尿素濃度検出装置
【課題】車両の燃費を悪化させることなく、ＮＯｘ浄化に最適な尿素水濃度を簡易な構成にて精度良くかつ応答性良く測定すること。
【解決手段】発光素子３０と受光素子３４とを有し、発光素子３０と受光素子３４との間に測定対象たる尿素水を介在させ、予め求められた受光素子３４による受光量と尿素水の濃度との関係に基づいてサーミスタ３８により環境温度を考慮しつつ尿素水の濃度を検出する尿素濃度検出装置２０であって、発光素子３０は、第１の波長域１５００〜１９００ｎｍの光と第２の波長域２１００〜２３００ｎｍの光のうち少なくとも一方を発するように形成されている。尿素水を介在させる凹部４１に導光部材４３を備え、導光部材４３は光路長を規定するように構成されている。
【解決手段】発光素子３０と受光素子３４とを有し、発光素子３０と受光素子３４との間に測定対象たる尿素水を介在させ、予め求められた受光素子３４による受光量と尿素水の濃度との関係に基づいてサーミスタ３８により環境温度を考慮しつつ尿素水の濃度を検出する尿素濃度検出装置２０であって、発光素子３０は、第１の波長域１５００〜１９００ｎｍの光と第２の波長域２１００〜２３００ｎｍの光のうち少なくとも一方を発するように形成されている。尿素水を介在させる凹部４１に導光部材４３を備え、導光部材４３は光路長を規定するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ディーゼル車の尿素ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒システムに適用される尿素濃度検出装置に関し、更に詳しくは、車両の燃費を悪化させることなく、ＮＯｘ浄化に最適な尿素水濃度を簡易な構成にて精度良くかつ応答性良く測定できる尿素濃度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境対策からディーゼルエンジン（以下、エンジンと略称する）を搭載した車両においては、エンジンからの排気中のＮＯｘ低減技術として、尿素ＳＣＲ触媒システムが実用化され、また、パティキュレート（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）低減技術として、触媒再生型パティキュレートフィルタシステムが実用化されている。
【０００３】
これらのうち尿素ＳＣＲ触媒システムは、エンジンからの排気が流通する排気通路の途中に酸素共存下でも選択的にＮＯｘを還元剤と反応させる性質を備えたＮＯｘ還元触媒（選択還元型触媒）を備えたものである。
【０００４】
すなわち、尿素ＳＣＲ触媒システムは、ＮＯｘ還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して当該還元剤をＮＯｘ還元触媒上で排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）と還元反応させ、水と窒素へと分解することによりＮＯｘの排出濃度を低減させるように構成されたものである。この還元剤としては、毒性のない尿素水を使用して、ＮＯｘを高効率で低減させることが実用化されている。
【０００５】
上記尿素水を触媒に噴霧し、ＮＯｘの分解を継続的に維持し、かつ効率を高めるためには、尿素水が特定の濃度範囲（たとえば、３２．５％程度）にあるのが好ましいことが知られている。このため、ディーゼルエンジン搭載車両のＮＯｘ浄化に最適な尿素水濃度を測定し、判定する手段の提供が望まれていた。
【０００６】
たとえば、液体の濃度を測定する従来技術として、つぎのものが公知である（特許文献１参照）。すなわち、この従来技術は、鉛蓄電池の電解液の濃度を測定する装置として、発光素子と受光素子との間に電解液を介在させ、水に吸収され易い波長域の光の受光量から水の増減（電解液濃度）を測定するように構成したものである。
【０００７】
なお、関連する従来技術として、異なる波長域で発光する２つの発光素子と、それらの光を受ける受光素子とを用いて油種を判定する技術が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００８】
また、測定対象となる液体毎に吸収率の高い波長の光をフィルタによって選択し、液体の漏れを検出する技術が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
【０００９】
また、フィルタによって特定の波長の光を選択的に透過させ、液体の濃度を測定する技術が提案されている（たとえば、特許文献４参照）。
【００１０】
また、発熱体および感温体を有した濃度検知部と、尿素溶液の温度を測定する液温検知部とを備え、上記発熱体の発熱時における上記感温体の初期温度とピーク温度との差に対応する電圧値から尿素濃度を求める技術が提案されている（たとえば、特許文献５参照）。
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１７２６１号公報
【特許文献２】特開平１０−３２９８９９号公報
【特許文献３】特開２０００−９７８５０号公報
【特許文献４】特開２００５−４３０６９号公報
【特許文献５】特開２００５−８４０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献１〜４に係る従来技術にあっては、ディーゼル車の尿素ＳＣＲ触媒システムに適用するための具体的手段が開示されておらず、特に、ＮＯｘ浄化に最適な尿素水濃度（たとえば、３２．５％程度）を測定ないし判定する手段の提供が望まれていた。
【００１３】
また、上記特許文献５に係る従来技術にあっては、発熱体（電極）を発熱させるため、発熱体の劣化が懸念されるとともに、消費電力が大きくなり、車両の燃費を悪化させてしまうという課題があった。更に、発熱により尿素水濃度が変化してしまい、精度良く濃度を計測できない虞があるとともに、発熱させるため計測の応答性が良くないという課題があった。
【００１４】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車両の燃費を悪化させることなく、ＮＯｘ浄化に最適な尿素水濃度を簡易な構成にて精度良くかつ応答性良く測定できる尿素濃度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項１に係る尿素濃度検出装置は、発光手段と受光手段とを有し、前記発光手段と前記受光手段との間に測定対象たる尿素水を介在させ、予め求められた前記受光手段による受光量と前記尿素水の濃度との関係に基づいて前記尿素水の濃度を検出する尿素濃度検出装置であって、前記発光手段は、前記受光手段による前記受光量に基づいて算出される透過率の変化量が大きい第１の波長域の光と第２の波長域の光のうち少なくとも一方を発するように形成され、前記尿素水の濃度を検出するために当該尿素水が進入可能な凹部と、前記凹部に前記発光手段の前記光を導く導光部材とを備え、前記導光部材は、前記凹部に配置されるとともに、濃度検出時の前記光の光路長を規定するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、この発明の請求項２に係る尿素濃度検出装置は、請求項１に記載の発明において、検出された前記尿素濃度が所定の既定値となっているか否かを判定する濃度判定手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
