(57)【要約】【課題】静電容量式濃度センサにおいて、電極間のリーク抵抗の影響を排除して高精度で濃度を測定できる液体性状検出装置を提供する。【解決手段】増幅回路４０のゲインを固定とせずに大小切換え可能とし、エタノール濃度検出信号である電圧Ｖｂが小さくなるに連れて、増幅回路４０のゲインを増大させている。これにより、エタノール濃度変化に対応する電圧Ｖ５０の変化が小さい領域、つまり電圧Ｖｂが０＜Ｖｂ＜Ｐである領域において、ゲインを増大させて電圧Ｖ５０を増大させることで分解能を大きくし、それにより高精度でエタノール濃度測定が可能なエタノール濃度センサを提供することができる。【選択図】      図６
2010133930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と、
前記電極に印加される電圧である標準電圧を発生する標準電圧発生手段と、
前記標準電圧を前記電極に印加して前記電極に電荷を蓄えさせること、および前記電極を接地して前記電荷を放電させること、のどちらか一方の状態に切換えるスイッチ手段と、
前記スイッチ手段を所定周期.で切り換え作動させるために、前記スイッチ手段に対して所定周波数の動作信号を出力する動作信号出力手段と、
前記電極に標準電圧を印加したときの前記電極に発生する電圧である検出信号が入力されると該検出信号を処理して出力する信号処理手段と、を備え、
前記動作信号出力手段は、第１の周期で前記スイッチ手段を切り換え作動させるための第１周波数の第１動作信号、および、第２の周期で前記スイッチ手段を切り換え作動させるための第２周波数の第２動作信号を出力し、
前記信号処理手段は、前記スイッチ手段が前記第１の周期で切換え作動しているときの前記検出信号である第１検出信号、および前記スイッチ手段が前記第２の周期で切換え作動しているときの前記検出信号である第２検出信号に基づいて前記液体の性状である前記液体に含まれる成分の濃度を検出する液体性状検出装置であって、
前記信号処理手段は、前記第１検出信号および前記第２検出信号に基づいて濃度を算出する処理工程におけるゲインを、前記第１検出信号および前記第２検出信号の少なくとも一方に応じて変化させ、
前記第１検出信号および前記第２検出信号の少なくとも一方が小さくなるに連れて前記ゲインを大きくすることを特徴とする液体性状検出装置。
【請求項２】
電極と、
前記電極に印加される電圧である標準電圧を発生する標準電圧発生手段と、
前記標準電圧を前記電極に印加して前記電極に電荷を蓄えさせること、および前記電極を接地して前記電荷を放電させること、のどちらか一方の状態に切換えるスイッチ手段と、
前記スイッチ手段を所定周期.で切り換え作動させるために、前記スイッチ手段に対して所定周波数の動作信号を出力する動作信号出力手段と、
前記電極に標準電圧を印加したときの前記電極に発生する電圧である検出信号が入力されると該検出信号を処理して出力する信号処理手段と、を備え、
前記動作信号出力手段は、第１の周期で前記スイッチ手段を切り換え作動させるための第１周波数の第１動作信号、および、第２の周期で前記スイッチ手段を切り換え作動させるための第２周波数の第２動作信号を出力し、
前記信号処理手段は、前記スイッチ手段が前記第１の周期で切換え作動しているときの前記検出信号である第１検出信号、および前記スイッチ手段が前記第２の周期で切換え作動しているときの前記検出信号である第２検出信号に基づいて前記液体の性状である前記液体に含まれる成分の濃度を検出する液体性状検出装置であって、
前記動作信号出力手段は、前記第１周波数と前記第２周波数との差である差周波数を、前記第１検出信号および前記第２検出信号の少なくとも一方に応じて変化させ、
前記動作信号出力手段は、前記第１検出信号および前記第２検出信号の少なくとも一方が小さくなるに連れて前記差周波数を大きくすることを特徴とする液体性状検出装置。
【請求項３】
電極と、
前記電極に印加される電圧である標準電圧を発生する標準電圧発生手段と、
前記標準電圧を前記電極に印加して前記電極に電荷を蓄えさせること、および前記電極を接地して前記電荷を放電させること、のどちらか一方の状態に切換えるスイッチ手段と、
前記スイッチ手段を所定周期で切り換え作動させるために、前記スイッチ手段に対して所定周波数の動作信号を出力する動作信号出力手段と、
前記電極に標準電圧を印加したときの前記電極に発生する電圧である検出信号が入力されると該検出信号を処理して出力する信号処理手段と、を備え、
前記動作信号出力手段は、第１の周期で前記スイッチ手段を切り換え作動させるための第１周波数の第１動作信号、および、第２の周期で前記スイッチ手段を切り換え作動させるための第２周波数の第２動作信号を出力し、
前記信号処理手段は、前記スイッチ手段が前記第１の周期で切換え作動しているときの前記検出信号である第１検出信号、および前記スイッチ手段が前記第２の周期で切換え作動しているときの前記検出信号である第２検出信号に基づいて前記液体の性状である前記液体に含まれる成分の濃度を検出する液体性状検出装置であって、
前記動作信号出力手段は、前記標準電圧を、前記第１検出信号および前記第２検出信号の少なくとも一方の大きさに応じて変化させ、
前記動作信号出力手段は、前記第１検出信号および前記第２検出信号の少なくとも一方が小さくなるに連れて前記標準電圧を高くすることを特徴とする液体性状検出装置。
【請求項４】
前記信号処理手段において前記第１検出信号および前記第２検出信号に基づいて算出された濃度としての電気信号である出力電圧が、選択可能な前記ゲインのうちの任意の前記ゲインを用いて算出しても必ず前記出力電圧が飽和しないように、前記第１周波数および前記第２周波数の差周波数を設定する差周波数較正手段と、
前記差周波数較正手段で設定された差周波数である較正差周波数を用い且つすべての選択可能な前記ゲイン毎に前記出力電圧を算出し、このようにして算出された各前記出力電圧である各較正出力電圧に基づいて、前記信号処理手段における前記ゲインの切り替え機能が正常であるかどうかを判定する判定手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の液体性状検出装置。
【請求項５】
前記信号処理手段において前記第１検出信号および前記第２検出信号に基づいて算出された濃度としての電気信号である出力電圧が、選択可能な前記第１周波数と前記第２周波数との差である前記差周波数のうちの任意の前記差周波数を用いて算出しても必ず前記出力電圧が飽和しないように、前記第１検出信号および前記第２検出信号に基づいて濃度を算出する前記処理工程におけるゲインを設定するゲイン較正手段と、
前記ゲイン較正手段で設定されたゲインである較正ゲインを用い且つすべての選択可能な前記差周波数毎に前記出力電圧を算出し、このようにして算出された各前記出力電圧である各較正出力電圧に基づいて、前記信号処理手段における前記差周波数の切り替え機能が正常であるかどうかを判定する判定手段と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の液体性状検出装置。
【請求項６】
前記信号処理手段において前記第１検出信号および前記第２検出信号に基づいて算出された濃度としての電気信号である出力電圧が、選択可能な前記標準電圧のうちの任意の前記標準電圧を用いて算出しても必ず前記出力電圧が飽和しないように、前記第１検出信号および前記第２検出信号に基づいて濃度を算出する前記処理工程におけるゲインを設定するゲイン較正手段と、
前記ゲイン較正手段で設定されたゲインである較正ゲインを用い且つすべての選択可能な前記標準電圧毎に前記出力電圧を算出し、このようにして算出された各前記出力電圧である各較正出力電圧に基づいて、前記信号処理手段における前記標準電圧の切り替え機能が正常であるかどうかを判定する判定手段と、を備えることを特徴とする請求項３に記載の液体性状検出装置。
【請求項７】
前記電極と電気的に並列に接続・遮断可能に配置された電気容量素子と、
前記電極と前記電気容量素子との電気的接続・遮断を切換える切換え手段と、を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一つに記載の液体性状検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体性状として、液体中に含まれる成分の濃度を検出する液体性状検出装置に関するもので、たとえばガソリンとエタノールの混合液体中のエタノール濃度の検出の用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
液体中に含まれる成分の濃度を検出する液体性状検出装置の用途として、たとえば自動車のエンジンの燃料であるガソリンとエタノールの混合液体中のエタノール濃度の検出がある。ガソリンとエタノールの混合液体を燃料とするエンジンは、排気中の有害成分が少ないことから注目されている。このような混合液体は、ガソリンのみの場合とは、最適な空燃比が異なっている。エンジンの高熱効率運転および排気中の有害成分低減実現のためには、エンジンを最適な空燃比で運転することが重要である。ところで、燃料としてのガソリンの空燃費と、ガソリンとエタノールの混合液体の空燃費とは異なっている。このため、ガソリンとエタノールの混合液体を燃料とするエンジンにおいては、燃料中のエタノールの含有量、すなわちエタノール濃度を測定することが重要となってくる。
【０００３】
従来の液体性状検出装置、たとえばガソリンとエタノールの混合液体中のエタノール濃度の検出に用いられるものがある。これは、測定対象液体が導入される非導電性チューブの外周面に第１、第２電極を配設し、両電極および両電極間の液体により静電容量体を形成して濃度センサとし、この濃度センサに対して切換えスイッチを介して充電、放電を繰り返し、放電電流と抵抗と測定対象液体の濃度に比例した出力電圧を得る構成としたものである（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述の従来の液体濃度計のように両電極および両電極間の液体により静電容量体を形成して濃度センサとした場合、ガソリンは非導電性であるので液体がガソリン１００％であるときには両電極間の電気抵抗（以降「リーク抵抗」と表す）は無限大であり、電極間の誘電率はほぼ「０」となる。しかし、ガソリンに異物、たとえばエタノール、水等が混入すると、リーク抵抗は無限大から減少し、電極間の誘電率が正の値をとるようになる。
【０００６】
したがって、両電極および両電極間の液体により静電容量体を形成してなる濃度センサを用いてエタノール濃度を高精度で測定するためには、上述したリーク抵抗の影響を排除する必要がある。上記特許文献１に記載の液体用濃度計では、リーク抵抗の影響を受けてしまい、エタノール濃度を精度よく測定することが困難となるおそれがある。
