JP5741967B2 - 燃料性状センサ及びその故障検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料の性状を検出する燃料性状センサ及びその故障検出方法に関する。

従来、エンジンに使用される燃料に含まれるエタノール濃度等の燃料の性状を検出することの可能な燃料センサが知られている。エンジンを制御する電子制御装置（ＥＣＵ）は、燃料センサにより検出された燃料の性状に応じて燃料噴射量および燃料噴射時期を制御する。これにより、運転性が向上し、排ガスの悪化が抑制される。
特許文献１に記載の燃料センサは、ハウジング内を流れる燃料に浸漬する外側電極および中心電極によって形成したコンデンサに対し充放電を行うことで、その電極間を流れる燃料の静電容量を検出する。この燃料センサは、静電容量から求めた燃料の比誘電率に基づき、燃料のエタノール濃度を検出する。

実開平１−１６３８６２号公報

ところで、一般に、燃料センサが車両に取り付けられると、燃料センサのハウジングは車両の燃料供給系統を構成する金属部品などを経由し、車両の備えるバッテリのグランドに電気的に接続する。そのため、外側電極とグランドとを接続する配線が断線した場合、外側電極と中心電極によって形成されたコンデンサと、外側電極とハウジングとの間に意図せず形成されたコンデンサとが直列接続する。したがって、断線時であっても、燃料センサは、一定の静電容量を出力する。
しかしながら、特許文献１に記載の燃料センサは、外側電極とグランドとを接続する配線の断線を検出する手段を備えていない。そのため、断線時の燃料センサが出力した静電容量から求めたエタノール濃度に基づき、ＥＣＵがエンジンの制御を行うと、運転性が低下し、排ガスが悪化するおそれがある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電極部とグランドとの断線を検出することの可能な燃料性状センサ及びその故障検出方法を提供することを目的とする。

第１発明は、燃料の静電容量を検出する燃料性状センサにおいて、故障検出手段は、電極部とグランドとの間に設けたスイッチをオン、オフして検出した静電容量の差が第１閾値よりも小さいとき、電極部とグランドとの断線を検出することを特徴とする。
燃料性状センサは、電極部とグランドとの間に設けたスイッチをオフすることで、電極部とグランドとを接続する配線の断線を模擬することが可能である。燃料性状センサは、電極部とグランドとが断線すると、例えば容量性カップリング等が生じることにより、正常時の静電容量とは異なる静電容量を出力する。したがって、燃料性状センサは、スイッチをオン、オフして検出した静電容量の差に基づき、電極部とグランドとの配線の断線の有無を検出することができる。

第２発明は、燃料性状センサの故障検出方法において、スイッチをオンしたときに検出した静電容量と、スイッチをオフしたときに検出した静電容量との差が、スイッチオン時に検出した静電容量に応じて変化する第１閾値よりも小さいとき、第２電極とグランドとを接続する配線の断線を検出することを特徴とする。
これにより、第２発明は、第１発明と同様の作用効果を奏することができる。

本発明の第１実施形態による燃料性状センサの構成図である。 本発明の第１実施形態による燃料性状センサの回路図である。 電極部及びリーク抵抗に発生する電流の説明図である。 正常時においてスイッチオンとオフに検出される静電容量の説明図である。 断線時においてスイッチオンとオフに検出される静電容量の説明図である。 本発明の第１実施形態による故障検出処理のフローチャートである。 静電容量と第１閾値の関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態による燃料性状センサの回路図である。 本発明の第２実施形態による燃料性状センサの回路図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図７に示す。本実施形態の燃料性状センサ１は、車両の燃料タンクと燃料噴射装置とを接続する燃料供給系統に設けられ、燃料に含まれるエタノール濃度を検出するセンサである。
図１に示すように、燃料性状センサ１は、ハウジング２、外側電極３、内側電極４、温度センサとしてのサーミスタ５及び基板６などを備えている。
ハウジング２は、例えばステンレスなどの金属から有底筒状に形成され、内側に燃料通路７を有している。この燃料通路７を図１の矢印Ａ，Ｂの方向に燃料が流れる。

外側電極３は、例えばステンレスなどの金属から円筒状に形成され、ハウジング２の燃料通路７に設けられている。外側電極３は、径方向に通じる第１流通孔８および第２流通孔９を有する。第１流通孔８と第２流通孔９は、ハウジング２の底側に開口するＵ字形である。
内側電極４は、例えばステンレスなどの金属から有底円筒状に形成され、外側電極３の径内側に、外側電極３と略同軸に設けられている。内側電極４と外側電極３との間には、燃料の流れる流路１０が形成される。

外側電極３と内側電極４との間に設けられた絶縁体１１は、内側電極４と外側電極３とを固定すると共に、内側電極４と外側電極３とを電気的に絶縁する。
外側電極３は、端子１２を通じて基板６からグランドに接続されている。内側電極４は、端子１３を通じて基板６から電圧が印加される。そのため、外側電極３と内側電極４とは、流路１０を流れる燃料を誘電体としたコンデンサを形成する。このコンデンサが、特許請求の範囲に記載の「電極部」に相当する。
本実施形態では、内側電極４が特許請求の範囲に記載の「第１電極」の一例に相当し、外側電極３が特許請求の範囲に記載の「第２電極」の一例に相当する。