また、この発明の請求項３に係る尿素濃度検出装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記濃度判定手段によって前記尿素濃度が所定の既定値となっていない場合には、その旨を報知する報知手段を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明に係る尿素濃度検出装置（請求項１）によれば、発光手段として低消費電力の発光ダイオードを、受光手段として低消費電力のフォトダイオードを用いて簡易に構成することができ、濃度測定時の尿素水の加熱等も不要であるため、応答性が良く、車両の燃費を悪化させることがない。また、少なくとも一方の波長域を用いることにより、ＮＯｘ浄化に最適な尿素水濃度を精度良く測定できる。
【００１９】
また、この発明に係る尿素濃度検出装置（請求項２）によれば、ＮＯｘ浄化に最適な尿素濃度であるか否かを判定することができる。
【００２０】
また、この発明に係る尿素濃度検出装置（請求項３）によれば、異常がある場合にその旨を報知し、所定の処置（たとえば、尿素水の点検、交換等）を行うようにユーザに注意喚起することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、この発明に係る尿素濃度検出装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２２】
本発明は、後述するように、水と尿素水（たとえば、３２．５％）の光透過率特性の差が見られる波長が１５００〜１９００ｎｍまたは２１００〜２３００ｎｍの近赤外光を用いて、測定対象である尿素水を透過する光の透過率の減衰量から尿素濃度を算出するように構成したものである。
【００２３】
先ず、本発明に係る尿素濃度検出装置２０を適用する公知の尿素ＳＣＲ触媒システムについて図２に基づいて説明する。ここで、図２は、尿素濃度検出装置を適用する尿素ＳＣＲ触媒システムを示すブロック図である。
【００２４】
図２に示すように、エンジン１０の排気通路１１には、上流側に酸化触媒１２が設けられ、下流側に尿素ＳＣＲ触媒１３が設けられている。排気通路１１の酸化触媒１２と尿素ＳＣＲ触媒１３との間には、尿素水を添加するための尿素水噴射ノズル１６が設けられている。
【００２５】
この尿素水噴射ノズル１６へは、尿素水を貯留する尿素水タンク１４から尿素水供給通路１５によって尿素水が供給されるようになっている。尿素水添加システムタンク１７は、図示しない電子制御装置（以下、ＥＣＵと記す）からエンジン１０の運転情報を得て、エンジン出力等に合わせた最適な尿素水添加を行うための制御手段である。このＥＣＵは、尿素濃度が所定の既定値となっているか否かを判定する濃度判定手段としても機能するものである。
【００２６】
本実施例１に係る尿素濃度検出装置２０は、たとえば上記尿素水タンク１４に設置されており、その先端部（検出部）が尿素水に浸され、その濃度を測定するものである。この尿素濃度検出装置２０について、図１、図３および図４に基づいて更に詳しく説明する。ここで、図１は、この発明の実施例１に係る尿素濃度検出装置を示す断面図、図３は、尿素濃度検出装置を示す平面図、図４は、尿素濃度検出装置の導光部材を示す斜視図である。
【００２７】
図１に示すように、尿素濃度検出装置２０は、筒状の筐体２１，２２を主な外殻として密閉形成され、後述する各部材を収納して構成されている。すなわち、筐体２１は、筐体２２に対してねじ部２１ａにて螺合され、シール部材２９にてシールされている。また、筐体２２と後述するプリズム４０とは、シール部材２９にてシールされている。
【００２８】
また、ホルダ２４は、後述する発光素子（発光手段）３０、受光素子（受光手段）３４、基板２５を固定し、保持するためのものであり、ピン２６によって筐体２２に固定されている。なお、筐体２２は、取り付け穴２２ｃを用いてねじ等によって尿素水タンク１４に固定することができる。
【００２９】
発光素子３０は、波長１５００〜１９００ｎｍ（第１の波長域）または２１００〜２３００ｎｍ（第２の波長域）の近赤外光を発する素子であり、たとえば、信頼性が高く低消費電力であるとともに、安価な発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることができる。発光素子３０による光線の波長域を上記のように選択したのは、つぎの理由による。
【００３０】
すなわち、光の透過率（以下、適宜、透過率と記す）と測定される濃度との関係は光路長で変化することが実験により確認できた。たとえば、光路長が長い場合は、透過率の変化は高濃度域で小さくなるが、低濃度域では大きくなり、検出精度が高くなることが分かった。
【００３１】
また、上述したように、尿素ＳＣＲ触媒システムにおいては、尿素水濃度が３２．５％前後で精度良く測定されることが重要である。このため、図５に示すように、尿素水と水との透過率の差が顕著となっている波長域に着目することが重要である。
【００３２】
すなわち、精度良く濃度測定できるのは、波長が１５００〜１９００ｎｍおよび２１００〜２３００ｎｍの範囲であることが分かる。ここで、図５は、水と尿素水の透過率特性を示すグラフであり、光路長を１ｍｍ、尿素水濃度を３２．５％とした場合のものを示している。なお、図５に示したグラフは、他の光路長においても上記２つの波長域で同様の傾向が見られる。
【００３３】
以上の理由から、本実施例１では、波長が１５００〜１９００ｎｍまたは２１００〜２３００ｎｍのいずれかの波長域の近赤外光を発する発光素子３０を用いることとしたものである。
【００３４】
実験の結果、たとえば、光路長が０．５ｍｍ、波長が２２００ｎｍの場合の透過率と尿素濃度との関係は、図６に示すマップのようになる。また、光路長が２ｍｍ、波長が１６５０ｎｍの場合の透過率と尿素濃度との関係は、図７に示すマップのようになる。ここで、図６は、光路長が０．５ｍｍ、波長が２２００ｎｍの場合の透過率と尿素濃度との関係を示すマップ、図７は、光路長が２ｍｍ、波長が１６５０ｎｍの場合の透過率と尿素濃度との関係を示すマップである。
【００３５】
したがって、本実施例１では、たとえば、光路長となる、後述する隙間部４５の間隔を０．５ｍｍに設定し、かつ波長が２２００ｎｍの発光素子３０を用いたり、または隙間部４５の間隔を２ｍｍに設定し、かつ波長が１６５０ｎｍの発光素子３０を用いることができる。
【００３６】
また、受光素子３４は、発光素子３０から発せられた後、尿素水を透過して減衰した光線を受光するためのものであり、たとえば、フォトダイオードを用いることができる。
【００３７】
また、光量モニタ用受光素子３６は、環境温度変化の影響をキャンセルして発光素子３０の光量補正を行うために発光素子３０の近傍（発光素子３０と同一の環境温度条件）に設けられたものであり、たとえば、フォトダイオードを用いることができる。
【００３８】
すなわち、光量モニタ用受光素子３６の出力に基づいて得られるモニタ光量Ｉｍ（Ｖ）と発光素子３０の発光量Ｉｏ（Ｖ）との関係を、図８に示すようなマップあるいは所定の関係式として上記ＥＣＵ等に記憶させておき、光量補正時に出力されたモニタ光量Ｉｍ（Ｖ）とこのマップとから、発光素子３０の発光量Ｉｏ（Ｖ）を算出できるようにしたものである。ここで、図８は、光量モニタ用受光素子のモニタ光量Ｉｍと発光素子の発光量Ｉoとの関係を示すマップである。
【００３９】
