JP2017125436A - 湿度センサの異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の吸気通路に配置された湿度センサの異常の有無を高精度に検出することが可能な湿度センサの異常検出装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の吸気通路内に配置された湿度センサと、吸気温度を検出する温度センサと、湿度センサの異常の有無を検出する制御装置と、を有する湿度センサの異常検出装置であって、制御装置は、吸気温度が第１吸気温度であるときの第１センサ信号と、吸気温度が第１吸気温度から変化して第２吸気温度に達したときの第２センサ信号と、を検出し、第１センサ信号及び第２センサ信号から、第１吸気温度と第２吸気温度の温度差の影響を排除した値を、第１湿度指標値及び第２湿度指標値としてそれぞれ算出し、第１湿度指標値と第２湿度指標値の乖離度合が所定度合よりも大きいか否かによって湿度センサの異常の有無を検出するように構成される。
【選択図】図８

Description

本発明は、湿度センサの異常検出装置に関し、詳しくは、内燃機関の吸気通路に配置された湿度センサの異常の有無を検出する装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、内燃機関の排気系に設けられた湿度センサの故障の有無を検知する装置が開示されている。この装置では、排気系に設けられた炭化水素吸着材の近傍に湿度センサが設けられている。内燃機関の運転が停止されると、炭化水素吸着材の周囲に残留する排気ガス中の水分が該炭化水素吸着材に吸着する。そして、該炭化水素吸着材への水分の吸着が飽和すると、該炭化水素吸着材の近傍の湿度が概ね一定の湿度となる。この際、湿度センサが正常であればこの湿度はある範囲内に収まる。特許文献１の装置では、この現象を利用して、内燃機関の運転停止後、湿度センサの出力が略一定となったときの湿度センサの出力により、湿度センサの故障の有無を検知する。

特開２００３−１７２１９２号公報 特開２０１０−２２３１７９号公報 特開２００３−１４８１３５号公報 特開２００２−０４８０１０号公報

ところで、例えば、特許文献２には、内燃機関の吸気通路に湿度センサを配置した装置が開示されている。湿度センサの出力は内燃機関の制御に利用されるため、湿度センサに故障が発生した場合には、速やかに検出されることが望ましい。この点、上記特許文献１の故障検知技術は、排気の湿度変化を利用して湿度センサの故障の有無を検出するものであるため、吸気通路に配置された湿度センサの異常検出には適用することができない。このため、内燃機関の吸気通路に配置された湿度センサの異常の有無をオンボードで検出するための装置の構築が望まれていた。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、内燃機関の吸気通路に配置された湿度センサの異常の有無を高精度に検出することが可能な湿度センサの異常検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、
内燃機関の吸気通路内に配置され、前記吸気通路内の吸気の相対湿度に対応するセンサ信号を出力する湿度センサと、
前記吸気の温度である吸気温度を検出する温度センサと、
前記センサ信号及び前記吸気温度に基づいて、前記湿度センサの異常の有無を検出する制御装置と、を有する湿度センサの異常検出装置であって、
前記制御装置は、
前記吸気温度が第１吸気温度であるときの前記センサ信号である第１センサ信号と、前記吸気温度が前記第１吸気温度から変化して第２吸気温度に達したときの前記センサ信号である第２センサ信号と、を検出するセンサ信号検出手段と、
前記第１センサ信号及び前記第２センサ信号から、前記第１吸気温度と前記第２吸気温度の温度差の影響を排除した値を、第１湿度指標値及び第２湿度指標値としてそれぞれ算出する算出手段と、
前記第１湿度指標値と前記第２湿度指標値の乖離度合が所定度合よりも大きいか否かによって前記湿度センサの異常の有無を検出する検出手段と、
を備えることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記算出手段は、
前記第１センサ信号を用いて、前記吸気温度が所定の基準吸気温度であるときの前記相対湿度と相関する値を、前記第１湿度指標値として算出する第１算出手段と、
前記第２センサ信号を用いて、前記吸気温度が前記基準吸気温度であるときの前記相対湿度と相関する値を、前記第２湿度指標値として算出する第２算出手段と、
を備えることを特徴としている。

第３の発明は、第２の発明において、
前記基準吸気温度は前記第２吸気温度であることを特徴としている。

第４の発明は、第２の発明において、
前記基準吸気温度は前記第１吸気温度であることを特徴としている。

第５の発明は、第１の発明において、
前記算出手段は、
前記第１センサ信号を用いて、前記吸気温度が前記第１吸気温度であるときの絶対湿度である第１絶対湿度と相関する値を前記第１湿度指標値として算出する第１絶対湿度算出手段と、
前記第２センサ信号を用いて、前記吸気温度が前記第２吸気温度であるときの絶対湿度である第２絶対湿度と相関する値を前記第２湿度指標値として算出する第２絶対湿度算出手段と、
を備えることを特徴としている。

第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、
前記センサ信号検出手段は、前記内燃機関の暖機期間又はソーク期間に、前記吸気温度が前記第１吸気温度から第２吸気温度へと変化した場合に、前記第１センサ信号及び前記第２センサ信号を検出するように構成されていることを特徴としている。

第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、
前記制御装置は、前記内燃機関の暖機期間において、前記内燃機関の始動後に前記吸気通路へと吸入される吸入空気の体積の積算値が、前記吸気通路における入口から前記湿度センサまでの容積を超えるまでは、前記第１センサ信号及び前記第２センサ信号の検出を制限するように構成されていることを特徴としている。