サーミスタ５は、内側電極４の内側に設けられている。サーミスタ５は、流路１０を流れる燃料の伝熱による温度変化に伴って電気抵抗を変える。サーミスタ５の出力信号により、流路１０を流れる燃料の温度を検出可能である。
ハウジング２を塞ぐ蓋部材１５の上側に、環状の弾性部材１６を挟んで回路ケース１７が設けられる。回路ケース１７の内側に基板６が取り付けられている。
基板６には、外側電極３に接続する端子１２、内側電極４に接続する端子１３、及びサーミスタ５の端子１９が接続されている。

基板６に構成された検出回路２０は、外側電極３と内側電極４によるコンデンサに対し充放電することで、流路１０を流れる燃料の静電容量を検出する。また、この検出回路２０は、外側電極３の端子１２の断線を検出することが可能である。

燃料性状センサ１の検出回路２０の概略を図２に示す。
この検出回路２０は、イグニッションスイッチＩＧを介して車両のバッテリ２１から供給される電力により作動する。検出回路２０の出力端子２２は、ＥＣＵに接続されている。ＥＣＵは、出力端子２２から出力されたエタノール濃度に関する信号に基づき、エンジンの空燃比、燃料噴射量および点火時期等を制御する。
定電圧レギュレータ２４は、バッテリ２１の電圧を検出回路２０の作動に適した電源電圧に変換する。これにより、例えば５Ｖの安定化された電圧が、燃料性状センサ１の検出回路２０に供給される。

燃料性状センサ１は、スイッチトキャパシタ回路２５、演算回路２６、平滑回路２７、基準電圧生成回路２８、ＡＣ結合回路２９、増幅回路３０、及びマイクロコンピュータ３１などを備えている。以下、マイクロコンピュータをマイコンと称する。
本実施形態のマイコン３１は、特許請求の範囲に記載した「故障検出手段」として機能することが可能である。

スイッチトキャパシタ回路２５は、上述した外側電極３と内側電極４とその間の燃料によって形成される電極部３２を有する。図２では、その電極部３２を、コンデンサ３３と抵抗３４によって示している。
電極部３２を構成するコンデンサ３３には燃料の水分含有量等に起因するリーク抵抗が存在する。このリーク抵抗は、コンデンサ３３と並列に接続される電気抵抗と等価に考えることができる。したがって、図２では、コンデンサ３３およびリーク抵抗３４が並列接続されたものとして電極部３２を示している。
コンデンサ３３を構成する内側電極４は、カップリングコンデンサ３５および第１スイッチ３６を経由し第１オペアンプ３７の反転入力端子に接続されている。また、コンデンサ３３の内側電極４は第２スイッチ３８を経由してグランドに接続されている。一方、コンデンサ３３の外側電極３は端子１２から第３スイッチ４０を経由してグランドに接続されている。
本実施形態の第３スイッチ４０が、特許請求の範囲に記載の「スイッチ」の一例に相当する。

スイッチトキャパシタ回路２５は、さらに、ＮＯＴ回路３９、第１スイッチ３６及び第２スイッチ３８を備えている。スイッチトキャパシタ回路２５のＡ点には、マイコン３１から周波数が異なる２種類のパルス波が印加される。以下、一方の周波数のパルス波を第１周波数パルス波と称し、他方の周波数のパルス波を第２周波数パルス波と称する。

第１スイッチ３６及び第２スイッチ３８は、マイコン３１から印加されるパルス波の電圧がハイレベルの時にオンとなり、パルス波の電圧がローレベルの時にオフとなる。
パルス波は、マイコン３１からＮＯＴ回路３９を経由して第１スイッチ３６へ印加され、マイコン３１から第２スイッチ３８へ直接印加される。そのため、第１スイッチ３６と第２スイッチ３８に印加されるパルス波は、位相が反対となる。すなわち、第１スイッチ３６に印加されるパルス波の電圧がハイレベルのとき、第２スイッチ３８に印加されるパルス波の電圧はローレベルとなる。また、第１スイッチ３６に印加されるパルス波の電圧がローレベルのとき、第２スイッチ３８に印加されるパルス波の電圧はハイレベルとなる。これにより、第１スイッチ３６がオフのときに第２スイッチ３８はオンとなり、第１スイッチ３６がオンのときに第２スイッチ３８はオフとなる。

なお、上述した第１スイッチ３６と第２スイッチ３８の動作は、マイコン３１から出力されるパルス波が、第１周波数パルス波のときも、第２周波数パルス波のときも同じである。すなわち、マイコン３１から図２のＡ点へ第１周波数パルス波が印加されると、第１スイッチ３６と第２スイッチ３８は第１周波数でオンオフ動作をする。また、マイコン３１から図２のＡ点へ第２周波数パルス波が印加されると、第１スイッチ３６と第２スイッチ３８は第２周波数でオンオフ動作をする。