プリズム４０は、検査対象液体である尿素水に発光素子３０からの光線を導くとともに、尿素水を通過した光線を受光素子３４に導くためのものである。なお、このプリズム４０も上記ピン２６によって筐体２２に対して位置決めされている。
【００４０】
また、図１および図４に示すように、直方体状の導光部材４３は、プリズム４０の凹部４１に設けられ、隙間部４５によって光路長を設定するとともに、当該光路長を維持しつつ尿素水の流動によって可動するように構成され、検出面の汚れを自動的に除去できるように構成されている。また、この導光部材４３は、図１および図３に示すように、固定部材４６を介して抜け止め部材４７によって凹部４１から脱落しないようになっている。
【００４１】
サーミスタ３８は、発光素子３０、受光素子３４、光量モニタ用受光素子３６を熱的に保護するため、尿素濃度検出装置２０内部の環境温度が動作温度を超えた場合に、これら部材への通電を必要に応じて遮断するためのものである。
【００４２】
基板２５は、これら発光素子３０、受光素子３４、光量モニタ用受光素子３６、サーミスタ３８等を固定するとともに、発光素子３０の駆動回路や受光素子３４の増幅回路等が設けられている。
【００４３】
コネクタ２３は、これら発光素子３０、受光素子３４、光量モニタ用受光素子３６、サーミスタ３８等と配線２３ａにて接続され、これらに電源を供給するとともに、受光素子３４、光量モニタ用受光素子３６からの信号を図示しない上記ＥＣＵに出力するためのものである。このコネクタ２３は、筐体２１に固定されている。
【００４４】
筐体２２の放熱フィン部２２ａは、尿素濃度検出装置２０内部に蓄熱されるのを抑制し、発光素子３０や受光素子３４、光量モニタ用受光素子３６等を熱劣化から保護するために設けられたものである。
【００４５】
つぎに、尿素濃度検出装置２０の制御方法について図９に基づいて図１等を参照しつつ説明する。ここで、図９は、尿素濃度検出装置２０の制御方法を示すフローチャートである。なお、以下の制御は、上記ＥＣＵによって適宜タイミングで実行される。
【００４６】
図９に示すように、先ず、発光素子３０に通電する（ステップＳ１０）。これにより、発光素子３０は発光し、図１に示すように、その光線がプリズム４０および導光部材４３によって隙間部４５内に存在する尿素水を透過し、所定量光量を減衰させてから受光素子３４に導かれる。
【００４７】
この透過光線の光量に応じた出力信号が受光素子３４によって出力されるので、その出力に基づいて尿素水の透過光量Ｉ（Ｖ）を算出する（ステップＳ２０）。
【００４８】
また、上記ステップＳ１０にて発光された発光素子３０の光線は、光量モニタ用受光素子３６によっても受光されるので、その光量モニタ用受光素子３６の出力に基づいてモニタ光量Ｉｍを算出する（ステップＳ３０）。
【００４９】
上記モニタ光量Ｉｍが算出されれば、図８に示したマップを用いることにより、発光素子３０の発光量Ｉo（尿素水により光量が減衰されていない値）を算出することができる（ステップＳ４０）。
【００５０】
つぎに、上記ステップＳ２０で算出した透過光量Ｉと、上記ステップＳ４０で算出した発光量Ｉoとに基づいて光透過率Ｔを算出する（ステップＳ５０）。上述したように、光路長および波長は既知であるから、該当する図６または図７に示したマップを用い、この光透過率Ｔに基づいて尿素濃度を容易に算出することができる（ステップＳ６０）。
【００５１】
つぎに、ＮＯｘ浄化に最適な尿素濃度であるか否かを判断するため、上記ステップＳ６０にて算出された尿素濃度が３２．５％近傍の既定値であるか否かを判断する（ステップＳ７０）。
【００５２】
尿素濃度が既定値であるならば（ステップＳ７０肯定）、制御を終了する。尿素濃度が既定値でないならば（ステップＳ７０否定）、異常である旨を音声ないし表示手段等の報知手段によって報知し（ステップＳ８０）、所定の処置（たとえば、尿素水の点検、交換等）を行うようにユーザに注意喚起する。
【００５３】
以上のように、この実施例１に係る尿素濃度検出装置２０によれば、つぎの効果を奏する。すなわち、上記発光素子３０、受光素子３４、光量モニタ用受光素子３６は、非接触で計測でき、かつ応答性が良いとともに、消費電力が極めて少なく、車両の燃費を悪化させることはない。
【００５４】
また、上記所定の波長域を用いることにより、簡易な構成にて尿素水のみを測定することができ、ＮＯｘ浄化に最適な尿素水濃度を精度良く測定できる。また、濃度測定に際して、従来技術では必要であった尿素水を加熱する等の余分な工程が不要である。
【００５５】
なお、上記実施例１においては、発光素子３０として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いるものとして説明したが、これに限定されず、たとえば、より光量が大きいＬＤ（レーザダイオード）を用いることもできる。
【００５６】
また、光量モニタ用受光素子３６を設けるものとして説明したが、これに限定されず、光量モニタ用受光素子３６に相当する受光素子を発光素子３０に内蔵し、ワンパッケージ化することにより、体格の小型化を図ってもよい。
【実施例２】
【００５７】
上記実施例１は、波長が１５００〜１９００ｎｍまたは２１００〜２３００ｎｍのいずれかの波長域の近赤外光を発する発光素子３０を用いる場合について説明したが、本実施例２では、これら両者の波長域を用いることができるように、各波長域の光量を発・受光可能な２組の発光・受光素子を用いて更に精度の良い濃度測定ができるように構成したものである。
【００５８】
図１０は、この発明の実施例２に係る尿素濃度検出装置を示す断面図、図１１は、尿素濃度検出装置の導光部材を示す斜視図、図１２は、尿素濃度検出装置の検出部を拡大して示す断面図である。なお、以下の説明において、すでに説明した部材またはステップ番号と同一もしくは相当するものには、同一の符号を付して重複説明を省略または簡略化する。
【００５９】
図１０〜図１２に示すように、導光部材４３は、段部４３ａを備え、隙間部４５に２種類の光路長Ｌ１，Ｌ２を形成できるように構成されている。たとえば、この光路長Ｌ１は０．５ｍｍに設定され、光路長Ｌ２は２ｍｍに設定されている。
【００６０】
そして、図１０に示すように、第１発光素子（発光手段）３０ａは、この光路長が上記Ｌ１および波長が２２００ｎｍに対応するように構成され、第２発光素子（発光手段）３０ｂは、光路長が上記Ｌ２および波長が１６５０ｎｍに対応するように構成されている。
【００６１】
また、第１受光素子（受光手段）３４ａは、第１発光素子３０ａから発光され、導光部材４３および隙間部４５を経た光線を受光するように設けられている。同様に、第２受光素子（受光手段）３４ｂは、第２発光素子３０ｂから発光され、導光部材４３および隙間部４５を経た光線を受光するように設けられている。
【００６２】
また、図示を省略するが、上記実施例１において説明した光量モニタ用受光素子３６に相当する光量モニタ用受光素子は、上記第１発光素子３０ａに内蔵されており、第１発光素子３０ａおよび隣接する第２発光素子３０ｂの光量をモニタすることにより、環境温度変化の影響をキャンセルして光量補正を行うことができるように構成されている。なお、その他の構成は、上記実施例１の場合と同様であるので、重複説明を省略する。
【００６３】
つぎに、尿素濃度検出装置２０の制御方法について図１３に基づいて図１０等を参照しつつ説明する。ここで、図１３は、尿素濃度検出装置２０の制御方法を示すフローチャートである。なお、以下の制御は、上記ＥＣＵによって適宜タイミングで実行される。
【００６４】
