(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコールを含む燃料中で対向する少なくとも２個の電極を有し、該各電極間の静電容量に基いて前記燃料中のアルコール濃度を検出する濃度検出部と、
前記燃料の温度を検出する温度検出部と、
前記濃度検出部により検出したアルコール濃度に基いて当該アルコール濃度の一定時間中の変化量である濃度変化量を算出する手段と、
前記温度検出部により検出した燃料温度に基いて当該燃料温度の一定時間中の変化量である温度変化量を算出する手段と、
前記濃度変化量が所定の濃度判定値以上であり、かつ、前記温度変化量が所定の温度判定値以上である場合に、この状態を過渡状態と判定する過渡判定手段と、
前記過渡判定手段により前記過渡状態であると判定され、かつ、前記燃料温度の変化が低下方向である場合に、前記アルコール濃度の検出値を低濃度側に補正する第１の補正手段と、
前記過渡判定手段により前記過渡状態であると判定され、かつ、前記燃料温度の変化が上昇方向である場合に、前記アルコール濃度の検出値を高濃度側に補正する第２の補正手段と、
を備えることを特徴とする燃料性状検出装置。
【請求項２】
前記濃度検出部に印加する交流電圧の周波数を第１，第２の周波数に切換えつつ、前記第１，第２の周波数での静電容量をそれぞれ検出する周波数別検出手段と、
前記第１，第２の周波数でそれぞれ検出した静電容量と、前記第１，第２の周波数でのアルコール及び水分の誘電率とに基いて、燃料中のアルコール濃度を水分含有量に応じて補正した状態で算出する水分補正濃度算出手段と、
を備えてなる請求項１に記載の燃料性状検出装置。
【請求項３】
前記第１の周波数により静電容量を検出する時点と、前記第２の周波数により静電容量検出する時点とで、燃料中のアルコール濃度及び／又は燃料の温度が異なる場合に、前記周波数別検出手段の作動を禁止する禁止手段を備えてなる請求項２に記載の燃料性状検出装置。
【請求項４】
燃料中の水分含有量が変化し得る状況が生じたか否かを判定する判定手段と、
前記水分補正濃度算出手段により燃料中のアルコール濃度を算出してから、前記判定手段により前記状況が生じたと判定されるまでの期間中に、前記周波数別検出手段の作動を停止する停止手段と、
を備えてなる請求項２または３に記載の燃料性状検出装置。
【請求項５】
前記燃料が燃焼することにより生じる排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記アルコール濃度の検出値と前記排気ガスの空燃比とに基いてアルコール濃度の検出機能が正常であるか否かを診断する診断手段と、
を備えてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の燃料性状検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関に搭載され、燃料中のアルコール濃度を検出するのに好適に用いられる燃料性状検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（実開平５−７３５６８号公報）に開示されているように、内燃機関に適用される静電容量式のアルコール濃度検出装置が知られている。このアルコール濃度検出装置は、燃料中に配置される一対の電極を備えており、これらの電極間の静電容量に基いて、燃料中のアルコール濃度を検出するものである。従来技術では、電極間の静電容量が燃料の温度によっても影響されることを考慮して、温度センサにより燃料の温度を検出し、アルコール濃度の検出値を温度補正する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５−７３５６８号公報
【特許文献２】特開２００９−１４５１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した従来技術では、温度センサとして、一般的なサーミスタ等を用いることが多い。しかしながら、静電容量型の濃度センサと温度センサを比較すると、過渡時の応答特性に大きな差異がある。従って、燃料中のアルコール濃度と共に燃料の温度が大きく変化するような過渡状態においては、アルコール濃度の変化に対する応答速度と、温度の変化に対する応答速度との間にずれが生じる。
【０００５】
このため、従来技術では、例えば車両の暖機が完了した後の比較的暖かい燃料に対して、アルコール濃度が大きく異なる低温の燃料を補給した場合などに、上述した応答特性の差異によってアルコール濃度の検出精度が低下するという問題がある。この結果、例えば内燃機関の制御等においては、アルコール濃度の検出誤差に起因する空燃比のずれが増加し、燃焼性や排気エミッションが悪化し易い。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、アルコール濃度や温度の変化に影響されることなく、燃料中のアルコール濃度を正確に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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、アルコールを含む燃料中で対向する少なくとも２個の電極を有し、該各電極間の静電容量に基いて前記燃料中のアルコール濃度を検出する濃度検出部と、
