(57)【要約】【課題】精度よくアルコール濃度を検出可能なアルコール濃度検出装置を提供する。【解決手段】アルコール濃度検出装置１は、電極部６５と、スイッチトキャパシタ回路７０と、標準電圧発生回路８０と、増幅回路９０と、制御部１００と、を備える。スイッチトキャパシタ回路７０は、電極部６５における静電容量Ｃｐを検出電圧Ｖｂに変換する。増幅回路９０は、検出電圧Ｖｂを増幅して出力する。制御部１００では、増幅度γで増幅された出力電圧Ｖｏｕｔγ、および、増幅度βで増幅された出力電圧Ｖｏｕｔβを取得し、出力電圧Ｖｏｕｔγ、Ｖｏｕｔβ、および増幅度γに基づき、増幅度βを補正する。増幅度を補正することにより、誤差等の影響により、増幅度によって算出されるアルコール濃度に差が生じるのを避けることができ、精度よく液体中のアルコール濃度を検出することができる。【選択図】  図３
2012185074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中に浸漬されるとともに前記液体中のアルコール濃度に応じて変化する静電容量を検出する電極部と、
前記電極部における前記静電容量を検出電圧に変換する電圧変換部と、
前記電圧変換部に電圧を印加する電圧印加部と、
前記検出電圧を増幅して出力する増幅部と、
前記検出電圧の増幅度を切り替える増幅度切替手段と、
基準となる第１の増幅度で増幅された前記検出電圧である第１の出力電圧、および、前記第１の増幅度とは異なる第２の増幅度で増幅された前記検出電圧である第２の出力電圧を取得する電圧取得手段と、
前記第１の出力電圧に基づいて算出される前記液体中のアルコール濃度と前記第２の出力電圧に基づいて算出される前記液体中のアルコール濃度とが一致するように、前記第１の出力電圧、前記第２の出力電圧、および、前記第１の増幅度に基づき、前記第２の増幅度を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とするアルコール濃度検出装置。
【請求項２】
前記増幅部は、オペアンプ、および、前記オペアンプに並列に接続可能な抵抗値が異なる複数のゲイン抵抗を有し、
前記増幅度切替手段は、前記オペアンプに接続される前記ゲイン抵抗を切り替えることにより、前記増幅度を切り替えることを特徴とする請求項１に記載のアルコール濃度検出装置。
【請求項３】
前記電圧印加部は、第１の抵抗、および、前記第１の抵抗と直列に接続可能であり、前記第１の抵抗と接続されることにより分圧抵抗を構成する抵抗値が異なる複数の第２の抵抗を有し、
前記増幅度切替手段は、前記第１の抵抗に接続される前記第２の抵抗を切り替えることにより、前記増幅度を切り替えることを特徴とする請求項１に記載のアルコール濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばガソリンとエタノールとを混合した混合液体中のエタノール濃度を検出するアルコール濃度検出装置が公知である。アルコール濃度検出装置では、２つの電極および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、静電容量に基づいてアルコール濃度を検出する。
ガソリンとエタノールとの混合液体の誘電率は、特にエタノール濃度が低い領域では非線形性が強い。そのため、特許文献１では、エタノール濃度に対応する電圧の変化が小さい領域においてゲインを増大させることにより、エタノール濃度の検出精度を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１３３９３０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、例えば特許文献１のように、抵抗値の異なる複数の抵抗を設け、用いる抵抗を切り替えることによりゲインを切り替える場合、抵抗の個体ばらつき等により検出されるアルコール濃度に誤差が生じる虞がある。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、精度よくアルコール濃度を検出可能なアルコール濃度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】
【０００５】
請求項１に記載のアルコール濃度検出装置は、電極部と、電圧変換部と、電圧印加部と、増幅部と、増幅度切替手段と、電圧取得手段と、補正手段と、を備える。電極部では、液体中に浸漬されるとともに液体中のアルコール濃度に応じて変化する静電容量を検出する。電圧変換部は、電極部における静電容量を検出電圧に変換する。電圧印加部は、電圧変換部に電圧を印加する。増幅部は、検出電圧を増幅して出力する。増幅度切替手段は、検出電圧の増幅度を切り替える。電圧取得手段は、基準となる第１の増幅度で増幅された検出電圧である第１の出力電圧、および、第１の増幅度とは異なる第２の増幅度で増幅された検出電圧である第２の出力電圧を取得する。補正手段は、第１の出力電圧に基づいて算出される液体中のアルコール濃度と、第２の出力電圧に基づいて算出される液体中のアルコール濃度と、が一致するように、第１の出力電圧、第２の出力電圧、および、第１の増幅度に基づき、第２の増幅度を補正する。
【０００６】
本発明では、増幅度を切り替え可能であるので、例えばアルコール濃度が低いときには増幅度を大きくする等、検出電圧を適切に増幅することができ、精度よくアルコール濃度を検出することができる。また、基準となる第１の増幅度に基づいて第２の増幅度を補正することにより、誤差等の影響を受けて、増幅度によって算出されるアルコール濃度に差が生じるのを避けることができ、増幅度によらず正確なアルコール濃度を算出することができる。したがって、精度よく液体中のアルコール濃度を検出することができる。また、例えば製品の出荷検査時に基準となる第１の増幅度におけるアルコール濃度を確認しておけば、第２の増幅度を補正可能であるので、検査工数を低減することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、増幅部は、オペアンプ、および、オペアンプに並列に接続可能な抵抗値が異なる複数のゲイン抵抗を有する。増幅度切替手段は、オペアンプに接続されるゲイン抵抗を切り替えることにより、増幅度を切り替える。これにより、容易に増幅度を切り替えることができる。また、ゲイン抵抗の実際の抵抗値と設定値とに誤差があったとしても、増幅度を補正することにより、精度よくアルコール濃度を検出することができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、電圧印加部は、第１の抵抗、および、抵抗値が異なる複数の第２の抵抗を有する。第２の抵抗は、第１の抵抗と直列に接続可能であり、第１の抵抗と接続されることにより分圧抵抗を構成する。増幅度切替手段は、第１の抵抗に接続される第２の抵抗を切り替えることにより、増幅度を切り替える。すなわち本発明では、電圧印加部により電圧変換部に印加する電圧を変更することで増幅度を変更している。これにより、容易に増幅度を切り替えることができる。また、分圧抵抗を構成する第１の抵抗値と第２の抵抗値との比の実際の値と設定値とに誤差があったとしても、増幅度を補正することにより、精度よくアルコール濃度を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態による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実施形態によるアルコール濃度検出装置のセンサ部分を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるアルコール濃度検出装置の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第１実施形態におけるエタノール濃度と検出電圧との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１実施形態におけるエタノール濃度と出力電圧との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第１実施形態による補正処理を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の第１実施形態による補正処理を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態によるアルコール濃度検出装置の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明によるアルコール濃度検出装置を図面に基づいて説明する。