第８の発明は、第１乃至第７の何れか１つの発明において、
前記制御装置は、前記温度差が所定の温度差以上となるように、前記第２吸気温度を設定するように構成されていることを特徴としている。

第９の発明は、第１乃至第８の何れか１つの発明において、
前記制御装置は、前記内燃機関の吸気通路に燃料成分を含むガスが流通している場合に、前記第１センサ信号及び前記第２センサ信号の検出を制限するように構成されていることを特徴としている。

湿度センサは相対湿度に対応するセンサ信号を出力するものであるため、検出されるセンサ信号は、そのときの吸気の温度によって変化する。第１の発明によれば、第１吸気温度であるときの第１センサ信号と、第１吸気温度から変化して第２吸気温度に達したときの第２センサ信号から、第１吸気温度と第２吸気温度の温度差の影響を排除することが行なわれる。このため、本発明によれば、吸気温度の異なる２点のセンサ信号を、温度差の影響を排除した上で比較することができるので、湿度センサの異常の有無を精度よく検出することが可能となる。

第２の発明によれば、吸気温度の異なる２点のセンサ信号から、基準吸気温度の場合の相対湿度と相関する値がそれぞれ算出される。このため、第２の発明によれば、第１センサ信号と第２センサ信号から、第１吸気温度と第２吸気温度の温度差の影響を排除することができる。

第３の発明によれば、第１吸気温度である場合の第１センサ信号を用いて、吸気温度が第２吸気温度まで変化した場合の相対湿度が算出される。このため、第３の発明によれば、第１センサ信号と第２センサ信号から、第１吸気温度と第２吸気温度の温度差の影響を排除することができる。

第４の発明によれば、第２吸気温度である場合の第２センサ信号を用いて、吸気温度が第１吸気温度まで変化した場合の相対湿度が算出される。このため、第４の発明によれば、第１センサ信号と第２センサ信号から、第１吸気温度と第２吸気温度の温度差の影響を排除することができる。

第５の発明によれば、第１センサ信号及び第２センサ信号から、第１吸気温度と第２吸気温度の温度差の影響を排除した値として、それぞれのセンサ信号から絶対湿度と相関する値が算出される。絶対湿度は温度に依存しない値であるため、第１センサ信号と第２センサ信号から、第１吸気温度と第２吸気温度の温度差の影響を排除することができる。

内燃機関の暖機期間には吸気温度が上昇する。また、内燃機関のソーク期間には吸気温度が低下する。このため、第６の発明によれば、内燃機関の暖機期間やソーク期間における湿度センサの周囲温度の変化を利用して、湿度センサの異常の有無を検出することができる。

内燃機関の始動前の吸気通路内は外気と湿度が異なることも考えられる。第７の発明によれば、内燃機関の始動後に吸入した外気が湿度センサに到達する前のセンサ信号が使用されることを防止することができるので、湿度センサの異常の誤検出を抑制することが可能となる。

第８の発明によれば、第１吸気温度と第２吸気温度の温度差が所定の温度差よりも小さい場合のセンサ信号が使用されることを防止することができるので、湿度センサの異常の誤検出を抑制することが可能となる。

第９の発明によれば、吸気通路に燃料成分を含むガスが流通している場合のセンサ信号が使用されることを防止することができるので、外気と異なる空気のセンサ信号が使用されることによる湿度センサの異常の誤検出を抑制することが可能となる。

実施の形態１のシステム構成を示す図である。 実施の形態１のシステムにおいて用いられる湿度センサの概略平面図を示す図である。 相対湿度のセンサ値と相対湿度の真値との関係を示した図である。 エンジンの暖機期間において、湿度センサの異常を検出する方法を説明するための図である。 エンジンの停止後のソーク期間において、湿度センサの異常を検出する方法を説明するための図である。 湿度センサの異常検出装置の構成を示す機能ブロック図である。 吸気温度に対する相対湿度の変化を示す図である。 実施の形態１のシステムが実行するルーチンのフローチャートである。 実施の形態２のシステムが実行するルーチンのフローチャートである。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。

１−１.本発明の実施の形態１のシステム構成
図１は、実施の形態１のシステム構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０の気筒数および気筒配置は特に限定されない。エンジン１０は、内部にピストン１２を有するシリンダブロック１４を備えている。シリンダブロック１４の上部にはシリンダヘッド１６が組み付けられている。シリンダヘッド１６は、シリンダヘッドカバー１８により覆われている。ピストン１２上面からシリンダヘッド１６までの空間は燃焼室２０を形成している。シリンダヘッド１６は、燃焼室２０と連通する吸気通路２２と、排気通路２４とを備えている。

また、本実施の形態のシステムは、過給機２６を備えている。過給機２６は、排気通路２４に設けられたタービン２６ａと、吸気通路２２に設けられたコンプレッサ２６ｂとを備えている。タービン２６ａとコンプレッサ２６ｂとは相互に連結されている。過給機２６の作動時には、排気圧を受けて回転するタービン２６ａによりコンプレッサ２６ｂが駆動され、コンプレッサ２６ｂにより吸入空気が圧縮、過給される。

吸気通路２２には、コンプレッサ２６ｂにより過給された吸入空気を冷却するインタークーラ２８が設けられている。インタークーラ２８よりも上流側の吸気通路２２には、コンプレッサ２６ｂをバイパスするエアバイパス通路３０，３２が設けられている。エアバイパス通路３０には、ＡＢＶ（Air Bypass Valve）３４が設けられている。ＡＢＶ３４を開弁することで、過給圧の急激な上昇が防止される。エアバイパス通路３２には、ＰＣＶ通路６４内のガスをエアバイパス通路３２に導入するためのエゼクタ３６が設けられている。また、コンプレッサ２６ｂよりも上流側の吸気通路２２には、エアクリーナ３８が設けられている。一方、インタークーラ２８よりも下流側の吸気通路２２には、電子制御式のスロットルバルブ４０が設けられている。スロットルバルブ４０よりも下流側の吸気通路２２には、サージタンク４２が設けられている。

