以下、図面を参照して、本発明のタンク内� ��ンサの合理性診断方法及び合理性診断装置� ��関する実施の形態について具体的に説明す� ��。ただし、かかる実施形態は本発明の一態� ��を示すものであり、この発明を限定するも� ��ではなく、本発明の範囲内で任意に変更す� ��ことが可能である。
 なお、それぞれの図中、同じ符号を付して� ��るものについては同一の部材を示しており� ��適宜説明が省略されている。

[第1の実施の形態]
1.排気浄化装置
 図1は、第1の実施の形態にかかるタンク内� �ンサ54の合理性診断装置が備えられた内燃機 関5の排気浄化装置(以下、単に「排気浄化装� ��」と称する場合がある。)10の構成例を示し� ��いる。この排気浄化装置10は、還元剤とし� �の尿素水溶液を、排気通路の途中に配設さ� �た還元触媒13の上流側に噴射供給し、還元触 媒13において排気ガス中に含まれるNO _X を選択的に還元浄化する排気浄化装置10であ� ��。当該排気浄化装置10は、内燃機関5に接続� ��れた排気管11の途中に配設され、排気ガス� �に含まれるNO _X を選択的に還元するための還元触媒13と、還� ��触媒13の上流側で排気管11内に尿素水溶液を 噴射供給するための還元剤供給装置20とを主� ��る要素として備えている。

2.還元剤供給装置
 排気浄化装置10に備えられた還元剤供給装� �20は、還元触媒13の上流側で排気管11に固定� �れた還元剤噴射弁31と、尿素水溶液が貯蔵さ れたタンク50と、タンク50内の尿素水溶液を� �元剤噴射弁31に対して圧送するポンプ41を含� ��ポンプモジュール40と、排気管11内に噴射供 給する還元剤の噴射制御を行うための制御装 置(以下、「DCU:Dosing Control Unit」と称する。) 60を備えている。また、ポンプモジュール40� �還元剤噴射弁31とは第1の供給通路58によって 接続され、タンク50とポンプモジュール40と� �第2の供給通路57によって接続され、さらに� �ポンプモジュール40とタンク50とは循環通路5 9によって接続されている。

 排気浄化装置10に備えられた還元剤供給装� �20においては、DCU60はCAN65に接続されている� �このCAN65は、内燃機関の運転状態を制御する ためのコントロールユニット(以下、「ECU(Elec tronic Control Unit)」と称する。)70が接続され� �おり、CAN65には排気浄化装置10に備えられた� ��ンサ情報をはじめとして、燃料噴射量や噴� ��タイミング、回転数等の内燃機関の運転状� ��に関する情報が書き込まれる。そして、CAN6 5に接続されたDCU60は、CAN65上の情報を読み込� ��、また、CAN65上に情報を出力できるように� �っている。
 なお、本実施形態では、ECU70とDCU60とが別の コントロールユニットからなり、CAN65を介し� ��情報のやり取りができるようにされている� ��、これらのECU70とDCU60とが一つのコントロー ルユニットとして構成されても構わない。

 還元剤供給装置20では、タンク50内の尿素 水溶液がポンプ41によって還元剤噴射弁31に� �けて圧送され、第1の供給通路58内の圧力を� �知しながらポンプ41のフィードバック制御が 行われるとともに、余剰の尿素水溶液が循環 通路59を介してタンク50に戻されることによ� �て、第1の供給通路58内の圧力が所定値に維� �される。この状態で還元剤噴射弁操作装置(� ��1では「Udv操作装置」と表記。)67による還元 剤噴射弁31の開閉操作が行われることで、所� ��量の尿素水溶液が排気通路中に噴射される� ��この還元剤噴射弁操作装置67は、DCU60から送 信される還元剤の噴射指示値に基づいて、還 元剤噴射弁31の通電制御を行う。

 還元剤噴射弁31には、内燃機関5の冷却水� ��路75から分岐して再び冷却水通路75に合流す る第1の冷却水循環通路85の一部が配設されて いる。この第1の冷却水循環通路85の途中には 第1の冷却水流量制御弁81が設けられ、第1の� �却水流量制御弁81によって冷却水の循環量が 調節されることによって、還元剤噴射弁31の� ��却が行われる。