図１３に示すように、先ず、第１，第２発光素子３０ａ，３０ｂに通電する（ステップＳ１１０）。これにより、第１，第２発光素子３０ａ，３０ｂは発光し、図１０に示すように、その光線がプリズム４０および導光部材４３によって対応する隙間部４５内に存在する尿素水を透過し、所定量光量を減衰させてから第１，第２受光素子３４ａ，３４ｂに導かれる。
【００６５】
この透過光線の光量に応じた出力信号が第１，第２受光素子３４ａ，３４ｂによって出力されるので、その出力に基づいて尿素水の透過光量Ｉ1，Ｉ2（Ｖ）を算出する（ステップＳ１２０）。
【００６６】
また、上記ステップＳ１１０にて発光された第１，第２発光素子３０ａ，３０ｂの光線は、第１発光素子３０ａに内蔵された図示しない光量モニタ用受光素子によっても受光されるので、その光量モニタ用受光素子の出力に基づいてそれぞれのモニタ光量Ｉｍを算出する（ステップＳ１３０）。
【００６７】
上記各モニタ光量Ｉｍが算出されれば、上記実施例１の図８に示したマップを用いることにより、第１，第２発光素子３０ａ，３０ｂの発光量Ｉ1o，Ｉ2o（尿素水により光量が減衰されていない値）を算出することができる（ステップＳ１４０）。
【００６８】
つぎに、上記ステップＳ１２０で算出した透過光量Ｉ1，Ｉ2と、上記ステップＳ１４０で算出した発光量Ｉ1o，Ｉ2oとに基づいて光透過率Ｔ1，Ｔ2を算出する（ステップＳ１５０）。
【００６９】
そして、つぎに、上記ステップＳ１５０で算出された光透過率Ｔ1，Ｔ2に異常がないかどうか図１４に示すマップを用いて判断する（ステップＳ１５５）。ここで、図１４は、ある任意の尿素水濃度に対して上記２種類の波長域における透過率の関係を示すマップであり、波長が１６５０ｎｍの場合の光透過率Ｔ2と波長が２２００ｎｍの場合の透過率Ｔ1との関係を示したものである。
【００７０】
すなわち、算出された上記透過率Ｔ1，Ｔ2が、図１４に示すグラフ上に乗れば、所定濃度の尿素水である（異常なし）と判断することができ、乗らなければ尿素水以外の溶液（異常あり）であると判断することができる。
【００７１】
したがって、異常がない場合（ステップＳ１５５肯定）は、光路長および波長は既知であるから、予め作成された図１４に相当するマップを用い、これら光透過率Ｔ1，Ｔ2に基づいて尿素濃度を容易に算出することができる（ステップＳ１６０）。
【００７２】
一方、異常がある場合（ステップＳ１５５否定）は、異常である旨を報知し（ステップＳ１８０）、所定の処置（たとえば、尿素水の点検、交換等）を行うようにユーザに注意喚起する。
【００７３】
つぎに、ＮＯｘ浄化に最適な尿素濃度であるか否かを判断するため、上記ステップＳ１６０にて算出された尿素濃度が３２．５％近傍の既定値であるか否かを判断する（ステップＳ１７０）。
【００７４】
尿素濃度が既定値であるならば（ステップＳ１７０肯定）、制御を終了する。尿素濃度が既定値でないならば（ステップＳ１７０否定）、異常である旨を報知し（ステップＳ１８０）、所定の処置（たとえば、尿素水の点検、交換等）を行うようにユーザに注意喚起する。
【００７５】
以上のように、この実施例２に係る尿素濃度検出装置２０によれば、２組の発光・受光素子を用いて２つの波長域を用いて構成したので、上記実施例１と同様の効果を奏するほか、更に精度の良い濃度測定を行うことができる。
【００７６】
また、測定結果に異常を見出した際には、その旨をユーザに報知するようにしたので、その後の迅速な対応が可能となる。
【００７７】
また、上記実施例１において説明した光量モニタ用受光素子３６に相当する光量モニタ用受光素子を、第１発光素子３０ａに内蔵し、かつ当該１つの光量モニタ用受光素子で第１，第２発光素子３０ａ，３０ｂの光量補正を行うことができるので、装置全体を小型化することができる。
【００７８】
なお、上記実施例１および上記実施例２においては、説明の都合上、光路長および波長を限定して示したが、これに限定されず、上記効果を奏することができれば、その他の光路長や波長であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上のように、この発明に係る尿素濃度検出装置は、ディーゼル車の尿素ＳＣＲ触媒システムに有用であり、特に、車両の燃費を悪化させることなく、ＮＯｘ浄化に最適な尿素水濃度を簡易な構成にて精度良くかつ応答性良く測定することを目指す尿素濃度検出装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】この発明の実施例１に係る尿素濃度検出装置を示す断面図である。
【図２】尿素濃度検出装置を適用する尿素ＳＣＲ触媒システムを示すブロック図である。
【図３】尿素濃度検出装置を示す平面図である。
【図４】尿素濃度検出装置の導光部材を示す斜視図である。
【図５】水と尿素水の透過率特性を示すグラフである。
【図６】光路長が０．５ｍｍ、波長が２２００ｎｍの場合の透過率と尿素濃度との関係を示すマップである。
【図７】光路長が２ｍｍ、波長が１６５０ｎｍの場合の透過率と尿素濃度との関係を示すマップである。
【図８】光量モニタ用受光素子のモニタ光量Ｉｍと発光素子の発光量Ｉoとの関係を示すマップである。
【図９】尿素濃度検出装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図１０】この発明の実施例２に係る尿素濃度検出装置を示す断面図である。
【図１１】尿素濃度検出装置の導光部材を示す斜視図である。
【図１２】尿素濃度検出装置の検出部を拡大して示す断面図である。
【図１３】尿素濃度検出装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図１４】任意の尿素水濃度に対して２種類の波長域における透過率の関係を示すマップである。
【符号の説明】
【００８１】
１０ エンジン
１１ 排気通路
１２ 酸化触媒
１３ 尿素ＳＣＲ触媒
１４ 尿素水タンク
１５ 尿素水供給通路
１６ 尿素水噴射ノズル
１７ 尿素水添加システムタンク
２０ 尿素濃度検出装置
２１、２２ 筐体
２４ ホルダ
２５ 基板
３０ 発光素子（発光手段）
３０ａ 第１発光素子（発光手段）
３０ｂ 第２発光素子（発光手段）
３４ 受光素子（受光手段）
３４ａ 第１受光素子（受光手段）
３４ｂ 第２受光素子（受光手段）
３６ 光量モニタ用受光素子（受光手段）
３８ サーミスタ
４０ プリズム
４１ 凹部
４３ 導光部材
４３ａ 段部
４５ 隙間部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ディーゼル車の尿素ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒システムに適用される尿素濃度検出装置に関し、更に詳しくは、車両の燃費を悪化させることなく、ＮＯｘ浄化に最適な尿素水濃度を簡易な構成にて精度良くかつ応答性良く測定できる尿素濃度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境対策からディーゼルエンジン（以下、エンジンと略称する）を搭載した車両においては、エンジンからの排気中のＮＯｘ低減技術として、尿素ＳＣＲ触媒システムが実用化され、また、パティキュレート（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）低減技術として、触媒再生型パティキュレートフィルタシステムが実用化されている。
【０００３】