前記燃料の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部により検出したアルコール濃度の変化量が所定の濃度判定値以上であり、かつ、前記濃度検出部により検出した燃料温度の変化量が所定の温度判定値以上である場合に、この状態を過渡状態と判定する過渡判定手段と、
前記過渡判定手段により前記過渡状態であると判定され、かつ、前記燃料温度の変化が低下方向である場合に、前記アルコール濃度の検出値を低濃度側に補正する第１の補正手段と、
前記過渡判定手段により前記過渡状態であると判定され、かつ、前記燃料温度の変化が上昇方向である場合に、前記アルコール濃度の検出値を高濃度側に補正する第２の補正手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、前記濃度検出部に印加する交流電圧の周波数を第１，第２の周波数に切換えつつ、前記第１，第２の周波数での静電容量をそれぞれ検出する周波数別検出手段と、
前記第１，第２の周波数でそれぞれ検出した静電容量と、前記第１，第２の周波数でのアルコール及び水分の誘電率とに基いて、燃料中のアルコール濃度を水分含有量に応じて補正した状態で算出する水分補正濃度算出手段と、を備える。
【０００９】
第３の発明は、前記第１の周波数により静電容量を検出する時点と、前記第２の周波数により静電容量検出する時点とで、燃料中のアルコール濃度及び／又は燃料の温度が異なる場合に、前記周波数別検出手段の作動を禁止する禁止手段を備える。
【００１０】
第４の発明は、燃料中の水分含有量が変化し得る状況が生じたか否かを判定する判定手段と、
前記水分補正濃度算出手段により燃料中のアルコール濃度を算出してから、前記判定手段により前記状況が生じたと判定されるまでの期間中に、前記周波数別検出手段の作動を停止する停止手段と、を備える。
【００１１】
第５の発明は、前記燃料が燃焼することにより生じる排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記アルコール濃度の検出値と前記排気ガスの空燃比とに基いてアルコール濃度の検出機能が正常であるか否かを診断する診断手段と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、燃料中のアルコール濃度及び燃料温度が検出精度に影響を与えるほど変化する過渡状態では、燃料温度の変化が低下方向である場合に、第１の補正手段によりアルコール濃度の検出値を低濃度側に補正することができる。また、過渡状態において、燃料温度の変化が上昇方向である場合には、第２の補正手段によりアルコール濃度の検出値を高濃度側に補正することができる。これにより、給油時等の過渡状態でも、温度変化の方向に応じて異なる濃度検出値のずれを的確に補正することができ、アルコール濃度の検出精度を向上させることができる。
【００１３】
第２の発明によれば、水分補正濃度算出手段は、第１，第２の周波数でそれぞれ検出した静電容量と、第１，第２の周波数でのアルコール及び水分の誘電率とに基いて、含水燃料中のアルコール濃度を正確に検出することができる。従って、周波数を切換えるだけで、燃料中の水分に影響されることなく、アルコール濃度を正確に検出することができる。
【００１４】
第３の発明によれば、禁止手段は、第１の周波数により静電容量を検出する時点と、第２の周波数により静電容量検出する時点とで、燃料中のアルコール濃度や燃料温度が異なる場合に、周波数別検出手段の作動を禁止することができる。これにより、温度変化や濃度変化の影響により静電容量、誘電率等の誤差が生じるのを防止し、アルコール濃度の検出精度を向上させることができる。
【００１５】
第４の発明によれば、停止手段は、燃料中のアルコール濃度を一旦算出してから、燃料中の水分含有量が変化し得る状況が生じるまでの期間中に、周波数別検出手段の作動を停止することができる。これにより、周波数の不要な切換動作を抑制し、アルコール濃度の検出可能回数（検出頻度）を増加させることができる。
【００１６】
第５の発明によれば、診断手段は、燃料中のアルコール濃度と排気空燃比との相関を利用することにより、排気空燃比を検出するだけで、濃度検出部等の故障を正確に診断することができる。これにより、故障に対して迅速かつ適切に対処することができ、システムの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１に適用されるシステムを説明するための全体構成図である。
【図２】燃料温度の変化によりアルコール濃度の検出値に誤差が生じる状態を示す特性線図である。
【図３】燃料の温度が低下する場合のアルコール濃度センサと温度センサの出力特性を示す特性線図である。
【図４】燃料の温度が上昇する場合のアルコール濃度センサと温度センサの出力特性を示す特性線図である。
【図５】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行されるアルコール濃度検出制御のフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２において、燃料中に水分が混入した場合における印加電圧の周波数と静電容量との関係を示す特性線図である。
【図７】含水燃料と非含水燃料のそれぞれについて、静電容量の周波数特性を示す特性線図である。
