WO2012090315A1

WO2012090315A1 - 内燃機関の異常検出装置

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Publication number: WO2012090315A1
Application number: PCT/JP2010/073760
Authority: WO
Inventors: 和弘若尾; 美江笹井
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-07-05
Also published as: EP2660447A1; EP2660447B1; JPWO2012090315A1; JP5240414B2; US20130263824A1; BR112012016680B1; BR112012016680A2; EP2660447A4; US8763587B2; CN102918244A; CN102918244B; BR112012016680A8

Abstract

　本発明の目的は、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である。　この目的のため、本発明が提供する異常検出装置は、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、本流路から離れて設けられた燃料容器に計測部が収容されるかたちで燃料性状センサを設ける。そして、燃料タンクから汲み上げられた燃料を燃料容器に注入し、その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。また、燃料容器から燃料を排出し、その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。そして、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。

Description

内燃機関の異常検出装置

　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号公報実用新案登録３０１１６０５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、本流路から離れて設けられた燃料容器に少なくともその計測部を収容されるかたちで配置される。燃料容器は、燃料タンクの外部に配置することは可能である。しかし、燃料の漏れを防止するためのシールの観点では、燃料容器の配置位置としては燃料タンクの内部が好ましい。

　本異常検出装置は、燃料容器に燃料タンクから汲み上げられた燃料を注入し、燃料容器に燃料が注入された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。また、本異常検出装置は、注入された燃料を燃料容器から排出し、燃料容器から燃料が排出され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。前述の燃料性状センサの出力特性によれば、燃料性状センサに異常が無いのであれば、これら２つのセンサ出力値の出力レベルには違いがある。本異常検出装置は、これら２つのセンサ出力値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。

　燃料性状センサの異常を判定する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、燃料容器への燃料の注入と、燃料容器からの燃料の排出の各仕組みに関しては、次のような態様をとることができる。

　まず、燃料容器からの燃料の排出に関しては、例えば負圧を作用させる等して強制的に燃料を排出させることもできる。しかし、燃料排出口を燃料容器の下部に設け、空気導入口を燃料容器の上部に設けるだけで、燃料容器内の燃料は燃料排出口から自然に排出されるようになる。この場合、燃料排出口からの燃料の排出量よりも多い量の燃料を燃料容器へ注入することで、燃料性状センサの計測部を燃料に浸すことができる。このとき、計測部に空気が残ってしまう可能性があるが、空気を上方に抜くための空気開放部を計測部に設けることで、計測部の周囲から空気を追い出して計測部を完全に燃料に浸すことができる。一方、燃料容器への燃料の注入量を燃料排出口からの燃料の排出量よりも少なくするか、燃料容器への燃料の注入を停止することで、燃料性状センサの計測部を空気にさらすことができる。燃料容器からの燃料の排出を能動的に制御したいのであれば、燃料排出口に燃料排出弁を接続して、燃料排出弁の開／閉を制御するようにしてもよい。

　燃料容器への燃料の注入に関しては、圧力調整弁が設けられる燃料流路の出口に燃料容器を配置することが好ましい。圧力調整弁は、本流路から分岐した支流路に設けられ、開／閉によって本流路を流れる燃料の圧力を自動調整する弁である。内燃機関の始動により燃料ポンプが作動している間は、圧力調整弁が開くことで燃料容器に燃料が注入される。そして、内燃機関の停止に伴って燃料ポンプも停止した後は、圧力調整弁が閉じることで燃料容器への燃料の注入は停止する。燃料容器への燃料の注入手段として、このような仕組みを採用するのであれば、イグニッションスイッチがオフにされたタイミングで取り込んだ燃料性状センサの出力値を第１センサ出力値とし、内燃機関の停止後、イグニッションスイッチが再びオンにされたタイミングで取り込んだ燃料性状センサの出力値を第２センサ出力値とすることができる。或いは、イグニッションスイッチがオンにされたタイミングで取り込んだ燃料性状センサの出力値を第２センサ出力値とし、イグニッションスイッチがオンにされてから所定時間経過後に取り込んだ燃料性状センサの出力値を第１センサ出力値とすることもできる。