 また、第1の冷却水循環通路85には、第1の 冷却水循環通路85から分岐して再び第1の冷却 水循環通路85に合流する第2の冷却水循環通路 87が接続されている。この第2の冷却水循環通 路87の一部はタンク50に配設されるとともに� �途中には第2の冷却水流量制御弁83が設けら� �ており、第2の冷却水流量制御弁83によって� �却水の循環量が調節されることによって、� �ンク50内の尿素水溶液の温度が調節される。 この場合、内燃機関5の冷却水は尿素水溶液� �冷却に用いられるだけでなく、凍結時にお� �る尿素水溶液の解凍や冷寒時における保温� �用いられる。

 また、ポンプモジュール40にはリバーティ� �グバルブ71が備えられ、還元剤供給装置20が� ��素水溶液の噴射制御を行わない場合等にお� ��てポンプ41を駆動させることにより、ポン� �モジュール40や還元剤噴射弁31、第1の供給通 路58、第2の供給通路57等を含む還元剤供給系� ��尿素水溶液がタンク50に回収される。した� �って、冷寒時等、尿素水溶液が凍結しやす� �温度条件下において、内燃機関5が停止し、� ��元剤供給装置20の制御が行われないような� �合に、還元剤供給系内での尿素水溶液の凍� �が防止される。そして、その後、内燃機関� �運転が再開されたときに、詰まりによる噴� �不良がないようにされている。
 このリバーティングバルブ71は、例えば、� �素水溶液の流路、タンク50からポンプモジュ ール40へ向かう順方向から、ポンプモジュー� ��40からタンク50へ向かう逆方向に切り替える 機能を持った切換弁であり、内燃機関のイグ ニッションスイッチがオフにされたときに、 流路が逆方向に切り換えられることにより尿 素水溶液がタンク50内に回収される。

3.タンク内センサ
(1)センサユニット
 本実施形態において、タンク50には、濃度� �ンサ、液位センサ及び温度センサの機能を� �せ持ったセンサユニット54が備えられている 。このセンサユニット54は、タンク50内の尿� �水溶液の濃度を測定するための濃度センサ� �と、タンク50内の尿素水溶液の残量を測定す るための液位センサ部と、タンク50内の尿素� ��溶液の温度を測定するための温度センサ部� ��を備えている。センサユニット54の各セン� �部によって検出されるセンサ値は、タンク50 内の尿素水溶液の濃度、残量及び温度に関連 する情報を表す信号として出力される。

 このセンサユニット54は、尿素水溶液がタ� �ク50内に正常な状態で収容されているかを監 視するために備えられたものである。
 例えば、尿素水溶液の噴射量を決定する際� ��は尿素水溶液が所定範囲内の濃度に保たれ� ��いることが前提とされており、タンク内の� ��素水溶液の濃度が所定範囲を超えていたり� ��回ったりしていると、加水分解により生成� ��れるアンモニア量が過不足を生じるおそれ� ��ある。そのため、尿素水溶液の濃度が所定� ��囲内に保たれているかを監視するために濃� ��センサ部が備えられている。

 また、尿素水溶液の残量が不足していたり� ��素水溶液が凍結していたりすると、DCU60で� �定される量の尿素水溶液が正確に噴射され� �いおそれがある。そのため、尿素水溶液の� �量が所定値以上確保され、また、尿素水溶� �が凍結温度よりも高温にされているかを監� �するために液位センサ部及び温度センサ部� �備えられている。
 そして、例えば、尿素水溶液の濃度や液位� ��異常が見られる場合には、尿素水溶液の噴� ��制御が停止され、さらには、内燃機関が速� ��かに停止されるよう警告信号が発せられた� ��、尿素水溶液の温度に異常が見られる場合� ��は、上述したエンジン冷却水による尿素水� ��液の温度制御が行われる。

 さらに、タンク50内に、誤って尿素水溶液� �外の液体が収容されていると、NO _X の還元浄化が行われないばかりか、液体によ っては、故障や事故が引き起こされるおそれ がある。誤って収容されやすい液体として代 表的なものは、内燃機関の燃料である軽油で ある。そのため、タンク50に備えられたセン� ��ユニット54の濃度センサ部は、タンク50内の 液体が尿素水溶液であるか、あるいは、軽油 であるかについて判別するためにも用いられ る。
 センサユニット54を構成する各センサ部の� �成は、公知のセンサの構成が用いられてい� �が、以下、各センサ部によって媒体の濃度� �液位、温度を測定する測定原理の一例を簡� �に説明する。

