液体状態検知センサ
【課題】抵抗体を含む通電経路の異常を検知し、液体が凍結しているか否かを的確に判定することができる液体状態検知センサを提供すること。
【解決手段】液体収容容器内に収容される液体の状態を検知する液体状態検知センサにおいて、液体性状検出素子が備える抵抗体を含む通電経路に通電を行っているときに、抵抗体の第１抵抗値に対応した第１対応値を取得する。続いて、第１対応値に基づいて液体状態検知センサの周囲の液体の温度を求める。続いて、この周囲の液体の温度と第１温度とを比較して、液体が凍結しているか否かを判定し（Ｓ５２）、さらに周囲の液体の温度と、第１温度よりも低い第２温度とを比較して、通電経路が異常状態にあるか否かを判定する（Ｓ６０）。
【解決手段】液体収容容器内に収容される液体の状態を検知する液体状態検知センサにおいて、液体性状検出素子が備える抵抗体を含む通電経路に通電を行っているときに、抵抗体の第１抵抗値に対応した第１対応値を取得する。続いて、第１対応値に基づいて液体状態検知センサの周囲の液体の温度を求める。続いて、この周囲の液体の温度と第１温度とを比較して、液体が凍結しているか否かを判定し（Ｓ５２）、さらに周囲の液体の温度と、第１温度よりも低い第２温度とを比較して、通電経路が異常状態にあるか否かを判定する（Ｓ６０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体収容容器内に収容される液体の状態、例えば液体の温度や当該液体に含まれる特定成分の濃度を検知する液体状態検知センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えばディーゼル自動車から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害なガスに還元する排ガス浄化装置にＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）を用いる場合があるが、その還元剤として尿素水溶液が用いられる。この還元反応を効率よく行うには、尿素濃度が３２．５ｗｔ％の尿素水溶液を用いるとよいことが知られている。しかし、自動車に搭載される尿素水タンクに収容される尿素水溶液は、過酷な環境条件下で保管され、また経時変化等により、その尿素濃度に変化を生ずる場合がある。また、尿素水タンクに誤って異種水溶液（例えば軽油）あるいは水が混入される可能性もある。こうしたことから、発熱体を有する液体状態検知素子を備えた尿素濃度検知用の濃度センサが尿素水タンクに取り付けられている。
【０００３】
ところで、寒冷地等では尿素水タンクに収容された尿素水溶液が凍結することがあり、このような場合、触媒に対して尿素水溶液を噴射することができないため、尿素水溶液の解凍を待つ必要がある。しかし、尿素水溶液の凍結時に、発熱体に所定時間の通電を行って尿素濃度を検知する処理が繰り返し実行されると、濃度識別センサ部が破損してしまう虞がある。より詳細には、尿素水溶液の凍結時に発熱体に所定時間の通電を行うと、その発熱に伴い濃度識別センサ部周りにある一部の尿素水溶液が解凍されるが、解凍したその一部の尿素水溶液は、大部分の尿素水溶液が依然として凍結した状態であれば再凍結を生ずるため、そのときの凍結膨張圧によって濃度識別センサ部が破損してしまうことがある。そこで、液体の温度検知と濃度検知とを発熱抵抗体を有する一つの素子で行え、また、液体凍結時におけるその素子の破損を防止することができる液体状態検知センサが提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１の液体状態検知センサでは、液体が凍結していると判定された場合に、その後の通電手段による発熱抵抗体への通電を強制的に停止するようにしている。
【特許文献１】特開２００７−１１４１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の液体状態検知センサのように、発熱抵抗体の第１対応値に基づいて液体の温度情報を求める場合、発熱抵抗体等の抵抗体を含む通電経路の異常を考慮する必要がある。具体的には、通電経路がショート（グランドショート）している場合、通電経路の電流が異常に少ない場合、又は、通電経路の抵抗値が異常に低い場合等には、液体の温度に関わらず、液体の凍結温度より低い温度に対応する温度情報が得られる。また、抵抗体を含む通電経路が断線している場合、通電経路の電流が異常に多い場合、又は、通電経路の抵抗値が異常に大きい場合等には、液体の温度に関わらず、液体の沸点よりも高い温度に対応する温度情報が得られる。このように通電経路に異常がある状態で、液体の凍結の有無を判定した場合には、通電経路の異常と液体の凍結との区別がつかず、通電経路の異常を看過してしまう虞があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、抵抗体を含む通電経路の異常を検知し、液体が凍結しているか否かを的確に判定することができる液体状態検知センサ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】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明の液体状態検知センサは、液体収容容器内に収容される液体の状態を検知する液体状態検知センサであって、周囲の液体の温度によって自身の抵抗値が変化する抵抗体を有し、前記液体収容容器内に配置される液体性状検出素子と、前記抵抗体を含む通電経路に通電を行う通電手段と、前記通電手段により前記通電経路に通電を行っているときに、前記抵抗体の第１抵抗値に対応した第１対応値を取得する第１対応値取得手段と、前記第１対応値に基づいて前記液体の温度を求める温度取得手段と、前記温度取得手段によって得られた前記温度と第１温度とを比較して、前記液体が凍結しているか否かを判定する凍結判定手段と、前記温度取得手段によって得られた前記温度と前記第１温度よりも低い第２温度とを比較して、前記通電経路が異常状態にあるか否かを判定する第１通電経路異常判定手段とを備えている。
【０００７】
また、請求項２に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記温度取得手段によって得られた前記温度と前記第１温度よりも高い第３温度とを比較して、前記通電経路が異常状態にあるか否かを判定する第２通電経路異常判定手段を備えている。
【０００８】
また、請求項３に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記抵抗体は、通電によって発熱する発熱抵抗体であり、前記通電手段は、前記通電経路に所定の検出時間通電を行うように構成され、前記第１対応値取得手段は、前記検出時間内に前記第１対応値を取得するように構成される一方、前記凍結判定手段は、前記検出時間内に前記液体が凍結しているか否かを判定するように構成されており、前記検出時間経過後に前記抵抗体の第２抵抗値に対応した第２対応値を取得する第２対応値取得手段と、前記第２対応値と前記第１対応値とに基づいて前記液体に含まれる特定成分の濃度を求める濃度取得手段と、前記凍結判定手段にて前記液体が凍結していると判定された場合に、前記検出時間経過前に前記通電手段による前記抵抗体への通電を停止する通電停止手段とを備えている。
【０００９】
また、請求項４に係る発明の液体状態検知センサは、請求項３に記載の発明の構成に加え、前記液体は尿素水溶液であって、前記特定成分が尿素であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明の液体状態検知センサによれば、本発明の液体状態検知センサが備える抵抗体は、周囲の液体の温度によって自身の抵抗値が変化する抵抗値が変化する性質を有する。そこで、本発明では、抵抗体への通電開始後の第１抵抗値に対応した第１対応値に基づいて、周囲の液体の温度を検知している。そして、その温度に基づき、液体が凍結しているか否かに加え、通電経路に異常が生じているか否かを判定している。通電経路に異常が生じているか否かの判定に用いる第２温度は、液体が凍結しているか否かの判定に用いる第１温度よりも低い温度であり、通電経路に異常がない場合には通常の使用環境では想定されない温度が適宜設定される。したがって、本発明において検知できる通電経路の異常は、通電経路がショートしている場合、通電経路の電流が異常に少ない場合、又は、通電経路の抵抗値が異常に低い場合等（以下、これらの通電経路の異常を単に「通電経路ショート異常」と言う。）が挙げられる。このため、これらの通電経路の異常を検知することで、通電経路の異常が看過されることにより液体の実際の温度によらず液体が凍結していると誤判定され続けることを回避することができる、即ち、液体が凍結しているか否かを適切に判断することができる。
【００１１】
なお、本発明における第１対応値としては、抵抗体の第１抵抗値に対応した値であればよく、具体的には電圧値や電流値、温度換算値を挙げることができる。また、液体状態検知素子を構成する「抵抗体」としては、前述したように、周囲の液体の温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体であればよく、通電によって発熱するとともに液体の温度に応じて抵抗値が変化する自己発熱型抵抗体をも含むものである。
【００１２】
請求項２に係る発明の液体状態検知センサによれば、通電経路に異常が生じているか否かの判定に用いる第３温度として、液体が凍結しているか否かの判定に用いる第１温度よりも高い温度を設定し、この第３温度と温度取得手段によって得られた温度とを比較している。これにより、抵抗体を含む通電経路が断線している場合、通電経路の電流が異常に多い場合、又は、通電経路の抵抗値が異常に大きい場合等（以下、これらの通電経路の異常を単に「通電経路オープン異常」と言う。）の通電経路の異常をも検知することができる。
【００１３】
請求項３に係る発明の液体状態検知センサによれば、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、液体を発熱させる発熱体と感温体との機能を兼ねた発熱抵抗体（所謂、自己発熱型抵抗体）を有する液体性状検出素子を用いて、液体の温度検知と濃度検知とを行う構成を採用している。これにより、液体状態検知センサの小型化を図ることができ、また構造や検知回路が複雑化するのを抑制することができる。なお、第１対応値と同様に、本発明の第２対応値についても、発熱抵抗体の第２抵抗値に対応した値であればよい。ただし、本発明では、第２対応値と第１対応値とに基づいて液体に含まれる特定成分の濃度を求める必要があるため、例えば第１対応値を電圧値とする場合には、第２対応値は同様に電圧値とする必要がある。
【００１４】
なお、請求項３に記載の液体状態検知センサのように、発熱抵抗体への通電を停止するにあたり凍結判定手段の判定結果を利用する場合には、凍結判定手段による判定を、第１通電経路異常判定手段による判定よりも優先させて実施することが好ましい。液体が凍結を生じている場合に、液体性状検出素子の破損をより確実に防止することができるからである。
【００１５】
請求項４に係る発明の液体状態検知センサによれば、請求項３に記載の発明の構成に加え、尿素水溶液の温度と、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した液体状態検知センサの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１および図２を参照して、一例としての液体状態検知センサ１００の構造について説明する。図１は、液体状態検知センサ１００の一部切欠縦断面図である。図２は、セラミックヒータ１１０のヒータパターン１１５を示す模式図である。なお、液体状態検知センサ１００においてレベル検知部７０（外筒電極１０および内部電極２０から構成されるコンデンサ）の長手方向を軸線Ｏ方向とし、液体性状検知部３０が設けられる側を先端側、取付部４０が設けられる側を後端側とする。
【００１７】
本実施の形態の液体状態検知センサ１００は、ディーゼル自動車の排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元に使用される尿素水溶液の状態、つまりは尿素水溶液のレベル（液位）、温度、およびその溶液に含まれる特定成分としての尿素の濃度を検知するためのセンサである。図１に示すように、液体状態検知センサ１００は、円筒形状を有する外筒電極１０，およびその外筒電極１０の内部にて外筒電極１０の軸線Ｏ方向に沿って設けられた円筒状の内部電極２０から構成されるレベル検知部７０と、内部電極２０の先端側に設けられた液体性状検知部３０と、液体状態検知センサ１００を尿素水タンク９８（図３参照）に取り付けるための取付部４０とを備えて構成される。
【００１８】
外筒電極１０は金属材料からなり、軸線Ｏ方向に延びる長細い円筒形状を有する。外筒電極１０の外周上にて周方向に等間隔となる３本の母線上には、各母線に沿ってそれぞれ複数の細幅のスリット１５が断続的に開口されている。また、外筒電極１０の先端部１１において、上記スリット１５が形成された各母線上には、後述する内部電極２０との間に介在されるゴムブッシュ８０の抜け防止のための開口部１６がそれぞれ設けられている。さらに、外筒電極１０の後端側の基端部１２に近い位置で、スリット１５が形成された各母線とは異なる母線上には、１つの空気抜孔１９が形成されている。また、外筒電極１０の先端部１１は、後述する液体性状検知部３０のセラミックヒータ１１０の径方向周囲を、そのセラミックヒータ１１０を覆って保護するプロテクタ１３０ごと包囲するように、開口部１６の位置よりさらに軸線Ｏ方向先端側に延長されている。なお、本実施の形態では、外筒電極１０の最先端部（図中最下部）は開口されてなるが、セラミックヒータ１１０周りの尿素水溶液の流動等の影響をより受けにくくする意味合いから、外筒電極１０の開口部に、液導入口を確保した形で下蓋を設けるようにしても良い。
【００１９】