【０００７】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、両電極および両電極間の液体により静電容量体を形成してなる濃度センサを用いて液体中に含まれる成分の濃度測定に際して、電極間のリーク抵抗の影響を排除して高精度で濃度を測定できる液体性状検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に記載される燃料性状検出装置は、電極と、電極に印加される電圧である標準電圧を発生する標準電圧発生手段と、標準電圧を電極に印加して電極に電荷を蓄えさせること、および電極を接地して電荷を放電させること、のどちらか一方の状態に切換えるスイッチ手段と、スイッチ手段を所定周期で切り換え作動させるために、スイッチ手段に対して所定周波数の動作信号を出力する動作信号出力手段と、電極に標準電圧を印加したときの電極に発生する電圧である検出信号が入力されると該検出信号を処理して出力する信号処理手段と、を備え、動作信号出力手段は、第１の周期でスイッチ手段を切り換え作動させるための第１周波数の第１動作信号、および、第２の周期でスイッチ手段を切り換え作動させるための第２周波数の第２動作信号を出力し、信号処理手段は、スイッチ手段が第１の周期で切換え作動しているときの検出信号である第１検出信号、およびスイッチ手段が第２の周期で切換え作動しているときの検出信号である第２検出信号に基づいて液体の性状である液体に含まれる成分の濃度を検出する液体性状検出装置であって、信号処理手段は、第１検出信号および第２検出信号に基づいて濃度を算出する処理工程におけるゲインを、第１検出信号および第２検出信号の少なくとも一方に応じて変化させ、第１検出信号および第２検出信号の少なくとも一方が小さくなるに連れてゲインを大きくすることを特徴としている。
【０００９】
両電極および両電極間の液体により静電容量体を形成して濃度センサとし、この濃度センサに対して切換えスイッチを介して充電、放電を繰り返し、放電電流と抵抗と測定対象液体の濃度に比例した検出電圧を得る場合、この検出電圧を表す式中には、（１／Ｒｐ）を含む定数項が存在する。ここで、「Ｒｐ」はリーク抵抗である。そのため、切換えスイッチの切換え周期である濃度センサへの充電・放電の切換え周期を一定値とした場合、すなわち従来の特許文献１に記載の液体用濃度計では、リーク抵抗Ｒｐが小さくなると、その影響が比較的大きくなり濃度測定の精度が低下する恐れがある。
【００１０】
これに対して、本発明の請求項１に記載される燃料性状検出装置では、スイッチ手段の切換え作動の周期である周波数として、第１周波数および第２周波数の２種類の周波数を設定し、２つの周波数毎の検出信号を得ている。つまり、第１周波数で充電・放電を切換えたときの第１検出信号、および第２周波数で充電・放電を切換えたときの第２検出信号の２種類の検出信号を得ている。そして、これら２つの検出信号の差分をとれば、検出電圧を表す式中の（１／Ｒｐ）を含む定数項を消去することができるので、リーク抵抗の影響を排除して濃度測定を高精度で行うことができる。
【００１１】
測定対象液体の濃度に相当する検出信号電圧は、濃度が低い領域では非線形性が大きくなり、濃度変化に対する検出信号電圧の変化が小さくなる。このため、低濃度で濃度変化に対する検出信号電圧の変化が小さい領域においては、濃度を検出信号電圧に基づいて精度良く測定することが困難となる恐れがある。そこで、本発明の請求項１に記載される燃料性状検出装置では、信号処理手段が第１検出信号および第２検出信号を出力するときのゲインを、検出信号レベルに応じて変化させ、検出信号電圧が低くなるに連れてゲインを大きくしている。これにより、濃度−検出信号電圧の関係が非線形となる低濃度領域においても濃度変化に対する検出信号電圧の変化を大きくする、言い換えると分解能を大きくすることができるので、低濃度領域においても高精度の濃度検出が可能となる。一方、濃度が或る程度以上の領域では、濃度−検出信号電圧の関係がほぼ線形となり、検出信号電圧も高くなるので、信号処理出力手段が第１検出信号および第２検出信号を出力するときのゲインを大きくする必要はない。したがって、濃度センサからの検出信号電圧が低くなるに連れて、言い換えると濃度が低くなるに連れて、信号処理出力手段が第１検出信号および第２検出信号を出力するときのゲインを増大させれば、測定対象液体濃度の発現し得る全域において、高精度で濃度を測定することが可能となる。
【００１２】
以上により、本発明の請求項１に記載される燃料性状検出装置によれば、電極間のリーク抵抗の影響を排除して高精度で濃度を測定できる液体性状検出装置を提供することができる。
【００１３】
本発明の請求項２に記載される燃料性状検出装置は、電極と、電極に印加される電圧である標準電圧を発生する標準電圧発生手段と、標準電圧を電極に印加して電極に電荷を蓄えさせること、および電極を接地して電荷を放電させること、のどちらか一方の状態に切換えるスイッチ手段と、スイッチ手段を所定周期で切り換え作動させるために、スイッチ手段に対して所定周波数の動作信号を出力する動作信号出力手段と、電極に標準電圧を印加したときの電極に発生する電圧である検出信号が入力されると該検出信号を処理して出力する信号処理手段と、を備え、動作信号出力手段は、第１の周期でスイッチ手段を切り換え作動させるための第１周波数の第１動作信号、および、第２の周期でスイッチ手段を切り換え作動させるための第２周波数の第２動作信号を出力し、信号処理手段は、スイッチ手段が第１の周期で切換え作動しているときの検出信号である第１検出信号、およびスイッチ手段が第２の周期で切換え作動しているときの検出信号である第２検出信号に基づいて液体の性状である液体に含まれる成分の濃度を検出する液体性状検出装置であって、動作信号出力手段は、第１周波数と第２周波数との差である差周波数を、第１検出信号および第２検出信号の少なくとも一方に応じて変化させ、動作信号出力手段は、第１検出信号および第２検出信号の少なくとも一方が小さくなるに連れて差周波数を大きくすることを特徴としている。
【００１４】
上述の構成において、濃度測定対象液体を挟んで配置される一対の電極間に標準電圧Ｅを印加したときの一対の電極間の電圧である検出電圧：Ｖは、リーク抵抗が無限大の場合、液体を挟んで配置される一対の電極の静電容量をＣ、抵抗をＲｇ、第１周波数をｆ１、第１周波数でスイッチ手段を切換えたときに得られる検出電圧をＶｆ１、第２周波数をｆ２、第２周波数でスイッチ手段を切換えたときに得られる検出電圧をＶｆ２、とすると、Ｖｆ１＝Ｅ×Ｒｇ×Ｃ×ｆ１、Ｖｆ２＝Ｅ×Ｒｇ×Ｃ×ｆ２、Ｖ＝Ｖｆ１−Ｖｆ２＝Ｅ×Ｒｇ×Ｃ×（ｆ１−ｆ２）となる。ここで、（ｆ１−ｆ２）＝Δｆと表せば、Ｖ＝Ｃ×Δｆとなる。また、液体を挟んで配置される一対の電極の静電容量（Ｃ）は液体中の成分濃度にほぼ比例するので、成分濃度が低下するに連れて静電容量（Ｃ）は小さくなる。さらに、成分濃度が低い領域では、検出電圧と濃度との関係が非線形性となり、濃度変化に対する検出電圧の変化が小さくなる。以上から、成分濃度の低い領域においても濃度検出精度を良好に維持するためには、検出電圧：Ｖを高くする必要があり、そのためにはΔｆ、すなわち第１周波数と第２周波数との差である差周波数を、大きくすれば良いことがわかる。
【００１５】
本発明の請求項２に記載される燃料性状検出装置では、将に、検出電圧が低くなるに連れて差周波数を大きくしている。これにより、検出電圧が低くなる成分濃度の低い領域においても、検出電圧を高くして濃度検出精度を良好に維持することができる。
【００１６】
以上により、本発明の請求項２に記載される燃料性状検出装置によれば、電極間のリーク抵抗の影響を排除して高精度で濃度を測定できる液体性状検出装置を提供することができる。
【００１７】
本発明の請求項３に記載される燃料性状検出装置は、電極と、電極に印加される電圧である標準電圧を発生する標準電圧発生手段と、標準電圧を電極に印加して電極に電荷を蓄えさせること、および電極を接地して電荷を放電させること、のどちらか一方の状態に切換えるスイッチ手段と、スイッチ手段を所定周期で切り換え作動させるために、スイッチ手段に対して所定周波数の動作信号を出力する動作信号出力手段と、電極に標準電圧を印加したときの電極に発生する電圧である検出信号が入力されると該検出信号を処理して出力する信号処理手段と、を備え、動作信号出力手段は、第１の周期でスイッチ手段を切り換え作動させるための第１周波数の第１動作信号、および、第２の周期でスイッチ手段を切り換え作動させるための第２周波数の第２動作信号を出力し、信号処理手段は、スイッチ手段が第１の周期で切換え作動しているときの検出信号である第１検出信号、およびスイッチ手段が第２の周期で切換え作動しているときの検出信号である第２検出信号に基づいて液体の性状である液体に含まれる成分の濃度を検出する液体性状検出装置であって、動作信号出力手段は、標準電圧を、第１検出信号および第２検出信号の少なくとも一方の大きさに応じて変化させ、動作信号出力手段は、第１検出信号および第２検出信号の少なくとも一方が小さくなるに連れて標準電圧を高くすることを特徴としている。
【００１８】
本発明の請求項２に記載される燃料性状検出装置の説明で述べたように、濃度測定対象液体を挟んで配置される一対の電極間に標準電圧Ｅを印加したときの一対の電極間の電圧である検出電圧：Ｖは、Ｖ＝Ｅ×Ｒｇ×Ｃ×Δｆと表せる。本発明の請求項２に記載される燃料性状検出装置では、検出電圧が低くなる成分濃度の低い領域においても検出電圧を高くして濃度検出精度を良好に維持するために、第１周波数と第２周波数との差であるΔｆを、検出電圧が低くなるに連れ大きくしている。ところで、検出電圧を高くするための方策としては、Δｆを高めること以外に、一対の電極間に印加する標準電圧Ｅそのものを高くすることがある。本発明の請求項３に記載される燃料性状検出装置では、成分濃度が低下して検出電圧が低くなるに連れて、標準電圧Ｅを高くしている。これにより、検出電圧が低くなる成分濃度の低い領域においても、検出電圧を高くして濃度検出精度を良好に維持することができる。
【００１９】
以上により、本発明の請求項３に記載される燃料性状検出装置によれば、電極間のリーク抵抗の影響を排除して高精度で濃度を測定できる液体性状検出装置を提供することができる。
【００２０】
本発明の請求項４に記載される燃料性状検出装置は、信号処理手段において第１検出信号および第２検出信号に基づいて算出された濃度としての電気信号である出力電圧が、選択可能なゲインのうちの任意のゲインを用いて算出しても必ず出力電圧が飽和しないように、第１周波数および第２周波数の差周波数を設定する差周波数較正手段と、差周波数較正手段で設定された差周波数である較正差周波数を用い且つすべての選択可能なゲイン毎に出力電圧を算出し、このようにして算出された各出力電圧である各較正出力電圧に基づいて、信号処理手段におけるゲインの切り替え機能が正常であるかどうかを判定する判定手段と、を備えることを特徴としている。
【００２１】
上述の構成によれば、ある一つの出力電圧に対して較正出力電圧は選択可能なゲインの個数だけ得られる。また、各較正出力電圧は、選択可能なゲインのうちの任意のゲインを用いて算出しても必ず出力電圧が飽和しないように第１周波数および第２周波数の差周波数が設定されるため、いずれも計測可能範囲内の値となっている。そのため、各較正出力電圧は、相互に電圧を正確に比較することが可能となっている。
【００２２】
