CN105189994B - 燃料性质传感器的异常判定设备和燃料性质传感器的异常判定方法 - Google Patents

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Abstract

按照本发明的异常判定设备适用于具有感测被检燃料的静电电容的感测部分的静电电容式燃料性质传感器。燃料性质传感器的异常判定设备获取第一输出和第二输出，所述第一输出是当向感测部分施加预定电压时的输出，所述第二输出是当未向感测部分施加电压时的输出。比较获取的第一输出和第二输出，判定燃料性质传感器是否异常。

Description

燃料性质传感器的异常判定设备和燃料性质传感器的异常判 定方法
技术领域
本发明涉及燃料性质传感器的异常判定设备和判定燃料性质传感器的异常的方法。
背景技术
例如，日本专利申请公报No.2010-256038(JP2010-256038 A)公开一种关于作为燃料性质传感器之一的酒精浓度传感器的异常判定的技术，特别地，一种判定堆积(stack)异常的有无的技术，在堆积异常情况下，酒精浓度传感器的输出显示定值，不能显示与酒精浓度对应的变化。在JP 2010-256038 A中，在第一周期或第二周期的2个不同周期之间，切换酒精浓度传感器的检测电极的充电周期和放电周期。作为酒精浓度传感器的输出，检测与第一和第二周期的每个中的检测电极的静电电容对应的输出。在JP 2010-256038 A中，当其中两个输出之间的差异不大于预定值的状态持续时，酒精浓度传感器被判断为处于堆积异常的状态。
在JP 2010-256038 A中，当按多个不同的频率重复开关的ON/OFF时，检测电极按不同的周期被充电和放电。不过，当需要切换多个频率以检测燃料性质传感器的故障时，由于精确地进行所述切换的电路等，认为关于燃料性质传感器的成本增大。此外，与充电和放电的周期一致的传感器输出的变化的特性随燃料的成分而变化。于是，当利用多个周期进行异常判定时，必须对于多个周期中的每个周期应用考虑到每种燃料的特性的适应，从而认为进行所述适应的工时增大。
发明内容
为了解决如上所述的问题，完成了本发明，本发明意图提供一种燃料性质传感器的异常判定设备，所述异常判定设备能够在不切换施加电压的频率的情况下，判定是否发生其中与燃料性质对应的正确值不能被输出给燃料性质传感器的异常，以及异常判定方法。
作为本发明的第一方面的具有被配置为感测被检燃料的静电电容的感测部分的燃料性质传感器的异常判定设备包括第一获取部分，所述第一获取部分被配置成获取第一输出，所述第一输出是在向感测部分施加预定电压的状态下，燃料性质传感器的输出；第二获取部分，所述第二获取部分被配置成获取第二输出，所述第二输出是在未向感测部分施加电压的状态下，燃料性质传感器的输出；和判定部分，所述判定部分被配置成通过比较第一输出和第二输出，判定燃料性质传感器是否异常。
在所述第一方面，当第一输出和第二输出之差小于第一基准值时，判定部分判定燃料性质传感器异常。
在所述第一方面，判定部分通过比较第二输出和当感测部分的静电电容为0时的燃料性质传感器的输出，进一步判定燃料性质传感器是否异常。
在所述第一方面，当第二输出和当感测部分的静电电容为0时的燃料性质传感器的输出之差大于第二基准值时，判定部分判定燃料性质传感器异常。
作为本发明的第二方面的一种判定燃料性质传感器的异常的方法包括获取第一输出，所述第一输出是在向感测被检燃料的静电电容的燃料性质传感器的感测部分施加预定电压的状态下，燃料性质传感器的输出；获取第二输出，所述第二输出是在未向感测部分施加电压的状态下，燃料性质传感器的输出；和通过比较第一输出和第二输出，判定燃料性质传感器是否异常。
按照本发明的第一和第二方面，通过比较当向燃料性质传感器的感测部分施加预定电压时的输出，和当未施加电压时的输出，能够检测燃料性质传感器的异常。从而，仅仅通过切换电压的施加状态和电压的未施加状态，就能够检测燃料性质传感器的异常，即，不需要切换施加电压的多个频率来判定异常。于是，能够简化异常判定设备，从而能够低成本地进行燃料性质传感器的异常判定。