コンプレッサ２６ｂよりも上流側であってエアクリーナ３８よりも下流側の吸気通路２２には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ７２が設けられている。エアフローメータ７２には、吸入空気の温度を検出する温度センサ７４と吸入空気の湿度を検出する湿度センサ７６が内蔵されている。なお、温度センサ７４及び湿度センサ７６は、エアフローメータ７２とは別体に構成されていてもよい。湿度センサ７６の詳細については後述する。

排気通路２４には、タービン２６ａをバイパスする排気バイパス通路４４が設けられている。排気バイパス通路４４には、電磁駆動式のＷＧＶ（Waste Gate Valve）４６が設けられている。ＷＧＶ４６を開弁することで背圧を調節できるので、エンジンのポンプ損失や排気ガスの筒内残留量が抑制される。

また、本実施の形態のシステムは、排気通路２４から吸気通路２２へ排気ガスを再循環させるＥＧＲ機構を搭載している。ＥＧＲ機構は、タービン２６ａよりも上流側の排気通路２４と、サージタンク４２とを接続するＥＧＲ通路４８を備えている。ＥＧＲ通路４８上には、ＥＧＲガス量を調節するＥＧＲバルブ５０と、水冷式のＥＧＲクーラ５２と、ＥＧＲ触媒５４とが設けられている。ＥＧＲバルブ５０はサージタンク４２に最も近い位置に配置され、ＥＧＲ触媒５４は排気通路２４に近い位置に配置されている。また、ＥＧＲ機構は、ＥＧＲバルブ５０とＥＧＲクーラ５２との間に、エゼクタ５６を備えている。エゼクタ５６は、ＰＣＶ通路６２内のガスをＥＧＲ通路４８に導入するためのものである。

更に、本実施形態のシステムは、ブローバイガスを還元するブローバイガス還元機構を備えている。ブローバイガスとは、ピストン１２とシリンダ壁面の隙間からクランクケース内に流入するガスであり、未燃燃料やオイルミストを含むガスである。このブローバイガス還元機構は、４種類のＰＣＶ通路５８，６０，６２，６４を備えている。ＰＣＶ通路５８は、シリンダヘッドカバー１８とサージタンク４２とを接続する。ＰＣＶ通路５８上には、ＰＣＶバルブ６６が設けられている。ＰＣＶ通路６０は、コンプレッサ２６ｂよりも上流側において、シリンダヘッドカバー１８と吸気通路２２とを接続する。ＰＣＶ通路６２は、エゼクタ５６の吸入口と、シリンダヘッドカバー１８とを接続する。ＰＣＶ通路６２上には、ＰＣＶバルブ６８が設けられている。ＰＣＶ通路６４は、エゼクタ３６の吸入口と、シリンダヘッドカバー１８とを接続する。

加えて、本実施の形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０を備えている。ＥＣＵ７０は、少なくとも入出力インタフェースとメモリとＣＰＵ（プロセッサ）とを備えている。入出力インタフェースは、内燃機関に取り付けられた各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、内燃機関が備えるアクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられている。ＥＣＵ７０が信号を取り込むセンサには、スロットルバルブ４０の開度を検出するスロットル開度センサ、エンジン１０の冷却水温を検出する温度センサ等、エンジン１０の制御に必要な各種のセンサが含まれる。ＥＣＵが操作信号を出すアクチュエータには、ＡＢＶ３４、スロットルバルブ４０、ＷＧＶ４６、ＥＧＲバルブ５０等の各種アクチュエータが含まれる。メモリには、内燃機関を制御するための各種の制御プログラム、マップ等が記憶されている。ＣＰＵ（プロセッサ）は、制御プログラム等をメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて操作信号を生成する。

１−２．湿度センサの構成
図２は、本実施の形態のシステムにおいて用いられる湿度センサ７６の概略平面図を示す図である。湿度センサ７６は電気容量式の湿度センサであって、相対湿度に対応するセンサ信号を出力するものである。湿度センサ７６は、主にシリコン基板８０、検出用電極８２，８４、及び感湿膜８６から構成されている。シリコン基板８０の上には絶縁膜が形成されており、その上には櫛歯状の検出用電極８２，８４が互いに噛みあうように対抗して配置されている。また、感湿膜８６は、湿度に応じて電気容量値が変化する膜であり、シリコン基板８０に検出用電極８２，８４を覆うように配置されている。感湿膜８６の膜中に水分子が侵入すると、侵入した水分量に応じて感湿膜８６の誘電率が大きく変化する。従って、検出用電極８２，８４の間の容量値の変化をセンサ信号として検出することにより、センサ周囲の相対湿度を検出することができる。なお、湿度センサ７６は電気容量式の湿度センサに限らず、電気抵抗式等の他の湿度センサとして構成されていてもよい。

