CN101256142B - 车辆用燃料性状检测装置 - Google Patents

Abstract

获得一种车辆用燃料性状检测装置，其作为光纤式传感器，体积小且构造简单，而且可以高精度地测定燃料中的乙醇含有浓度。其具有：光纤，其由纤芯、包层及光纤护套构成，通过在上述纤芯上设置光栅，同时去除布置该光栅的位置的上述光纤护套，使上述包层与供给车辆的喷射器的燃料接触；光源，其使上述光栅的包层模式的波长带宽的光入射到上述光纤内；以及受光部，其检测穿过设置有上述光栅的区域的上述光的强度，该光纤、光源及受光部构成为，保持在配置于成为上述燃料的供给路径的上述车辆的燃料箱内或燃料泵与上述喷射器之间的管路中。

Description

车辆用燃料性状检测装置

技术领域

本发明涉及搭载在汽车、摩托车等上的车辆用燃料性状检测装置，特别地，涉及使用了光纤传感器的车辆用燃料性状检测装置。

背景技术

近年来，作为取代汽油的燃料，混合有生物乙醇的乙醇混合燃料迅速普及。但是，在该乙醇混合燃料中，由于因含有的乙醇浓度的不同，其最佳点火定时或空燃比等不同，所以为了进行适当的发动机控制计算机即ECU(Electronic Control Unit)控制，需要高精度地检测燃料中的乙醇含有浓度。

因此，已知利用所谓光学式液体传感器进行乙醇/汽油混合比例的测定，该光学式液体传感器是使在一端设置发光元件而在另一端设置受光元件的大口径的玻璃类光纤向反方向折回，使该折回部作为检测部露出并使其与液体接触(例如，参考专利文献1)。另外，已知下述方法，其在从周围向中心、折射率变化的多个细长光导体上形成燃料折射率检测面，在该光导体的端面设置投光体，在另一端面设置受光体，检测燃料中的乙醇含有率(例如，参考专利文献2)。

专利文献1：特开平2-236144号公报(第3页左上栏第3行～第15行、图1)

专利文献2：特公平6-10654号公报(第3页左栏第4行～第35行、图1～图3)

发明内容

在现有的使用“光纤式传感器”的车辆用燃料性状检测装置中，因为在光纤上有弯曲部分，所以为了抑制该弯曲部分处的传播光强度的弯曲损耗，必须确保大于或等于固定值的半径R，从而无法满足传感器本身的进一步小型化。另外，当然，可以认为使用多个光导体(光纤)，也是妨碍其制造成本降低或由该装置自身的构造复杂化引起的妨碍生产性提高的主要原因。

本发明是为了解决上述课题而提出的，在解决该课题之前，本发明人获得了以下所述的技术上的认识。即，众所周知，通常在光通信系统中，为了提取在光纤传输路径中传播的某特定波长的光信号，使用可以仅使该信号反射的光栅，另外众所周知，在该光栅的穿透特性中，存在当在纤芯内传播的光被光栅反射或穿透时产生的包层模式。

因为该包层模式成为损耗波动，所以在前述的光通信系统中作为多余的部分处理，但在本发明中，发明人经过反复研究·试验·评估，发现由该包层模式得到的光的强度，因与包层外侧接触的材质的折射率而不同(具体内容参考特愿2005-328622)。

因此，本发明的目的是实现一种车辆用燃料性状检测装置，其为一种光纤式传感器，体积小且构造简单，并且可以高精度地检测燃料中的乙醇含有浓度。

本发明涉及的车辆用燃料性状检测装置为，其具有：光纤，其由纤芯、包层及光纤护套构成，通过在上述纤芯上设置光栅，同时去除该设置光栅位置的上述光纤护套，使上述包层与向车辆的喷射器供给的燃料接触；光源，其使上述光栅的包层模式的波长带宽的光入射至上述光纤内；以及受光部，其检测穿过设置有上述光栅的区域的上述光的强度，这些光纤、光源及受光部保持在下述管路中，该管路配置于成为上述燃料的供给路径的上述车辆的燃料箱内、或燃料泵与上述喷射器之间。