ここで、選択可能なゲインの個数がたとえば３個設定されているならば、得られる較正電圧の個数もゲインの個数と同じ、すなわち３個となる。そして、得られた３個の較正出力電圧の比は、３個のゲインの比とほぼ等しくなるはずである。たとえば、ゲインが、１０、２０、８０である場合は、得られた３個の較正出力電圧の比も、ほぼ、１：２：８となる。本発明の請求項４に記載される燃料性状検出装置の判定手段における処理の過程で、得られた３個の較正出力電圧の比が、ほぼ、１：２：８となった場合は、信号処理手段におけるゲインの設定および切り替え機能が正常であることを意味するので、判定手段は、信号処理手段におけるゲインの設定および切り替え機能が正常である、との判定を下すことができる。一方、得られた３個の較正出力電圧の比が、たとえば、１：２：５となった場合は、信号処理手段におけるゲインの設定機能が異常であると見做せる。また、得られた３個の較正出力電圧の比が、たとえば、１：１：８となった場合は、信号処理手段におけるゲインの切り替え機能が異常であると見做せる。このように、得られた３個の較正出力電圧の比が、ゲインの比と異なる値となった場合は、判定手段は、信号処理手段におけるゲインの設定あるいは切り替え機能が異常である、との判定を下す。
【００２３】
このように、本発明の請求項４に記載される燃料性状検出装置によれば、以上説明したような容易な処理により、信号処理手段におけるゲインの設定あるいは切り替え機能に異常が発生した場合、それを素早く且つ容易な手段で発見することができる。
【００２４】
本発明の請求項５に記載される燃料性状検出装置は、信号処理手段において第１検出信号および第２検出信号に基づいて算出された濃度としての電気信号である出力電圧が、選択可能な第１周波数と第２周波数との差である差周波数のうちの任意の差周波数を用いて算出しても必ず出力電圧が飽和しないように、第１検出信号および第２検出信号に基づいて濃度を算出する処理工程におけるゲインを設定するゲイン較正手段と、ゲイン較正手段で設定されたゲインである較正ゲインを用い且つすべての選択可能な差周波数毎に出力電圧を算出し、このようにして算出された各出力電圧である各較正出力電圧に基づいて、信号処理手段における差周波数の切り替え機能が正常であるかどうかを判定する判定手段と、を備えることを特徴としている。
【００２５】
上述の構成によれば、ある一つの出力電圧に対して較正出力電圧は選択可能な差周波数の個数だけ得られる。また、各較正出力電圧は、選択可能な差周波数のうちの任意の差周波数を用いて算出しても必ず出力電圧が飽和しないように第１検出信号および第２検出信号に基づいて濃度を算出する処理工程におけるゲインが設定されるため、いずれも計測可能範囲内の値となっている。そのため、各較正出力電圧は、相互に電圧を正確に比較することが可能となっている。
【００２６】
ここで、選択可能な差周波数の個数がたとえば３個設定されているならば、得られる較正電圧の個数も差周波数の個数と同じ、すなわち３個となる。そして、得られた３個の較正出力電圧の比は、３個の差周波数の比とほぼ等しくなるはずである。たとえば、差周波数が、１００Ｈｚ、２００Ｈｚ、４００Ｈｚである場合は、得られた３個の較正出力電圧の比も、ほぼ、１：２：４となる。本発明の請求項５に記載される燃料性状検出装置の判定手段における処理の過程で、得られた３個の較正出力電圧の比が、ほぼ、１：２：４となった場合は、信号処理手段における差周波数の設定および切り替え機能が正常であることを意味するので、判定手段は、信号処理手段における差周波数の設定および切り替え機能が正常である、との判定を下すことができる。一方、得られた３個の較正出力電圧の比が、たとえば、１：２：３となった場合は、信号処理手段における差周波数の設定機能が異常であると見做せる。また、得られた３個の較正出力電圧の比が、たとえば、１：１：４となった場合は、信号処理手段における差周波数の切り替え機能が異常であると見做せる。このように、得られた３個の較正出力電圧の比が、差周波数の比と異なる値となった場合は、判定手段は、信号処理手段における差周波数の設定あるいは切り替え機能が異常である、との判定を下す。
【００２７】
このように、本発明の請求項５に記載される燃料性状検出装置によれば、以上説明したような容易な処理により、信号処理手段における差周波数の設定あるいは切り替え機能に異常が発生した場合、それを素早く且つ容易な手段で発見することができる。
【００２８】
本発明の請求項６に記載される燃料性状検出装置は、信号処理手段において第１検出信号および第２検出信号に基づいて算出された濃度としての電気信号である出力電圧が、選択可能な標準電圧のうちの任意の標準電圧を用いて算出しても必ず出力電圧が飽和しないように、第１検出信号および第２検出信号に基づいて濃度を算出する処理工程におけるゲインを設定するゲイン較正手段と、ゲイン較正手段で設定されたゲインである較正ゲインを用い且つすべての選択可能な標準電圧毎に出力電圧を算出し、このようにして算出された各出力電圧である各較正出力電圧に基づいて、信号処理手段における標準電圧の切り替え機能が正常であるかどうかを判定する判定手段と、を備えることを特徴としている。
【００２９】
上述の構成によれば、ある一つの出力電圧に対して較正出力電圧は選択可能な標準電圧の個数だけ得られる。また、各較正出力電圧は、選択可能な標準電圧のうちの任意の標準電圧を用いて算出しても必ず出力電圧が飽和しないように第１検出信号および第２検出信号に基づいて濃度を算出する処理工程におけるゲインが設定されるため、いずれも計測可能範囲内の値となっている。そのため、各較正出力電圧は、相互に電圧を正確に比較することが可能となっている。
【００３０】
ここで、選択可能な標準電圧の個数がたとえば３個設定されているならば、得られる較正電圧の個数も標準電圧の個数と同じ、すなわち３個となる。そして、得られた３個の較正出力電圧の比は、３個の標準電圧の比とほぼ等しくなるはずである。たとえば、標準電圧が、１０、２０、８０である場合は、得られた３個の較正出力電圧の比も、ほぼ、１：２：８となる。本発明の請求項６に記載される燃料性状検出装置の判定手段における処理の過程で、得られた３個の較正出力電圧の比が、ほぼ、１：２：８となった場合は、信号処理手段における標準電圧の設定および切り替え機能が正常であることを意味するので、判定手段は、信号処理手段における標準電圧の設定および切り替え機能が正常である、との判定を下すことができる。一方、得られた３個の較正出力電圧の比が、たとえば、１：２：５となった場合は、信号処理手段における標準電圧の設定機能が異常であると見做せる。また、得られた３個の較正出力電圧の比が、たとえば、１：１：８となった場合は、信号処理手段における標準電圧の切り替え機能が異常であると見做せる。このように、得られた３個の較正出力電圧の比が、標準電圧の比と異なる値となった場合は、判定手段は、信号処理手段における標準電圧の設定あるいは切り替え機能が異常である、との判定を下す。
【００３１】
このように、本発明の請求項６に記載される燃料性状検出装置によれば、以上説明したような容易な処理により、信号処理手段における標準電圧の設定あるいは切り替え機能に異常が発生した場合、それを素早く且つ容易な手段で発見することができる。
【００３２】
本発明の請求項７に記載される燃料性状検出装置は、電極と電気的に並列に接続・遮断可能に配置された電気容量素子と、電極と容量素子との電気的接続・遮断を切換える切換え手段と、を備えることを特徴としている。
【００３３】
一般に、両電極および両電極間の液体により静電容量体を形成してなる濃度センサを用いて液体中の成分濃度を測定する場合、液体を挟んで配置される一対の電極の静電容量（Ｃ）は液体中の成分濃度にほぼ比例し、成分濃度が低下するに連れて静電容量（Ｃ）は小さくなる。また、成分濃度が低い領域では、検出電圧と濃度との関係が非線形性となり、濃度変化に対する検出電圧の変化が小さくなり、成分濃度を高精度で測定することが困難となる。
【００３４】
本発明の請求項７に記載される燃料性状検出装置では、電気容量素子、たとえばキャパシタを電極と電気的に並列に接続している。この場合、濃度センサとしての静電容量は、両電極および両電極間の液体により形成された静電容量体の静電容量と、両電極と並列に接続されたキャパシタの静電容量との和になる。つまり、低濃度領域において、濃度センサの見かけの静電容量を増大させて濃度変化に対する検出電圧の変化を大きくして、検出電圧と濃度との関係を線形性とすることができる。接続されたキャパシタの静電容量は既知であるので、検出電圧およびキャパシタの静電容量に基づいて成分濃度に対応した濃度センサの実質的静電容量は容易に算出できる。これにより、成分濃度が低い領域においても高精度で成分濃度を検出することができる。
【００３５】
また、本発明の請求項７に記載される燃料性状検出装置では、電気容量素子、たとえばキャパシタを電極と電気的に並列に接続・遮断可能としている。これにより、成分濃度が上昇し、電極にキャパシタを並列接続しない状態で検出電圧と濃度との関係が線形性となるような濃度領域に到達したら、電極とキャパシタの接続を遮断した状態、つまり通常の状態で濃度検出を行うことができる。このように、本発明の請求項７に記載される燃料性状検出装置では、成分濃度が低い状態から高い状態まで、成分濃度の広い範囲において高精度で成分濃度を検出することが可能な燃料性状検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態によるエタノール濃度センサ１が適用されるエンジン１００の燃料供給システムを説明する模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるエタノール濃度センサ１の構成を示す回路図である。
【図３】静電容量形成部１０の構成を説明する模式図である。
【図４】エタノール濃度とスイッチトキャパシタ回路２０のＢ点の電圧Ｖｂとの関係を示すグラフである。
【図５】エタノール濃度とマイクロコンピュータ５０内の電圧Ｖ５０との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態によるエタノール濃度センサ１の構成を示す回路図である。
【図７】スイッチトキャパシタ回路２０のＢ点の電圧Ｖｂと、選択される第１周波数ｆ１および第２周波数ｆ２の組み合わせとの関係を示す表である。
【図８】エタノール濃度とマイクロコンピュータ５０内の電圧Ｖ５０との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の第３実施形態によるエタノール濃度センサ１の構成を示す回路図である。
【図１０】スイッチトキャパシタ回路２０のＢ点の電圧Ｖｂと、選択される標準電圧Ｅとの関係を示す表である。
【図１１】エタノール濃度とマイクロコンピュータ５０内の電圧Ｖ５０との関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の第４実施形態によるエタノール濃度センサ１における、ゲイン切換え判定処理を説明するフローチャートである。
【図１３】スイッチトキャパシタ回路２０のＢ点の電圧Ｖｂと、選択される差周波数Δｆとの関係を示す表である。