(2)濃度センサ部
 センサユニット54の濃度センサ部は、液体� �浸漬された濃度センサ素子に設けられた発� �抵抗体に所定の時間定電流を流して濃度セ� �サ素子の周囲の媒体を加熱するとともに、� �定時間の通電による発熱抵抗体の両端の電� �変化を検知して、液体の濃度を算出し出力� �るよう構成されたものである。
 すなわち、濃度センサ部は、通電開始直後� ��発熱抵抗体の抵抗値に対応して出力された� ��圧値V1と、所定時間経過後に発熱抵抗体の� �抗値に対応して出力された電圧値V2との差分 δV(V2-V1)をあらかじめ記憶したさまざまな濃� �の尿素水溶液に対応するδVの値に照らして� �尿素水溶液の濃度を判別して出力する。

 また、濃度センサ部は、発熱抵抗体の両� ��の電圧変化δVから、媒体の熱伝導率λを算� �し、当該算出結果を出力する。例えば、尿� �水溶液が液化している場合や、凍結してい� �場合、タンク内が空になっている場合、タ� �ク内に軽油が収容されている場合など、そ� �ぞれの場合で算出される熱伝導率λの値が異 なるため、タンク内の媒体の状態に応じて異 なる熱伝導率λの値を出力する。

 媒体の熱伝導率λの算出方法に関し、媒体� �温度勾配をgradTとすると、δV=λ×gradTで表さ� �ることから、一例として、関係式λ=δV/gradT� �用いて媒体の熱伝導率λが算出される。そし て、濃度センサ部は、このように算出される 熱伝導率λの値を、あらかじめ記憶させてお� ��た、空気、軽油、凍結した尿素水溶液、液� ��状態の尿素水溶液の各熱伝導率λの値に照� �して、媒体の状態を判別することができる� �
 限定する主旨ではないが、一例として、空� ��の熱伝導率λair≒0.0241、軽油の熱伝導率λdie sel≒0.07~0.17、凍結した32.5%尿素水溶液の熱伝� ��率λureaice≒0.75、液化した32.5%尿素水溶液の� ��伝導率λureawtr≒0.57であることが一般的に知 られている。

(3)液位センサ部
 センサユニット54の液位センサ部は、所定� �高さに配置された一対の電極からなる検出� �に所定の交流電圧を印加し、このときに流� �る電流を変換して得られた電圧が所定値以� �になっているか否かを検知することによっ� �、媒体の残量を監視するように構成された� �のである。すなわち、尿素水溶液の比誘電� �は、空気や軽油、凍結した尿素水溶液の比� �電率よりも著しく高いことから、液位セン� �部は、電極間に尿素水溶液が介在する場合� �は電極間に所定値以上の電圧が発生するこ� �を利用して、当該一対の電極が配置された� �さ位置まで液体が存在しているか否かを検� �して、出力する。
 例えば、液位センサ部がある一定量以上の� ��素水溶液がタンク内に残っているかを監視� ��るのであれば、図2(a)に示すように一対の電 極からなる検出部25が一つだけ設けられれば� ��いし、液位センサ部がより細かく尿素水溶� ��の残量を把握したいのであれば、図2(b)に示 すようにそれぞれ一対の電極からなる複数の 検出部25a~25cが、それぞれ高さを異ならせて� �けられればよい。

 また、本実施形態の液位センサ部は、検� ��部が配置された高さまで尿素水溶液が存在� ��ているか否かの結果のみならず、検出部に� ��圧を印加したときに発生した電圧値Vをすべ て出力する。この電圧値Vは、後述するDCU60の 液位センサ値処理部において、一対の電極間 に存在する媒体の比誘電率εを算出するため� ��用いられる。

 なお、本実施形態のセンサユニット54の液� �センサ部では、所定の高さ位置に配置され� �検出部によって、当該高さ位置まで液体が� �在するか否かを検知する形式の液位センサ� �用いられているが、液体の残量に応じて連� �的に変化する静電容量の値をもとにして、� �体の残量を細かく検出する形式の液位セン� �を用いる場合については、第3の実施の形態� ��説明する。
 また、一対の電極からなる検出部を、高さ� ��異ならせて複数配置した液位センサ部の場� ��には、それぞれの検出部の電極間に発生し� ��電圧値Vを互いに比較することによって、液 位センサ部自身で合理性診断を行うことも可 能であるが、本実施形態の液位センサ部のよ うに、一つの検出部のみによって構成される 液位センサの場合には、液位センサ部自身で の合理性診断ができないために、本発明が特 に有効となる。