发明的效果

本发明通过将上述设置有光栅的光纤用于车辆用燃料性状检测装置，可以获得一种车辆用燃料性状检测装置，其作为光纤式传感器，体积小且构造简单，而且，可以高精度地检测燃料中的乙醇含有浓度。另外，可以提供一种搭载在汽车、摩托车等时，尽量抑制其搭载位置的限制且便宜的车辆用燃料性状检测装置。

附图说明

图1是本发明的实施方式1中的车辆用燃料性状检测装置100的示意剖面图。

图2是图1中的光纤内的光的传播以及包层模式的说明图。

图3是表示图1中的车辆用燃料性状检测装置100向车辆的安装方式的图。

图4是本发明的实施方式2及3中的车辆用燃料性状检测装置100的示意剖面图。

图5是表示本发明的实施方式4中的车辆用燃料性状检测装置100的开口部的密封方式的一个例子的详细图。

图6是表示该车辆用燃料性状检测装置100的开口部的其他密封方式的详细图。

图7是表示具有燃料性状检测装置100的一般的车辆用燃料控制系统的结构图。

具体实施方式

实施方式1.

图7是表示具有燃料性状检测装置100的一般的车辆用燃料控制系统的结构图，首先，说明该燃料控制系统的整体结构及动作。在图7中，101是汽车等的发动机，102是燃料喷射阀，103是燃料箱，104是燃料泵，106是使从上述燃料泵104经由燃料供给管105吸入的燃料通过的高压过滤器，107是燃料分配管，108是热压调节器，109是燃料回管。110是空燃比传感器，111是火花塞，112是发动机转速传感器，113是进气压力传感器，114是节流阀，115是空气过滤器，116是由ECU等构成的控制装置，其输入燃料性状检测装置100的信号、空燃比传感器110的信号、发动机转速传感器112及进气压力传感器113等的信号，以与输入对应的控制量驱动燃料喷射阀102、火花塞111等。

在这里，如果向燃料箱103供给乙醇混合燃料，则与发动机101的起动同时地，乙醇混合燃料由燃料泵104加压，通过燃料供应管105、高压过滤器106，被导入燃料性状检测装置100中，测定乙醇含有率。燃料之后流入燃料分配管107中，一部分由燃料喷射阀102向发动机101供给，其它则通过热压调节器108、燃料回管109返回燃料箱103中。热压调节器108使得与燃料喷射阀111的燃料喷射量无关地，将直至燃料分配管107的压力总是保持为恒定值。如果由燃料性状检测装置100测定的乙醇含有率输入控制装置116，则控制装置116根据发动机转速传感器112及进气压力传感器113等的信号，判断发动机状态，控制燃料喷射阀102的开阀时间，使向发动机供给的燃料量变化，由空燃比传感器110检测空燃比，对空燃比进行反馈控制，以使其成为与上述发动机状态对应的目标值，并根据发动机状态控制火花塞111的点火定时。

下面，对于本发明的实施方式1涉及的车辆用燃料性状检测装置100进行说明。图1是表示上述车辆用燃料性状检测装置100的结构的示意图。在图中，1为光纤，2为配置在上述光纤的一侧端部的由发光元件构成的光源，3为配置在另一侧端部的受光部。光源1可以使用发光二极管或激光二极管等发光元件，受光部可以使用光谱分析器或光电二极管等受光元件。光源2及受光部3分别经由托架4、5安装到管路6上。光纤1以贯穿设置于管路6上的开口部7a及7b的方式设置。此外，管路6可以如箭头F₀、F₁、F₂所示，与从燃料箱8开始经由燃料流入口21、燃料流出口22直至喷射器9的燃料配管(燃料路径)直接连结，或者，也可以如箭头F₃、F₄所示，在上述燃料路径中分叉，与其独立地设置。

图2是根据上述光纤1的周围的折射率的不同，由所谓“包层模式”的传播光检测燃料性质的原理说明图。光纤1具有：纤芯10，其使从光源2射出的光传播；包层11，其包覆该纤芯10，以将该光封闭在纤芯10内；以及光纤护套12，其包覆该纤芯10、包层11以进行保护，为了检测周围的燃料的性质，去除光纤护套12的一部分，以使得包层11直接与燃料13接触。对于纤芯10及包层11，可以使用石英玻璃等的无机玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯等塑料类的材料，另外，对于光纤护套12，可以使用氟化类、尼龙类、苯酚类、环氧类、密胺类等树脂。