１−３．実施の形態１のシステムの動作
上述したように、湿度センサ７６は、外気の湿度変化に応じて感湿膜８６が吸着する水分量が変化することを利用して、外気の相対湿度を検出することとしている。このため、感湿膜８６が水以外の物質、例えば排気ガスや大気中の有機物を吸着すると、検出される相対湿度に誤差が重畳してしまう。図３は、相対湿度のセンサ値と相対湿度の真値との関係を示した図である。なお、ここでいう相対湿度のセンサ値は、湿度センサ７６のセンサ信号から算出された相対湿度である。この図に示すように、高誘電率の物質が感湿膜８６に付着する劣化が発生すると、相対湿度の真値に対応するセンサ値が高湿度側にずれてしまう。また、湿度センサ７６の回路が劣化して回路抵抗が上昇すると、相対湿度の真値に対応するセンサ値が低湿度側にずれてしまう。このように、湿度センサ７６は、周囲の環境や経年劣化等によってその検出特性が変わるおそれがある。このため、湿度センサ７６の機能を維持するためには、吸気通路２２に配置された湿度センサ７６に発生した異常を早期に検出することが求められる。

しかしながら、相対湿度のセンサ値は、吸気温度の変化に応じて変化する。このため、吸気温度条件の異なる相対湿度のセンサ値を単純に比較したとしても、湿度センサ７６の異常を検出することはできない。そこで、実施の形態１のシステムでは、以下に示す検出方法を用いて、エンジン１０の吸気通路２２に配置された湿度センサ７６の異常を検出することとしている。

１−３−１．エンジン１０の暖機期間における湿度センサの異常検出
図４は、エンジン１０の暖機期間において、湿度センサ７６の異常を検出する方法を説明するための図である。図４に（ａ）で示す実線は、湿度センサ７６によって検出された相対湿度の変化を示している。また、図４に（ｂ）で示す一点鎖線は、エンジン１０の暖機初期の時点（吸気温度が図中のＴ０である時点）における湿度センサ７６のセンサ信号Ｓ０から換算した絶対湿度ＡＨ０の等絶対湿度線ＲＨ０（Ｔ）を表している。なお、ここでいう暖機期間とは、エンジン１０の冷間始動後等、水温や油温の上昇に伴ってエンジンコンパートメント内の温度が上昇している期間を意味している。

エンジン１０の暖機期間において等絶対湿度の吸気が流れ続けているとすると、相対湿度の理論値は吸気温度の上昇に伴い等絶対湿度線上を推移する。このため、例えば、エンジン１０の暖機後の時点（例えば図中の吸気温度がＴ１である時点）において、湿度センサ７６のセンサ信号Ｓ１から算出された相対湿度ＲＨ１が等絶対湿度線上の相対湿度ＲＨ０（Ｔ１）から大きく乖離している場合には、湿度センサ７６に異常が発生していると判断することができる。

このように、上述した異常検出方法では、吸気温度条件が異なる２つのセンサ信号Ｓ０，Ｓ１が、吸気温度条件を揃えた相対湿度ＲＨ０（Ｔ１），ＲＨ１に変換された上で比較される。これにより、吸気温度条件の異なる２つのセンサ信号から吸気温度差の影響を排除することができるので、湿度センサの異常検出を精度よく行うことが可能となる。また、エンジン１０の暖機期間は吸気温度が大きく変化するので、吸気温度条件が大きく異なる２つのセンサ信号を容易に検出することができる。

なお、上述した異常検出方法では、吸気温度Ｔ０，Ｔ１を用いた湿度センサの異常検出において、これらのセンサ信号から吸気温度がＴ１である場合の相対湿度をそれぞれ算出して比較した。しかしながら、両センサ信号の吸気温度条件はＴ１に揃える場合に限られない。すなわち、吸気温度がＴ０，Ｔ１である場合のセンサ信号から、吸気温度が基準吸気温度Ｔａ（例えばＴ０＜Ｔａ＜Ｔ１）である場合の相対湿度ＲＨ０（Ｔａ），ＲＨ１（Ｔａ）またはその相関値をそれぞれ算出し、それらを比較する構成でもよい。

また、上述した異常検出方法において、相対湿度ＲＨ１が相対湿度ＲＨ０（Ｔ１）から大きく乖離しているか否かの判断は、両値の乖離度合が所定度合よりも大きいか否かによって判断すればよい。なお、乖離度合を判断するために適した値としては、例えば、相対湿度ＲＨ０（Ｔ１）と相対湿度ＲＨ１の差分値や相対湿度ＲＨ０（Ｔ１）と相対湿度ＲＨ１の比率を用いることができる。

１−３−２．エンジン１０のソーク期間における湿度センサの異常検出
図５は、エンジン１０の停止後のソーク期間において、湿度センサ７６の異常を検出する方法を説明するための図である。なお、ここでいうソーク期間とは、エンジン１０の停止から次回の始動までの期間を意味している。また、図５に（ａ）で示す実線は、湿度センサ７６によって検出された相対湿度の変化を示している。また、図５に（ｂ）で示す一点鎖線は、エンジン１０の停止時（吸気温度が図中のＴ２である時点）における湿度センサ７６のセンサ信号Ｓ２から換算した絶対湿度ＡＨ２の等絶対湿度線ＲＨ２（Ｔ）を表している。エンジン１０が停止された後のソーク期間において吸気通路２２内の吸気の湿度が一定であるとすると、相対湿度の理論値は吸気温度の低下に伴い等絶対湿度線上を推移する。このため、例えば、ソーク期間の終了時（例えば図中の吸気温度がＴ３である時点）において、湿度センサ７６のセンサ信号Ｓ３から算出された相対湿度ＲＨ３が等絶対湿度線上の相対湿度ＲＨ２（Ｔ３）から大きく乖離している場合には、湿度センサ７６に異常が発生していると判断することができる。