(4)温度センサ部
 センサユニット54の温度センサ部は、液体� �発熱抵抗体を浸漬させ、液体の温度に応じ� �発熱抵抗値を検知して、液体の温度tを算出� ��て出力する。
 なお、濃度センサ、液位センサ及び温度セ� ��サをセンサユニットとして構成する場合に� ��、通常、各センサ部を構成する電極や発熱� ��抗体等の一部が互いに共有化されて構成さ� ��る。

4.タンク内センサの合理性診断装置(DCU)及び� �理性診断方法
 本実施形態においては、尿素水溶液の噴射� ��御を行うDCU60が、センサユニット54の合理性 診断装置としての機能を有している。このDCU 60は、基本的には、適切な量の尿素水溶液が� ��気管11中に供給されるように、CAN65上に存在 する様々な情報をもとに還元剤噴射弁31の動� ��制御を行う装置である。
 具体的には、DCU60は、第1の供給経路58内の� �元剤の圧力に関する情報を継続的に読み込� �、この圧力情報をもとにポンプ41をフィード バック制御することにより、第1の供給経路58 内の圧力がほぼ一定の値に維持されるととも に、内燃機関から排出されるNO _X 量や還元触媒の温度等をもとにして尿素水溶 液の噴射量を演算し、還元剤噴射弁31の開閉� ��御を行う。

 上述したように、タンク50内に備えられた� �ンサユニット54は、噴射された尿素水溶液に よって排気ガス中のNO _X の還元浄化が効率的に行われる状態にあるか を監視する重要な役割を担っているため、セ ンサユニット54の合理性が失われているおそ� ��がある場合には速やかにセンサユニット54� �交換する必要がある。そのため、図1に示す� ��気浄化装置10に備えられたDCU60には、センサ ユニットの合理性診断部(図1では「合理性診� ��」と表記。)が設けられている。

 図3は、図1に示すDCU60の合理性診断部に関 する部分について機能的なブロックに表した 構成例を示している。この合理性診断部は、 CAN情報取出生成部(図3では「CAN情報取出」と� ��記。)と、液位センサ値処理部(図3では「TnkL vl処理」と表記。)と、合理性判定部(図3では� ��合理性判定」と表記。)と、カウンタ等から 構成されている。これらの各部は、具体的に は、マイクロコンピュータ(図示せず。)によ� ��プログラムの実行によって実現される。

 このうち、CAN情報取出生成部は、センサ� ��ニット54の各センサ部からの信号をはじめ� �する、CAN65上に存在する情報を受け取り、DCU 60の他の部分に対して送信する。

 液位センサ値処理部は、CAN情報取出生成� ��から送信される液位センサ値としての電圧� ��Vをもとにして媒体の比誘電率εを算出し、� ��該比誘電率εの算出結果を合理性判定部に� �信する。この液位センサ値処理部で算出さ� �る比誘電率εの値は、タンク内の媒体の状態 によって異なる。

 媒体の比誘電率εの算出方法に関し、静電� �量をCとして、電極面積をS、電極間の距離を dとすると、C=ε×S×dで表されることから、一� ��として、関係式ε=C/S・dを用いて、媒体の比 誘電率εが算出される。このうち、静電容量C については、あらかじめ格納された電圧値V� �静電容量Cとの関係を示すマップを参照して� ��められる。このように算出される比誘電率� �の値を、あらかじめ記憶させておいた、空� �の比誘電率εair、軽油の比誘電率εdiesel、凍� ��した尿素水溶液の比誘電率εureaice、液化状� ��の尿素水溶液の比誘電率εureawtrの各値に照� ��すことによって、媒体の状態が判別される� ��
 なお、参考までに、空気の比誘電率εair≒1. 0、軽油の比誘電率εdiesel≒1.8、凍結した水す なわち氷の比誘電率ε≒4.2、液体の水の比誘� ��率ε≒80であることが一般的に知られている 。