【図１４】本発明の第５実施形態によるエタノール濃度センサ１における、差周波数切換え判定処理を説明するフローチャートである。
【図１５】スイッチトキャパシタ回路２０のＢ点の電圧Ｖｂと、選択されるゲインとの関係を示す表である。
【図１６】本発明の第６実施形態によるエタノール濃度センサ１における、標準電圧設定・切換え判定処理を説明するフローチャートである。
【図１７】スイッチトキャパシタ回路２０のＢ点の電圧Ｖｂと、選択されるゲインとの関係を示す表である。
【図１８】本発明の第７実施形態によるエタノール濃度センサ１の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明に係る燃料性状検出装置の実施の形態について、自動車のエンジンへ供給される燃料としてのガソリンとエタノールの混合液体中のエタノール濃度検出に用いられるエタノール濃度センサ１に適用した場合を例に、図を参照して説明する。
【００３８】
（第１実施形態）
エンジン１００へは、フューエルフィルタ１０６により濾過されフューエルポンプ１０５により加圧された燃料タンク１０４内の燃料Ｆが、図１に示すように、燃料配管１０７を経由して供給されている。エンジン１００において、フューエルポンプ１０５により加圧された燃料Ｆは、フューエルレール１０１内に一旦蓄えられ、そこから各インジェクタ１０２へ分配され対応するシリンダ（図示せず）へ供給される。エンジン１００は４気筒エンジンであるので、図１に示すようにインジェクタ１０２を４本備えている。各インジェクタ１０２は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０３により電気的に駆動されている。ＥＣＵ１０３は、たとえばマイクロコンピュータ等から構成され、エタノール濃度センサ１からの検出信号のほかにもエンジン１００に係る各種検出信号が入力され、それらに基づいてインジェクタ１０２へ駆動信号を出力している。エタノール濃度センサ１は、図１に示すように、燃料配管１０７の途中に配設されている。
【００３９】
エタノール濃度センサ１が適用されるエンジン１００は、液体である燃料Ｆとしてガソリンとエタノールの混合液体を用いている。ガソリンとエタノールとでは、理論空燃比、発熱量、揮発性等が異なっている。また、当該自動車の燃料タンク１０４へは、ガソリンとエタノールが予め所定比率で混合されている混合液体、すなわちエタノール濃度が既知である液体、およびガソリン１００％のいずれもが任意で給油可能である。したがって、燃料タンク１０４内に貯蔵される燃料中のエタノール濃度は、給油時点を境に変動する可能性がある。したがって、このような燃料を用いるエンジン１００を常に最適状態（たとえば排出ガスに含まれる有害物質量が最少且つ省燃費状態）で運転するために、エンジン１００へ供給される燃料Ｆの燃料性状としてのエタノール濃度をエタノール濃度センサ１によって検出し、検出されたエタノール濃度に応じて各種制御パラメータ（たとえば、空燃比、燃料噴射量、点火時期等）を適切に制御している。このような用途では、エンジン１００の燃焼室（図示せず）に燃料Ｆを噴射するインジェクタ１０２に出来るだけ近い部位においてエタノール濃度を検出することが望ましい。
【００４０】
以下に、本発明に係るエタノール濃度センサ１の構成について説明する。
【００４１】
エタノール濃度センサ１は、燃料配管１０７に接続可能且つその内部に燃料通路を有するハウジング（図示せず）内に、燃料を誘電体として静電容量を形成する電極部と電気回路部を収容して形成されている。
【００４２】
先ず、エタノール濃度センサ１の電気回路構成について図面に基づいて説明する。エタノール濃度センサ１は、図２に示すように、イグニッションスイッチＩＧを介して自動車のバッテリＢから電力を供給されて作動する。エタノール濃度センサ１の出力端子５１は、図２に示すように、ＥＣＵ１０３に接続されている。それにより、エタノール濃度センサ１により検出されたエタノール濃度信号がＥＣＵ１０３へ入力され、ＥＣＵ１０３はエタノール濃度情報に基づいてエンジン１００に係る各種制御パラメータ（たとえば、空燃比、燃料噴射量、点火時期等）を算出し制御している。
【００４３】
定電圧レギュレータ６０は、バッテリＢの電圧が入力されると、それをエタノール濃度センサ１の作動に適した電源電圧に変換する。定電圧レギュレータ６０により安定化された電圧（たとえば５Ｖ）が、エタノール濃度センサ１を構成する電気回路へ供給される。
【００４４】
エタノール濃度センサ１は、大きくは、スイッチトキャパシタ回路２０、標準電圧発生回路３０、測定値出力手段としての増幅回路４０およびマイクロコンピュータ５０とを備えている。
【００４５】
静電容量形成部１０は、図３に示すように、検知電極Ｇを備えている。検知電極Ｇは燃料通路１０７に臨み且つ対向して一対設けられており、燃料通路１０７内を燃料Ｆが流れると２枚の検知電極Ｇ間に燃料Ｆが満たされる。燃料Ｆが誘電体として作用して２枚の検知電極Ｇおよび燃料Ｆにより静電容量体、すなわちキャパシタ１１が形成される。また、２枚の検知電極Ｇ間には燃料Ｆを介した電気抵抗であるリーク抵抗が存在する。このリーク抵抗は、電気回路上は検知電極Ｇと並列に接続されるものとして考えることができる。したがって、静電容量形成部１０は、電気回路素子的には、図２に示すように、キャパシタ１１およびリーク抵抗１２が並列接続されたものとして扱われる。本発明の実施形態は、キャパシタ１１の静電容量を測定することによりエタノール濃度を測定するものである。ところで、上述したリーク抵抗１２は、水分含有量等の燃料性状によって変化するため、エタノール濃度を高精度で測定することの妨げとなる。本発明の実施形態の特徴の一つは、このリーク抵抗１２の影響を受けることなくエタノール濃度を高精度で測定できる点にある。
【００４６】
スイッチトキャパシタ回路２０は、インバータ２１、２つのスイッチ２２、２３を備えている。スイッチトキャパシタ回路２０のＡ点には、マイクロコンピュータ５０から周波数が異なる２種類のパルス波電圧として、周波数が第１周波数のパルス波電圧である第１周波数パルス波、および周波数が第２周波数のパルス波電圧である第２周波数パルス波が印加される。２つのスイッチ２２、２３は、いずれも印加されるパルス波電圧がハイレベルの時には閉状態となり、印加されるパルス波電圧がローレベルの時には開状態となる。ここで、マイクロコンピュータ５０からのパルス波電圧は、スイッチ２２へは直接印加されるのに対して、スイッチ２３へはインバータ２１を経由して印加される。これにより、スイッチ２２およびスイッチ２３に印加されるパルス波電圧は、周波数が同一且つ位相が反対となる。すなわち、スイッチ２２に印加されるパルス波電圧がハイレベルの時にスイッチ２３に印加されるパルス波電圧はローレベルであり、スイッチ２２に印加されるパルス波電圧がローレベルの時にスイッチ２３に印加されるパルス波電圧はハイレベルである。これにより、スイッチ２２の開閉動作とスイッチ２３の開閉動作とは反対のタイミングとなる。すなわち、スイッチ２２が開のときにスイッチ２３は閉となり、スイッチ２２が閉のときにスイッチ２３は開となる。以上により、マイクロコンピュータ５０からスイッチトキャパシタ回路２０のＡ点へ、第１周波数パルス波が印加されると、スイッチ２２、２３は第１周波数で開閉作動し、第２周波数パルス波が印加されると、スイッチ２２、２３は第２周波数で開閉作動する。
【００４７】
標準電圧発生回路３０は、オペアンプ３１、抵抗３２、抵抗３３を備えている。標準電圧発生回路３０は、定電圧レギュレータ６０により調整された電源電圧を抵抗３２、抵抗３３の比に分圧して、その電圧をスイッチトキャパシタ回路２０に印加している。
【００４８】
増幅回路４０は、オペアンプ４１、および互いに並列接続されたゲイン抵抗としての抵抗４２、４４、４６から構成されている。抵抗４２、４４、４６それぞれには直列にスイッチ４３、４５、４７が接続されている。このため、各スイッチ４３、４５、４７の開閉状態を切換えることにより、ゲイン抵抗として機能する抵抗の抵抗値、つまり増幅回路４０としてのゲインを切換えることができる。本発明の第１実施形態によるエタノール濃度センサ１では、図２に示すように、マイクロコンピュータ５０は、増幅回路４０の各スイッチ４３、４５、４７に対して駆動信号を出力して各スイッチ４３、４５、４７の開閉状態を切換えることができる。これにより、マイクロコンピュータ５０は増幅回路４０のゲインを切換えることができる。
【００４９】
マイクロコンピュータ５０は、定電圧レギュレータ６０からの安定化された電圧（たとえば５Ｖ）供給を受けて作動する。マイクロコンピュータ５０は、図２に示すように、増幅回路５０のオペアンプ４１からの出力信号が入力可能にされると接続されている。マイクロコンピュータ５０は、オペアンプ４１からの出力信号に基づいてエタノール濃度を算出し、それを電気信号として出力端子５１へ出力する。マイクロコンピュータ５０の出力端子５１は、図２に示すように、エンジン１００制御用のＥＣＵ１０３に接続されている。ＥＣＵ１０３は、エタノール濃度センサ１により算出されたエタノール濃度、およびエンジン１００の作動状態に係る各種物理量信号に基づいて、エンジン１００の制御パラメータを決定し、それらに基づいてエンジン１００に対して駆動信号を出力する。
【００５０】
次に、エタノール濃度センサ１の基本部分の動作を説明する。
【００５１】
エタノール濃度センサ１が作動を開始すると、マイクロコンピュータ５０は、スイッチトキャパシタ回路２０のＡ点に周波数が第１周波数ｆ１である第１周波数パルス波および周波数が第２周波数ｆ２である第２周波数パルス波を交互に印加する。スイッチトキャパシタ回路２０のＡ点に第１周波数パルス波および第２周波数パルス波先が印加されると、先に説明したように、スイッチ２２、２３は、Ａ点に印加されているパルス波の周波数に同期した周期で開閉動作するとともに、スイッチ２２、２３の開閉動作は互いに反対となる。
【００５２】
スイッチ２２が開状態且つスイッチ２３が閉状態であるとき、つまり図２に示すような状態においては、スイッチ２３を介して標準電圧発生回路３０から標準電圧Ｅが静電容量形成部１０へ印加され、キャパシタ１１に電流ｉ１が流れるとともに、リーク抵抗１２に電流ｉ２が流れる。ここで、キャパシタ１１に流れる電流ｉ１は、電圧Ｅが印加された直後に立ち上がりキャパシタ１１が充電完了となると電流ｉ１は０となる。一方、キャパシタ１１と並列接続されると見做されるリーク抵抗１２に流れる電流ｉ２は、標準電圧Ｅが静電容量形成部１０へ印加されている間は一定値となる。
【００５３】
上述と反対に、スイッチ２２が閉状態且つスイッチ２３が開状態であるときは、スイッチ２３を介して標準電圧発生回路３０から標準電圧Ｅが静電容量形成部１０へ印加されず、スイッチ２２を介して充電状態にあったキャパシタ１１から電流ｉ１が接地側へ流れる。この電流ｉ１の流れる方向は、上述したスイッチ２２が開状態且つスイッチ２３が閉状態である場合とは反対となる。キャパシタ１１の放電が終了すると、電流ｉ１は０になる。一方、リーク抵抗１２に流れる電流ｉ２は０である。
【００５４】