このように、エンジン１０の停止後は吸気温度が低下するので、吸気温度条件の異なる２つのセンサ信号を容易に検出することができる。なお、吸気温度が低下するような状況は、エンジン１０の停止後に限られない。すなわち、例えば、アイドリング中は走行風によって放熱されないため、エンジンコンパートメント内が比較的高温になる場合がある。このような状態から走行が開始されると、図５に示すような吸気温度の低下が起きるため、このときの吸気温度の変化を利用して湿度センサ７６の異常検出を実行してもよい。

１−３−３．その他の状況における湿度センサの異常検出
上述したエンジン１０の暖機期間又はソーク期間の他にも、吸気温度が変化する状況であれば湿度センサの異常検出を実行することができる。吸気温度は、外気から吸気通路２２の入口までの気流を変化させることにより、短時間で変化させることができる。例えば、ラジエータのファンのＯＮ−ＯＦＦを切り替えると、エンジンコンパート内の温度を変化させることができるので、これにより吸気温度を変化させることができる。また、開閉自在なグリルを備えるエンジンにおいては、グリルの開閉によって吸気温度を変化させることもできる。また、吸気通路２２内へ高温の吸気を導入する、いわゆるホットエアインテークを備えるエンジンにおいては、ホットエアインテークの導入を切り替えるための切替弁を切り替えることによって吸気温度を変化させることもできる。さらに、吸気通路２２の途中又はエンジンコンパートメント内に熱交換器を備えるエンジンにおいては、熱交換器を動作させることによって吸気温度を変化させることもできる。

１−４．湿度センサの異常検出を実現するための構成
次に、湿度センサ７６の異常検出を実現するための具体的な構成について説明する。湿度センサ７６の異常検出は異常検出装置１によって実現される。図６は、湿度センサ７６の異常検出装置１の構成を示す機能ブロック図である。異常検出装置１は、湿度センサ７６、温度センサ７４及び制御装置７０１によって構成されている。制御装置７０１は、ＥＣＵ７０の処理回路の一部であり、湿度センサ７６の異常の有無を検出するための機能を実現するためのものである。

制御装置７０１は、センサ信号検出部７１０、算出部７２０及び異常検出部７３０から構成されている。センサ信号検出部７１０は、吸気温度が第１吸気温度であるときの湿度センサ７６のセンサ信号である第１センサ信号と、吸気温度が第１吸気温度変化して第２吸気温度に達したときの湿度センサ７６のセンサ信号である第２センサ信号と、を検出する。算出部７２０は、第１センサ信号及び第２センサ信号の入力を受けて、これらのセンサ信号から、吸気温度差による影響が排除された第１湿度指標値及び第２湿度指標値をそれぞれ算出する。より詳しくは、算出部７２０は、第１算出部７２１と第２算出部７２２とを含んで構成されている。そして、第１算出部７２１は第１センサ信号の入力を受けて第１湿度指標値を算出し、第２算出部７２２は第２センサ信号の入力を受けて第２湿度指標値を算出する。異常検出部７３０は、入力された第１湿度指標値及び第２湿度指標値の乖離度合が大きいか否かによって湿度センサ７６に異常があるか否かを判定する。

上述したエンジン１０の暖機期間における湿度センサ７６の異常検出では、図６における第１吸気温度が吸気温度Ｔ０に相当し、第２吸気温度が吸気温度Ｔ１に相当し、第１センサ信号がセンサ信号Ｓ０に相当し、第２センサ信号がセンサ信号Ｓ１に相当している。また、第１湿度指標値は、センサ信号Ｓ０から算出された絶対湿度ＡＨ０において吸気温度がＴ１に変化した場合の相対湿度ＲＨ０（Ｔ１）に相当し、第２湿度指標値は、センサ信号Ｓ１から算出された相対湿度ＲＨ１に相当している。また、センサ信号Ｓ０，Ｓ１を基準吸気温度Ｔａにおける相対湿度に変換する場合には、第１湿度指標値は、相対湿度ＲＨ０（Ｔａ）に相当し、第２湿度指標値は、相対湿度ＲＨ１（Ｔａ）に相当している。

また、上述したエンジン１０のソーク期間における湿度センサ７６の異常検出では、図６における第１吸気温度が吸気温度Ｔ２に相当し、第２吸気温度が吸気温度Ｔ３に相当し、第１センサ信号がセンサ信号Ｓ２に相当し、第２センサ信号がセンサ信号Ｓ３に相当している。また、第１湿度指標値は、センサ信号Ｓ２から算出された絶対湿度ＡＨ２において吸気温度がＴ３に変化した場合の相対湿度ＲＨ２（Ｔ３）に相当し、第２湿度指標値は、センサ信号Ｓ３から算出された相対湿度ＲＨ３に相当している。

なお、制御装置７０１におけるセンサ信号検出部７１０、算出部７２０及び異常検出部７３０の各機能は、処理回路により実現される。すなわち、制御装置７０１は、吸気温度が第１吸気温度から第２吸気温度に変化した場合に、吸気温度が第１吸気温度である場合のセンサ信号である第１センサ信号、及び吸気温度が第２吸気温度である場合のセンサ信号である第２センサ信号を検出し、検出された第１センサ信号及び第２センサ信号から、第１吸気温度と第２吸気温度の温度差の影響を排除した値を、第１湿度指標値及び第２湿度指標値としてそれぞれ算出し、算出された第１湿度指標値と第２湿度指標値の乖離度合が所定度合よりも大きいか否かによって湿度センサの異常の有無を検出するための処理回路を備える。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう）である。