　一方、燃料容器への燃料の注入を能動的に制御したいのであれば、本流路から分岐した支流路を燃料容器に接続し、その支流路に燃料注入弁を設けて燃料注入弁の開／閉を制御すればよい。この場合、燃料注入弁を開くことによって燃料ポンプによって圧送された燃料が燃料容器へ注入され、燃料注入弁を閉じることによって燃料容器への燃料の注入は停止する。

　或いは、燃料ポンプとは別に専用の燃料注入ポンプを設置し、燃料注入ポンプによって燃料タンクから燃料を汲み上げて燃料容器に供給するようにしてもよい。この場合、燃料注入ポンプを作動させることによって燃料タンク内の燃料が燃料容器へ注入され、燃料注入ポンプを停止することによって燃料容器への燃料の注入は停止する。燃料注入ポンプは専用のポンプであるので、燃料性状の判別を行なうときにだけ作動させればよい。

　なお、燃料容器を燃料タンクの内部に配置する場合、燃料タンク内の燃料の貯留量によっては燃料容器の中まで燃料タンク内の燃料が浸入することが考えられる。その場合、計測部が空気にさらされた状態での燃料性状センサの出力値、すなわち、第２センサ出力値を正しい値で取り込むことができない。したがって、燃料タンク内の燃料の残量によっては、燃料性状センサの異常の有無の判定を禁止することが望ましい。この判断は、燃料残量センサによって燃料タンク内の燃料の残量を計測し、燃料残量を所定の基準残量と比較することによって容易に行なうことができる。

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にて実行される異常判定のため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１にて実行される異常判定のためのセンサ出力値の取り込みタイミングの好ましい例を示すタイムチャートである。本発明の実施の形態１にて実行される異常判定のためのセンサ出力値の取り込みタイミングの別の好ましい例を示すタイムチャートである。本発明の実施の形態２にて実行される異常判定のため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５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。エタノール濃度センサを配置する位置の変形例を示す概略図である。エタノール濃度センサの電極部の好ましい構造例を示す図である。エタノール濃度センサの電極部の好ましい構造例を示す図である。

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は、燃料タンク２の内部に配置された燃料ポンプ４とデリバリパイプ８とをメイン流路６によって接続している。燃料ポンプ４は電動式のポンプである。メイン流路６はデリバリパイプ８の一端に接続されている。デリバリパイプ８には、気筒毎に用意された複数のインジェクタ１０が並んで接続されている。燃料ポンプ４から送り出された加圧燃料は、メイン流路６を通ってデリバリパイプ８に供給され、インジェクタ１０によって各気筒に噴射される。本実施の形態においては、メイン流路６とデリバリパイプ８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。

　燃料タンク２の内部において、メイン流路６の途中からはリターン流路１２が分岐している。リターン流路１２の途中にはプレッシャレギュレータ１４が設けられている。プレッシャレギュレータ１４は、メイン流路６の内部の燃料圧力が所定のリリーフ圧を超えたときに自動で開き、燃料圧力がリリーフ圧以下になったら自動で閉じる。これにより、インジェクタ１０に供給される燃料の圧力はリリーフ圧によって規定される所定圧力に調圧される。プレッシャレギュレータ１４が開いている場合には、燃料ポンプ４から圧送される加圧燃料の一部はリターン流路１２を経由して燃料タンク２へ戻される。

