JP5429407B2 - 内燃機関の異常検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、使用燃料の性状に応じて運転が制御される内燃機関のための異常検出装置に関し、特に、燃料性状の判別に用いる燃料性状センサの異常を検出することのできる異常検出装置に関する。

いわゆるＦＦＶ（Flexible Fuel Vehicle）には、様々な性状の燃料を使用可能な内燃機関が搭載されている。そのようなＦＦＶ用内燃機関で使用される燃料の例としては、エタノール混合ガソリンを挙げることができる。エタノール混合ガソリンを内燃機関の燃料として用いる場合、エタノールとガソリンとでは単位体積あたりの発熱量が大きく異なるため、燃料のエタノール濃度に応じた空燃比の調整が必要となる。このため、エタノール混合ガソリンを使用する内燃機関には、使用されている燃料の性状、具体的にはエタノール濃度を判別するために、燃料性状センサの一種であるエタノール濃度センサが備えられている。エタノール濃度センサとしては、静電容量式センサ、光透過式センサ、及び光屈折率式センサが好適である。

エタノール濃度センサによって計測された燃料のエタノール濃度は、内燃機関の空燃比制御におけるパラメータとして用いられる。これにより、どのようなエタノール濃度の燃料が用いられている場合であっても、所望のトルクが得られるだけでなく、満足のいくエミッション性能をも担保できるようになる。

このように、ＦＦＶ用内燃機関における燃料性状センサは、内燃機関の性能を担保する上で重要な役割を有している。ところが、他のセンサの場合と同様、燃料性状センサが常に正常に機能しているという保証はない。断線や短絡、或いはセンサ素子の劣化等、何らかの異常が燃料性状センサに発生する場合がある。そのような場合に燃料性状センサの出力値を用いて内燃機関の制御を行ってしまうと、使用燃料の性状にあった適切な運転を行うことができず、エミッション性能や燃費性能といった内燃機関の性能の悪化を招いてしまうことになる。

したがって、燃料性状センサに何らかの異常が発生した場合には、修理や交換といった適切な対応を速やかにとることができるよう、異常の発生を正確に検出することが求められる。このような課題に関し、特開２０１０−０３８０５２号公報（以下、特許文献１）には、エタノール濃度センサの出力値に対して上限閾値と下限閾値とを設定し、出力値が上限閾値或いは下限閾値を越えるようならば、エタノール濃度センサに異常が発生していると判定する技術が開示されている。この公報に開示された技術では、エタノール濃度が同じであってもエタノール濃度センサの出力値は燃料温度によって異なることに着目し、燃温センサによって計測した燃料温度に応じて上限閾値及び下限閾値の各値を異なる値に設定することも行われている。

しかし、特許文献１に記載された技術では、エタノール濃度センサの異常を必ずしも正確に検出することはできない。エタノール濃度センサにおいて特に発生しやすく、且つ、内燃機関の制御への影響が大きい異常の１つに、“スタック”と呼ばれる現象がある。スタックとは、エタノール濃度センサの出力値が固定値に張り付いてしまう現象である。このようなスタックは、エタノール濃度センサの出力値が上限閾値と下限閾値との間にある場合にも発生しうるため、特許文献１に記載された技術ではスタックを異常として検出することができないおそれがある。

センサのスタックを検出する方法に関しては、例えば、特開２０００−３０３８９８号公報（以下、特許文献２）に記載されているように、静電容量式の温度センサについては公知である。特許文献２に記載の方法は、温度センサによって計測した内燃機関の始動後の最大水温と最小水温との差を計算し、その差が小さい場合には、スタックが発生していると判定する方法である。しかし、この方法をエタノール濃度センサのスタック検出に適用することは困難である。燃料温度とは異なり、給油でもしない限りは燃料のエタノール濃度を変化させることはできないからである。

なお、特許文献１に記載されているエタノール濃度センサの燃料温度に対する出力特性に着目すれば、燃料温度によってエタノール濃度センサの出力値が変化するかどうかによって、スタックの発生の有無を判定することが１つの案として考えられる。しかし、エタノール濃度が０％の燃料が使用されている場合には、燃料温度が変化してもエタノール濃度センサの出力値はほとんど変化しない。したがって、この案では、エタノール濃度が０％の燃料が使用されているのか、スタックが発生しているのかを判別できないという問題がある。

燃料性状センサの異常検出のためのその他の方法としては、特開２００８−０１４７４１号公報（以下、特許文献３）に記載の方法が存在する。特許文献３に記載の異常検出方法は、燃料タンクの入口に測定室が設けられ、その測定室に燃料性状センサが取り付けられている構成を前提とする。また、燃料性状センサが、測定室の測定空間に燃料が存在する場合と存在しない場合とで、それぞれ異なるレベルの信号を出力するように構成されていることもその前提となっている。これら前提となっている構成によれば、普段の測定空間には燃料は溜まっていないが、燃料タンクに給油がなされることで測定空間に一時的に燃料が溜まり、測定空間の燃料の存在を受けて燃料性状センサの信号レベルが変化する。したがって、給油時に燃料性状センサから適正な信号が出力されていないのであれば、燃料性状センサに何らかの異常が発生していると判断することができる。

しかしながら、特許文献３に記載の技術は、使用燃料の性状を正確に判別するという点において問題がある。内燃機関の制御のための情報として必要な燃料性状は、燃料タンクから内燃機関に供給される燃料、より詳しくは、インジェクタから噴射される燃料の燃料性状である。ところが、特許文献３に記載の構成によれば、燃料性状センサによって判別される燃料性状は燃料タンクに給油される燃料のものであって、インジェクタから噴射される燃料のものではない。様々な性状の燃料を使用可能なＦＦＶ用内燃機関においては、燃料タンク内の燃料と新たに給油される燃料とでは、燃料性状は必ずしも一致しない。このため、特許文献３に記載の技術では、燃料性状センサにより判別した燃料性状と、実際にインジェクタから噴射される燃料のそれとが異なる可能性が高く、使用燃料の性状に応じた適切な空燃比制御を行うことは困難であった。

