WO2018142775A1 - 湿度計測装置、内燃機関の制御装置、異常検出装置 - Google Patents

Abstract

湿度計測装置は、気体の湿度を計測する湿度計測装置であって、気体の湿度に応じて湿度検出部（６８）から出力される湿度信号について、時間で二階微分を行うことで二階微分値（ＲＨ２）を算出する二階算出部（Ｓ１０３，Ｓ１０７，Ｓ１１７，Ｓ３０３）と、二階算出部により取得された二階微分値に基づいて、湿度検出部に液体が付着しているか否かの判定を行う付着判定部（Ｓ１０５，Ｓ１０６，Ｓ１０８，Ｓ１１５，Ｓ１１６，Ｓ１１８，Ｓ３０６，Ｓ３１６）と、を備えている。

Description

湿度計測装置、内燃機関の制御装置、異常検出装置 関連出願の相互参照

　本出願は、２０１７年１月３１日に出願された日本特許出願番号２０１７－１５２８４号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、湿度計測装置、内燃機関の制御装置、異常検出装置に関する。

　従来、気体の湿度を計測する湿度計測装置として、例えば特許文献１には、内燃機関に吸入される吸入空気を計測対象とした湿度計測装置が開示されている。この湿度計測装置は、湿度の計測に加えて、湿度を検出するセンサ素子の表面に水滴が付着しているか否かの判定を行うことが可能になっている。この特許文献１では、湿度センサの表面に水滴が付着している場合には、湿度センサの検出値が１００％付近の湿度を示し、温度センサの検出値が変化しているにもかかわらず、湿度センサの検出値が変化しない状態になる。そこで、この特許文献１の湿度計測装置は、温度センサ及び湿度センサにより検出された温度及び湿度を用いて、温度の変化率を湿度の変化率で割ったインデックスを算出し、このインデックスが閾値より大きい状態が判定時間以上継続しているか否かを判定する。そして、判定時間以上継続した場合に、湿度センサの表面に水滴が付着していると認識する。

国際公開第２０１５／８７６４４号

　しかしながら、上記特許文献１の湿度計測装置では、湿度センサの表面に水滴が付着した場合に湿度センサの検出値が変化しない状態になるのと同様に、温度センサの表面に水滴が付着した場合にも、温度センサの検出値が所定値から変化しない状態になると考えられる。このため、温度センサ及び湿度センサの両方に水滴が付着した場合には、インデックスが適正な値にならず、湿度センサに水滴が付着したことを精度良く判定することができない、という不都合が生じる。

　また、上記特許文献１の湿度計測装置では、インデックスが閾値より大きい状態が判定時間以上継続しているか否かの判定が行われるため、湿度センサへの水滴の付着が実際に発生してからその旨を検出できるまでに、少なくとも判定時間を要することになる。このため、湿度センサの表面に水滴が付着していない場合でも、水滴の付着が発生したか否かの判定を行う際の応答性が低下するおそれがある。

　本開示の目的は、湿度検出部への液体の付着を適正に把握することができる湿度計測装置、内燃機関の制御装置、異常検出装置を提供することにある。

　本開示の第１態様による湿度計測装置は、気体の湿度を計測する湿度計測装置であって、気体の湿度に応じて湿度検出部から出力される湿度信号について、時間で二階微分を行うことで二階微分値を算出する二階算出部と、二階算出部により取得された二階微分値に基づいて、湿度検出部に液体が付着しているか否かの判定を行う付着判定部と、を備えている。

　本開示の第２態様による内燃機関の制御装置は、吸入空気が供給される内燃機関の運転状態を制御する内燃機関の制御装置であって、吸入空気の湿度に応じて湿度検出部から出力される湿度信号に基づいて、吸入空気の湿度を取得する湿度取得部と、湿度取得部の取得結果を、内燃機関の運転状態を制御するためのパラメータの１つとして設定するパラメータ設定部と、湿度信号について、時間で二階微分を行うことで二階微分値を算出する二階算出部と、二階算出部により取得された二階微分値に基づいて、湿度検出部に液体が付着しているか否かの判定を行う付着判定部と、付着判定部により湿度検出部に液体が付着していると判定された場合に、湿度取得部の取得結果に代えて、吸入空気の湿度に関する所定の代替湿度をパラメータの１つとして設定する代替設定部と、を備えている。

　本開示の第３態様による異常検出装置は、気体の湿度に応じて湿度信号を出力する湿度検出部への液体の付着を異常として検出する異常検出装置であって、湿度信号について時間で二階微分を行うことで二階微分値を算出する二階算出部と、二階算出部により取得された二階微分値に基づいて、湿度検出部に液体が付着しているか否かの判定を行う付着判定部と、を備えている。

　発明者らは、湿度検出部への液体の付着が発生した場合、及び付着した液体が乾燥等でなくなった場合について、湿度検出部から出力される湿度信号の変化態様が、実際に湿度が変化した場合に比べて急峻になっている、という知見を得た。この知見によれば、湿度信号について変化の割合の変化の割合である二階微分値に基づいて湿度信号の増減の急峻さを判定することで、液体の付着が発生した場合と、液体が付着しておらず実際に湿度が変化した場合とを判別することができる。また、この知見によれば、湿度検出部に付着していた液体がなくなった場合と、その液体がなくなっていない場合とを判別することができる。

　そこで、上記各態様によれば、湿度検出部に液体が付着しているか否かの判定に、湿度信号についての二階微分値が用いられるため、例えば温度検出部により検出された温度を用いるという必要がない。例えば、二階微分値を用いて湿度の増加が急峻になっているか否かを判断することで、湿度検出部への液体の付着が発生したことを、実際に湿度が増加したことと区別することができる。また、二階微分値を用いて湿度の減少が急峻になっているか否かを判断することで、湿度検出部に付着した液体がなくなったことについても、精度良く判定することができる。また、湿度検出部の検出値が所定値から変化しない状態にあることを所定時間だけ待って確認する必要もない。したがって、湿度検出部に液体が付着していることについて、判定精度を高めつつ、判定の応答性を高めることができる。すなわち、湿度検出部への液体の付着を適正に把握することができる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、第１実施形態における制御システムの構成を説明するための模式図であり、 図２は、吸気管に取り付けられた状態のエアフロメータの正面図であり、 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図であり、 図４は、センサチップの斜視図であり、 図５は、センサチップの縦断面図であり、 図６は、制御システムの電気的な構成を示すブロック図であり、 図７は、湿度検出部に水滴が付着した場合の湿度、一階微分値、二階微分値の変化態様を示すタイミングチャートであり、 図８は、湿度検出部に水滴が付着した場合の湿度、二階微分値の変化態様を示すタイミングチャートであり、 図９は、水滴判定処理の手順を示すフローチャートであり、 図１０は、第２実施形態における水滴判定処理の手順を示すフローチャートであり、 図１１は、第３実施形態における制御システムの電気的な構成を示すブロック図であり、 図１２は、エンジン制御処理の手順を示すフローチャートであり、 図１３は、変形例１における吸気管に取り付けられた状態のエアフロメータの正面図であり、 図１４は、変形例２における吸気管に取り付けられた状態のエアフロメータの正面図であり、 図１５は、センサチップの縦断面図である。

　以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施例の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。

　（第１実施形態）
　図１に示す制御システム１０は、ディーゼルエンジン等の内燃機関１１、吸気流路１２、排気流路１３、エアフロメータ１４及びＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）１５を有している。制御システム１０には、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）量を調整可能なＥＧＲシステムが含まれている。ＥＧＲシステムは、インタークーラ１６、ＥＧＲ流路１７、ＥＧＲバルブ１８及びＥＧＲクーラ１９を有している。なお、内燃機関１１としては、ディーゼルエンジンの他にガソリンエンジン等が挙げられる。

　エアフロメータ１４は、吸気流路１２に設けられており、内燃機関１１に供給される吸入空気を対象として、流量や温度、湿度、圧力といった物理量を計測する機能を有している。吸入空気は、内燃機関１１の燃焼室１１ａに供給される気体である。

　ＥＣＵ１５は、プロセッサ１５ａ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びフラッシュメモリ等の記憶媒体、並びに入出力部を含むマイクロコンピュータと、電源回路等と、によって構成された演算処理回路である。ＥＣＵ１５には、エアフロメータ１４から出力されるセンサ信号や、多数の車載センサから出力されるセンサ信号などが入力される。ＥＣＵ１５は、エアフロメータ１４による計測結果を用いて、スロットルバルブ２１の開度や、インジェクタ２２の燃料噴射量、ＥＧＲバルブ１８の開度などのエンジン制御を行う。ＥＣＵ１５は、内燃機関１１の運転制御を行う内燃機関の制御装置に相当し、制御システム１０をエンジン制御システムと称することもできる。

　エアフロメータ１４は、制御システム１０に含まれる多数の計測部の１つである。内燃機関１１の吸気系及び排気系には、計測部として、エアフロメータ１４に加えて、例えば、吸気温度センサ２５や空燃比センサ２６、酸素センサ２７、スロットル開度センサ２８等が設けられている。また、内燃機関１１には、計測部として、クランク角センサ２９等が設けられている。