附图说明
下面参考附图，说明本发明的例证实施例的特征、优点及技术和产业意义，附图中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：
图1是说明本发明的实施例中的包括酒精浓度传感器的异常判定设备的系统的整个结构的示图；
图2是示意表示酒精浓度传感器的基本结构的示图；
图3A、图3B和图3C是说明本发明的实施例中的酒精浓度传感器正常时和异常时之间的输出变化的示图；和
图4是说明在本发明的实施例中执行的控制例程的流程图。
具体实施方式
实施例
[实施例的系统的整个结构]
图1是说明本发明的实施例中的包括酒精浓度传感器的异常判定设备的系统的整个结构的示图。在图1的系统中，内燃机2是能够利用酒精(这里乙醇)和基于碳氢化合物的燃料(这里汽油)的混合燃料的FFV(灵活燃料汽车)的内燃机。
在内燃机2的各个汽缸中，安装供给燃料的燃料喷射阀10。燃料通道12连接到燃料喷射阀10。燃料通道12的上游侧连接到存放燃料的燃料箱14。在燃料通道12中，安装燃料泵16。在燃料通道12的燃料泵16的下游，安装作为燃料性质传感器之一的酒精浓度传感器18。在本实施例中，酒精浓度传感器18是生成与被检燃料的乙醇浓度对应的输出的传感器。
图1的系统包括ECU 20。ECU 20电连接到包括酒精浓度传感器18在内的各个传感器，并取得这些传感器的输出。ECU 20电连接到诸如燃料泵16和燃料喷射阀10之类的致动器，处理取得的各个传感器的信号，并按照预定控制程序操作这些致动器。
[酒精浓度传感器的结构和浓度检测]
图2是示意表示酒精浓度传感器18的基本结构的示图。酒精浓度传感器18是静电电容式传感器。酒精浓度传感器18包括如图2中所示的感测部分30。感测部分30包括布置在隔开电极间距离d的相对位置的一对电极32。电极32的彼此面对的表面具有表面积S。当酒精浓度传感器18安装在燃料通路12中时，感测部分30的电极32布置在燃料通路12内部，并且在电极32之间流动的燃料是被检燃料。
对于一对电极32，借助图中未图示的电路，在电极32之间施加预定的AC电压。当向一对电极32施加电压时的静电电容C按照存在于电极32之间的燃料的介电常数ε变化。具体地，电极32之间的静电电容C可用具有电极间距离d、电极32的表面积S、和电极32之间的材料(即，被检燃料)的介电常数ε的下式(1)表示。静电电容C＝ε×S/d...(1)
这里，燃料的介电常数ε是每个燃料成分的本征值，是按照燃料的乙醇浓度变化的值。于是，根据电极32之间的静电电容C，能够计算燃料的乙醇浓度。未图示的包括运算放大器和增益电阻的电路连接到感测部分30。借助所述电路，从感测部分30输出与电极32之间的静电电容C对应的电压，作为传感器输出Vet。
现在，酒精浓度传感器18包含起本实施例中的异常判定设备作用的微计算机36。微计算机36取得来自感测部分30的输出，计算对应于所述输出的酒精浓度。此外，微计算机36借助控制信号，切换其中在感测部分30的电极32之间施加AC电压的状态，和其中不施加电压的状态。此外，微计算机36电连接到ECU 20，把关于酒精浓度传感器18的信息的信号输出给ECU 20，从ECU 20输入关于内燃机2的运转状态等的信息的信号。
[实施例的异常判定控制]
在本实施例中，酒精浓度传感器18的微计算机36进行酒精浓度传感器18的异常判定控制。更具体地，判定是否发生其中酒精浓度传感器18的传感器输出被固定为恒定输出而不变化的所谓堆积异常。
图3A-图3C是说明本实施例1中的异常判定控制的示图，表示当酒精浓度传感器18正常和异常时的输出变化。在图3A-图3C中，水平轴表示公共时间。此外，图3A表示施加的电压V，图3B表示当酒精浓度传感器18正常时的传感器输出，而图3C表示当在酒精浓度传感器18中发生堆积异常时的传感器输出。