次に、上に説明したように第１周波数ｆ１あるいは第２周波数ｆ２でスイッチ２２、２３が切り換えられたときのオペアンプ３１の出力電圧であるＢ点の電圧Ｖｂについて説明する。
【００５５】
先ず、電流ｉ２の平均値は、以下の数１の式で表される。なお、数１中においてＲｐはリーク抵抗１２の抵抗値を表す。
【００５６】
（数１）
ｉ２＝０．５×Ｅ／Ｒｐ
また、キャパシタ１１に蓄えられる電荷ΔＱは、キャパシタ１１の静電容量をＣｐとすると、以下の数２の式で表される。
【００５７】
（数２）
ΔＱ＝Ｃｐ×Ｅ
電流ｉ１の平均値は、電荷ΔＱの時間微分であるため、数２を用いて、以下の数３の式で表される。なお、数３中において、Ｔは周期であり周波数ｆの逆数（１／ｆ）である。
【００５８】
（数３）
ｉ１＝ΔＱ／Ｔ＝Ｃｐ×Ｅ／Ｔ＝Ｃｐ×Ｔ×ｆ
ここで、数３を見ると明らかなように、キャパシタ１１から放電される電流ｉ１の大きさは、スイッチトキャパシタ回路２０のＡ点に印加されるパルス波の周波数ｆに比例している。
【００５９】
Ｂ点の電圧Ｖｂは、数１、数３を用いて、以下の数４の式で表される。なお、数４中においてＲｇは、抵抗３６の抵抗値を表す。
【００６０】
（数４）
Ｖｂ＝Ｅ＋Ｒｇ×（ｉ１＋ｉ２）＝Ｅ＋Ｒｇ×｛（Ｃｐ×Ｅ／Ｔ）＋０．５×Ｅ／Ｒｐ｝＝Ｅ×｛１＋（０．５×Ｒｇ／Ｒｐ）＋Ｒｇ×Ｃｐ×ｆ｝
ここで、数４を見れば明らかなように、エタノール濃度センサ１の濃度検出機能部材としての静電容量形成部１０からの出力信号レベルである電圧Ｖｂを表す式中に、静電容量形成部１０に含まれるリーク抵抗１２の抵抗値であるＲｐ含まれている。リーク抵抗１２の抵抗値Ｒｐは、ガソリンに含まれる導電性の不純物の割合によって変化し、Ｖｂに及ぼす影響度合いが変化し、エタノール濃度測定精度を悪化させる。
【００６１】
そこで、本発明の第１実施形態によるエタノール濃度センサ１においては、スイッチトキャパシタ回路２０における静電容量形成部１０への充電・放電の周期Ｔ、すなわち、スイッチ２２、２３の開閉動作の周波数ｆを一種類に固定するのではなく、マイクロコンピュータ５０により、周波数が第１周波数ｆ１である第１周波数パルス波、および周波数が第２周波数ｆ２である第２周波数パルス波を、交互にスイッチトキャパシタ回路２０へ印加して、スイッチ２２、２３の開閉動作の周波数を周波数ｆ１、周波数ｆ２に交互に切換え、それにより、Ｂ点の電圧Ｖｂを各周波数ｆ１、ｆ２に対応して２種類得るようにしている。
【００６２】
エタノール濃度センサ１の作動中においてスイッチ２２、２３が周波数ｆ１で開閉動作しているときのＢ点の電圧であるＶｂｆ１は、以下の数５で表される。
【００６３】
（数５）
Ｖｂｆ１＝Ｅ×｛１＋（０．５×Ｒｇ／Ｒｐ）＋Ｒｇ×Ｃｐ×ｆ１｝
また、スイッチ２２、２３が周波数ｆ２で開閉動作しているときのＢ点の電圧であるＶｆ２は、以下の数６で表される。
【００６４】
（数６）
Ｖｂｆ２＝Ｅ×｛１＋（０．５×Ｒｇ／Ｒｐ）＋Ｒｇ×Ｃｐ×ｆ２｝
そして、Ｖｆ１とＶｆ２との差を取ると、それは、以下の数７で表される。
【００６５】
（数７）
Ｖｂｆ１−Ｖｂｆ２＝Ｅ×（ｆ１−ｆ２）×Ｒｇ×Ｃｐ
数７を見ると明らかなように、Ｂ点の電圧Ｖｂ、すなわちエタノール濃度に係る出力信号を表す式中からリーク抵抗１２の抵抗値Ｒｐが消去される。これにより、エタノール濃度センサ１のエタノール濃度検出精度低下に影響を及ぼす要因を廃除することができる。
【００６６】
キャパシタ１１部において検出されスイッチトキャパシタ回路２０において電気信号に変換されたエタノール濃度としてのＢ点の電圧Ｖｂは、増幅回路４０においてマイクロコンピュータ５０で処理可能な適正な電圧まで増幅されて、図２中のＨ点の電圧Ｖ５０としてマイクロコンピュータ５０へ入力される。
【００６７】
ところで、スイッチトキャパシタ回路２０のＢ点の電圧Ｖｂの大きさはエタノール濃度に正比例する。詳しくは、図４に示すように、エタノール濃度が或る値Ｘ以上である領域では、電圧Ｖｂとエタノール濃度との関係はほぼ直線性を有している。一方、エタノール濃度が或る値Ｘより低い領域においては、両者の関係は図４に示すように指数関数的となっている。すなわち、エタノール濃度の低い領域では、エタノール濃度変化量に対応する電圧変化量が直線領域に比べて大幅に小さくなる。言い換えると、分解能が小さくなっている。このため、エタノール濃度がＸより低い領域においては、Ｂ点の電圧Ｖｂに基づいて高精度でエタノール濃度を算出することが困難となっている。すなわち、上述したようにスイッチトキャパシタ回路２０を２種類の周波数のパルス波で駆動してエタノール濃度センサ１のエタノール濃度検出精度低下に影響を及ぼす要因を廃除できたものの、エタノール濃度の低い領域においては、未だ高精度でエタノール濃度を算出することは困難である。
【００６８】
従来の液体性状検出装置では、増幅回路の増幅率であるゲインを、エタノール濃度検出信号が最大となるとき、つまりエタノール濃度が最高であるときにもマイクロコンピュータ５０の許容入力電圧を超えないように設定している。そのため、エタノール濃度が低いときでも増幅回路からの出力電圧が高くなるように増幅回路のゲインを上げると、今度は、エタノール濃度が高いときに増幅回路からの出力電圧がマイクロコンピュータの適正電圧を超えてしまい、正確なエタノール濃度算出ができなくなる。
【００６９】
そこで、本発明の第１実施形態によるエタノール濃度センサ１では、増幅回路４０のゲインを固定とせずに大小切換え可能とし、Ｂ点の電圧Ｖｂの値に応じてゲインを切換えている。具体的には、図４に示すように、電圧Ｖｂが、直線領域と指数領域との境目における電圧Ｖｂである電圧Ｐ未満の場合はゲインをＬとし、電圧Ｖｂが電圧Ｐ以上電圧Ｑ未満の場合はゲインをＭとし、電圧Ｖｂが電圧Ｑ以上の場合はゲインをＮとしている。ここで、Ｌ＞Ｍ＞Ｎである。したがって、電圧Ｖｂ、すなわちエタノール濃度の検出信号が小さくなるに連れて、増幅回路４０のゲインは増大するように切換えられている。ゲインの切換えは、本発明の第１実施形態によるエタノール濃度センサ１においては、マイクロコンピュータ５０が、Ｖｆ１およびＶｆ２との少なくとも一方を取り込み、その値に基づいてゲインを決定し、増幅回路４０へ駆動信号を出力してスイッチ４３、４５、４７の開閉状態を切換えて決定したゲインが得られるようにしている。詳しくは、図２に示すように、スイッチ４７を閉且つスイッチ４５および４３を開として抵抗４６を選択すると、ゲインはＬとなる。スイッチ４５を閉且つスイッチ４７および４３を開として抵抗４４を選択すると、ゲインはＭとなる。スイッチ４３を閉且つスイッチ４７および４５を開として抵抗４２を選択すると、ゲインはＮとなる。このように、電圧Ｖｂ、つまりＶｆ１およびＶｆ２の少なくとも一方に基づいてゲインを切換えたときの、マイクロコンピュータ５０内におけるエタノール濃度と電圧Ｖ５０との関係を示すグラフを図５に示す。図５中において、ゲインをＮに固定したときの電圧Ｖ５０を二点鎖線で示す。一方、電圧Ｖｂの値に応じてゲインを切換えたときのＨ点の電圧Ｖ５０を実線で示す。電圧Ｖｂが、０＜Ｖｂ＜Ｐの場合は、図５に示すように、増幅回路４０のゲインはＬが選択されて電圧Ｖ５０の値は実線で示すようになる。電圧Ｖｂが、Ｐ≦Ｖｂ＜Ｑの場合は、図５に示すように、増幅回路４０のゲインはＭが選択されて電圧Ｖ５０の値は実線で示すようになる。電圧Ｖｂが、Ｑ≦Ｖｂの場合は、図５に示すように、増幅回路４０のゲインはＮが選択されて電圧Ｖ５０の値は二点鎖線で示すようになる。このように、本発明の第１実施形態によるエタノール濃度センサ１によれば、エタノール濃度変化に対応する電圧Ｖ５０の変化が小さい領域、つまり電圧Ｖｂが０＜Ｖｂ＜Ｐである領域において、ゲインを増大させて電圧Ｖ５０を増大させることで分解能を大きくし、それにより正確なエタノール濃度算出を可能とすることができる。
【００７０】
なお、以上説明した本発明の第１実施形態によるエタノール濃度センサ１では、増幅回路４０のゲインを３段階に切換えているが、２段階、あるいは４段階以上としてもよい。
【００７１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるエタノール濃度センサ１は、本発明の第１実施形態によるエタノール濃度センサ１に対して、次の２点を変更したものである。
【００７２】
第１点は、増幅回路４０のゲインを、図６に示すように、固定（一種類）としたことである。
【００７３】
第２点は、マイクロコンピュータ５０からスイッチトキャパシタ回路２０のＡ点に印加する周波数が異なる２種類のパルス波電圧の周波数の差である差周波数Δｆ、すなわち第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２の差を複数種類設定し、状況に応じて切換えるようにしたことである。
【００７４】
以下に、本発明の第２実施形態によるエタノール濃度センサ１の特徴である上述の第２点の構成について説明する。
【００７５】
数７に示す式である、Ｖｆ１−Ｖｆ２＝Ｅ×（ｆ１−ｆ２）×Ｒｇ×Ｃｐ、を見ると明らかなように、スイッチトキャパシタ回路２０のＢ点の電圧Ｖｂの差電圧、つまりエタノール濃度検出信号は、（ｆ１−ｆ２）、すなわち第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２の差である差周波数Δｆに比例している。すなわち、差周波数Δｆが増大するとエタノール濃度検出信号レベルも増大する。そこで、エタノール濃度と、エタノール濃度としてのＢ点の電圧Ｖｂとの関係が指数関数的になる低エタノール濃度領域においても高精度でエタノール濃度を検出するために、本発明の第２実施形態によるエタノール濃度センサ１では、増幅回路４０のゲインを増大させる替わりに、第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２の差である差周波数Δｆを増大させている。具体的には、図４に示すように、電圧Ｖｂが、直線領域と指数領域との境目における電圧Ｖｂである電圧Ｐ未満のときは、図７に示す表中において、０＜Ｖｂ＜Ｐ欄の周波数である第１周波数ｆ１＝５００ｋＨｚ、第２周波数ｆ２＝１００ｋＨｚが選択され、Δｆ＝４００ｋＨｚとなる。電圧Ｖｂが電圧Ｐ以上電圧Ｑ未満の場合は、図７に示す表中において、Ｐ≦Ｖｂ＜Ｑの欄の周波数である第１周波数ｆ１＝５００ｋＨｚ、第２周波数ｆ２＝３００ｋＨｚが選択され、Δｆ＝２００ｋＨｚとなる。電圧Ｖｂが電圧Ｑ以上の場合は、図７に示す表中において、Ｑ≦Ｖｂ欄の周波数である第１周波数ｆ１＝５００ｋＨｚ、第２周波数ｆ２＝４００ｋＨｚが選択され、Δｆ＝１００ｋＨｚとなる。Δｆの切換えは、本発明の第２実施形態によるエタノール濃度センサ１においては、マイクロコンピュータ５０が、Ｖｆ１およびＶｆ２との少なくとも一方を取り込み、その値に基づいて図７の表中から第１周波数ｆ１および第２周波数ｆ２を決定し、スイッチトキャパシタ回路２０のＡ点へそれぞれの周波数パルス波を印加する。
【００７６】