さらに、特許文献３に記載の技術は、燃料性状センサの異常、特に、スタックを正確に検出するという点においても十分であるとは言えない。例えば、測定空間に燃料が存在しない場合の出力レベルで燃料性状センサの出力値が張り付いてしまったのであれば、給油時の燃料性状センサの出力レベルからスタックの発生を検出することができる。ところが、測定空間に燃料が存在する場合の出力レベルで燃料性状センサの出力値が張り付いてしまった場合には、そのまま給油時においてもその出力レベルが保たれる結果、燃料性状センサは正常に作動していると判断されることになる。つまり、特許文献３に記載の技術では、それをスタックとして検出することはできない。

以上のように、従来提案されている燃料性状センサの異常検出のための技術は、燃料性状センサの異常、特にスタックを正確に検出するという点において十分とは言えなかった。

特開２０１０−０３８０５２号公報 特開２０００−３０３８９８号公報 特開２００８−０１４７４１号公報 特開平０５−０７９４３２号公報 特開２００１−３３６４６０号公報 特開２００９−０９１９９１号公報

本発明は、使用燃料の性状に応じて運転が制御される内燃機関において、燃料性状の判別に用いる燃料性状センサの異常、特に、スタックを正確に検出可能にすることを課題とする。そして、そのような課題を達成するために、本発明は、次のような内燃機関の異常検出装置を提供する。

本発明が提供する異常検出装置によれば、アルコール濃度や重質度といった使用燃料の性状を判別するための燃料性状センサとして、静電容量式センサ、光透過式センサ、或いは光屈折率式センサなどの出力特性に特徴のあるセンサが用いられる。それらセンサが有する出力特性の特徴とは、計測部に液体が存在する場合と気体が存在する場合とでは出力値のレベルが異なり、計測部に燃料が存在する場合にはその性状に応じて出力値が決まることである。本異常検出装置によれば、そのような出力特性を有する燃料性状センサが、燃料ポンプとインジェクタとを接続する燃料流路の本流路ではなく、本流路から分岐して設けられた支流路に設けられる。ただし、その支流路とは、内燃機関の始動から停止後の次回の始動までの間に内部から燃料が抜け出た状況が生じうる支流路である。そのような支流路は、本異常検出装置のために新設することも可能であるが、従来からある既存の燃料流路の中に見つけることができる。例えば、圧力調整弁により本流路から排出された燃料を案内するための燃料流路はそのような支流路の１つに挙げることができる。また、燃料ポンプの吸込み口に燃料を送り込むためのジェットポンプに接続される燃料流路もそのような支流路の１つに挙げることができる。

本異常検出装置は、燃料性状センサが設けられた支流路に燃料が流れているときの燃料性状センサの出力値を第１センサ出力値として取り込むとともに、その支流路から燃料が抜け出たときの燃料性状センサの出力値を第２センサ出力値として取り込む。第１センサ出力値を取り込む時期としては、内燃機関の始動に伴う燃料ポンプの作動から内燃機関の停止に伴う燃料ポンプの停止までの間、つまり、燃料ポンプによって本流路から支流路に燃料が送り込まれている期間が好ましい。第２センサ出力値を取り込む時期としては、内燃機関の停止から次回の始動までの間、つまり、燃料ポンプによって本流路から支流路に燃料が送り込まれていない期間が好ましい。

そして、本異常検出装置は、第１センサ出力値と第２センサ出力値とを判断材料にして燃料性状センサの異常の有無を判定する。その具体的な方法としては、第１センサ出力値と第２センサ出力値との差を所定の基準差と比較し、その比較結果から燃料性状センサの異常の有無を判定する方法を用いることができる。この方法によれば、第１センサ出力値と第２センサ出力値との差が基準差よりも小さい場合には、燃料性状センサに異常があると判断することができる。

或いは、第１センサ出力値と所定の第１閾値とを比較するとともに、第２センサ出力値と所定の第２閾値とを比較し、それぞれの比較の結果から燃料性状センサの異常の有無を判定することもできる。この方法によれば、第１センサ出力値が第１閾値を異常側に越えているか、或いは、第２センサ出力値が第２閾値を異常側に越えている場合には、燃料性状センサに異常があると判断することができる。

さらに、第１センサ出力値と第２センサ出力値との差を所定の基準差と比較するとともに、第１センサ出力値或いは第２センサ出力値と所定の閾値とを比較し、それぞれの比較の結果から燃料性状センサの異常の有無を判定することもできる。この方法によれば、第１センサ出力値と第２センサ出力値との差が基準差よりも小さいか、或いは、何れかのセンサ出力値が対応する閾値を異常側に越えている場合には、燃料性状センサに異常があると判断することができる。

本異常検出装置によれば、出力レベルが異なるはずの２つのセンサ出力値を異常判定の判断材料として用いることで、センサの出力値が固定値に張り付くスタックが発生した場合でも、そのスタックを異常として正確に検出することができる。また、本異常検出装置では、燃料性状センサによって燃料性状を判別される燃料は、インジェクタに供給される燃料と同じく、燃料ポンプによって燃料タンクから汲み上げられた燃料である。したがって、燃料性状センサに異常がない場合には、使用燃料の性状に応じて内燃機関の運転を適切に制御することができる。

なお、燃料性状センサが燃料のアルコール濃度を計測するためのアルコール濃度センサである場合には、次のような機能を異常検出装置に付加することもできる。

本発明において異常検出装置に付加することができる機能とは、アルコール濃度センサの合理性を診断する機能である。上述の異常検出の方法によれば、スタックを正確に検出することができる。ただし、スタックはしていなくともセンサの出力特性にずれが生じている可能性はある。この場合、他のセンサの出力値との関係からアルコール濃度センサの出力値に疑いがなければ、少なくともその関係においてはアルコール濃度センサの出力値には合理性があると判断することができる。