次に、外筒電極１０は、基端部１２が金属製の取付部４０の電極支持部４１の外周に係合した状態で溶接されている。取付部４０は尿素水タンク９８（図３参照）に液体状態検知センサ１００を固定するための台座として機能し、取り付けボルトを挿通するための取り付け孔（図示外）が鍔部４２に形成されている。また、取付部４０の鍔部４２を挟んで電極支持部４１の反対側には、後述する尿素水溶液のレベル、温度、尿素濃度等を検知するための回路や、図示外の外部回路（例えば自動車のエンジン制御装置（ＥＣＵ））との電気的な接続を行うための入出力回路等が搭載された回路基板６０等を収容する収容部４３が形成されている。
【００２０】
回路基板６０は、収容部４３の内壁面の四隅より突出する基板載置部（図示外）上に載置されている。収容部４３はカバー４５に覆われ保護されており、そのカバー４５は、鍔部４２に固定されている。また、カバー４５の側面にはコネクタ６２が固定されており、コネクタ６２の接続端子（図示外）と回路基板６０上のパターン（後述する入出力回路部２９０）とが配線ケーブル６１によって接続されている。このコネクタ６２を介し、回路基板６０とＥＣＵとの接続が行われる。
【００２１】
取付部４０の電極支持部４１には収容部４３内に貫通する孔４６が開口されており、この孔４６内に、内部電極２０の基端部２２が挿通されている。本実施の形態の内部電極２０は軸線Ｏ方向に延びる長細い円筒形状をした金属材料からなる。この内部電極２０の外周面上には、ＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＥＴＦＥ等のフッ素系樹脂やエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等からなる絶縁性被膜２３が形成されている。この内部電極２０と外筒電極１０との間で、尿素水溶液のレベルに応じて静電容量が変化するコンデンサを形成してなるレベル検知部７０が構成されている。
【００２２】
内部電極２０の軸線Ｏ方向後端側の基端部２２には、内部電極２０を取付部４０に固定するためのパイプガイド５５とインナーケース５０が係合されている。パイプガイド５５は、内部電極２０の基端部２２の端縁寄りに接合された環状のガイド部材である。インナーケース５０は内部電極２０と外筒電極１０とが確実に絶縁されるように内部電極２０を位置決め支持する鍔付き筒状の樹脂製部材であり、先端側が取付部４０の電極支持部４１の孔４６に係合する。インナーケース５０には径方向外側に向かって突出する鍔部５１が形成されており、インナーケース５０が電極支持部４１に係合される際には、収容部４３側から電極支持部４１の孔４６に挿通される。そして、鍔部５１が収容部４３内の底面に当接することで、インナーケース５０が孔４６内を通り抜けることが防止される。また、内部電極２０は、収容部４３側からインナーケース５０の内側に挿通されるが、パイプガイド５５が鍔部５１に当接することで、インナーケース５０からの脱落が防止される。
【００２３】
さらに、インナーケース５０の外周と内周とには、それぞれ、Ｏリング５３とＯリング５４とが設けられている。Ｏリング５３は、インナーケース５０の外周と取付部４０の孔４６との間の隙間を密閉し、Ｏリング５４は、インナーケース５０の内周と内部電極２０の基端部２２の外周との間の隙間を密閉している。これにより、液体状態検知センサ１００が尿素水タンク９８（図３参照）に取り付けられた際に、尿素水タンク９８の内部と外部とが収容部４３を介して連通しないように、その水密性および気密性が保たれる。
【００２４】
そして、内部電極２０の取付部４０への組み付けの際には、２枚の押さえ板５６，５７によって、パイプガイド５５がインナーケース５０の鍔部５１に対して押圧される。絶縁性の押さえ板５６は、パイプガイド５５との間に押さえ板５７を挟み、パイプガイド５５を押圧した状態で、ネジ５８によって収容部４３内に固定される。これにより、パイプガイド５５に接合された内部電極２０が電極支持部４１に固定されることとなる。押さえ板５６，５７には中央に孔５９が開口されており、内部電極２０の電極引出線５２と、後述するセラミックヒータ１１０との電気的な接続を行う２本のリード線９０（図１では一方のリード線９０のみを表示している。）を内包する２芯のケーブル９１とが挿通され、それぞれ回路基板６０上のパターンに電気的に接続されている。回路基板６０のグランド側の電極（図示外）は取付部４０に接続されており、これにより、取付部４０に溶接された外筒電極１０がグランド側に電気的に接続される。
【００２５】
次に、内部電極２０の先端部２１に設けられた液体性状検知部３０は、本実施の形態では尿素水溶液の温度および含有される尿素の濃度の検知を行う液体性状検出素子としてのセラミックヒータ１１０と、セラミックヒータ１１０を支持するとともに、内部電極２０の先端部２１に装着される絶縁性樹脂製のホルダ１２０と、ホルダ１２０から露出されたセラミックヒータ１１０の周囲を覆って保護するプロテクタ１３０とを備えて構成される。
【００２６】
図２に示すように、セラミックヒータ１１０は、絶縁性セラミックからなる板状のセラミック基体１１１上にＰｔを主体とするヒータパターン１１５を形成し、対となるセラミック基体（図示せず）で挟みヒータパターン１１５を埋設した状態に形成されている。発熱抵抗体１１４を構成するパターンの断面積を、電圧印加のための両極となるリード部１１２，１１３のパターンよりも小さくするようにして、通電時、主に発熱抵抗体１１４において発熱が行われるようにしている。また、リード部１１２，１１３の両端には、それぞれセラミック基体１１１の表面に設けられた電極パッドに導通するビア導体（図示外）がつながっており、２本のリード線９０との接続を中継する２つの中継端子１１９（図１ではともに一方のみを表示している。）のそれぞれと電気的に接続されている。なお、本実施形態のセラミックヒータ１１０は、本発明における「液体性状検出素子」に相当する。また、発熱抵抗体１１４，並びに、発熱抵抗体１１４と定電流出力部２４０とを結ぶ経路上の導電性部材である、リード部１１２，１１３，ビア導体、中継端子１１９，リード線９０およびスイッチ２６０は、本発明における「通電経路」に相当する。この通電経路を構成する部材には、少なくとも発熱抵抗体１１４が含まれればよく、適宜変更可能である。
【００２７】
次に、図１に示すように、セラミックヒータ１１０を支持するホルダ１２０は、外径が段違い状２段に構成された円筒形状を有し、小径となる先端側にて、発熱抵抗体１１４の埋設された側（図２参照）を露出した状態のセラミックヒータ１１０を、接着剤からなる固定部材１２５，１２６で固定している。そして大径側となる後端側が内部電極２０の先端部２１に装着されており、その内部電極２０の外周面とホルダ１２０の内周面との間にシールリング１４０が介在され、内部電極２０の内部の水密性および気密性が確保されている。
【００２８】
ところで、ホルダ１２０の装着前に、セラミックヒータ１１０の中継端子１１９にはケーブル９１の２本のリード線９０の芯線がそれぞれ加締め又は半田付けにより接合される。さらに絶縁性の保護部材９５により、中継端子１１９とリード線９０とが接合部位ごと覆われ保護される。そして、２つのリード線９０は筒形状の内部電極２０内を挿通され、上記回路基板６０に接続されている。
【００２９】
次に、プロテクタ１３０は、有底円筒形状に形成された金属製の保護部材である。開口側がホルダ１２０の小径部分の外周に嵌合されている。また、プロテクタ１３０の外周上には液体流通孔（図示外）が開口されており、プロテクタ１３０の内外での尿素水溶液の交換が行われる。
【００３０】
また、ホルダ１２０を支持するゴムブッシュ８０は円筒形状を有しており、その外周面上に形成された突起部８７が、外筒電極１０の開口部１６に係合されて固定される。
【００３１】
次に、図３を参照して、液体状態検知センサ１００の電気的な構成について説明する。図３は、液体状態検知センサ１００の電気的な構成を示すブロック図である。
【００３２】
図３に示すように、液体状態検知センサ１００は液体収容容器としての尿素水タンク９８に取り付けられ、一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）を備えたレベル検知部７０と、発熱抵抗体１１４が埋設されたセラミックヒータ１１０を備えた液体性状検知部３０とが、尿素水タンク９８に収容された状態検知対象の液体としての尿素水溶液に浸漬される。液体状態検知センサ１００は、回路基板６０上にマイクロコンピュータ２２０を搭載し、レベル検知部７０の制御を行うレベル検知回路部２５０と、液体性状検知部３０の制御を行う液体性状検知回路部２８０と、ＥＣＵとの通信を行う入出力回路部２９０とが接続されている。
【００３３】
マイクロコンピュータ２２０は公知の構成からなるＣＰＵ２２１，ＲＯＭ２２２，ＲＡＭ２２３を備える。ＣＰＵ２２１は、液体状態検知センサ１００の制御を司り、ＲＯＭ２２２には図示外の各種記憶エリアが設けられ、後述する性状検知プログラムや各種変数の初期値、閾値等が所定の記憶エリアに記憶されている。同様に、ＲＡＭ２２３にも各種記憶エリアが設けられており、性状検知プログラムの実行時には、各種フラグ、各種変数、タイマーカウント値等が一時的に所定の記憶エリアに記憶される。
【００３４】
入出力回路部２９０は、液体状態検知センサ１００とＥＣＵとの間での信号の入出力を行うため、通信プロトコルの制御を行う。また、レベル検知回路部２５０は、マイクロコンピュータ２２０の指示に基づき、レベル検知部７０の外筒電極１０と内部電極２０との間に交流電圧を印加し、レベル検知部７０をなすコンデンサを流れた電流を電圧変換して、その電圧信号をマイクロコンピュータ２２０に出力する回路部である。
【００３５】
次に、液体性状検知回路部２８０は、マイクロコンピュータ２２０の指示に基づき、液体性状検知部３０のセラミックヒータ１１０に定電流を流し、発熱抵抗体１１４の両端に発生する検出電圧をマイクロコンピュータ２２０に出力する回路部である。液体性状検知回路部２８０は、差動増幅回路部２３０，定電流出力部２４０，スイッチ２６０から構成される。
【００３６】
定電流出力部２４０は、発熱抵抗体１１４に流す定電流を出力する。スイッチ２６０は、発熱抵抗体１１４への通電経路上に設けられ、マイクロコンピュータ２２０の制御に従ってスイッチの開閉を行う。差動増幅回路部２３０は、発熱抵抗体１１４の一端に現れる電位Ｐｉｎと他端に現れる電位Ｐｏｕｔとの差分を検出電圧としてマイクロコンピュータ２２０に出力する。
【００３７】
次に、本実施の形態の液体状態検知センサ１００により、尿素水溶液のレベル、温度および尿素濃度を検知する原理について説明する。まず、図４を参照し、レベル検知部７０において尿素水溶液のレベルを検知する原理について説明する。図４は、外筒電極１０と内部電極２０とのギャップ間に満たされた尿素水溶液の水面近傍の拡大断面図である。
【００３８】
液体状態検知センサ１００（図１参照）は、尿素水溶液を収容した尿素水タンク９８（図３参照）に、その底壁側に外筒電極１０および内部電極２０の先端側を向けた状態で組み付けられる。つまり液体状態検知センサ１００のレベル検知部７０は、尿素水タンク９８内で容量の変化する尿素水溶液の変位方向（尿素水溶液のレベルの高低方向）を軸線Ｏ方向とし、外筒電極１０および内部電極２０の先端側が尿素水溶液の容量の少ない側（低レベル側）となるように、尿素水タンク９８に組み付けられる。そして、外筒電極１０と内部電極２０とのギャップ間の静電容量を測定し、両者間に存在する尿素水溶液が軸線Ｏ方向においてどれだけのレベルまで存在しているか検知している。これは周知のように、径方向の電位の異なる２点間において、その径の差が小さくなるほど静電容量の大きさが大きくなることに基づく。
【００３９】
すなわち、図４に示すように、尿素水溶液で満たされていない部分３００においては、ギャップ間で電位差の生じる部位の距離は、外筒電極１０の内周面と絶縁性被膜２３との間に介在する空気層の厚みに相当する距離（距離Ｙで示す）と、絶縁性被膜２３の厚みに相当する距離（距離Ｚで示す）との合計の距離（距離Ｘで示す）となる。一方、尿素水溶液が満たされた部分３０１において、ギャップ間で電位差の生じる部位の距離は、尿素水溶液が導電性を示すため外筒電極１０と尿素水溶液との電位がほぼ等しくなることから、絶縁性被膜２３の厚みに相当する距離Ｚとなる。
【００４０】
換言すれば、尿素水溶液で満たされていない部分３００におけるギャップ間の静電容量は、電極間の距離がＹで空気を誘電体（不導体）とするコンデンサの静電容量と、電極間の距離がＺで絶縁性被膜２３を誘電体とするコンデンサとを直列に接続したコンデンサの合成の静電容量といえる。また、尿素水溶液で満たされた部分３０１におけるギャップ間の静電容量は、電極間の距離がＺで絶縁性被膜２３を誘電体とするコンデンサの静電容量といえる。そして両者を並列に接続したコンデンサの静電容量が、レベル検知部７０全体の静電容量として測定されることとなる。
【００４１】
ここで距離Ｚと比べ距離Ｙは大きく構成されているため、空気を誘電体とする電極間の単位当たりの静電容量は、絶縁性被膜２３を誘電体とする電極間の単位当たりの静電容量よりも小さい。このため、尿素水溶液で満たされていない部分３００の静電容量の変化よりも尿素水溶液で満たされた部分３０１の静電容量の変化の方が大きく、外筒電極１０および内部電極２０からなるコンデンサ全体としての静電容量は、尿素水溶液のレベルに比例する。
【００４２】
このような尿素水溶液のレベルの測定は、レベル検知回路部２５０を介してマイクロコンピュータ２２０にて行われ、得られたレベル情報信号は、入出力回路部２９０から図示外のＥＣＵに対して出力される。
【００４３】
次に、液体性状検知部３０を構成するセラミックヒータ１１０において、尿素水溶液の温度と、尿素水溶液に含まれる特定成分としての尿素の濃度を検知する原理について説明する。
【００４４】
通電開始後間もない時間内では、発熱抵抗体の発熱がまだ大きくなされていないため、発熱抵抗体自身の温度は、自身の周囲に存在する液体の温度とほぼ同一である。そして、発熱抵抗体へ定電流を流し始めた後（ただし、通電開始後、電流値が安定となるまで約１０ｍｓｅｃを要する。）より、時間の経過とともに発熱抵抗体自身の温度が連続的に上昇していく。