　また、燃料タンク２の内部には、メイン流路６から離れた位置に燃料容器１８が配置されている。燃料容器１８が配置される位置は、燃料タンク２内の上部、つまり、燃料の液面から露出しやすい位置とされている。燃料容器１８の上部は開放されており、燃料容器１８の内部に空気を導入する空気導入口１８ｂとなっている。燃料容器１８の底部には穴１８ａが開けられている。この穴１８ａは、燃料容器１８の内部に溜まった燃料を排出するための燃料排出口である。リターン流路１２の先端部はこの燃料容器１８に接続されていて、リターン流路１２を経由して燃料タンク２へ戻される燃料は、一旦、この燃料容器１８に注入されるようになっている。燃料排出口１８ａの穴径は、そこから排出される燃料の流量がリターン流路１２から注入される燃料の流量を超えることのないように設定されている。なお、注入された燃料の量が燃料容器１８の容量を超えた場合には、燃料容器１８の上部にある空気導入口１８ｂから燃料が溢れるようになっている。

　燃料容器１８の内部には、エタノール濃度センサ１６が配置されている。より詳しくは、エタノール濃度センサ１６の電極部１６ａが燃料容器１８の内部に完全に収容されるように、燃料容器１８に対するエタノール濃度センサ１６の位置決めが行なわれている。本実施の形態で用いられるエタノール濃度センサ１６は静電容量式センサである。エタノール濃度センサ１６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１６の出力値はＥＣＵ２０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１６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１０に供給される燃料と同じく、燃料ポンプ４によって燃料タンク２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１６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。

　ＥＣＵ２０には、エタノール濃度センサ１６からの信号の他、燃料残量センサ２２からの信号等、各種センサからの信号が入力されている。燃料残量センサ２２は燃料タンク２内の燃料の残量に応じた信号を出力するセンサである。そのセンシングの方式としては静電容量式やフロート式等があるが、本実施の形態では燃料残量センサ２２の方式に限定はない。ＥＣＵ２０は、それら各種センサからの信号をもとに所定のプログラムに従って各種アクチュエータを操作し、内燃機関の運転を制御している。

　ＥＣＵ２０は内燃機関の異常検出装置としても機能する。ＥＣＵ２０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１６の異常検出が行なわれる。ＥＣＵ２０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１６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、計測部である電極部１６ａ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１６が正常であるならば、電極部１６ａが燃料に浸されている場合と空気にさらされている場合とでは、センサ出力値に明確な違いが生じるはずである。したがって、電極部１６ａが燃料に浸されている場合と空気にさらされている場合のそれぞれについてセンサ出力値の妥当性を調べることによって、エタノール濃度センサ１６の異常の有無を判定することができる。もし何れかの場合においてセンサ出力値が適正な範囲から外れているのであれば、エタノール濃度センサ１６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。

　ただし、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１６の電極部１６ａが燃料に浸されている状態と空気にさらされている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、電極部１６ａが燃料に浸されている状態は、燃料ポンプ４が作動することによって作り出される。燃料ポンプ４が作動して燃料圧力が高まることでプレッシャレギュレータ１４が開き、リターン流路１２から燃料容器１８に燃料が注入される。注入された燃料が燃料容器１８に溜まることで、電極部１６ａは燃料に完全に浸かった状態となる。燃料ポンプ４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、電極部１６ａが空気にさらされている状態は、イグニッションスイッチがオフにされて燃料ポンプ４が停止することで作り出される。燃料ポンプ４の停止により燃料圧力が低下することでプレッシャレギュレータ１４が閉じ、リターン流路１２から燃料容器１８への燃料の注入は停止する。燃料の注入が停止し、燃料排出口１８ａからの燃料の排出は続くことで、やがて燃料容器１８内の燃料は全て無くなり電極部１６ａが空気にさられようになる。

　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、燃料ポンプ４が作動している場合と停止している場合のそれぞれの場合においてエタノール濃度センサ１６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１６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ＥＣＵ２０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に示すルーチンによれば、その最初のステップＳ１０２において燃料残量センサ２２により燃料残量が計測され、燃料残量の計測値が所定の基準量よりも少ないかどうか判定される。基準量は、燃料容器１８内に燃料が浸入する程度まで燃料タンク２内に燃料が溜まっているかどうか判断するための目安となる燃料残量である。燃料残量が基準量を超えている場合には、燃料容器１８への燃料の浸入によって、電極部１６ａが空気にさらされた状態でのセンサ出力値を正しい値で取り込むことができない。したがって、ステップＳ１０２の判定の結果、燃料残量が基準量を超えているのであれば、エタノール濃度センサ１６の異常の有無の判定は禁止される。