これらのうち尿素ＳＣＲ触媒システムは、エンジンからの排気が流通する排気通路の途中に酸素共存下でも選択的にＮＯｘを還元剤と反応させる性質を備えたＮＯｘ還元触媒（選択還元型触媒）を備えたものである。
【０００４】
すなわち、尿素ＳＣＲ触媒システムは、ＮＯｘ還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して当該還元剤をＮＯｘ還元触媒上で排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）と還元反応させ、水と窒素へと分解することによりＮＯｘの排出濃度を低減させるように構成されたものである。この還元剤としては、毒性のない尿素水を使用して、ＮＯｘを高効率で低減させることが実用化されている。
【０００５】
上記尿素水を触媒に噴霧し、ＮＯｘの分解を継続的に維持し、かつ効率を高めるためには、尿素水が特定の濃度範囲（たとえば、３２．５％程度）にあるのが好ましいことが知られている。このため、ディーゼルエンジン搭載車両のＮＯｘ浄化に最適な尿素水濃度を測定し、判定する手段の提供が望まれていた。
【０００６】
たとえば、液体の濃度を測定する従来技術として、つぎのものが公知である（特許文献１参照）。すなわち、この従来技術は、鉛蓄電池の電解液の濃度を測定する装置として、発光素子と受光素子との間に電解液を介在させ、水に吸収され易い波長域の光の受光量から水の増減（電解液濃度）を測定するように構成したものである。
【０００７】
なお、関連する従来技術として、異なる波長域で発光する２つの発光素子と、それらの光を受ける受光素子とを用いて油種を判定する技術が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００８】
また、測定対象となる液体毎に吸収率の高い波長の光をフィルタによって選択し、液体の漏れを検出する技術が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
【０００９】
また、フィルタによって特定の波長の光を選択的に透過させ、液体の濃度を測定する技術が提案されている（たとえば、特許文献４参照）。
【００１０】
また、発熱体および感温体を有した濃度検知部と、尿素溶液の温度を測定する液温検知部とを備え、上記発熱体の発熱時における上記感温体の初期温度とピーク温度との差に対応する電圧値から尿素濃度を求める技術が提案されている（たとえば、特許文献５参照）。
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１７２６１号公報
【特許文献２】特開平１０−３２９８９９号公報
【特許文献３】特開２０００−９７８５０号公報
【特許文献４】特開２００５−４３０６９号公報
【特許文献５】特開２００５−８４０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献１〜４に係る従来技術にあっては、ディーゼル車の尿素ＳＣＲ触媒システムに適用するための具体的手段が開示されておらず、特に、ＮＯｘ浄化に最適な尿素水濃度（たとえば、３２．５％程度）を測定ないし判定する手段の提供が望まれていた。
【００１３】
また、上記特許文献５に係る従来技術にあっては、発熱体（電極）を発熱させるため、発熱体の劣化が懸念されるとともに、消費電力が大きくなり、車両の燃費を悪化させてしまうという課題があった。更に、発熱により尿素水濃度が変化してしまい、精度良く濃度を計測できない虞があるとともに、発熱させるため計測の応答性が良くないという課題があった。
【００１４】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車両の燃費を悪化させることなく、ＮＯｘ浄化に最適な尿素水濃度を簡易な構成にて精度良くかつ応答性良く測定できる尿素濃度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項１に係る尿素濃度検出装置は、発光手段と受光手段とを有し、前記発光手段と前記受光手段との間に測定対象たる尿素水を介在させ、予め求められた前記受光手段による受光量と前記尿素水の濃度との関係に基づいて前記尿素水の濃度を検出する尿素濃度検出装置であって、前記発光手段は、前記受光手段による前記受光量に基づいて算出される透過率の変化量が大きい第１の波長域の光と第２の波長域の光のうち少なくとも一方を発するように形成され、前記尿素水の濃度を検出するために当該尿素水が進入可能な凹部と、前記凹部に前記発光手段の前記光を導く導光部材とを備え、前記導光部材は、前記凹部に配置されるとともに、濃度検出時の前記光の光路長を規定するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、この発明の請求項２に係る尿素濃度検出装置は、請求項１に記載の発明において、検出された前記尿素濃度が所定の既定値となっているか否かを判定する濃度判定手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
また、この発明の請求項３に係る尿素濃度検出装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記濃度判定手段によって前記尿素濃度が所定の既定値となっていない場合には、その旨を報知する報知手段を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明に係る尿素濃度検出装置（請求項１）によれば、発光手段として低消費電力の発光ダイオードを、受光手段として低消費電力のフォトダイオードを用いて簡易に構成することができ、濃度測定時の尿素水の加熱等も不要であるため、応答性が良く、車両の燃費を悪化させることがない。また、少なくとも一方の波長域を用いることにより、ＮＯｘ浄化に最適な尿素水濃度を精度良く測定できる。
【００１９】
また、この発明に係る尿素濃度検出装置（請求項２）によれば、ＮＯｘ浄化に最適な尿素濃度であるか否かを判定することができる。
【００２０】
また、この発明に係る尿素濃度検出装置（請求項３）によれば、異常がある場合にその旨を報知し、所定の処置（たとえば、尿素水の点検、交換等）を行うようにユーザに注意喚起することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、この発明に係る尿素濃度検出装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２２】
本発明は、後述するように、水と尿素水（たとえば、３２．５％）の光透過率特性の差が見られる波長が１５００〜１９００ｎｍまたは２１００〜２３００ｎｍの近赤外光を用いて、測定対象である尿素水を透過する光の透過率の減衰量から尿素濃度を算出するように構成したものである。
【００２３】
先ず、本発明に係る尿素濃度検出装置２０を適用する公知の尿素ＳＣＲ触媒システムについて図２に基づいて説明する。ここで、図２は、尿素濃度検出装置を適用する尿素ＳＣＲ触媒システムを示すブロック図である。
【００２４】
図２に示すように、エンジン１０の排気通路１１には、上流側に酸化触媒１２が設けられ、下流側に尿素ＳＣＲ触媒１３が設けられている。排気通路１１の酸化触媒１２と尿素ＳＣＲ触媒１３との間には、尿素水を添加するための尿素水噴射ノズル１６が設けられている。
【００２５】