なお、以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるアルコール濃度検出装置は、車両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との混合液体中のエタノール濃度の検出に用いられる。
【００１１】
まず、本実施形態のアルコール濃度検出装置が用いられる燃料供給システムを図１に示す。図１に示すように、アルコール濃度検出装置１は、図示しないエンジンの燃料供給系統に設けられる。アルコール濃度検出装置１は、燃料タンク２とデリバリパイプ５とを接続する燃料配管４に設けられている。燃料タンク２には、ガソリンとエタノールとが混合された燃料が貯留される。燃料タンク２には、ガソリンとエタノールとの混合液体、ガソリン、および、エタノール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２内の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。燃料タンク２内の燃料は、燃料ポンプ３によって燃料配管４を通りデリバリパイプ５へ圧送され、インジェクタ６から図示しない吸気管またはシリンダ内へ噴射される。インジェクタ６は、エンジンのＥＣＵ（電子制御ユニット）７により電気的に駆動制御される。ＥＣＵ７は、マイクロコンピュータ等から構成され、アルコール濃度検出装置１からの検出信号、および、エンジンに係る各種検出信号が入力される。本実施形態では、最適条件（例えば排気中に含まれる有害物質量が最小かつ省燃費条件）でエンジンを運転するために、エンジンへ供給される燃料のエタノール濃度をアルコール濃度検出装置１により検出し、検出されたエタノール濃度に応じ、空燃比、燃料噴射量、点火時期等の各種制御パラメータを適切に制御している。なお、エンジンを最適条件で運転すべく、インジェクタ６にできるだけ近い位置におけるエタノール濃度を検出するようにアルコール濃度検出装置１を設けることが好ましい。
【００１２】
図２に示すように、アルコール濃度検出装置１は、第１ハウジング１０、連結パイプ２０、２１、第１電極３１、第２電極３２、サーミスタ４０、第２ハウジング５０、および、回路部６０等から構成されている。
第１ハウジング１０は、例えばステンレス等の金属により略筒状に形成される。第１ハウジング１０の内部には、燃料室１１が形成される。第１ハウジング１０の軸方向（図２中においては紙面左右方向）の両端には、シール部材１２、１３を挟んで連結パイプ２０、２１がねじ結合している。連結パイプ２０、２１は、例えばステンレス等の金属から筒状に形成される。連結パイプ２０の内部には通路２２が形成され、連結パイプ２１の内部には通路２３が形成される。通路２２、２３は、燃料室１１と連通している。また、連結パイプ２０の軸方向の途中には、径方向外側に突出する爪２４が形成され、連結パイプ２１の軸方向の途中には、径方向外側に突出する爪２５が形成されている。連結パイプ２０、２１は、爪２４、２５に接続する図示しないコネクタを介して燃料配管４（図１参照）と接続する。これにより、連結パイプ２０の通路２２、連結パイプ２１の通路２３、および、第１ハウジング１０の燃料室１１に燃料が供給される。
【００１３】
第１電極３１は、例えばステンレス等の金属により略円筒状に形成され、第１ハウジング１０の径方向の一側に形成された開口１４から、第１ハウジング１０の軸方向と概ね直行するように第１ハウジング１０の燃料室１１に挿入される。第２電極３２は、例えばステンレス等の金属により有底筒状に形成され、第１電極３１の径方向内側に形成される空間３５に収容される。第１電極３１の径方向内側の内壁と、第２電極３２の径方向外側の外壁との間には、ガラスシール３６が設けられる。これにより、第１電極３１と第２電極３２とが固定される。また、ガラスシール３６は、第１電極３１と第２電極３２とを電気的に絶縁している。
第１電極３１は、径方向に通じる燃料孔３３、３４を有している。第１ハウジング１０の燃料室１１の燃料は、燃料孔３３、３４を経由して第１電極３１と第２電極３２との間の空間３５に流入する。これにより、第１電極３１および第２電極３２は、空間３５に流入した燃料を誘電体とし、コンデンサとして機能する。詳細は後述するが、このコンデンサを図３の回路図中においては、「コンデンサ６６」と記載する。
【００１４】
サーミスタ４０は、温度変化によって電気抵抗が変化する温度検出素子である。サーミスタ４０は、第２電極３２の内側に収容され、第２電極３２の底部の内壁に当接している。これにより、第１電極３１と第２電極３２との間の空間３５の燃料の温度は、第２電極３２の底部を経由してサーミスタ４０に伝導する。なお、第２電極３２の底部の内壁とサーミスタ４０との間に放熱グリス等の熱伝導部材を充填してもよい。
【００１５】
第２ハウジング５０は、例えば樹脂等により有底筒状に形成され、底部５１が第１ハウジング１０の開口１４に対応する位置に固定される。また、第２ハウジング５０の底部５１には収容孔５７が設けられ、第２電極３２の燃料に浸漬されない側の端部を収容している。
第２ハウジング５０と第１ハウジング１０との間には、環状のパッキン５２および板状の弾性部材５３が設けられる。パッキン５２は、第２ハウジング５０と第１ハウジング１０との間に外部から水等が浸入するのを防止する。弾性部材５３には、略中央に開口が形成され、この開口には第２電極３２が嵌合している。
【００１６】
第２ハウジング５０の第１ハウジング１０と反対側の開口部には、板状の蓋５４が設けられ、第２ハウジング５０の内部に外部から水等が浸入するのを防止する。蓋５４は、第２ハウジング５０の径方向外側に突出する係止部５５に係止された板状のスプリング５６により固定される。また、これにより、弾性部材５３を介して第１電極３１が第１ハウジング１０に押し付けられる。
【００１７】
回路部６０は、プリント配線板に設けられた複数の電子部品から構成され、第２ハウジング５０の内側に収容されている。回路部６０と第１電極３１とは、第１導電体３７により接続される。回路部６０と第２電極３２とは、第２導電体３８により接続される。また、回路部６０とサーミスタ４０とは、第３導電体４１および第４導電体４２により接続されている。
【００１８】
ここで、アルコール濃度検出装置１の回路構成を図３に基づいて説明する。なお、図３中においてはサーミスタ４０による温度検出に係る構成等については省略している。