演算回路２６の備える第１オペアンプ３７の非反転入力端子には、電源電圧が２個の抵抗４１、４２の比で分圧されたバイアス電圧が印加される。第１オペアンプ３７の反転入力端子は、第１スイッチ３６およびカップリングコンデンサ３５を経由し、コンデンサ３３のプラス側端子（内側電極４）に接続される。第１オペアンプ３７の出力端子と反転入力端子との間には、コンデンサ４３とゲイン抵抗４４とが並列に接続されている。

第１オペアンプ３７の出力端子は、平滑回路２７の備える抵抗４５を経由して第２オペアンプ４６の非反転入力端子に接続されている。また、第２オペアンプ４６の非反転入力端子は、コンデンサ４７を経由してグランドに接続されている。これにより、第１オペアンプ３７の出力電圧Ｖｂは、平滑化された出力電圧Ｖｃとして第２オペアンプ４６の非反転入力端子へ入力されることになる。第２オペアンプ４６の出力端子と反転入力端子とは、共通接続されている。第２オペアンプ４６の出力は、ＡＣ結合回路２９への入力となっている。

基準電圧生成回路２８は、基準電圧Ｖｒを生成するものであり、抵抗４８、４９、５０と、第３オペアンプ５１とから構成されている。
２個の抵抗４８、４９は、電源とグランドとの間に順次接続され、電源電圧を分圧することにより基準電圧Ｖｒを生成する。この２個の抵抗４８、４９の接続点には、第３オペアンプ５１の非反転入力端子が接続される。第３オペアンプ５１の反転入力端子と出力端子とは共通接続されており、出力端子は、抵抗５０を介してグランドに接続されている。この構成により、第３オペアンプ５１は、基準電圧Ｖｒを出力するバッファとして機能する。

ＡＣ結合回路２９は、カップリングコンデンサ５２および抵抗５３によって、ＡＣ結合を構成している。第２オペアンプ４６の出力端子は、コンデンサ５２を経由して第４オペアンプ５４の非反転入力端子に接続されている。また、コンデンサ５２と第４オペアンプ５４の非反転入力端子との接続点が抵抗５３を経由し、上述した第３オペアンプ５１の出力端子に接続されている。

増幅回路３０は、第４オペアンプ５４および抵抗５５、５６から構成されている。第４オペアンプ５４の出力端子は、抵抗５５を経由して反転入力端子に接続されている。また、反転入力端子には、抵抗５６を経由して、上述した第３オペアンプ５１の出力端子が接続されている。これにより、増幅回路３０は、基準電圧Ｖｒを基準として電圧Ｖｃを増幅し、電圧Ｖｄをマイコン３１へ出力する。

マイコン３１は、定電圧レギュレータ２４から電圧供給を受けて作動する。マイコン３１には、増幅回路３０の第４オペアンプ５４の出力電圧Ｖｄが入力される。マイコン３１は、第４オペアンプ５４の出力電圧Ｖｄに基づき、電極部３２の燃料の静電容量からエタノール濃度を算出し、それを電気信号として出力端子２２からＥＣＵへ出力する。

次に、燃料性状センサ１の基本部分の動作を説明する。
燃料性状センサ１が作動を開始すると、マイコン３１は、図２のＡ点に第１周波数パルス波と第２周波数パルス波を交互に印加する。
ここでは、先ず、周波数ｆのパルス波が入力されて、第１スイッチ３６と第２スイッチ３８がオンオフ動作する場合を説明し、その後、第１周波数パルス波と第２周波数パルス波について説明する。

パルス波がローレベルの場合、第１スイッチ３６がオンになり、第２スイッチ３８がオフになる。この場合、第１オペアンプ３７は、非反転入力端子および反転入力端子の電位を同じにするように動作し、結果的に、電源電圧によって、ゲイン抵抗４４に電流が発生する。これにより、コンデンサ３３に電流ｉ１が発生し、リーク抵抗３４に電流ｉ２が発生する。
このときは、図３の期間Ｔ１、Ｔ３に示すように、コンデンサ３３に発生する電流ｉ１は、最初に立ち上がり、コンデンサ３３が充電されると「０」になる。一方、リーク抵抗３４に発生する電流ｉ２は一定値となる。なお、厳密には、電流（ｉ１＋ｉ２）が一定となるため、電流ｉ２の立ち上がりが遅れ、電流ｉ１、ｉ２が同時に立ち上がることはないが、ここでは便宜上、電流ｉ２を一定値として説明している。

パルス波がハイレベルの場合、第１スイッチ３６がオフになり、第２スイッチ３８がオンになる。この場合、コンデンサ３３のプラス側がグランドに接続されるため、充電されていたコンデンサ３３は、放電する。そのため、コンデンサ３３には、パルス波がローレベルの場合と反対方向の電流ｉ１が発生する。
このときは、図３の期間Ｔ２、Ｔ４で示すように、コンデンサ３３に発生する電流ｉ１は立ち下がり、コンデンサ３３の放電が終了すると「０」になる。一方、リーク抵抗３４に流れる電流ｉ２は、「０」になる。