この場合、本異常検出装置は、インジェクタによる燃料噴射量の積算値とアルコール濃度センサの出力値とを用いてインジェクタから噴射される燃料のアルコール濃度を推定する。それと並行して、本異常検出装置は、内燃機関の排気通路に配置された空燃比センサの出力値に基づく空燃比フィードバック制御によってインジェクタから噴射される燃料のアルコール濃度を学習する。そして、給油によってアルコール濃度センサの出力値が変化した場合に、本異常検出装置は、アルコール濃度の推定値とアルコール濃度の学習値との差が所定の判定値内になっているかどうか検証することによってアルコール濃度センサの合理性が保たれているかどうか判定する。空燃比センサの出力値とアルコール濃度センサの出力値との間の関係にずれが生じていなければ、アルコール濃度の推定値と学習値との差は判定値内に収まっているはずである。

このような診断の方法によれば、アルコール濃度センサの合理性を迅速に診断することができる。本異常検出装置の構成によれば、給油直後に燃料ポンプを駆動するだけで、内燃機関を始動せずとも燃料タンク内のアルコール濃度に応じたセンサ出力値を得ることができからである。

本発明の実施の形態１の異常検出装置が適用された内燃機関の燃料供給システムの構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態１にてＥＣＵにより実施される異常判定処理のルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２にてＥＣＵにより実施される異常判定処理のルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３の異常検出装置が適用された内燃機関の燃料供給システムの構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態４の異常検出装置が適用された内燃機関の燃料供給システムの構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態４にてＥＣＵにより実施される異常判定処理のルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態５における始動時の制御経過を示す図である。 本発明の実施の形態５にてＥＣＵにより実施される合理性判定処理のルーチンを示すフローチャートである。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。

本実施の形態の異常検出装置は、ガソリンのみならずエタノール混合ガソリンも使用可能なＦＦＶ用内燃機関に適用される。図１はそのような内燃機関の燃料供給システムの構成を示す概略図である。

図１に示す燃料供給システムでは、燃料タンク１０の内部に燃料ポンプモジュール１２が設けられている。燃料ポンプモジュール１２はリザーバカップ１４を有し、その内部には電動式フィードポンプ（燃料ポンプ）１６とフィルタ２０が収められている。フィードポンプ１６にて加圧された燃料は、チェック弁１８を通ってフィルタ２０へ送られ、さらにチェック弁２２を通ってメイン流路２４に送られるようになっている。燃料ポンプモジュール１２は、さらに、リザーバカップ１４の外の燃料をリザーバカップ１４の内側に送り込むためのジェットポンプ２８を備えている。フィードポンプ１６にて加圧された燃料は、その一部がフィルタ２０の中で分流され、その分流された加圧燃料がジェットポンプ用流路２６によってジェットポンプ２８に供給されるようになっている。さらに、燃料ポンプモジュール１２には、低圧プレッシャレギュレータ（圧力調整弁）４４とエタノール濃度センサ（燃料性状センサ）５２とが設けられている。

メイン流路２４は燃料タンク１０の外に伸び、左バンク側のデリバリパイプ３０に接続されている。このデリバリパイプ３０には、連絡流路３２を介して右バンク側のデリバリパイプ３４が接続されている。そして、各デリバリパイプ３０，３４には、各バンクの気筒毎に用意された４本のインジェクタ３６が接続されている。フィードポンプ１６から送り出された加圧燃料は、メイン流路２４を通ってデリバリパイプ３０に供給され、インジェクタ３６によって左バンクの各気筒に噴射される。また、加圧燃料は、デリバリパイプ３０から連絡流路３２を通ってデリバリパイプ３４にも供給され、インジェクタ３６によって右バンクの各気筒に噴射される。本実施の形態においては、フィードポンプ１６の吐出口から各インジェクタ３６に至るまでの燃料流路、すなわち、フィルタ２０、メイン流路２４、デリバリパイプ３０、連絡流路３２、及びデリバリパイプ３４からなる燃料流路が、本発明に係る「燃料流路の本流路」に相当している。

デリバリパイプ３４の末端部には、燃料タンク１０の内部まで延びる第１リターン流路３８が接続されている。この第１リターン流路３８には、高圧プレッシャレギュレータ４２が設けられている。高圧プレッシャレギュレータ４２は、デリバリパイプ３４の内部の燃料圧力が所定の高リリーフ圧を超えたときに自動で開き、燃料圧力が高リリーフ圧以下になったら自動で閉じる。これにより、フィードポンプ１６の吐出口から各インジェクタ３６に至るまでの燃料流路の本流路の内部は、前記の高リリーフ圧によって規定される所定の高圧力に調圧される。高圧プレッシャレギュレータ４２が開くことで第１リターン流路３８に排出される燃料は、第１リターン流路３８を通って燃料タンク１０に戻されるようになっている。

メイン流路２４の途中からは、第２リターン流路４０が分岐している。第２リターン流路４は燃料タンク１０の内部まで延びていて、その途中には前述の低圧プレッシャレギュレータ４４が設けられている。低圧プレッシャレギュレータ４４は、メイン流路２４の内部の燃料圧力が所定の低リリーフ圧を超えたときに自動で開き、燃料圧力が低リリーフ圧以下になったら自動で閉じる。これにより、フィードポンプ１６の吐出口から各インジェクタ３６に至るまでの燃料流路の本流路の内部は、前記の低リリーフ圧によって規定される所定の低圧力に調圧される。低圧プレッシャレギュレータ４４が開いた場合には、フィードポンプ１６から圧送される加圧燃料の一部は第２リターン流路４０を経由して燃料タンク１０へ戻される。