　ステップＳ１０２の判定の結果、燃料残量が基準量よりも少なければ、次にステップＳ１０４の判定が実施される。ステップＳ１０４では、電極部１６ａに燃料が無い状態かどうかが判定される。前述のように、本実施の形態の燃料供給システムの構成によれば、電極部１６ａにおける燃料の有無は燃料ポンプ４の作動／停止によって決まる。電極部１６ａに燃料が無い状態は燃料ポンプ４が停止することにより作り出され、電極部１６ａに燃料が有る状態は燃料ポンプ４が作動することにより作り出される。

　電極部１６ａに燃料が有る場合、ステップＳ１０４の判定のＮｏルートに進み、ステップＳ１０６の処理が行われる。ステップＳ１０６では、エタノール濃度センサ１６のセンサ出力値がＥＣＵ２０に取り込まれる。このとき取り込まれるセンサ出力値は、電極部１６ａが燃料に浸されてい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。そして、取り込まれたセンサ出力値と所定の閾値α（本発明に係る「第１閾値」）との比較が行なわれる。閾値αは、エタノール濃度センサ１６の電極部１６ａに燃料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。ただし、エタノール濃度センサ１６が正常な場合のセンサ出力値は、燃料のエタノール濃度によって異なった値になる。具体的には、エタノール濃度が０％の場合にセンサ出力値は最小になる。したがって、閾値αは、エタノール濃度が０％のガソリンが使用されているときのセンサ出力値を基準にして設定されている。

　ステップＳ１０６の比較の結果、センサ出力値が閾値αより大きければ、ステップＳ１０８においてフラグＦ１が１にセットされる。このフラグＦ１は、エタノール濃度センサ１６が正常である可能性があることを示すフラグであり、その初期値はゼロにセットされている。一方、センサ出力値が閾値α以下であれば、その場合には疑いようも無くセンサ出力値が異常な値を示していることになるので、ステップＳ１１０においてエタノール濃度センサ１６は異常であるとの判断がなされる。

　ステップＳ１０４において電極部１６ａに燃料が無いと判定された場合は、Ｙｅｓルートに進んでステップＳ１１２の処理が行われる。ステップＳ１１２では、エタノール濃度センサ１６のセンサ出力値がＥＣＵ２０に取り込まれる。このとき取り込まれるセンサ出力値は、電極部１６ａが空気にさらされている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。そして、取り込まれたセンサ出力値と所定の閾値β（本発明に係る「第２閾値」）との比較が行なわれる。閾値βは、エタノール濃度センサ１６の電極部１６ａが空気にさらされ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Ｓ１１２の比較の結果、センサ出力値が閾値βより小さければ、ステップＳ１１４においてフラグＦ２が１にセットされる。このフラグＦ２は、エタノール濃度センサ１６が正常である可能性があることを示すフラグであり、その初期値はゼロにセットされている。一方、センサ出力値が閾値β以上であれば、その場合には疑いようも無くセンサ出力値が異常な値を示していることになるので、ステップＳ１１６においてエタノール濃度センサ１６は異常であるとの判断がなされる。

　そして、ステップＳ１１８では、フラグＦ１とフラグＦ２の両方が１になっているかどうか判定される。本ステップの実行時に何れかのフラグがゼロのままの場合には、エタノール濃度センサ１６が正常であるとの判断は持ち越される。そして、フラグＦ１とフラグＦ２の両方が揃って１にセットされた場合、ステップＳ１２０においてエタノール濃度センサ１６は正常であ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つのセンサ出力値を異常判定の判断材料として用い、各センサ出力値の妥当性を調べることで、エタノール濃度センサ１６の異常の有無を正確に判定することがきる。また、エタノール濃度センサ１６の出力値が固定値に張り付いてしまう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。