次に、このように周波数ｆのパルス波で第１スイッチと第２スイッチが切り換えられた場合の第１オペアンプ３７の出力電圧について説明する。
まず図３から、電流ｉ２の平均は、次の式１で示される。
なお、式１においてＲｐはリーク抵抗３４の抵抗値を表し、Ｅは基準電圧を表す。
ｉ２＝０．５×Ｅ／Ｒｐ ・・・（式１）

また、コンデンサ３３に蓄えられる電荷ΔＱは、コンデンサ３３の静電容量をＣｐとすると、次の式２で示される。
ΔＱ＝Ｃｐ×Ｅ ・・・（式２）
電流ｉ１の平均値は、電荷ΔＱの時間微分であるため、式２を用いて、次の式３で示される。なお、式３において、Ｔは周期であり周波数ｆの逆数（１／ｆ）である。
ｉ１＝ΔＱ／Ｔ＝Ｃｐ×Ｅ／Ｔ＝Ｃｐ×Ｔ×ｆ ・・・（式３）
ここで、式３を見ると明らかなように、コンデンサ３３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２５のＡ点に印加されるパルス波の周波数ｆに比例している。

Ｂ点の電圧Ｖｂは、式１と式３を用いて、以下の式４で示される。なお、式４においてＲｇは、抵抗４４の抵抗値を表す。
Ｖｂ＝Ｅ＋Ｒｇ×（ｉ１＋ｉ２）＝Ｅ＋Ｒｇ×｛（Ｃｐ×Ｅ／Ｔ）＋０．５×Ｅ／Ｒｐ｝＝Ｅ×｛１＋（０．５×Ｒｇ／Ｒｐ）＋Ｒｇ×Ｃｐ×ｆ｝ ・・・（式４）
ここで、電極部３２からの出力信号であるＢ点の電圧Ｖｂを表す式４の中には、リーク抵抗３４の抵抗値であるＲｐが含まれている。リーク抵抗３４の抵抗値Ｒｐは、燃料に含まれる導電性の不純物の割合によって変化し、エタノール濃度測定精度を悪化させる。

そこで、本発明の第１実施形態による燃料性状センサ１では、マイコン３１により、第１周波数パルス波および第２周波数パルス波を交互に切り換え、第１スイッチ３６及び第２スイッチ３８のオンオフ動作の周波数を周波数ｆ１、周波数ｆ２に交互に切換える。それにより、Ｂ点の電圧Ｖｂを各周波数ｆ１、ｆ２に対応して２種類得るようにしている。

燃料性状センサ１の作動中において第１スイッチ３６及び第２スイッチ３８が周波数ｆ１でオンオフ動作しているときのＢ点の電圧であるＶｂ_f1は、次の式５で示される。
Ｖｂ_f1＝Ｅ×｛１＋（０．５×Ｒｇ／Ｒｐ）＋Ｒｇ×Ｃｐ×ｆ１｝ ・・・（式５）
また、第１スイッチ３６及び第２スイッチ３８が周波数ｆ２でオンオフ動作しているときのＢ点の電圧であるＶ_f2は、次の式６で示される。
Ｖｂ_f2＝Ｅ×｛１＋（０．５×Ｒｇ／Ｒｐ）＋Ｒｇ×Ｃｐ×ｆ２｝ ・・・（式６）
そして、Ｖ_f1とＶ_f2との差を取ると、次の式７で示される。
Ｖｂ_f1−Ｖｂ_f2＝Ｅ×（ｆ１−ｆ２）×Ｒｇ×Ｃｐ ・・・（式７）
式７から明らかなように、Ｂ点の電圧Ｖｂ、すなわちエタノール濃度に係る出力信号を表す式からリーク抵抗３４の抵抗値Ｒｐが消去される。これにより、燃料性状センサ１のエタノール濃度検出精度低下に影響を及ぼす要因を廃除することができる。

電極部３２から検出されたエタノール濃度としてのＢ点の電圧Ｖｂは、平滑回路２７及びＡＣ結合回路２９を経由し、増幅回路３０においてマイコン３１で処理可能な適正な電圧に増幅され、マイコン３１へ入力される。

続いて、燃料性状センサ１の故障検出処理について、図４、図５及び図７を参照して説明する。
故障検出処理は、検出回路２０に設けた第３スイッチ４０をオン、オフして検出した静電容量に基づき、外側電極３の断線を検出する。

一般に、燃料性状センサ１のハウジング２は、車両の燃料供給系統を構成する金属部品を経由してバッテリ２１のグランドに電気的に接続されている。そのため、燃料性状センサ１は、外側電極３が断線した場合、内側電極４と外側電極３との間に形成されたコンデンサ３３の他に、ハウジング２と外側電極３との間にもコンデンサが形成される。この場合、内側電極４に電力が供給されると、その２個のコンデンサは、電気的に直列接続される。したがって、検出回路２０は、正常時の静電容量とは異なる静電容量を出力する。
また、ハウジング２が接続する金属部品の電位は、車両に取り付けられる種々の電気部品のノイズを受け、不安定であることが多い。そのため、外側電極３の端子１２が断線した場合に検出回路２０から出力される静電容量は、不安定になることがある。