 また、本実施形態の例では、センサユニッ� ��54において、濃度センサ部のセンサ値をも� �に媒体の熱伝導率λが算出され、温度センサ 部のセンサ値をもとに媒体の温度tが算出さ� �るようになっているため、DCU60には、濃度セ ンサ値及び温度センサ値を処理する部分は備 えられていない。
 ただし、センサユニット54に、濃度センサ� �のセンサ値をもとに媒体の熱伝導率λを算出 する部分や、温度センサ部のセンサ値をもと に媒体の温度tを算出する部分を備えていな� �場合には、DCU60に、濃度センサ値処理部や温 度センサ値処理部が備えられ、算出される熱 伝導率λ及び温度tが合理性判定部に送信され る。
 DCU60の濃度センサ値処理部で媒体の熱伝導� �λを算出する場合には、上述した濃度センサ 部に備えられた熱伝導率λの算出ロジックが� ��濃度センサ値処理部に備えられる。

 合理性判定部は、出力されてくる各情報� �、λ、tをもとに、タンクに備えられたセン� �ユニット54の各センサ部のうちのいずれかの センサ部の合理性が失われていないかの判定 を行う。すなわち、合理性判定部は、算出さ れた熱伝導率λの値及び比誘電率εの値をも� �にして、それぞれ、タンクが空であるか、� �油が収容されているか、尿素水溶液が凍結� �ているか、尿素水溶液が液化状態であるか� �判別することができ、また、温度tの値をも� ��にして、タンク内の媒体の温度が、尿素水� ��液の凍結温度を超えているか、凍結温度以� ��であるかを判別することができる。したが� ��て、合理性判定部は、主として媒体の熱伝� ��率λと比誘電率εとによって判別される媒体 の状態に矛盾がないかを判定するとともに、 尿素水溶液が凍結した状態又は尿素水溶液が 液化した状態であると判別された場合には、 さらに、尿素水溶液の状態と媒体の温度tと� �矛盾がないかを判定する。

 そして、各センサ値をもとに判別された� ��体の状態及び媒体の温度に矛盾がなければ� ��合理性判定部は、センサユニット54の各セ� �サ部の合理性が確保されていると判定する� �一方、各センサ値をもとに判別された媒体� �状態及び媒体の温度に矛盾が生じていると� �には、合理性判定部は、各センサ部のうち� �いずれかのセンサ部の合理性が失われてい� �と判定する。

 図4は、合理性判定部に入力される各情報ε� ��λ、tを相互に比較することによりセンサユ� ��ットの合理性を判定する合理性診断の具体� ��について説明するための対応表Mを表してい る。この対応表Mは、図3に示すDCU60の合理性� �定部に格納されており、各情報ε、λ、tの内 容を当該対応表Mに照らし合わせて、センサ� �ニット54の各センサ部の合理性が確保されて いるかを判定するために用いられる。
 図4の横の項目には、媒体の比誘電率εの値� ��よって媒体の状態が項目分けされており、� ��側の縦の項目には、媒体の熱伝導率λの値� �よって媒体の状態が項目分けされており、� �側の縦の項目には、濃度センサ部の媒体の� �態ごとに、検出された温度tが尿素水溶液の� ��結温度である-11℃を超えるか-11℃以下であ� ��かが項目分けされている。

 図4の対応表Mでは、空気の熱伝導率λair、 軽油の熱伝導率λdiesel、凍結状態の尿素水溶� ��の熱伝導率λureaice、液化状態の尿素水溶液� ��熱伝導率λureawtr、空気の比誘電率εair、軽� �の比誘電率εdiesel、凍結状態の尿素水溶液の 比誘電率εureaice、液化状態の尿素水溶液の比 誘電率εureawtrは、それぞれ公知の値に基づい て、あるいは、あらかじめ実験等によって求 められた値が設定されている。

 そして、濃度センサ部のセンサ値をもとに� ��出される熱伝導率λによって判別される媒� �の状態と、液位センサ部のセンサ値をもと� �算出される比誘電率εによって判別される媒 体の状態とに矛盾がある場合には、合理性判 定部はセンサユニットの合理性が失われてい るものと判定する(図中NGで示される欄が該当 )。一方、熱伝導率λによって判別される媒体 の状態と、比誘電率εによって判別される媒� ��の状態とに矛盾がない場合であっても、尿� ��水溶液が凍結あるいは液化した状態である� ��合には、さらに、合理性判定部は、温度セ� ��サ部のセンサ値である尿素水溶液の温度tが 示す媒体の状態と矛盾がないかを判別する。 すなわち、凍結状態の尿素水溶液を示す熱伝 導率λ及び比誘電率εとなっている場合に、� �素水溶液の温度tが凍結温度を超えている場� ��には、合理性判定部はセンサユニットの合� ��性が失われているものと判定する。同様に� ��液化状態の尿素水溶液を示す熱伝導率λ及� �比誘電率εとなっている場合に、尿素水溶液 の温度tが凍結温度以下となっている場合に� �、合理性判定部は、センサユニットの合理� �が失われているものと判定する。
 これ以外のOKで示される欄については、各� �ンサ値をもとに得られる情報λ、ε、tに矛盾 がないため、合理性判定部はセンサユニット の合理性が保たれていると判定する。

