(57)【要約】【課題】  ヒータ駆動回路の異常を確実に検出し、正確に温度センサの検出値を取得することができる温度センサ用ヒータの故障検出装置を提供する。【解決手段】  尿素含有水を加熱するヒータ抵抗５１と、ヒータ抵抗５１に電圧を印加するヒータ駆動回路１１と、尿素含有水の温度変化に応じて出力値が変化する温度センサ５２と、当該温度センサ５２による出力値を検出するセンサブロック１２と、ヒータ駆動回路１１を駆動させて、ヒータ抵抗５１に電圧を印加させ、センサブロック１２により検出された出力値から、尿素含有水の温度変化を測定するＣＰＵ１とを備える。ＣＰＵ１は、尿素含有水の温度変化を測定するとき、ヒータ抵抗５１が発熱していない状態のセンサブロック１２の出力値である初期値が異常である場合に、当該初期値の測定が測定再開後の最初であった場合には、尿素含有水が放熱する所定時間後に再度初期値を測定する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧が印加されることにより発熱するヒータと、
前記ヒータに電圧を印加するヒータ駆動回路と、
前記ヒータの近傍に配設されて前記ヒータによって加熱され、周囲に配置された液体の熱伝導率に応じて出力値が変化する温度センサと、
前記温度センサに接続され、当該温度センサによる出力値を検出するセンサ回路と、
前記ヒータ駆動回路を駆動させて、前記ヒータに電圧を印加させ、前記センサ回路により検出された出力値から、前記温度センサの温度変化を測定する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記温度センサの温度変化を測定するに際して、前記ヒータを発熱させていない状態における前記センサ回路の出力値である初期値を測定し、当該初期値が予め定められた値を超えた場合に、当該初期値の測定が測定再開後の最初であった場合には、前記ヒータによって加熱された温度センサが放熱する所定時間後に再度初期値を測定し、測定値が予め定められた値を再度超えた場合には、前記温度センサおよび前記ヒータ、ヒータ駆動回路の何れかが故障であると推定することを特徴とする温度センサ用ヒータの故障検出装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記ヒータ駆動回路を駆動させて、前記温度センサの温度変化を測定した後、及び、測定開始の初回に初期値が予め定められた値を超えていると判定した場合に、前記温度センサが前記ヒータの発熱によって与えられた熱を十分に放熱可能な所定期間だけ、前記初期値の測定を待機させることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ用ヒータの故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両等に搭載され、排気ガスに含まれるＮＯｘを水と窒素に分解する尿素ＳＣＲ触媒用尿素水が適正な尿素濃度であるか否かを判定するに際して、ブリッジ回路で液体の熱抵抗、熱伝導率を検出して、尿素濃度を検出するために駆動されるヒータ回路の故障を検出する温度センサ又はヒータのヒータの故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば尿素水の熱抵抗、熱伝導率を検出して、当該尿素水に含まれる尿素濃度を検出する尿素水検出システムが知られている。この尿素水検出システムにおける尿素濃度センサは、排気ガス浄化システムに尿素濃度値を示す信号を供給することによって、排気ガス浄化システムが正常に機能出来る状態かどうかをモニタしていた。
【０００３】