図４は、外側電極３の端子１２が断線していない状態で、第３スイッチ４０をオン、オフして検出した静電容量のデータである。
図４では、時刻ｔ０から時刻ｔ１まで第３スイッチ４０をオンし、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで第３スイッチ４０をオフし、時刻ｔ２以降は第３スイッチ４０をオンしている。
第３スイッチ４０をオフした場合の静電容量は、第３スイッチ４０をオンしたときの静電容量よりも、出力が不安定になると共に、静電容量が小さくなる。これは、容量性カップリングが生じることや、車両に取り付けられる種々の電機部品のノイズによるものと考えられる。

一方、図５は、外側電極３の端子１２が断線した状態で、第３スイッチ４０をオン、オフして検出した静電容量のデータである。
図５では、時刻ｔ４から時刻ｔ５まで第３スイッチ４０をオンし、時刻ｔ５から時刻ｔ６まで第３スイッチ４０をオフし、時刻ｔ６以降は第３スイッチ４０をオンしている。
第３スイッチ４０をオフした場合の静電容量と、第３スイッチ４０をオンしたときの静電容量とは、いずれも、出力が不安定な状態が継続している。

燃料性状センサ１は、第３スイッチ４０をオフすることで、外側電極３の端子１２の断線を模擬することが可能である。そのため、故障検出手段６１は、第３スイッチ４０をオンしたときに検出回路２０が検出した静電容量と、第３スイッチ４０をオフしたときに検出回路２０が検出した静電容量とを比較し、外側電極３の断線を検出することが可能である。
具体的に、故障検出手段６１は、第３スイッチ４０をオンしたときの静電容量と第３スイッチ４０をオフしたときの静電容量との差と、マイコン３１に記憶された第１閾値とを比較することにより、外側電極３の断線を検出する。第１閾値の値は、実験などにより設定される。

ここで、エタノール濃度が低く電極部３２の静電容量が小さい程、第３スイッチ４０をオン、オフして検出した静電容量の差は小さい値となる。そのため、マイコン３１は、図７に示すマップに基づき、第３スイッチ４０をオンまたはオフしたときに検出した静電容量が小さい程、第１閾値の値を小さく設定する。これにより、故障検出手段６１は、外側電極３の断線を正確に検出することが可能である。

さらに、故障検出手段６１は、次の（１）−（３）の検出結果またはその検出結果の組み合わせに基づき、外側電極３の断線を検出することが可能である。
（１）故障検出手段６１は、所定の時刻に第３スイッチ４０をオンした状態で検出した静電容量と、その時刻から一定時間経過した後に第３スイッチ４０をオンした状態で検出した静電容量との差が、第２閾値よりも大きいとき、第２電極とグランドとを接続する配線の断線を検出する。
この方法により、故障検出手段６１は、検出回路２０から出力される静電容量の不安定さ（ばらつき）を検出可能である。故障検出手段６１は、検出回路２０から出力される静電容量が不安定なとき、第２電極の断線を検出する。
なお、第２閾値は、実験などにより、第２電極が断線していない状態のときに検出される静電容量のばらつきよりも大きい値に予め設定される。

（２）故障検出手段６１は、第３スイッチ４０をオンしたときに複数回検出した静電容量の平均値と、第３スイッチ４０をオフしたときに複数回検出した静電容量の平均値との差が第１閾値よりも小さいとき、第２電極とグランドとを接続する配線の断線を検出する。
これにより、故障検出の確実性を高めることが可能である。

（３）故障検出手段６１は、第３スイッチ４０を一定時間オンしたときに検出した静電容量の積分値と、第３スイッチ４０を一定時間オフしたときに検出回路２０が検出した静電容量の積分値との差が第３閾値よりも小さいとき、第２電極とグランドとを接続する配線の断線を検出する。第３閾値は実験などにより設定される。
外側電極３が断線すると、検出回路２０から出力される静電容量は、不安定になるものの、断線前の静電容量よりも確実に小さくなる。そこで、第３スイッチ４０を一定時間オン、オフしたときの静電容量の積分値を用いることで、第２電極とグランドとを接続する配線の断線を検出することが可能である。
ここで、マイコン３１は、第３スイッチ４０をオンまたはオフしたときに検出された静電容量の積分値の差が小さい程、第３閾値の値を小さく設定する。これにより、故障検出手段６１は、外側電極３の断線を正確に検出することが可能である。

なお、本実施形態では、故障検出処理をマイコン３１の有する故障検出手段６１が行うように構成しているが、本実施形態の変形例として、故障検出処理を行うマイコンを、そのマイコン３１とは別に設けてもよいし、故障検出処理を車両のＥＣＵで行うようにしてもよい。