　ところで、エタノール濃度センサ１６の出力値をＥＣＵ２０に取り込むタイミングには、消費電力やデータの保全の観点から特に好ましいタイミングが存在する。以下、これについて図３、図４を用いて説明する。

　図３と図４には、エタノール濃度センサ１６が正常な場合の出力値の変化が、イグニッションスイッチのオン・オフと、それに伴うエンジン回転数及び燃料ポンプ４の動作状態の各変化と併せてタイムチャートで示されている。これらの図に示すように、イグニッションスイッチがオフにされてから燃料ポンプ４が停止し、その後、燃料容器１８から燃料が抜け出てエタノール濃度センサ１６の出力値が大気出力（電極部１６ａが空気にさらされているときの出力値）になるまでにはある程度の時間を有する。このため、イグニッションスイッチのオフ後にセンサ出力値をＥＣＵ２０に取り込もうとすると、燃料容器１８から燃料が抜けるまでＥＣＵ２０を作動させておかなければならない。この場合、ＥＣＵ２０を余分に作動させる時間の分だけ、消費電力は増えることになる。

　そこで、図３に示す案では、まず、点Ａで示すように、イグニッションスイッチがオフにされたタイミングでエタノール濃度センサ１６の出力値が取り込まれる。このとき取り込まれるセンサ出力値は、電極部１６ａが燃料に浸されてい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。イグニッションスイッチのオフにより内燃機関は停止する。その後、点Ｂで示すように、イグニッションスイッチが再びオンにされたタイミングでエタノール濃度センサ１６の出力値が取り込まれる。このとき取り込まれるセンサ出力値は、電極部１６ａが空気にさらされている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。この案によれば、イグニッションスイッチのオフ後にＥＣＵ２０を作動させておく必要がないため、消費電力の増大を防ぐことができる。

　一方、図４に示す案では、まず、点Ｂで示すように、イグニッションスイッチがオンにされたタイミングでエタノール濃度センサ１６の出力値が取り込まれる。このとき取り込まれるセンサ出力値は、電極部１６ａが空気にさらされている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。そして、点Ｃで示すように、イグニッションがオンにされてから一定時間が経過したタイミングで再びエタノール濃度センサ１６の出力値が取り込まれる。前記の一定時間は、燃料ポンプ４の作動に伴う燃料圧力の上昇によってプレッシャレギュレータ１４が開き、リターン流路１２から排出される燃料によって燃料容器１８内に燃料が溜まるのに十分な時間に設定されている。このとき取り込まれるセンサ出力値は、電極部１６ａが燃料に浸されてい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。この案によれば、図３に示す案と同様、イグニッションスイッチのオフ後にＥＣＵ２０を作動させておく必要がないため、消費電力の増大を防ぐことができる。さらに、この案によれば、内燃機関の停止中にバッテリーがクリアされたとしても、それにより異常判定に必要なデータが失われてしまうことがない。

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、ＥＣＵ２０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１６の異常の有無を判定する方法に違いがある。図５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ＥＣＵ２０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５に示すルーチンによれば、最初のステップＳ２０２において燃料残量センサ２２により燃料残量が計測され、燃料残量の計測値が所定の基準量よりも少ないかどうか判定される。ステップＳ２０２の判定の結果、燃料残量が基準量を超えているのであれば、エタノール濃度センサ１６の異常の有無の判定は禁止される。

　ステップＳ２０２の判定の結果、燃料残量が基準量よりも少なければ、次にステップＳ２０４の判定が実施される。ステップＳ２０４では、電極部１６ａに燃料が無い状態かどうかが判定される。そして、電極部１６ａに燃料が有る場合はステップＳ２０６の処理が行われ、電極部１６ａに燃料が無い場合はステップＳ２０８の処理が行われる。