また、第２リターン流路４０における低圧プレッシャレギュレータ４４の上流には、燃圧切替弁４６が設けられている。燃圧切替弁４６が開いているときには、低圧プレッシャレギュレータ４４にメイン流路２４の内部の燃料圧力が作用する。このため、高圧プレッシャレギュレータ４２に優先して低圧プレッシャレギュレータ４４が機能することとなり、フィードポンプ１６の吐出口から各インジェクタ３６に至るまでの燃料流路の本流路の燃料圧力は低圧に調圧される。この場合、高圧プレッシャレギュレータ４２は閉じた状態に維持されるため、第１リターン流路３８への燃料の排出はなくなる。一方、燃圧切替弁４６が閉じているときには、低圧プレッシャレギュレータ４４にはメイン流路２４の内部の燃料圧力は作用せず、低圧プレッシャレギュレータ４４は機能しなくなる。このため、フィードポンプ１６の吐出口から各インジェクタ３６に至るまでの燃料流路の本流路の燃料圧力は、高圧プレッシャレギュレータ４２によって高圧に調圧される。

エタノール濃度センサ５２は、第２リターン流路４０において低圧プレッシャレギュレータ４４の下流に設けられている。本実施の形態で用いられるエタノール濃度センサ５２は静電容量式センサである。エタノール濃度センサ５２の出力値はエタノール濃度の変化に対して連続的な変化を示すため、その出力値から使用燃料のエタノール濃度を計測することができる。エタノール濃度センサ５２の出力値はＥＣＵ５０に取り込まれ、内燃機関の運転を制御するための情報として使用される。本実施の形態の燃料供給システムの構成によれば、エタノール濃度センサ５２によってエタノール濃度を判別される燃料は、インジェクタ３６に供給される燃料と同じく、フィードポンプ１６によって燃料タンク１０から汲み上げられた燃料である。したがって、エタノール濃度センサ５２に異常がない場合には、使用燃料のエタノール濃度に応じて内燃機関の運転を適切に制御することができる。

ＥＣＵ５０は、内燃機関の運転を制御する制御装置として機能するとともに、内燃機関の異常検出装置としても機能する。ＥＣＵ５０が異常検出装置として機能する場合、その検出項目の１つとしてエタノール濃度センサ５２の異常検出が行なわれる。ＥＣＵ５０に組み込まれた異常検出のためのプログラムによれば、エタノール濃度センサ５２の出力特性を利用した方法で異常の有無が判定される。その利用される出力特性とは、計測部である電極間に液体が存在する場合と気体が存在する場合とでは出力値のレベルが異なるという出力特性であり、これは静電容量式センサの特徴的な出力特性である。このような出力特性によれば、エタノール濃度センサ５２が正常であるならば、エタノール濃度センサ５２の電極間に燃料が存在する場合と燃料が存在しない場合とでは、センサ出力値には差が生じるはずである。したがって、電極間に燃料が存在する場合と燃料が存在しない場合とでセンサ出力値を比較し、センサ出力値に明確な差が生じているかどうか確認することによって、エタノール濃度センサ５２の異常の有無を判定することができる。もしセンサ出力値に差が生じていないのであれば、エタノール濃度センサ５２に異常、具体的にはスタックが発生していると判断することができる。

上述の異常判定の方法を実施するためには、エタノール濃度センサ５２の電極間に燃料が存在する状態と燃料が存在しない状態をそれぞれ作り出す必要がある。本実施の形態の燃料供給システムの構成によれば、それらの状態は、意図的に作り出さずとも、普段の車両の運転の中で自然に作り出される。

まず、エタノール濃度センサ５２の電極間に燃料が存在する状態は、フィードポンプ１６が作動している間に作り出されている。燃圧切替弁４６は初期設定では開いているので、フィードポンプ１６が作動して燃料圧力が高まることで低圧プレッシャレギュレータ４４が開き、エタノール濃度センサ５２の設置場所を燃料が流れるようになる。フィードポンプ１６は、内燃機関の運転中、すなわち、イグニッションスイッチがオンにされてからオフにされるまでの間作動している。

一方、エタノール濃度センサ５２の電極間に燃料が存在しない状態は、イグニッションスイッチがオフにされてフィードポンプ１６が停止することで作り出される。フィードポンプ１６の停止により燃料圧力が低下することで低圧プレッシャレギュレータ４４が閉じる。これにより、低圧プレッシャレギュレータ４４の下流では第２リターン流路４０の内部から燃料が抜け出て、エタノール濃度センサ５２の電極は空気にさらされるようになる。

このように、本実施の形態の燃料供給システムの構成によれば、イグニッションスイッチのオン・オフそれぞれの場合においてエタノール濃度センサ５２の出力値を取り込むことによって、エタノール濃度センサ５２の異常判定に必要な情報を得ることがきる。そこで、異常検出装置としてのＥＣＵ５０は、図２のフローチャートに示すルーチンに従って異常判定処理を実施する。

図２に示すルーチンは、イグニッションスイッチがオンにされて内燃機関が始動されるたびに実施される。最初のステップＳ１０２では、内燃機関の始動からある程度の時間が経過した時点で、エタノール濃度センサ５２の出力値が取り込まれる。ここでいうある程度の時間とは、燃料圧力が高まって低圧プレッシャレギュレータ４４が開くまでに十分な時間を意味する。このとき取り込まれたセンサ出力値は、エタノール濃度センサ５２の電極間に燃料が存在する状態でのセンサ出力値（本発明に係る「第１センサ出力値」）である。以下、これをセンサ出力値Ａと表記する。

次のステップＳ１０４では、イグニッションスイッチがオフされたかどうか判定される。この判定はイグニッションスイッチがオフになるまで一定の周期で行なわれる。

イグニッションスイッチがオフにされた場合の次のステップＳ１０６では、イグニッションスイッチのオフからある程度の時間が経過した時点で、エタノール濃度センサ５２の出力値が取り込まれる。ここでいうある程度の時間とは、燃料圧力が低下して低圧プレッシャレギュレータ４４が閉じ、第２リターン流路４０の内部から燃料が抜け出るまでに十分な時間を意味する。このとき取り込まれたセンサ出力値は、エタノール濃度センサ５２の電極間に燃料が存在しない状態でのセンサ出力値（本発明に係る「第２センサ出力値」）である。以下、これをセンサ出力値Ｂと表記する。