　吸気流路１２において、エアフロメータ１４はエアクリーナ３１の下流側に配置されている。また、エアフロメータ１４は、吸気流路１２とＥＧＲ流路１７との接続部分よりも上流側に配置されている。この構成では、エアフロメータ１４が、ＥＧＲ流路１７から流れ出たガスに曝されにくくなっている。

　エアフロメータ１４は、吸気流量だけでなく吸入空気の湿度も高応答及び高精度に計測することで、ＥＧＲ量の最適な制御を可能にし、内燃機関１１の低燃費化及び低排出ガス化に寄与する。エアフロメータ１４は、内燃機関１１の吸気流路１２を流れる吸入空気の流量に対応した流量情報と、吸気流路１２を流れる吸入空気の温度及び湿度に対応した温度情報及び湿度情報を、外部装置であるＥＣＵ１５へ向けて出力する。なお、以下の説明では、空気が導入される吸気流路１２の入口側を吸気流路１２の上流側とし、燃焼室１１ａ側を吸気流路１２の下流側とする。

　図２、図３に示すエアフロメータ１４は、吸気流路１２を形成する吸気管１２ａに着脱自在に取り付けられている。エアフロメータ１４は、吸気管１２ａの筒壁を貫通するよう形成されたセンサ挿入孔１２ｂに挿し込まれており、少なくとも一部を吸気流路１２内に位置させている。エアフロメータ１４は、ハウジング４１、流量検出部４２、センサユニット４３及び信号処理部４４（図６参照）を有している。

　ハウジング４１は、例えば樹脂材料等によって形成されている。エアフロメータ１４においては、ハウジング４１が吸気管１２ａに取り付けられていることで、流量検出部４２及びセンサユニット４３が、吸気流路１２を流れる吸入空気と接触可能な状態になる。ハウジング４１には、バイパス部４５、嵌合部４６、Ｏリング４７、固定部４８、及びコネクタ部４９等が設けられている。

　バイパス部４５は、バイパス通路５１，５２を形成している。バイパス通路５１，５２は、吸気流路１２を流れる吸入空気の一部をハウジング４１の内部に導入する。主バイパス通路５１は、バイパス部４５を貫通しており、主バイパス通路５１の上流側端部が流入口４５ａを形成し、下流側端部が主流出口４５ｂを形成している。副バイパス通路５２は、主バイパス通路５１の中間部分から分岐しており、バイパス部４５の内部を周回する形状になっている。また、副バイパス通路５２の下流側端部が副流出口４５ｃを形成している。なお、図２は、エアフロメータ１４を流入口４５ａ側から見た図になっている。

　嵌合部４６は、センサ挿入孔１２ｂにＯリング４７を介して内嵌される部位である。Ｏリング４７は、吸気流路１２と吸気管１２ａの外部とをシールする部材である。Ｏリング４７は、嵌合部４６に外嵌されており、嵌合部４６とセンサ挿入孔１２ｂとの間に介在している。固定部４８は、ハウジング４１の主要な部分が吸気流路１２内に入り込んだ状態で、エアフロメータ１４を吸気管１２ａに固定する部位である。

　コネクタ部４９は、複数の端子を囲う部位である。コネクタ部４９には、プラグ部が挿入される。プラグ部は、ＥＣＵ１５と直接的又は間接的に電気接続された接続線の端部に設けられており、コネクタ部４９と嵌合する。

　流量検出部４２は、例えば発熱抵抗体を用いた熱式の流量センサである。流量検出部４２は、副バイパス通路５２に配置されている。ハウジング４１が吸気管１２ａに取り付けられることで、流量検出部４２には、バイパス通路５１を流通する吸入空気が供給される。流量検出部４２は、コネクタ部４９に設けられた複数の端子と電気的に接続されている。流量検出部４２は、吸気流量に対応したセンサ信号であって、バイパス通路５１を流れる空気の流速に対応したセンサ信号を、流量信号として信号処理部４４に対して出力する。なお、流量検出部４２は、熱式の流量センサに限定されず、超音波式の流量センサ等であってもよい。

　センサユニット４３は、ハウジング４１のバイパス部４５の側方に設置されている。センサユニット４３は、センサチップ５５及びチップ支持体５６とを有している。センサチップ５５は、温度及び湿度を検出可能になっており、チップ支持体５６は、バイパス部４５から独立した状態でセンサチップ５５を支持している。チップ支持体５６は、嵌合部４６から延びた状態でハウジング４１により支持されている。センサチップ５５は、ハウジング４１が吸気管１２ａに取り付けられることで、吸気流路１２に配置される。なお、チップ支持体５６は、バイパス部４５に一体的に設けられていてもよい。

　センサユニット４３は、コネクタ部４９に設けられた複数の端子と電気的に接続されている。センサユニット４３は、吸気流路１２を流れる吸入空気の湿度に応じたセンサ信号を、湿度信号として出力する。湿度信号はデジタル信号である。なお、湿度信号は、単純な電位等のアナログ信号であってもよい。また、センサユニット４３は、湿度信号に加えて、吸入空気の温度に応じた温度信号を出力する。

　センサユニット４３においては、センサチップ５５がセンサ基板に実装されており、センサ基板はチップ支持体５６に埋設されている。図４、図５に示すセンサチップ５５は、全体として扁平な四角柱状に形成されている。センサチップ５５は、チップ基板６１、電極板６２、接合材６３、ボンディングワイヤ６４、及び封止部６５を有している。

　チップ基板６１は、シリコン等の絶縁材料により、全体として扁平な四角柱状に形成されている。チップ基板６１の頂面には、温度検出部６７及び湿度検出部６８が形成されており、これら検出部６７，６８は横並びに配置されている。温度検出部６７は、吸入空気等の気体の温度を検出する温度センサである。湿度検出部６８は、吸入空気等の気体の相対湿度を計測する湿度センサである。温度検出部６７及び湿度検出部６８は、吸入空気の温度及び湿度に応じた温度信号及び湿度信号を信号処理部４４に対して出力する。なお、温度検出部６７は封止部６５に直接覆われていても空気に対し露出されていてもどちらでも良い。

　湿度検出部６８は、一例として、空気に含まれる水分を吸脱湿する感湿材料の静電容量を、感湿材料を挟持した一対の電極によって計測する静電容量式の湿度センサである。なお、湿度検出部６８としては、抵抗式の湿度センサや熱式の湿度センサ等も採用可能である。湿度検出部６８は、検出対象である吸入空気に触れる検出面６８ａを有しており、この検出面６８ａをチップ基板６１から露出させる向きで配置されている。

　電極板６２は、導電性材料によって形成された薄板状の部材である。電極板６２は、センサチップ５５の底面を形成している。電極板６２には、チップ電極６２ａ及びダイパッド６２ｂ等が形成されている。チップ電極６２ａは、センサチップ５５がセンサ基板に実装された状態で、センサ基板に設けられた配線と電気的に接続されている。

　接合材６３は、チップ基板６１の底面を電極板６２のダイパッド６２ｂに接合させている。ボンディングワイヤ６４は、導電性材料によって形成されたワイヤ状の部材である。ボンディングワイヤ６４は、チップ基板６１に設けられた湿度検出部６８の各電極と、チップ電極６２ａとを電気的に接続している。

　封止部６５は、電極板６２に密着しつつ、チップ基板６１及びボンディングワイヤ６４等を覆っている。封止部６５には、検出孔６５ａが形成されている。検出孔６５ａは、チップ基板６１の頂面に形成された検出部６７，６８と重なる位置に設けられた部分円錐状の貫通孔である。検出孔６５ａは、検出部６７，６８を封止部６５から露出させている。湿度検出部６８においては、検出面６８ａが検出孔６５ａを介して封止部６５から露出している。

　チップ支持体５６は、樹脂材料によって矩形の厚板状に形成されている。チップ支持体５６は、センサチップ５５やセンサ基板を被覆している。チップ支持体５６は、検出部６７，６８をチップ支持体５６の外部に露出させている。チップ支持体５６には、検出部６７，６８を露出させるための支持体孔が形成されており、この支持体孔は、センサチップ５５の検出孔６５ａと重なる位置に形成されている。こうした構成により、検出部６７，６８は、検出孔６５ａや支持体孔を通じて、吸気流路１２（図１参照）を流れる吸入空気に接触可能になる。

　図６に示す信号処理部４４は、センサチップ５５と共にエアフロメータ１４に含まれた電子回路であり、ハウジング４１に搭載されている。信号処理部４４には、流量検出部４２や温度検出部６７、湿度検出部６８が電気的に接続されており、これら検出部４２，６７，６８から流量信号や温度信号、湿度信号が入力される。なお、信号処理部４４は、センサチップ５５に搭載されていてもよい。

　信号処理部４４は、記憶回路７０を有している。記憶回路７０には、吸入空気の湿度を計測する湿度計測装置として信号処理部４４を機能させる湿度計測プログラムや異常検出プログラムが格納されている。電子回路による湿度計測プログラムや異常検出プログラムの実行によれば、信号処理部４４は、信号取得部７１、計測値算出部７２、水滴判定部７３、閾値設定部７４等の機能ブロックを有する。ＥＣＵ１５を第１制御装置と称した場合、信号処理部４４を第２制御装置と称することができる。

