JP2004012277A - 超音波式ガス濃度センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】測定したガス濃度を適切な出力範囲および分解能にて出力することができる超音波式ガス濃度センサを提供する。
【解決手段】エンジン12への燃料供給系は、燃料タンク8内に発生する蒸発燃料をキャニスタ7で一時的に吸着し、このキャニスタ7に溜まった燃料をパージバルブ9を開くことによって、被測定ガスの通過経路6を通して吸気管10に向けてパージして、このパージされたガスをスロットルバルブ11から流れ込む空気と混合してエンジン12に送り込む第2の供給系を有し、超音波式ガス濃度センサ5は、キャニスタ7とパージバルブ9間の通過経路6に配置されている。センサ5の内部には、被測定ガスと接触するよう感温素子4が配置され、センサ5は、感温素子4によって測定された被測定ガスの温度に基づき、センサ5の濃度出力範囲を変更する変更手段5a(図6参照)を具備している。
【選択図】
図4
【解決手段】エンジン12への燃料供給系は、燃料タンク8内に発生する蒸発燃料をキャニスタ7で一時的に吸着し、このキャニスタ7に溜まった燃料をパージバルブ9を開くことによって、被測定ガスの通過経路6を通して吸気管10に向けてパージして、このパージされたガスをスロットルバルブ11から流れ込む空気と混合してエンジン12に送り込む第2の供給系を有し、超音波式ガス濃度センサ5は、キャニスタ7とパージバルブ9間の通過経路6に配置されている。センサ5の内部には、被測定ガスと接触するよう感温素子4が配置され、センサ5は、感温素子4によって測定された被測定ガスの温度に基づき、センサ5の濃度出力範囲を変更する変更手段5a(図6参照)を具備している。
【選択図】
図4
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定ガス中における音波の伝播時間に基づいて被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するガス濃度センサ、特に、超音波式ガス濃度センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
エンジン(内燃機関)への燃料の供給系としては、燃料タンクからポンプで汲み上げた燃料を燃料配管を介してインジェクタに送る第1の供給系がある。また、これとは別に、燃料タンク内に発生する蒸発燃料ガスをキャニスタで一時的に吸着し、このキャニスタに溜まった蒸発燃料ガスをパージして、そのパージガスを吸気管に送る第2の供給系がある。
【0003】
前記第1及び第2の供給系を有するエンジンでは、インジェクタからの噴射燃料とは別に蒸発燃料ガス等のパージガスをシリンダに供給し、燃焼を行なっている。この燃焼においては、実際の空燃比と理論空燃比とのズレに伴う燃焼排出ガス中のCO、HC、NOx等の有害ガスの発生を抑制するため、空燃比の制御が極めて重要である。空燃比の制御は、蒸発燃料ガスの濃度を高精度で測定し、その測定値に基づいて蒸発燃料ガス及びインジェクタからの噴射燃料の供給量を制御することによって行なわれる。蒸発燃料ガスの濃度を検出する手段としてガス濃度センサを用いる方法が検討されており、その一例として、超音波の送信時から受信時までの伝播時間に基づいて蒸発燃料ガスの濃度を検出することができる超音波式ガス濃度センサの開発が進められている。
【0004】
このような超音波式ガス濃度センサについて、センサの出力範囲は、想定される蒸発燃料ガスの成分に合わせて設定される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような設定方法を用いた場合、センサ出力が真値を示さないといった問題が発生することがある。
【0006】
本発明の目的は、測定したガス濃度を適切な出力範囲および分解能にて出力することができる超音波式ガス濃度センサを提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第1の視点において、被測定ガス中における音波の伝播時間に基づいて、前記被測定ガス中の特定ガスの濃度を測定するための超音波式ガス濃度センサであって、前記被測定ガスの温度に基づき、前記ガス濃度センサの濃度出力範囲を変更するガス濃度センサを提供する。
【0008】