このような尿素水検出システムは、尿素濃度の測定時において、抵抗からなる温度センサ及びヒータを尿素水と共にタンク内に収容し、ヒータを駆動させて、当該ヒータから尿素水に伝達される熱量によってヒータによって熱せられる温度センサの電気抵抗値の変化割合が変化することを検出し、尿素水に含まれる尿素の濃度を検出するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記従来の技術において、ヒータ駆動回路によって尿素濃度を正確に検出するためには、尿素濃度の測定時に、所定の熱量を所定時間だけヒータ駆動回路によって発生させ、温度センサに熱を供給している。
【０００５】
しかしながら、ヒータ駆動回路の故障が発生すると、常にヒータが温度センサに対して発熱している状態や、全く発熱しないという不都合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、ヒータ駆動回路の異常を確実に検出して、正確に温度センサの検出値を取得することができる温度センサ用ヒータの故障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】
【０００７】
本発明に係る温度センサ用ヒータの故障検出装置は、電圧が印加されることにより発熱するヒータと、前記ヒータに電圧を印加するヒータ駆動回路と、前記ヒータの近傍に配設されて前記ヒータによって加熱され、周囲に配置された液体の熱伝導率に応じて出力値が変化する温度センサと、前記温度センサに接続され、当該温度センサによる出力値を検出するセンサ回路と、前記ヒータ駆動回路を駆動させて、前記ヒータに電圧を印加させ、前記センサ回路により検出された出力値から、前記温度センサの温度変化を測定する制御手段とを備える。
【０００８】
このような温度センサ用ヒータの故障検出装置は、上述の課題を解決するために、前記制御手段は、前記温度センサの温度変化を測定するに際して、前記ヒータを発熱させていない状態における前記センサ回路の出力値である初期値を測定し、当該初期値が予め定められた値を超えた場合に、当該初期値の測定が測定再開後の最初であった場合には、前記ヒータによって加熱された温度センサが放熱する所定時間後に再度初期値を測定し、測定値が予め定められた値を再度超えた場合には、前記温度センサおよび前記ヒータ、ヒータ駆動回路の何れかが故障であると推定する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る温度センサ用ヒータの故障検出装置によれば、ヒータを発熱させていない状態におけるセンサ回路の初期値が予め定められた値を超えている場合に、当該初期値の測定が測定再開後の最初であった場合には、測定対象物が放熱する所定時間後に再度初期値を測定し、測定値が、予め定められた値を超えていない場合に、温度センサ、ヒータ駆動回路やヒータそのものが正常あるにも拘わらず故障と判定されることを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
本発明は、例えば図１に示すように構成された尿素水検出システムに適用される。
【００１２】
［尿素水検出システムの構成］
この尿素水検出システムは、例えばディーゼルエンジンによって走行する車両に搭載され、ディーゼルエンジン車両から排出される排気ガス中のＮＯｘを水と窒素に分解する尿素ＳＣＲ触媒用尿素水の尿素濃度を検出して、図示しない排気ガス浄化システムに供給するものである。
【００１３】
この尿素水検出システムは、図１に示すように、主として、ＣＰＵ１（制御手段）が回路基板２に搭載されたヒータ駆動回路１１、センサブロック１２、入力回路１３、監視回路１４と接続され、回路基板２に検出回路３が接続されて構成されている。