アルコール濃度検出装置１には、イグニッションスイッチ１１０を介してバッテリ１１１から電力が供給される。アルコール濃度検出装置１の出力端子１１５は、ＥＣＵ７に接続される。これにより、アルコール濃度検出装置１により検出された燃料中のエタノール濃度に係るエタノール濃度検出信号がＥＣＵ７に出力される。
また、アルコール濃度検出装置１とバッテリ１１１との間には、定電圧レギュレータ１１６が設けられる。定電圧レギュレータ１１６では、バッテリ１１１からの電圧を所定電圧に変換し、安定化する。本実施形態では、定電圧レギュレータ１１６によりバッテリ電圧（例えば１２Ｖ）が５Ｖに変換され、アルコール濃度検出装置１に印加される。
【００１９】
アルコール濃度検出装置１は、電極部６５、電圧変換部としてのスイッチトキャパシタ回路７０、電圧印加部としての標準電圧発生回路８０、増幅部としての増幅回路９０、および、制御部１００等から構成される。本実施形態では、電極部６５は、第１電極３１、第２電極３２、および第１電極３１と第２電極３２との間の空間３５に流入する燃料により構成される。また、スイッチトキャパシタ回路７０、標準電圧発生回路８０、増幅回路９０、および、制御部１００等の電子部品は、回路部６０に設けられる。
【００２０】
電極部６５は、上述の通り、第１電極３１、第２電極３２、および、第１電極３１と第２電極３２との間の空間３５に流入する燃料により構成される。空間３５に流入する燃料は、誘電体として作用し、第１電極３１、第２電極３２、および、空間３５に流入する燃料により静電容量体が形成される。この静電容量体を図３中において、コンデンサ６６として記載している。コンデンサ６６の静電容量は、一定の温度においてエタノール濃度と相関関係を有する。具体的には、一定の温度において、エタノール濃度が高くなるに従い静電容量が大きくなる。本実施形態では、この特性を利用し、コンデンサ６６の静電容量に基づき、燃料中のエタノール濃度を測定する。また、一定のエタノール濃度において、燃料の温度と静電容量とが相関関係を有しているので、サーミスタ４０により検出される燃料の温度に基づいて温特補正を行う。
【００２１】
また、第１電極３１と第２電極３２との間には、空間３５に流入する燃料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、電気回路上においてはコンデンサ６６と並列に接続されているとみなすことができ、図３中において、コンデンサ６６と並列に接続されるリーク抵抗６７と記載している。リーク抵抗６７は、水分含有量等の燃料性状によって変化する。
【００２２】
スイッチトキャパシタ回路７０は、インバータ７１、および、２つのスイッチ７２、７３を有する。スイッチトキャパシタ回路７０のＡ点には、制御部１００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の周波数ｆ１の第１周波数パルス波電圧、および、周波数が第２の周波数ｆ２の第２周波数パルス波電圧が印加される。２つのスイッチ７２、７３は、いずれも印加されるパルス波電圧がハイレベルのときには閉、パルス波電圧がローレベルのときに開となる。また、一方のスイッチ７２には、制御部１００からのパルス波電圧が直接印加され、他方のスイッチ７３には、制御部１００からのパルス波電圧がインバータ７１を経由して印加される。これにより、スイッチ７２およびスイッチ７３には、周波数が同一であり、位相が反対のパルス波電圧が印加される。したがって、スイッチ７２に印加されるパルス波電圧がハイレベルのとき、スイッチ７３に印加されるパルス波電圧はローレベルとなる。このとき、スイッチ７２が閉、スイッチ７３が開となる。また、スイッチ７２に印加されるパルス波電圧がローレベルのとき、スイッチ７３に印加されるパルス波電圧はハイレベルとなる。このとき、スイッチ７２が開、スイッチ７３が閉となる。すなわち、スイッチ７２の開閉動作と、スイッチ７３の開閉動作とは、反対のタイミングとなる。これにより、制御部１００からスイッチトキャパシタ回路７０へ第１の周波数パルス電圧が印加されると、スイッチ７２、７３は、第１の周波数ｆ１であって反対のタイミングで開閉作動する。また、制御部１００からスイッチトキャパシタ回路７０へ第２の周波数パルス電圧が印加されると、スイッチ７２、７３は、第２の周波数ｆ２であって反対のタイミングで開閉作動する。
【００２３】
標準電圧発生回路８０は、オペアンプ８１、および抵抗８２、８３等を有する。標準電圧発生回路８０は、定電圧レギュレータ１１６により安定化された電圧を、抵抗８２、８３の比に分圧し、スイッチトキャパシタ回路７０に印加している。
【００２４】
増幅回路９０は、オペアンプ９１、ゲイン抵抗９２、９４、９６、および、ゲイン抵抗切替スイッチ９３、９５、９７等を有する。ゲイン抵抗９２、９４、９６は、異なる抵抗値の抵抗により構成され、並列に設けられる。本実施形態では、抵抗値の小さい方から、ゲイン抵抗９２、９４、９６の順となっている。すなわち、ゲイン抵抗９２の抵抗値が最も小さく、ゲイン抵抗９６の抵抗値が最も大きい。また、ゲイン抵抗９２とゲイン抵抗切替スイッチ９３とが直列に接続され、ゲイン抵抗９４とゲイン抵抗切替スイッチ９５とが直列に接続され、ゲイン抵抗９６とゲイン抵抗切替スイッチ９７とが直列に接続される。ゲイン抵抗切替スイッチ９３、９５、９７は、制御部１００からの駆動信号により開閉状態が制御される。これにより、ゲイン抵抗切替スイッチ９３、９５、９７の開閉状態を切り替えることにより、オペアンプ９１と接続されてゲイン抵抗として機能する抵抗の抵抗値、すなわち増幅回路９０における増幅度を切り替えることができる。
【００２５】
制御部１００は、定電圧レギュレータ１１６により安定化された電圧が印加されることにより作動する。制御部１００は、例えば周知のマイクロコンピュータにより構成されている。制御部１００は、増幅回路９０により増幅された出力電圧Ｖｏｕｔを取得し、取得された出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて燃料中のエタノール濃度を算出する。本実施形態では、出力電圧Ｖｏｕｔを静電容量に換算したうえで、燃料中のエタノール濃度を算出している。そして、制御部１００にて算出されたエタノール濃度に係るエタノール濃度信号を、出力端子１１５を経由してＥＣＵ７へ出力する。
【００２６】
ここで、アルコール濃度検出装置１によるエタノール濃度検出について説明する。
アルコール濃度検出装置１の作動を開始すると、制御部１００は、スイッチトキャパシタ回路７０のＡ点に、第１周波数パルス波電圧および第２周波数パルス波電圧を交互に印加する。上述の通り、スイッチトキャパシタ回路７０のＡ点に第１周波数パルス波電圧および第２周波数パルス波電圧が印加されると、スイッチ７２、７３は、印加されているパルス波電圧の周波数に同期した周期であって、反対のタイミングで開閉動作する。
【００２７】
スイッチ７２が開、スイッチ７３が閉であるとき、スイッチ７３を経由して標準電圧発生回路８０から標準電圧Ｅが電極部６５に印加される。このとき、コンデンサ６６に電流ｉ１が流れ、リーク抵抗６７に電流ｉ２が流れる。コンデンサ６６に流れる電流ｉ１は、標準電圧Ｅが印加された直後に立ち上がり、コンデンサ６６の充電が完了すると０となる。また、コンデンサ６６と並列接続されるとみなされるリーク抵抗６７に流れる電流ｉ２は、標準電圧Ｅが電極部６５に印加されている間は一定値となる。
【００２８】
一方、スイッチ７２が閉、スイッチ７３が開であるとき、スイッチ７３を経由して標準電圧発生回路８０から標準電圧Ｅが電極部６５に印加されず、スイッチ７２を経由して充電状態にあったコンデンサ６６から電流ｉ１がグランド側へ流れる。この電流ｉ１の流れる方向は、上述のスイッチ７２が開であってスイッチ７３が閉である場合と反対になる。コンデンサ６６の放電が終了すると、電流ｉ１は０となる。また、リーク抵抗６７に流れる電流ｉ２は０である。
