状態に基づいて、前記被水検出素子の被水状態を判定する被水判定工程と、
   を有しており、
   前記被水検出素子は、前記絶縁性部材のうち少なくとも前記発熱抵抗体の埋設部分における周方向の全周を覆ってなる、厚さが４００μｍ以下の多孔質層を備えること、
   を特徴とする被水検出方法。
5. 前記多孔質層は、厚さが２００μｍ以下であること、
   を特徴とする請求項４に記載の被水検出方法。
6. 前記被水判定工程では、前記被水検出素子に付着した被水量と前記抵抗値の変化量との相関関係の情報に基づいて、被水量を少なくとも含む前記被水状態を判定すること、
   を特徴とする請求項４または請求項５に記載の被水検出方法。
7. 前記目標温度は、３００℃以上４００℃以下であること、
   を特徴とする請求項４から請求項６のうちいずれか１項に記載の被水検出方法。