【００４５】
このことから、発熱抵抗体への通電開始から１０ｍｓｅｃ経過時の抵抗値に対応した電圧値と、周囲に存在する尿素水溶液の温度との相関関係を予め確認しておけば、尿素水溶液の温度を測定することが可能である。
【００４６】
次に、発熱抵抗体への通電が継続された場合、発熱抵抗体自身の温度は周囲に存在する液体に奪われるが、それら液体の熱伝導率によって発熱抵抗体の奪われる熱量は異なる。つまり、周囲に存在する液体の熱伝導率に応じて発熱抵抗体の温度上昇率は異なってくる。また、液体に含まれる特定成分の濃度によって、液体の熱伝導率が異なることが知られている。このことから、発熱抵抗体を液体に浸漬させ、その液体を一定時間加熱した場合、発熱抵抗体の抵抗値変化の度合いが求まれば周囲の液体の熱伝導率の違いを見いだすことができ、液体の濃度を得ることができる。
【００４７】
例えば、温度２５℃の尿素水溶液に浸漬した発熱抵抗体に７００ｍｓｅｃ通電した場合、尿素水溶液の尿素濃度が０ｗｔ％のときには発熱抵抗体の抵抗値変化に対応した電圧値変化は１２２０ｍＶとなり、１６．２５ｗｔ％，３２．５ｗｔ％のときにはそれぞれ１２６２ｍＶ，１２９８ｍＶとなる。すなわち、尿素水溶液の尿素濃度が高くなるに従って熱伝導率が低くなり、発熱抵抗体は熱が奪われにくくなるので温度上昇率が大きくなり、その結果、発熱抵抗体の抵抗値変化が大きくなって、その抵抗値変化に対応した電圧値変化が大きくなる。そして、尿素水溶液の尿素濃度と発熱抵抗体の抵抗値変化（電圧値変化）との間には、比例関係がある。
【００４８】
一方、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度が同一であっても、尿素水溶液の温度が異なると、発熱抵抗体の温度上昇率（すなわち、電圧値変化）が異なる。つまり、発熱抵抗体の温度上昇率は、尿素水溶液の温度に対する依存性がある。例えば、発熱抵抗体に７００ｍｓｅｃ通電し、尿素濃度が３２．５ｗｔ％、温度が２５℃の尿素水溶液を加熱した場合、発熱抵抗体の抵抗値変化に対応した電圧値変化（差分値ΔＶ）は１２９８ｍＶとなるのに対し、同濃度で温度が８０℃の尿素水溶液に対して発熱抵抗体に７００ｍｓｅｃ通電した場合、電圧値変化は１４４０ｍＶとなる。すなわち、尿素水溶液の尿素濃度が一定である場合、尿素水溶液の温度が低いほど発熱抵抗体の抵抗値変化が小さくなって、抵抗値変化に対応した電圧値変化が小さくなる。このように、尿素水溶液の尿素濃度と発熱抵抗体の抵抗値変化（電圧値変化）との関係には、尿素水溶液の温度に対する依存性がある。
【００４９】
本実施の形態の液体状態検知センサ１００では、このような原理に基づいて、尿素水溶液のレベル、温度および尿素濃度の検知が行われる。以下、図３，図５および図６を参照して、液体状態検知センサ１００において実行される性状検知処理について説明する。図５は、性状検知処理のフローチャートである。図６は、図５の性状検知処理において実行される、凍結判定・通電経路異常判定処理の流れを示すフローチャートである。なお、図５および図６におけるフローチャートの各ステップを「Ｓ」と略記する。また、図５および図６のフローチャートに示す各処理を実行させるプログラムは、ＲＯＭ２２２に記憶されており、図３に示すＣＰＵ２２１が実行する。また、プログラムを実行するために必要な各種情報は、ＲＯＭ２２２から読み出され、ＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶されているものとする。
【００５０】
図５のフローチャートに示すように、まず、マイクロコンピュータ２２０（図３参照）からの制御信号に基づきスイッチ２６０が閉じられ、定電流出力部２４０から発熱抵抗体１１４への通電が開始される（Ｓ１）。そして、別途実行されているタイマープログラム（図示外）のカウント値が参照され、通電開始から１０ｍｓｅｃが経過するまで待機が行われる（Ｓ２：ＮＯ）。前述したように本実施形態の液体状態検知センサ１００では、発熱抵抗体１１４への通電開始後、電流値が安定となる時間である初期通電時間として１０ｍｓｅｃが設定されており、この処理により、その１０ｍｓｅｃ間にＳ３における電圧値の測定が行われることはない。
【００５１】
そして１０ｍｓｅｃが経過すれば（Ｓ２：ＹＥＳ）、Ｓ３に進み、差動増幅回路部２３０により発熱抵抗体１１４の検出電圧が測定され、その検出電圧がマイクロコンピュータ２２０に入力される（Ｓ３）。なお、Ｓ３で差動増幅回路部２３０により測定された通電開始後の発熱抵抗体１１４の検出電圧値が、本発明の「第１対応値」に相当し、その電圧値を取得するＣＰＵ２２１が、本発明における「第１対応値取得手段」として機能する。
【００５２】
続いて、マイクロコンピュータ２２０では、入力された発熱抵抗体１１４の電圧値に基づき予め設定された演算式を用いて、発熱抵抗体１１４の周囲の尿素水溶液の温度Ｔが求められる。算出された温度Ｔは入出力回路部２９０からＥＣＵに対して送信される（Ｓ４）。なお、Ｓ４で尿素水溶液の温度Ｔの算出を行うＣＰＵ２２１が、本発明における「温度取得手段」として機能する。
【００５３】
続いて、Ｓ４において算出された温度Ｔに基づき、液体状態検知センサ１００の周囲の液体が凍結しているか否かを判定するとともに、発熱抵抗体１１４を含む通電経路に異常があるか否かを判定する凍結判定・通電経路異常判定処理が実行される（Ｓ５）。この凍結判定・通電経路異常判定処理の詳細は、図６のフローチャートを参照して後述する。このＳ５において、液体状態検知センサ１００の周囲の液体が凍結していると判定された場合には凍結判定フラグに１がセットされ、同液体が凍結していないと判定された場合には凍結判定フラグに０がセットされ、それぞれＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶される。続いて、ＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアが参照され、Ｓ５において凍結判定フラグに１がセットされたか否かが判定される（Ｓ７）。
【００５４】
凍結判定フラグに１がセットされている場合には（Ｓ７：ＹＥＳ）、続いて、Ｓ１０〜Ｓ２１の処理は行わず、後述するＳ２２の処理を行う。一方、凍結判定フラグに１がセットされていない場合には（Ｓ７：Ｎｏ）、タイマープログラムのカウント値の参照により、発熱抵抗体１１４への通電が継続されたまま、７００ｍｓｅｃが経過するまで待機が行われる（Ｓ１０：ＮＯ）。
【００５５】
発熱抵抗体１１４への通電開始後７００ｍｓｅｃが経過すると（Ｓ１０：ＹＥＳ）、Ｓ３と同様に、差動増幅回路部２３０により測定された発熱抵抗体１１４の検出電圧がマイクロコンピュータ２２０に入力される（Ｓ１１）。この電圧測定が終了すれば、マイクロコンピュータ２２０からスイッチ２６０の制御信号が出力され、発熱抵抗体１１４への通電が停止される（Ｓ１２）。なお、Ｓ１１で、差動増幅回路部２３０により測定された発熱抵抗体１１４への通電後７００ｍｓｅｃが経過した時点での発熱抵抗体１１４の検出電圧値が、本発明の「第２対応値」に相当し、その電圧値を取得するＣＰＵ２２１が、本発明における「第２対応値取得手段」として機能する。また、Ｓ１で定電流出力部２４０から発熱抵抗体１１４への通電を開始し、Ｓ１０で本発明の検出時間に相当する７００ｍｓｅｃの待機を行った後、Ｓ１２で通電を停止するように、スイッチ２６０の制御信号を出力するＣＰＵ２２１が、本発明における「通電手段」として機能する。
【００５６】
そして、Ｓ３で得られた発熱抵抗体１１４の電圧値を、Ｓ１１で得られた７００ｍｓｅｃが経過した時点での発熱抵抗体１１４の電圧値から減算した差分値ΔＶの計算が行われる（Ｓ１３）。算出された差分値ΔＶが、予め実験等により決定されＲＯＭ２２２に記憶された、尿素水溶液の尿素濃度の取りうる値に基づく電圧値変化の最大値（閾値Ｑ）よりも小さければ（Ｓ１４：ＹＥＳ）、差分値ΔＶの値が正常な値の範囲内にある正常差分値であるとして所定の演算を行い、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度Ｃが求められる。そして算出された尿素濃度は濃度情報信号として、入出力回路部２９０からＥＣＵに対して送信される（Ｓ１８）。なお、Ｓ１３で差分値ΔＶの算出を行い、Ｓ１８で尿素水溶液の尿素濃度Ｃの算出を行うＣＰＵ２２１が、本発明における「濃度取得手段」として機能する。
【００５７】
その後、タイマープログラムのカウント値の参照により、６０ｓｅｃが経過するまで待機が行われる（Ｓ２２：ＮＯ）。この待機時間は、７００ｍｓｅｃ通電された発熱抵抗体１１４自身の温度が周囲の尿素水溶液の温度と同一となるのに十分な時間として設定されている。６０ｓｅｃの経過後にはＳ１に戻り（Ｓ２２：ＹＥＳ）、あらためて、尿素水溶液の温度および尿素濃度の検知が行われることとなる。
【００５８】
一方、Ｓ１４において、算出された差分値ΔＶが上記閾値Ｑ以上であった場合（Ｓ１４：ＮＯ）、予め実験等により決定されＲＯＭ２２２に記憶された、発熱抵抗体１１４の周囲が空気である場合に取りうる電圧値変化の最小値（閾値Ｒ）よりも大きければ（Ｓ１９：ＹＥＳ）、空焚き状態であると判断され、空焚きを報知する報知信号が入出力回路部２９０を介してＥＣＵに送信される（Ｓ２０）。
【００５９】
また、差分値ΔＶが閾値Ｒ以下であっても（Ｓ１９：ＮＯ）、閾値Ｑ以上であることから発熱抵抗体１１４の周囲の液体が尿素水溶液ではない（例えば、軽油である。）と判断され、異種液体を報知する報知信号が入出力回路部２９０を介してＥＣＵに送信される（Ｓ２１）。そしていずれの報知が行われた場合でもＳ２２に進み、６０ｓｅｃの待機後にＳ１に戻り（Ｓ２２：ＹＥＳ）、あらためて、尿素水溶液の温度および尿素濃度の検知が行われる。
【００６０】
次に、図６のフローチャートを参照して、図５の性状検知処理において実行される、凍結判定・通電経路異常判定処理を説明する。図６に示すように、凍結判定・通電経路異常判定処理ではまず、図５のＳ４において算出された温度Ｔが、発熱抵抗体１１４の周囲の液体が凍結していると判断される所定の凍結判定温度より低い温度であるか否かが判定される（Ｓ５２）。Ｓ５２において閾値として用いる凍結判定温度は、本発明の「第１温度」に相当する。この凍結判定温度は、液体の種類や、溶質の濃度、液体の凍結温度等に応じて適宜定められ、本実施形態では、液体が確実に凍結していると想定される、液体の凍結温度よりもやや低い−１５℃である。
【００６１】
図５のＳ４において算出された温度Ｔが、発熱抵抗体１１４の周囲の液体が凍結していると判定される所定の凍結判定温度より低い温度である場合には（Ｓ５２：ＹＥＳ）、続いて、凍結判定フラグに１がセットされ、ＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶される（Ｓ５４）。この凍結判定フラグは、前述のように、図５のＳ７において参照される。続いて、液体が凍結していると判定された場合の処理として、マイクロコンピュータ２２０からの制御信号に基づきスイッチ２６０が開けられ、発熱抵抗体１１４への通電が停止される（Ｓ５６）。なおＳ５６において、制御信号を送信してスイッチ２６０を開き、発熱抵抗体１１４への通電を停止する、図３に示すＣＰＵ２２１は本発明の「通電停止手段」として機能する。
【００６２】
一方、図５のＳ４において算出された温度Ｔが、凍結判定温度より低い温度ではない場合には（Ｓ５２：ＮＯ）、続いて、凍結判定フラグに０がセットされＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶される（Ｓ５８）。なお、図５のＳ４において算出された温度Ｔが、凍結判定温度よりも低い温度であるか否かに基づき、凍結判定フラグに１又は０をセットする（Ｓ５２，Ｓ５４，Ｓ５８）、図３に示すＣＰＵ２２１が、本発明の「凍結判定手段」として機能する。
【００６３】
Ｓ５６又はＳ５８に続いて、図５のＳ４において算出された温度Ｔが温度下限以下である場合には（Ｓ６０：ＹＥＳ）、通電経路が異常状態にあると判定される（Ｓ６２）。この温度下限は、本発明の「第２温度」に相当する。本実施形態の温度下限は、Ｓ５２において用いた凍結判定温度（−１５℃）よりも低い温度であり、通電経路に異常がない場合には通常の使用環境では想定されない温度−５０℃である。Ｓ６２において検知される通電経路の異常は、例えば、通電経路ショート異常が挙げられる。なお、図５のＳ４において算出された温度Ｔと温度下限とを比較して（Ｓ６０）、通電経路が異常状態にあるか否かを判定する（Ｓ６２，Ｓ７４）、図３に示すＣＰＵ２２１が、本発明の「第１通電経路異常判定手段」として機能する。
【００６４】
一方、図５のＳ４において算出された温度Ｔが、温度下限以下ではないが（Ｓ６０：ＮＯ）、温度上限以上である場合には（Ｓ６４：ＹＥＳ）、通電経路が異常状態にあると判定される（Ｓ６６）。この温度上限は、本発明の「第３温度」に相当する。本実施形態の温度上限は、Ｓ５２において用いた凍結判定温度（−１５℃）よりも高い温度であり、通電経路に異常がない場合には通常の使用環境では想定されない温度１５０℃である。本実施形態の温度上限は、通常の使用環境では想定されない温度として、液体の沸点よりも高い温度を設定している。なお、Ｓ６６において検知される通電経路の異常は、例えば、抵抗体を含む通電経路オープン異常が挙げられる。なお、図５のＳ４において算出された温度Ｔと温度上限とを比較して（Ｓ６４）、通電経路が異常状態にあるか否かを判定する（Ｓ６６，Ｓ７４）、図３に示すＣＰＵ２２１が、本発明の「第２通電経路異常判定手段」として機能する。
【００６５】
図５のＳ４において算出された温度Ｔが、温度下限以下ではなく（Ｓ６０：ＮＯ）、且つ、温度上限以上でもない場合には（Ｓ６４：ＮＯ）、続いて、ＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶されている通電経路異常検知回数がクリアされる（Ｓ７４）。この処理は、通電経路が異常状態ではないと判定された場合の処理である。この処理により、連続して規定回数（例えば、５回）通電経路の異常を検知した場合に、通電経路が異常であると確定させることができる。続いて、凍結判定・通電経路異常判定処理を終了し、図５の処理に戻る。