すなわち、スイッチ７２、７３の開閉を切り替えることにより、コンデンサ６６に電荷を蓄える充電状態と、コンデンサ６６から電荷を放電する放電状態と、を切り替えている。
【００２９】
次に、第１の周波数ｆ１または第２の周波数ｆ２でスイッチ７２、７３の開閉が切り替えられたときのオペアンプ８１から出力される電圧、すなわち図３中の点Ｂの電圧であるＢ点電圧Ｖｂについて説明する。
まず、リーク抵抗６７に流れる電流ｉ２の平均値は、以下の式（１）で表される。
ｉ２＝０．５×Ｅ×Ｒｐ      …（１）
ただし、Ｒｐは、リーク抵抗６７の抵抗値である。
【００３０】
また、コンデンサ６６に蓄えられる電荷ΔＱは、コンデンサ６６の静電容量をＣｐとすると、以下の式（２）で表される。
ΔＱ＝Ｃｐ×Ｅ      …（２）
電流ｉ１の平均値は、電荷ΔＱの時間微分であるため、以下の式（３）で表される。
ｉ１＝ΔＱ／Ｔ
＝Ｃｐ×Ｅ／Ｔ
＝Ｃｐ×Ｔ×ｆ      …（３）
ただし、Ｔは、周期であって、周波数Ｔの逆数（１／ｆ）である。
ここで、式（３）から明らかなように、コンデンサ６６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７０のＡ点に印加されるパルス波電圧の周波数ｆに比例している。
【００３１】
また、Ｂ点電圧Ｖｂは、式（１）、（３）から、以下の式（４）で表される。
Ｖｂ＝Ｅ＋Ｒｇ×（ｉ１＋ｉ２）
＝Ｅ＋Ｒｇ×｛（Ｃｐ×Ｅ／Ｔ）＋０．５×Ｅ／Ｒｐ｝
＝Ｅ×｛１＋（０．５×Ｒｇ／Ｒｐ）＋Ｒｇ×Ｃｐ＋ｆ｝      …（４）
ただし、Ｒｇは、抵抗８６の抵抗値である。
【００３２】
ここで、燃料中のエタノール濃度に応じて変化するＢ点電圧Ｖｂを表す式（４）中には、リーク抵抗６７の抵抗値であるＲｐが含まれる。リーク抵抗６７の抵抗値Ｒｐは、燃料中に含まれる水等の導電性の不純物の割合によって変化する。そのため、燃料中の不純物の割合によってリーク抵抗６７の抵抗値Ｒｐが変化することにより、エタノール濃度の検出精度が低下する。
【００３３】
そこで本実施形態では、スイッチトキャパシタ回路７０に周波数の異なる２種類のパルス波電圧を交互に印加することにより、リーク抵抗６７の影響を排除し、エタノール濃度の検出精度を高めている。
具体的には、以下の通りである。
スイッチ７２、７３が周波数ｆ１で開閉動作しているときのＢ点電圧Ｖｂ１は、以下の式（５）で表される。
Ｖｂ１＝Ｅ×｛１＋（０．５×Ｒｇ／Ｒｐ）＋Ｒｇ×Ｃｐ＋ｆ１｝      …（５）
【００３４】
また、スイッチ７２、７３が周波数ｆ２で開閉動作しているときのＢ点電圧Ｖｂ２は、以下の式（６）で表される。
Ｖｂ２＝Ｅ×｛１＋（０．５×Ｒｇ／Ｒｐ）＋Ｒｇ×Ｃｐ＋ｆ２｝      …（６）
【００３５】
そして、スイッチ７２、７３が周波数ｆ１で開閉動作しているときのＢ点電圧Ｖｂ１と、周波数ｆ２で開閉動作しているときのＢ点電圧Ｖｂ２との差は、以下の式（７）で表される。
Ｖｂ１−Ｖｂ２＝Ｅ×（ｆ１−ｆ２）×Ｒｇ×Ｃｐ      …（７）
【００３６】
このように、スイッチ７２、７３が周波数ｆ１で開閉動作しているときのＢ点電圧Ｖｂ１と周波数ｆ２で開閉動作しているときのＢ点電圧Ｖｂ２とを用いることにより、エタノール濃度の検出に係る式中からリーク抵抗６７の抵抗値Ｒｐが消去され、エタノール濃度検出におけるリーク抵抗６７の影響を排除することができる。これにより、エタノール濃度の検出精度が向上する。
【００３７】
以下、周波数ｆ１と周波数ｆ２の差分を「差分周波数Δｆ」といい、本実施形態では、差分周波数Δｆを４００ｋＨｚとする。また、上記式（７）で算出されるＢ点電圧Ｖｂ１−Ｖｂ２は、電極部６５の静電容量Ｃｐを変換した値であって、燃料中のアルコール濃度に応じて変化する。そこで本実施形態では、差分周波数Δｆを４００ｋＨｚとしたときに上記式（７）にて算出されるＶｂ１−Ｖｂ２に基づいて、燃料中のアルコール濃度を検出するものとし、以下、上記式（７）にて算出されるＶｂ１−Ｖｂ２を、単に「検出電圧Ｖｂ」ということにする。
【００３８】
ここで、検出電圧Ｖｂと燃料中のエタノール濃度との関係を図４に基づいて説明する。
図４に示すように、検出電圧Ｖｂと燃料中のエタノール濃度とは、相関関係を有している。燃料中のエタノール濃度がある値Ｘａ以上のとき、検出電圧Ｖｂと燃料中のエタノール濃度との関係は、略直線性を有している。一方、燃料中のエタノール濃度がある値Ｘａ未満のとき、検出電圧Ｖｂと燃料中のエタノール濃度との関係は、指数関数的となっている。すなわち、燃料中のエタノール濃度が低い場合、燃料中のエタノール濃度が高い場合と比較して、エタノール濃度変化量に対する検出電圧Ｖｂの変化量が小さい。換言すると、検出電圧Ｖｂに基づくエタノール濃度検出に係る分解能が低い。
【００３９】
そこで本実施形態では、増幅度を切り替えることにより、燃料中のエタノール濃度の検出精度を高めている。本実施形態では、増幅回路９０においてオペアンプ９１に接続されるゲイン抵抗９２、９４、９６を切り替えることにより、増幅度を切り替えている。
増幅回路９０にてオペアンプ９１と接続されるゲイン抵抗の抵抗値と増幅度との関係について言及しておくと、ゲイン抵抗の抵抗値が大きいほど増幅度が大きく、ゲイン抵抗の抵抗値が小さいほど増幅度が小さい。すなわち本実施形態では、最も抵抗値の大きいゲイン抵抗９６を用いたときに最も増幅度が大きく、最も抵抗値の小さいゲイン抵抗９２を用いたときに最も増幅度が小さい。本実施形態では、ゲイン抵抗９６を用いたときの増幅度をα、ゲイン抵抗９４を用いたときの増幅度をβ、ゲイン抵抗９２を用いたときの増幅度をγとし、増幅度α、β、γの関係は、α＞β＞γである。
【００４０】
ここで、増幅度の切り替えについて、図５に基づいて説明する。図５では、横軸を燃料中のエタノール濃度とし、縦軸を増幅回路９０から出力される出力電圧Ｖｏｕｔとしている。なお、出力電圧Ｖｏｕｔは、図３中のＨ点に印加される電圧である。また、図５中においては、ゲイン抵抗９２、９４、９６の抵抗値が設定値通りである場合の出力電圧Ｖｏｕｔとエタノール濃度との関係を実線で示している。
【００４１】
図５に示すように、燃料中のエタノール濃度がＸ２以下であるとき、ゲイン抵抗９６を用いてエタノール濃度を算出可能である。このとき、増幅回路９０から出力される出力電圧Ｖｏｕｔαは増幅度αで増幅されており、実線Ｌαで示す如くなる。
また、燃料中のエタノール濃度がＸ１以上Ｘ４以下であるとき、ゲイン抵抗９４を用いてエタノール濃度を算出可能である。このとき、増幅回路９０から出力される出力電圧Ｖｏｕｔβは増幅度βで増幅されており、実線Ｌβで示す如くとなる。
さらにまた、燃料中のエタノール濃度がＸ３以上であるとき、ゲイン抵抗９２を用いてエタノール濃度を算出可能である。このとき、増幅回路９０から出力される出力電圧Ｖｏｕｔγは増幅度γで増幅されており、実線Ｌγで示す如くとなる。
【００４２】
本実施形態では、燃料中のエタノール濃度に応じてオペアンプ９１と接続されるゲイン抵抗を切り替えることにより増幅度を切り替えている。すなわち、燃料中のエタノール濃度が低く、出力電圧Ｖｏｕｔが小さい場合、抵抗値の大きいゲイン抵抗９６をオペアンプ９１と接続して増幅度を大きくすることにより、分解能を高めている。これにより、燃料中のエタノール濃度の検出精度を高めている。
【００４３】