对性质进行检测利用了下述原理，即，在纤芯中传播的光之中，由光栅14反射或穿透时产生的所谓“包层模式”的光的强度，根据与包层11外侧接触的燃料的折射率而不同。也就是说，在纤芯10内传播的光，在未形成光栅14的部分中，在纤芯10和包层11的分界面上反复反射而仅在纤芯10内传播，但如果该光到达光栅14，则其分为经过光栅14而在纤芯10内传播的光15、由光栅14b布拉格反射而在纤芯10内向相反方向传播的光16、以及从纤芯10射出而在包层11内传播的包层模式的光17。此外，利用设在光纤1的光传播目标处的受光部3，可以检测经过光栅14而在纤芯10内传播的光15、和从纤芯10射出而在包层11内传播的包层模式的光17的强度。

在这里，包层模式的透过光强度的波长特性，具有周期性的损耗峰值，但因为光纤1浸渍在燃料13中，所以该损耗峰值根据该燃料13的折射率而大小有所变化。另外，在乙醇燃料中，已知根据燃料内的乙醇含有浓度，燃料折射率是不同的。因此可知，通过检测由包层模式引起的透过光谱中的损耗峰值根据燃料折射率的不同而到不同的情况，可以检测液体的折射率，推定燃料中的乙醇含有浓度。

以上，说明了检测原理，根据图3，说明该车辆用燃料性状检测装置100安装到车辆上的方式。对于管路6直接与燃料箱内，即如箭头F₀、F₁、F₂所示的从燃料箱8、经由燃料流入口21、燃料流出口22、直至喷射器9的燃料配管(燃料路径)直接相连的情况进行说明。

在这里，管路6通过由树脂成型、铸造或金属板构成的安装托架26，安装在未图示的车辆的任意位置，此时，设置在管路6上的燃料流入口21及燃料流出口22，优选相对于光源2或受光部3设置在与驱动电路基板27相反一侧的同一方向上，该驱动电路基板27与光源2或受光部3由例如未图示的导线连接。也就是说，通过将燃料流入口21及燃料流出口22设置在同一方向上，可以实现电路基板27及安装托架26的设计自由度的提高，并且，相对于光源2、受光部3、或者燃料流入口21、燃料流出口22，可以不妨碍相互的组装作业地进行安装。

另外，为了将光源2或受光部3与未图示的例如外部电源、以及与ECU连接，在驱动电路基板27上设置连接器28，在该情况下，因为将燃料流入口21及燃料流出口22设置在与驱动电路基板27相反一侧的同一方向上，所以通过使来自连接器28的信号线(例如，未图示的已嵌合的相对侧连接器)，沿着垂直于管路6的方向拉出，可以高效地进行组装作业。

由此，只要作为传感器部的光栅区域为数mm左右的长度，即可以充分地检测燃料性质，与前述传感器部的安装方法结合，即使在使用光纤的情况下，也可以期待管路或装置本身的小型化。

实施方式2.

图4是本发明的实施方式2涉及的车辆用燃料性状检测装置100的示意剖面图，与实施方式1的图1对应。在实施方式1中，如图3的燃料流入口21及燃料流出口22所示，是燃料沿垂直方向流入·流出的管路形状，但在该实施方式2中，使燃料流入口21及燃料流出口22相对于光纤1倾斜设置。也就是说，从燃料流入口21流入管路6中的燃料，以任意角度θ1到达光纤1。然后，到达光纤1的燃料，仍以任意倾斜角度θ2从燃料流出口22排出。也就是说，与实施方式1相比，可以缓解起动时或燃料流动波动时向光纤1施加的燃料阻力。

实施方式3.