以上説明した処理方法を実行することにより、マイクロコンピュータ５０内におけるエタノール濃度と電圧Ｖ５０との関係は、図８に示すような特性となる。図８中において、二点鎖線は、Δｆ＝１００ｋＨｚ固定で処理した時の特性を示す。このように、本発明の第２実施形態によるエタノール濃度センサ１によれば、エタノール濃度変化に対応する電圧Ｖ５０の変化が小さい領域、つまり電圧Ｖｂが０＜Ｖｂ＜Ｐである領域において、第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２の差である差周波数Δｆを増大させてエタノール濃度変化に対応する電圧Ｖ５０を増大させ、それにより分解能を大きくして高精度なエタノール濃度算出を可能とすることができる。
【００７７】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態によるエタノール濃度センサ１は、本発明の第１実施形態によるエタノール濃度センサ１に対して、次の２点を変更したものである。
【００７８】
第１点は、増幅回路４０のゲインを、図９に示すように、固定（一種類）としたことである。
【００７９】
第２点は、スイッチトキャパシタ回路２０に印加する標準電圧、つまり標準電圧発生回路３０で調整されて出力される電圧を複数種類設定し、状況に応じて切換えるようにしたことである。
【００８０】
以下に、本発明の第３実施形態によるエタノール濃度センサ１の特徴である上述の第２点の構成について説明する。
【００８１】
数７に示す式である、Ｖｆ１−Ｖｆ２＝Ｅ×（ｆ１−ｆ２）×Ｒｇ×Ｃｐ、を見ると明らかなように、スイッチトキャパシタ回路２０のＢ点の電圧Ｖｂの差電圧、つまりエタノール濃度検出信号は、Ｅ、すなわち標準電圧に比例している。このため、標準電圧Ｅを高くするとエタノール濃度検出信号レベルも増大する。そこで、エタノール濃度と、エタノール濃度としてのＢ点の電圧Ｖｂとの関係が指数関数的になる低エタノール濃度領域においても高精度でエタノール濃度を検出するために、本発明の第３実施形態によるエタノール濃度センサ１では、増幅回路４０のゲインを増大させる替わりに、標準電圧Ｅを増大させている。具体的には、図４に示すように、電圧Ｖｂが、直線領域と指数領域との境目における電圧Ｖｂである電圧Ｐ未満のときは、図１０に示す表中において、０＜Ｖｂ＜Ｐ欄の標準電圧Ｅ＝Ｅ１が選択される。電圧Ｖｂが電圧Ｐ以上電圧Ｑ未満の場合は、図１０に示す表中において、Ｐ≦Ｖｂ＜Ｑの欄の標準電圧Ｅ＝Ｅ２が選択される。電圧Ｖｂが電圧Ｑ以上の場合は、図１０に示す表中において、Ｑ≦Ｖｂ欄の標準電圧Ｅ＝Ｅ３が選択される。ここで、Ｅ１＞Ｅ２＞Ｅ３である。標準電圧Ｅの切換えは、本発明の第３実施形態によるエタノール濃度センサ１においては、マイクロコンピュータ５０が、Ｖｆ１およびＶｆ２との少なくとも一方を取り込み、その値に基づいて図１０の表中から標準電圧Ｅを決定し標準電圧発生回路３０のスイッチ３７へ駆動信号を出力し、決定された標準電圧Ｅに対応した分圧抵抗器である抵抗３２、３４、３５のいずれかにスイッチ３７を選択接続させている。
【００８２】
以上説明したように標準電圧ＥをＶｆ１およびＶｆ２との少なくとも一方に基づいて変更することにより、マイクロコンピュータ５０内におけるエタノール濃度と電圧Ｖ５０との関係は、図１１に示すような特性となる。図１１中において、二点鎖線は、標準電圧Ｅ＝Ｅ３固定で処理した時の特性を示す。このように、本発明の第３実施形態によるエタノール濃度センサ１によれば、エタノール濃度変化に対応する電圧Ｖ５０の変化が小さい領域、つまり電圧Ｖｂが０＜Ｖｂ＜Ｐである領域において、標準電圧Ｅを増大させてエタノール濃度変化に対応する電圧Ｖ５０を増大させ、それにより分解能を大きくして高精度なエタノール濃度算出を可能とすることができる。
【００８３】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態によるエタノール濃度センサ１は、本発明の第１実施形態によるエタノール濃度センサ１に対して、次のような機能を追加したものである。
【００８４】
本発明の第１実施形態によるエタノール濃度センサ１では、エタノール濃度検出精度向上のために、マイクロコンピュータ５０が、エタノール濃度の検出信号である電圧Ｖｂの大きさに応じて、増幅回路４０のゲインを切換えている。本発明の第４実施形態によるエタノール濃度センサ１は、上述したゲイン切換えに加えて、ゲインの切換え機能が正常であるかどうかを判定するための、ゲイン切換え判定機能を備えたものである。このゲイン切換え判定処理について、主に図１２に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、ゲイン切換え判定処理は、主にマイクロコンピュータ５０に予め格納されたプログラムにより実行される。
【００８５】
なお、本発明の第４実施形態によるエタノール濃度センサ１においては、エタノール濃度検出処理およびゲイン切換え機能判定処理は同一頻度で実行されている。たとえば、エタノール濃度検出処理およびゲイン切換え機能判定処理が交互に実行されている。エタノール濃度検出処理は、先に説明した本発明の第１実施形態によるエタノール濃度センサ１の場合と全く同一である。
【００８６】
自動車の運転者によりイグニッションスイッチＩＧがＯＮされるとエタノール濃度センサ１において、ゲイン切換え機能判定処理が開始される。同処理が開始されると、マイクロコンピュータ５０は、先ず、ステップ２００の初期化処理を実行する。
【００８７】
続いて、マイクロコンピュータ５０は、ステップ２０１において、電気信号に変換されたエタノール濃度としての電圧、すなわち出力電圧であるＶｂを、ゲインを選択可能な３種類のゲインのうちの最小であるＮとして算出してＶｂＮとする。
【００８８】
続いて、ステップ２０２において、ＶｂＮの大きさを判定する。この判定は、図１３の表に基づいて行われる。すなわち、０＜ＶｂＮ≦εを領域Ｉ、ε＜ＶｂＮ≦φを領域ＩＩ、φ＜ＶｂＮを領域ＩＩＩと判定する。ここで、ステップ２０１において、出力電圧の算出に用いるゲインを選択可能な３種類のゲインのうちの最小であるＮとしているので、算出されたＶｂは、必ず検出範囲であるダイナミックレンジ内に入ることになる。これにより、ステップ２０２でのＶｂＮの判定が可能となる。
【００８９】
ステップ２０２におけるＶｂＮの判定の結果、領域Ｉであるときは、続くステップ２０３の処理として、スイッチトキャパシタ回路２０においてスイッチ２２、２３の開閉周波数ｆ１、ｆ２の差周波数Δｆを、通常用いられている差周波数Ｊよりも高い差周波数Ｈとする。ステップ２０２におけるＶｂＮの判定の結果、領域ＩＩであるときは、続くステップ２０４の処理として、スイッチトキャパシタ回路２０においてスイッチ２２、２３の開閉周波数ｆ１、ｆ２の差周波数Δｆを、通常用いられている差周波数Ｊとする。ステップ２０２におけるＶｂＮの判定の結果、領域ＩＩＩであるときは、続くステップ２０５の処理として、スイッチトキャパシタ回路２０においてスイッチ２２、２３の開閉周波数ｆ１、ｆ２の差周波数Δｆを、通常用いられている差周波数Ｊよりも低い差周波数Ｋとする。
【００９０】
続いて、ステップ２０６において、電気信号に変換されたエタノール濃度としての電圧、すなわち出力電圧であるＶｂを、ゲインをＮとし、差周波数ΔｆをＨ、Ｊ、Ｋの中から選択された値として算出してＶｂＮとする。
【００９１】
続いて、ステップ２０７において、電気信号に変換されたエタノール濃度としての電圧、すなわち出力電圧であるＶｂを、ゲインをＭとし、差周波数ΔｆをＨ、Ｊ、Ｋの中から選択された値として算出してＶｂＭとする。
【００９２】
続いて、ステップ２０８において、電気信号に変換されたエタノール濃度としての電圧、すなわち出力電圧であるＶｂを、ゲインＬとし、差周波数ΔｆをＨ、Ｊ、Ｋの中から選択された値として算出してＶｂＬとする。
【００９３】
ところで、先のステップ２０１においては、出力電圧の算出に用いるゲインを選択可能な３種類のゲインのうちの最小であるＮとしている。これにより、算出されたＶｂは、必ず検出範囲であるダイナミックレンジ内に入ることになるので、ステップ２０２におけるＶｂＮの大きさの判別を正確に行うことができる。さらに、ステップ２０２におけるＶｂＮの大きさの判別結果に基づいて、ステップ２０３〜ステップ２０５のいずれかで差周波数Δｆを選択し、ステップ２０６、２０７、２０８で算出されるＶｂＮ、ＶｂＭおよびＶｂＬの大きさを検出範囲であるダイナミックレンジ内に納まり且つできるだけ大きくしてより高精度の判定が行えるようにしている。
【００９４】
続いて、ステップ２０９において、前のステップで算出されたＶｂＮとＶｂＭとの差の絶対値と基準値Ｓ１との大小関係を判定する。
【００９５】
続いて、ステップ２１０において、前のステップで算出されたＶｂＭとＶｂＬとの差の絶対値と基準値Ｓ２との大小関係を判定する。
【００９６】
ステップ２０９における判定の結果、ＶｂＮとＶｂＭとの差の絶対値が基準値Ｓ１以上であるときは、ステップ２１０へ進み、ＶｂＭとＶｂＬとの差の絶対値と基準値Ｓ２との大小関係を判定する。ＶｂＭとＶｂＬとの差の絶対値が基準値Ｓ２以上であるときは、ステップ２１１へ進み、ゲイン切換え機能が正常であると判定する。一方、ＶｂＮとＶｂＭとの差の絶対値が基準値Ｓ１以下、または、ＶｂＭとＶｂＬとの差の絶対値が基準値Ｓ２以下であるときは、ステップ２１２へ進み、ゲイン切換え機能が異常であると判定し、続いてステップ２１３へ進み、ゲイン切換え機能が異常な場合に採るべき処置を行う。
【００９７】
ここで、ステップ２０９で実行されるＶｂＮとＶｂＭとの差の絶対値と基準値Ｓ１との比較、および、ステップ２１０で実行されるＶｂＭとＶｂＬとの差の絶対値と基準値Ｓ２との比較の意味について説明する。ステップ２０８までの処理で、選択可能な三種類のゲインＬ、Ｍ、Ｎ（Ｌ＞Ｍ＞Ｎ）それぞれを用いて算出されたエタノール濃度としての三種類の出力電圧ＶｂＬ、ＶｂＭ、ＶｂＮが得られる。ステップ２０２〜ステップ２０５では、スイッチトキャパシタ回路２０においてスイッチ２２、２３の開閉周波数ｆ１、ｆ２の差周波数Δｆが、最大のゲインＬを用いてＶｂを算出しても、Ｖｂの値が飽和しないように、言い換えると検出範囲であるダイナミックレンジ内に入るように選択されている。したがって、三種類の出力電圧ＶｂＬ、ＶｂＭ、ＶｂＮはいずれも実質的な真の値である。増幅手段４０におけるゲイン切換え機能が正常であるならば、得られた三種類の各出力電圧の大きさは、ゲインＬ、Ｍ、Ｎで決まる大きさになる。つまり、ＶｂＬ：ＶｂＭ：ＶｂＮが、ほぼ、Ｌ：Ｍ：Ｎとなる。一方、増幅手段４０におけるゲイン切換え機能に何らかの異常がある場合は、ＶｂＬ：ＶｂＭ：ＶｂＮは、Ｌ：Ｍ：Ｎにならない。以上から、ＶｂＮとＶｂＭとの差の絶対値が、ゲインＮ、Ｍに基づいて決まる基準値Ｓ１にほぼ等しく、且つＶｂＭとＶｂＬとの差の絶対値が、ゲインＭ、Ｌに基づいて決まる基準値Ｓ２にほぼ等しいならば、増幅手段４０におけるゲイン切換え機能が正常であると判定することができる。
【００９８】
以上説明した本発明の第４実施形態によるエタノール濃度センサ１によれば、エタノール濃度変化に対応する電圧Ｖ５０の変化が小さい領域、つまり電圧Ｖｂが０＜Ｖｂ＜Ｐである領域において、より大きいゲインに切換えて電圧Ｖ５０を増大させることで分解能を大きくし、それにより正確なエタノール濃度算出を可能とすることができる、という効果が得られるのに加えて、ゲイン切換え機能が正常であるかどうかを判定することができる。