　なお、信号処理部４４は、ＥＣＵ１５と同様に、プロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びフラッシュメモリ等の記憶媒体、並びに入出力部を含むマイクロコンピュータと、電源回路等と、によって構成された演算処理回路とされていてもよい。この構成では、記憶媒体は、非遷移的実体的記録媒体（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ　ｔａｎｇｉｂｌｅ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｍｅｄｉｕｍ）であって、上述のＲＯＭ及び記憶媒体に限定されない。また、この構成では、信号処理部４４をＳＣＵ（Ｓｅｎｓｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）と称することもできる。

　信号取得部７１は、流量検出部４２や温度検出部６７、湿度検出部６８等から流量信号や温度信号、湿度信号等を取得する。計測値算出部７２は、信号取得部７１によって取得された流量信号や温度信号、湿度信号等に基づいて、吸入空気の流量や温度、湿度といった物理量の計測結果を算出する。計測値算出部７２により計測された温度や湿度は、記憶回路７０に記憶される。

　水滴判定部７３は、湿度検出部６８から出力された湿度信号に基づいて、湿度検出部６８に水滴が付着していることを検出する。ここで、湿度検出部６８には、吸気流路１２において発生した結露水や、吸気流路１２を流れてくる水や、吸気と共に飛来した水といった液体が水滴として付着することが想定される。湿度検出部６８に水滴が付着した場合は、その水滴の影響により、湿度検出部６８から出力される湿度信号の内容が吸入空気の実際の湿度を示す内容とは異なるおそれがある。すなわち、エアフロメータ１４による湿度の計測精度が低下するおそれがある。

　本実施形態では、検出面６８ａに少しでも水滴が付着していれば、湿度検出部６８に水滴が付着しているとし、検出面６８ａに全く水滴が付着していなければ、湿度検出部６８に水滴が付着していないとする。

　なお、湿度検出部６８の検出精度などによっては、検出面６８ａの全てに水滴が付着している場合に、湿度検出部６８に水滴が付着しているとし、検出面６８ａに少しでも水滴が付着していない部分がある場合に、湿度検出部６８に水滴が付着していないとしてもよい。また、検出面６８ａについて、水滴が付着した面積が所定値より大きい場合に、湿度検出部６８に水滴が付着しているとし、所定値より大きくない場合に、湿度検出部６８に水滴が付着していないとしてもよい。

　水滴判定部７３は、計測値算出部７２により算出された吸入空気の湿度ＲＨを対象として、時間について一階微分することで一階微分値ＲＨ１を算出し、時間について二階微分することで二階微分値ＲＨ２を算出する。一階微分値ＲＨ１はｄＲＨ／ｄｔであり、二階微分値ＲＨ２はｄ^２ＲＨ／ｄｔ^２である。また、水滴判定部７３は、二階微分値ＲＨ２と所定の閾値Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３とを比較し、その比較結果に更に閾時間Ｔｒ１，Ｔｒ２を考慮して、湿度検出部６８に水滴が付着しているか否かの判定を行う。

　ＥＣＵ１５には、車速センサや外気温センサ、大気圧センサ等からセンサ信号が入力される。ＥＣＵ１５は、各種センサ信号に基づいて、外気温度や大気圧といった環境情報と、車速や累計走行距離といった車両情報とを少なくとも取得し、これら情報を信号処理部４４に対して出力する。

　閾値設定部７４は、閾値Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３を設定する。第１閾値Ｑ１は、正の値に設定されており、湿度検出部６８への水滴の付着が発生したか否かを判定するための閾値である。第２閾値Ｑ２は、負の値に設定されており、湿度検出部６８に付着していた水滴がなくなったか否かを判定するための閾値である。また、第３閾値Ｑ３は、水滴の付着が発生したか否かの判定精度を高めるための判定、及び水滴がなくなったか否かの判定精度を高めるための判定に用いられる閾値である。閾値設定部７４は、閾値Ｑ１～Ｑ３に加えて、閾時間Ｔｒ１，Ｔｒ２も設定する。閾値Ｑ１～Ｑ３、閾時間Ｔｒ１，Ｔｒ２は、一例として、湿度検出部６８の出力特定、具体的には出力の応答性のばらつき等に基づいて設定される。なお、第１閾値Ｑ１が発生閾値に相当し、第２閾値Ｑ２が乾き閾値に相当し、第３閾値Ｑ３が発生変曲値及び乾き変曲値に相当する。また、第１閾時間Ｔｒ１が発生閾時間に相当し、第２閾時間Ｔｒ２が乾き閾時間に相当する。

　信号処理部４４は、計測値算出部７２の算出結果や水滴判定部７３の判定結果などを含む情報をＥＣＵ１５に対して出力する。計測値算出部７２の算出結果には湿度ＲＨが含まれており、水滴判定部７３の判定結果には、湿度検出部６８に水滴が付着しているか否かを示す水付着情報が含まれている。

　ここで、車両が走行している場合を想定して、湿度検出部６８への水滴の付着が発生した場合の湿度の変化態様を示す付着発生プロファイルｈａと、水滴が付着していない場合の湿度の変化態様を示す付着無しプロファイルｈｂとについて、図７、図８を参照しつつ説明する。なお、付着発生プロファイルｈａについては、一階微分値ＲＨ１ａ及び二階微分値ＲＨ２ａの各変化態様を図示するが、付着無しプロファイルｈｂについては、一階微分値及び二階微分値の図示を省略する。

　図７、図８には、タイミングｔ１０にて湿度検出部６８への水滴の付着が発生した場合の付着発生プロファイルｈａの湿度ＲＨの変化態様と、タイミングｔ１０にて吸入空気の湿度が実際に変化した場合の付着無しプロファイルｈｂの湿度ＲＨの変化態様とを、比較して例示している。

　付着発生プロファイルｈａについては、タイミングｔ１０にて水滴の付着が発生し、タイミングｔ２０に到達するまで水滴の付着が継続し、タイミングｔ２０にて水滴が乾燥等によりなくなっている。この場合、タイミングｔ１０～ｔ２０の付着時間Ｔａにわたって水滴が継続して付着している。付着発生プロファイルｈａの湿度ＲＨは、水滴の付着発生に伴って１００％に近い値など比較的大きい値で保持されるが、図７、図８では、その保持時間を短めに図示している。また、図７、図８では、タイミングｔ１０の前後で温度ＴＭも変化している。なお、湿度検出部６８に付着していた水滴がなくなることを、水滴が乾いたと言うこともできる。

　図７、図８に示すように、付着発生プロファイルｈａの湿度ＲＨが増加する立ち上がり部分については、この湿度ＲＨの変化の割合を示す一階微分値ＲＨ１が、タイミングｔ１０から増加していき、タイミングｔ１３にて正負が反転して減少に転じている。このタイミングｔ１３には、付着発生プロファイルｈａの湿度ＲＨの変曲点ＩＰａが存在しており、一階微分値ＲＨ１はこのタイミングｔ１３にて最大値に到達している。

　付着発生プロファイルｈａについては、その湿度の変化の割合の変化の割合を示す二階微分値ＲＨ２が、タイミングｔ１０から増加していき、タイミングｔ１３に到達する前のタイミングｔ１２にて正負が反転して減少に転じている。二階微分値ＲＨ２は、このタイミングｔ１２にて最大値に到達しており、その後、減少することで変曲点ＩＰａのタイミングｔ１３にてゼロに到達している。本実施形態では、このゼロを第３閾値Ｑ３としている。

　発明者らは、付着発生プロファイルｈａの湿度ＲＨの方が付着無しプロファイルｈｂの湿度ＲＨに比べて急峻に変化する、という知見を得た。例えば、湿度ＲＨが増加する立ち上がり部分については、付着発生プロファイルｈａの方が付着無しプロファイルｈｂに比べて急峻に増加する。この知見によれば、二階微分値ＲＨ２の最大値が大きいほど、湿度ＲＨが急峻に増加している。図７、図８に示すように、付着発生プロファイルｈａの二階微分値ＲＨ２の最大値が付着無しプロファイルｈｂの二階微分値ＲＨ２の最大値より大きい。この場合、第１閾値Ｑ１が、付着無しプロファイルｈｂの二階微分値ＲＨ２では到達しにくい値であって、付着発生プロファイルｈａの二階微分値ＲＨ２だと到達する値に設定されることで、第１閾値Ｑ１を判定基準として水滴の付着発生を検出可能になる。第１閾値Ｑ１は、付着無しプロファイルｈｂの二階微分値ＲＨ２が到達し得る最大値より大きい値であって、付着発生プロファイルｈａの二階微分値ＲＨ２が到達し得る最大値より小さい値に設定される必要がある。