根据前述的图4，作为实施方式3将对开口部7b的改良进行说明。如前所述，光纤1当然是以贯穿设在管路6上的开口部7b的方式设置，但此时，在该开口部7b例如如开口部7a所示，以与管路6内径大致相同地开口的情况下，光纤1的贯穿作业很容易，但如果考虑车辆用燃料性状检测装置100自身的气密性、或与受光部3的整合性(简单地说即位置一致性)，当然很难说是好办法。另一方面，如图1所示，在紧贴着光纤1的外径设定开口部7b的情况下，虽然气密性或整合性得到提高，但反过来，可以想象贯穿作业很困难。

因此，在实施方式3中，如图4所示，在开口部7b中设置锥形部18。也就是说，从开口部7a插入的光纤1，通过管路6到达锥形部18，此时，光纤1由该锥形部18引导，进而可以容易地到达开口部7b。而且，此时，由锥形部18引导的光纤1被引导为，经过设在管路6上的与光纤1的外形对应直径的平直区域19，到达受光部3的受光元件20的大致中心处。

因此根据该实施方式，不仅是气密性、整合性良好，还具有贯穿作业性也得到提高的特征。特别地，对该贯穿作业进行详述，因为不需要进行受光部3相对光纤1的位置调整，还可以容易地高再现性地进行组装，所以可以期待最大限度抑制组装引起的性能的波动。

实施方式4.

在上述实施方式3中也涉及到气密性，但为了同时实现与贯穿作业的共存，光纤1在平直区域19(参照图4)中保持一定程度的间隙。因此，对于通过该平直区域的光纤1，需要进行某种密封。实施方式4利用图5、图6详细说明用于实施该密封的实施例。图5所示的例子为，在使光纤1穿过设在管路6上的开口部7b之后，为了保持管内的气密性，利用低熔点玻璃进行密封。该低熔点玻璃，以使通过开口部7b的光纤1，穿过环状或鞍形的低熔点玻璃压块23的方式设置。而且，在设置在管路6上的开口部7b中，设置比密封中使用的低熔点玻璃压块23的外形直径小的锪孔形状24。由此，因为当低熔点玻璃压块23熔融时，熔融的玻璃容易从锪孔24流入孔内部(平直区域19)，可以确保较宽的密封区域，所以可以实现良好的密封性能。

另外，图6所示的例子是，取代该锪孔形状24，采用由比低熔点玻璃压块24的外形孔径小的锥形25。如果采用这种形状，则可以期待进一步促进熔融的玻璃向孔内部的流入。

Claims (8)

1.一种车辆用燃料性状检测装置，其特征在于，具有：光纤，其由纤芯、包层及光纤护套构成，通过在上述纤芯上设置光栅，同时去除该设置光栅位置的上述光纤护套，使上述包层与向车辆的喷射器供给的燃料接触；光源，其使上述光栅的包层模式的波长带宽的光入射至上述光纤内；以及受光部，其检测穿过设置有上述光栅的区域的上述光的强度，这些光纤、光源及受光部保持在下述管路中，该管路配置于成为上述燃料的供给路径的上述车辆的燃料箱内、或燃料泵与上述喷射器之间，在管路的一端及另一端，分别保持光源及受光部，该光纤以直线状保持在管路中，通过将来自上述光源的光从上述管路的一端向光纤入射，对从上述管路的另一端射出的光的强度进行检测，从而计算燃料中的乙醇含有浓度。

2.如权利要求1所述的车辆用燃料性状检测装置，其特征在于，

在管路内设置来自燃料箱的燃料流入口和向喷射器的燃料流出口，该燃料流入口与燃料流出口朝向同一方向开口。

3.如权利要求2所述的车辆用燃料性状检测装置，其特征在于，

燃料流入口及燃料流出口以相对于光纤有斜度的方式开口。

4.如权利要求2或3所述的车辆用燃料性状检测装置，其特征在于，

信号线从光源及受光部的引出方向，为垂直于燃料流入口及燃料流出口的方向。

5.如权利要求1至3中任意一项所述的车辆用燃料性状检测装置，其特征在于，

在上述另一端设置使光纤贯穿的通孔，并且在该通孔与上述管路的内径之间具有锥度。

6.如权利要求5所述的车辆用燃料性状检测装置，其特征在于，

穿过通孔的光纤在管路的外表面由低熔点玻璃密封。

7.如权利要求4所述的车辆用燃料性状检测装置，其特征在于，

在上述另一端设置使光纤贯穿的通孔，并且在该通孔与上述管路的内径之间具有锥度。

8.如权利要求7所述的车辆用燃料性状检测装置，其特征在于，

穿过通孔的光纤在管路的外表面由低熔点玻璃密封。

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