この尿素水噴射ノズル１６へは、尿素水を貯留する尿素水タンク１４から尿素水供給通路１５によって尿素水が供給されるようになっている。尿素水添加システムタンク１７は、図示しない電子制御装置（以下、ＥＣＵと記す）からエンジン１０の運転情報を得て、エンジン出力等に合わせた最適な尿素水添加を行うための制御手段である。このＥＣＵは、尿素濃度が所定の既定値となっているか否かを判定する濃度判定手段としても機能するものである。
【００２６】
本実施例１に係る尿素濃度検出装置２０は、たとえば上記尿素水タンク１４に設置されており、その先端部（検出部）が尿素水に浸され、その濃度を測定するものである。この尿素濃度検出装置２０について、図１、図３および図４に基づいて更に詳しく説明する。ここで、図１は、この発明の実施例１に係る尿素濃度検出装置を示す断面図、図３は、尿素濃度検出装置を示す平面図、図４は、尿素濃度検出装置の導光部材を示す斜視図である。
【００２７】
図１に示すように、尿素濃度検出装置２０は、筒状の筐体２１，２２を主な外殻として密閉形成され、後述する各部材を収納して構成されている。すなわち、筐体２１は、筐体２２に対してねじ部２１ａにて螺合され、シール部材２９にてシールされている。また、筐体２２と後述するプリズム４０とは、シール部材２９にてシールされている。
【００２８】
また、ホルダ２４は、後述する発光素子（発光手段）３０、受光素子（受光手段）３４、基板２５を固定し、保持するためのものであり、ピン２６によって筐体２２に固定されている。なお、筐体２２は、取り付け穴２２ｃを用いてねじ等によって尿素水タンク１４に固定することができる。
【００２９】
発光素子３０は、波長１５００〜１９００ｎｍ（第１の波長域）または２１００〜２３００ｎｍ（第２の波長域）の近赤外光を発する素子であり、たとえば、信頼性が高く低消費電力であるとともに、安価な発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることができる。発光素子３０による光線の波長域を上記のように選択したのは、つぎの理由による。
【００３０】
すなわち、光の透過率（以下、適宜、透過率と記す）と測定される濃度との関係は光路長で変化することが実験により確認できた。たとえば、光路長が長い場合は、透過率の変化は高濃度域で小さくなるが、低濃度域では大きくなり、検出精度が高くなることが分かった。
【００３１】
また、上述したように、尿素ＳＣＲ触媒システムにおいては、尿素水濃度が３２．５％前後で精度良く測定されることが重要である。このため、図５に示すように、尿素水と水との透過率の差が顕著となっている波長域に着目することが重要である。
【００３２】
すなわち、精度良く濃度測定できるのは、波長が１５００〜１９００ｎｍおよび２１００〜２３００ｎｍの範囲であることが分かる。ここで、図５は、水と尿素水の透過率特性を示すグラフであり、光路長を１ｍｍ、尿素水濃度を３２．５％とした場合のものを示している。なお、図５に示したグラフは、他の光路長においても上記２つの波長域で同様の傾向が見られる。
【００３３】
以上の理由から、本実施例１では、波長が１５００〜１９００ｎｍまたは２１００〜２３００ｎｍのいずれかの波長域の近赤外光を発する発光素子３０を用いることとしたものである。
【００３４】
実験の結果、たとえば、光路長が０．５ｍｍ、波長が２２００ｎｍの場合の透過率と尿素濃度との関係は、図６に示すマップのようになる。また、光路長が２ｍｍ、波長が１６５０ｎｍの場合の透過率と尿素濃度との関係は、図７に示すマップのようになる。ここで、図６は、光路長が０．５ｍｍ、波長が２２００ｎｍの場合の透過率と尿素濃度との関係を示すマップ、図７は、光路長が２ｍｍ、波長が１６５０ｎｍの場合の透過率と尿素濃度との関係を示すマップである。
【００３５】
したがって、本実施例１では、たとえば、光路長となる、後述する隙間部４５の間隔を０．５ｍｍに設定し、かつ波長が２２００ｎｍの発光素子３０を用いたり、または隙間部４５の間隔を２ｍｍに設定し、かつ波長が１６５０ｎｍの発光素子３０を用いることができる。
【００３６】
また、受光素子３４は、発光素子３０から発せられた後、尿素水を透過して減衰した光線を受光するためのものであり、たとえば、フォトダイオードを用いることができる。
【００３７】
また、光量モニタ用受光素子３６は、環境温度変化の影響をキャンセルして発光素子３０の光量補正を行うために発光素子３０の近傍（発光素子３０と同一の環境温度条件）に設けられたものであり、たとえば、フォトダイオードを用いることができる。
【００３８】
すなわち、光量モニタ用受光素子３６の出力に基づいて得られるモニタ光量Ｉｍ（Ｖ）と発光素子３０の発光量Ｉｏ（Ｖ）との関係を、図８に示すようなマップあるいは所定の関係式として上記ＥＣＵ等に記憶させておき、光量補正時に出力されたモニタ光量Ｉｍ（Ｖ）とこのマップとから、発光素子３０の発光量Ｉｏ（Ｖ）を算出できるようにしたものである。ここで、図８は、光量モニタ用受光素子のモニタ光量Ｉｍと発光素子の発光量Ｉoとの関係を示すマップである。
【００３９】
プリズム４０は、検査対象液体である尿素水に発光素子３０からの光線を導くとともに、尿素水を通過した光線を受光素子３４に導くためのものである。なお、このプリズム４０も上記ピン２６によって筐体２２に対して位置決めされている。
【００４０】
また、図１および図４に示すように、直方体状の導光部材４３は、プリズム４０の凹部４１に設けられ、隙間部４５によって光路長を設定するとともに、当該光路長を維持しつつ尿素水の流動によって可動するように構成され、検出面の汚れを自動的に除去できるように構成されている。また、この導光部材４３は、図１および図３に示すように、固定部材４６を介して抜け止め部材４７によって凹部４１から脱落しないようになっている。
【００４１】
サーミスタ３８は、発光素子３０、受光素子３４、光量モニタ用受光素子３６を熱的に保護するため、尿素濃度検出装置２０内部の環境温度が動作温度を超えた場合に、これら部材への通電を必要に応じて遮断するためのものである。
【００４２】
基板２５は、これら発光素子３０、受光素子３４、光量モニタ用受光素子３６、サーミスタ３８等を固定するとともに、発光素子３０の駆動回路や受光素子３４の増幅回路等が設けられている。
【００４３】
コネクタ２３は、これら発光素子３０、受光素子３４、光量モニタ用受光素子３６、サーミスタ３８等と配線２３ａにて接続され、これらに電源を供給するとともに、受光素子３４、光量モニタ用受光素子３６からの信号を図示しない上記ＥＣＵに出力するためのものである。このコネクタ２３は、筐体２１に固定されている。
【００４４】
筐体２２の放熱フィン部２２ａは、尿素濃度検出装置２０内部に蓄熱されるのを抑制し、発光素子３０や受光素子３４、光量モニタ用受光素子３６等を熱劣化から保護するために設けられたものである。
【００４５】
つぎに、尿素濃度検出装置２０の制御方法について図９に基づいて図１等を参照しつつ説明する。ここで、図９は、尿素濃度検出装置２０の制御方法を示すフローチャートである。なお、以下の制御は、上記ＥＣＵによって適宜タイミングで実行される。
【００４６】
図９に示すように、先ず、発光素子３０に通電する（ステップＳ１０）。これにより、発光素子３０は発光し、図１に示すように、その光線がプリズム４０および導光部材４３によって隙間部４５内に存在する尿素水を透過し、所定量光量を減衰させてから受光素子３４に導かれる。
【００４７】