また本実施形態では、ゲイン抵抗９６またはゲイン抵抗９４のどちらを用いてもエタノール濃度を算出可能である濃度領域Ｒ１、および、ゲイン抵抗９４またはゲイン抵抗９２のどちらを用いてもエタノール濃度を算出可能な濃度領域Ｒ２が設けられている。具体的には、エタノール濃度がＸ１以上Ｘ２以下である濃度領域Ｒ１では、ゲイン抵抗９６またはゲイン抵抗９４のどちらを用いてもエタノール濃度を算出可能であり、エタノール濃度がＸ３以上Ｘ４以下である濃度領域Ｒ２では、ゲイン抵抗９４またはゲイン抵抗９２のどちらを用いてもエタノール濃度を算出可能である。
【００４４】
エタノール濃度がＸ１以上Ｘ２以下である濃度領域Ｒ１のとき、ゲイン抵抗９６またはゲイン抵抗９４を用いてエタノール濃度を算出可能である。エタノール濃度がＸ１であるとき、ゲイン抵抗９６を用いたときの出力電圧ＶｏｕｔαはＶα1であり、ゲイン抵抗９４を用いたときの出力電圧ＶｏｕｔβはＶβ1である。また、エタノール濃度がＸ２であるとき、ゲイン抵抗９６を用いたときの出力電圧ＶｏｕｔαはＶα2であり、ゲイン抵抗９４を用いたときの出力電圧ＶｏｕｔβはＶβ2である。ここで、ゲイン抵抗９６を用いたときの出力電圧ＶｏｕｔαがＶα1以上Ｖα2以下であるとき、ゲイン抵抗９４を用いてもエタノール濃度を算出可能である、といえる。また、ゲイン抵抗９４を用いたときの出力電圧ＶｏｕｔβがＶβ1以上Ｖβ2以下であるとき、ゲイン抵抗９６を用いてもエタノール濃度を算出可能である、といえる。
【００４５】
同様に、エタノール濃度がＸ３以上Ｘ４以下である濃度領域Ｒ２とき、ゲイン抵抗９４またはゲイン抵抗９２を用いてエタノール濃度を算出可能である。エタノール濃度がＸ３であるとき、ゲイン抵抗９４を用いたときの出力電圧ＶｏｕｔβはＶβ3であり、ゲイン抵抗９２を用いたときの出力電圧ＶｏｕｔγはＶγ1である。また、エタノール濃度がＸ４であるとき、ゲイン抵抗９４を用いたときの出力電圧ＶｏｕｔβはＶβ4であり、ゲイン抵抗９２を用いたときの出力電圧ＶｏｕｔγはＶγ2である。ここで、ゲイン抵抗９４を用いたときの出力電圧ＶｏｕｔβがＶβ3以上Ｖβ4以下であるとき、ゲイン抵抗９２を用いてもエタノール濃度を算出可能である、といえる。また、ゲイン抵抗９２を用いたときの出力電圧ＶｏｕｔγがＶγ1以上Ｖγ2以下であるとき、ゲイン抵抗９４を用いてもエタノール濃度を算出可能であるといえる。
【００４６】
ところで、ゲイン抵抗９４を用いたときの出力電圧Ｖｏｕｔβは、設計上、実線Ｌβで示す如くであるが、ゲイン抵抗９４の個体ばらつきに起因し、例えば破線Ｍで示す如く、設計値と異なる値となる虞がある。このように、ゲイン抵抗９２、９４、９６の実際の抵抗値と設計上の抵抗値とが異なっている場合、用いるゲイン抵抗を切り替えることにより、算出されるアルコール濃度に誤差が生じる可能性がある。
【００４７】
そこで本実施形態では、燃料中のエタノール濃度が２つのゲイン抵抗にて算出可能な濃度領域であるときに、基準となる増幅度に基づいて他の増幅度の特性を学習することにより、用いるゲイン抵抗の切り替えに伴って算出されるアルコール濃度に誤差が生じないように増幅度を補正している。以下、ゲイン抵抗９６およびゲイン抵抗９４にてエタノール濃度を算出可能な濃度領域Ｒ１を「第１の学習領域Ｒ１」といい、ゲイン抵抗９４およびゲイン抵抗９２にてエタノール濃度を算出可能な濃度領域Ｒ２を「第２の学習領域Ｒ２」という。
【００４８】
ここで、制御部１００にて実行される補正処理を図６および図７に基づいて説明する。なお、本実施形態では、製品出荷前にゲイン抵抗９６を用いて増幅度γにて検査が行われ、規格内の特性であることが確認されているものとする。
最初のステップＳ１０１（以下、「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」で示す。）では、制御部１００の初期化処理を行う。
【００４９】
Ｓ１０２では、ゲイン抵抗切替スイッチ９３、９７を開、ゲイン抵抗切替スイッチ９５を閉としてゲイン抵抗９４をオペアンプ９１に接続し、出力電圧Ｖｏｕｔβを取得する。なお、ゲイン抵抗９４が選択されているので、取得される出力電圧Ｖｏｕｔβは、検出電圧Ｖｂが増幅度βで増幅されている。ここでは燃料中のエタノール濃度が未知であるので、ひとまずゲイン抵抗９４を用いて出力電圧Ｖｏｕｔβを取得しているが、最初に用いるゲイン抵抗は、他のゲイン抵抗であってもよい。
【００５０】
Ｓ１０３では、Ｓ１０２で取得された出力電圧ＶｏｕｔβがＶβ3以上か否かを判断する。Ｖβ3は、第１の学習領域の下限値に対応する電圧であって、換言するとゲイン抵抗９２を用いてエタノール濃度を算出可能な領域に対応する電圧である。出力電圧ＶｏｕｔβがＶβ3より小さいと判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、図７中のＳ１１１へ移行する。出力電圧ＶｏｕｔβがＶβ3以上であると判断された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、Ｓ１０４へ移行する。
【００５１】
Ｓ１０４では、ゲイン抵抗切替スイッチ９５、９７を開、ゲイン抵抗切替スイッチ９３を閉としてゲイン抵抗９２をオペアンプ９１に接続する。このときの増幅度はγである。
Ｓ１０５では、出力電圧Ｖｏｕｔγを取得する。なお、取得される出力電圧Ｖｏｕｔγは、検出電圧Ｖｂが増幅度γで増幅されている。
【００５２】
Ｓ１０６では、Ｓ１０５で取得された出力電圧ＶｏｕｔγがＶγ1以上Ｖγ2以下か否かを判断する。Ｖγ1は、第２の学習領域Ｒ２の下限値に対応する電圧であり、Ｖγ2は、第２の学習領域Ｒ２の上限値に対応する電圧である。すなわち、このステップでは、燃料中のエタノール濃度が第２の学習領域Ｒ２内か否かを判断している、ともいえる。出力電圧ＶｏｕｔγがＶγ1より小さい、または、出力電圧ＶｏｕｔγがＶγ2より大きいと判断された場合（Ｓ１０６：ＮＯ）、すなわち燃料中のエタノール濃度が第２の学習領域Ｒ２内ではない場合、Ｓ１０９へ移行する。出力電圧ＶｏｕｔγがＶγ1以上Ｖγ2以下であると判断された場合（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、すなわち燃料中のエタノール濃度が第２の学習領域Ｒ２内である場合、Ｓ１０７へ移行する。
【００５３】
Ｓ１０７では、ゲイン抵抗切替スイッチ９３、９７を開、ゲイン抵抗切替スイッチ９５を閉としてゲイン抵抗９４をオペアンプ９１に接続する。このときの増幅度はβである。
Ｓ１０８では、出力電圧Ｖｏｕｔβを取得する。なお、取得される出力電圧Ｖｏｕｔβは、検出電圧Ｖｂが増幅度βで増幅されている。
【００５４】
Ｓ１０９では、出力電圧Ｖｏｕｔγ、Ｖｏｕｔβ、および、増幅度γに基づき、出力電圧Ｖｏｕｔβの補正に係る補正係数Ｋβを学習する。
ここで補正係数Ｋβの学習方法について説明する。ゲイン抵抗９４を用いたときの実際の増幅度βは、以下の式（８）で表される。
β＝Ｖｏｕｔβ／Ｖｏｕｔγ×γ      …（８）
また、ゲイン抵抗９４を用いたときの設計上の増幅度をβｔとすると、増幅度βの補正係数Ｋβは、以下の式（９）で表される。
Ｋβ＝βｔ／β      …（９）
式（９）に式（８）を代入すれば、補正係数Ｋβは、以下の式（１０）で表され、定数として算出される。
Ｋβ＝（Ｖｏｕｔγ×βｔ）／（Ｖｏｕｔβ×γ）      …（１０）
なお、この補正係数Ｋβを用いて出力電圧Ｖｏｕｔβを補正し、静電容量Ｃｐβに換算すると、静電容量Ｃｐβは、以下の式（１１）で表される。なお、式中のＣβは、出力電圧Ｖｏｕｔβから静電容量Ｃｐβへの換算係数とする。
Ｃｐβ＝Ｖｏｕｔβ／（βｔ×Ｋβ）×Ｃβ      …（１１）
【００５５】