【００６６】
Ｓ６２又はＳ６６に続いて、通電経路異常検知回数が１増加（インクリメント）され、ＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶される（Ｓ６８）。通電経路異常検知回数の初期値は０であり、性状検知処理の起動時に初期化される。また、通電経路異常検知回数に上限値（例えば５回）を設けている場合であって、既に通電経路異常検知回数がその上限値に達している場合には、この処理が省略される。続いて、ＲＡＭ２２３が参照され、通電経路異常検知回数が規定回数以上である場合には（Ｓ７０：ＹＥＳ）、通電経路が異常状態にあるという判定結果が確定され、その判定結果がＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶される（Ｓ７２）。規定回数は、液体状態検知センサ１００の用途、設置場所、通電経路の異常を検知する精度等に応じて適宜定められ、本実施形態では５回である。続いて、凍結判定・通電経路異常判定処理を終了し、図５の性状検知処理に戻る。一方、続いて、ＲＡＭ２２３が参照され、通電経路異常検知回数が規定回数以上ではない場合には（Ｓ７０：ＮＯ）、凍結判定・通電経路異常判定処理を終了し、図５の性状検知処理に戻る。
【００６７】
以上のように、図３に示すＣＰＵ２２１により凍結判定・通電経路異常判定処理が実行される。なお、上記凍結判定・通電経路異常判定処理における判定結果の一部又は全部は、入出力回路部２９０を介してＥＣＵ等の外部機器に出力し、その外部機器において別途実行されるプログラムにより、図示しない表示ディスプレイ等の表示手段、警報器やスピーカ等の音声報知手段、警報ランプ等によりユーザに対して報知するようにしてもよい。
【００６８】
以上詳述した本実施形態の液体状態検知センサ１００は、通電によって発熱する発熱体と感温体との機能を兼ねた発熱抵抗体１１４を有する一つのセラミックヒータ１１０を用いて、尿素水溶液の温度と（図５のＳ４）、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度を検知と（図５のＳ１８）を行う構成を採用している。これにより、液体状態検知センサ１００の小型化を図ることができ、また構造や検知回路が複雑化するのを抑制することができる。
【００６９】
また、発熱抵抗体１１４への通電開始後の第１抵抗値に対応した第１対応値に基づいて、周囲の液体の温度を検知している（図５のＳ４）。そして、所定の検出時間の通電が発熱抵抗体１１４に実行される前に、発熱抵抗体１１４への通電開始後にＳ４において算出された温度Ｔに基づいて液体が凍結しているか否かを判定するようにしている（図６のＳ５２）。そして、液体が凍結していると判定された場合に（Ｓ５２：ＹＥＳ）、スイッチ２６０を開いてその後の発熱抵抗体１１４への通電を強制的に停止するようにしている（Ｓ５６）。このようにすることで、液体が凍結した場合であっても、セラミックヒータ１１０が再凍結時の凍結膨張圧により破損するといった事態を回避することができ、信頼性の高い液体状態検知センサ１００とすることができる。
【００７０】
凍結判定後（Ｓ５２）、通電経路が異常状態にあるか否かを判定する（Ｓ６０，Ｓ６４）。まず、液体が凍結しているか否かの判定に用いる第１温度（−１５℃）よりも低く、通電経路に異常がない場合には通常の使用環境では想定されない第２温度（−５０℃）と、図５のＳ４において算出された温度Ｔとを比較して、通電経路が異常状態にあるか否かを判定する（Ｓ６０）。このＳ６０において検知できる通電経路の異常は、通電経路ショート異常が挙げられる。続いて、液体が凍結しているか否かの判定に用いる第１温度（−１５℃）よりも高く、通電経路に異常がない場合には通常の使用環境では想定されない、即ち液体の沸点よりも高い第３温度（１５０℃）と、図５のＳ４において算出された温度Ｔとを比較して、通電経路が異常状態にあるか否かを判定する（Ｓ６４）。このＳ６４において検知できる通電経路の異常は、通電経路オープン異常が挙げられる。
【００７１】
本実施形態では、通電経路が異常状態にあると連続して規定回数（例えば、５回）判定された場合に（Ｓ７０：ＹＥＳ）、通電経路が異常状態にあると確定するようにしている。このため、通電経路自体は正常であるが、図５のＳ４において換算された液体の温度が偶発的に異常値を示した場合を、通電経路が異常状態にあると誤って判定してしまう虞を回避し、より信頼性の高い判定結果を得ることができる。このように通電経路の異常の有無を判定することで、通電経路の異常を的確に検知しつつ、液体が凍結しているか否かを適切に判定することができる。
【００７２】
また本実施形態では、発熱抵抗体１１４への通電を停止するにあたり凍結しているか否かの判定を、通電経路が異常状態にあるか否かの判定よりも先に実施させている。このため、液体が凍結している場合に（Ｓ５４：ＹＥＳ）、発熱抵抗体１１４への通電をより早く停止させることができる。このため、セラミックヒータ１１０の破損をより確実に防ぐことができる。
【００７３】
なお、本発明は、以上詳述した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内において種々変更を加えてもよい。例えば、以下の（Ａ）〜（Ｉ）に示す変更を加えてもよい。
【００７４】
（Ａ）上記実施形態の性状検知処理では、尿素水溶液の温度（Ｓ６）を所定の演算式に基づいて算出したが、これに限定されない。例えば、予め実験等によりテーブルを作成し、ＲＯＭ２２２の所定の記憶エリアに記憶させ、図５のＳ４の処理で参照することによって求めてもよい。
【００７５】
（Ｂ）図５のＳ２，Ｓ１０，Ｓ２２におけるそれぞれの待機時間は一例に過ぎず、実験等により最適な待機時間を求め設定してもよい。さらには、Ｓ４において検知された尿素水溶液の温度にあわせ、Ｓ２２の待機時間がそれぞれ設定されるようにしてもよい。
【００７６】
（Ｃ）回路基板６０は、レベル検知部７０および液体性状検知部３０からの出力を中継する回路基板として設け、マイクロコンピュータ２２０等を搭載した外部回路と接続し、その外部回路の制御によって、レベル検知および温度・濃度検知が行われるようにしてもよい。
【００７７】
（Ｄ）上記実施の形態の液体状態検知センサ１００では、外筒電極１０および内部電極２０を設け、尿素水溶液の液面レベルも検知するようにしたが、液体状態検知センサ１００の構成、形状、大きさ、部材等は適宜変更可能である。例えば、液体状態検知センサ１００では、外筒電極１０および内部電極２０を設けなくともよい。また例えば、温度検知と、濃度検知とを別々の素子を用いて行う、所謂傍熱型の液体状態検知センサに本発明を適用するようにしてもよい。この場合、温度検知を行う素子に液体の温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体が備えられることになるが、この抵抗体についても本発明の「抵抗体」に相当するものであり、この抵抗体を含む通電経路が本発明の「通電経路」に相当する。
【００７８】
（Ｅ）上記実施の形態の液体状態検知センサ１００では、液体性状検知回路部２８０に定電流出力部２４０を設け、発熱抵抗体１１４に定電流を流し、発熱抵抗体１１４の抵抗値に対応した電圧値を取得するようにした。しかし、例えば、液体性状検知回路部２８０に定電圧出力部を設け、発熱抵抗体１１４に定電圧をかけて、発熱抵抗体１１４に流れる電流に対応した電流値を出力して、尿素水溶液の温度・濃度検知を行うようにしてもよい。
【００７９】
（Ｆ）上記実施形態の液体状態検知センサ１００では、凍結判定・通電経路異常判定処理を、検出時間中に行うようにしていたが、取得した第１対応値に基づき、液体状態検知センサ１００の周囲の液体の温度を求めた後であればよく、これに限定されない。
【００８０】
（Ｇ）上記実施形態の図６のフローチャートに示す凍結判定・通電経路異常判定処理において、図５のＳ４において換算された液体の温度Ｔが温度下限以下であるか否かを判定する処理と（Ｓ６０）、温度Ｔが温度上限以上であるか否かを判定する処理（Ｓ６４）との双方を実行するようにしていたが、Ｓ６０の処理のみを行うようにしてもよい。Ｓ６０のみを行った場合でも、通電経路の異常が看過されることにより、液体の実際の温度によらず液体が凍結していると誤判定され続けることを回避することができる、即ち、液体が凍結しているか否かを適切に判断することができる。
【００８１】
（Ｈ）上記実施形態の図６のフローチャートに示す凍結判定・通電経路異常判定処理において、凍結判定と、通電経路異常判定とを別に行うようにしていたが、これに限定されない。例えば、凍結判定と、通電経路異常判定とを次のように組み合わせて行うようにしてもよい。図５のＳ４において算出された温度Ｔが、温度下限以下の場合を通電経路が異常にあると判定し、温度下限より高く、且つ、凍結判定温度未満の場合に液体が凍結していると判定する。さらに、図５のＳ４において算出された温度Ｔが、凍結判定温度以上、且つ、温度上限未満の場合に液体が凍結していないと判定し、温度上限以上である場合に通電経路が異常であると判定する。このようにした場合には、液体の異常と、通電経路の異常とを明確に区別することができる。
【００８２】
また上記実施形態の図６のフローチャートに示す凍結判定・通電経路異常判定処理において、図５のＳ４において換算された液体の温度Ｔが温度下限以下であり、通電経路ショート異常が疑われる場合（Ｓ６０：ＹＥＳ，Ｓ６２）、又は、温度Ｔが温度上限以上であり、通電経路オープン異常が疑われる場合（Ｓ６４：ＹＥＳ，Ｓ６６）に、通電経路異常検知回数を１増加させるようにしていたが、これに限定されない。例えば、想定される通電経路の異常の種類に応じて、通電経路異常検知回数を２種類設けて、それぞれ別々にカウントするようにしてもよい。この場合には、通電経路異常検知回数と比較する規定回数は、想定される通電経路の異常の種類に応じて変えてもよいし、同じ値を用いてもよい。このようにした場合には、例えば、想定される通電経路の異常の種類をＥＣＵ等に出力することにより、通電経路が異常状態にあるか否かに加え、想定される通電経路の異常の原因を把握することが可能である。
【００８３】
さらに、図６のＳ５２では、尿素水溶液の温度Ｔを算出後に尿素水溶液の凍結判定温度との比較を行ったが、通電開始から１０ｍｓｅｃ経過時の発熱抵抗体１１４の電圧値ＶＴを、予め実験等により求めた凍結判定温度に対応する発熱抵抗体１１４の電圧値と比較するようにしてもよい。
【００８４】
（Ｉ）上記実施の形態の液体状態検知センサ１００では、一例として、尿素水溶液の温度・濃度検知を行う液体状態検知センサを例示したが、これに限定されない。例えば、アンモニアを特定成分として、アンモニア水の状態（水位、温度、濃度等）を検知する液体状態検知センサに本発明を適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】液体状態検知センサ１００の一部切欠縦断面図である。
【図２】セラミックヒータ１１０のヒータパターン１１５を示す模式図である。
【図３】液体状態検知センサ１００の電気的な構成を示すブロック図である。
【図４】外筒電極１０と内部電極２０とのギャップ間に満たされた尿素水溶液の水面近傍の拡大断面図である。
【図５】性状検知処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】図５のフローチャートに示す性状検知処理において実行される凍結判定・通電経路異常判定処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８６】
９０ リード線
９８ 尿素水タンク
１００ 液体状態検知センサ
１１０ セラミックヒータ
１１１ セラミック基体
１１２，１１３ リード部
１１４ 発熱抵抗体
１１９ 中継端子
２２０ マイクロコンピュータ
２２１ ＣＰＵ
２２２ ＲＯＭ
２２３ ＲＡＭ
２６０ スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体収容容器内に収容される液体の状態、例えば液体の温度や当該液体に含まれる特定成分の濃度を検知する液体状態検知センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えばディーゼル自動車から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害なガスに還元する排ガス浄化装置にＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）を用いる場合があるが、その還元剤として尿素水溶液が用いられる。この還元反応を効率よく行うには、尿素濃度が３２．５ｗｔ％の尿素水溶液を用いるとよいことが知られている。しかし、自動車に搭載される尿素水タンクに収容される尿素水溶液は、過酷な環境条件下で保管され、また経時変化等により、その尿素濃度に変化を生ずる場合がある。また、尿素水タンクに誤って異種水溶液（例えば軽油）あるいは水が混入される可能性もある。こうしたことから、発熱体を有する液体状態検知素子を備えた尿素濃度検知用の濃度センサが尿素水タンクに取り付けられている。
【０００３】
ところで、寒冷地等では尿素水タンクに収容された尿素水溶液が凍結することがあり、このような場合、触媒に対して尿素水溶液を噴射することができないため、尿素水溶液の解凍を待つ必要がある。しかし、尿素水溶液の凍結時に、発熱体に所定時間の通電を行って尿素濃度を検知する処理が繰り返し実行されると、濃度識別センサ部が破損してしまう虞がある。より詳細には、尿素水溶液の凍結時に発熱体に所定時間の通電を行うと、その発熱に伴い濃度識別センサ部周りにある一部の尿素水溶液が解凍されるが、解凍したその一部の尿素水溶液は、大部分の尿素水溶液が依然として凍結した状態であれば再凍結を生ずるため、そのときの凍結膨張圧によって濃度識別センサ部が破損してしまうことがある。そこで、液体の温度検知と濃度検知とを発熱抵抗体を有する一つの素子で行え、また、液体凍結時におけるその素子の破損を防止することができる液体状態検知センサが提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１の液体状態検知センサでは、液体が凍結していると判定された場合に、その後の通電手段による発熱抵抗体への通電を強制的に停止するようにしている。