次に、燃料性状センサ１の行う故障検出処理を図６のフローチャートを参照して説明する。
エンジンのイグニッションＩＧがオンされると、燃料性状センサ１は、まずステップＳ１００で、第３スイッチ４０をオンした状態で、検出回路２０が静電容量Ｃ₁を検出する。この静電容量Ｃ₁は、マイコン３１のメモリに記憶される。
次に、ステップＳ１０１では、第３スイッチ４０をオフした状態で、検出回路２０が静電容量Ｃ₂を検出する。この静電容量Ｃ₂は、マイコン３１のメモリに記憶される（Ｓ１０１）。

続いて、ステップＳ１０２では、故障検出手段６１は、ステップＳ１００で検出した静電容量Ｃ₁と第３スイッチ４０をオフしたときに検出した静電容量Ｃ₂との差の絶対値が、マイコン３１に予め記憶された第１閾値よりも大きいか否かを判定する。
ステップＳ１０２の判定が肯定されたとき、処理はステップＳ１０３に移行する。
一方、ステップＳ１０２の判定が否定されたとき、第３スイッチ４０をオン、オフして検出された静電容量の差が第１閾値よりも小さいことから、外側電極３が断線している可能性がある。この場合、処理はステップＳ１１０に移行する。
なお、本実施形態のステップＳ１００、Ｓ１０１、Ｓ１０２は、それぞれ特許請求の範囲に記載の「第１ステップ」、「第２ステップ」、「第３ステップ」の一例に相当する。

ステップＳ１０３では、ステップＳ１００で検出した静電容量Ｃ₁を「前回値」としてマイコン３１のメモリに記憶する。
次に、ステップＳ１０４では、第３スイッチ４０をオンした状態で、検出回路２０が静電容量Ｃ₃を検出する。この静電容量Ｃ₃は、マイコン３１のメモリに記憶される。

続いて、ステップＳ１０５では、マイコン３１は、サーミスタ５の出力信号により、流路１０を流れる燃料の温度を検出する。燃料の温度は、正常時のエタノール濃度の検出に用いられる。

次に、ステップＳ１０６では、故障検出手段６１は、ステップＳ１０３で「前回値」として記憶した静電容量Ｃ₁と、ステップＳ１０４で検出した静電容量Ｃ₃との差の絶対値が、マイコン３１に予め記憶された第２閾値よりも大きいか否かを判定する。
ステップＳ１０６の判定が否定されたとき、外側電極３は断線していないものとして、処理はステップＳ１０７に移行する。
一方、ステップＳ１０６の判定が肯定されたとき、第３スイッチ４０をオンして検出された静電容量のばらつきが第２閾値よりも大きいことから、外側電極３が断線している可能性がある。この場合、処理はステップＳ１１０に移行する。

ステップＳ１０７では、ステップＳ１００で検出した静電容量Ｃ₁とステップＳ１０５で検出した燃料の温度から、エタノール濃度を計算する。そして、ステップＳ１０８でマイコン３１は、エタノール濃度をＥＣＵへ出力する。
ステップＳ１０９では、ステップＳ１０８の処理を行った回数をカウントする。その回数が規定回数よりも少ない場合、処理はステップＳ１０３に移行し、上述したステップＳ１０３以降の処理を行う。
一方、ステップＳ１０９において、ステップＳ１０８の処理を行った回数が規定回数以上となった場合、処理はステップＳ１０１に移行し、上述したステップＳ１０１以降の処理を行う。これにより、規定回数ごとに、外側電極３が断線しているか否かの判定を行うことが可能である。

次に、ステップＳ１０２の判定が否定されたとき、又は、ステップＳ１０６の判定が肯定されたとき、外側電極３が断線している可能性があるものとして移行したステップＳ１１０の処理について説明する。
ステップＳ１１０では、マイコン３１は、冗長判定により、断線検出処理の確実性を高める。具体的に、ステップＳ１１０では、ステップＳ１００、Ｓ１０１及びＳ１０２の処理が複数回行われる。又は、ステップＳ１０３、Ｓ１０４及びＳ１０６の処理が複数回行われる。
或いは、ステップＳ１１０において、第３スイッチ４０をオンした状態で複数回検出した静電容量の平均値と、第３スイッチ４０をオフした状態で複数回検出した静電容量の平均値との差を、第１閾値と比較してもよい。

ステップＳ１１０で行われた冗長判定の結果、第３スイッチ４０をオンしたときに検出される静電容量の状態と、オフしたときに検出される静電容量の状態とが同一視されるものと判断された場合、処理はステップＳ１１１に移行する。
ステップＳ１１１では、外側電極３が断線しているものとして、異常判定が行われる。
続くステップＳ１１２では、燃料性状センサからのエタノール濃度の出力を停止する。ステップＳ１１２の後、処理はステップＳ１００に移行し、再度、ステップＳ１００以降の処理が行われる。

第１実施形態では、次の作用効果を奏する。
（１）第１実施形態では、故障検出手段６１は、第３スイッチ４０をオン、オフして検出した静電容量の差が第１閾値よりも小さいとき、外側電極３の断線を検出する。
第３スイッチ４０をオフすることで、外側電極３の断線を模擬することが可能である。したがって、燃料性状センサ１は、第３スイッチ４０をオン、オフして検出した静電容量の差に基づき、外側電極３の断線の有無を検出することができる。