本実施形態では、式（１１）にて算出された静電容量Ｃｐβに基づいて燃料中のエタノール濃度を算出する。増幅度βが補正されているので、ゲイン抵抗９２を用いて増幅度γとしたときの静電容量Ｃｐγに基づいて算出される燃料中のエタノール濃度と、ゲイン抵抗９４を用いて増幅度βとしたときの静電容量Ｃｐβに基づいて算出される燃料中のエタノール濃度とが一致する。これにより、用いるゲイン抵抗によらず算出されるエタノール濃度が一致し、増幅度の切り替えによる段差が生じない。
【００５６】
Ｓ１１０では、出力電圧ＶｏｕｔγがＶγ1以下か否かを判断する。Ｖγ1は、ゲイン抵抗９２を用いてエタノール濃度を算出可能な出力電圧の下限値である。出力電圧ＶｏｕｔγがＶγ1より大きいと判断された場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、Ｓ１０５へ移行する。出力電圧ＶｏｕｔγがＶγ1以下であると判断された場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、図７中のＳ１１２へ移行する。
【００５７】
出力電圧ＶｏｕｔβがＶβ3より小さいと判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）に移行する図７中のＳ１１１では、出力電圧ＶｏｕｔβがＶβ1以下か否かを判断する。Ｖβ1は、ゲイン抵抗９４を用いてアルコール濃度を算出可能な出力電圧の下限値である。出力電圧ＶｏｕｔβがＶβ1以下であると判断された場合（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、Ｓ１２１へ移行する。出力電圧ＶｏｕｔβがＶβ1より大きいと判断された場合（Ｓ１１１：ＮＯ）、Ｓ１１２へ移行する。
【００５８】
Ｓ１１２では、ゲイン抵抗切替スイッチ９３、９７を開、ゲイン抵抗切替スイッチ９５を閉としてゲイン抵抗９４をオペアンプ９１に接続する。このときの増幅度はβである。
Ｓ１１３では、出力電圧Ｖｏｕｔβを取得する。
【００５９】
Ｓ１１４では、図６中のＳ１０９にて補正係数Ｋβが学習済みか否かを判断する。補正係数Ｋβを学習済みでないと判断された場合（Ｓ１１４：ＮＯ）、Ｓ１１９へ移行する。補正係数Ｋβを学習済みであると判断された場合（Ｓ１１４：ＹＥＳ）、Ｓ１１５へ移行する。
【００６０】
Ｓ１１５では、Ｓ１１３で取得された出力電圧ＶｏｕｔβがＶβ1以上Ｖβ2以下か否かを判断する。Ｖβ1は、第１の学習領域Ｒ１の下限値に対応する電圧であり、Ｖβ2は、第１の学習領域Ｒ１の上限値に対応する電圧である。すなわち、このステップでは、燃料中のエタノール濃度が第１の学習領域Ｒ１内か否かを判断している、ともいえる。出力電圧ＶｏｕｔβがＶβ1より小さい、または、出力電圧ＶｏｕｔβがＶβ2より大きいと判断された場合（Ｓ１１５：ＮＯ）、すなわち燃料中のエタノール濃度が第１の学習領域Ｒ１内ではない場合、Ｓ１１９へ移行する。出力電圧ＶｏｕｔβがＶβ1以上Ｖβ2以下であると判断された場合（Ｓ１１５：ＹＥＳ）、すなわち燃料中のエタノール濃度が第１の学習領域Ｒ１内である場合、Ｓ１１６へ移行する。
【００６１】
Ｓ１１６では、ゲイン抵抗切替スイッチ９３、９５を開、ゲイン抵抗切替スイッチ９７を閉としてゲイン抵抗９６をオペアンプ９１に接続する。このときの増幅度はαである。
Ｓ１１７では、出力電圧Ｖｏｕｔαを取得する。なお、取得される出力電圧Ｖｏｕｔαは、検出電圧Ｖｂが増幅度αで増幅されている。
【００６２】
Ｓ１１８では、出力電圧Ｖｏｕｔβ、出力電圧Ｖｏｕｔα、増幅度β、および補正係数Ｋβに基づき、出力電圧Ｖｏｕｔαの補正に係る補正係数Ｋαを学習する。
ここで、補正係数Ｋαの学習方法について説明する。ゲイン抵抗９６を用いたときの実際の増幅度αは、以下の式（１２）で表される。
α＝Ｖｏｕｔα／Ｖｏｕｔβ×β×Ｋβ      …（１２）
また、ゲイン抵抗９６を用いたときの設計上の増幅度をαｔとすると、増幅度αの補正係数Ｋαは、以下の式（１３）で表される。
Ｋα＝αｔ／α      …（１３）
式（１３）に式（１２）を代入すれば、補正係数Ｋαは、以下の式（１４）で表され、定数として算出される。
Ｋα＝（Ｖｏｕｔβ×αｔ）／（Ｖｏｕｔα×β×Ｋβ）      …（１４）
なお、この補正係数Ｋαを用いて出力電圧Ｖｏｕｔαを補正し、静電容量Ｃｐαに換算すると、静電容量Ｃｐαは、以下の式（１５）で表される。なお、式中のＣαは、出力電圧Ｖｏｕｔαから静電容量Ｃｐαへの換算係数とする。
Ｃｐα＝Ｖｏｕｔα／（αｔ×Ｋα）×Ｃα      …（１５）
【００６３】
本実施形態では、式（１５）にて算出された静電容量Ｃｐαに基づいて燃料中のエタノール濃度を算出する。増幅度αが補正されているので、ゲイン抵抗９４を用いて増幅度βとしたときの静電容量Ｃｐβに基づいて算出される燃料中のエタノール濃度と、ゲイン抵抗９６を用いて増幅度αとしたときの静電容量Ｃｐαに基づいて算出される燃料中のエタノール濃度とが一致する。これにより、用いるゲイン抵抗によらず算出されるエタノール濃度が一致し、増幅度の切り替えによる段差が生じない。
【００６４】
Ｓ１１９では、出力電圧ＶｏｕｔβがＶβ1以下か否かを判断する。出力電圧ＶｏｕｔβがＶβ1より小さいと判断された場合（Ｓ１１９：ＹＥＳ）、Ｓ１２１へ移行する。Ｖβ1は、ゲイン抵抗９４を用いてエタノール濃度を算出可能な出力電圧の下限値である。出力電圧ＶｏｕｔβがＶβ1以下であると判断された場合（Ｓ１１９：ＮＯ）、Ｓ１２０へ移行する。
【００６５】
Ｓ１２０では、出力電圧ＶｏｕｔβがＶβ4以上か否かを判断する。Ｖβ4は、ゲイン抵抗９４を用いてエタノール濃度を算出可能な出力電圧の上限値である。出力電圧ＶｏｕｔβがＶβ4より小さいと判断された場合（Ｓ１１８：ＮＯ）、Ｓ１１３へ移行する。出力電圧ＶｏｕｔβがＶβ4以上であると判断された場合（Ｓ１１８：ＹＥＳ）、図６中のＳ１０４へ移行する。
【００６６】
出力電圧ＶｏｕｔβがＶβ1以下である場合（Ｓ１１１：ＹＥＳ、または、Ｓ１１９：ＹＥＳ）に移行するＳ１２１では、ゲイン抵抗切替スイッチ９３、９５を開、ゲイン抵抗切替スイッチ９７を閉としてゲイン抵抗９６をオペアンプ９１に接続する。このときの増幅度はαである。
Ｓ１２２では、出力電圧Ｖｏｕｔαを取得する。
【００６７】
Ｓ１２３では、図６中のＳ１０９にて補正係数Ｋβが学習済みか否かを判断する。補正係数Ｋβを学習済みでないと判断された場合（Ｓ１２３：ＮＯ）、Ｓ１２８へ移行する。補正係数Ｋβを学習済みであると判断された場合（Ｓ１２３：ＹＥＳ）、Ｓ１２４へ移行する。
【００６８】
Ｓ１２４では、Ｓ１２２で取得された出力電圧ＶｏｕｔαがＶα1以上Ｖα2以下か否かを判断する。Ｖα1は、第１の学習領域Ｒ１の下限値に対応する電圧であり、Ｖα2は、第１の学習領域Ｒ１の上限値に対応する電圧である。すなわち、このステップでは、燃料中のエタノール濃度が第１の学習領域Ｒ１内か否かを判断している、ともいえる。出力電圧ＶｏｕｔαがＶα1より小さい、または、出力電圧ＶｏｕｔαがＶα2より大きいと判断された場合（Ｓ１２４：ＮＯ）、すなわち燃料中のエタノール濃度が第１の学習領域Ｒ１内ではない場合、Ｓ１２８へ移行する。出力電圧ＶｏｕｔαがＶα1以上Ｖα2以下であると判断された場合（Ｓ１２４：ＹＥＳ）、すなわち燃料中のエタノール濃度が第１の学習領域Ｒ１内である場合、Ｓ１２５へ移行する。
【００６９】
Ｓ１２５では、ゲイン抵抗切替スイッチ９３、９７を開、ゲイン抵抗切替スイッチ９５を閉としてゲイン抵抗９４をオペアンプ９１に接続する。このときの増幅度はβである。
Ｓ１２６では、出力電圧Ｖｏｕｔβを取得する。
Ｓ１２７では、出力電圧Ｖｏｕｔβ、出力電圧Ｖｏｕｔα、増幅度β、および補正係数Ｋβに基づき、出力電圧Ｖｏｕｔαの補正に係る補正係数Ｋαを学習する。なお、補正係数Ｋαの学習方法については、Ｓ１１８にて説明した通りである。