【図８】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態３において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図５を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に適用されるシステムを説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、例えばＦＦＶ（Flexible Fuel Vehicle）に搭載され、アルコール燃料を用いる内燃機関としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０の各気筒には、ピストン１２により燃焼室１４が画成されており、ピストン１２は、エンジンのクランク軸１６に連結されている。また、エンジン１０は、各気筒に吸入空気を吸込む吸気通路１８と、各気筒から排気ガスが排出される排気通路２０とを備えている。
【００１９】
吸気通路１８には、アクセル開度等に基いて吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ２２が設けられている。一方、排気通路２０には、排気ガスを浄化する触媒２４が設けられている。また、各気筒には、吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート噴射弁２６と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁２８と、筒内の混合気に点火する点火プラグ３０と、吸気ポートを筒内に対して開，閉する吸気バルブ３２と、排気ポートを筒内に対して開，閉する排気バルブ３４とが設けられている。
【００２０】
さらに、本実施の形態のシステムは、クランク角センサ３６、エアフローセンサ３８、空燃比センサ４０、燃温センサ４２、アルコール濃度センサ４４等を含むセンサ系統と、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。まず、センサ系統について説明すると、クランク角センサ３６は、クランク軸１６の回転に同期した信号を出力するもので、エアフローセンサ３８は吸入空気量を検出する。また、空燃比センサ４０は、触媒２４の上流側で排気空燃比を検出するもので、本実施の形態の空燃比検出手段を構成している。燃温センサ４２は、燃料の温度を検出するもので、本実施の形態の温度検出部を構成している。
【００２１】
アルコール濃度センサ４４は、燃料中のアルコール濃度を検出するもので、本実施の形態の濃度検出部を構成している。アルコール濃度センサ４４は、静電容量式の濃度センサからなり、例えば特開２００９−１４５１３１号公報に記載されているような公知の構成を有している。即ち、アルコール濃度センサ４２は、燃料中で対向する一対の電極４４Ａを備えており、該各電極４４Ａ間の静電容量に基いて燃料中のアルコール濃度を検出するように構成されている。
【００２２】
また、センサ系統には、上述したセンサ３６〜４４に加えて、エンジン１０及びこれを搭載した車両の制御に必要な各種のセンサ（例えばエンジンの冷却水温を検出する水温センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ等）が含まれており、これらのセンサはＥＣＵ５０の入力側に接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、スロットルバルブ２２、噴射弁２６，２８、点火プラグ３０等を含む各種のアクチュエータが接続されている。
【００２３】
そして、ＥＣＵ５０は、エンジンの運転情報をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動し、運転制御を実行する。具体的には、クランク角センサ３６の出力に基いてエンジン回転数とクランク角とを検出し、エアフローセンサ３８の出力に基いて吸入空気量を算出する。また、吸入空気量、エンジン回転数等に基いてエンジンの負荷を算出し、クランク角に基いて燃料噴射時期等を決定する。さらに、吸入空気量、負荷、燃料中のアルコール濃度等に基いて燃料噴射量を算出する。そして、燃料噴射時期が到来したときに噴射弁２６，２８を駆動し、点火プラグ３０を駆動する。これにより、筒内で混合気を燃焼させ、エンジンを運転することができる。また、ＥＣＵ５０は、空燃比センサ４０の出力に基いて空燃比を目標空燃比に制御する空燃比フィードバック制御を実行する。
【００２４】
［実施の形態１の特徴］
燃料中のアルコール濃度は、アルコール濃度センサ４４により検出したアルコール濃度を、燃温センサ４２の出力に基いて温度補正することにより算出される。しかし、燃料中のアルコール濃度と共に燃料の温度が大きく変化するような過渡状態においては、各センサ４２，４４の応答特性の差異により、アルコール濃度の検出精度が低下し易い。ここで、図２は、燃料温度の変化によりアルコール濃度の検出値に誤差が生じる状態を示す特性線図である。この図に示すように、燃料中のアルコール濃度が変化するときに、燃料の温度が大きく変化すると、温度変化がない場合と比較してアルコール濃度の検出値に誤差が生じる。この現象は、例えば車両の暖機が完了した後の暖かい燃料に対して、アルコール濃度が異なる低温の燃料を補給する場合や、車両が始動された直後の冷たい燃料に対して暖かい燃料を補給する場合に生じ得るものである。
【００２５】