センサ信号検出部７１０、算出部７２０及び異常検出部７３０の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。処理回路は、メモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、制御装置は、処理回路に実現されるときに、吸気温度が第１吸気温度から第２吸気温度に変化した場合に、吸気温度が第１吸気温度である場合のセンサ信号である第１センサ信号、及び吸気温度が第２吸気温度である場合のセンサ信号である第２センサ信号を検出するステップ、検出された第１センサ信号及び第２センサ信号から、第１吸気温度と第２吸気温度の温度差の影響を排除した値を、第１湿度指標値及び第２湿度指標値としてそれぞれ算出するステップ、及び算出された第１湿度指標値と第２湿度指標値の乖離度合が所定度合よりも大きいか否かによって湿度センサの異常の有無を検出するステップが、結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリを備える。また、これらのプログラムは、センサ信号検出部７１０、算出部７２０及び異常検出部７３０の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリとは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ、ＥＰＰＲＯＭ等の不揮発性または揮発性の半導体メモリが該当する。

１−５．湿度センサの異常検出の実行条件
上述した湿度センサの異常検出では、以下の条件を満たすことにより、検出精度を高めることが可能となる。

１−５−１．吸気温度の温度差を確保するための条件
図７は、吸気温度に対する相対湿度の変化を示す図であり、図中の（ｂ）が中央値（理論値）を、図中の（ａ）が検出誤差の上限値を、そして図中の（ｃ）が検出誤差の下限値を、それぞれ示している。この図に示すように、吸気温度の温度変化が小さい場合には、検出される相対湿度に大きな差が生じないため、湿度センサの異常と検出誤差との区別が付き難い。そこで、実施の形態１のシステムでは、吸気温度の温度変化が所定値（例えば、検出値の誤差幅）よりも小さい場合には、湿度センサの異常判定を制限するように構成されている。このような構成によれば、湿度センサの異常と検出誤差とを明確に切り分けて判定することが可能となる。

１−５−２．外気が湿度センサへ到達するための条件
エンジン１０を始動する場合において、始動前の吸気通路２２内やエンジンコンパートメント内の空気の絶対湿度は、始動時の外気の絶対湿度と異なる可能性がある。そこで、実施の形態１のシステムでは、エンジン１０の始動後、外気が湿度センサ７６に到達するまでの期間は、湿度センサの異常判定を制限するように構成されている。このような構成としては、例えば、エンジン１０の始動後の吸入空気量の体積の積算値が、吸気通路２２の入口から湿度センサ７６が配置されている位置までの吸気容積を超えるまでは湿度センサの異常判定を制限することが考えられる。また、エンジンコンパートメント内に空気が滞留するような構成である場合には、更にエンジンコンパートメントの空気容積も考慮してもよい。このような構成によれば、外気が湿度センサに到達した後の出力信号を用いることができるので、湿度センサの異常有無判定を高精度に実現することができる。なお、外気が湿度センサ７６に到達したかの判定は、エンジン１０の始動時からの時間によって定めてもよい。

１−５−３．燃料成分を含むガスが湿度センサに到達する場合
実施の形態１のエンジン１０は、ＥＧＲ機構およびブローバイガス還元機構を備えている。このため、ＥＧＲガスやブローバイガスが吸気通路２２へと還流される運転条件では、吸気脈動の影響等によってこれらの燃焼ガスが湿度センサ７６へと到達することが想定される。そこで、実施の形態１のシステムでは、湿度センサ７６にＥＧＲガスやブローバイガス等の燃料成分を含むガスが到達する条件では、湿度センサの異常判定を制限するように構成されている。このような構成によれば、湿度センサ７６の正常な出力信号を用いることができるので、湿度センサの異常有無判定を高精度に実現することができる。

１−６．実施の形態１のシステムの具体的処理
次に、実施の形態１のシステムにおいて実行される湿度センサの異常有無判定処理の具体的処理について説明する。図８は、実施の形態１のシステムが実行するルーチンのフローチャートである。なお、図８に示すルーチンは、エンジン１０の暖機期間において湿度センサの異常有無を判定するためのルーチンであって、エンジン１０の始動時にＥＣＵ７０によって実行される。

図８に示すルーチンでは、エンジン１０の始動後所定時間が経過しているか否かが判定される（ステップＳ１２）。所定時間は、湿度センサ７６が正常な出力信号を発するまでに要する時間であり、上述した外気が湿度センサまで到達するための条件等から定められる。その結果、本ステップの条件の成立が認められない場合には本ステップの処理が繰り返し実行され、本ステップの条件の成立が認められた場合には次のステップへと移行する。

次のステップでは、暖機初期の相対湿度として、湿度センサ７６の出力信号から相対湿度ＲＨ０が算出される。また、温度センサ７４を用いて、相対湿度ＲＨ０の算出時の吸気温度Ｔ０が算出される。さらに、吸気温度Ｔ０を用いて、相対湿度ＲＨ０に対応する絶対湿度ＡＨ０が算出される（ステップＳ１４）。

次に、等絶対湿度での相対湿度の変化を示す等絶対湿度線ＲＨ０（Ｔ）が算出される（ステップＳ１６）。次に、検出可能となる温度変化量が算出される（ステップＳ１８）。ここでは、具体的には、上述した吸気温度の温度差を確保するための条件を満たすか否かを判定するための温度変化量として、検出誤差幅よりも大きな値が算出される。

次に、吸気温度の温度変化量が十分か否かが判定される（ステップＳ２０）。ここでは、具体的には、現在の吸気温度が検出され、吸気温度Ｔ０から現在の吸気温度までの変化量が上記ステップＳ１８において読み込まれた温度変化量よりも大きいか否かが判定される。その結果、本ステップの成立が認められない場合には、本ステップの処理が繰り返し実行され、本ステップの成立が認められた場合には、次のステップへと移行する。