在本实施例中，如图3A中所示，在时间T0之前，在感测部分30的电极32之间，施加作为AC电压的施加电压V，在时间T0，施加电压被停止，而在时间T0之后，不施加所述电压。
如图3B中所示，当酒精浓度传感器18正常时，时间T0之前的感测部分30的传感器输出Vet对应于存在于电极32之间的燃料的乙醇浓度。当在时间T0，停止施加电压V的施加时，在响应延迟时间过去之后，传感器输出Vet变成电压施加停止时的电压Vsb。当不施加电压时的正常传感器输出Vsb是当静电电容C为0时的输出，即，不受燃料浓度影响的每个酒精浓度传感器18的特征值。
另一方面，如图3C中所示，当在酒精浓度传感器18中发生堆积异常时，与施加电压V被施加还是电压施加被停止无关，传感器输出Vet都被固定为恒定输出，而不变化。
如上所述，在本实施例中，获得第一输出Vet和第二输出Vs，第一输出Vet是在施加电压V被施加的状态下的传感器输出，而第二输出Vs是在电压施加被停止并且预定响应延迟时间已过去之后的预定时刻T1的输出。随后，当根据第一输出Vet和第二输出Vs被判定为对应于下述(1)和(2)时，判定在酒精浓度传感器18中发生堆积异常。
(1)当在当施加电压V被施加时，和在电压施加被停止后之间，传感器输出完全相同或者几乎相同时，(2)当在电压施加被停止时的第二输出Vs不同于在静电电容为0时的输出Vsb时。
依据第一输出Vet和第二输出Vs之间的差值(Vet-Vs)的绝对值是否小于第一基准值Ref1，判定是否对应于上面说明的(1)。这里，第一基准值Ref1被视情况设定为0，或者0附近的在判定第一输出和第二输出几乎相同的区域中的上限附近的值。微计算机36预先保存所述值。
依据第二输出Vs和当静电电容为0时的输出Vsb之间的差值(Vs-Vsb)的绝对值是否大于第二基准值Ref2，判定是否对应于上面说明的(2)。这里，第二基准值Ref2被视情况设定为判定两个输出不同的区域中的上限附近的值。微计算机36预先保存第二基准值Ref2和当静电电容为0时的输出Vsb的值。
图4是说明在本发明的实施例中执行的控制例程的流程图。图4的例程是在内燃机2的运转期间，每隔固定时间反复执行的例程。
在图4的例程中，首先，判定浓度检测条件是否成立(S102)。浓度检测条件是视情况设定并预先保存在微计算机36中的为稳定地测量燃料的乙醇浓度所必需的条件。作为具体的浓度检测条件，例如，可以列举内燃机2是否在起动之后和在预热之后，酒精浓度传感器18是否有故障，和在浓度检测期间是否施加电压V。当在步骤S102，未识别出浓度检测条件的成立时，立即停止本次的处理。
在步骤S102，当识别出浓度检测条件的成立时，接下来，在步骤S04，获得第一输出Vet(S104)。这里获得的第一输出Vet是当施加预定电压时的输出，和当传感器正常时，与燃料的静电电容C对应的输出，即，与燃料的乙醇浓度对应的输出。
之后，判定异常判定执行条件是否成立(S106)。异常判定执行条件是判定当前时间是否是必需进行酒精浓度传感器18的异常判定的时刻、并且处于能够正确进行异常判定的状态的条件。异常判定执行条件是视情况预先设定的，并保存在微计算机36中。作为具体的异常判定执行条件，例如可以使用在前次供给燃料之后是否过去了足以使燃料浓度稳定的时间，和在前次异常判定之后行驶距离是否变成固定距离或者更大。当在步骤S106中，异常判定执行条件未被识别为成立时，立即停止本次的处理。
当在步骤S106中，异常判定执行条件被识别为成立时，之后在步骤S108，停止对感测部分30的电压施加。之后，在停止电压施加之后，过去固定时间之时，检测第二输出Vs(S110)。这里，所述固定时间被设定成比直到在停止电压施加之后第二输出Vs变成在停止电压施加时的输出为止的响应延迟时间更长的时间，并被预先保存在微计算机36中。