【００９９】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態によるエタノール濃度センサ１は、本発明の第２実施形態によるエタノール濃度センサ１に対して、次のような機能を追加したものである。
【０１００】
本発明の第２実施形態によるエタノール濃度センサ１では、エタノール濃度検出精度向上のために、マイクロコンピュータ５０が、エタノール濃度の検出信号である電圧Ｖｂの大きさに応じて、スイッチトキャパシタ回路２０のＡ点に印加する周波数が異なる２種類のパルス波電圧の周波数の差である差周波数Δｆを切換えている。本発明の第２実施形態によるエタノール濃度センサ１では、Δｆは、４００ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、および１００ｋＨｚの３種類が設定されている。本発明の第５実施形態によるエタノール濃度センサ１は、上述した差周波数Δｆ切換えに加えて、差周波数Δｆの切換え機能が正常であるかどうかを判定するための、差周波数Δｆ切換え判定機能を備えたものである。この差周波数Δｆ切換え判定処理について、主に図１４に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、差周波数Δｆ切換え判定処理は、主にマイクロコンピュータ５０に予め格納されたプログラムにより実行される。
【０１０１】
なお、本発明の第５実施形態によるエタノール濃度センサ１においては、エタノール濃度検出処理および差周波数切換え機能判定処理は同一頻度で実行されている。たとえば、エタノール濃度検出処理および差周波数切換え機能判定処理が交互に実行されている。エタノール濃度検出処理は、先に説明した本発明の第２実施形態によるエタノール濃度センサ１の場合と全く同一である。
【０１０２】
自動車の運転者によりイグニッションスイッチＩＧがＯＮされるとエタノール濃度センサ１において、ゲイン切換え機能判定処理が開始される。同処理が開始されると、マイクロコンピュータ５０は、先ず、ステップ３００の初期化処理を実行する。
【０１０３】
続いて、マイクロコンピュータ５０は、ステップ３０１において、電気信号に変換されたエタノール濃度としての電圧、すなわち出力電圧であるＶｂを、選択可能な３種類の差周波数Δｆのうちの最小であるΔｆ＝１００ｋＨｚとして算出してＶｂ１００とする。
【０１０４】
続いて、ステップ３０２において、ステップ３０１で算出されたＶｂ１００の大きさを判定する。この判定は、図１５の表に基づいて行われる。すなわち、０＜Ｖｂ１００≦εを領域Ｉ、ε＜Ｖｂ１００≦φを領域ＩＩ、φ＜Ｖｂ１００を領域ＩＩＩと判定する。
【０１０５】
ステップ３０２におけるＶｂ１００の判定の結果、領域Ｉであるときは、続くステップ３０３の処理として、出力電圧Ｖｂの算出に用いられているゲインを、通常用いられているゲインβよりも高いゲインγとする。ステップ３０２におけるＶｂ１００の判定の結果、領域ＩＩであるときは、続くステップ３０４の処理として、出力電圧Ｖｂの算出に用いられているゲインを、通常用いられているゲインβとする。ステップ３０２におけるＶｂ１００の判定の結果、領域ＩＩＩであるときは、続くステップ３０５の処理として、出力電圧Ｖｂの算出に用いられているゲインを、通常用いられているゲインβよりも低いゲインαとする。
【０１０６】
続いて、ステップ３０６において、電気信号に変換されたエタノール濃度としての電圧、すなわち出力電圧であるＶｂを、差周波数Δｆを１００ｋＨｚとし、ゲインをγ、β、αの中から選択された値として算出してＶｂ１００とする。
【０１０７】
続いて、ステップ３０７において、電気信号に変換されたエタノール濃度としての電圧、すなわち出力電圧であるＶｂを、差周波数Δｆを２００ｋＨｚとし、ゲインをγ、β、αの中から選択された値として算出してＶｂ２００とする。
【０１０８】
続いて、ステップ３０８において、電気信号に変換されたエタノール濃度としての電圧、すなわち出力電圧であるＶｂを、差周波数Δｆを４００ｋＨｚとし、ゲインをγ、β、αの中から選択された値として算出してＶｂ４００とする。
【０１０９】
ところで、先のステップ３０１においては、出力電圧の算出に用いる差周波数Δｆを選択可能な３種類の差周波数Δｆをのうちの最小である１００ｋＨｚとしている。これにより、算出されたＶｂは、必ず検出範囲であるダイナミックレンジ内に入ることになるので、ステップ３０２におけるＶｂ１００の大きさの判別を正確に行うことができる。さらに、ステップ３０２におけるＶｂ１００の大きさの判別結果に基づいて、ステップ３０３〜ステップ３０５のいずれかでゲインを選択し、ステップ３０６、３０７、３０８で算出されるＶｂ１００、Ｖｂ２００およびＶｂ４００の大きさを検出範囲であるダイナミックレンジ内に納まり且つできるだけ大きくしてより高精度の判定が行えるようにしている。
【０１１０】
続いて、ステップ３０９において、前のステップで算出されたＶｂ１００とＶｂ２００との差の絶対値と基準値Ｓ１との大小関係を判定する。
【０１１１】
続いて、ステップ３１０において、前のステップで算出されたＶｂ２００とＶｂ４００との差の絶対値と基準値Ｓ２との大小関係を判定する。
【０１１２】
ステップ３０９における判定の結果、Ｖｂ１００とＶｂ２００との差の絶対値が基準値Ｓ１以上であるときは、ステップ３１０へ進み、Ｖｂ２００とＶｂ４００との差の絶対値と基準値Ｓ２との大小関係を判定する。Ｖｂ２００とＶｂ４００との差の絶対値が基準値Ｓ２以上であるときは、ステップ３１１へ進み、差周波数Δｆ切換え機能が正常であると判定する。一方、Ｖｂ１００とＶｂ２００との差の絶対値が基準値Ｓ１以下、または、Ｖｂ２００とＶｂ４００との差の絶対値が基準値Ｓ２以下であるときは、ステップ３１２へ進み、差周波数Δｆ切換え機能が異常であると判定し、続いてステップ３１３へ進み、差周波数Δｆ切換え機能が異常な場合に採るべき処置を行う。
【０１１３】
ここで、ステップ３０９で実行されるＶｂ１００とＶｂ２００とのとの差の絶対値と基準値Ｓ１との比較の意味、およびステップ３１０で実行されるＶｂ２００とＶｂ４００とのとの差の絶対値と基準値Ｓ２との比較の意味について説明する。ステップ３０８までの処理で、選択可能な三種類の差周波数Δｆである１００ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、４００ｋＨｚそれぞれを用いて算出されたエタノール濃度としての三種類の出力電圧Ｖｂ１００、Ｖｂ２００、Ｖｂ４００が得られる。ステップ３０２〜ステップ３０５では、ゲインが、最大の差周波数である４００ｋＨｚを用いてＶｂを算出しても、Ｖｂの値が飽和しないように、言い換えると検出範囲であるダイナミックレンジ内に入るように選択されている。したがって、三種類の出力電圧Ｖｂ１００、Ｖｂ２００、Ｖｂ４００はいずれも実質的な真の値である。マイクロコンピュータ５０における差周波数切換え機能が正常であるならば、得られた三種類の各出力電圧の大きさは、差周波数Δｆである１００ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、４００ｋＨｚで決まる大きさになる。つまり、Ｖｂ１００：Ｖｂ２００：Ｖｂ４００が、ほぼ、１００ｋＨｚ：２００ｋＨｚ：４００ｋＨｚとなる。一方、マイクロコンピュータ５０における差周波数切換え機能に何らかの異常がある場合は、Ｖｂ１００：Ｖｂ２００：Ｖｂ４００は、１００ｋＨｚ：２００ｋＨｚ：４００ｋＨｚにならない。以上から、Ｖｂ１００とＶｂ２００との差の絶対値が、差周波数１００ｋＨｚ、２００ｋＨｚに基づいて決まる基準値Ｓ１にほぼ等しく、且つＶｂ２００とＶｂ４００との差の絶対値が、差周波数２００ｋＨｚ、４００ｋＨｚに基づいて決まる基準値Ｓ２にほぼ等しいならば、マイクロコンピュータ50における差周波数切換え機能が正常であると判定することができる。
【０１１４】
以上説明した本発明の第５実施形態によるエタノール濃度センサ１によれば、エタノール濃度変化に対応する電圧Ｖ５０の変化が小さい領域、つまり電圧Ｖｂが０＜Ｖｂ＜Ｐである領域において、より大きい差周波数Δｆに切換えて電圧Ｖ５０を増大させることで分解能を大きくし、それにより正確なエタノール濃度算出を可能とすることができる、という効果が得られるのに加えて、差周波数切換え機能が正常であるかどうかを判定することができる。
【０１１５】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態によるエタノール濃度センサ１は、本発明の第３実施形態によるエタノール濃度センサ１に対して、次のような機能を追加したものである。
【０１１６】
本発明の第３実施形態によるエタノール濃度センサ１では、エタノール濃度検出精度向上のために、マイクロコンピュータ５０が、エタノール濃度の検出信号である電圧Ｖｂの大きさに応じて、スイッチトキャパシタ回路２０に印加する電圧である標準電圧Ｅを切換えている。本発明の第３実施形態によるエタノール濃度センサ１では、標準電圧Ｅは、Ｅ１、Ｅ２、およびＥ３（Ｅ１＞Ｅ２＞Ｅ３）の３種類が設定されている。本発明の第６実施形態によるエタノール濃度センサ１は、上述した標準電圧Ｅ切換えに加えて、標準電圧発生手段３０における標準電圧設定機能およびマイクロコンピュータ５０における標準電圧切換え機能が正常であるかどうかを判定するための、標準電圧設定・切換え判定機能を備えたものである。この標準電圧設定・切換え判定処理について、主に図１６に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、標準電圧設定・切換え判定処理は、主にマイクロコンピュータ５０に予め格納されたプログラムにより実行される。
【０１１７】
なお、本発明の第６実施形態によるエタノール濃度センサ１においては、エタノール濃度検出処理および標準電圧設定・切換え機能判定処理は同一頻度で実行されている。たとえば、エタノール濃度検出処理および標準電圧設定・切換え機能判定処理が交互に実行されている。エタノール濃度検出処理は、先に説明した本発明の第３実施形態によるエタノール濃度センサ１の場合と全く同一である。
【０１１８】
自動車の運転者によりイグニッションスイッチＩＧがＯＮされるとエタノール濃度センサ１において、標準電圧設定・切換え機能判定処理が開始される。同処理が開始されると、マイクロコンピュータ５０は、先ず、ステップ４００の初期化処理を実行する。
【０１１９】
続いて、マイクロコンピュータ５０は、ステップ４０１において、電気信号に変換されたエタノール濃度としての電圧、すなわち出力電圧であるＶｂを、選択可能な３種類の標準電圧Ｅのうちの最小であるＥ３として算出してＶｂＥ３とする。
【０１２０】
続いて、ステップ４０２において、ステップ４０１で算出されたＶｂＥ３の大きさを判定する。この判定は、図１７の表に基づいて行われる。すなわち、０＜ＶｂＥ３≦εを領域Ｉ、ε＜ＶｂＥ３≦φを領域ＩＩ、φ＜ＶｂＥ３を領域ＩＩＩと判定する。
【０１２１】