次のステップＳ１０８では、センサ出力値Ａとセンサ出力値Ｂとの差が計算され、その差と所定の基準差αとが比較される。基準差αは、エタノール濃度センサ５２が正常であれば生じるはずのセンサ出力値Ａ，Ｂ間の差をもとにして決定されている。また、エタノール濃度センサ５２が正常な場合、センサ出力値Ａ，Ｂ間の差には燃料のエタノール濃度によって違いが生じる。具体的には、エタノール濃度が０％の場合に、センサ出力値Ａ，Ｂ間の差は最小になる。したがって、基準差αは、エタノール濃度が０％のガソリンを基準にして設定されている。

ステップＳ１０８の比較の結果、センサ出力値Ａとセンサ出力値Ｂとの差が基準差αよりも大きければ、ステップＳ１１０においてエタノール濃度センサ５２は正常であるとの判断がなされる。一方、センサ出力値Ａとセンサ出力値Ｂとの差が基準差α以下であれば、ステップＳ１１２においてエタノール濃度センサ５２は異常である、より詳しくは、スタックが発生しているとの判断がなされる。

以上述べたように、本実施の形態で実施される異常判定の処理によれば、出力レベルが異なるはずの２つのセンサ出力値Ａ，Ｂを異常判定の判断材料として用いることで、エタノール濃度センサ５２の出力値が固定値に張り付くスタックが発生した場合でも、そのスタックを異常として正確に検出することができる。

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。

本実施の形態の異常検出装置は、実施の形態１と同様に、図１に示す燃料供給システムを備えた内燃機関に適用される。したがって、以下の説明では、実施の形態１と同じく図１に示すシステムを前提にして説明を行うものとする。

本実施の形態と実施の形態１との相違点は、ＥＣＵ５０の異常検出装置としての機能にある。詳しくは、エタノール濃度センサ５２の異常の有無を判定する方法に違いがある。図３のフローチャートに示すルーチンは、本実施の形態においてＥＣＵ５０により実施される異常判定処理のルーチンである。以下、これについて説明する。

図３に示すルーチンによれば、最初のステップＳ２０２において、内燃機関の始動からある程度の時間が経過した時点でのエタノール濃度センサ５２の出力値（センサ出力値Ａ）が取り込まれる。次のステップＳ２０４では、イグニッションスイッチがオフされたかどうか判定され、イグニッションスイッチがオフにされた場合の次のステップＳ２０６では、イグニッションスイッチのオフからある程度の時間が経過した時点でのエタノール濃度センサ５２の出力値（センサ出力値Ｂ）が取り込まれる。ここまでの処理の内容は、実施の形態１の場合と共通している。

次のステップＳ２０８では、センサ出力値Ａが閾値β（本発明に係る「第１閾値」）と比較されるとともに、センサ出力値Ｂが閾値γ（本発明に係る「第２閾値」）と比較される。閾値βは、エタノール濃度センサ５２の電極間に燃料が存在している場合の正常なセンサ出力値の最小値を基準にして設定されている。閾値γは、エタノール濃度センサ５２の電極間に空気が存在している場合の正常なセンサ出力値を基準にして設定されている。

ステップＳ２０８の判定の結果、センサ出力値Ａが閾値βより大きく、且つ、センサ出力値Ｂが閾値γより小さければ、ステップＳ２１０においてエタノール濃度センサ５２は正常であるとの判断がなされる。一方、センサ出力値Ａが閾値β以下であるか、或いは、センサ出力値Ｂが閾値γ以上であれば、ステップＳ２１２においてエタノール濃度センサ５２は異常である、より詳しくは、スタックが発生しているとの判断がなされる。

本実施の形態で実施される異常判定の処理によれば、２つのセンサ出力値Ａ，Ｂのそれぞれについてその妥当性が判断されるので、実施の形態１で実施される異常判定の処理に比較して、エタノール濃度センサ５２の異常をより正確に検出することができる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について図を参照して説明する。

本実施の形態の異常検出装置は、それが適用される燃料供給システムの構成に特徴がある。図４は、本実施の形態の異常検出装置が適用される内燃機関の燃料供給システムの構成を示す概略図である。図４において、図１に示す燃料供給システムと共通する要素については同一の符号を付している。

本実施の形態と実施の形態１との相違点は、エタノール濃度センサが取り付けられる位置である。本実施の形態では、エタノール濃度センサ５４は燃料ポンプモジュール１２のジェットポンプ用流路２６に設けられている。イグニッションスイッチがオンにされてフィードポンプ１６が作動しているときには、フィードポンプ１６によって圧送された加圧燃料の一部がジェットポンプ用流路２６の内部に流れ込む。これにより、エタノール濃度センサ５４の電極間に燃料が存在する状態が作り出される。一方、イグニッションスイッチがオフにされてフィードポンプ１６が停止したときには、ジェットポンプ用流路２６の内部への燃料の流入はなくなり、やがて、ジェットポンプ用流路２６の内部の燃料は重力の作用によって自然に抜け出ていく。これにより、エタノール濃度センサ５４の電極間に燃料が存在しない状態が作り出される。

したがって、本実施の形態の燃料供給システムの構成によれば、イグニッションスイッチのオン・オフそれぞれの場合においてエタノール濃度センサ５４の出力値を取り込むことによって、エタノール濃度センサ５４の異常判定に必要な情報を得ることがきる。ＥＣＵ５０による異常判定処理の具体的な手順としては、図２のフローチャートに示す手順を採用することができる。また、図３のフローチャートに示す手順を採用することもできる。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について図を参照して説明する。

本実施の形態の異常検出装置は、それが適用される燃料供給システムの構成に特徴がある。図５は、本実施の形態の異常検出装置が適用される内燃機関の燃料供給システムの構成を示す概略図である。図５において、図１に示す燃料供給システムと共通する要素については同一の符号を付している。