【特許文献１】特開２００７−１１４１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の液体状態検知センサのように、発熱抵抗体の第１対応値に基づいて液体の温度情報を求める場合、発熱抵抗体等の抵抗体を含む通電経路の異常を考慮する必要がある。具体的には、通電経路がショート（グランドショート）している場合、通電経路の電流が異常に少ない場合、又は、通電経路の抵抗値が異常に低い場合等には、液体の温度に関わらず、液体の凍結温度より低い温度に対応する温度情報が得られる。また、抵抗体を含む通電経路が断線している場合、通電経路の電流が異常に多い場合、又は、通電経路の抵抗値が異常に大きい場合等には、液体の温度に関わらず、液体の沸点よりも高い温度に対応する温度情報が得られる。このように通電経路に異常がある状態で、液体の凍結の有無を判定した場合には、通電経路の異常と液体の凍結との区別がつかず、通電経路の異常を看過してしまう虞があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、抵抗体を含む通電経路の異常を検知し、液体が凍結しているか否かを的確に判定することができる液体状態検知センサ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】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明の液体状態検知センサは、液体収容容器内に収容される液体の状態を検知する液体状態検知センサであって、周囲の液体の温度によって自身の抵抗値が変化する抵抗体を有し、前記液体収容容器内に配置される液体性状検出素子と、前記抵抗体を含む通電経路に通電を行う通電手段と、前記通電手段により前記通電経路に通電を行っているときに、前記抵抗体の第１抵抗値に対応した第１対応値を取得する第１対応値取得手段と、前記第１対応値に基づいて前記液体の温度を求める温度取得手段と、前記温度取得手段によって得られた前記温度と第１温度とを比較して、前記液体が凍結しているか否かを判定する凍結判定手段と、前記温度取得手段によって得られた前記温度と前記第１温度よりも低い第２温度とを比較して、前記通電経路が異常状態にあるか否かを判定する第１通電経路異常判定手段とを備えている。
【０００７】
また、請求項２に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記温度取得手段によって得られた前記温度と前記第１温度よりも高い第３温度とを比較して、前記通電経路が異常状態にあるか否かを判定する第２通電経路異常判定手段を備えている。
【０００８】
また、請求項３に係る発明の液体状態検知センサは、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記抵抗体は、通電によって発熱する発熱抵抗体であり、前記通電手段は、前記通電経路に所定の検出時間通電を行うように構成され、前記第１対応値取得手段は、前記検出時間内に前記第１対応値を取得するように構成される一方、前記凍結判定手段は、前記検出時間内に前記液体が凍結しているか否かを判定するように構成されており、前記検出時間経過後に前記抵抗体の第２抵抗値に対応した第２対応値を取得する第２対応値取得手段と、前記第２対応値と前記第１対応値とに基づいて前記液体に含まれる特定成分の濃度を求める濃度取得手段と、前記凍結判定手段にて前記液体が凍結していると判定された場合に、前記検出時間経過前に前記通電手段による前記抵抗体への通電を停止する通電停止手段とを備えている。
【０００９】
また、請求項４に係る発明の液体状態検知センサは、請求項３に記載の発明の構成に加え、前記液体は尿素水溶液であって、前記特定成分が尿素であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明の液体状態検知センサによれば、本発明の液体状態検知センサが備える抵抗体は、周囲の液体の温度によって自身の抵抗値が変化する抵抗値が変化する性質を有する。そこで、本発明では、抵抗体への通電開始後の第１抵抗値に対応した第１対応値に基づいて、周囲の液体の温度を検知している。そして、その温度に基づき、液体が凍結しているか否かに加え、通電経路に異常が生じているか否かを判定している。通電経路に異常が生じているか否かの判定に用いる第２温度は、液体が凍結しているか否かの判定に用いる第１温度よりも低い温度であり、通電経路に異常がない場合には通常の使用環境では想定されない温度が適宜設定される。したがって、本発明において検知できる通電経路の異常は、通電経路がショートしている場合、通電経路の電流が異常に少ない場合、又は、通電経路の抵抗値が異常に低い場合等（以下、これらの通電経路の異常を単に「通電経路ショート異常」と言う。）が挙げられる。このため、これらの通電経路の異常を検知することで、通電経路の異常が看過されることにより液体の実際の温度によらず液体が凍結していると誤判定され続けることを回避することができる、即ち、液体が凍結しているか否かを適切に判断することができる。
【００１１】
なお、本発明における第１対応値としては、抵抗体の第１抵抗値に対応した値であればよく、具体的には電圧値や電流値、温度換算値を挙げることができる。また、液体状態検知素子を構成する「抵抗体」としては、前述したように、周囲の液体の温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体であればよく、通電によって発熱するとともに液体の温度に応じて抵抗値が変化する自己発熱型抵抗体をも含むものである。
【００１２】
請求項２に係る発明の液体状態検知センサによれば、通電経路に異常が生じているか否かの判定に用いる第３温度として、液体が凍結しているか否かの判定に用いる第１温度よりも高い温度を設定し、この第３温度と温度取得手段によって得られた温度とを比較している。これにより、抵抗体を含む通電経路が断線している場合、通電経路の電流が異常に多い場合、又は、通電経路の抵抗値が異常に大きい場合等（以下、これらの通電経路の異常を単に「通電経路オープン異常」と言う。）の通電経路の異常をも検知することができる。
【００１３】
請求項３に係る発明の液体状態検知センサによれば、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、液体を発熱させる発熱体と感温体との機能を兼ねた発熱抵抗体（所謂、自己発熱型抵抗体）を有する液体性状検出素子を用いて、液体の温度検知と濃度検知とを行う構成を採用している。これにより、液体状態検知センサの小型化を図ることができ、また構造や検知回路が複雑化するのを抑制することができる。なお、第１対応値と同様に、本発明の第２対応値についても、発熱抵抗体の第２抵抗値に対応した値であればよい。ただし、本発明では、第２対応値と第１対応値とに基づいて液体に含まれる特定成分の濃度を求める必要があるため、例えば第１対応値を電圧値とする場合には、第２対応値は同様に電圧値とする必要がある。
【００１４】
なお、請求項３に記載の液体状態検知センサのように、発熱抵抗体への通電を停止するにあたり凍結判定手段の判定結果を利用する場合には、凍結判定手段による判定を、第１通電経路異常判定手段による判定よりも優先させて実施することが好ましい。液体が凍結を生じている場合に、液体性状検出素子の破損をより確実に防止することができるからである。
【００１５】
請求項４に係る発明の液体状態検知センサによれば、請求項３に記載の発明の構成に加え、尿素水溶液の温度と、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した液体状態検知センサの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１および図２を参照して、一例としての液体状態検知センサ１００の構造について説明する。図１は、液体状態検知センサ１００の一部切欠縦断面図である。図２は、セラミックヒータ１１０のヒータパターン１１５を示す模式図である。なお、液体状態検知センサ１００においてレベル検知部７０（外筒電極１０および内部電極２０から構成されるコンデンサ）の長手方向を軸線Ｏ方向とし、液体性状検知部３０が設けられる側を先端側、取付部４０が設けられる側を後端側とする。
【００１７】
本実施の形態の液体状態検知センサ１００は、ディーゼル自動車の排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元に使用される尿素水溶液の状態、つまりは尿素水溶液のレベル（液位）、温度、およびその溶液に含まれる特定成分としての尿素の濃度を検知するためのセンサである。図１に示すように、液体状態検知センサ１００は、円筒形状を有する外筒電極１０，およびその外筒電極１０の内部にて外筒電極１０の軸線Ｏ方向に沿って設けられた円筒状の内部電極２０から構成されるレベル検知部７０と、内部電極２０の先端側に設けられた液体性状検知部３０と、液体状態検知センサ１００を尿素水タンク９８（図３参照）に取り付けるための取付部４０とを備えて構成される。
【００１８】
外筒電極１０は金属材料からなり、軸線Ｏ方向に延びる長細い円筒形状を有する。外筒電極１０の外周上にて周方向に等間隔となる３本の母線上には、各母線に沿ってそれぞれ複数の細幅のスリット１５が断続的に開口されている。また、外筒電極１０の先端部１１において、上記スリット１５が形成された各母線上には、後述する内部電極２０との間に介在されるゴムブッシュ８０の抜け防止のための開口部１６がそれぞれ設けられている。さらに、外筒電極１０の後端側の基端部１２に近い位置で、スリット１５が形成された各母線とは異なる母線上には、１つの空気抜孔１９が形成されている。また、外筒電極１０の先端部１１は、後述する液体性状検知部３０のセラミックヒータ１１０の径方向周囲を、そのセラミックヒータ１１０を覆って保護するプロテクタ１３０ごと包囲するように、開口部１６の位置よりさらに軸線Ｏ方向先端側に延長されている。なお、本実施の形態では、外筒電極１０の最先端部（図中最下部）は開口されてなるが、セラミックヒータ１１０周りの尿素水溶液の流動等の影響をより受けにくくする意味合いから、外筒電極１０の開口部に、液導入口を確保した形で下蓋を設けるようにしても良い。
【００１９】
次に、外筒電極１０は、基端部１２が金属製の取付部４０の電極支持部４１の外周に係合した状態で溶接されている。取付部４０は尿素水タンク９８（図３参照）に液体状態検知センサ１００を固定するための台座として機能し、取り付けボルトを挿通するための取り付け孔（図示外）が鍔部４２に形成されている。また、取付部４０の鍔部４２を挟んで電極支持部４１の反対側には、後述する尿素水溶液のレベル、温度、尿素濃度等を検知するための回路や、図示外の外部回路（例えば自動車のエンジン制御装置（ＥＣＵ））との電気的な接続を行うための入出力回路等が搭載された回路基板６０等を収容する収容部４３が形成されている。
【００２０】
回路基板６０は、収容部４３の内壁面の四隅より突出する基板載置部（図示外）上に載置されている。収容部４３はカバー４５に覆われ保護されており、そのカバー４５は、鍔部４２に固定されている。また、カバー４５の側面にはコネクタ６２が固定されており、コネクタ６２の接続端子（図示外）と回路基板６０上のパターン（後述する入出力回路部２９０）とが配線ケーブル６１によって接続されている。このコネクタ６２を介し、回路基板６０とＥＣＵとの接続が行われる。
【００２１】
取付部４０の電極支持部４１には収容部４３内に貫通する孔４６が開口されており、この孔４６内に、内部電極２０の基端部２２が挿通されている。本実施の形態の内部電極２０は軸線Ｏ方向に延びる長細い円筒形状をした金属材料からなる。この内部電極２０の外周面上には、ＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＥＴＦＥ等のフッ素系樹脂やエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等からなる絶縁性被膜２３が形成されている。この内部電極２０と外筒電極１０との間で、尿素水溶液のレベルに応じて静電容量が変化するコンデンサを形成してなるレベル検知部７０が構成されている。
【００２２】
内部電極２０の軸線Ｏ方向後端側の基端部２２には、内部電極２０を取付部４０に固定するためのパイプガイド５５とインナーケース５０が係合されている。パイプガイド５５は、内部電極２０の基端部２２の端縁寄りに接合された環状のガイド部材である。インナーケース５０は内部電極２０と外筒電極１０とが確実に絶縁されるように内部電極２０を位置決め支持する鍔付き筒状の樹脂製部材であり、先端側が取付部４０の電極支持部４１の孔４６に係合する。インナーケース５０には径方向外側に向かって突出する鍔部５１が形成されており、インナーケース５０が電極支持部４１に係合される際には、収容部４３側から電極支持部４１の孔４６に挿通される。そして、鍔部５１が収容部４３内の底面に当接することで、インナーケース５０が孔４６内を通り抜けることが防止される。また、内部電極２０は、収容部４３側からインナーケース５０の内側に挿通されるが、パイプガイド５５が鍔部５１に当接することで、インナーケース５０からの脱落が防止される。
【００２３】
さらに、インナーケース５０の外周と内周とには、それぞれ、Ｏリング５３とＯリング５４とが設けられている。Ｏリング５３は、インナーケース５０の外周と取付部４０の孔４６との間の隙間を密閉し、Ｏリング５４は、インナーケース５０の内周と内部電極２０の基端部２２の外周との間の隙間を密閉している。これにより、液体状態検知センサ１００が尿素水タンク９８（図３参照）に取り付けられた際に、尿素水タンク９８の内部と外部とが収容部４３を介して連通しないように、その水密性および気密性が保たれる。