　また、発明者らは、湿度ＲＨの立ち上がり部分について、付着発生プロファイルｈａの二階微分値ＲＨ２の方が付着無しプロファイルｈｂの二階微分値ＲＨ２よりも早いタイミングで第３閾値Ｑ３に到達する、という知見を得た。この知見によれば、二階微分値ＲＨ２が増加して第１閾値Ｑ１に到達してから第３閾値Ｑ３に到達するまでに要する変曲時間Ｔｂが、付着発生プロファイルｈａの方が付着無しプロファイルｈｂに比べて短い。図８では、二階微分値ＲＨ２がタイミングｔ１１にて第１閾値Ｑ１に到達し、タイミングｔ１１～ｔ１３が付着発生プロファイルｈａの変曲時間Ｔｂであり、タイミングｔ１１～ｔ１４が付着無しプロファイルｈｂの変曲時間Ｔｂである。変曲時間Ｔｂについて、判定基準となる第１閾時間Ｔｒ１を設定しておくと、この第１閾時間Ｔｒ１を用いることで、水滴の付着が発生したのか否かの判定を行うことが可能になる。この場合、第１閾時間Ｔｒ１は、付着発生プロファイルｈａの変曲時間Ｔｂがとり得る最長時間より大きい値であって、付着無しプロファイルｈｂの変曲時間Ｔｂがとり得る最短時間より小さい値に設定される必要がある。なお、第１閾時間が発生閾時間に相当する。

　また、付着発生プロファイルｈａの湿度ＲＨが減少する立ち下がり部分では、この湿度ＲＨの一階微分値ＲＨ１がタイミングｔ２０から減少していき、タイミングｔ２３にて増加に転じている。このタイミングｔ２３には、付着発生プロファイルｈａの湿度ＲＨの変曲点ＩＭａが存在しており、一階微分値ＲＨ１は、タイミングｔ２３にて最小値に到達している。湿度ＲＨの立ち下がり部分に限れば、一階微分値ＲＨ１の絶対値がタイミングｔ２３にて最大値に到達している。

　付着発生プロファイルｈａの二階微分値ＲＨ２は、タイミングｔ２０から減少していき、タイミングｔ２３に到達する前のタイミングｔ２２にて増加に転じている。二階微分値ＲＨ２は、このタイミングｔ２２にて最小値に到達しており、その後、増加することで変曲点ＩＭａのタイミングｔ２３にて第３閾値Ｑ３に到達している。付着発生プロファイルｈａの立ち下がり部分に限れば、二階微分値ＲＨ２の絶対値がタイミングｔ２２にて最大値に到達している。

　湿度ＲＨが減少する立ち下がり部分については、付着発生プロファイルｈａの方が付着無しプロファイルｈｂに比べて急峻に減少する。発明者らの上記知見によれば、二階微分値ＲＨ２の最小値が小さいほど、湿度ＲＨが急峻に減少している。図７、図８に示すように、付着発生プロファイルｈａの二階微分値ＲＨ２の最小値が付着無しプロファイルｈｂの二階微分値ＲＨ２の最小値より小さい。この場合、第２閾値Ｑ２が、付着無しプロファイルｈｂの二階微分値ＲＨ２では到達しにくい値であって、付着発生プロファイルｈａの二階微分値ＲＨ２だと到達する値に設定されていることで、第２閾値Ｑ２を判定基準として、水滴がなくなったことを検出することが可能になる。第２閾値Ｑ２は、付着無しプロファイルｈｂの二階微分値ＲＨ２が到達し得る最小値より小さい値であって、付着発生プロファイルｈａの二階微分値ＲＨ２が到達し得る最小値より大きい値に設定される必要がある。

　また、発明者らは、湿度ＲＨの立ち下がり部分について、付着発生プロファイルｈａの二階微分値ＲＨ２の方が付着無しプロファイルｈｂの二階微分値ＲＨ２よりも早いタイミングで第３閾値Ｑ３に到達する、という知見を得た。この知見によれば、変曲時間Ｔｂと同様に、二階微分値ＲＨ２が減少して第２閾値Ｑ２に到達してから第３閾値Ｑ３に到達するまでに要する変曲時間Ｔｃが、付着発生プロファイルｈａの方が付着無しプロファイルｈｂに比べて短い。図８では、二階微分値ＲＨ２がタイミングｔ２１にて第２閾値Ｑ２に到達し、タイミングｔ２１～ｔ２３が付着発生プロファイルｈａの変曲時間Ｔｃである。変曲時間Ｔｃについて、判定基準となる第２閾時間Ｔｒ２を設定しておくと、この第２閾時間Ｔｒ２を用いることで、水滴がなくなったか否かの判定を行うことが可能になる。この場合、第２閾時間Ｔｒ２は、付着発生プロファイルｈａの変曲時間Ｔｃがとり得る最長時間より大きい値であって、付着無しプロファイルｈｂの変曲時間Ｔｃがとり得る最短時間より小さい値に設定される必要がある。なお、第２閾時間Ｔｒ２が乾き閾時間に相当する。

　また、一階微分値ＲＨ１と所定の閾値Ｐ１，Ｐ２とを比較することで、湿度検出部６８に水滴が付着しているか否かの判定を行う、ということも可能である。詳しくは、湿度ＲＨの立ち上がり部分については、付着発生プロファイルｈａの方が付着無しプロファイルｈｂに比べて、変化の割合である一階微分値ＲＨ１の最大値が大きくなる。上側閾値Ｐ１は、正の値に設定されており、水滴の付着が発生したか否かを判定するための閾値である。この場合、上側閾値Ｐ１が、付着無しプロファイルｈｂの一階微分値ＲＨ１が到達し得る最大値より大きい値であって、付着発生プロファイルｈａの一階微分値ＲＨ１が達成し得る最大値より小さい値に設定される必要がある。

　また、湿度ＲＨの立ち下がり部分については、付着発生プロファイルｈａの方が付着無しプロファイルｈｂに比べて、一階微分値ＲＨ１の最大値が小さくなる。下側閾値Ｐ２は、負の値に設定されており、水滴がなくなったか否かの判定を行うための閾値である。この場合、下側閾値Ｐ２が、付着無しプロファイルｈｂの一階微分値ＲＨ１が到達し得る最小値より小さい値であって、付着発生プロファイルｈａの一階微分値が到達し得る最小値より大きい値に設定される必要がある。例えば、下側閾値Ｐ２は、上側閾値Ｐ１と同じ絶対値を有する負の値に設定される。

　信号処理部４４においては、水滴判定部７３が、湿度検出部６８に水滴が付着しているか否かの判定を行う水滴判定処理を行う。この水滴判定処理は所定周期で繰り返し行われる。この水滴判定処理について、図９のフローチャートを参照しつつ説明する。

　信号処理部４４においては、閾値設定部７４が環境情報や車両情報に基づいて閾値Ｑ１～Ｑ３、閾時間Ｔｒ１，Ｔｒ２を設定する。例えば、湿度検出部６８等の応答性が経年劣化等により低下した場合には、計測値算出部７２により算出される湿度ＲＨの変化の急峻さが緩やかになる可能性がある。そこで、車両情報のうち累計走行距離が大きくなるほど湿度検出部６８等の応答性が低下しやすいとして、累計走行距離が大きくなるほど、第１閾値Ｑ１を小さい値に設定するとともに第３閾値Ｑ３を大きい値に設定する。これにより、湿度検出部６８への水滴の付着が発生しているにもかかわらず、湿度ＲＨの二階微分値ＲＨ２が閾値Ｑ１，Ｑ３に到達しない、という事態が湿度検出部６８の経年劣化に起因して発生するということが抑制される。また、閾値設定部７４は、まず、環境情報や車両情報に基づいて算出した正の値を第１閾値Ｑ１として設定し、その第１閾値Ｑ１に応じて第２閾値Ｑ２を設定する。例えば、第１閾値Ｑ１と同じ絶対値を有する負の値を第２閾値Ｑ２として設定する。

　図９において、ステップＳ１０１では、計測値算出部７２により算出された湿度ＲＨを取得する。ステップＳ１０２では、湿度ＲＨを一階微分することで一階微分値ＲＨ１を算出し、ステップＳ１０３では、湿度ＲＨを二階微分することで二階微分値ＲＨ２を算出する。ステップＳ１０４では、既に湿度検出部６８に水滴が付着しているか否かの判定を行う。例えば、既に水滴の付着が発生したことを示すフラグが記憶回路７０等にセットされているか否かの判定を行う。水滴が付着していないと判定した場合、湿度検出部６８への水滴の付着が発生したか否かの判定を行うべく、ステップＳ１０５に進む。

　ステップＳ１０５では、二階微分値ＲＨ２が第１閾値Ｑ１より大きくなったか否かを判定する。大きくなっていない場合、湿度検出部６８への水滴の付着は発生していないとして本水滴判定処理を終了し、大きくなった場合、水滴の付着が発生した可能性があるとして、ステップＳ１０６に進む。なお、ステップＳ１０５の処理を実行する機能が付着判定部及び発生判定部に相当する。また、例えば図７、図８に示す付着発生プロファイルｈａの湿度ＲＨだと、二階微分値ＲＨ２が増加して第１閾値Ｑ１に到達したタイミングｔ１１について、ステップＳ１０５の判定が肯定されてステップＳ１０６に進むことになる。

　ステップＳ１０６～Ｓ１０８では、二階微分値ＲＨ２が第１閾値Ｑ１より大きくなってから速やかに第３閾値Ｑより小さくなったか否かの判定を行う。具体的には、ステップＳ１０６にて、二階微分値ＲＨ２が第１閾値Ｑ１より大きくなってからの経過時間が第１閾時間Ｔｒ１に比べてまだ短いか否かを判定する。既に経過時間が第１閾時間Ｔｒ１より短くない場合、二階微分値ＲＨ２の減少が速やかでないとして、ステップＳ１１０に進む。なお、ステップＳ１０６の処理を実行する機能が付着判定部及び発生時間判定部に相当する。