本実施の形態と実施の形態１との相違点は、エタノール濃度センサが取り付けられる位置である。本実施の形態では、エタノール濃度センサ５６は第１リターン流路３８に設けられている。第１リターン流路３８の内部の燃料の流れは、燃圧切替弁４６が開いているか閉じているかによって決まる。燃圧切替弁４６が閉じているときには、高圧プレッシャレギュレータ４２が開くことで第１リターン流路３８に燃料が流れ込む。これにより、エタノール濃度センサ５６の電極間に燃料が存在する状態が作り出される。一方、燃圧切替弁４６が開いているときには、低圧プレッシャレギュレータ４４が開くことで高圧プレッシャレギュレータ４２は閉じたままとなる。このため、第１リターン流路３８の内部の燃料は重力の作用によって自然に抜け出ていき、エタノール濃度センサ５５の電極間に燃料が存在しない状態が作り出される。

したがって、本実施の形態の燃料供給システムの構成によれば、燃圧切替弁４６の開・閉それぞれの場合においてエタノール濃度センサ５６の出力値を取り込むことによって、エタノール濃度センサ５６の異常判定に必要な情報を得ることがきる。そこで、本実施の形態では、異常検出装置としてのＥＣＵ５０は、図６のフローチャートに示すルーチンに従って異常判定処理を実施する。

図６に示すルーチンは、イグニッションスイッチがオンにされて内燃機関が始動されるたびに実施される。最初のステップＳ３０２では、内燃機関の始動からある程度の時間が経過した時点で、エタノール濃度センサ５６の出力値が取り込まれる。ここでいうある程度の時間とは、燃料圧力が高まって低圧プレッシャレギュレータ４４が開くまでに十分な時間を意味する。燃圧切替弁４６の初期設定は開いた状態であるので、２つのプレッシャレギュレータ４４，４６のうち最初に開くのは低圧プレッシャレギュレータ４４である。このとき取り込まれたセンサ出力値は、エタノール濃度センサ５６の電極間に燃料が存在しない状態でのセンサ出力値（本発明に係る「第２センサ出力値」）である。以下、これをセンサ出力値Ｂと表記する。

次のステップＳ３０４では、燃圧切替弁４６が閉じられたかどうか判定される。燃圧切替弁４６の開状態から閉状態への切り替えは、負荷や回転数等の内燃機関の運転状態に応じて行われる。ステップＳ３０４の判定は燃圧切替弁４６が閉じられるまで一定の周期で行なわれる。

燃圧切替弁４６が閉じられた場合の次のステップＳ３０６では、燃圧切替弁４６が閉じられてからある程度の時間が経過した時点で、エタノール濃度センサ５６の出力値が取り込まれる。ここでいうある程度の時間とは、燃料圧力が高まって高圧プレッシャレギュレータ４２が開き、第１リターン流路３８の内部に燃料が流れ込むまでに十分な時間を意味する。このとき取り込まれたセンサ出力値は、エタノール濃度センサ５６の電極間に燃料が存在する状態でのセンサ出力値（本発明に係る「第１センサ出力値」）である。以下、これをセンサ出力値Ａと表記する。

次のステップＳ３０８では、センサ出力値Ａとセンサ出力値Ｂとの差が計算され、その差と所定の基準差αとが比較される。基準差αの設定については実施の形態１にて述べたとおりである。

ステップＳ３０８の比較の結果、センサ出力値Ａとセンサ出力値Ｂとの差が基準差αよりも大きければ、ステップＳ３１０においてエタノール濃度センサ５６は正常であるとの判断がなされる。一方、センサ出力値Ａとセンサ出力値Ｂとの差が基準差α以下であれば、ステップＳ３１２においてエタノール濃度センサ５６は異常である、より詳しくは、スタックが発生しているとの判断がなされる。

なお、ステップＳ３０８で実施する判定の内容は、図３に示すルーチンのステップＳ２０８で実施する判定の内容に代えることができる。すなわち、センサ出力値Ａを閾値βと比較し、センサ出力値Ｂを閾値γと比較することでもよい。その場合は、センサ出力値Ａが閾値βより大きく、且つ、センサ出力値Ｂが閾値γより小さければ、エタノール濃度センサ５６は正常であると判断することができる。一方、センサ出力値Ａが閾値β以下であるか、或いは、センサ出力値Ｂが閾値γ以上であれば、エタノール濃度センサ５６は異常であると判断することができる。

実施の形態５．
次に、本発明の実施の形態５について図を参照して説明する。

本実施の形態の異常検出装置は、実施の形態１と同様に、図１に示す燃料供給システムを備えた内燃機関に適用される。したがって、以下の説明では、実施の形態１と同じく図１に示すシステムを前提にして説明を行うものとする。

本実施の形態と実施の形態１との相違点は、ＥＣＵ５０に合理性診断装置としての機能を付加したことにある。実施の形態１によれば、エタノール濃度センサ５２のスタックを正確に検出することができる。しかし、スタックが発生していないことが分かっても、エタノール濃度センサ５２の出力特性に変化が生じている可能性が無いとは言い切れない。エタノール濃度センサ５２のような静電容量式センサの場合、電極間に異物が付着したり、電極面に腐食が生じたり、或いは、電極の一部に欠損が生じる等して出力特性に変化が生じる場合がある。本実施の形態では、エタノール濃度センサ５２の出力特性に変化が生じていないかどうか他のセンサの出力値との関係から判断する。本実施の形態で利用する他のセンサとは、内燃機関の排気通路に配置されている空燃比センサ（図示略）である。

図７は、図１に示す燃料供給システムを備えた内燃機関における始動時の制御経過を示す図である。図７の最上段のチャートは、内燃機関の始動後に各インジェクタ３６から噴射される燃料の量の積算値の時間変化を示している。図７の２段目のチャートは、内燃機関の停止中に給油が行われた場合のエタノール濃度センサ５２の出力値の時間変化を示している。ここでは、給油によって燃料タンク１０に蓄えられている燃料のエタノール濃度が変化した場合を想定している。図１に示す燃料供給システムの構成によれば、燃料のエタノール濃度の変化はフィードポンプ１６の作動後直ぐにエタノール濃度センサ５２の出力値に反映される。