次のステップでは、現在の相対湿度として、湿度センサ７６の出力信号から相対湿度ＲＨｎが算出される。また、温度センサ７４を用いて、相対湿度ＲＨｎの算出時の吸気温度Ｔｎが算出される（ステップＳ２２）。

次に、｜ＲＨｎ−ＲＨ０（Ｔｎ）｜＜閾値の成立が判定される（ステップＳ２４）。相対湿度ＲＨ０（Ｔｎ）は、上記ステップＳ１６において算出された等絶対湿度線ＲＨ０（Ｔ）において、吸気温度がＴｎであるときの相対湿度である。また、閾値は、湿度センサ７６に異常が発生しているか否かを判定するための閾値であって、予め設定された値が読み込まれる。その結果、｜ＲＨｎ−ＲＨ０（Ｔｎ）｜＜閾値の成立が認められた場合には、湿度センサ７６が正常であると判断される（ステップＳ２６）。一方、｜ＲＨｎ−ＲＨ０（Ｔｎ）｜＜閾値の成立が認められない場合には、湿度センサ７６が異常であると判断される（ステップＳ２８）。上記ステップＳ２６又はＳ２８の処理が実行されると、本ルーチンは終了される。

以上説明したとおり、実施の形態１のシステムによれば、吸気通路２２に設けられている湿度センサ７６に異常が発生しているか否かを、高い精度で判定することが可能となる。

ところで、図８に示すルーチンは、エンジン１０のソーク期間において湿度センサの異常有無を判定するためのルーチンに応用することができる。この場合、図８に示すルーチンをエンジン１０の停止時に実行すればよい。ただし、ステップＳ１２の処理はエンジン１０の始動後に関連している処理であるためスキップする。

なお、上述した実施の形態１のシステムでは、異常検出装置１が第１の発明の異常検出装置に相当し、湿度センサ７６が第１の発明の湿度センサに相当し、温度センサ７４が第１の発明の温度センサに相当し、制御装置７０１が第１の発明の制御装置に相当している。センサ信号検出部７１０が第１の発明のセンサ信号検出手段に相当し、算出部７２０が第１の発明の算出手段に相当し、異常検出部７３０が第１の発明の検出手段に相当している。

また、上述した実施の形態１のシステムでは、第１算出部７２１が第２の発明の第１算出手段に相当し、第２算出部７２２が第２の発明の第２算出手段に相当している。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。実施の形態２のシステムは、実施の形態１と同様のハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ７０に後述する図９に示すルーチンを実行させることにより実現される。

２−１．実施の形態２のシステムの動作
実施の形態１のシステムでは、吸気温度条件が異なる２つのセンサ信号Ｓ０，Ｓ１を、吸気温度条件を揃えた相対湿度ＲＨ０（Ｔ１），ＲＨ１に変換した上で比較する構成とした。ここで、絶対湿度は相対湿度とは異なり温度に依存しない湿度である。そこで、実施の形態２のシステムでは、吸気温度条件の異なる２つのセンサ信号からそれぞれ絶対湿度又はその相関値を算出し、これらの値が大きく乖離しているか否かによってセンサ異常の有無を判定することとしている。なお、吸気温度が変化する条件としては、上述したエンジン１０の暖機期間や、エンジン１０の停止後のソーク期間等の条件を用いればよい。

具体的には、例えば、吸気温度がＴ０からＴ１まで上昇したエンジン１０の暖機期間において、吸気温度がＴ０である時点における湿度センサ７６のセンサ信号Ｓ０から換算した絶対湿度ＡＨ０と、吸気温度がＴ１である時点における湿度センサ７６のセンサ信号Ｓ１から換算した絶対湿度ＡＨ１を算出する。そして、絶対湿度ＡＨ０が絶対湿度ＡＨ１から大きく乖離している場合には、湿度センサ７６に異常が発生していると判断することができる。

実施の形態２のシステムにおける湿度センサ７６の異常検出は、実施の形態１のシステムと同様の図６に示す異常検出装置１、より詳しくは、湿度センサ７６、温度センサ７４及び制御装置７０１によって実現される。なお、上述した絶対湿度の比較による湿度センサの異常検出では、図６における第１吸気温度が吸気温度Ｔ０に相当し、第２吸気温度が吸気温度Ｔ１に相当し、第１センサ信号がセンサ信号Ｓ０に相当し、第２センサ信号がセンサ信号Ｓ１に相当している。また、第１湿度指標値は、センサ信号Ｓ０から算出された絶対湿度ＡＨ０に相当し、第２湿度指標値は、センサ信号Ｓ１から算出された絶対湿度ＡＨ１に相当している。

２−２．実施の形態２のシステムの具体的処理
次に、実施の形態２のシステムにおいて実行される湿度センサの異常有無判定処理の具体的処理について説明する。図９は、実施の形態２のシステムが実行するルーチンのフローチャートである。なお、図９に示すルーチンは、エンジン１０の暖機期間において湿度センサの異常有無を判定するためのルーチンであって、エンジン１０の始動時にＥＣＵ７０によって実行される。

図９に示すルーチンのステップＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１８、及びＳ２０では、図８に示すルーチンのステップＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１８、及びＳ２０と同様の処理が実行される。そして、ステップＳ２０の成立が認められた場合には、次のステップへと移行する。