　経過時間が第１閾時間Ｔｒ１に比べてまだ短い場合、ステップＳ１０７に進み、ステップＳ１０１，Ｓ１０３と同様に、湿度ＲＨを取得し、二階微分値ＲＨ２を算出する。なお、ステップＳ１０３，Ｓ１０７の処理を実行する機能が二階算出部に相当する。ステップＳ１０８では、ステップＳ１０７にて算出した二階微分値ＲＨ２が第３閾値Ｑ３より小さくなったか否かを判定する。二階微分値ＲＨ２が第３閾値Ｑ３より小さくなっていない場合、経過時間が第１閾時間Ｔｒ１に達するまでステップＳ１０６～Ｓ１０８の処理を繰り返し行う。なお、ステップＳ１０８を実行する機能が付着判定部及び発生変曲判定部に相当する。

　経過時間が第１閾時間Ｔｒ１に達していない段階で二階微分値ＲＨ２が第３閾値Ｑ３より小さくなった場合、湿度検出部６８への水滴の付着が発生したとして、ステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、水滴の付着が発生したことへの対策として水滴対応処理を行う。この水滴対応処理では、例えばフェールセーフ処理を行う。フェールセーフ処理では、記憶回路７０からフェールセーフデータとしての代替湿度を読み出し、計測値算出部７２により算出された湿度ＲＨに代えてこの代替湿度を、ＥＣＵ１５に対して出力する湿度情報に含ませる。このフェールセーフ処理は、湿度検出部６８に付着した水滴がなくなるまで継続して行われる。

　代替湿度は、あらかじめ定められた例えば８０％ＲＨなどの所定値であり、あらかじめ記憶回路７０に記憶されている。なお、代替湿度は、その時の状況に応じて都度設定される値であってもよい。すなわち、あらかじめ定められた値でなくてもよい。例えば、二階微分値ＲＨ２が第１閾値Ｑ１より大きくなったタイミングを基準として所定時間（例えば１分）だけ過去の湿度ＲＨを、代替湿度として用いてもよい。過去の湿度ＲＨは、記憶回路７０に記憶されており、この記憶回路７０から読み出されることになる。そして、代替湿度が現在の実際の湿度とは大きく異なっているという可能性が低いと考えられる。

　なお、ステップＳ１０９では、湿度検出部６８への水滴の付着が発生したことを示すフラグを記憶回路７０等にセットする処理も行う。この処理を行うことで、既に水滴の付着が発生している場合に、ステップＳ１０４の判定を肯定することができる。また、例えば図７、図８に示す付着発生プロファイルｈａの湿度ＲＨだと、二階微分値ＲＨ２が減少して第３閾値Ｑ３に到達したタイミングｔ１３について、ステップＳ１０８の判定が肯定されてステップＳ１０９に進むことになる。

　一方、経過時間が第１閾時間Ｔｒ１に達するまでに二階微分値ＲＨ２が第３閾値Ｑ３より小さくならなかった場合、水滴の付着が発生していない可能性があるとして、ステップＳ１１０に進み、水滴暫定処理を行う。ここで、二階微分値ＲＨ２が第１閾値Ｑ１より大きくなったにもかかわらず、その二階微分値ＲＨ２が第１閾時間Ｔｒ１内に第３閾値Ｑ３より小さくならなかった原因の一例としては、例えば第１閾値Ｑ１が小さ過ぎる場合が想定される。この場合、湿度検出部６８に水滴が付着していないにもかかわらず、実際の湿度変化によって二階微分値ＲＨ２が第１閾値Ｑ１より大きくなってしまう。

　そこで、水滴暫定処理として、第１閾値Ｑ１を所定値だけ大きい値に更新する処理を閾値設定部７４に行わせる。これにより、湿度検出部６８に水滴が付着していないにもかかわらず二階微分値ＲＨ２が第１閾値Ｑ１より大きな値になってしまう、ということが回避される。なお、所定値は、例えば第１閾値Ｑ１の数パーセントの値とされ、あらかじめ記憶回路７０に記憶されている。また、この水滴暫定処理の後、湿度検出部６８への水滴の付着が発生していないとして、本水滴判定処理を終了する。

　ステップＳ１０４にて既に湿度検出部６８に水滴が付着していると判定された場合、付着している水滴がなくなったか否かの判定を行うべく、ステップＳ１１５に進む。ステップＳ１１５では、二階微分値ＲＨ２が第２閾値Ｑ２より小さくなったか否かを判定する。小さくなっていない場合、水滴がなくなっていないとして本水滴判定処理を終了し、小さくなった場合、水滴がなくなった可能性があるとして、ステップＳ１１６に進む。なお、ステップＳ１１５の処理を実行する機能が付着判定部及び乾き判定部に相当する。また、例えば図７、図８に示す付着発生プロファイルｈａの湿度ＲＨだと、二階微分値ＲＨ２が減少して第２閾値Ｑ２に到達したタイミングｔ２１について、ステップＳ１１５の判定が肯定されてステップＳ１１６に進むことになる。

　ステップＳ１１６～Ｓ１１８では、二階微分値ＲＨ２が第２閾値Ｑ２より小さくなってから速やかに第３閾値Ｑ３より大きくなったか否かの判定を行う。具体的には、ステップＳ１１６にて、二階微分値ＲＨ２が第２閾値Ｑ２より小さくなってからの経過時間が第２閾時間Ｔｒ２に比べてまだ短いか否かを判定する。既に経過時間が第２閾時間Ｔｒ２より短くない場合、二階微分値ＲＨ２の減少が速やかでないとして、ステップＳ１２０に進む。なお、ステップＳ１１６の処理を実行する機能が付着判定部及び乾き時間判定部に相当する。

　経過時間が第２閾時間Ｔｒ２に比べてまだ短い場合、ステップＳ１１７に進み、ステップＳ１０７と同様に、湿度ＲＨを取得し、二階微分値ＲＨ２を算出する。なお、ステップＳ１１７の処理を実行する機能が二階算出部に相当する。ステップＳ１１８では、ステップＳ１１７にて算出した二階微分値ＲＨ２が第３閾値Ｑ３より大きくなったか否かを判定する。二階微分値ＲＨ２が第３閾値Ｑ３より大きくなっていない場合、経過時間が第２閾時間Ｔｒ２に達するまでステップＳ１１６～Ｓ１１８の処理を繰り返し行う。なお、ステップＳ１１８の処理を実行する機能が付着判定部及び乾き変曲判定部に相当する。

　経過時間が第２閾時間Ｔｒ２に達していない段階で二階微分値ＲＨ２が第３閾値Ｑ３より大きくなった場合、湿度検出部６８への水滴の付着が発生したとして、ステップＳ１１９に進む。ステップＳ１１９では、フェールセーフ処理等の水滴対応処理を終了させる復帰処理を行う。この復帰処理では、ＥＣＵ１５に対して出力する湿度情報に代替湿度を含ませるのではなく、計測値算出部７２により算出された湿度ＲＨを含ませる。この結果、ＥＣＵ１５により、都度の湿度ＲＨに応じて内燃機関１１の運転制御が行われる。

　一方、経過時間が第２閾時間Ｔｒ２に達するまでに二階微分値ＲＨ２が第３閾値Ｑ３より大きくならなかった場合、水滴がなくなっていない可能性があるとして、ステップＳ１２０に進み、復帰暫定処理を行う。ここで、二階微分値ＲＨ２が第２閾値Ｑ２より小さくなったにもかかわらず、その二階微分値ＲＨ２が第２閾時間Ｔｒ２内に第３閾値Ｑ３より大きくならなかった原因の一例としては、例えば第２閾値Ｑ２が大き過ぎる場合が想定される。この場合、湿度検出部６８に付着した水滴が完全にはなくなっていないにもかかわらず、湿度ＲＨの誤差等により二階微分値ＲＨ２が第２閾値Ｑ２より小さくなってしまう。

　そこで、復帰暫定処理として、第２閾値Ｑ２を所定値だけ小さい値に更新する処理を閾値設定部７４に行わせる。これにより、水滴がなくなっていないにもかかわらず二階微分値ＲＨ２が第２閾値Ｑ２より小さな値になってしまう、ということが回避される。なお、所定値は、例えば第２閾値Ｑ２の数パーセントの値とされ、あらかじめ記憶回路７０に記憶されている。また、この復帰暫定処理の後、水滴がなくなっていないとして、本水滴判定処理を終了する。

　なお、湿度検出部６８に水滴が付着しているか否かの判定は、湿度検出部６８に水滴が付着したという異常が発生したか否かの判定である、ということもできる。この場合、信号処理部４４を、湿度検出部６８について異常が発生したか否かを検出する異常検出装置と称することもできる。