この透過光線の光量に応じた出力信号が受光素子３４によって出力されるので、その出力に基づいて尿素水の透過光量Ｉ（Ｖ）を算出する（ステップＳ２０）。
【００４８】
また、上記ステップＳ１０にて発光された発光素子３０の光線は、光量モニタ用受光素子３６によっても受光されるので、その光量モニタ用受光素子３６の出力に基づいてモニタ光量Ｉｍを算出する（ステップＳ３０）。
【００４９】
上記モニタ光量Ｉｍが算出されれば、図８に示したマップを用いることにより、発光素子３０の発光量Ｉo（尿素水により光量が減衰されていない値）を算出することができる（ステップＳ４０）。
【００５０】
つぎに、上記ステップＳ２０で算出した透過光量Ｉと、上記ステップＳ４０で算出した発光量Ｉoとに基づいて光透過率Ｔを算出する（ステップＳ５０）。上述したように、光路長および波長は既知であるから、該当する図６または図７に示したマップを用い、この光透過率Ｔに基づいて尿素濃度を容易に算出することができる（ステップＳ６０）。
【００５１】
つぎに、ＮＯｘ浄化に最適な尿素濃度であるか否かを判断するため、上記ステップＳ６０にて算出された尿素濃度が３２．５％近傍の既定値であるか否かを判断する（ステップＳ７０）。
【００５２】
尿素濃度が既定値であるならば（ステップＳ７０肯定）、制御を終了する。尿素濃度が既定値でないならば（ステップＳ７０否定）、異常である旨を音声ないし表示手段等の報知手段によって報知し（ステップＳ８０）、所定の処置（たとえば、尿素水の点検、交換等）を行うようにユーザに注意喚起する。
【００５３】
以上のように、この実施例１に係る尿素濃度検出装置２０によれば、つぎの効果を奏する。すなわち、上記発光素子３０、受光素子３４、光量モニタ用受光素子３６は、非接触で計測でき、かつ応答性が良いとともに、消費電力が極めて少なく、車両の燃費を悪化させることはない。
【００５４】
また、上記所定の波長域を用いることにより、簡易な構成にて尿素水のみを測定することができ、ＮＯｘ浄化に最適な尿素水濃度を精度良く測定できる。また、濃度測定に際して、従来技術では必要であった尿素水を加熱する等の余分な工程が不要である。
【００５５】
なお、上記実施例１においては、発光素子３０として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いるものとして説明したが、これに限定されず、たとえば、より光量が大きいＬＤ（レーザダイオード）を用いることもできる。
【００５６】
また、光量モニタ用受光素子３６を設けるものとして説明したが、これに限定されず、光量モニタ用受光素子３６に相当する受光素子を発光素子３０に内蔵し、ワンパッケージ化することにより、体格の小型化を図ってもよい。
【実施例２】
【００５７】
上記実施例１は、波長が１５００〜１９００ｎｍまたは２１００〜２３００ｎｍのいずれかの波長域の近赤外光を発する発光素子３０を用いる場合について説明したが、本実施例２では、これら両者の波長域を用いることができるように、各波長域の光量を発・受光可能な２組の発光・受光素子を用いて更に精度の良い濃度測定ができるように構成したものである。
【００５８】
図１０は、この発明の実施例２に係る尿素濃度検出装置を示す断面図、図１１は、尿素濃度検出装置の導光部材を示す斜視図、図１２は、尿素濃度検出装置の検出部を拡大して示す断面図である。なお、以下の説明において、すでに説明した部材またはステップ番号と同一もしくは相当するものには、同一の符号を付して重複説明を省略または簡略化する。
【００５９】
図１０〜図１２に示すように、導光部材４３は、段部４３ａを備え、隙間部４５に２種類の光路長Ｌ１，Ｌ２を形成できるように構成されている。たとえば、この光路長Ｌ１は０．５ｍｍに設定され、光路長Ｌ２は２ｍｍに設定されている。
【００６０】
そして、図１０に示すように、第１発光素子（発光手段）３０ａは、この光路長が上記Ｌ１および波長が２２００ｎｍに対応するように構成され、第２発光素子（発光手段）３０ｂは、光路長が上記Ｌ２および波長が１６５０ｎｍに対応するように構成されている。
【００６１】
また、第１受光素子（受光手段）３４ａは、第１発光素子３０ａから発光され、導光部材４３および隙間部４５を経た光線を受光するように設けられている。同様に、第２受光素子（受光手段）３４ｂは、第２発光素子３０ｂから発光され、導光部材４３および隙間部４５を経た光線を受光するように設けられている。
【００６２】
また、図示を省略するが、上記実施例１において説明した光量モニタ用受光素子３６に相当する光量モニタ用受光素子は、上記第１発光素子３０ａに内蔵されており、第１発光素子３０ａおよび隣接する第２発光素子３０ｂの光量をモニタすることにより、環境温度変化の影響をキャンセルして光量補正を行うことができるように構成されている。なお、その他の構成は、上記実施例１の場合と同様であるので、重複説明を省略する。
【００６３】
つぎに、尿素濃度検出装置２０の制御方法について図１３に基づいて図１０等を参照しつつ説明する。ここで、図１３は、尿素濃度検出装置２０の制御方法を示すフローチャートである。なお、以下の制御は、上記ＥＣＵによって適宜タイミングで実行される。
【００６４】
図１３に示すように、先ず、第１，第２発光素子３０ａ，３０ｂに通電する（ステップＳ１１０）。これにより、第１，第２発光素子３０ａ，３０ｂは発光し、図１０に示すように、その光線がプリズム４０および導光部材４３によって対応する隙間部４５内に存在する尿素水を透過し、所定量光量を減衰させてから第１，第２受光素子３４ａ，３４ｂに導かれる。
【００６５】
この透過光線の光量に応じた出力信号が第１，第２受光素子３４ａ，３４ｂによって出力されるので、その出力に基づいて尿素水の透過光量Ｉ1，Ｉ2（Ｖ）を算出する（ステップＳ１２０）。
【００６６】
また、上記ステップＳ１１０にて発光された第１，第２発光素子３０ａ，３０ｂの光線は、第１発光素子３０ａに内蔵された図示しない光量モニタ用受光素子によっても受光されるので、その光量モニタ用受光素子の出力に基づいてそれぞれのモニタ光量Ｉｍを算出する（ステップＳ１３０）。
【００６７】
上記各モニタ光量Ｉｍが算出されれば、上記実施例１の図８に示したマップを用いることにより、第１，第２発光素子３０ａ，３０ｂの発光量Ｉ1o，Ｉ2o（尿素水により光量が減衰されていない値）を算出することができる（ステップＳ１４０）。
【００６８】
つぎに、上記ステップＳ１２０で算出した透過光量Ｉ1，Ｉ2と、上記ステップＳ１４０で算出した発光量Ｉ1o，Ｉ2oとに基づいて光透過率Ｔ1，Ｔ2を算出する（ステップＳ１５０）。
【００６９】
そして、つぎに、上記ステップＳ１５０で算出された光透過率Ｔ1，Ｔ2に異常がないかどうか図１４に示すマップを用いて判断する（ステップＳ１５５）。ここで、図１４は、ある任意の尿素水濃度に対して上記２種類の波長域における透過率の関係を示すマップであり、波長が１６５０ｎｍの場合の光透過率Ｔ2と波長が２２００ｎｍの場合の透過率Ｔ1との関係を示したものである。
【００７０】
すなわち、算出された上記透過率Ｔ1，Ｔ2が、図１４に示すグラフ上に乗れば、所定濃度の尿素水である（異常なし）と判断することができ、乗らなければ尿素水以外の溶液（異常あり）であると判断することができる。
【００７１】
したがって、異常がない場合（ステップＳ１５５肯定）は、光路長および波長は既知であるから、予め作成された図１４に相当するマップを用い、これら光透過率Ｔ1，Ｔ2に基づいて尿素濃度を容易に算出することができる（ステップＳ１６０）。
【００７２】