また、上記検出誤差は、図３及び図４に示すように、温度変化の方向に応じて誤差の発生方向が異なるという特性を有している。図３は、燃料の温度が低下する場合のアルコール濃度センサと温度センサ（燃温センサ）の出力特性を示す特性線図であり、図４は、燃料の温度が上昇する場合の出力特性を示す特性線図である。まず、図３に示すように、給油等により燃料の実温度が大きく低下した場合には、温度センサ４２による検出温度が実温度の変化に追従できず、検出温度が過渡的に高温側にずれる応答遅れが生じる。これに対し、電極４４Ａ間の静電容量には、実温度の変化が比較的速やかに反映されるので、アルコール濃度センサ４４による検出濃度は、実濃度に対して高温側にずれることになる。一方、図４に示すように、燃料の実温度が大きく上昇した場合には、検出温度が過渡的に低温側にずれる応答遅れが生じ、アルコールの検出濃度は、実濃度に対して低温側にずれることになる。
【００２６】
このため、本実施の形態では、燃料中のアルコール濃度及び燃料温度が大きく変化した過渡状態において、燃料温度の変化が低下方向に生じた場合には、アルコール濃度の検出値を低濃度側（減少させる方向）に補正し、検出値の高濃度側へのずれを補償する。また、前記過渡状態において、燃料温度の変化が上昇方向に生じた場合には、アルコール濃度の検出値を高濃度側（増加させる方向）に補正し、検出値の低濃度側へのずれを補償する。これらの補正処理において、アルコール濃度の補正量は、例えば燃料の検出温度、検出温度の変化率等のパラメータに基いて設定される。ＥＣＵ５０には、図３に示す特性データに基いて作成されたマップデータである第１の補正マップと、図４に示す特性データに基いて作成された第２の補正マップとが予め記憶されている。このため、ＥＣＵ５０は、前記パラメータに基いて第１，第２の補正マップを参照することにより、アルコール濃度の補正量を算出することができる。
【００２７】
また、上記補正処理は、燃料中のアルコール濃度及び燃料温度が大きく変化した場合にのみ必要となるので、給油時等に生じる過渡状態においてのみ実行される。ここで、過渡状態とは、例えばアルコール濃度の変化量が所定の濃度判定値以上であり、かつ、燃料温度の変化量が所定の温度判定値以上である状態として定義される。なお、アルコール濃度及び燃料温度の変化量とは、センサ４２，４４による検出値が一定の時間中に変化する量であり、言い換えれば、一定時間当たりの変化率に相当している。また、濃度判定値は、例えばアルコール濃度の検出精度に影響を与える濃度変化量（濃度変化率）の最小値として設定されるもので、温度判定値は、アルコール濃度の検出精度に影響を与える温度変化量（温度変化率）の最小値として設定される。これらの判定値は、実験等により容易に求めることができる。
【００２８】
上記補正処理によれば、給油時等の過渡状態において、燃料中のアルコール濃度及び燃料温度が大きく変化した場合でも、燃料温度が変化する方向に応じてアルコール濃度の検出値を高濃度側及び低濃度側に補正することができる。これにより、温度変化の方向に応じて異なる濃度検出値のずれを的確に補正することができ、過渡状態での検出精度を向上させることができる。従って、エンジン制御においては、アルコール濃度の検出誤差に起因する空燃比のずれを抑制し、空燃比制御等を正確に実行することができる。
【００２９】
［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、図５を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図５は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行されるアルコール濃度検出制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中にほぼ一定の演算周期で繰返し実行されるものとする。図５に示すルーチンでは、まず、ステップ１００において、燃温センサ４２とアルコール濃度センサ４４の出力を読込み、これらの出力に基いてアルコール濃度の検出値（濃度検出値）と燃料温度の検出値（温度検出値）をそれぞれ取得する。
【００３０】
次に、ステップ１０２では、上記濃度検出値、即ち、今回の演算サイクルで取得した濃度検出値と、前回の演算サイクルで取得した濃度検出値との差分である濃度変化量を算出する。また、ステップ１０４では、濃度変化量の場合と同様に、今回の温度検出値と前回の温度検出値との差分である温度変化量を算出する。従って、濃度変化量と温度変化量とは、図５に示すルーチンの演算周期に相当する一定の時間当たりの変化量となる。次に、ステップ１０６では、濃度変化量が前述の濃度判定値以上であるか否かを判定し、ステップ１０８では、温度変化量が温度判定値以上であるか否かを判定する。
【００３１】
ステップ１０６，１０８の判定が両方とも成立した場合には、アルコール濃度と温度の両方が急激に変化した過渡状態であると判定し、ステップ１１０において、温度変化量が負であるか否か、即ち、燃料温度の変化が低下方向であるか否かを判定する。この判定が成立した場合には、ステップ１１２において、温度検出値に基いて第１の補正マップを参照し、補正量を算出する。そして、この補正量を用いて濃度検出値を低濃度側に温度補正し、最終的なアルコール濃度を算出する。また、ステップ１１０の判定が不成立の場合には、ステップ１１４において、温度検出値に基いて第２の補正マップを参照し、補正量を算出する。そして、この補正量を用いて濃度検出値を高濃度側に温度補正し、最終的なアルコール濃度を算出する。一方、ステップ１０６，１０８の何れかで判定が不成立の場合には、検出精度が低下するような過渡状態ではないと判断し、ステップ１１６において、定常状態でのアルコール濃度検出処理を実行する。即ち、ステップ１１６では、一般的に公知な定常状態での補正処理により、温度検出値に基いて濃度検出値を温度補正し、最終的なアルコール濃度を算出する。