　ここまで説明した本実施形態によれば、湿度検出部６８に水滴が付着しているか否かの判定に、湿度ＲＨの二階微分値ＲＨ２が用いられるため、湿度ＲＨが１００％に近い値で保持される時間を計測し終わるまで待つ必要がない。しかも、二階微分値ＲＨ２は、一階微分値ＲＨ１と比べて、水滴の付着発生に伴って最大値に到達するまでに要する時間や、付着していた水滴がなくなったことに伴って最小値に到達するまでに要する時間が短い。このことからしても、湿度検出部６８に水滴が付着していることについて、判定精度を適正に保ちつつ、判定の応答性を高めることができる。

　図７、図８に示すように、湿度検出部６８への水滴の付着が発生した場合、湿度ＲＨの立ち上がり部分において、二階微分値ＲＨ２が最大値に到達するタイミングｔ１２は、一階微分値ＲＨ１が最大値に到達するタイミングｔ１３よりも早い。これは、一階微分値ＲＨ１が最大値に到達するのが湿度ＲＨの変曲点ＩＰａであるのに対して、二階微分値ＲＨ２が最大値に到達するのが湿度ＲＨの変曲点ＩＰａよりも前の段階であるためである。このため、本実施形態のように、水滴の付着が発生したか否かの判定が二階微分値ＲＨ２を用いて行われる構成では、一階微分値ＲＨ１を用いて行われる構成に比べて早いタイミングで水滴付着の発生を把握することができる。

　同様に、付着していた水滴がなくなる場合、湿度ＲＨの立ち下がり部分において、二階微分値ＲＨ２が最小値に到達するタイミングｔ２２は、一階微分値ＲＨ１が最小値に到達するタイミングｔ２３よりも早い。これは、一階微分値ＲＨ１が最小値に到達するのが湿度ＲＨの変曲点ＩＭａであるのに対して、二階微分値ＲＨ２が最小値に到達するのが湿度ＲＨの変曲点ＩＭａよりも前の段階であるためである。このため、本実施形態のように、水滴がなくなったか否かの判定が二階微分値ＲＨ２を用いて行われる構成では、一階微分値ＲＨ１を用いて行われる構成に比べて早いタイミングで水滴がなくなったことを把握することができる。

　本実施形態によれば、二階微分値ＲＨ２が第１閾値Ｑ１より大きくなったか否かを判定することで、湿度検出部６８への水滴の付着が発生したことを把握できる。しかも、第１閾値Ｑ１は、付着無しプロファイルｈｂなど水滴の付着が発生していない場合の湿度ＲＨの二階微分値ＲＨ２では到達しにくいほど小さい値に設定されている。このため、二階微分値ＲＨ２が第１閾値Ｑ１より大きくなったにもかかわらず湿度検出部６８への水滴の付着が発生していない、という事態を抑制できる。

　湿度検出部６８等に異常が発生している場合や、実際には湿度検出部６８に水滴が付着していない場合などについて、二階微分値ＲＨ２が第１閾値Ｑ１に到達することがないとは限らない。これに対して、本実施形態によれば、仮に二階微分値ＲＨ２が第１閾値Ｑ１まで増加したとしても、二階微分値ＲＨ２が第３閾値Ｑ３まで減少したか否かの判定が行われるため、湿度検出部６８への水滴の付着が発生したことについて誤判定を行うことが抑制される。したがって、湿度検出部６８への水滴の付着が発生したか否かの判定精度を高めることができる。

　また、本実施形態によれば、第１閾時間Ｔｒ１内において、二階微分値ＲＨ２が第１閾値Ｑ１まで増加してから第３閾値Ｑ３まで減少したか否かが判定される。このため、仮に、湿度検出部６８に水滴が付着していないにもかかわらず、二階微分値ＲＨ２が第１閾値Ｑ１まで増加したとしても、湿度検出部６８への水滴の付着が発生したという誤判定を行うことが抑制される。これは、水滴が付着していない場合には、第１閾時間Ｔｒ１内に二階微分値ＲＨ２が第３閾値Ｑ３まで減少しにくいためである。

　本実施形態によれば、湿度検出部６８への水滴の付着が発生した後、二階微分値ＲＨ２が第２閾値Ｑ２より小さくなったか否かを判定することで、付着していた水滴がなくなったことを把握できる。しかも、第２閾値Ｑ２は、付着無しプロファイルｈｂなど水滴の付着が発生していない場合の湿度ＲＨの二階微分値ＲＨ２では到達する可能性が低い値に設定されている。このため、二階微分値ＲＨ２が第２閾値Ｑ２より小さくなったにもかかわらず水滴がなくなっていない、という事態を抑制できる。

　湿度検出部６８等に異常が発生している場合や、湿度検出部６８に付着していた水滴が実際にはなくなっていない場合など、二階微分値ＲＨ２が第２閾値Ｑ２に到達することがないとは限らない。これに対して、本実施形態によれば、仮に二階微分値ＲＨ２が第２閾値Ｑ２まで減少したとしても、二階微分値ＲＨ２が第３閾値Ｑ３まで増加したか否かの判定が行われるため、付着していた水滴がなくなったことについて誤判定を行うことが抑制される。したがって、湿度検出部６８に付着していた水滴がなくなったか否かの判定精度を高めることができる。

　また、本実施形態によれば、第２閾時間Ｔｒ２内において、二階微分値ＲＨ２が第２閾値Ｑ２まで減少してから第３閾値Ｑ３まで増加したか否かが判定される。このため、仮に、湿度検出部６８に付着していた水滴がなくなっていないにもかかわらず、二階微分値ＲＨ２が第２閾値Ｑ２まで減少したとしても、水滴がなくなっていないという誤判定を行うことが抑制される。これは、水滴がなくなっていない場合には、第２閾時間Ｔｒ２内に二階微分値ＲＨ２が第３閾値Ｑ３まで増加しにくいためである。

　本実施形態によれば、エアフロメータ１４の信号処理部４４が計測値算出部７２及び水滴判定部７３の両方を有している。このため、計測値算出部７２により算出された湿度ＲＨを含む湿度情報を、水滴判定部７３にて判定に用いるまでにエアフロメータ１４の外部に出す必要がない。また、信号処理部４４が記憶回路７０を有しているため、記憶回路７０から読み出した各種情報を、水滴判定部７３にて判定に用いるまでにエアフロメータ１４の外部に出す必要がない。これらのことにより、水滴判定部７３での判定に用いる各種情報に外乱等のノイズが入り込む可能性を低減できる。したがって、湿度検出部６８への水滴の付着が発生したか否かの判定や、付着していた水滴がなくなったか否かの判定について、それぞれの判定精度を高めることができる。

　本実施形態によれば、湿度検出部６８がエアフロメータ１４に含まれている。このため、湿度検出部６８の検出結果である湿度ＲＨを、流量検出部４２の検出結果である流量や、温度検出部６７の検出結果である温度と共に、コネクタ部４９に接続された接続線を通じてＥＣＵ１５に対して出力することができる。このように、湿度検出機能や流量検出機能、温度検出機能をエアフロメータ１４に統合することで、例えば湿度検出部６８がエアフロメータ１４から別体で設けられた構成に比べて、接続線の数を低減するという省線化を図ることができる。また、コネクタ部４９等も湿度検出部６８、流量検出部４２、温度検出部６７で共用することができるため、コスト低減を図ることができる。

　（第２実施形態）
　上記第１実施形態では、湿度検出部６８に水滴が付着しているか否かの判定に、湿度ＲＨの二階微分値ＲＨ２だけを用いたが、一階微分値ＲＨ１と二階微分値ＲＨ２とを組み合わせて用いてもよい。第２実施形態では、図１０に示すように、一階微分値ＲＨ１が、湿度検出部６８への水滴の付着が発生したか否かの判定と、湿度検出部６８に付着した水滴がなくなったか否かの判定との両方に用いられる。

　図１０においては、上記第１実施形態のステップＳ１０５，Ｓ１１５に代えて、ステップＳ２０５，Ｓ２１５が実行される。ステップＳ２０５では、湿度ＲＨの一階微分値ＲＨ１が上側閾値Ｐ１より大きくなったか否かを判定する。上側閾値Ｐ１は、上述したように、図７に示す付着無しプロファイルｈｂの一階微分値ＲＨ１が到達し得る最大値より大きい値であって、付着発生プロファイルｈａの一階微分値ＲＨ１が到達し得る最大値より小さい値に設定されている。このため、一階微分値ＲＨ１が上側閾値Ｐ１より大きくなった場合は、水滴の付着が発生した可能性があると判断できるとして、ステップＳ１０６に進む。一方、大きくなっていない場合は、水滴の付着が発生していないとして本水滴判定処理を終了する。

　ここで、湿度ＲＨの立ち上がり部分については、図７に示すように、二階微分値ＲＨ２が最大値に到達した後、一階微分値ＲＨ１が最大値に到達するとともに、二階微分値ＲＨ２が第３閾値Ｑ３まで減少する。このため、上側閾値Ｐ１が一階微分値ＲＨ１の最大値より小さい値に設定されていれば、一階微分値ＲＨ１が上側閾値Ｐ１まで増加した後に、二階微分値ＲＨ２が第３閾値Ｑ３まで減少する。したがって、ステップＳ１０５に代えてステップＳ２０５を実行した場合でも、ステップＳ１０６にて二階微分値ＲＨ２が第１閾値Ｑ１より大きくなったか否かの判定を行うことで、水滴の付着が発生したか否かの判定精度を高めることができる。