ステップ４０２におけるＶｂＥ３の判定の結果、領域Ｉであるときは、続くステップ４０３の処理として、出力電圧Ｖｂの算出に用いられているゲインを、通常用いられているゲインβよりも高いゲインγとする。ステップ４０２におけるＶｂＥ３の判定の結果、領域ＩＩであるときは、続くステップ４０４の処理として、出力電圧Ｖｂの算出に用いられているゲインを、通常用いられているゲインβとする。ステップ４０２におけるＶｂＥ３の判定の結果、領域ＩＩＩであるときは、続くステップ４０５の処理として、出力電圧Ｖｂの算出に用いられているゲインを、通常用いられているゲインβよりも低いゲインαとする。
【０１２２】
続いて、ステップ４０６において、電気信号に変換されたエタノール濃度としての電圧、すなわち出力電圧であるＶｂを標準電圧をＥ１とし、ゲインをγ、β、αの中から選択された値として算出してＶｂＥ１とする。
【０１２３】
続いて、ステップ４０７において、電気信号に変換されたエタノール濃度としての電圧、すなわち出力電圧であるＶｂを、標準電圧をＥ２とし、ゲインをγ、β、αの中から選択された値として算出してＶｂＥ２とする。
【０１２４】
続いて、ステップ４０８において、電気信号に変換されたエタノール濃度としての電圧、すなわち出力電圧であるＶｂを、標準電圧をＥ３とし、ゲインをγ、β、αの中から選択された値として算出してＶｂＥ３とする。
【０１２５】
ところで、先のステップ４０１においては、出力電圧の算出に用いる標準電圧Ｅを選択可能な３種類の標準電圧Ｅをのうちの最小であるＥ３としている。これにより、算出されたＶｂは、必ず検出範囲であるダイナミックレンジ内に入ることになるので、ステップ４０２におけるＶｂＥ３の大きさの判別を正確に行うことができる。さらに、ステップ４０２におけるＶｂＥ３の大きさの判別結果に基づいて、ステップ４０３〜ステップ４０５のいずれかでゲインを選択し、ステップ４０６、４０７、４０８で算出されるＶｂＥ１、ＶｂＥ２およびＶｂＥ３の大きさを検出範囲であるダイナミックレンジ内に納まり且つできるだけ大きくしてより高精度の判定が行えるようにしている。
【０１２６】
続いて、ステップ４０９において、前のステップで算出されたＶｂＥ１とＶｂＥ２との差の絶対値と基準値Ｓ１との大小関係を判定する。
【０１２７】
続いて、ステップ４１０において、前のステップで算出されたＶｂＥ２とＶｂＥ３との差の絶対値と基準値Ｓ２との大小関係を判定する。
【０１２８】
ステップ４０９における判定の結果、ＶｂＥ１とＶｂＥ２との差の絶対値が基準値Ｓ1以上であるときは、ステップ４１０へ進み、ＶｂＥ２とＶｂＥ３との差の絶対値と基準値Ｓ２との大小関係を判定する。そして、ＶｂＥ２とＶｂＥ３との差の絶対値が基準値Ｓ２以上であるときは、ステップ４１１へ進み、標準電圧設定・切換え機能が正常であると判定する。一方、ＶｂＥ１とＶｂＥ２との差の絶対値が基準値Ｓ１以下、または、ＶｂＥ２とＶｂＥ３との差の絶対値が基準値Ｓ２以下のときは、ステップ４１２へ進み、標準電圧設定・切換え機能が異常であると判定し、続いてステップ４１３へ進み、標準電圧設定・切換え機能が異常な場合に採るべき処置を行う。
【０１２９】
ここで、ステップ４０９で実行されるＶｂＥ１とＶｂＥ２との差の絶対値と基準値Ｓ１との比較の意味、および、ステップ４１０で実行されるＶｂＥ２とＶｂＥ３との差の絶対値と基準値Ｓ２との比較の意味について説明する。ステップ４０８までの処理で、選択可能な三種類の標準電圧Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３それぞれを用いて算出されたエタノール濃度としての三種類の出力電圧ＶｂＥ１、ＶｂＥ２、ＶｂＥ３が得られる。ステップ４０２〜ステップ４０５では、ゲインが、最大の標準電圧であるＥ１を用いてＶｂを算出しても、Ｖｂの値が飽和しないように、言い換えると検出範囲であるダイナミックレンジ内に入るように選択されている。したがって、三種類の出力電圧ＶｂＥ１、ＶｂＥ２、ＶｂＥ３はいずれも実質的な真の値である。標準電圧発生手段３０における標準電圧設定機能およびマイクロコンピュータ５０における標準電圧切換え機能が正常であるならば、得られた三種類の各出力電圧の大きさは、標準電圧Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３で決まる大きさになる。つまり、ＶｂＥ１：ＶｂＥ２：ＶｂＥ３が、ほぼ、Ｅ１：Ｅ２：Ｅ３となる。一方、標準電圧発生手段３０における標準電圧設定機能およびマイクロコンピュータ５０における標準電圧切換え機能の少なくとも一方に何らかの異常がある場合は、ＶｂＥ１：ＶｂＥ２：ＶｂＥ３は、Ｅ１：Ｅ２：Ｅ３にならない。以上から、ＶｂＥ１とＶｂＥ２との差の絶対値が、標準電圧Ｅ１、Ｅ２に基づいて決まる基準値Ｓ１にほぼ等しく、且つＶｂＥ２とＶｂＥ３との差の絶対値が、標準電圧Ｅ２、Ｅ３に基づいて決まる基準値Ｓ２にほぼ等しいならば、標準電圧発生手段３０における標準電圧設定機能およびマイクロコンピュータ５０における差周波数切換え機能が正常であると判定することができる。
【０１３０】
以上説明した本発明の第６実施形態によるエタノール濃度センサ１によれば、エタノール濃度変化に対応する電圧Ｖ５０の変化が小さい領域、つまり電圧Ｖｂが０＜Ｖｂ＜Ｐである領域において、より大きい標準電圧に切換えて電圧Ｖ５０を増大させることで分解能を大きくし、それにより正確なエタノール濃度算出を可能とすることができる、という効果が得られるのに加えて、標準電圧設定・切換え機能が正常であるかどうかを判定することができる。
【０１３１】
（第７実施形態）
本発明の第７実施形態によるエタノール濃度センサ１は、本発明の第１〜第６実施形態のいずれか一つによるエタノール濃度センサ１に対して、次のような構成を追加したものである。すなわち、図１８に示すように、スイッチトキャパシタ回路２０に対して、電極１１、つまり静電容量形成部１０に並列に電気容量素子としてのキャパシタ１３を接続するとともに、静電容量形成部１０とキャパシタ１３との電気的接続・遮断を切換える切換え手段としてのスイッチ１４を設けている。マイクロコンピュータ５０は、エタノール濃度の検出信号である電圧Ｖｂの大きさに応じて、スイッチ１４の開閉を切換えている。なお、図１８は、本発明の第１実施形態によるエタノール濃度センサ１に適用した場合の構成を説明する回路図である。
【０１３２】
上述のように構成された、本発明の第７実施形態によるエタノール濃度センサ１の作動、効果について説明する。
【０１３３】
静電容量形成部１０の静電容量は、燃料中のエタノール濃度に正比例して減少、増大する。このため、エタノール濃度が低いときは静電容量形成部の静電容量が小さくなり、エタノール濃度の検出信号である電圧Ｖｂが低くなる。また、並列接続された複数個のキャパシタの合成容量は、並列接続された各キャパシタの容量の総和となる。したがって、静電容量形成部１０にキャパシタ１３を並列接続すると、スイッチトキャパシタ回路２０においてエタノール濃度検出体としての静電容量が増大することになる。
【０１３４】
本発明の第７実施形態によるエタノール濃度センサ１においては、エタノール濃度の検出信号である電圧Ｖｂが低いとき、すなわち、エタノール濃度が低いときには、マイクロコンピュータ５０はスイッチ１４を閉状態にして、静電容量形成部１０にキャパシタ１３を並列接続する。これにより、エタノール濃度検出部としての静電容量形成部の見かけの静電容量を増大させてエタノール濃度変化に対する検出電圧Ｖｂの変化を大きくし、検出電圧Ｖｂとエタノール濃度との関係を線形性として分解能を高めて、エタノール濃度検出精度を高めることができる。接続されたキャパシタ１３の静電容量は既知であるので、検出電圧Ｖｂおよびキャパシタ１３の静電容量に基づいてエタノール濃度に対応した静電容量形成部１０の実質的静電容量は容易に算出できる。これにより、エタノール濃度が低い領域においても高精度でエタノール濃度を検出することができる。また、エタノール濃度が高くなるに連れて検出電圧Ｖｂも高くなるが、検出電圧Ｖｂが所定の値、たとえば検出範囲であるダイナミックレンジの８０％値に達すると、マイクロコンピュータ５０はスイッチ１４を開状態にして、静電容量形成部１０へのキャパシタ１３の並列接続を遮断する。これにより、マイクロコンピュータ５０は静電容量形成部１０のみの静電容量に基づいてエタノール濃度を算出するが、もともと静電容量形成部１０のみの静電容量が大きくなっているので、十分高精度でエタノール濃度を検出できる。
【０１３５】
以上説明したように、第７実施形態によるエタノール濃度センサ１によれば、エタノール濃度が低いときにも高精度でエタノール濃度を検出することができる。
【０１３６】
なお、以上説明した各実施形態は、本発明による液体性状検出装置をエタノール濃度を測定するエタノール濃度センサ１に適用した場合を例に説明してきたが、検出対象をエタノールに限る必要はなく、他の液体成分、たとえばメタノール等としてもよい。その場合も、各実施形態の場合と同様に高精度で濃度を測定することができる。
【０１３７】
また、本発明は以上説明した各実施形態に何ら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、様々な形態で実施可能することができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１    エタノール濃度センサ（液体性状検出装置）
１０    静電容量形成部
１１    キャパシタ（電極）
１２    リーク抵抗
１３    キャパシタ（電気容量素子）
１４    スイッチ（切換え手段）
２０    スイッチトキャパシタ回路（スイッチ手段）
２１    インバータ
２２    スイッチ（スイッチ手段）
２３    スイッチ（スイッチ手段）
３０    標準電圧発生手段
３１    オペアンプ
３２、３３、３４、３５、３６    抵抗
３７    スイッチ
４０    増幅手段（測定値出力手段）
４１    オペアンプ
４２、４４、４６    ゲイン抵抗
４３、４５、４７    スイッチ
５０    マイクロコンピュータ（動作信号出力手段）
５１    出力端子
６０    定電圧レギュレータ
１００    エンジン
１０１    フューエルレール
１０２    インジェクタ
１０３    ＥＣＵ
１０４    燃料タンク
１０５    フューエルポンプ
１０６    フューエルフィルタ
１０７    燃料配管
Ａ、Ｂ、Ｈ  点
Ｃｐ    静電容量
Ｄ    バッテリ
Ｅ、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３    標準電圧
Ｆ    燃料（液体）
Ｇ    検知電極
ｆ１    第１周波数
ｆ２    第２周波数
Ｈ    差周波数
ＩＧ    イグニッションスイッチ
ｉ１、ｉ２    電流
Ｊ、Ｋ    差周波数
Ｌ、Ｍ、Ｎ    ゲイン
Ｐ、Ｑ    電圧
Ｒｇ    抵抗値
Ｒｐ    リーク抵抗値
Ｓ    基準値
Ｖ、Ｖｂ、Ｖｆ１、Ｖｆ２、Ｖ５０    電圧
α、β、γ    ゲイン
ε、φ    電圧
Δｆ    差周波数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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