【００７０】
Ｓ１２８では、出力電圧ＶｏｕｔαがＶα2以上か否かを判断する。Ｖα2は、ゲイン抵抗９６を用いてエタノール濃度を算出可能な出力電圧の上限値である。出力電圧ＶｏｕｔαがＶα2より小さいと判断された場合（Ｓ１２８：ＮＯ）、Ｓ１２２へ移行する。出力電圧ＶｏｕｔαがＶα2以上であると判断された場合（Ｓ１２８：ＹＥＳ）、Ｓ１１３へ移行する。
【００７１】
本実施形態では、ゲイン抵抗９２を選択したときの出力電圧Ｖｏｕｔγに基づいて算出されるエタノール濃度は、規格内の特性であることが確認されているので、ゲイン抵抗９４を選択したときの増幅度βを補正する補正係数Ｋβを出力電圧Ｖｏｕｔγに基づいて学習することにより、出力電圧Ｖｏｕｔβに基づいて算出されるエタノール濃度についても、規格内となるように補正される。また、ゲイン抵抗９２とゲイン抵抗９４とを切り替えることに伴い、算出されるエタノール濃度に段差が生じない。
【００７２】
また、ゲイン抵抗９４を選択したときの出力電圧Ｖｏｕｔβおよび補正係数Ｋβに基づいて算出されるエタノール濃度は、規格内の特性となるように補正されているので、ゲイン抵抗９６を選択したときの増幅度αを補正する補正係数Ｋαを出力電圧Ｖｏｕｔβおよび補正係数Ｋβに基づいて学習することにより、出力電圧Ｖｏｕｔαに基づいて算出されるエタノール濃度についても、規格内となるように補正される。また、ゲイン抵抗９４とゲイン抵抗９６とを切り替えることに伴い、算出されるエタノール濃度に段差が生じない。
【００７３】
なお、アルコール濃度検出装置１では、補正係数Ｋβを用い、出力電圧Ｖｏｕｔβを補正し、補正された出力電圧に基づいて燃料中のエタノール濃度を算出する、と捉えることもできる。補正された出力電圧ＶｏｕｔβＲは、以下の式（１６）で表される。
ＶｏｕｔβＲ＝Ｖｏｕｔβ×Ｋβ      …（１６）
また、アルコール濃度検出装置１では、補正係数Ｋαを用い、出力電圧Ｖｏｕｔαを補正し、補正された出力電圧に基づいて燃料中のエタノール濃度を算出する、と捉えることもできる。補正された出力電圧ＶｏｕｔαＲは、以下の式（１７）で表される。
ＶｏｕｔαＲ＝Ｖｏｕｔα×Ｋα      …（１７）
【００７４】
以上詳述したように、アルコール濃度検出装置１は、電極部６５と、スイッチトキャパシタ回路７０と、標準電圧発生回路８０と、増幅回路９０と、制御部１００と、を備える。電極部６５では、液体中に浸漬されるとともに液体中のアルコール濃度に応じて変化する静電容量を検出する。スイッチトキャパシタ回路７０は、電極部６５における静電容量Ｃｐを検出電圧Ｖｂに変換する。標準電圧発生回路８０は、スイッチトキャパシタ回路７０に電圧を印加する。増幅回路９０は、検出電圧Ｖｂを増幅して出力する。制御部１００では、ゲイン抵抗切替スイッチ９３、９５、９７を制御し、オペアンプ９１に接続されるゲイン抵抗９２、９４、９６を切り替えることにより、検出電圧Ｖｂの増幅度を切り替える。
【００７５】
制御部１００では、増幅度γで増幅された検出電圧Ｖｂである出力電圧Ｖｏｕｔγ、および、増幅度βで増幅された検出電圧Ｖｂである出力電圧Ｖｏｕｔβを取得し（図６中のＳ１０５、Ｓ１０８）、出力電圧Ｖｏｕｔγに基づいて算出される液体中のアルコール濃度と、出力電圧Ｖｏｕｔγに基づいて算出される液体中のアルコール濃度と、が一致するように、出力電圧Ｖｏｕｔγ、Ｖｏｕｔβ、および増幅度γに基づき、増幅度βを補正する。具体的には、増幅度βを補正するための補正係数Ｋβを算出する（Ｓ１０９）。
また、増幅度βで増幅された検出電圧Ｖｂである出力電圧Ｖｏｕｔβ、および、増幅度αで増幅された検出電圧である出力電圧Ｖｏｕｔαを取得し（図７中のＳ１１３、Ｓ１１７、Ｓ１２２、Ｓ１２６）、出力電圧Ｖｏｕｔβに基づいて算出される液体中のアルコール濃度と、出力電圧Ｖｏｕｔαに基づいて算出される液体中のアルコール濃度と、が一致するように、出力電圧Ｖｏｕｔβ、出力電圧Ｖｏｕｔα、および増幅度βに基づき、増幅度αを補正する。具体的には、増幅度αを補正するための補正係数Ｋαを算出する（Ｓ１１８、Ｓ１２７）。
【００７６】
本実施形態では、増幅度を切り替え可能であるので、検出電圧Ｖｂを適切に増幅することができる。特にアルコール濃度が低い領域での増幅度を大きくすることにより分解能を高め、精度よくアルコール濃度を検出することができる。また、基準となる増幅度に基づいて他の増幅度を補正することにより、誤差等の影響を受けて、増幅度によって算出されるアルコール濃度に差が生じるのを避けることができ、増幅度によらず正確なアルコール濃度を算出することができる。したがって、精度よく液体中のアルコール濃度を検出することができる。また本実施形態では、製品の出荷時に基準となる増幅度γにおけるアルコール濃度を確認し、増幅度γに基づいて増幅度β、αを補正しているので、全ての増幅度におけるアルコール濃度を確認する場合と比較して、検査工数を低減することができる。
【００７７】
増幅回路９０は、オペアンプ９１、および、オペアンプに並列に接続可能な抵抗値が異なる複数のゲイン抵抗９２、９４、９６を有する。制御部１００では、オペアンプ９１に接続されるゲイン抵抗９２、９４、９５を切り替えることにより、増幅度を切り替える。これにより、容易に増幅度を切り替えることができる。また、ゲイン抵抗９２、９４、９６の実際の抵抗値と設定値とに誤差があったとしても、増幅度を補正することにより、精度よくアルコール濃度を検出することができる。
【００７８】
また、スイッチトキャパシタ回路７０は、電極部６５のコンデンサ６６において、電荷を蓄える充電状態と電荷を放電する放電状態とを切り替えるスイッチ７２、７３を有する。制御部１００では、第１の周波数ｆ１でスイッチ７２、７３を駆動したときの検出電圧Ｖｂ１、および、第１の周波数ｆ２でスイッチ７２、７３を駆動したときの検出電圧Ｖｂ２に基づいて燃料中のアルコール濃度を算出している。
【００７９】
本実施形態では、制御部１００が「増幅度切替手段」、「電圧取得手段」、「補正手段」を構成する。また、図６中のＳ１０４、Ｓ１０７、図７中のＳ１１２、Ｓ１１６、Ｓ１２１、Ｓ１２５が「増幅度切替手段」の機能としての処理に相当し、Ｓ１０５、Ｓ１０８、Ｓ１１３、Ｓ１１７、Ｓ１２２、Ｓ１２６が「電圧取得手段」の機能としての処理に相当し、Ｓ１０９、Ｓ１１８、Ｓ１２７が「補正手段」の機能としての処理に相当する。
【００８０】
また本実施形態では、図６中においては、増幅度γが「基準となる第１の増幅度」に対応し、出力電圧Ｖｏｕｔγが「第１の出力電圧」に対応し、増幅度βが「第１の増幅度とは異なる第２の増幅度」に対応し、出力電圧Ｖｏｕｔβが「第２の出力電圧」に対応する。また、図７中においては、増幅度βが「基準となる第１の増幅度」に対応し、出力電圧Ｖｏｕｔβが「第１の出力電圧」に対応し、増幅度αが「第１の増幅度とは異なる第２の増幅度」に対応し、出力電圧Ｖｏｕｔαが「第２の出力電圧」に対応する。
【００８１】
（第２実施形態）
本実施形態は、第１実施形態とは主に回路構成が異なっているので、回路構成を中心に説明し、他の構成や処理に係る説明は省略する。
本実施形態によるアルコール濃度検出装置２００の回路構成は、標準電圧発生回路２８０および増幅回路２９０の構成が第１実施形態と異なる。
増幅回路２９０は、オペアンプ９１およびゲイン抵抗２９２を有している。すなわち、上記実施形態と異なり、オペアンプ９１に接続されるゲイン抵抗は、ゲイン抵抗２９２のみである。
【００８２】
ところで、上記式（７）に示すように、検出電圧Ｖｂは、スイッチトキャパシタ回路７０に印加する標準電圧Ｅに比例する。そこで、本実施形態によるアルコール濃度検出装置２００では、標準電圧発生回路２８０によりスイッチトキャパシタ回路７０に印加する電圧を切り替えることにより、増幅度を切り替えている。