　また、湿度ＲＨの立ち下がり部分については、図７に示すように、二階微分値ＲＨ２が最小値に到達した後、一階微分値ＲＨ１が最小値に到達するとともに、二階微分値ＲＨ２が第３閾値Ｑ３まで減少する。このため、下側閾値Ｐ２が一階微分値ＲＨ１の最小値より大きい値に設定されていれば、一階微分値ＲＨ１が下側閾値Ｐ２まで減少した後に、二階微分値ＲＨ２が第３閾値Ｑ３まで増加する。したがって、ステップＳ１１５に代えてステップＳ２１５を実行した場合でも、ステップＳ１１６にて二階微分値ＲＨ２が第２閾値Ｑ２より小さくなったか否かの判定を行うことで、湿度検出部６８に付着していた水滴がなくなったか否かの判定精度を向上できる。

　（第３実施形態）
　上記第１実施形態では、湿度検出部６８に水滴が付着しているか否かの判定が、エアフロメータ１４の信号処理部４４にて行われていたが、第３実施形態では、ＥＣＵ１５にて行われる。この場合、内燃機関１１の制御装置であるＥＣＵ１５が水滴判定処理を行うことになる。

　本実施形態では、図１１に示すように、エアフロメータ１４ではなくＥＣＵ１５が、記憶回路７０、信号取得部７１、計測値算出部７２、水滴判定部７３、閾値設定部７４を有している。この構成では、エアフロメータ１４が信号処理部４４を有しておらず、流量検出部４２、温度検出部６７及び湿度検出部６８の各種信号が信号処理部４４を介さずにＥＣＵ１５に入力される。ＥＣＵ１５には、検出部４２，６７，６８からの信号の他にも、吸気温度センサ２５等の計測部から各種信号が入力される。ＥＣＵ１５は、計測部から入力された各種信号に基づいて、計測値算出部７２により各種数値を算出し、これら数値をパラメータとして用いて、スロットルバルブ２１の開度調整などのエンジン制御を行う。

　ＥＣＵ１５は、湿度検出部６８の検出信号を用いて計測された湿度ＲＨを、エンジン制御を行うためのパラメータの１つに設定するパラメータ処理を行う。このパラメータ処理は、所定周期で繰り返し行われる。このパラメータ処理について、図１２のフローチャートを参照しつつ説明する。

　図１２において、ステップＳ３０１～Ｓ３０４は、上記第１実施形態のステップＳ１０１～Ｓ１０４と同じ処理を行う。ここで、ステップＳ３０１は、計測値算出部７２にて算出された湿度ＲＨを取得するのではなく、湿度検出部６８から入力された湿度信号に基づいて湿度ＲＨを算出する。この場合、計測値算出部７２がステップＳ３０１を実行することになり、ステップＳ３０１の処理を実行する機能が湿度取得部に相当する。また、ステップＳ３０３の処理を実行する機能が二階算出部に相当する。

　ステップＳ３０４にて、湿度検出部６８に水滴が付着していないと判定した場合、ステップＳ３０５に進み、エンジン制御のためのパラメータの１つとして湿度ＲＨを設定する。この処理を行うことで、都度の湿度ＲＨがエンジン制御の内容に反映されていることになる。なお、ステップＳ３０５の処理を実行する機能がパラメータ設定部に相当する。

　ステップＳ３０６では、上記実施形態のステップＳ１０５と同様に、二階微分値ＲＨ２が第１閾値Ｑ１より大きくなったか否かを判定する。なお、ステップＳ３０６の処理を実行する機能が付着判定部に相当する。また、上記第１実施形態のステップＳ１０７，Ｓ１０８と同様の処理を行わなくても、二階微分値ＲＨ２が第１閾値Ｑ１まで増加したか否かの判定を行うだけでも、湿度検出部６８への水滴の付着が発生したか否かの判定を行うことになる。二階微分値ＲＨ２が第１閾値Ｑ１より大きくなっていない場合、水滴の付着が発生していないとして、本パラメータ処理を終了する。一方、二階微分値ＲＨ２が第１閾値Ｑ１より大きくなった場合、水滴の付着が発生したとして、ステップＳ３０７に進む。

　ステップＳ３０７では、代替処理を行う。この代替処理では、上記第１実施形態のステップＳ１０９と同様に、ステップＳ１０１にて算出された湿度ＲＨに代えて、代替湿度をエンジン制御のためのパラメータの１つに設定する。代替湿度は、上記第１実施形態と同様に、あらかじめ定められた所定値とされており、フェールセーフデータとして記憶回路７０に記憶されている。また、二階微分値ＲＨ２が第１閾値Ｑ１より大きくなったタイミングを基準として所定時間だけ過去の湿度ＲＨを、代替湿度として用いてもよい。この場合、代替湿度が現在の実際の湿度とは大きく異なっているという可能性が低いと考えられるため、代替湿度をパラメータの１つとして実行されるエンジン制御について、内燃機関１１の運転状態や燃費が極端に悪化するということを抑制できる。なお、ステップＳ３０７の処理を実行する機能が代替設定部に相当する。

　ステップＳ３０４にて既に湿度検出部６８に水滴が付着していると判定された場合、付着している水滴がなくなったか否かの判定を行うべく、ステップＳ３１６に進む。ステップＳ３１６では、上記第１実施形態のステップＳ１１５と同様に、二階微分値ＲＨ２が第２閾値Ｑ２より小さくなったか否かを判定する。小さくなっていない場合、水滴がなくなっていないとして本パラメータ処理を終了し、小さくなった場合、水滴がなくなったとして、ステップＳ３１７に進む。なお、ステップＳ３１６の処理を実行する機能が付着判定部に相当する。

　ステップＳ３１７では、上記第１実施形態のステップＳ１１９と同様に、復帰処理を行う。この復帰処理では、代替処理を終了することで、代替湿度ではなく、都度の湿度ＲＨをエンジン制御のためのパラメータの１つに設定する。これにより、都度の湿度ＲＨを用いてエンジン制御が行われることになる。

　なお、パラメータ処理においては、ステップＳ３０１～Ｓ３０４，Ｓ３０６，Ｓ３１６の処理が水滴判定処理に相当する。また、ＥＣＵ１５においてこの水滴判定処理を実行する機能が、湿度計測装置に相当する。さらに、ＥＣＵ１５は制御装置だけでなく、湿度計測装置及び異常検出装置にも相当する。

　本実施形態によれば、ＥＣＵ１５が計測値算出部７２や水滴判定部７３等を有している。このため、エアフロメータ１４が計測値算出部７２や水滴判定部７３を有している構成とは異なり、信号処理部４４等の電子回路を制御装置としてエアフロメータ１４に追加する必要がない。ＥＣＵ１５においては、各種プログラムを記憶回路７０に追加して記憶させることなどにより、計測値算出部７２や水滴判定部７３等の機能を容易に追加することができるため、コスト負担の増加を抑制することができる。また、ＥＣＵ１５が記憶回路７０を有しているため、記憶回路７０から読み出した各種情報を、水滴判定部７３にて判定に用いるまでにＥＣＵ１５の外部に出す必要がない。このため、水滴判定部７３での判定に用いる各種情報に外乱等のノイズが入り込む可能性を低減できる。したがって、湿度検出部６８への水滴の付着が発生したか否かの判定や、付着していた水滴がなくなったか否かの判定について、それぞれの判定精度を高めることができる。

　（他の実施形態）
　以上、本開示による複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

　変形例１として、上記第１実施形態について、エアフロメータ１４が温度検出部６７に加えて別の温度検出部８１を有していてもよい。これら温度検出部６７，８１を第１温度検出部６７、第２温度検出部８１と称すると、第２温度検出部８１は、第１温度検出部６７と同じ構成を有しており、図１３に示すように例えばハウジング４１の上流側端部に配置されている。信号処理部４４は、水滴判定処理において湿度検出部６８に水滴が付着していないと判定した場合に、第１温度検出部６７の温度信号を用いて温度を算出し、この温度に対応した温度情報をＥＣＵ１５に対して出力する。一方、湿度検出部６８に水滴が付着していると判定した場合、温度検出部６７にも水滴が付着しているとして、第２温度検出部８１の温度信号を用いて温度を算出し、この温度に対応した温度情報をＥＣＵ１５に対して出力する。すなわち、ＥＣＵ１５によるエンジン制御において、第１温度検出部６７の検出値ではなく、第２温度検出部９１の検出値をパラメータとして設定する。

　なお、上記第１実施形態では、上述したように、センサユニット４３において１つのチップ基板６１に第１温度検出部６７及び湿度検出部６８の両方が形成されている。このため、チップ基板６１に水滴が付着した場合、その水滴が第１温度検出部６７と湿度検出部６８とにかけ渡された状態になる可能性が高いと考えられる。

　また、第１温度検出部６７からの検出信号に基づいて算出された温度の変化態様などに基づいて、第１温度検出部６７に水滴が付着したか否かの判定を行ってもよい。

　変形例２として、上記第１実施形態について、エアフロメータ１４において、温度検出部６７と湿度検出部６８とが１つのセンサチップ５５に設けられていなくてもよい。例えば、図１４、図１５に示すように、センサチップ５５のチップ基板６１には湿度検出部６８だけが設けられ、温度検出部６７は、チップ支持体５６においてセンサチップ５５とは異なる位置に配置されている。この場合、センサユニット４３は、センサチップ５５とは独立した状態の温度検出部６７を有していることになる。