 熱伝導率λ及び比誘電率εが互いに矛盾す ることなく、タンク内が空であることや軽油 が収容されていることを示している場合に、 媒体の温度tの影響を考慮していないのは、� �気については基本的に気体状態から変化す� �ことがなく、軽油については基本的に液化� �態から変化することがないからである。

 また、図3に戻り、本実施形態における合理 性判定部は、センサユニット54の合理性が失� ��れているとの判定された回数をカウンタで� ��ウントし、あらかじめ設定した回数以上、� ��えば、連続して5回以上、合理性が失われて いると判定されたときに、警告手段に対して 合理性エラーの信号を出力する。このように 構成することにより、誤診断によってセンサ ユニット54の合理性エラーが認識されるおそ� ��が低減する。
 センサユニット54の合理性エラー信号が出� �されたときには、DCU60は、例えば、運転者に 対して注意を喚起するために警報音を発生さ せる。これによって、運転者は内燃機関を速 やかに停止させたり、センサユニットの修理 交換を行ったりすることができる。

 なお、本実施形態で用いられているタンク� ��センサは、各センサ部が一体化されたセン� ��ユニット54であるため、どのセンサ部の合� �性が失われているかを特定することは必要� �されておらず、上述の合理性エラーの出力� �なされた時点で、合理性診断は終了する。� �なわち、いずれかのセンサ部の合理性が失� �れていると判定された時点で、センサユニ� �ト54ごと修理、交換が行われる必要がある。
 ただし、濃度センサ部、液位センサ部及び� ��度センサ部のうち、いずれか二つのセンサ� ��が、センサ部自身で合理性診断を行うこと� ��できるのであれば、センサユニット54の合� �性が失われていると判定された後、個別の� �理性診断が行われることによって、どのセ� �サ部の合理性が失われているかが特定され� �。例えば、上述したように、本実施形態の� �ンサユニット54では、液位センサ部自身で液 位センサ部の合理性診断を行うことができな いことから、濃度センサ部及び温度センサ部 が自己診断できるものであれば、どのセンサ 部の合理性が失われているかを特定すること ができる。

 また、各センサ部が一体化されたセンサユ� ��ット54ではなく、濃度センサ、液位センサ� �び温度センサを個別に備えている場合であ� �ても、本実施形態の合理性診断を採用する� �とができる。ただし、本実施形態のタンク� �センサの合理性診断方法は、基本的には、� �つのセンサのうちの少なくともいずれか一� �のセンサの合理性が失われているとの診断� �果を得られるものの、どのセンサの合理性� �失われているかまで特定することができる� �のではない。この場合、少なくとも二つの� �ンサに自己診断機能が備えられていれば、� �理性が失われているセンサが特定される。
 したがって、常時行う診断として本実施形� ��の診断方法を実施し、いずれかのセンサの� ��理性が失われていると診断されたときに、� ��別のセンサの自己診断を実施するようにす� ��ば、診断プログラムの実施の簡素化を図る� ��とができる。

[第2の実施の形態]
 本発明の第2の実施の形態にかかる合理性診 断装置は、合理性判定部の構成が第1の実施� �形態の合理性診断装置の合理性判定部の構� �と異なっている。
 以下、第1の実施の形態と異なる点を中心に 説明する。

 図5は、本実施形態の合理性診断の例を説 明するための対応表を表している。図4に示� �対応表と同様に、図5の横の項目には、媒体� ��比誘電率εの値によって媒体の状態が項目� �けされており、左側の縦の項目には、媒体� �熱伝導率λの値によって媒体の状態が項目分 けされており、右側の縦の項目には、濃度セ ンサ部の媒体の状態ごとに、尿素水溶液の凍 結温度(-11℃)を超えるか凍結温度以下である� ��が項目分けされている。