次のステップでは、現在の相対湿度として、湿度センサ７６の出力信号から現在の相対湿度ＲＨｎが算出される。また、温度センサ７４を用いて、相対湿度ＲＨｎの算出時の吸気温度Ｔｎが算出される。さらに、吸気温度Ｔｎを用いて、相対湿度ＲＨｎに対応する絶対湿度ＡＨｎが算出される（ステップＳ４０）。

次に、｜ＡＨｎ−ＡＨ０｜＜閾値の成立が判定される（ステップＳ４２）。閾値は、湿度センサ７６に異常が発生しているか否かを判定するための閾値であって、予め設定された値が読み込まれる。その結果、｜ＡＨｎ−ＡＨ０｜＜閾値の成立が認められた場合には、湿度センサ７６が正常であると判断される（ステップＳ２６）。一方、｜ＡＨｎ−ＡＨ０（Ｔｎ）｜＜閾値の成立が認められない場合には、湿度センサ７６が異常であると判断される（ステップＳ２８）。上記ステップＳ２６又はＳ２８の処理が実行されると、本ルーチンは終了される。

以上説明したとおり、実施の形態２のシステムによれば、吸気通路２２に設けられている湿度センサ７６に異常が発生しているか否かを、高い精度で判定することが可能となる。

ところで、図９に示すルーチンは、図８に示すルーチンと同様に、エンジン１０のソーク期間において湿度センサの異常有無を判定するためのルーチンに応用することができる。

なお、上述した実施の形態２のシステムでは、絶対湿度ＡＨ０が第５の発明の第１絶対湿度に相当し、絶対湿度ＡＨｎが第５の発明の第２絶対湿度に相当し、第１算出部７２１が第５の発明の第１絶対湿度算出手段に相当し、第２算出部７２２が第５の発明の第２絶対湿度算出手段に相当している。

１ 異常検出装置
１０ エンジン
２２ 吸気通路
２４ 排気通路
２６ 過給機
４８ ＥＧＲ通路
５０ ＥＧＲバルブ
５８，６０，６２，６４ ＰＣＶ通路
６６，６８ ＰＣＶバルブ
７０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
７０１ 制御装置
７１０ センサ信号検出部
７２０ 算出部
７２１ 第１算出部
７２２ 第２算出部
７３０ 異常検出部

Claims (9)

1. 内燃機関の吸気通路内に配置され、前記吸気通路内の吸気の相対湿度に対応するセンサ信号を出力する湿度センサと、
   前記吸気の温度である吸気温度を検出する温度センサと、
   前記センサ信号及び前記吸気温度に基づいて、前記湿度センサの異常の有無を検出する制御装置と、を有する湿度センサの異常検出装置であって、
   前記制御装置は、
   前記吸気温度が第１吸気温度であるときの前記センサ信号である第１センサ信号と、前記吸気温度が前記第１吸気温度から変化して第２吸気温度に達したときの前記センサ信号である第２センサ信号と、を検出するセンサ信号検出手段と、
   前記第１センサ信号及び前記第２センサ信号から、前記第１吸気温度と前記第２吸気温度の温度差の影響を排除した値を、第１湿度指標値及び第２湿度指標値としてそれぞれ算出する算出手段と、
   前記第１湿度指標値と前記第２湿度指標値の乖離度合が所定度合よりも大きいか否かによって前記湿度センサの異常の有無を検出する検出手段と、
   を備えることを特徴とする湿度センサの異常検出装置。
2. 前記算出手段は、
   前記第１センサ信号を用いて、前記吸気温度が所定の基準吸気温度であるときの前記相対湿度と相関する値を、前記第１湿度指標値として算出する第１算出手段と、
   前記第２センサ信号を用いて、前記吸気温度が前記基準吸気温度であるときの前記相対湿度と相関する値を、前記第２湿度指標値として算出する第２算出手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の湿度センサの異常検出装置。
3. 前記基準吸気温度は前記第２吸気温度であることを特徴とする請求項２に記載の湿度センサの異常検出装置。
4. 前記基準吸気温度は前記第１吸気温度であることを特徴とする請求項２に記載の湿度センサの異常検出装置。
5. 前記算出手段は、
   前記第１センサ信号を用いて、前記吸気温度が前記第１吸気温度であるときの絶対湿度である第１絶対湿度と相関する値を前記第１湿度指標値として算出する第１絶対湿度算出手段と、
   前記第２センサ信号を用いて、前記吸気温度が前記第２吸気温度であるときの絶対湿度である第２絶対湿度と相関する値を前記第２湿度指標値として算出する第２絶対湿度算出手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の湿度センサの異常検出装置。
6. 前記センサ信号検出手段は、前記内燃機関の暖機期間又はソーク期間に、前記吸気温度が前記第１吸気温度から第２吸気温度へと変化した場合に、前記第１センサ信号及び前記第２センサ信号を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の湿度センサの異常検出装置。
7. 前記制御装置は、前記内燃機関の暖機期間において、前記内燃機関の始動後に前記吸気通路へと吸入される吸入空気の体積の積算値が、前記吸気通路における入口から前記湿度センサまでの容積を超えるまでは、前記第１センサ信号及び前記第２センサ信号の検出を制限するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の湿度センサの異常検出装置。
8. 前記制御装置は、前記温度差が所定の温度差以上となるように、前記第２吸気温度を設定するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の湿度センサの異常検出装置。
9. 前記制御装置は、前記内燃機関の吸気通路に燃料成分を含むガスが流通している場合に、前記第１センサ信号及び前記第２センサ信号の検出を制限するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の湿度センサの異常検出装置。

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