燃料噴射量の積算値とエタノール濃度センサ５２の出力値とが得られれば、燃料タンク１０から各インジェクタ３６に至るまでの燃料流路の容積を考慮することにより、インジェクタ３６から噴射される燃料のエタノール濃度、つまり、デリバリパイプ内のエタノール濃度を推定することができる。図７の３段目のチャートは、このデリバリパイプ内エタノール濃度の推定値の時間変化を示している。このチャートにおいて示される、エタノール濃度センサ５２の出力値が変化してからデリバリパイプ内推定エタノール濃度が変化し始めるまでの時間遅れｄ１は、メイン流路２４の容積分の燃料が消費されるまでの時間遅れである。また、デリバリパイプ内推定エタノール濃度が変化し始めてから変化し終わるまでの時間遅れｄ２は、デリバリパイプ３０，３４内の燃料が完全に入れ替わるまでの時間遅れである。

一方、前述の空燃比センサは、目標空燃比を実現するための空燃比フィードバック制御で使用されている。ＦＦＶ用内燃機関における空燃比フィードバック制御では、空燃比センサの出力値から推定される実空燃比と目標空燃比との偏差に基づいて、使用されている燃料のエタノール濃度を学習することが行われる。図７の４段目のチャートは、エタノール濃度の学習値の時間変化を示している。学習値がステップ状に変化しているのは、エタノール濃度の学習は一定周期で実施されるためである。

エタノール濃度センサ５２の出力特性に変化がない場合には、エタノール濃度センサ５２の出力値に基づくエタノール濃度の推定値と、空燃比センサの出力値に基づくエタノール濃度の学習値とはほぼ一致するはずである。図７の最下段のチャートは、エタノール濃度の推定値と学習値との偏差の時間変化を示している。このチャートでは、両者の偏差はプラスマイナスεの範囲に収まっていることが分かる。ここで、εの値を許容できる誤差の限界値であるとすると、両者の偏差の大きさがεを超える場合には、エタノール濃度センサ５２の出力値に疑いがある、すなわち、エタノール濃度センサ５２の合理性は失われていると判断することができる。

図８のフローチャートに示すルーチンは、本実施の形態においてＥＣＵ５０により実施される合理性判定処理のルーチンである。このルーチンは、イグニッションスイッチがオンにされて内燃機関が始動されるたびに実施される。以下、これについて説明する。

図８に示すルーチンによれば、最初のステップＳ４０２において、エタノール濃度センサ５２の出力値に変化があったかどうか判定される。出力値に変化が無い場合には、異なるエタノール濃度の燃料が内燃機関の停止時に給油された可能性が無い。したがって、この場合には本ルーチンは終了される。

エタノール濃度センサ５２の出力値に変化があった場合には、次のステップＳ４０２において、所定の給油条件が満たされているかどうか判定される。給油条件とは、内燃機関の停止時に給油が行われたことを証明する条件である。例えば、燃料残量センサによって計測される燃料タンク１０の燃料残量が増えたこと、或いは、フューエルキャップが開けられたことをセンサやスイッチによって検知したことを給油条件とすることができる。エタノール濃度センサ５２の出力値に変化があったにもかかわらず給油条件が満たされていない場合には、本ルーチンによる判定対象以外の何らかの問題が発生している可能性がある。したがって、この場合には本ルーチンは終了される。

エタノール濃度センサ５２の出力値に変化があり、かつ、給油条件が満たされている場合には、ステップＳ４０６の処理が実施される。ステップＳ４０６では、各インジェクタ３６から噴射される燃料の量の積算が行われる。そして、ステップＳ４０８では、燃料噴射量の積算値がメイン流路２４の容積（燃料配管容積）よりも大きくなったかどうか判定される。この判定は、給油によってエタノール濃度が変化した燃料がデリバリパイプ３０まで到達したことを確認するために行なわれる判定である。ステップＳ４０６の処理は、ステップＳ４０８の条件が満たされるまで所定の時間ステップで繰り返し実施される。

ステップＳ４０８の条件が満たされた場合、ステップＳ４１０及びステップＳ４１２の処理が実施される。ステップＳ４１０では、燃料噴射量の積算値とエタノール濃度センサ５２の出力値とを用いて現時点におけるデリバリパイプ内エタノール濃度の推定値が演算される。一方、ステップＳ４１２では、空燃比センサの出力値から推定される実空燃比と目標空燃比との偏差に基づいて学習されたエタノール濃度の値（学習値）がメモリから取得される。

次のステップＳ４１４では、ステップＳ４１０で計算されたデリバリパイプ内エタノール濃度の推定値とステップＳ４１２で得られたエタノール濃度の学習値との偏差が計算される。そして、その偏差の大きさが許容できる誤差の限界値εよりも小さいかどうか判定される。両者の偏差がεの範囲に収まっている場合には、ステップＳ４１６の判定が行われる。ステップＳ４１６では、デリバリパイプ容積に所定の係数ｋを掛けて得られる容積と燃料配管容積とを合計した容積よりも燃料噴射量の積算値が大きくなっているかどうか判定される。係数ｋは２以上の値、例えば３に設定される。この判定は、デリバリパイプ３０，３４内の燃料が給油後の燃料に完全に入れ替わったことを確認するために行なわれる判定である。ステップＳ４０６からステップＳ４１４までの各処理は、ステップＳ４１６の条件が満たされるまで所定の時間ステップで繰り返し実施される。そして、デリバリパイプ内エタノール濃度の推定値とエタノール濃度の学習値との偏差の大きさがεを超えることなくステップＳ４１６の条件が満たされた場合、エタノール濃度センサ５２の合理性は保たれているとの判断がなされて、本ルーチンは終了される。