之后，判定第一输出Vet和第二输出Vs之间的差值|Vet-Vs|是否小于第一基准值Ref1(S112)。这里，第一基准值Ref1是如上所述设定的，并被预先保存在微计算机36中。当第一输出Vet和第二输出Vs之间的差值|Vet-Vs|小于第一基准值Ref1，即，认为|Vet-Vs|<Refl成立时，确认在电压施加时和在停止电压施加后之间，输出未变化。于是，这种情况下，处理进入步骤S114，判定酒精浓度传感器18异常，从而发出故障判定。此时，保存故障判定并执行预定处理，以致故障判定的信号作为与乙醇浓度的通常信号区别的信号被输出给ECU 20。
另一方面，当在步骤S112，未认为|Vet-Vs|<Refl成立时，随后处理进入步骤S116，判定第二输出Vs和当静电电容为0时的输出Vsb之间的差值|Vs-Vsb|是否大于第二基准值Ref2。第二基准值Ref2是如上所述设定并被预先保存在微计算机36中的值。
当在步骤S116，认为|Vs-Vsb|>Ref2成立时，与电压施加的停止无关，认为输出不会恢复到停止电压施加期间的输出。于是，当认为|Vs-Vsb|>Ref2成立时，酒精浓度传感器18被判定为异常，从而在步骤S114，发出故障判定。
另一方面，当在步骤S112，认为|Vet-Vs|<Refl不成立，并且在步骤S116，认为|Vs-Vsb|>Ref2不成立时，认识到在电压施加时和在停止电压施加时之间，输出变化，停止电压施加期间的输出表示静电电容为0时的输出Vsb。于是，这种情况下，处理进入步骤S118，酒精浓度传感器18被判定为正常。
在步骤S114中的故障判定或步骤S118中的正常判定之后，解除电压施加的停止(S120)。于是终止异常判定控制，从而当传感器正常时，步骤返回酒精浓度传感器18检测燃料的乙醇浓度的通常模式。之后，立即停止本次的处理。
如上所述，按照本实施例，根据停止电压施加前后的输出的差值，判定是否存在酒精浓度传感器18的堆积异常。这里，即使燃料的酒精浓度为0％-100％之间的任意浓度，酒精浓度传感器18的感测部分30的静电电容也不为0，当酒精浓度传感器18正常时，电压施加时的输出和电压停止时(静电电容为0的情况)的输出不同。因而，如本实施例所示，通过比较停止电压施加前后的输出，可以确实地检测酒精浓度传感器18的堆积异常。
在本实施例中，可以利用电压施加期间的输出，和在停止电压施加之后的输出，进行异常判定。于是，例如由于用于切换异常判定用频率的电路变得不必要，因此能够简化传感器电路。从而，能够降低酒精浓度传感器18的成本。
此外，在本实施例中，和通常的乙醇浓度检测时相同的电压施加时的输出以及停止电压施加之后的输出被用于进行异常判定。于是，在异常判定控制中，对于各个频率和成分的适应变得不必要，从而能够更简单地进行异常判定。
在本实施例中，说明了其中酒精浓度传感器18把与静电电容C对应的电压输出给微计算机36的情况。不过在本实施例中，燃料性质传感器并不局限于此，可以使用与感测部分30的静电电容C关联的值，作为传感器输出。
此外，在本实施例中，说明了其中在获得第一输出Vet之后，随后停止电压施加，并进行异常判定的情况。不过在本发明中，可不连续进行在异常判定中使用的第一输出Vet的获取，和停止电压施加时的第二输出Vs的获取。具体地，例如，在步骤S104和S106之间，可以分开图4的例程。即，可以获得并保存在预定条件被满足的运转状态下的适当时刻的传感器输出，作为第一输出Vet。随后，当异常判定执行条件被满足时，停止电压施加，获得停止时的输出Vs，并根据输出Vs和已保存的输出Vet，可进行异常判定。此外，可在第一输出Vet之前，获得停止电压施加期间的第二输出Vs。
不过，在第一输出Vet的获取和第二输出Vs的获取被分开的情况下，在获取两个输出的时候，理想的是增加影响温度和其它传感器输出的其它条件是否大不相同，作为异常判定执行条件。从而，能够进行更精确的异常判定。
此外，在本实施例中，作为异常判定执行条件，列举并说明了行驶距离是否为固定距离或更大。不过，进行本发明中的异常判定的时间间隔并不局限于固定行驶距离的情况。例如，可以每隔固定时间间隔，进行本发明中的异常判定。此外，不限于每个行驶距离或固定时间间隔地进行异常判定，例如，可以在从起动内燃机2到停止内燃机2的一个行程内，进行一次或多次异常判定。