本発明は、第1の視点に基づく第2の視点において、前記被測定ガスの温度を測定する手段として、前記ガス濃度センサ及び前記被測定ガスの通過経路のうちの少なくとも一方に配置されている感温素子を用いるガス濃度センサを提供する。
【0009】
本発明は、第1または第2の視点に基づく第3の視点において、前記被測定ガスが蒸発燃料ガスを含んだキャニスタパージガスであるガス濃度センサを提供する。
【0010】
本発明は、第1の視点に基づく第4の視点において、内燃機関に供給される燃料が蒸発した蒸発燃料ガスの濃度を測定するために適用され、前記被測定ガスの温度を測定する手段として、前記ガス濃度センサ、前記内燃機関に燃料を供給する燃料ポンプを含む燃料タンクモジュール、該燃料タンクモジュールから前記内燃機関に前記蒸発燃料ガスを送る蒸発燃料ガス通路のうちの少なくとも一に配置されている感温素子を用いるガス濃度センサを提供する。
【0011】
本発明は、第5の視点において、被測定ガス中における音波の伝播時間に基づいて、前記被測定ガス中の特定ガスの濃度を測定するための超音波式ガス濃度センサであって、前記被測定ガス中の前記特定ガスの平均分子量の変化に応じて前記ガス濃度センサの濃度出力範囲を変更する手段を具備するガス濃度センサを提供する。
【0012】
本発明によれば、被測定ガス中の特定ガスの温度に基づき、ガス濃度センサの濃度出力範囲を変更することにより、被測定ガスの成分変動に対応した出力レンジおよび分解能を確保することが可能となる。本発明によれば、特に、被測定ガスの温度に応じて、出力範囲および分解能を最大限確保することが可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明の原理を説明する。
【0014】
超音波式ガス濃度センサにおいて、センサの出力範囲は、想定される蒸発燃料ガスの成分に合わせて設定される。しかしながら、超音波の伝播時間は蒸発燃料ガスの平均分子量に左右されるため、蒸発燃料ガスの平均分子量が想定されたものより高くなってしまった場合、センサ出力が最大値で張り付いてしまうといった問題が発生することがある。このような状態は、特に、温度上昇によって蒸発燃料ガスの平均分子量が増加した場合が考えられる。
【0015】
図1は、上記問題点を説明するための図であって、このような状態の一例を示したグラフである。図1に示すように、センサの出力範囲を、ブタン(C4H10:分子量58)相当1で0%から100%までに設定していると、蒸発燃料ガスの平均分子量がペンタン(C5H12:分子量72)相当2であった場合、蒸発燃料ガス濃度が約68%以上の領域ではブタン濃度換算100%にセンサ出力が張り付いてしまうという問題が発生する。
【0016】
図2は、上記図1を参照して説明した不具合を避けるために出力上限値を上げた場合の一例を示したグラフである。図2に示すように、センサの出力上限値をブタン換算濃度で150%に設定することにより、蒸発燃料ガスの平均分子量がペンタン相当2であっても、出力が最大値に張り付くことなくリニアな出力が得られるようになる。しかし、センサの出力範囲に相当する濃度の幅を過剰に大きくすると、単位出力あたりの相当濃度が大きくなってしまい、センサの分解能が落ちるといった問題が発生する。
【0017】
このような状態は、特に温度低下によって蒸発燃料ガスの平均分子量が減少した場合でも同様である。図3は,このような状態の一例を示したグラフである。図3に示すように、センサの出力範囲を、ブタン(C4H10:分子量58)相当1で0%から100%までに設定していると、蒸発燃料ガスの平均分子量がプロパン(C3H8:分子量44)相当3であった場合、ブタン濃度換算のセンサ出力で約52%以上の領域は使用しないこととなる。
【0018】
そこで、本発明によれば、被測定ガスの温度に基づき、ガス濃度センサの濃度出力範囲を変更することにより、被測定ガスの成分変動に対応した出力レンジおよび分解能を確保することが可能となる。
【0019】
以下、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【0020】
本発明のガス濃度センサは、被測定ガスが蒸発燃料ガスを含んだキャニスタパージガスである場合に好適に適用される。
【0021】
本発明の好ましい実施の形態において、被測定ガスの温度を測定する手段としては、ガス濃度センサ、内燃機関に燃料を供給する燃料ポンプを含む燃料タンクモジュール、燃料タンクモジュールから内燃機関に蒸発燃料ガスを送る蒸発燃料ガス通路のうちの少なくとも一に配置されている感温素子を用いる。