【００３２】
なお、前記実施の形態１では、図５中のステップ１０６，１０８が過渡判定手段の具体例を示し、ステップ１１２が第１の補正手段の具体例を示し、ステップ１１４が第２の補正手段の具体例を示している。
【００３３】
実施の形態２．
次に、図６乃至図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１の構成において、燃料中の水分含有量に応じてアルコール濃度の検出値を補正することを特徴としている。なお、本実施の形態では、前記実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００３４】
［実施の形態２の特徴］
アルコール濃度の検出値（静電容量）は、燃料中に混入した成分の影響を受けるが、その影響度は、混入物の比誘電率が大きいほど強くなる。ここで、図６は、燃料中に水分が混入した場合における印加電圧の周波数と静電容量との関係を示す特性線図である。なお、図中の「Ｅ１００」とはアルコール濃度が１００％の燃料を示している。ガソリン、アルコール（エタノール）、水の比誘電率は、それぞれ２、２４、８０程度であり、水の比誘電率は特に大きい。このため、燃料中に水分が混入した場合には、図６に示すように、少量の水分でも静電容量が大きく変化し、アルコール濃度の検出精度が低下する。
【００３５】
このため、本実施の形態では、アルコールと水分とで静電容量の周波数特性が異なることを利用して、２種類の異なる周波数Ｆa，Ｆbで静電容量を検出することにより、燃料中のアルコール濃度を水分含有量に応じて補正した状態で算出する構成としている。図７は、含水燃料（水分を含むアルコール燃料）と非含水燃料のそれぞれについて、静電容量の周波数特性を示す特性線図である。なお、この特性線図は、アルコール燃料としてエタノール燃料を用いた場合を例示している。図７に示すように、例えばアルコール濃度Ｅaを有する含水燃料と、アルコール濃度Ｅb（≠Ｅa）を有する非含水燃料とに対して、単一の周波数Ｆaで静電容量を検出すると、アルコール濃度が異なるにも拘らず、同一の静電容量Ｃ2aが得られる場合がある。即ち、水分の存在によりアルコール濃度の検出値に誤差が生じることが判る。
【００３６】
一方、アルコールと水とは静電容量の周波数特性が異なるので、上記２種類の燃料に対して、周波数Ｆaと異なる他の周波数Ｆbで電圧を印加した場合には、それぞれ異なる静電容量Ｃ2b，Ｃ1b′が得られる。従って、任意のアルコール燃料において、２種類の周波数Ｆa，Ｆbにおける静電容量Ｃ2a，Ｃ2bを検出すれば、燃料中の水分含有量及びアルコール濃度を算出することができる。以下、この算出処理について具体的に説明する。
【００３７】
（アルコール濃度の算出処理）
まず、周波数Ｆa，Ｆbにおけるアルコールの誘電率をそれぞれＫa1，Ｋb1とし、周波数Ｆa，Ｆbにおける水の誘電率をそれぞれＫa2，Ｋb2とすれば、図７中に示す静電容量Ｃ2a，Ｃ2b，Ｃ1b′について、下記（１）〜（３）式が成立する。なお、ｗは含水燃料の含水量（水分濃度）である。
【００３８】
Ｃ2a＝Ｅa×Ｋa1＋ｗ×Ｋa2＝Ｅb×Ｋa1    ・・・（１）
Ｃ1b′＝Ｅb×Ｋb1                       ・・・（２）
Ｃ2b＝Ｅa×Ｋb1＋ｗ×Ｋb2               ・・・（３）
【００３９】
上記（１）式の中辺及び（３）式は、図７に基いて、アルコール濃度Ｅaの含水燃料について成立する式であり、（１）式の右辺及び（２）式は、アルコール濃度Ｅbの非含水燃料について成立する式である。これらの式を用いると、（１）の右辺及び（２）式により下記（４）式を得ることができ、（１）式の中辺及び右辺により下記（５）式を得ることができる。
【００４０】
Ｃ1b′＝Ｃ2a×（Ｋb1／Ｋa1）      ・・・（４）
Ｅb−Ｅa＝ｗ×（Ｋa2／Ｋa1）      ・・・（５）
【００４１】
また、前記（２）式から（３）式を減算することにより下記（６）式が得られ、この（６）式に前記（４），（５）式を代入することにより、下記（７）式を得ることができる。
【００４２】
Ｃ1b′−Ｃ2b＝（Ｅb−Ｅa）×Ｋb1−ｗ×Ｋb2                        ・・・（６）
Ｃ2a×（Ｋb1／Ｋa1）−Ｃ2b＝ｗ×（Ｋa2／Ｋa1）×Ｋb1−ｗ×Ｋb2    ・・・（７）
【００４３】
そして、上記（７）式を水分濃度ｗについて整理することにより、下記（８）式を得ることができる。一方、前記（１）式の左辺及び中辺を検出対象であるアルコール濃度Ｅaについて整理すると、下記（９）式のようになる。
【００４４】
ｗ＝（Ｃ2a×Ｋb1−Ｃ2b×Ｋa1）／（Ｋa2×Ｋb1−Ｋa1×Ｋb2）      ・・・（８）
Ｅa＝（Ｃ2a−ｗ×Ｋa2）／Ｋa1                                   ・・・（９）
【００４５】