 ただし、媒体の比誘電率εの値によって項� �分けされる媒体の状態に関し、第1の実施の� ��態では、タンクが空であるか、タンク内に� ��油が収容されているか、尿素水溶液が凍結� ��ているか、尿素水溶液が液化状態であるか� ��よって項目分けされているが、本実施形態� ��は、尿素水溶液が液化状態であるか、それ� ��外かの二つの項目分けとなっている。これ� ��、DCUにおいて、液位センサ部のセンサ値を� ��とに媒体の比誘電率εを算出するにあたり� �タンクが空である場合、軽油が収容されて� �る場合、尿素水溶液が凍結している場合の� �比誘電率εair、εdiesel、εureaiceの差が小さい� ��方、DCUの処理能力によっては算出結果の誤� ��が大きくなるため、タンク内が空であるか� ��軽油が収容されているか、尿素水溶液が凍� ��しているかの判断を正確にできないおそれ� ��あるからである。
 したがって、本実施形態では、合理性判定� ��は、液位センサ処理部から出力される比誘� ��率の値に基づいて、タンク内に液化状態の� ��素水溶液が収容されているか(ε=εurea w tr)、それ以外か(ε≦εureaice)を判別する。

 そして、濃度センサ部のセンサ値をもと� ��得られる媒体の熱伝導率λの値が、タンク� �空である、軽油が収容されている、あるい� �、尿素水溶液が凍結していることを示す場� �に、比誘電率εの値が液化状態の尿素水溶液 を示す場合には、合理性判定部は、液位セン サのセンサ値と濃度センサ部のセンサ値との 間に矛盾が生じていると判定する。同様に、 液化状態の尿素水溶液を示す熱伝導率λの値� ��なっている場合に、タンクが空である、軽� ��が収容されている、あるいは、尿素水溶液� ��凍結していることを示す比誘電率εの値と� �っている場合についても、合理性判定部は� �液位センサ部のセンサ値と濃度センサ部の� �ンサ値との間に矛盾が生じていると判定す� �。

 一方、液位センサ部のセンサ値をもとに� ��出される熱伝導率λによって判別される媒� �の状態と、濃度センサ部のセンサ値をもと� �算出される比誘電率εによって判別される媒 体の状態とに矛盾がない場合であっても、尿 素水溶液が凍結あるいは液化した状態である 場合には、合理性判定部は、さらに、温度セ ンサ部のセンサ値である尿素水溶液の温度t� �示す媒体の状態と矛盾していないかを判別� �る。すなわち、凍結状態の尿素水溶液を示� �熱伝導率λ及び比誘電率εとなっている場合� ��、尿素水溶液の温度tが凍結温度を超えてい る場合には、合理性判定部はセンサユニット の合理性が失われているものと判定する。同 様に、液化状態の尿素水溶液を示す熱伝導率 λ及び比誘電率εとなっている場合に、尿素� �溶液の温度tが凍結温度以下となっている場� ��についても、合理性判定部はセンサユニッ� ��の合理性が失われているものと判定する。

 本実施形態においても、タンク内センサ� ��構成は、センサユニットに限られるもので� ��なく、第1の実施の形態と同様に、濃度セン サ、液位センサ及び温度センサが個別に備え られるようにしてもよく、また、液位センサ 部についても、一対の電極からなる検出部が 一つのみ備えられる構成であっても良いし、 複数備えられる構成であってもよい。

[第3の実施の形態]
 本発明の第3の実施の形態の合理性診断装置 は、センサユニットのうちの液位センサ部の 構成が第1の実施の形態及び第2の実施の形態� ��液位センサ部の構成と異なるセンサユニッ� ��の合理性診断を行うものである。また、液� ��センサ部の構成が異なることに伴い、合理� ��診断を行う際の手順が第1の実施の形態及び 第2の実施の形態の手順とは異なっている。
 以下、第1の実施の形態及び第2の実施の形� �と異なる点を中心に説明する。