（２）故障検出手段６１は、第３スイッチ４０をオン又はオフしたときに検出回路２０が検出した静電容量が小さい程、第１閾値を小さい値とする。
エタノール濃度が低く電極部３２の静電容量が小さい程、第３スイッチ４０をオン、オフして検出した静電容量の差は小さい値となる。したがって、検出回路２０が検出した静電容量に応じて第１閾値を変更することで、故障検出手段６１は、外側電極３の断線を正確に検出することができる。

（３）故障検出手段６１は、所定の時刻に第３スイッチ４０をオンした状態で検出した静電容量と、所定の時刻から一定時間経過した後の所定の時刻に第３スイッチ４０をオンした状態で検出した静電容量との差が、第２閾値よりも大きいとき、外側電極３の断線を検出する。
これにより、故障検出手段６１は、所定の時間間隔でスイッチをオンした状態で検出した静電容量のばらつきに基づき、外側電極３の断線を検出可能である。したがって、燃料性状センサは、断線検出処理の確実性を高めることができる。

（４）故障検出手段６１は、第３スイッチ４０をオンしたときに複数回検出した静電容量の平均値と、第３スイッチ４０をオフしたときに複数回検出した静電容量の平均値との差が第１閾値よりも小さいとき、外側電極３の断線を検出する。
故障検出手段６１は、冗長判定を行うことにより、断線検出処理の確実性を高めることができる。

（５）故障検出手段６１は、スイッチを一定時間オンしたときに検出した静電容量の積分値と、スイッチを一定時間オフしたときに検出した静電容量の積分値との差が第３閾値よりも小さいとき、外側電極３の断線を検出する。
故障検出手段６１は、一定時間の静電容量の積分値を検出することで、外乱などによる静電容量のばらつきに関わらず、断線検出処理の確実性を高めることができる。

（変形例）
上述した第１実施形態の変形例として、故障検出手段６１は、ステップＳ１０２の判断が否定されたとき、ステップＳ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０６の処理を行った後に、ステップＳ１１０の処理に移行する。
これにより、故障検出手段６１は、断線検出処理の確実性を高めることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図８及び図９に示す。第２実施形態は、検出回路８０の構成が、上述した第１実施形態の回路の構成と異なっている。
図８及び図９には、外側電極３と内側電極４と燃料によって形成されたコンデンサ３３が示される。第３スイッチ４０は、コンデンサ３３とグランドとの間に設けられている。

図８に示すように、マイコン８１は、電極部３２により得られる静電容量、温度及び導電率（即ち、コンダクタンス及び容量）情報を収集し、その情報をマイコン８１のＲＯＭに記憶されたデータと比較して燃料中のエタノールの含有量の測定を行うようにプログラムされている。マイコン８１は、出力端子８２からエンジンのＥＣＵにエタノール濃度に関する信号を出力する。電源８３は、マイコン８１に給電する。

第２実施形態では、電極部３２を使用して燃料の導電率及び誘電率を検出する。２つの異なる発振器８４、８５からコンデンサ３３に選択的に出力し、２つの別個の測定（即ち、導電率及び容量）を行う。検出回路８０は、コンデンサ３３と発振器８４、８５との間に接続端子８６を備える。コンデンサ３３への接続を切換えるのではなくて、第２実施形態では発振器８４、８５の出力を切換えるが、この場合、寄生容量は測定すべき容量に影響を与えない。

検出回路８０は、発振器８４、８５の出力を受けるマルチプレクサ８７を有する。１つの例では、一方の発振器８４はメガヘルツの範囲で動作し、他方の発振器８５はキロヘルツの範囲で動作する。これらの周波数は比較的高いため、マルチプレクサ８７とマイコン８１との間に分割器として働くカウンタ８８を設けて、マイコン８１が発振器８４、８５からの信号情報を取り扱えるようにする。
検出回路８０は、発振器８４、８５を互いに独立に異なる周波数で動作させ、何れの発振器が作動されるかに応じて、コンデンサ３３を２つのモードで使用する構成である。

検出回路８０のドリフト及び経年変化を補償するため、基準発振器９０、９１が設けられる。一方の基準発振器９０は、燃料のアルコール含有量が予想されるスペクトルの下方端部に対応するように設定する。他方の基準発振器９１は、燃料のアルコール含有量が予想されるスペクトルの反対側の端部に対応するように設定する。一例として、この基準発振器９０は１０％のアルコール含有量に対応し、他方の基準発振器９１は８０％のアルコール含有量に対応する。基準発振器９０，９１は、燃料性状センサの寿命全体にわたって一定値を維持するのが好ましい。

容量及び導電率を用いて燃料成分含有量を測定する際に考慮する別のファクターとして、燃料混合物の温度がある。検出回路８０は、燃料の温度情報を得るサーミスタ９２に結合された別の発振器９３を備える。発振器９３の経時的なドリフトまたは変化を補償する較正情報を提供するために、基準発振器９４が設けられる。