此外，在本实施例中，说明了其中当第一输出Vet和第二输出Vs之差小于第一基准值Ref1时，判定异常的情况。不过在本发明中，异常判定并不局限于此，只要在比较第一输出Vet和第二输出Vs并且两个输出之间不存在差值时进行异常判定即可，异常判定不限于利用输出差值的异常判定。具体地，例如，就在静电电容为0的时候，其输出Vsb不为0的传感器来说，根据第一输出Vet和第二输出Vs之比，可以进行异常判定。
此外，在本实施例中，说明了使用测得的输出作为第一输出Vet和第二输出Vs的情况。不过，代替这些输出，可以利用多次检测的输出的平均值来进行异常判定。此外在本发明中，酒精浓度传感器18中可包含温度传感器，可以利用由微计算机36按照温度传感器输出(或温度)校正的传感器输出。这种情况下，借助按照温度校正的传感器输出，能够进行异常判定，即，能够更精确地进行异常判定。
在本实施例中，说明了其中酒精浓度传感器18包括微计算机36，并且酒精浓度传感器18本身包括异常判定设备的情况。不过，本发明并不限于这种情况，布置在外部的异常判定设备可以连接到酒精浓度传感器18。此外，酒精浓度传感器18的异常判定可由ECU 20进行。
此外，在本实施例中，说明了其中在获得第一输出Vet的时候，向感测部分30施加预定AC电压V的情况。不过在本发明中，为获得第一输出Vet，即，为检测乙醇浓度而施加的电压并不限于AC电压V。例如，可以施加其中按固定周期，重复固定电压的输入和停止的电压。
在本实施例中，说明了判定酒精浓度传感器的异常的情况。不过，本实施例可适用于发出与燃料中的其它成分的浓度对应的输出的静电燃料性质传感器，并可以进行所述燃料性质传感器的异常判定。
在上面说明的实施例中，当提及各个要素的个数、数量、量和范围时，除了其中明示数目的情况，和其中能够从原理上明确地指定数目的情况，本发明并不局限于所提及的数目。另外，在本实施例中说明的结构等未必在本发明中是必不可少了，其中明示所述结构等的情况和其中能够从原理上明确地指定所述结构等的情况除外。

Claims (4)

1.一种具有感测被检燃料的静电电容的感测部分的静电电容式燃料性质传感器的异常判定设备，其特征在于包括：
第一获取部分，所述第一获取部分被配置成获取第一输出，所述第一输出是在向所述感测部分施加预定电压的状态下，所述燃料性质传感器的输出；
第二获取部分，所述第二获取部分被配置成获取第二输出，所述第二输出是在未向所述感测部分施加电压的状态下，所述燃料性质传感器的输出；和
判定部分，所述判定部分被配置成通过比较所述第一输出和所述第二输出，判定是否存在所述燃料性质传感器的异常；
其中所述判定部分通过比较所述第二输出和对应于当所述感测部分的静电电容为0时的所述燃料性质传感器的输出的、当不施加电压时的正常传感器输出，判定所述燃料性质传感器是否异常。
2.按照权利要求1所述的燃料性质传感器的异常判定设备，其中当所述第一输出和所述第二输出之差小于第一基准值时，所述判定部分判定所述燃料性质传感器异常。
3.按照权利要求1所述的燃料性质传感器的异常判定设备，其中当所述第二输出和对应于当所述感测部分的静电电容为0时的所述燃料性质传感器的输出的、当不施加电压时的正常传感器输出之差大于第二基准值时，所述判定部分判定所述燃料性质传感器异常。
4.一种判定具有感测被检燃料的静电电容的感测部分的静电电容式燃料性质传感器的异常的方法，其特征在于包括：
获取第一输出，所述第一输出是在向所述感测部分施加预定电压的状态下，所述燃料性质传感器的输出；
获取第二输出，所述第二输出是在未向所述感测部分施加电压的状态下，所述燃料性质传感器的输出；和
通过比较所述第一输出和所述第二输出，判定所述燃料性质传感器是否异常；
其中通过比较所述第二输出和对应于当所述感测部分的静电电容为0时的所述燃料性质传感器的输出的、当不施加电压时的正常传感器输出，判定所述燃料性质传感器是否异常。
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