【００１４】
また、ＣＰＵ１には、車両のイグニッションスイッチによって起動するイグニッション電源及び電源回路（共に図示せず）が接続されており、イグニッション電源を５Ｖの基準電源に変換されて供給される。また、ヒータ駆動回路１１には、５Ｖの基準電源を昇圧させる昇圧回路が接続されており、５Ｖの基準電源が８Ｖ電源に変換されて供給される。これにより、ヒータ駆動回路１１は、ＣＰＵ１の制御に従って、ＣＰＵ１によって供給された電圧を検出回路３の所定の動作電圧に変換して供給する。
【００１５】
これによって、検出回路３は、尿素含有水の有無及び尿素含有水に適正な尿素濃度となっているか否かに応じた検出出力を、センサブロック１２を介してＣＰＵ１に供給する。そして、ＣＰＵ１は、センサブロック１２からの出力値を、尿素含有水の尿素濃度に変換する演算処理を行い、図示しない通信回路を介して図示しない排気ガス浄化システムに供給する。
【００１６】
検出回路３は、ヒータ駆動回路１１の抵抗Ｒ１１，Ｒ１２と共にブリッジ回路を構成する温度センサ５２，５３と、ヒータ駆動回路１１と接続されたヒータ抵抗５１とを備える。なお、抵抗Ｒ１１、抵抗Ｒ１２としては、例えば３．９ｋΩ程度である。
【００１７】
このブリッジ回路は、抵抗Ｒ１２，抵抗器である温度センサ５２，抵抗Ｒ１１，抵抗器である温度センサ５３がブリッジ接続されてなるブリッジ回路で構成される。このブリッジ回路は、一方端が基準電圧ＩＣ等に接続され、他方端がＧＮＤ端子に接続されている。抵抗Ｒ１２，抵抗Ｒ１１は、例えばカーボン抵抗であり、温度センサ５２，温度センサ５３は、例えば白金抵抗で構成される。白金抵抗の抵抗値の温度変化は大きく、約３６００ｐｐｍ／℃である。抵抗Ｒ１２，抵抗Ｒ１１は、空気中に配置され、温度センサ５２，温度センサ５３は、尿素水中に配置される。この尿素水の熱伝導率は、尿素水中に含まれる尿素の濃度によって変化し、尿素濃度が低いほど大きい。
【００１８】
このブリッジ回路の抵抗Ｒ１２，温度センサ５２，抵抗Ｒ１１，温度センサ５３のうちの１つの抵抗、例えば温度センサ５２がヒータ抵抗５１と一体的に組み立てられており、このヒータ抵抗５１が加熱され、ヒータ抵抗５１の熱が伝達される。所定期間ごとに、所定期間だけヒータ抵抗５１が加熱されることによって、定期的に温度センサ５２の抵抗値が変化する。このセンサ回路の温度センサ５２，温度センサ５３は、尿素水タンク内に充填された尿素水内に配設され、尿素水の尿素濃度が高いほど、ヒータ抵抗５１が発生した熱の尿素水への放熱及びヒータ抵抗５１から温度センサ５２に伝達された熱の尿素水への放熱が少なく、したがって、温度センサ５２の電気抵抗値は、急速に上昇する。そして、尿素水の尿素濃度が低いほど、ヒータ抵抗５１からの尿素水への放熱及び温度センサ５２から尿素水への放熱は大きく、温度センサ５２の電気抵抗値はゆっくり上昇する。したがって、ブリッジ回路の抵抗Ｒ１２，温度センサ５２の接続点の電圧値の変動割合は、尿素水に含まれる尿素濃度に比例して異なるものとなる。
【００１９】
そして、ブリッジ回路は、温度センサ５２に一体的に組み立てられたヒータ抵抗５１からの熱によって温度センサ５２の電気抵抗値が増加し、また、ヒータ抵抗５１からの熱の供給がなくなると、熱せられた温度センサ５２が、尿素水に放熱することによって、電気抵抗値が低下する。そして、抵抗Ｒ１２と温度センサ５２とで分圧された電圧値及び抵抗Ｒ１１と温度センサ５３とで分圧された電圧値がオペアンプであるセンサ電圧出力回路３１に供給される。センサ電圧出力回路３１は、抵抗Ｒ１２と温度センサ５２とで分圧した電圧値と、抵抗Ｒ１１と温度センサ５３で分圧した電圧値との差分の演算をし、且つ差分電圧を増幅して、出力信号をＣＰＵ１に出力する。