【００８３】
具体的には、標準電圧発生回路２８０は、抵抗８２、および、抵抗値の異なる３つの抵抗２８３、２８４、２８５を有している。本実施形態では、抵抗値の小さい方から、抵抗２８３、２８４、２８５の順となっている。抵抗２８３、２８４、２８５は、それぞれ抵抗８２と接続可能であり、抵抗８２と接続されることにより、分圧抵抗を構成する。また、抵抗２８３、２８４、２８５と、抵抗８２との間には、抵抗８２と接続される抵抗を切り替えるための分圧抵抗切替スイッチ２８７が設けられている。分圧抵抗切替スイッチ２８７は、制御部１００からの駆動信号により切り替えられる。標準電圧発生回路２８０では、定電圧レギュレータ１１６により安定化された電圧を、抵抗８２と、抵抗８２に接続される抵抗２８３、２８４、２８５との比に分圧し、スイッチトキャパシタ回路７０に印加している。これにより、分圧抵抗として機能する抵抗の抵抗値を切り替えることにより、スイッチトキャパシタ回路７０に印加される電圧の大きさを変更可能である。
【００８４】
燃料中のエタノール濃度がＸ２（図５参照）以下である場合、抵抗２８５を用いてエタノール濃度を算出可能である。抵抗２８５と抵抗８２とが接続されると、増幅回路２９０から出力される出力電圧Ｖｏｕｔαは、増幅度αで増幅されているとみなせる。
燃料中のエタノール濃度がＸ１以上Ｘ４以下である場合、抵抗２８４を用いてエタノール濃度を算出可能である。抵抗２８４と抵抗８２とが接続されると、増幅回路２９０から出力される出力電圧Ｖｏｕｔβは、増幅度βで増幅されているとみなせる。
燃料中のエタノール濃度がＸ３以上である場合、抵抗２８３を用いてエタノール濃度を算出可能である。抵抗２８３と抵抗８２とが接続されると、増幅回路２９０から出力される出力電圧Ｖｏｕｔγは、増幅度γで増幅されているとみなせる。
なお、増幅度α、β、γは、上記実施形態と同様、αが最も大きく、γが最も小さい。すなわち、α＞β＞γである。
【００８５】
また本実施形態では、上記実施形態と同様、エタノール濃度がＸ１以上Ｘ２以下である濃度領域Ｒ１のとき、抵抗２８５または抵抗２８４を用いてエタノール濃度を算出可能である。また、エタノール濃度がＸ３以上Ｘ４以下である濃度領域Ｒ２のとき、抵抗２８４または抵抗２８３を用いてエタノール濃度を算出可能である。
【００８６】
本実施形態では、増幅度α、βは、図６および図７に基づいて説明した補正処理と略同様の処理により補正される。具体的には、図６中のＳ１０４では、抵抗８２と抵抗２８３とが接続されるように分圧抵抗切替スイッチ２８７を切り替えて増幅度γとする。図６中のＳ１０２、Ｓ１０７、図７中のＳ１１２、Ｓ１２５では、抵抗８２と抵抗２８４とが接続されるように分圧抵抗切替スイッチ２８７を切り替えて増幅度βとする。Ｓ１１６、Ｓ１２１では、抵抗８２と抵抗２８５とが接続されるように分圧抵抗切替スイッチ２８７を切り替えて増幅度αとする。
【００８７】
本実施形態では、標準電圧発生回路２８０は、抵抗８２、および、抵抗値が異なる抵抗２８３、２８４、２８５を有する。抵抗２８３、２８４、２８５は、抵抗８２と直列に接続可能であり、抵抗８２と接続されることにより、分圧抵抗を構成する。制御部１００では、分圧抵抗切替スイッチ２８７を切り替え、抵抗８２に接続される抵抗２８３、２８４、２８５を切り替えることにより、増幅度を切り替える。すなわち本実施形態では、標準電圧発生回路２８０によりスイッチトキャパシタ回路７０に印加する電圧を変更することで増幅度を変更している。これにより、容易に増幅度を切り替えることができる。また、分圧抵抗を構成する抵抗８２と、抵抗２８３、２８４、２８５との比の実際の値と設定値とに誤差があったとしても、上記実施形態に如く増幅度を補正することにより、精度よくアルコール濃度を検出することができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
なお、本実施形態では、抵抗８２が「第１の抵抗」に対応し、抵抗２８３、２８４、２８５が「第２の抵抗」に対応する。
【００８８】
（他の実施形態）
上記実施形態では、３つの抵抗値の異なる抵抗を切り替えることにより、増幅度を３段階に設定していた。他の実施形態では、増幅度は２段階以上であれば、２段階、あるいは４段階以上としてもよい。また、増幅度の切替は、複数の抵抗を直列にゲイン抵抗として接続し、その抵抗の一部を短絡することで、実現しても良い。また、増幅度の切り替えは、例えば差分周波数Δｆを切り替える等、他の方法で切り替えるように構成してもよい。
上記実施形態では、製品出荷前に増幅度γにて検査が行われ、規格内の特性であることが確認されていた。他の実施形態では、増幅度αまたは増幅度βにて検査が行われ、規格内の特定であることを確認しておき、検査済みの増幅度αまたは増幅度βに基づき、他の増幅度を補正するようにしてもよい。
【００８９】
また、上記実施形態では、増幅度の学習が継続されるように構成されていたが、他の実施形態では、全ての増幅度に係る補正係数が算出された場合、補正処理を終了するようにしてもよい。具体的には、図７中のＳ１１４にて肯定判断された後、補正係数Ｋαが学習済みか否かを判断し、否定判断された場合にはＳ１１５へ移行し、肯定判断された場合には補正処理を終了する。また、図７中のＳ１２３にて肯定判断された後、補正係数Ｋαが学習済みか否かを判断し、否定判断された場合にはＳ１２４へ移行し、肯定判断された場合には補正処理を終了する。
また、図７中のＳ１２３〜Ｓ１２７に係る処理を省略し、Ｓ１２２の後にＳ１２８へ移行するようにしてもよい。
【００９０】
上記実施形態では、差分周波数Δｆが４００ｋＨｚのときに上記式（７）で算出される
Ｖｂ１−Ｖｂ２を検出電圧とし、当該検出電圧に基づいてエタノール濃度を算出した。他の実施形態は、差分周波数はいくつであってもよい。また、ある１つの周波数のパルス波電圧が印加されたときのＢ点電圧を検出電圧としてもよい。
【００９１】
上記実施形態では、アルコール濃度検出装置は、燃料中のエタノールの濃度を検出するものであったが、エタノールに限らず、メタノール、プロパノール等の他のアルコールを検出するものであってもよい。また、エンジンの燃料供給系統以外に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になん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種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１・・・アルコール濃度検出装置
３１・・・第１電極（電極部）
３２・・・第２電極（電極部）
４０・・・サーミスタ
６０・・・回路部
６５・・・電極部
７０・・・スイッチトキャパシタ回路（電圧変換部）
８０・・・標準電圧発生回路（電圧印加部）
８１・・・オペアンプ
８２・・・抵抗（第１の抵抗）
９０・・・増幅回路（増幅部）
９１・・・オペアンプ
９２、９４、９６・・・ゲイン抵抗
９３、９５、９７・・・ゲイン抵抗切替スイッチ
１００・・・制御部（増幅度切替手段、電圧取得手段、補正手段）
２００・・・アルコール濃度検出装置
２８０・・・標準電圧発生回路（電圧印加部）
２８３、２８４、２８５・・・抵抗（第２の抵抗）
２９０・・・増幅回路（増幅部）
α、β、γ・・・増幅度
【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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