　ステップＳ２０６，Ｓ２０８では、それぞれにおいてエタノール濃度センサ１６のセンサ出力値がＥＣＵ２０に取り込まれる。ステップＳ２０６で取り込まれるセンサ出力値Ａは、電極部１６ａが燃料に浸されてい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。ステップＳ２０８で取り込まれるセンサ出力値Ｂは、電極部１６ａが空気にさらされている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。

　次のステップＳ２１０では、センサ出力値Ａとセンサ出力値Ｂの両方が取り込まれたかどうか確認される。本ステップの実行時に何れかのセンサ出力値が未だに取り込まれていない場合には、以下のステップで実施される異常の有無の判断は持ち越される。そして、センサ出力値Ａとセンサ出力値Ｂの両方が取り込まれた場合、次のステップＳ２１２の処理が行なわれる。

　ステップＳ２１２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γとが比較される。基準差γは、エタノール濃度センサ１６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。詳しくは、エタノール濃度センサ１６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、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γは、エタノール濃度が０％のガソリンを使用した場合のセンサ出力値を基準にして設定されている。

　ステップＳ２１２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γよりも大きければ、ステップＳ２１４においてエタノール濃度センサ１６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γ以下であれば、ステップＳ２１６においてエタノール濃度センサ１６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１６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６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６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。

　本実施の形態の実施の形態１との相違点は、燃料容器１８の燃料排出口１８ａに燃料排出弁３０が取り付けられていることである。燃料排出弁３０は、電磁弁或いは燃圧によって作動する機械式弁であり、ＥＣＵ２０からの信号によってその開／閉が制御される。燃料排出弁３０を閉じることで、リターン流路１２から燃料容器１８に注入された燃料を燃料容器１８に蓄えておくことができる。燃料容器１８に蓄えられた燃料は、燃料排出弁３０を開くことで燃料容器１８の内部から燃料タンク２に排出することができる。なお、燃料排出弁３０は、それが開くことで排出可能な燃料の最大流量がリターン流路１２から注入される燃料の流量よりも大きくなるように設計されている。つまり、燃料排出弁３０が開いたときには、リターン流路１２から燃料容器１８へ燃料が流れ込んでいる場合であっても、燃料容器１８には燃料が溜まらないようになっている。

　本実施の形態の燃料供給システムの構成によれば、ＥＣＵ２０により燃料排出弁３０の開／閉を制御することによって、燃料容器１８に燃料が蓄えられた状態と燃料が無い状態とを意図的に作り出すことができる。これによれば、内燃機関の運転状況に影響されることなく、任意のタイミングでエタノール濃度センサ１６の異常の有無を判定することができる。ＥＣＵ２０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、或いは、図５のフローチャートに示す手順を採用することができる。

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７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７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。

　本実施の形態の実施の形態１との相違点は、リターン流路１２とは別に、燃料容器１８に燃料を注入するための専用の流路（以下、燃料注入流路）３２が設けられていることである。この燃料注入流路３２は、燃料ポンプ４の内部において本流路であるメイン流路６から分岐した支流路である。したがって、燃料注入流路３２には燃料ポンプ４で加圧された燃料の一部が供給されている。燃料注入流路３２には、ＥＣＵ２０からの信号によって開／閉が制御される燃料注入弁３４が取り付けられている。この燃料注入弁３４が開くことで、燃料ポンプ４で加圧された燃料が燃料注入流路３２から燃料容器１８に注入され、燃料容器１８に燃料が蓄えられるようになる。燃料注入弁３４が閉じた場合には、燃料注入流路３２から燃料容器１８への燃料の注入は停止し、燃料容器１８に蓄えられた燃料は燃料排出口１８ａから燃料タンク２へと排出される。