【００２０】
これによって、尿素濃度に応じた温度センサ５２の温度上昇の変化を検出し、尿素含有水の有無及び尿素含有水が適正な尿素濃度となっているか否かに応じた検出出力をＣＰＵ１に供給する。
【００２１】
ヒータ駆動回路１１は、トランジスタ２２のコレクタ端子に５Ｖの基準電源が接続され、ベース端子にオペアンプ２１が接続され、エミッタ端子がヒータ抵抗５１に接続されたエミッタフォロア回路となっている。
【００２２】
ヒータ駆動回路１１は、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２を介してゲート端子にパルス信号が供給されるＦＥＴと、オペアンプ２１と、トランジスタ２２とを備える。オペアンプ２１は、５Ｖの基準電源とトランジスタ２２の出力電圧とを比較して、トランジスタ２２への出力電圧を制御している。このオペアンプ２１は、出力端子が抵抗Ｒ５（１００Ω），抵抗Ｒ４（１０ｋΩ）を介してトランジスタ２２であるトランジスタのベース端子に接続されている。また、このオペアンプ２１には、駆動電源として８Ｖ電圧が接続される。更に、負端子が抵抗Ｒ７，抵抗Ｒ８（３０ｋΩ）を介して接地され、正端子が抵抗Ｒ３（５０ｋΩ），抵抗Ｒ６（３０ｋΩ）を介してＦＥＴのドレイン端子に接続されている。
【００２３】
また、トランジスタ２２のエミッタ端子側には、ＣＰＵ１の他の端子との接続ラインに、抵抗Ｒ９（４７ｋΩ）、コンデンサＣ２（０．０１μＦ）、抵抗Ｒ１０（１ｋΩ）及びコンデンサＣ３（１００ｐＦ）が設けられている。
【００２４】
このようなヒータ駆動回路１１は、例えば所定期間ごとに、所定期間だけヒータ駆動回路１１からヒータ抵抗５１に３．４５Ｖの電圧を印加する。このとき、ＣＰＵ１は、昇圧回路を制御して、５Ｖの基準電源を８Ｖ電源に変換させ、当該８Ｖ電源をオペアンプ２１に供給させる。同時に、ＣＰＵ１は、ＦＥＴに向かってパルス出力を行うことによって、オペアンプ２１及びトランジスタ２２で電圧降下された３．４５Ｖの電源を発生させる。
【００２５】
これによって、尿素含有水の温度変化が発生し、尿素濃度の高低及び液体の有無によって温度センサ５２，５３で温度変化が検出されて、ＣＰＵ１で尿素濃度に変換されることになる。
【００２６】
このように構成されたヒータ駆動回路１１は、昇圧回路３１によって５Ｖの基準電源電圧を８Ｖの電源電圧に変換し、当該８Ｖ電源をオペアンプ２１に接続することによって、トランジスタ２２が安定して動作することを可能にしている。したがって、このようなヒータ駆動回路１１によれば、オペアンプ２１による電圧降下と、トランジスタ２２による電圧降下とがある場合であっても、昇圧回路３１の８Ｖ電源を使用することによって、確実に３．４Ｖという所定電圧をヒータ抵抗５１に供給することができる。また、このヒータ駆動回路１１によれば、電源回路１１で変換した５Ｖの基準電源を昇圧回路３１の回路電源としているので、サージ保護、降圧による損失の考慮が不要となるという利点もある。
【００２７】
検出回路３に接続されたセンサブロック１２は、ＣＰＵ１に接続されたセンサ電圧出力回路３１を備える。このセンサ電圧出力回路３１は、コンデンサＣ１５、コンデンサＣ１６（１０００ｐＦ）及びコンデンサＣ１７（０．１μＦ）と並列して、負端子（ＩＮ−）に温度センサ５３が接続され、正端子（ＩＮ＋）に温度センサ５２が接続されている。これにより、センサブロック１２は、抵抗Ｒ１１及び抵抗Ｒ１２、温度センサ５２及び温度センサ５３からなるブリッジ回路と接続されている。
【００２８】