1.液位センサ部の構成
 本実施形態で用いられるセンサユニットの� ��位センサ部は、図6に示すように、互いに対 向する第1電極及び第2電極であって、タンク� ��の高さ方向に沿って所定長さを有する第1電 極及び第2電極を有し、第1電極と第2電極との 間で媒体の液位に応じて静電容量が変化する コンデンサを形成した液位検出体を備えてい る。この第1電極及び第2電極は、対向する平� ��電極であってもよく、内側電極及び外側電� ��からなる二重管電極であってもよい。
 上述した第1及び第2の実施の形態で用いら� �ている液位センサ部は、所定高さに配置さ� �る一対の電極からなる検出部に所定の交流� �圧を印加したときに発生する電圧Vが所定値� ��上となったときに、当該所定高さまで媒体� ��存在することを認識する。これに対して、� ��実施形態で用いられている液位センサ部は� ��タンク内が空である状態での基準静電容量C ₀ に対する静電容量の変化量δCをもとにして、 媒体の残量をリニアに認識することができる 。

 本実施形態のような構成の液位センサ部を� ��いる場合において、タンク内に正常な尿素� ��溶液が収容されていることを前提とすれば� ��尿素水溶液の液位を測定することができる� ��
 しかしながら、タンク内の液体の残量によ� ��て、液体中に浸漬される電極の面積が異な� ��てくることから、液位センサ部のセンサ値� ��もとに媒体の比誘電率εを算出して媒体の� �態を判別する合理性診断を行う場合、静電� �量の違いが、単純に媒体の状態に依存する� �のであるかの見分けが困難である。すなわ� �、静電容量の変化量δCが、単純に媒体の状� �の違いによって生じているのか、媒体の液� �の違いによって生じているのかの見分けが� �難である。

 このような液位センサ部の場合、第1の実 施の形態及び第2の実施の形態のように、第1� ��極及び第2電極間に交流電圧を印加したとき に発生した電圧値を用いて媒体の比誘電率ε� ��算出することは容易ではない。そのため、� ��実施形態のタンク内センサの合理性診断装� ��では、タンク内への尿素水溶液の補充時に� ��タンク内が満タンにされることを前提とし� ��、合理性診断が行われる。

2.タンク内センサの合理性診断装置及び合理� ��診断方法
 本実施形態のDCUも、基本的には第1の実施の 形態又は第2の実施の形態で説明したDCUの構� �と同様であり、合理性判定部には図4又は図5 に示す対応表が備えられている。
 本実施形態のセンサユニットの合理性診断� ��法では、まず、タンクに媒体を満タンに補� ��した時点で、第1の実施の形態又は第2の実� �の形態で説明した合理性診断方法と同様の� �法で合理性診断が行われる。媒体の補充直� �の場合、タンク内が媒体で満タンとされた� �合の各媒体の比誘電率εを予めDCUに記憶させ ておくことにより、液位センサ部によって検 出される比誘電率εの値から媒体の状態が判� ��される。
 なお、媒体の補充直後の場合、タンク内が� ��でないことは言うまでもなく、媒体が凍結� ��ているおそれも少ないと言うことができる� ��

 この媒体の補充直後の合理性診断において� ��各センサ値をもとに推定される媒体の状態� ��互いに矛盾している場合には、合理性判定� ��はいずれかのセンサの合理性が失われてい� ��と判定する。一方、媒体の補充直後の合理� ��診断において、センサユニットの合理性が� ��たれていると判定された場合、タンクに補� ��された媒体が特定される。したがって、以� ��の合理性診断を行う際にはタンク内の媒体� ��明らかになっているために、タンク内の媒� ��の残量が満タンでない場合であっても、液� ��センサ部によって検出される比誘電率εの� �からタンク内の媒体の状態が推定される。� �の結果、タンク内が空である状態での基準� �電容量C ₀ に対する静電容量の変化量δCをもとにして、 媒体の残量をリニアに認識することができる 液位センサ部が用いられる場合であっても、 第1の実施の形態や第2の実施の形態で説明し� ��合理性診断方法を行うことができる。

 すなわち、互いに対向する第1電極及び第2� �極を備え、タンク内の媒体の残量をリニア� �測定可能な液位センサ部が用いられる場合� �は、媒体を補充するごとに、DCUは、合理性� �断を行いつつ媒体の種類を特定した上でそ� �後の合理性診断を行うことによって、互い� �センサ値の矛盾を判定することができる。
 なお、実際には、媒体の補充直後の合理性� ��断時にタンク内の媒体が軽油であると判別� ��れる際には、還元剤として尿素水溶液の代� ��りに軽油を使用し続けることができないこ� ��から、運転者等に対して警告が発せられる� ��とになる。