マイコン８１は、導電率または静電容量の測定を行うため、一方の発振器８４と他方の発振器８５との選択的な切換えを行うようにプログラムされる。図９では、発振器を所望の如く作動して所望の測定を行うためにマイコン８１により選択的に作動される電子スイッチ９５，９６が設けられている。マイコン８１は、何れかの基準発振器９０、９１を選択するように、電子スイッチ９７，９８を制御する。

第２実施形態においても、故障検出手段６１は、第３スイッチ４０をオン、オフして検出した静電容量に基づき、外側電極３の断線を検出する。第２実施形態の燃料性状センサにおいて、故障検出手段６１は、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

（他の実施形態）
（１）上述した実施形態では、内側電極４に電圧が印加されるように構成し、外側電極３をグランドに接続した。これに対し、他の実施形態では、外側電極に電圧が印加されるように構成し、内側電極をグランドに接続してもよい。この場合、外側電極が特許請求の範囲に記載の「第１電極」の一例に相当し、内側電極が特許請求の範囲に記載の「第２電極」の一例に相当する。
（２）上述した実施形態では、燃料性状センサとして、電極間の電気的特性から燃料に含まれるエタノール濃度を検出するセンサについて説明した。これに対し、他の実施形態では、電極間の電気的特性から例えば燃料の酸化劣化状態等を検出するセンサとしてもよい。
（３）上述した実施形態では、電極間の静電容量を検出し、燃料の誘電率から燃料の性質及び状態を検出した。これに対し、他の実施形態では、電極間の抵抗値を検出し、燃料の導電率から燃料の性質及び状態を検出してもよい。
本発明は、上記実施形態に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、種々の形態で実施することができる。

１ ・・・燃料性状センサ
３ ・・・外側電極（第２電極）
４ ・・・内側電極（第１電極）
２０，７０，８０・・・検出回路
３２・・・電極部
４０・・・第３スイッチ（スイッチ）
６１・・・故障検出手段

Claims (7)

1. 第１電極（４）、第２電極（３）、及び前記第１電極と前記第２電極との間に燃料が流れる空間（１０）を有する電極部（３２）と、
   前記第１電極に接続され、前記電極部に対し充放電することにより、前記電極部の前記空間を流れる燃料の静電容量を検出する検出回路（２０，７０，８０）と、
   前記第２電極とグランドとを接続する配線に設けられ、前記第２電極と前記グランドとの断線を模擬することの可能なスイッチ（４０）と、
   前記スイッチをオンしたときに前記検出回路が検出した静電容量と前記スイッチをオフしたときに前記検出回路が検出した静電容量との差が第１閾値よりも小さいとき、前記第２電極と前記グランドとを接続する配線の断線を検出する故障検出手段（６１）と、を備えることを特徴とする燃料性状センサ（１）。
2. 前記故障検出手段は、前記スイッチをオンしたとき又は前記スイッチをオフしたときに前記検出回路が検出した静電容量が小さい程、前記第１閾値を小さい値とすることを特徴とする請求項１に記載の燃料性状センサ。
3. 前記故障検出手段は、所定の時刻に前記スイッチをオンした状態で前記検出回路が検出した静電容量と、前記所定の時刻から一定時間経過した後の時刻に前記スイッチをオンした状態で前記検出回路が検出した静電容量との差が、第２閾値よりも大きいとき、前記第２電極と前記グランドとを接続する配線の断線を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料性状センサ。
4. 前記故障検出手段は、前記スイッチをオンしたときに前記検出回路が複数回検出した静電容量の平均値と、前記スイッチをオフしたときに前記検出回路が複数回検出した静電容量の平均値との差が前記第１閾値よりも小さいとき、前記第２電極と前記グランドとを接続する配線の断線を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料性状センサ。
5. 前記故障検出手段は、前記スイッチを一定時間オンしたときに前記検出回路が検出した静電容量の積分値と、前記スイッチを一定時間オフしたときに前記検出回路が検出した静電容量の積分値との差が第３閾値よりも小さいとき、前記第２電極と前記グランドとを接続する配線の断線を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料性状センサ。
6. 請求項１に記載の燃料性状センサの故障検出方法であって、
   前記スイッチをオンしたときの静電容量を検出する第１ステップ（Ｓ１００）と、
   前記スイッチをオフしたときの静電容量を検出する第２ステップ（Ｓ１０１）と、
   前記第１ステップで検出した静電容量と前記第２ステップで検出した静電容量との差が前記第１閾値よりも小さいとき、前記第２電極と前記グランドとを接続する配線の断線を検出する第３ステップ（Ｓ１０２）と、を含むことを特徴とする燃料性状センサの故障検出方法。
7. 前記第１ステップから一定時間経過した後、前記スイッチをオンしたときの静電容量を検出する第４ステップ（Ｓ１０４）と、
   前記第１ステップで検出した静電容量と前記第４ステップで検出した静電容量との差が前記第２閾値よりも大きいとき、前記第２電極と前記グランドとを接続する配線の断線を検出する第５ステップ（Ｓ１０６）と、を含むことを特徴とする請求項６に記載の燃料性状センサの故障検出方法。

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