【００２４】
そして、内部電極２０の取付部４０への組み付けの際には、２枚の押さえ板５６，５７によって、パイプガイド５５がインナーケース５０の鍔部５１に対して押圧される。絶縁性の押さえ板５６は、パイプガイド５５との間に押さえ板５７を挟み、パイプガイド５５を押圧した状態で、ネジ５８によって収容部４３内に固定される。これにより、パイプガイド５５に接合された内部電極２０が電極支持部４１に固定されることとなる。押さえ板５６，５７には中央に孔５９が開口されており、内部電極２０の電極引出線５２と、後述するセラミックヒータ１１０との電気的な接続を行う２本のリード線９０（図１では一方のリード線９０のみを表示している。）を内包する２芯のケーブル９１とが挿通され、それぞれ回路基板６０上のパターンに電気的に接続されている。回路基板６０のグランド側の電極（図示外）は取付部４０に接続されており、これにより、取付部４０に溶接された外筒電極１０がグランド側に電気的に接続される。
【００２５】
次に、内部電極２０の先端部２１に設けられた液体性状検知部３０は、本実施の形態では尿素水溶液の温度および含有される尿素の濃度の検知を行う液体性状検出素子としてのセラミックヒータ１１０と、セラミックヒータ１１０を支持するとともに、内部電極２０の先端部２１に装着される絶縁性樹脂製のホルダ１２０と、ホルダ１２０から露出されたセラミックヒータ１１０の周囲を覆って保護するプロテクタ１３０とを備えて構成される。
【００２６】
図２に示すように、セラミックヒータ１１０は、絶縁性セラミックからなる板状のセラミック基体１１１上にＰｔを主体とするヒータパターン１１５を形成し、対となるセラミック基体（図示せず）で挟みヒータパターン１１５を埋設した状態に形成されている。発熱抵抗体１１４を構成するパターンの断面積を、電圧印加のための両極となるリード部１１２，１１３のパターンよりも小さくするようにして、通電時、主に発熱抵抗体１１４において発熱が行われるようにしている。また、リード部１１２，１１３の両端には、それぞれセラミック基体１１１の表面に設けられた電極パッドに導通するビア導体（図示外）がつながっており、２本のリード線９０との接続を中継する２つの中継端子１１９（図１ではともに一方のみを表示している。）のそれぞれと電気的に接続されている。なお、本実施形態のセラミックヒータ１１０は、本発明における「液体性状検出素子」に相当する。また、発熱抵抗体１１４，並びに、発熱抵抗体１１４と定電流出力部２４０とを結ぶ経路上の導電性部材である、リード部１１２，１１３，ビア導体、中継端子１１９，リード線９０およびスイッチ２６０は、本発明における「通電経路」に相当する。この通電経路を構成する部材には、少なくとも発熱抵抗体１１４が含まれればよく、適宜変更可能である。
【００２７】
次に、図１に示すように、セラミックヒータ１１０を支持するホルダ１２０は、外径が段違い状２段に構成された円筒形状を有し、小径となる先端側にて、発熱抵抗体１１４の埋設された側（図２参照）を露出した状態のセラミックヒータ１１０を、接着剤からなる固定部材１２５，１２６で固定している。そして大径側となる後端側が内部電極２０の先端部２１に装着されており、その内部電極２０の外周面とホルダ１２０の内周面との間にシールリング１４０が介在され、内部電極２０の内部の水密性および気密性が確保されている。
【００２８】
ところで、ホルダ１２０の装着前に、セラミックヒータ１１０の中継端子１１９にはケーブル９１の２本のリード線９０の芯線がそれぞれ加締め又は半田付けにより接合される。さらに絶縁性の保護部材９５により、中継端子１１９とリード線９０とが接合部位ごと覆われ保護される。そして、２つのリード線９０は筒形状の内部電極２０内を挿通され、上記回路基板６０に接続されている。
【００２９】
次に、プロテクタ１３０は、有底円筒形状に形成された金属製の保護部材である。開口側がホルダ１２０の小径部分の外周に嵌合されている。また、プロテクタ１３０の外周上には液体流通孔（図示外）が開口されており、プロテクタ１３０の内外での尿素水溶液の交換が行われる。
【００３０】
また、ホルダ１２０を支持するゴムブッシュ８０は円筒形状を有しており、その外周面上に形成された突起部８７が、外筒電極１０の開口部１６に係合されて固定される。
【００３１】
次に、図３を参照して、液体状態検知センサ１００の電気的な構成について説明する。図３は、液体状態検知センサ１００の電気的な構成を示すブロック図である。
【００３２】
図３に示すように、液体状態検知センサ１００は液体収容容器としての尿素水タンク９８に取り付けられ、一対の電極（外筒電極１０および内部電極２０）を備えたレベル検知部７０と、発熱抵抗体１１４が埋設されたセラミックヒータ１１０を備えた液体性状検知部３０とが、尿素水タンク９８に収容された状態検知対象の液体としての尿素水溶液に浸漬される。液体状態検知センサ１００は、回路基板６０上にマイクロコンピュータ２２０を搭載し、レベル検知部７０の制御を行うレベル検知回路部２５０と、液体性状検知部３０の制御を行う液体性状検知回路部２８０と、ＥＣＵとの通信を行う入出力回路部２９０とが接続されている。
【００３３】
マイクロコンピュータ２２０は公知の構成からなるＣＰＵ２２１，ＲＯＭ２２２，ＲＡＭ２２３を備える。ＣＰＵ２２１は、液体状態検知センサ１００の制御を司り、ＲＯＭ２２２には図示外の各種記憶エリアが設けられ、後述する性状検知プログラムや各種変数の初期値、閾値等が所定の記憶エリアに記憶されている。同様に、ＲＡＭ２２３にも各種記憶エリアが設けられており、性状検知プログラムの実行時には、各種フラグ、各種変数、タイマーカウント値等が一時的に所定の記憶エリアに記憶される。
【００３４】
入出力回路部２９０は、液体状態検知センサ１００とＥＣＵとの間での信号の入出力を行うため、通信プロトコルの制御を行う。また、レベル検知回路部２５０は、マイクロコンピュータ２２０の指示に基づき、レベル検知部７０の外筒電極１０と内部電極２０との間に交流電圧を印加し、レベル検知部７０をなすコンデンサを流れた電流を電圧変換して、その電圧信号をマイクロコンピュータ２２０に出力する回路部である。
【００３５】
次に、液体性状検知回路部２８０は、マイクロコンピュータ２２０の指示に基づき、液体性状検知部３０のセラミックヒータ１１０に定電流を流し、発熱抵抗体１１４の両端に発生する検出電圧をマイクロコンピュータ２２０に出力する回路部である。液体性状検知回路部２８０は、差動増幅回路部２３０，定電流出力部２４０，スイッチ２６０から構成される。
【００３６】
定電流出力部２４０は、発熱抵抗体１１４に流す定電流を出力する。スイッチ２６０は、発熱抵抗体１１４への通電経路上に設けられ、マイクロコンピュータ２２０の制御に従ってスイッチの開閉を行う。差動増幅回路部２３０は、発熱抵抗体１１４の一端に現れる電位Ｐｉｎと他端に現れる電位Ｐｏｕｔとの差分を検出電圧としてマイクロコンピュータ２２０に出力する。
【００３７】
次に、本実施の形態の液体状態検知センサ１００により、尿素水溶液のレベル、温度および尿素濃度を検知する原理について説明する。まず、図４を参照し、レベル検知部７０において尿素水溶液のレベルを検知する原理について説明する。図４は、外筒電極１０と内部電極２０とのギャップ間に満たされた尿素水溶液の水面近傍の拡大断面図である。
【００３８】
液体状態検知センサ１００（図１参照）は、尿素水溶液を収容した尿素水タンク９８（図３参照）に、その底壁側に外筒電極１０および内部電極２０の先端側を向けた状態で組み付けられる。つまり液体状態検知センサ１００のレベル検知部７０は、尿素水タンク９８内で容量の変化する尿素水溶液の変位方向（尿素水溶液のレベルの高低方向）を軸線Ｏ方向とし、外筒電極１０および内部電極２０の先端側が尿素水溶液の容量の少ない側（低レベル側）となるように、尿素水タンク９８に組み付けられる。そして、外筒電極１０と内部電極２０とのギャップ間の静電容量を測定し、両者間に存在する尿素水溶液が軸線Ｏ方向においてどれだけのレベルまで存在しているか検知している。これは周知のように、径方向の電位の異なる２点間において、その径の差が小さくなるほど静電容量の大きさが大きくなることに基づく。
【００３９】
すなわち、図４に示すように、尿素水溶液で満たされていない部分３００においては、ギャップ間で電位差の生じる部位の距離は、外筒電極１０の内周面と絶縁性被膜２３との間に介在する空気層の厚みに相当する距離（距離Ｙで示す）と、絶縁性被膜２３の厚みに相当する距離（距離Ｚで示す）との合計の距離（距離Ｘで示す）となる。一方、尿素水溶液が満たされた部分３０１において、ギャップ間で電位差の生じる部位の距離は、尿素水溶液が導電性を示すため外筒電極１０と尿素水溶液との電位がほぼ等しくなることから、絶縁性被膜２３の厚みに相当する距離Ｚとなる。
【００４０】
換言すれば、尿素水溶液で満たされていない部分３００におけるギャップ間の静電容量は、電極間の距離がＹで空気を誘電体（不導体）とするコンデンサの静電容量と、電極間の距離がＺで絶縁性被膜２３を誘電体とするコンデンサとを直列に接続したコンデンサの合成の静電容量といえる。また、尿素水溶液で満たされた部分３０１におけるギャップ間の静電容量は、電極間の距離がＺで絶縁性被膜２３を誘電体とするコンデンサの静電容量といえる。そして両者を並列に接続したコンデンサの静電容量が、レベル検知部７０全体の静電容量として測定されることとなる。
【００４１】
ここで距離Ｚと比べ距離Ｙは大きく構成されているため、空気を誘電体とする電極間の単位当たりの静電容量は、絶縁性被膜２３を誘電体とする電極間の単位当たりの静電容量よりも小さい。このため、尿素水溶液で満たされていない部分３００の静電容量の変化よりも尿素水溶液で満たされた部分３０１の静電容量の変化の方が大きく、外筒電極１０および内部電極２０からなるコンデンサ全体としての静電容量は、尿素水溶液のレベルに比例する。
【００４２】
このような尿素水溶液のレベルの測定は、レベル検知回路部２５０を介してマイクロコンピュータ２２０にて行われ、得られたレベル情報信号は、入出力回路部２９０から図示外のＥＣＵに対して出力される。
【００４３】
次に、液体性状検知部３０を構成するセラミックヒータ１１０において、尿素水溶液の温度と、尿素水溶液に含まれる特定成分としての尿素の濃度を検知する原理について説明する。
【００４４】
通電開始後間もない時間内では、発熱抵抗体の発熱がまだ大きくなされていないため、発熱抵抗体自身の温度は、自身の周囲に存在する液体の温度とほぼ同一である。そして、発熱抵抗体へ定電流を流し始めた後（ただし、通電開始後、電流値が安定となるまで約１０ｍｓｅｃを要する。）より、時間の経過とともに発熱抵抗体自身の温度が連続的に上昇していく。
【００４５】
このことから、発熱抵抗体への通電開始から１０ｍｓｅｃ経過時の抵抗値に対応した電圧値と、周囲に存在する尿素水溶液の温度との相関関係を予め確認しておけば、尿素水溶液の温度を測定することが可能である。
【００４６】
次に、発熱抵抗体への通電が継続された場合、発熱抵抗体自身の温度は周囲に存在する液体に奪われるが、それら液体の熱伝導率によって発熱抵抗体の奪われる熱量は異なる。つまり、周囲に存在する液体の熱伝導率に応じて発熱抵抗体の温度上昇率は異なってくる。また、液体に含まれる特定成分の濃度によって、液体の熱伝導率が異なることが知られている。このことから、発熱抵抗体を液体に浸漬させ、その液体を一定時間加熱した場合、発熱抵抗体の抵抗値変化の度合いが求まれば周囲の液体の熱伝導率の違いを見いだすことができ、液体の濃度を得ることができる。
【００４７】
例えば、温度２５℃の尿素水溶液に浸漬した発熱抵抗体に７００ｍｓｅｃ通電した場合、尿素水溶液の尿素濃度が０ｗｔ％のときには発熱抵抗体の抵抗値変化に対応した電圧値変化は１２２０ｍＶとなり、１６．２５ｗｔ％，３２．５ｗｔ％のときにはそれぞれ１２６２ｍＶ，１２９８ｍＶとなる。すなわち、尿素水溶液の尿素濃度が高くなるに従って熱伝導率が低くなり、発熱抵抗体は熱が奪われにくくなるので温度上昇率が大きくなり、その結果、発熱抵抗体の抵抗値変化が大きくなって、その抵抗値変化に対応した電圧値変化が大きくなる。そして、尿素水溶液の尿素濃度と発熱抵抗体の抵抗値変化（電圧値変化）との間には、比例関係がある。
【００４８】
一方、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度が同一であっても、尿素水溶液の温度が異なると、発熱抵抗体の温度上昇率（すなわち、電圧値変化）が異なる。つまり、発熱抵抗体の温度上昇率は、尿素水溶液の温度に対する依存性がある。例えば、発熱抵抗体に７００ｍｓｅｃ通電し、尿素濃度が３２．５ｗｔ％、温度が２５℃の尿素水溶液を加熱した場合、発熱抵抗体の抵抗値変化に対応した電圧値変化（差分値ΔＶ）は１２９８ｍＶとなるのに対し、同濃度で温度が８０℃の尿素水溶液に対して発熱抵抗体に７００ｍｓｅｃ通電した場合、電圧値変化は１４４０ｍＶとなる。すなわち、尿素水溶液の尿素濃度が一定である場合、尿素水溶液の温度が低いほど発熱抵抗体の抵抗値変化が小さくなって、抵抗値変化に対応した電圧値変化が小さくなる。このように、尿素水溶液の尿素濃度と発熱抵抗体の抵抗値変化（電圧値変化）との関係には、尿素水溶液の温度に対する依存性がある。
【００４９】
本実施の形態の液体状態検知センサ１００では、このような原理に基づいて、尿素水溶液のレベル、温度および尿素濃度の検知が行われる。以下、図３，図５および図６を参照して、液体状態検知センサ１００において実行される性状検知処理について説明する。図５は、性状検知処理のフローチャートである。図６は、図５の性状検知処理において実行される、凍結判定・通電経路異常判定処理の流れを示すフローチャートである。なお、図５および図６におけるフローチャートの各ステップを「Ｓ」と略記する。また、図５および図６のフローチャートに示す各処理を実行させるプログラムは、ＲＯＭ２２２に記憶されており、図３に示すＣＰＵ２２１が実行する。また、プログラムを実行するために必要な各種情報は、ＲＯＭ２２２から読み出され、ＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶されているものとする。
【００５０】
図５のフローチャートに示すように、まず、マイクロコンピュータ２２０（図３参照）からの制御信号に基づきスイッチ２６０が閉じられ、定電流出力部２４０から発熱抵抗体１１４への通電が開始される（Ｓ１）。そして、別途実行されているタイマープログラム（図示外）のカウント値が参照され、通電開始から１０ｍｓｅｃが経過するまで待機が行われる（Ｓ２：ＮＯ）。前述したように本実施形態の液体状態検知センサ１００では、発熱抵抗体１１４への通電開始後、電流値が安定となる時間である初期通電時間として１０ｍｓｅｃが設定されており、この処理により、その１０ｍｓｅｃ間にＳ３における電圧値の測定が行われることはない。
【００５１】
そして１０ｍｓｅｃが経過すれば（Ｓ２：ＹＥＳ）、Ｓ３に進み、差動増幅回路部２３０により発熱抵抗体１１４の検出電圧が測定され、その検出電圧がマイクロコンピュータ２２０に入力される（Ｓ３）。なお、Ｓ３で差動増幅回路部２３０により測定された通電開始後の発熱抵抗体１１４の検出電圧値が、本発明の「第１対応値」に相当し、その電圧値を取得するＣＰＵ２２１が、本発明における「第１対応値取得手段」として機能する。
【００５２】
続いて、マイクロコンピュータ２２０では、入力された発熱抵抗体１１４の電圧値に基づき予め設定された演算式を用いて、発熱抵抗体１１４の周囲の尿素水溶液の温度Ｔが求められる。算出された温度Ｔは入出力回路部２９０からＥＣＵに対して送信される（Ｓ４）。なお、Ｓ４で尿素水溶液の温度Ｔの算出を行うＣＰＵ２２１が、本発明における「温度取得手段」として機能する。
【００５３】
続いて、Ｓ４において算出された温度Ｔに基づき、液体状態検知センサ１００の周囲の液体が凍結しているか否かを判定するとともに、発熱抵抗体１１４を含む通電経路に異常があるか否かを判定する凍結判定・通電経路異常判定処理が実行される（Ｓ５）。この凍結判定・通電経路異常判定処理の詳細は、図６のフローチャートを参照して後述する。このＳ５において、液体状態検知センサ１００の周囲の液体が凍結していると判定された場合には凍結判定フラグに１がセットされ、同液体が凍結していないと判定された場合には凍結判定フラグに０がセットされ、それぞれＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶される。続いて、ＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアが参照され、Ｓ５において凍結判定フラグに１がセットされたか否かが判定される（Ｓ７）。
【００５４】
凍結判定フラグに１がセットされている場合には（Ｓ７：ＹＥＳ）、続いて、Ｓ１０〜Ｓ２１の処理は行わず、後述するＳ２２の処理を行う。一方、凍結判定フラグに１がセットされていない場合には（Ｓ７：Ｎｏ）、タイマープログラムのカウント値の参照により、発熱抵抗体１１４への通電が継続されたまま、７００ｍｓｅｃが経過するまで待機が行われる（Ｓ１０：ＮＯ）。
【００５５】
発熱抵抗体１１４への通電開始後７００ｍｓｅｃが経過すると（Ｓ１０：ＹＥＳ）、Ｓ３と同様に、差動増幅回路部２３０により測定された発熱抵抗体１１４の検出電圧がマイクロコンピュータ２２０に入力される（Ｓ１１）。この電圧測定が終了すれば、マイクロコンピュータ２２０からスイッチ２６０の制御信号が出力され、発熱抵抗体１１４への通電が停止される（Ｓ１２）。なお、Ｓ１１で、差動増幅回路部２３０により測定された発熱抵抗体１１４への通電後７００ｍｓｅｃが経過した時点での発熱抵抗体１１４の検出電圧値が、本発明の「第２対応値」に相当し、その電圧値を取得するＣＰＵ２２１が、本発明における「第２対応値取得手段」として機能する。また、Ｓ１で定電流出力部２４０から発熱抵抗体１１４への通電を開始し、Ｓ１０で本発明の検出時間に相当する７００ｍｓｅｃの待機を行った後、Ｓ１２で通電を停止するように、スイッチ２６０の制御信号を出力するＣＰＵ２２１が、本発明における「通電手段」として機能する。
【００５６】
そして、Ｓ３で得られた発熱抵抗体１１４の電圧値を、Ｓ１１で得られた７００ｍｓｅｃが経過した時点での発熱抵抗体１１４の電圧値から減算した差分値ΔＶの計算が行われる（Ｓ１３）。算出された差分値ΔＶが、予め実験等により決定されＲＯＭ２２２に記憶された、尿素水溶液の尿素濃度の取りうる値に基づく電圧値変化の最大値（閾値Ｑ）よりも小さければ（Ｓ１４：ＹＥＳ）、差分値ΔＶの値が正常な値の範囲内にある正常差分値であるとして所定の演算を行い、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度Ｃが求められる。そして算出された尿素濃度は濃度情報信号として、入出力回路部２９０からＥＣＵに対して送信される（Ｓ１８）。なお、Ｓ１３で差分値ΔＶの算出を行い、Ｓ１８で尿素水溶液の尿素濃度Ｃの算出を行うＣＰＵ２２１が、本発明における「濃度取得手段」として機能する。
【００５７】
その後、タイマープログラムのカウント値の参照により、６０ｓｅｃが経過するまで待機が行われる（Ｓ２２：ＮＯ）。この待機時間は、７００ｍｓｅｃ通電された発熱抵抗体１１４自身の温度が周囲の尿素水溶液の温度と同一となるのに十分な時間として設定されている。６０ｓｅｃの経過後にはＳ１に戻り（Ｓ２２：ＹＥＳ）、あらためて、尿素水溶液の温度および尿素濃度の検知が行われることとなる。
【００５８】
一方、Ｓ１４において、算出された差分値ΔＶが上記閾値Ｑ以上であった場合（Ｓ１４：ＮＯ）、予め実験等により決定されＲＯＭ２２２に記憶された、発熱抵抗体１１４の周囲が空気である場合に取りうる電圧値変化の最小値（閾値Ｒ）よりも大きければ（Ｓ１９：ＹＥＳ）、空焚き状態であると判断され、空焚きを報知する報知信号が入出力回路部２９０を介してＥＣＵに送信される（Ｓ２０）。
【００５９】
また、差分値ΔＶが閾値Ｒ以下であっても（Ｓ１９：ＮＯ）、閾値Ｑ以上であることから発熱抵抗体１１４の周囲の液体が尿素水溶液ではない（例えば、軽油である。）と判断され、異種液体を報知する報知信号が入出力回路部２９０を介してＥＣＵに送信される（Ｓ２１）。そしていずれの報知が行われた場合でもＳ２２に進み、６０ｓｅｃの待機後にＳ１に戻り（Ｓ２２：ＹＥＳ）、あらためて、尿素水溶液の温度および尿素濃度の検知が行われる。
【００６０】
次に、図６のフローチャートを参照して、図５の性状検知処理において実行される、凍結判定・通電経路異常判定処理を説明する。図６に示すように、凍結判定・通電経路異常判定処理ではまず、図５のＳ４において算出された温度Ｔが、発熱抵抗体１１４の周囲の液体が凍結していると判断される所定の凍結判定温度より低い温度であるか否かが判定される（Ｓ５２）。Ｓ５２において閾値として用いる凍結判定温度は、本発明の「第１温度」に相当する。この凍結判定温度は、液体の種類や、溶質の濃度、液体の凍結温度等に応じて適宜定められ、本実施形態では、液体が確実に凍結していると想定される、液体の凍結温度よりもやや低い−１５℃である。
【００６１】
図５のＳ４において算出された温度Ｔが、発熱抵抗体１１４の周囲の液体が凍結していると判定される所定の凍結判定温度より低い温度である場合には（Ｓ５２：ＹＥＳ）、続いて、凍結判定フラグに１がセットされ、ＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶される（Ｓ５４）。この凍結判定フラグは、前述のように、図５のＳ７において参照される。続いて、液体が凍結していると判定された場合の処理として、マイクロコンピュータ２２０からの制御信号に基づきスイッチ２６０が開けられ、発熱抵抗体１１４への通電が停止される（Ｓ５６）。なおＳ５６において、制御信号を送信してスイッチ２６０を開き、発熱抵抗体１１４への通電を停止する、図３に示すＣＰＵ２２１は本発明の「通電停止手段」として機能する。
【００６２】
一方、図５のＳ４において算出された温度Ｔが、凍結判定温度より低い温度ではない場合には（Ｓ５２：ＮＯ）、続いて、凍結判定フラグに０がセットされＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶される（Ｓ５８）。なお、図５のＳ４において算出された温度Ｔが、凍結判定温度よりも低い温度であるか否かに基づき、凍結判定フラグに１又は０をセットする（Ｓ５２，Ｓ５４，Ｓ５８）、図３に示すＣＰＵ２２１が、本発明の「凍結判定手段」として機能する。
【００６３】
Ｓ５６又はＳ５８に続いて、図５のＳ４において算出された温度Ｔが温度下限以下である場合には（Ｓ６０：ＹＥＳ）、通電経路が異常状態にあると判定される（Ｓ６２）。この温度下限は、本発明の「第２温度」に相当する。本実施形態の温度下限は、Ｓ５２において用いた凍結判定温度（−１５℃）よりも低い温度であり、通電経路に異常がない場合には通常の使用環境では想定されない温度−５０℃である。Ｓ６２において検知される通電経路の異常は、例えば、通電経路ショート異常が挙げられる。なお、図５のＳ４において算出された温度Ｔと温度下限とを比較して（Ｓ６０）、通電経路が異常状態にあるか否かを判定する（Ｓ６２，Ｓ７４）、図３に示すＣＰＵ２２１が、本発明の「第１通電経路異常判定手段」として機能する。
【００６４】
一方、図５のＳ４において算出された温度Ｔが、温度下限以下ではないが（Ｓ６０：ＮＯ）、温度上限以上である場合には（Ｓ６４：ＹＥＳ）、通電経路が異常状態にあると判定される（Ｓ６６）。この温度上限は、本発明の「第３温度」に相当する。本実施形態の温度上限は、Ｓ５２において用いた凍結判定温度（−１５℃）よりも高い温度であり、通電経路に異常がない場合には通常の使用環境では想定されない温度１５０℃である。本実施形態の温度上限は、通常の使用環境では想定されない温度として、液体の沸点よりも高い温度を設定している。なお、Ｓ６６において検知される通電経路の異常は、例えば、抵抗体を含む通電経路オープン異常が挙げられる。なお、図５のＳ４において算出された温度Ｔと温度上限とを比較して（Ｓ６４）、通電経路が異常状態にあるか否かを判定する（Ｓ６６，Ｓ７４）、図３に示すＣＰＵ２２１が、本発明の「第２通電経路異常判定手段」として機能する。
【００６５】
図５のＳ４において算出された温度Ｔが、温度下限以下ではなく（Ｓ６０：ＮＯ）、且つ、温度上限以上でもない場合には（Ｓ６４：ＮＯ）、続いて、ＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶されている通電経路異常検知回数がクリアされる（Ｓ７４）。この処理は、通電経路が異常状態ではないと判定された場合の処理である。この処理により、連続して規定回数（例えば、５回）通電経路の異常を検知した場合に、通電経路が異常であると確定させることができる。続いて、凍結判定・通電経路異常判定処理を終了し、図５の処理に戻る。
【００６６】
Ｓ６２又はＳ６６に続いて、通電経路異常検知回数が１増加（インクリメント）され、ＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶される（Ｓ６８）。通電経路異常検知回数の初期値は０であり、性状検知処理の起動時に初期化される。また、通電経路異常検知回数に上限値（例えば５回）を設けている場合であって、既に通電経路異常検知回数がその上限値に達している場合には、この処理が省略される。続いて、ＲＡＭ２２３が参照され、通電経路異常検知回数が規定回数以上である場合には（Ｓ７０：ＹＥＳ）、通電経路が異常状態にあるという判定結果が確定され、その判定結果がＲＡＭ２２３の所定の記憶エリアに記憶される（Ｓ７２）。規定回数は、液体状態検知センサ１００の用途、設置場所、通電経路の異常を検知する精度等に応じて適宜定められ、本実施形態では５回である。続いて、凍結判定・通電経路異常判定処理を終了し、図５の性状検知処理に戻る。一方、続いて、ＲＡＭ２２３が参照され、通電経路異常検知回数が規定回数以上ではない場合には（Ｓ７０：ＮＯ）、凍結判定・通電経路異常判定処理を終了し、図５の性状検知処理に戻る。
【００６７】
以上のように、図３に示すＣＰＵ２２１により凍結判定・通電経路異常判定処理が実行される。なお、上記凍結判定・通電経路異常判定処理における判定結果の一部又は全部は、入出力回路部２９０を介してＥＣＵ等の外部機器に出力し、その外部機器において別途実行されるプログラムにより、図示しない表示ディスプレイ等の表示手段、警報器やスピーカ等の音声報知手段、警報ランプ等によりユーザに対して報知するようにしてもよい。
【００６８】
以上詳述した本実施形態の液体状態検知センサ１００は、通電によって発熱する発熱体と感温体との機能を兼ねた発熱抵抗体１１４を有する一つのセラミックヒータ１１０を用いて、尿素水溶液の温度と（図５のＳ４）、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度を検知と（図５のＳ１８）を行う構成を採用している。これにより、液体状態検知センサ１００の小型化を図ることができ、また構造や検知回路が複雑化するのを抑制することができる。
【００６９】
また、発熱抵抗体１１４への通電開始後の第１抵抗値に対応した第１対応値に基づいて、周囲の液体の温度を検知している（図５のＳ４）。そして、所定の検出時間の通電が発熱抵抗体１１４に実行される前に、発熱抵抗体１１４への通電開始後にＳ４において算出された温度Ｔに基づいて液体が凍結しているか否かを判定するようにしている（図６のＳ５２）。そして、液体が凍結していると判定された場合に（Ｓ５２：ＹＥＳ）、スイッチ２６０を開いてその後の発熱抵抗体１１４への通電を強制的に停止するようにしている（Ｓ５６）。このようにすることで、液体が凍結した場合であっても、セラミックヒータ１１０が再凍結時の凍結膨張圧により破損するといった事態を回避することができ、信頼性の高い液体状態検知センサ１００とすることができる。
【００７０】