　変形例３として、上記第１実施形態の二階微分値ＲＨ２について、湿度検出部６８への水滴の付着が発生したことを確認するための判定基準と、付着していた水滴がなくなったことを確認するための判定基準とが、第３閾値Ｑ３ではない値に設定されていてもよい。例えば、二階微分値ＲＨ２が第１閾値Ｑ１より大きくなった後のステップＳ１０８では、判断基準をゼロよりも大きい正の値とし、その正の値まで二階微分値ＲＨ２が減少したか否かの判定を行う。また、二階微分値ＲＨ２が第２閾値Ｑ２より小さくなった後のステップＳ１１８では、判定基準をゼロよりも小さい負の値として、その負の値まで二階微分値ＲＨ２が増加したか否かの判定を行う。

　変形例４として、上記第１～３実施形態について、信号処理部４４の計測値算出部７２が湿度ＲＨを算出しなくてもよい。ここで、湿度検出部６８からの湿度信号を時間で二階微分して二階微分値を算出してもよい。また、湿度信号を単に数値化し、その数値を時間で二階微分して二階微分値を算出してもよい。これらの場合でも、この二階微分値に対する第１閾値～第３閾値や第１閾時間、第２閾時間を設定しておくことで、これら閾値に二階微分値が到達したか否かの判定を行うことができる。すなわち、二階微分値に対して発生閾値、乾き閾値、発生変曲値、乾き変曲値、発生閾時間、乾き閾時間を設定しておくことで、湿度検出部６８に水滴が付着しているか否かの判定を行うことができる。

　変形例５として、上記第１～３実施形態について、閾値設定部７４は、第２閾値Ｑ２の値を第１閾値Ｑ１の値に関係なく設定してもよい。例えば、閾値設定部７４は、第１閾値Ｑ１及び第２閾値Ｑ２を、それぞれ個別に環境情報や車両情報に基づいて設定してもよく、第２閾値Ｑ２の値を設定し、この第２閾値Ｑ２の値に基づいて第１閾値Ｑ１を設定してもよい。また、閾値設定部７４は第１閾値Ｑ１と第２閾値Ｑ２とを異なる値に設定してもよい。

　変形例６として、上記第１～３実施形態について、第１閾値Ｑ１～第３閾値Ｑ３は、閾値設定部７４により設定されるのではなく、実験やシミュレーション等に基づいてあらかじめ定められていてもよい。この場合、第１閾値Ｑ１～第３閾値Ｑ３は、あらかじめ記憶回路７０に記憶されている。なお、閾値Ｐ１，Ｐ２や閾時間Ｔｒ１，Ｔｒ２についても同様である。

　変形例７として、水滴判定部７３に相当する構成は、上記第１～３実施形態とは異なるソフトウェア及びハードウェア、或いはこれらの組み合わせによって実現されてよい。また、信号処理部４４及びＥＣＵ１５等に演算処理回路が協働で水滴判定部７３等の機能を実現してもよい。

Claims (11)

1. 　気体の湿度を計測する湿度計測装置であって、
   　前記気体の湿度に応じて湿度検出部（６８）から出力される湿度信号について、時間で二階微分を行うことで二階微分値（ＲＨ２）を算出する二階算出部（Ｓ１０３，Ｓ１０７，Ｓ１１７，Ｓ３０３）と、
   　前記二階算出部により取得された前記二階微分値に基づいて、前記湿度検出部に液体が付着しているか否かの判定を行う付着判定部（Ｓ１０５，Ｓ１０６，Ｓ１０８，Ｓ１１５，Ｓ１１６，Ｓ１１８，Ｓ３０６，Ｓ３１６）と、
   を備えている湿度計測装置。
2. 　前記付着判定部は、
   　前記二階微分値があらかじめ定められた発生閾値（Ｑ１）より大きくなったか否かを判定する発生判定部（Ｓ１０５，Ｓ３０６）を有しており、
   　前記発生判定部により前記二階微分値が前記発生閾値より大きくなったと判定された場合に、前記湿度検出部への液体の付着が発生したとする、請求項１に記載の湿度計測装置。
3. 　前記発生閾値は、前記気体の湿度が実際に増加した場合に前記湿度検出部から出力される前記湿度信号の二階微分値の最大値では到達しない程度に大きい値に設定されている、請求項２に記載の湿度計測装置。
4. 　前記付着判定部は、
   　前記発生判定部により前記二階微分値が前記発生閾値より大きくなったと判定された後に、前記二階微分値が前記湿度信号の時間変化の変曲点を示す発生変曲値（Ｑ３）まで減少したか否かを判定する、発生変曲判定部（Ｓ１０８）を有しており、
   　前記発生変曲判定部により前記二階微分値が前記発生変曲値まで減少したと判定された場合に、前記湿度検出部への液体の付着が発生したとする、請求項２又は３に記載の湿度計測装置。
5. 　前記付着判定部は、
   　あらかじめ定められた発生閾時間（Ｔｒ１）よりも短い時間で、前記二階微分値が前記発生閾値より大きくなってから前記発生変曲値まで減少しているか否か、を判定する発生時間判定部（Ｓ１０６）を有しており、
   　前記発生時間判定部により前記発生閾時間よりも短い時間で前記二階微分値が前記発生変曲値まで減少したと判定された場合に、前記湿度検出部への液体の付着が発生したとする、請求項４に記載の湿度計測装置。
6. 　前記付着判定部は、
   　前記二階微分値があらかじめ定められた乾き閾値（Ｑ２）より小さくなったか否かを判定する乾き判定部（Ｓ１１５，Ｓ３１６）を有しており、
   　前記乾き判定部により前記二階微分値が前記乾き閾値より小さくなったと判定された場合に、前記湿度検出部に付着していた液体がなくなったとする、請求項１～５のいずれか１つに記載の湿度計測装置。
7. 　前記乾き閾値は、前記湿度検出部に液体が付着している場合に前記湿度検出部から出力される前記湿度信号の二階微分値の最大値では到達しない程度に小さい値に設定されている、請求項６に記載の湿度計測装置。
8. 　前記付着判定部は、
   　前記乾き判定部により前記二階微分値が前記乾き閾値より小さくなったと判定された後に、前記二階微分値が前記湿度信号の時間変化の変曲点を示す乾き変曲値（Ｑ３）まで増加したか否かを判定する、乾き変曲判定部（Ｓ１１８）を有しており、
   　前記乾き変曲判定部により前記二階微分値が前記乾き変曲値まで増加したと判定された場合に、前記湿度検出部に付着していた液体がなくなったとする、請求項６又は７に記載の湿度計測装置。
9. 　前記付着判定部は、
   　あらかじめ定められた乾き閾時間（Ｔｒ２）よりも短い時間で、前記二階微分値が前記乾き閾値より小さくなってから前記乾き変曲値まで増加しているか否か、を判定する乾き時間判定部（Ｓ１１６）を有しており、
   　前記乾き時間判定部により前記乾き閾時間よりも短い時間で前記二階微分値が前記乾き変曲値まで減少したと判定された場合に、前記湿度検出部への液体の付着が発生したとする、請求項８に記載の湿度計測装置。
10. 　吸入空気が供給される内燃機関（１１）の運転状態を制御する内燃機関の制御装置（１５）であって、
    　前記吸入空気の湿度に応じて湿度検出部（６８）から出力される湿度信号に基づいて、前記吸入空気の湿度を取得する湿度取得部（Ｓ３０１）と、
    　前記湿度取得部の取得結果を、前記内燃機関の運転状態を制御するためのパラメータの１つとして設定するパラメータ設定部（Ｓ３０５）と、
    　前記湿度信号について、時間で二階微分を行うことで二階微分値（ＲＨ２）を算出する二階算出部（Ｓ３０３）と、
    　前記二階算出部により取得された前記二階微分値に基づいて、前記湿度検出部に液体が付着しているか否かの判定を行う付着判定部（Ｓ３０６，Ｓ３１６）と、
    　前記付着判定部により前記湿度検出部に液体が付着していると判定された場合に、前記湿度取得部の取得結果に代えて、前記吸入空気の湿度に関する所定の代替湿度をパラメータの１つとして設定する代替設定部（Ｓ３０７）と、
    を備えている内燃機関の制御装置。
11. 　気体の湿度に応じて湿度信号を出力する湿度検出部（６８）への液体の付着を異常として検出する異常検出装置（１５，４４）であって、
    　前記湿度信号について時間で二階微分を行うことで二階微分値（ＲＨ２）を算出する二階算出部（Ｓ１０３，Ｓ１０７，Ｓ１１７，Ｓ３０３）と、
    　前記二階算出部により取得された前記二階微分値に基づいて、前記湿度検出部に前記液体が付着しているか否かの判定を行う付着判定部（Ｓ１０５，Ｓ１０６，Ｓ１０８，Ｓ１１５，Ｓ１１６，Ｓ１１８，Ｓ３０６，Ｓ３１６）と、
    を備えている異常検出装置。
    
     

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