従って、上記（８），（９）式によれば、２種類の周波数Ｆa，Ｆbで検出した静電容量Ｃ2a，Ｃ2bと、定数である誘電率Ｋa1，Ｋb1，Ｋa2，Ｋb2とに基いて、含水燃料中のアルコール濃度を正確に検出することができる。これにより、周波数を切換えるだけで、燃料中の水分に影響されることなく、アルコール濃度を正確に検出することができる。また、燃料中の水分濃度ｗを算出することができるので、エンジン等においては、燃料の含水量に応じて警告を発生したり、燃料噴射量を変更する等の適切な制御を行うことができる。
【００４６】
上述した算出処理を実現するために、ＥＣＵ５０には、誘電率Ｋa1，Ｋb1，Ｋa2，Ｋb2を求めるためのマップデータ（誘電率マップ）が予め記憶されている。詳しく述べると、誘電率の周波数特性は、燃料中のアルコール濃度及び燃料温度に応じて変化するので、上記誘電率マップは、直近のアルコール濃度及び燃料温度に基いて誘電率を算出することが可能な２次元マップデータとして設定されている。ＥＣＵ５０は、燃料中のアルコール濃度及び燃料温度に基いて誘電率マップを参照し、誘電率Ｋa1，Ｋb1，Ｋa2，Ｋb2を決定することができる。
【００４７】
また、実際の検出動作では、電極４４Ａ間に印加する交流電圧の周波数を周波数Ｆa，Ｆb間で交互に切換え、各周波数Ｆa，Ｆbでの静電容量Ｃ2a，Ｃ2bを検出する。このとき、各周波数Ｆa，Ｆbでの電圧印加期間は異なってもよい。但し、各周波数での検出条件を出来るだけ揃えるために、互いに隣接する電圧印加期間で検出された静電容量Ｃ2a，Ｃ2bを用いてアルコール濃度を算出するのが好ましい。そして、これらの静電容量Ｃ2a，Ｃ2bと、前記誘電率マップにより求めた誘電率Ｋa1，Ｋb1，Ｋa2，Ｋb2に基いて、アルコール濃度Ｅaを算出し、必要であれば水分濃度ｗも算出する。
【００４８】
（検出動作の実行条件）
本実施の形態では、上述した算出方法により燃料中のアルコール濃度を一旦算出してから、燃料中の水分含有量が変化し得る状況が生じるまでの期間中に、周波数Ｆa，Ｆbを切換えての静電容量の検出動作を停止する構成としている。ここで、燃料中の水分含有量が変化し得る状況とは、一例を挙げれば、給油が行われて燃料タンク内の燃料が給油後の燃料に入れ替わった場合であり、上述した「期間」とは、燃料性状が変化しないと推定される期間（性状不変期間）である。このため、本実施の形態では、給油が行われて燃料タンク内の燃料が給油後の燃料に入れ替わったか否かを判定し、この判定が成立した場合にのみ、２種類の周波数Ｆa，Ｆbによりアルコール濃度を検出する。
【００４９】
一方、上記判定が不成立の場合、即ち、性状不変期間中である場合には、周波数Ｆa，Ｆbの切換動作を停止する。この場合には、例えば単一の周波数により静電容量を検出し、公知の温度補正等を行うことにより、最終的なアルコール濃度を算出する。上記構成によれば、周波数の不要な切換動作を抑制し、アルコール濃度の検出可能回数（検出頻度）を増加させることができ、濃度の検出抜け等を回避することができる。また、性状不変期間には、車両の走行中（エンジンの運転中）や、給油が終了してから一定の時間（過渡期）が経過した以降、などの状況も含まれる。従って、本実施の形態では、例えば車両の速度、エンジン回転数、燃料タンク内の燃料の残量等に基いて、これらの状況を検出した場合に、周波数Ｆa，Ｆbの切換動作を停止する構成としてもよい。
【００５０】
また、本実施の形態では、静電容量Ｃ2aを検出する時点と、静電容量Ｃ2bを検出する時点とで、燃料中のアルコール濃度及び／又は燃料温度が異なる場合に、周波数Ｆa，Ｆbを切換えての静電容量の検出動作を禁止する構成としている。具体的に述べると、静電容量Ｃ2a，Ｃ2bの検出時には、それぞれの検出タイミングで燃料の温度を検出する。そして、静電容量Ｃ2aを検出する時点での燃料温度Ｔaと、静電容量Ｃ2bを検出する時点での燃料温度Ｔbとが同一である場合にのみ、上述したアルコール濃度の算出処理（周波数の切換動作を含む）を実行する。一方、燃料温度Ｔa，Ｔbが異なる場合には、静電容量Ｃ2a，Ｃ2bが同一の温度条件で検出されないので、アルコール濃度の算出値に誤差が生じる虞れがある。従って、この場合には、アルコール濃度の算出処理を禁止する。
【００５１】
また、本実施の形態では、上述した温度変化による禁止条件だけでなく、濃度変化による禁止条件を加えてもよい。即ち、静電容量Ｃ2aを検出する時点のアルコール濃度と、静電容量Ｃ2bを検出する時点のアルコール濃度とが異なる場合にも、アルコール濃度の算出処理を禁止する（算出値を最終的なアルコール濃度として使用しない）構成としてもよい。また、静電容量Ｃ2a，Ｃ2bのうち少なくとも一方において、最新の検出値と前回の検出値とが異なる場合にも、過渡的な誤差が生じる可能性があるので、アルコール濃度の算出処理を禁止する構成としてもよい。
【００５２】
さらに、本実施の形態では、アルコール濃度や燃料温度の変化を求めずに、上述した禁止条件を判定する構成としてもよい。具体的には、アルコール濃度や燃料温度が変化し得る状況が生じた場合に、周波数Ｆa，Ｆbを切換えての静電容量の検出動作を禁止する構成としてもよい。ここで、アルコール濃度や燃料温度が変化し得る状況とは、例えば給油が行われた場合や、エンジンの運転状態が大きく変化する場合などである。このため、本実施の形態では、給油の可能性がない場合（エンジンの始動前及び停止後）や、運転状態が安定している場合（燃料カット制御の実行中）などに、２種類の周波数Ｆa，Ｆbによりアルコール濃度を検出する。それ以外の場合には、単一の周波数によってアルコール濃度を検出するか、またはアルコール濃度の検出を禁止する。なお、エンジンの停止後にアルコール濃度を検出すると、次回の始動時までに燃料性状が変化している場合があるので、アルコール濃度の検出タイミングとしては、エンジンの停止後よりも始動前の方が好ましい。上記構成によれば、温度変化や濃度変化の影響により静電容量、誘電率等の誤差が生じるのを防止し、アルコール濃度の検出精度を向上させることができる。