凍結判定後（Ｓ５２）、通電経路が異常状態にあるか否かを判定する（Ｓ６０，Ｓ６４）。まず、液体が凍結しているか否かの判定に用いる第１温度（−１５℃）よりも低く、通電経路に異常がない場合には通常の使用環境では想定されない第２温度（−５０℃）と、図５のＳ４において算出された温度Ｔとを比較して、通電経路が異常状態にあるか否かを判定する（Ｓ６０）。このＳ６０において検知できる通電経路の異常は、通電経路ショート異常が挙げられる。続いて、液体が凍結しているか否かの判定に用いる第１温度（−１５℃）よりも高く、通電経路に異常がない場合には通常の使用環境では想定されない、即ち液体の沸点よりも高い第３温度（１５０℃）と、図５のＳ４において算出された温度Ｔとを比較して、通電経路が異常状態にあるか否かを判定する（Ｓ６４）。このＳ６４において検知できる通電経路の異常は、通電経路オープン異常が挙げられる。
【００７１】
本実施形態では、通電経路が異常状態にあると連続して規定回数（例えば、５回）判定された場合に（Ｓ７０：ＹＥＳ）、通電経路が異常状態にあると確定するようにしている。このため、通電経路自体は正常であるが、図５のＳ４において換算された液体の温度が偶発的に異常値を示した場合を、通電経路が異常状態にあると誤って判定してしまう虞を回避し、より信頼性の高い判定結果を得ることができる。このように通電経路の異常の有無を判定することで、通電経路の異常を的確に検知しつつ、液体が凍結しているか否かを適切に判定することができる。
【００７２】
また本実施形態では、発熱抵抗体１１４への通電を停止するにあたり凍結しているか否かの判定を、通電経路が異常状態にあるか否かの判定よりも先に実施させている。このため、液体が凍結している場合に（Ｓ５４：ＹＥＳ）、発熱抵抗体１１４への通電をより早く停止させることができる。このため、セラミックヒータ１１０の破損をより確実に防ぐことができる。
【００７３】
なお、本発明は、以上詳述した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内において種々変更を加えてもよい。例えば、以下の（Ａ）〜（Ｉ）に示す変更を加えてもよい。
【００７４】
（Ａ）上記実施形態の性状検知処理では、尿素水溶液の温度（Ｓ６）を所定の演算式に基づいて算出したが、これに限定されない。例えば、予め実験等によりテーブルを作成し、ＲＯＭ２２２の所定の記憶エリアに記憶させ、図５のＳ４の処理で参照することによって求めてもよい。
【００７５】
（Ｂ）図５のＳ２，Ｓ１０，Ｓ２２におけるそれぞれの待機時間は一例に過ぎず、実験等により最適な待機時間を求め設定してもよい。さらには、Ｓ４において検知された尿素水溶液の温度にあわせ、Ｓ２２の待機時間がそれぞれ設定されるようにしてもよい。
【００７６】
（Ｃ）回路基板６０は、レベル検知部７０および液体性状検知部３０からの出力を中継する回路基板として設け、マイクロコンピュータ２２０等を搭載した外部回路と接続し、その外部回路の制御によって、レベル検知および温度・濃度検知が行われるようにしてもよい。
【００７７】
（Ｄ）上記実施の形態の液体状態検知センサ１００では、外筒電極１０および内部電極２０を設け、尿素水溶液の液面レベルも検知するようにしたが、液体状態検知センサ１００の構成、形状、大きさ、部材等は適宜変更可能である。例えば、液体状態検知センサ１００では、外筒電極１０および内部電極２０を設けなくともよい。また例えば、温度検知と、濃度検知とを別々の素子を用いて行う、所謂傍熱型の液体状態検知センサに本発明を適用するようにしてもよい。この場合、温度検知を行う素子に液体の温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体が備えられることになるが、この抵抗体についても本発明の「抵抗体」に相当するものであり、この抵抗体を含む通電経路が本発明の「通電経路」に相当する。
【００７８】
（Ｅ）上記実施の形態の液体状態検知センサ１００では、液体性状検知回路部２８０に定電流出力部２４０を設け、発熱抵抗体１１４に定電流を流し、発熱抵抗体１１４の抵抗値に対応した電圧値を取得するようにした。しかし、例えば、液体性状検知回路部２８０に定電圧出力部を設け、発熱抵抗体１１４に定電圧をかけて、発熱抵抗体１１４に流れる電流に対応した電流値を出力して、尿素水溶液の温度・濃度検知を行うようにしてもよい。
【００７９】
（Ｆ）上記実施形態の液体状態検知センサ１００では、凍結判定・通電経路異常判定処理を、検出時間中に行うようにしていたが、取得した第１対応値に基づき、液体状態検知センサ１００の周囲の液体の温度を求めた後であればよく、これに限定されない。
【００８０】
（Ｇ）上記実施形態の図６のフローチャートに示す凍結判定・通電経路異常判定処理において、図５のＳ４において換算された液体の温度Ｔが温度下限以下であるか否かを判定する処理と（Ｓ６０）、温度Ｔが温度上限以上であるか否かを判定する処理（Ｓ６４）との双方を実行するようにしていたが、Ｓ６０の処理のみを行うようにしてもよい。Ｓ６０のみを行った場合でも、通電経路の異常が看過されることにより、液体の実際の温度によらず液体が凍結していると誤判定され続けることを回避することができる、即ち、液体が凍結しているか否かを適切に判断することができる。
【００８１】
（Ｈ）上記実施形態の図６のフローチャートに示す凍結判定・通電経路異常判定処理において、凍結判定と、通電経路異常判定とを別に行うようにしていたが、これに限定されない。例えば、凍結判定と、通電経路異常判定とを次のように組み合わせて行うようにしてもよい。図５のＳ４において算出された温度Ｔが、温度下限以下の場合を通電経路が異常にあると判定し、温度下限より高く、且つ、凍結判定温度未満の場合に液体が凍結していると判定する。さらに、図５のＳ４において算出された温度Ｔが、凍結判定温度以上、且つ、温度上限未満の場合に液体が凍結していないと判定し、温度上限以上である場合に通電経路が異常であると判定する。このようにした場合には、液体の異常と、通電経路の異常とを明確に区別することができる。
【００８２】
また上記実施形態の図６のフローチャートに示す凍結判定・通電経路異常判定処理において、図５のＳ４において換算された液体の温度Ｔが温度下限以下であり、通電経路ショート異常が疑われる場合（Ｓ６０：ＹＥＳ，Ｓ６２）、又は、温度Ｔが温度上限以上であり、通電経路オープン異常が疑われる場合（Ｓ６４：ＹＥＳ，Ｓ６６）に、通電経路異常検知回数を１増加させるようにしていたが、これに限定されない。例えば、想定される通電経路の異常の種類に応じて、通電経路異常検知回数を２種類設けて、それぞれ別々にカウントするようにしてもよい。この場合には、通電経路異常検知回数と比較する規定回数は、想定される通電経路の異常の種類に応じて変えてもよいし、同じ値を用いてもよい。このようにした場合には、例えば、想定される通電経路の異常の種類をＥＣＵ等に出力することにより、通電経路が異常状態にあるか否かに加え、想定される通電経路の異常の原因を把握することが可能である。
【００８３】
さらに、図６のＳ５２では、尿素水溶液の温度Ｔを算出後に尿素水溶液の凍結判定温度との比較を行ったが、通電開始から１０ｍｓｅｃ経過時の発熱抵抗体１１４の電圧値ＶＴを、予め実験等により求めた凍結判定温度に対応する発熱抵抗体１１４の電圧値と比較するようにしてもよい。
【００８４】
（Ｉ）上記実施の形態の液体状態検知センサ１００では、一例として、尿素水溶液の温度・濃度検知を行う液体状態検知センサを例示したが、これに限定されない。例えば、アンモニアを特定成分として、アンモニア水の状態（水位、温度、濃度等）を検知する液体状態検知センサに本発明を適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】液体状態検知センサ１００の一部切欠縦断面図である。
【図２】セラミックヒータ１１０のヒータパターン１１５を示す模式図である。
【図３】液体状態検知センサ１００の電気的な構成を示すブロック図である。
【図４】外筒電極１０と内部電極２０とのギャップ間に満たされた尿素水溶液の水面近傍の拡大断面図である。
【図５】性状検知処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】図５のフローチャートに示す性状検知処理において実行される凍結判定・通電経路異常判定処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８６】
９０ リード線
９８ 尿素水タンク
１００ 液体状態検知センサ
１１０ セラミックヒータ
１１１ セラミック基体
１１２，１１３ リード部
１１４ 発熱抵抗体
１１９ 中継端子
２２０ マイクロコンピュータ
２２１ ＣＰＵ
２２２ ＲＯＭ
２２３ ＲＡＭ
２６０ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体収容容器内に収容される液体の状態を検知する液体状態検知センサであって、
周囲の液体の温度によって自身の抵抗値が変化する抵抗体を有し、前記液体収容容器内に配置される液体性状検出素子と、
前記抵抗体を含む通電経路に通電を行う通電手段と、
前記通電手段により前記通電経路に通電を行っているときに、前記抵抗体の第１抵抗値に対応した第１対応値を取得する第１対応値取得手段と、
前記第１対応値に基づいて前記液体の温度を求める温度取得手段と、
前記温度取得手段によって得られた前記温度と第１温度とを比較して、前記液体が凍結しているか否かを判定する凍結判定手段と、
前記温度取得手段によって得られた前記温度と前記第１温度よりも低い第２温度とを比較して、前記通電経路が異常状態にあるか否かを判定する第１通電経路異常判定手段と
を備えたことを特徴とする液体状態検知センサ。
【請求項２】
前記温度取得手段によって得られた前記温度と前記第１温度よりも高い第３温度とを比較して、前記通電経路が異常状態にあるか否かを判定する第２通電経路異常判定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の液体状態検知センサ。
【請求項３】
前記抵抗体は、通電によって発熱する発熱抵抗体であり、
前記通電手段は、前記通電経路に所定の検出時間通電を行うように構成され、
前記第１対応値取得手段は、前記検出時間内に前記第１対応値を取得するように構成される一方、前記凍結判定手段は、前記検出時間内に前記液体が凍結しているか否かを判定するように構成されており、
前記検出時間経過後に前記抵抗体の第２抵抗値に対応した第２対応値を取得する第２対応値取得手段と、
前記第２対応値と前記第１対応値とに基づいて前記液体に含まれる特定成分の濃度を求める濃度取得手段と、
前記凍結判定手段にて前記液体が凍結していると判定された場合に、前記検出時間経過前に前記通電手段による前記抵抗体への通電を停止する通電停止手段と
を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体状態検知センサ。
【請求項４】
前記液体は尿素水溶液であって、前記特定成分が尿素であることを特徴とする請求項３に記載の液体状態検知センサ。
【請求項１】
液体収容容器内に収容される液体の状態を検知する液体状態検知センサであって、
周囲の液体の温度によって自身の抵抗値が変化する抵抗体を有し、前記液体収容容器内に配置される液体性状検出素子と、
前記抵抗体を含む通電経路に通電を行う通電手段と、
前記通電手段により前記通電経路に通電を行っているときに、前記抵抗体の第１抵抗値に対応した第１対応値を取得する第１対応値取得手段と、
前記第１対応値に基づいて前記液体の温度を求める温度取得手段と、
前記温度取得手段によって得られた前記温度と第１温度とを比較して、前記液体が凍結しているか否かを判定する凍結判定手段と、
前記温度取得手段によって得られた前記温度と前記第１温度よりも低い第２温度とを比較して、前記通電経路が異常状態にあるか否かを判定する第１通電経路異常判定手段と
を備えたことを特徴とする液体状態検知センサ。
【請求項２】
前記温度取得手段によって得られた前記温度と前記第１温度よりも高い第３温度とを比較して、前記通電経路が異常状態にあるか否かを判定する第２通電経路異常判定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の液体状態検知センサ。
【請求項３】
前記抵抗体は、通電によって発熱する発熱抵抗体であり、
前記通電手段は、前記通電経路に所定の検出時間通電を行うように構成され、
前記第１対応値取得手段は、前記検出時間内に前記第１対応値を取得するように構成される一方、前記凍結判定手段は、前記検出時間内に前記液体が凍結しているか否かを判定するように構成されており、
前記検出時間経過後に前記抵抗体の第２抵抗値に対応した第２対応値を取得する第２対応値取得手段と、
前記第２対応値と前記第１対応値とに基づいて前記液体に含まれる特定成分の濃度を求める濃度取得手段と、
前記凍結判定手段にて前記液体が凍結していると判定された場合に、前記検出時間経過前に前記通電手段による前記抵抗体への通電を停止する通電停止手段と
を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体状態検知センサ。
【請求項４】
前記液体は尿素水溶液であって、前記特定成分が尿素であることを特徴とする請求項３に記載の液体状態検知センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２７１８（Ｐ２００９−２７１８Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６２１００（Ｐ２００７−１６２１００）
【出願日】平成１９年６月２０日（２００７．６．２０）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２０日（２００７．６．２０）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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