一方、異常がある場合（ステップＳ１５５否定）は、異常である旨を報知し（ステップＳ１８０）、所定の処置（たとえば、尿素水の点検、交換等）を行うようにユーザに注意喚起する。
【００７３】
つぎに、ＮＯｘ浄化に最適な尿素濃度であるか否かを判断するため、上記ステップＳ１６０にて算出された尿素濃度が３２．５％近傍の既定値であるか否かを判断する（ステップＳ１７０）。
【００７４】
尿素濃度が既定値であるならば（ステップＳ１７０肯定）、制御を終了する。尿素濃度が既定値でないならば（ステップＳ１７０否定）、異常である旨を報知し（ステップＳ１８０）、所定の処置（たとえば、尿素水の点検、交換等）を行うようにユーザに注意喚起する。
【００７５】
以上のように、この実施例２に係る尿素濃度検出装置２０によれば、２組の発光・受光素子を用いて２つの波長域を用いて構成したので、上記実施例１と同様の効果を奏するほか、更に精度の良い濃度測定を行うことができる。
【００７６】
また、測定結果に異常を見出した際には、その旨をユーザに報知するようにしたので、その後の迅速な対応が可能となる。
【００７７】
また、上記実施例１において説明した光量モニタ用受光素子３６に相当する光量モニタ用受光素子を、第１発光素子３０ａに内蔵し、かつ当該１つの光量モニタ用受光素子で第１，第２発光素子３０ａ，３０ｂの光量補正を行うことができるので、装置全体を小型化することができる。
【００７８】
なお、上記実施例１および上記実施例２においては、説明の都合上、光路長および波長を限定して示したが、これに限定されず、上記効果を奏することができれば、その他の光路長や波長であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上のように、この発明に係る尿素濃度検出装置は、ディーゼル車の尿素ＳＣＲ触媒システムに有用であり、特に、車両の燃費を悪化させることなく、ＮＯｘ浄化に最適な尿素水濃度を簡易な構成にて精度良くかつ応答性良く測定することを目指す尿素濃度検出装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】この発明の実施例１に係る尿素濃度検出装置を示す断面図である。
【図２】尿素濃度検出装置を適用する尿素ＳＣＲ触媒システムを示すブロック図である。
【図３】尿素濃度検出装置を示す平面図である。
【図４】尿素濃度検出装置の導光部材を示す斜視図である。
【図５】水と尿素水の透過率特性を示すグラフである。
【図６】光路長が０．５ｍｍ、波長が２２００ｎｍの場合の透過率と尿素濃度との関係を示すマップである。
【図７】光路長が２ｍｍ、波長が１６５０ｎｍの場合の透過率と尿素濃度との関係を示すマップである。
【図８】光量モニタ用受光素子のモニタ光量Ｉｍと発光素子の発光量Ｉoとの関係を示すマップである。
【図９】尿素濃度検出装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図１０】この発明の実施例２に係る尿素濃度検出装置を示す断面図である。
【図１１】尿素濃度検出装置の導光部材を示す斜視図である。
【図１２】尿素濃度検出装置の検出部を拡大して示す断面図である。
【図１３】尿素濃度検出装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図１４】任意の尿素水濃度に対して２種類の波長域における透過率の関係を示すマップである。
【符号の説明】
【００８１】
１０ エンジン
１１ 排気通路
１２ 酸化触媒
１３ 尿素ＳＣＲ触媒
１４ 尿素水タンク
１５ 尿素水供給通路
１６ 尿素水噴射ノズル
１７ 尿素水添加システムタンク
２０ 尿素濃度検出装置
２１、２２ 筐体
２４ ホルダ
２５ 基板
３０ 発光素子（発光手段）
３０ａ 第１発光素子（発光手段）
３０ｂ 第２発光素子（発光手段）
３４ 受光素子（受光手段）
３４ａ 第１受光素子（受光手段）
３４ｂ 第２受光素子（受光手段）
３６ 光量モニタ用受光素子（受光手段）
３８ サーミスタ
４０ プリズム
４１ 凹部
４３ 導光部材
４３ａ 段部
４５ 隙間部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光手段と受光手段とを有し、前記発光手段と前記受光手段との間に測定対象たる尿素水を介在させ、予め求められた前記受光手段による受光量と前記尿素水の濃度との関係に基づいて前記尿素水の濃度を検出する尿素濃度検出装置であって、
前記発光手段は、前記受光手段による前記受光量に基づいて算出される透過率の変化量が大きい第１の波長域の光と第２の波長域の光のうち少なくとも一方を発するように形成され、
前記尿素水の濃度を検出するために当該尿素水が進入可能な凹部と、
前記凹部に前記発光手段の前記光を導く導光部材とを備え、
前記導光部材は、前記凹部に配置されるとともに、濃度検出時の前記光の光路長を規定するように構成されていることを特徴とする尿素濃度検出装置。
【請求項２】
検出された前記尿素濃度が所定の既定値となっているか否かを判定する濃度判定手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の尿素濃度検出装置。
【請求項３】
前記濃度判定手段によって前記尿素濃度が所定の既定値となっていない場合には、その旨を報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の尿素濃度検出装置。
【請求項１】
発光手段と受光手段とを有し、前記発光手段と前記受光手段との間に測定対象たる尿素水を介在させ、予め求められた前記受光手段による受光量と前記尿素水の濃度との関係に基づいて前記尿素水の濃度を検出する尿素濃度検出装置であって、
前記発光手段は、前記受光手段による前記受光量に基づいて算出される透過率の変化量が大きい第１の波長域の光と第２の波長域の光のうち少なくとも一方を発するように形成され、
前記尿素水の濃度を検出するために当該尿素水が進入可能な凹部と、
前記凹部に前記発光手段の前記光を導く導光部材とを備え、
前記導光部材は、前記凹部に配置されるとともに、濃度検出時の前記光の光路長を規定するように構成されていることを特徴とする尿素濃度検出装置。
【請求項２】
検出された前記尿素濃度が所定の既定値となっているか否かを判定する濃度判定手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の尿素濃度検出装置。
【請求項３】
前記濃度判定手段によって前記尿素濃度が所定の既定値となっていない場合には、その旨を報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の尿素濃度検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−２５６６６３（Ｐ２００８−２５６６６３Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０２１０６（Ｐ２００７−１０２１０６）
【出願日】平成１９年４月９日（２００７．４．９）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月９日（２００７．４．９）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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