【００５３】
なお、上述したアルコール濃度の算出処理は、実施の形態１で述べた濃度検出制御と組合わせて実行される。即ち、本実施の形態では、燃料中のアルコール濃度及び燃料温度が大きく変化した過渡状態であると判定した場合に、実施の形態１で述べた濃度検出制御を実行し、それ以外の場合、即ち、定常状態では、実施の形態２で述べたアルコール濃度の算出処理を実行するものである。
【００５４】
［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
次に、図８を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図８は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、前記実施の形態１（図５）のステップ１１６で行われるものとする。図８に示すルーチンでは、まず、ステップ２００において、燃温センサ４２、アルコール濃度センサ４４等が起動したか否かを判定し、ステップ２０２では、燃料の劣化判定が完了したか否かを判定する。そして、各センサが起動し、劣化判定が完了していない場合には、ステップ２０４において、給油が実行されたか否かを判定する。この判定は、例えば燃料タンク内に貯留された燃料の残量を検出したり、給油口の開閉動作を検出することにより実行される。
【００５５】
ステップ２０４の判定が不成立の場合には、給油が行われていないので、ステップ２０６において、周波数Ｆaで電圧を印加しつつ、静電容量Ｃ2aを読込む。また、周波数Ｆaでの燃料温度Ｔaを読込む。次に、ステップ２０８では、周波数Ｆbで電圧を印加しつつ、静電容量Ｃ2bを読込む。また、周波数Ｆbでの燃料温度Ｔbを読込む。そして、ステップ２１０では、燃料温度Ｔa，Ｔbの差分の絶対値｜Ｔb−Ｔa｜が所定の許容限度Ｔsよりも小さいか否かを判定する。ここで、許容限度Ｔsは、温度の検出ばらつきを許容するためのもので、燃温センサ４２の検出分解能等に応じて設定される。
【００５６】
ステップ２１０の判定が成立した場合には、燃料温度Ｔa，Ｔbが一致しているとみなせるので、ステップ２１２では、前述のように、静電容量Ｃ2a，Ｃ2bに基いてアルコール濃度を算出する。また、ステップ２１０の判定が不成立の場合には、静電容量Ｃ2a，Ｃ2bを検出する間に温度が変化したので、周波数Ｆa，Ｆbの切換動作を停止し、そのまま制御を終了する。これにより、アルコール濃度は、例えば単一の周波数を用いて検出される。
【００５７】
一方、ステップ２０４の判定が成立した場合には、給油が実行されたので、まず、ステップ２１４では、例えば給油前，後の燃料残量に基いて、燃料タンク内の燃料が入れ替わるのに必要な必要燃料消費量Ｑ1を算出する。また、ステップ２１６では、現在までに消費した燃料量の積算値である積算燃料消費量Ｑを算出し、ステップ２１８では、積算燃料消費量Ｑが必要燃料消費量Ｑ1を超えたか否かを判定する。この判定が成立した場合には、燃料タンク内の燃料が給油後の燃料に入れ替わったと判断されるので、ステップ２０６に移行する。一方、ステップ２１８の判定が不成立の場合には、給油が行われたものの、まだタンク内の燃料が入れ替わっていないので、そのまま制御を終了する。即ち、この場合には、周波数Ｆa，Ｆbの切換動作が停止され、例えば単一の周波数によりアルコール濃度が検出される。
【００５８】
なお、前記実施の形態では、図８中のステップ２０６，２０８が請求項２における周波数別検出手段の具体例を示し、ステップ２１２が水分補正濃度算出手段の具体例を示している。また、ステップ２１０は、請求項３における禁止手段の具体例を示し、ステップ２０４，２１４〜２１８は、請求項４における停止手段の具体例を示している。
【００５９】
実施の形態３．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１または実施の形態２において、空燃比センサの出力に基いてアルコール濃度センサの作動状態を診断することを特徴としている。なお、本実施の形態では、前記実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６０】
［実施の形態３の特徴］
実施の形態１，２により検出された燃料中のアルコール濃度は、燃料噴射制御に用いられる。燃料噴射制御では、例えば吸入空気量、エンジン回転数、エンジンの暖機状態、燃料中のアルコール濃度等のパラメータに基いて、公知の方法により燃料噴射量を決定する。そして、この燃料噴射量に応じて筒内での燃焼状態が変化するので、燃料中のアルコール濃度と排気ガスの空燃比との間には、一定の相関がある。このため、アルコール濃度センサ４４の故障等により濃度検出値に誤差が生じた場合には、アルコール濃度と空燃比の関係が前記一定の相関からずれることになる。
【００６１】