　本実施の形態の燃料供給システムの構成によれば、ＥＣＵ２０により燃料注入弁３４の開／閉を制御することによって、燃料容器１８に燃料が蓄えられた状態と燃料が無い状態とを意図的に作り出すことができる。これによれば、実施の形態３の場合と同様に、内燃機関の運転状況に影響されることなく、任意のタイミングでエタノール濃度センサ１６の異常の有無を判定することができる。ＥＣＵ２０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、或いは、図５のフローチャートに示す手順を採用することができる。

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、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８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８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。

　本実施の形態の実施の形態１との相違点は、燃料容器１８に燃料を注入するための手段として、ＥＣＵ２０によって運転を制御される専用のポンプ（以下、燃料注入ポンプ）３６が設けられていることである。燃料注入ポンプ３６は専用の流路（以下、燃料注入流路）３８によって燃料容器１８に接続されている。燃料注入ポンプ３６が作動することで、燃料注入ポンプ３６で加圧された燃料が燃料注入流路３８から燃料容器１８に注入され、燃料容器１８に燃料が蓄えられるようになる。燃料注入ポンプ３６が停止した場合には、燃料注入流路３８から燃料容器１８への燃料の注入は停止し、燃料容器１８に蓄えられた燃料は燃料排出口１８ａから燃料タンク２へと排出される。

　本実施の形態の燃料供給システムの構成によれば、ＥＣＵ２０により燃料注入ポンプ３６の運転を制御することによって、燃料容器１８に燃料が蓄えられた状態と燃料が無い状態とを意図的に作り出すことができる。これによれば、実施の形態３や実施の形態４の場合と同様に、内燃機関の運転状況に影響されることなく、任意のタイミングでエタノール濃度センサ１６の異常の有無を判定することができる。ＥＣＵ２０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、或いは、図５のフローチャートに示す手順を採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３の燃料排出弁３０は、実施の形態４の燃料供給システムや実施の形態５の燃料供給システムにも適用することができる。燃料排出弁３０を燃料容器１８に取り付けることで、それらの燃料供給システムにおいても燃料容器１８からの燃料の排出を制御することができるようになる。

　また、上述の実施の形態では、エタノール濃度センサ１６は燃料容器１８とともに燃料タンク２の内部に配置されている。このような構成によれば、エタノール濃度センサ１６と燃料容器１８を燃料タンク２の外部に設置する場合に比較して、燃料漏れを防ぐためのシールが簡単で済むという利点がある。ただし、図９に示すように、燃料容器１８は燃料タンク２の内部に配置して、エタノール濃度センサ１６は燃料タンク２に取り付けることもできる。その場合、エタノール濃度センサ１６の電極部１６ａが燃料容器１８に収容されるようになっていればよい。

　エタノール濃度センサ１６の電極部１６ａの構造には、センサ出力値の精度の点において好ましい構造がある。図１０と図１１に示す電極部１６ａの構造は、そのような好ましい構造の例である。図１０に示す電極部１６ａの構造では、２枚の板状の電極４１，４２によって挟まれた空間の上部に空気を上方に抜くための空気開放部４３が設けられている。図１１に示す電極部１６ａの構造では、円筒状の外側電極５１と内側電極５２とによって囲まれた空間の上部に空気を上方に抜くための空気開放部５３が設けられている。これらの構成によれば、燃料容器１８に燃料を注入したときに電極部１６ａに空気が残ってしまい、その影響でセンサ出力値の精度が低下してしまうことを防止することができる。

　また、実施の形態１の異常判定処理で使用している２つの閾値α，β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１６の電極部１６ａが燃料に浸されている場合のセンサ出力値と、電極部１６ａが空気にさらされている場合のセンサ出力値とを明確に区別できる値とすればよい。

　また、各実施の形態では、燃料ポンプ４として電動式のポンプを用いているが、燃料ポンプ４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、燃料容器１８からの燃料の排出に関しては、例えば燃料排出口１８ａに負圧を作用させる等して強制的に燃料を排出させることもできる。負圧を発生させる手段としては、燃料タンク２内の燃料を燃料ポンプ４の吸い込み口に供給するためのジェットポンプを利用することができる。