一方、ステップＳ４１６の条件が満たされる前にデリバリパイプ内エタノール濃度の推定値とエタノール濃度の学習値との偏差の大きさがεを超えた場合には、ステップＳ４１６には進まずにステップＳ４１８に進む。ステップＳ４１８では、エタノール濃度センサ５２の合理性は失われているとの判断がなされ、本ルーチンは終了される。

本実施の形態で実施される合理性判定の処理によれば、エタノール濃度センサ５２の合理性を迅速に診断することができる。本実施の形態が前提とする燃料供給システムの構成によれば、給油直後にフィードポンプ１６を駆動するだけで、内燃機関を始動せずとも燃料タンク１０内のエタノール濃度に応じたセンサ出力値を得ることができからである。また、同様のことは図４に示す燃料供給システムの構成にも当てはまることから、上述の合理性判定の方法は、同燃料供給システムにおけるエタノール濃度センサ５４の合理性診断にも適用することができる。

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施の形態ものから種々変形して実施することができる。

例えば、実施の形態１の異常判定処理において、イグニッションがオフされる前に燃圧切替弁４６が閉じられたら、イグニッションがオフされることを待たずにエタノール濃度センサ５２の出力値をセンサ出力値Ｂとして取り込んでもよい。燃圧切替弁４６が閉じられることで低圧プレッシャレギュレータ４４も閉じ、エタノール濃度センサ５２の電極間に燃料が存在しない状態が作り出されるからである。

また、実施の形態２の異常判定処理で使用している２つの閾値β，γの値は同じであってもよい。その場合の閾値の値は、エタノール濃度センサの電極間に燃料が存在する場合のセンサ出力値と、エタノール濃度センサの電極間に空気が存在する場合のセンサ出力値とを明確に区別できる値とする。

また、上述の実施の形態では、燃料ポンプとして電動式のポンプを用いているが、燃料ポンプは内燃機関によって駆動される機械式のポンプであってもよい。また、本発明は、燃圧切替弁を有せず、１種類のプレッシャレギュレータのみが設けられている燃料供給システムにも適用可能である。

なお、上述の実施の形態では、燃料性状センサとしてエタノール濃度センサを用いているが、どのようなセンサを用いるかは使用される燃料に応じて決定すればよい。例えば、ガソリン機関において使用されるガソリンの質にばらつきがあるのであれば、燃料が重質か軽質かを判別するセンサや、オクタン価を判別するセンサを燃料性状センサとして用いてもよい。また、本発明の実施にあたっては、燃料性状センサは静電容量式のものには限定されない。前述のような出力特性を有するセンサであれば、光屈折率式センサ等の静電容量式以外のセンサを用いることもできる。

１０ 燃料タンク
１６ フィードポンプ（燃料ポンプ）
２４ メイン流路
２６ ジェットポンプ用流路（支流路）
２８ ジェットポンプ
３６ インジェクタ
３８ 第１リターン流路（支流路）
４０ 第２リターン流路（支流路）
４２ 高圧プレッシャレギュレータ（圧力調整弁）
４４ 低圧プレッシャレギュレータ（圧力調整弁）
４６ 燃圧切替弁
５０ ＥＣＵ
５２，５４，５６ エタノール濃度センサ（燃料性状センサ）

Claims (6)

1. 使用燃料の性状に応じて運転が制御される内燃機関のための異常検出装置であって、
   燃料ポンプとインジェクタとを接続する燃料流路の本流路から分岐して設けられ、前記内燃機関の始動から停止後の次回の始動までの間に内部から燃料が抜け出た状況が生じうる支流路と、
   前記支流路に配置された燃料性状センサであって、計測部に液体が存在する場合と気体が存在する場合とでは出力値のレベルが異なり、前記計測部に燃料が存在する場合にはその性状に応じて出力値が決まる燃料性状センサと、
   前記支流路に燃料が流れているときの前記燃料性状センサの出力値（以下、第１センサ出力値）を取り込む第１センサ出力値取得手段と、
   前記支流路から燃料が抜け出たときの前記燃料性状センサの出力値（以下、第２センサ出力値）を取り込む第２センサ出力値取得手段と、
   前記第１センサ出力値と前記第２センサ出力値とを判断材料にして前記燃料性状センサの異常の有無を判定する異常判定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の異常検出装置。
2. 前記支流路は、圧力調整弁により前記本流路から排出された燃料を案内するための燃料流路であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の異常検出装置。
3. 前記支流路は、前記燃料ポンプの吸込み口に燃料を送り込むためのジェットポンプに接続される燃料流路であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の異常検出装置。
4. 前記異常判定手段は、前記第１センサ出力値と前記第２センサ出力値との差と所定の基準差との比較結果から前記燃料性状センサの異常の有無を判定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の異常検出装置。
5. 前記異常判定手段は、前記第１センサ出力値と所定の第１閾値との比較結果、及び、前記第２センサ出力値と所定の第２閾値との比較結果から前記燃料性状センサの異常の有無を判定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の異常検出装置。
6. 前記燃料性状センサは燃料のアルコール濃度を計測するためのアルコール濃度センサであり、
   前記異常検出装置は、
   前記インジェクタによる燃料噴射量の積算値と前記アルコール濃度センサの出力値とを用いて前記インジェクタから噴射される燃料のアルコール濃度を推定するアルコール濃度推定手段と、
   前記内燃機関の排気通路に配置された空燃比センサの出力値に基づく空燃比フィードバック制御によって前記インジェクタから噴射される燃料のアルコール濃度を学習するアルコール濃度学習手段と、
   給油によって前記アルコール濃度センサの出力値が変化した場合に、前記アルコール濃度推定手段によるアルコール濃度の推定値と前記アルコール濃度学習手段によるアルコール濃度の学習値との差が所定値内になっているかどうか検証することによって前記アルコール濃度センサの合理性が保たれているかどうか判定する合理性判定手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の内燃機関の異常検出装置。

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