本実施の形態では、上記原理を利用して、アルコール濃度の検出値と空燃比とに基いてアルコール濃度センサ４４が正常であるか否かを診断する構成としている。具体的に述べると、ＥＣＵ５０には、アルコール濃度に基いて適正な空燃比を算出するためのマップデータが予め記憶されている。このマップデータは、例えばアルコール濃度以外のパラメータを一定の基準状態に保持しつつ、実験等によりアルコール濃度と空燃比との関係を計測することで求めることができる。
【００６２】
エンジンの運転中には、まず、アルコール濃度の検出値に基いて前記マップデータを参照し、当該アルコール濃度において得られるべき適正な空燃比を算出する。この算出処理は、前記他のパラメータが基準状態となったときに（または、他のパラメータを基準状態に制御した状態で）実行する。次に、空燃比センサ４０により検出した実際の空燃比と適正な空燃比とを比較し、両者の乖離が正常なばらつき範囲よりも大きい場合には、アルコール濃度センサ４４に故障等の異常が生じたものと診断する。なお、この診断処理は、公知の診断制御等により空燃比センサ４０が正常であることを確認した状態で実行する。また、実施の形態２で述べたように、燃料中のアルコール濃度や燃料温度に過渡的な変化が生じている場合には、アルコール濃度の検出値に誤差が生じ易いので、上記診断処理を禁止する。
【００６３】
上記制御によれば、空燃比センサ４０の出力を用いるだけで、アルコール濃度センサ４４の故障を正確に診断することができる。これにより、センサの故障に対して迅速かつ適切に対処することができ、システムの信頼性を向上させることができる。なお、上記説明では、他のパラメータが基準状態のときに診断を行う構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、アルコール濃度を含む前記各パラメータと空燃比との関係を多次元マップデータとしてデータ化する構成としてもよい。これにより、任意の運転状態において、前記各パラメータに基いて適正な空燃比を算出し、アルコール濃度センサ４４の故障診断を実行することができる。
【００６４】
［実施の形態３を実現するための具体的な処理］
次に、図９を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図９は、本発明の実施の形態３において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、前記実施の形態１のルーチン（図５）または前記実施の形態２のルーチン（図５及び図８）と並列に実行されるものとする。図９に示すルーチンでは、まず、ステップ３００において、空燃比センサ４０とアルコール濃度センサ４４の出力を読込み、これらの検出値に基いてアルコール濃度の検出値（濃度検出値）と実際の空燃比をそれぞれ取得する。次に、ステップ３０２では、濃度検出値（及び他のパラメータ）に基いて前記マップデータを参照し、センサが正常な場合に得られる適正な空燃比を算出する。
【００６５】
そして、ステップ３０４では、実際の空燃比と適正な空燃比との乖離を算出し、この乖離が故障判定値よりも大きいか否かを判定する。ここで、故障判定値は、例えば空燃比の正常なばらつき範囲等に基いて設定される。そして、ステップ３０４の判定が成立した場合には、ステップ３０６において、アルコール濃度センサ４４が故障したものと診断する。また、ステップ３０４の判定が不成立の場合には、ステップ３０８において、アルコール濃度センサ４４が正常であると判定する。なお、上記説明では、図９中に示すステップ３０４〜３０８が請求項５における診断手段の具体例を示している。
【００６６】
前記各実施の形態では、燃温センサ４２とアルコール濃度センサ４４とを別個のセンサ部品により構成し、各センサの出力信号処理をＥＣＵ５０により実行するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば濃度検出部及び温度検出部と、これらの出力信号処理をＥＣＵ５０と同様に行う信号処理部とを一体化したり、基板上に搭載することで、本発明のシステムを実現してもよい。
【００６７】
また、実施の形態では、燃料性状検出装置を内燃機関（エンジン１０）に適用した場合を例示した。しかし、本発明は内燃機関に限るものではなく、アルコール燃料を用いる各種の産業機械や燃焼装置に広く適用されるものである。
【符号の説明】
【００６８】
１０  エンジン（内燃機関）
１２  ピストン
１４  燃焼室
１６  クランク軸
１８  吸気通路
２０  排気通路
２２  スロットルバルブ
２４  触媒
２６，２８  噴射弁
３０  点火プラグ
３２  吸気バルブ
３４  排気バルブ
３６  クランク角センサ
３８  エアフローセンサ
４０  空燃比センサ（空燃比検出手段）
４２  燃温センサ（温度検出部）
４４  アルコール濃度センサ（濃度検出部）
５０  ＥＣＵ
【図１】
0005569233.tif 000002
【図２】
0005569233.tif 000003
【図３】
0005569233.tif 000004
【図４】
0005569233.tif 000005
【図５】
0005569233.tif 000006
【図６】
0005569233.tif 000007
【図７】
0005569233.tif 000008
【図８】
0005569233.tif 000009
【図９】
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