　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。

２　燃料タンク
４　燃料ポンプ
６　メイン流路
８　デリバリパイプ
１０　インジェクタ
１２　リターン流路
１４　プレッシャレギュレータ
１６　エタノール濃度センサ
１６ａ　電極部
１８　燃料容器
１８ａ　燃料排出口
１８ｂ　空気導入口
２０　ＥＣＵ
２２　燃料残量センサ
３０　燃料排出弁
３２　燃料注入流路
３４　燃料注入弁
３６　燃料注入ポンプ
３８　燃料注入流路

Claims

　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、
　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、
　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離れて設けられた、前記燃料性状センサの前記計測部が収容される燃料容器と、
　燃料タンクから汲み上げられた燃料を前記燃料容器に注入する燃料注入手段と、
　注入された燃料を前記燃料容器から排出する燃料排出手段と、
　前記燃料容器に燃料が注入された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、
　前記燃料容器から燃料が排出され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。
　前記燃料容器は、前記燃料タンクの内部に配置されてい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。
　前記燃料排出手段は、
　前記燃料容器の下部に設けられて、注入された燃料を前記燃料容器から排出する燃料排出口と、
　前記燃料容器の上部に設けられて、前記燃料容器の内側に空気を導入する空気導入口と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の異常検出装置。
　前記燃料排出手段は、
　前記燃料排出口に接続された燃料排出弁と、
　前記燃料排出弁の開／閉を制御する燃料排出弁制御手段と、
をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の異常検出装置。
　前記燃料注入手段は、
　前記本流路から分岐して前記燃料容器に接続される支流路と、
　前記支流路に設けられて、その開／閉によって前記本流路を流れる燃料の圧力を自動調整する圧力調整弁と、
を含むことを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の異常検出装置。
　前記燃料注入手段は、
　前記本流路から分岐して前記燃料容器に接続される支流路と、
　前記支流路に設けられた燃料注入弁と、
　前記燃料注入弁の開／閉を制御する燃料注入弁制御手段と、
を含むことを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の異常検出装置。
　前記燃料注入手段は、
　前記燃料タンクから燃料を汲み上げて前記燃料容器に供給する燃料注入ポンプと、
　前記燃料注入ポンプの運転を制御する燃料注入ポンプ制御手段と、
を含むことを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の異常検出装置。
　前記燃料タンク内の燃料の残量に応じて出力値が決まる燃料残量センサと、
　前記燃料残量センサの出力値から計測された燃料残量を所定の基準残量と比較することにより、前記燃料容器内に燃料が浸入する程度まで前記燃料タンク内に燃料が溜まっているかどうか判断する燃料浸入判定手段と、
　前記燃料タンク内の燃料残量が前記基準残量を超える場合には、前記異常判定手段による前記燃料性状センサの異常の有無の判定を禁止する異常判定禁止手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項２乃至７の何れか１項に記載の内燃機関の異常検出装置。
　前記第１センサ出力値取得手段は、イグニッションスイッチがオフにされたタイミングで前記燃料性状センサの出力値を取り込み、
　前記第２センサ出力値取得手段は、前記内燃機関の停止後、前記イグニッションスイッチが再びオンにされたタイミングで前記燃料性状センサの出力値を取り込む
ことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の異常検出装置。
　前記第２センサ出力値取得手段は、イグニッションスイッチがオンにされたタイミングで前記燃料性状センサの出力値を取り込み、
　前記第１センサ出力値取得手段は、前記イグニッションスイッチがオンにされてから所定時間経過後において前記燃料性状センサの出力値を取り込むことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の異常検出装置。
　前記燃料性状センサの前記計測部は、前記燃料容器内に燃料が注入された場合に前記計測部の空気を上方に抜くための空気開放部を備えていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の異常検出装置。
　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１１の何れか１項に記載の内燃機関の異常検出装置。
　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１１の何れか１項に記載の内燃機関の異常検出装置。