また、センサ電圧出力回路３１は、増幅器であって、抵抗Ｒ１１及び抵抗Ｒ１２と共に、コンデンサＣ１３（０．１μＦ）とコンデンサＣ１４（０．１μＦ）と接続されており、更に、ＲＧ１端子及びＲＧ２端子に抵抗Ｒ１３（４．０２ｋΩ）が接続され、ＲＥＦ端子に、安定化用のコンデンサＣ１８（０．１μＦ）、抵抗Ｒ１４（６８ｋΩ）及び抵抗Ｒ１５（１０ｋΩ）が接続されている。これにより、ＩＮ−端子、ＩＮ＋端子に、温度センサ５２，５３による検出電圧が入力される。ＲＧ１端子及びＲＧ２端子に接続された抵抗Ｒ１３によってセンサ電圧出力回路３１の増幅率が調整される。
【００２９】
このようなセンサ電圧出力回路３１は、尿素濃度の高低及び液体の有無によって温度センサ５２での温度変化に応じた検出信号が入力される。これにより、センサ電圧出力回路３１は、正端子ＩＮ＋に入力された電圧値と、負端子ＩＮ−に入力された電圧値との差分電圧を検出し、当該差分電圧を増幅してＣＰＵ１に供給する。この差分電圧は、ＣＰＵ１で尿素濃度信号に変換されることになる。
【００３０】
また、このようなセンサブロック１２には、負端子と温度センサ５３との接続線に入力回路１３及び監視回路１４の２個の入力系統が接続されている。これら入力回路１３及び監視回路１４は、センサ電圧出力回路３１と温度センサ５３との接続線に並列して接続されている。
【００３１】
入力回路１３は、ＣＰＵ１とコンデンサＣ２１を介して接続されたオペアンプ４１と、当該オペアンプ４１の負端子に接続された抵抗Ｒ２１（４７ｋΩ）、コンデンサＣ２２（０．１μＦ）、抵抗Ｒ２２（２７ｋΩ）及び抵抗Ｒ２３（１２ｋΩ）と、オペアンプ４１の正端子とセンサブロック１２との間に接続された抵抗Ｒ２４（１０ｋΩ）とを備える。また、監視回路１４は、ＣＰＵ１とセンサブロック１２との間に、ＣＰＵ１側から、コンデンサＣ３１（１００ｐＦ）、抵抗Ｒ３１（１ｋΩ）、コンデンサＣ３２（０．０１μＦ）、抵抗Ｒ３２（４７ｋΩ）が設けられている。
【００３２】
この監視回路１４は、当該監視回路１４自身の断線等による故障を検出することによって、入力回路１３の故障を検出する。このように故障検出時には、監視回路１４及び入力回路１３は、ＣＰＵ１によって制御されて、当該ＣＰＵ１によって故障検出処理がなされる。
【００３３】
また、ＣＰＵ１は、ヒータ駆動回路１１と、ヒータ駆動回路１１とヒータ抵抗５１との接続線、及びヒータ抵抗５１の故障を検出する故障検出処理を行う。このとき、ＣＰＵ１は、ヒータ抵抗５１から発熱させずに、センサブロック１２の検出出力を解析する。
【００３４】
このような故障検出処理は、図２に示すように、先ずステップＳ１において、尿素濃度の測定を開始すると、ヒータ駆動回路１１からヒータ抵抗５１に電圧印加をさせて、センサ電圧出力回路３１の出力値ＶＯ、すなわち出力値ＶＯの初期値であるＶＯ１を測定する。
【００３５】
次にＣＰＵ１は、ステップＳ２において、ステップＳ１で検出した初期値ＶＯ１が予め定められた電圧範囲にあるか、又は予め定められている値を超えているか否かを判定する。ここで、初期値ＶＯ１の電圧範囲は、検出回路３を構成するタンクの環境に基づく常温等から予め設定されている。そして、ＣＰＵ１は、初期値ＶＯ１が予め定められた電圧範囲内にあると判定した場合には、ステップＳ３に処理を進め、初期値ＶＯ１が予め定められた電圧範囲を超えたと判定した場合には、ステップＳ９に処理を進める。
【００３６】
ステップＳ９において、ＣＰＵ１は、ステップＳ２での判定が、尿素水検出システムが起動されて、尿素濃度の測定最初の判定であるか否かを判定する。このとき、ＣＰＵ１は、例えば、後述のステップＳ８において所定時間だけ待機した後のステップＳ２の判定結果であることを示すフラグの値が「１」である場合には、測定最初の判定ではなく、フラグの値が「０」である場合には、測定最初の判定であることを決めておく。そして、ＣＰＵ１は、ステップＳ２での判定が測定最初の判定である場合には、ステップＳ８に処理を進め、そうでない場合には、ヒータ駆動回路１１からヒータ抵抗５１までの回路に故障が発生していると判定する。
【００３７】
ステップＳ３において、ＣＰＵ１は、ヒータ抵抗５１で一定の熱量を発生させるようにヒータ駆動回路１１を制御し、ステップＳ４において、加熱後のセンサ電圧出力回路３１の出力値ＶＯ（出力値ＶＯ２）を測定する。
【００３８】
次にＣＰＵ１は、ステップＳ５において、ステップＳ１で測定した初期値ＶＯ１から、ステップＳ４で測定した出力値ＶＯ２を差し引いた差分値が、異常な電圧範囲に該当するか否かを判定する。ここで、異常な電圧範囲とは、ステップＳ３で発生させる熱量、想定される尿素濃度の範囲等によって予め設定されている。そして、ＣＰＵ１は、初期値ＶＯ１から出力値ＶＯ２を差し引いた差分値が異常な電圧範囲に該当すると判定した場合には、ヒータ駆動回路１１からヒータ抵抗５１までの回路に故障が発生していると判定する。
【００３９】
一方、ＣＰＵ１は、初期値ＶＯ１から出力値ＶＯ２を差し引いた差分値が、異常な電圧範囲に該当しないと判定した場合には、ステップＳ６に処理を進める。このステップＳ６において、ＣＰＵ１は、尿素濃度検出以外の通常処理を行う。
【００４０】
次にＣＰＵ１は、ステップＳ７において、例えば車両のイグニッションスイッチがオフ操作されたか否かを判定することによって、尿素水検出システムによる測定を終了させるか否かを判定し、そうである場合にはこの処理を終了し、そうでない場合には、ステップＳ８に処理を進める。
【００４１】
ステップＳ８において、ＣＰＵ１は、ステップＳ３で発生したヒータ抵抗５１の発熱量が尿素含有水へ放熱されるのに十分な所定時間（例えば２分程度）が経過した場合には、ステップＳ１に処理を戻す。
【００４２】
また、このステップＳ８からステップＳ１に移行するに際して、ＣＰＵ１は、次のステップＳ１の測定及びステップＳ２の判定が、測定開始最初ではないことを示すフラグの値を「１」に設定することになる。
【００４３】
以上詳細に説明したように、本発明を適用した尿素水検出システムによれば、尿素濃度の測定最初において初期値ＶＯ１の異常が検出された場合であっても、尿素含有水が十分に放熱する所定時間だけ待機させるので、電源が瞬間的に停止して処理がステップＳ１から開始させる場合や、測定の終了から短時間で測定が再開された場合のように、尿素含有水にヒータ抵抗５１の熱が残存している場合に、尿素濃度の測定が不正確になることを防止することができる。
【００４４】
また、この尿素水検出システムによれば、電源が瞬間的に停止した場合や、測定の終了から短時間で測定が再開された場合に、ヒータ駆動回路１１及びヒータ抵抗５１が正常であるにも拘わらず、故障と判定することを回避することができる。
【００４５】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明を適用した尿素水検出システムの全体構成を示す回路図である。
【図２】本発明を適用した尿素水検出システムによる故障検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４７】
１  ＣＰＵ
２  回路基板
３  検出回路
１１  ヒータ駆動回路
１２  センサブロック
１３  入力回路
１４  監視回路
２１  オペアンプ
２２  トランジスタ
３１  センサ電圧出力回路
４１  オペアンプ
５１  ヒータ抵抗
５２，５３  温度センサ
Ｃ  コンデンサ
Ｄ  ダイオード
Ｒ  抵抗
【図１】
2006127965.tif 000003
【図２】
2006127965.tif 000004