【0022】
本発明においては、例えば、基本的に下記の構成を有する超音波式ガス濃度センサを用いることができる。
【0023】
すなわち、センサにおいて、そのセンサケースには、被測定ガスを、例えば内燃機関のパージラインより導入するガス流入孔と、被測定ガスが導入され超音波を伝播させるための測定室と、測定室から被測定ガスをセンサ外に排出するためのガス流出孔が形成されている。超音波送波器及び超音波受波器はそれぞれ、それらの外殻を構成する素子ケースと、それらの内部に封止された超音波素子等により構成される。超音波送波器は超音波受波器に向かって超音波を送波する。加えて、センサケースには、超音波受波器が受信したパルスを電気的信号として受け取り、超音波伝播時間の計算と超音波伝播時間を濃度に換算する機能を備えた回路基板が設置されている。
【0024】
なお、上記センサは、超音波送波器と超音波受波器を両方具備しているが、超音波の送波及び受波を単一の素子アセンブリを用いて行い、受波した反射波に基づいてガス濃度を検出することもできる。
【0025】
また、本明細書における被測定ガスの通過経路には、通過経路に連通し、通過経路を流れるガス温度を測定する温度測定室等の空間部も含まれる。
【0026】
更に、本明細書における蒸発燃料ガス通路には、燃料タンクモジュールから内燃機関の吸気管に蒸発燃料ガスを送る通過経路(上記空間部を含む)及び内燃機関の吸気管も含まれる。
【0027】
【実施例】
以上説明した本発明の好ましい実施の形態をさらに明確化するために、以下図面を参照して、本発明の一実施例を説明する。
【0028】
[実施例1]
本発明の実施例1について図面を用いて説明する。
【0029】
図4は、本発明の実施例1として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための図である。
【0030】
図4を参照すると、燃料供給系は、燃料タンク8からポンプで汲み上げた燃料を燃料配管を介してインジェクタに送る不図示の第1の供給系と、燃料タンク8内に発生する蒸発燃料ガスをキャニスタ7で一時的に吸着し、このキャニスタ7に溜まった燃料をパージバルブ9を開くことによって、被測定ガスの通過経路(パージライン)6を通して吸気管10に向けてパージして、このパージされたガスをスロットルバルブ11から流れ込む空気と混合してエンジン12に送り込む第2の供給系と、を有している。図4中、太矢印は被測定ガス(蒸発燃料ガス)の流れを示している。
【0031】
本発明による超音波式ガス濃度センサ5は、キャニスタ7とパージバルブ9間の通過経路6に配置されている。センサ5の内部に、被測定ガスと接触するよう感温素子4が配置されることによって、センサ5の内部における被測定ガスの温度を正確に測定する。センサ5は、感温素子4によって測定された被測定ガスの温度に基づき、センサ5の濃度出力範囲を変更する変更手段5aを具備している。
【0032】
変更手段5aは、感温素子4が出力する温度検出信号の大きさに基づいて、センサ5が出力するガス濃度検出信号、すなわち、被測定ガス中の超音波伝播時間に基づく信号の大きさの範囲(レンジ)を変更する。
【0033】
本発明による超音波式ガス濃度センサの機能を説明する。
【0034】
図5は、蒸発したガソリンの平均分子量の温度に対する変化を表したグラフである。
【0035】
図5より、温度によって、ガソリンが蒸発したガスの平均分子量が変化することが分かる。ガスの平均分子量が変化すると、ガス中を伝播する超音波の伝播時間が変化する。そこで、本実施例においては、図4に示した変更手段5aにより、最大出力時のブタン換算濃度の被測定ガス温度に対する設定を、図6に示すように設定した。
【0036】
図6は、実施例1におけるガス濃度センサの、最大出力時のブタン換算濃度の被測定ガス温度に対する設定を表したグラフの一例である。なお、最小出力時は蒸発燃料ガス0%と設定した。
【0037】
図6に示すように、最高出力時のブタン換算濃度を、被測定ガス温度によって、図5に示す蒸発成分変化に合わせて変化させることにより、被測定ガス中の蒸発ガス成分の濃度を確実に測定することができる。また、出力範囲を過剰に広く取る必要がなくなるため、センサの分解能を必要以上に落とすこともなくなる。
【0038】
本実施例においては、ガス濃度センサ内部に配置された感温素子を用いることによって、ガス濃度センサの出力範囲を適切に設定することができる。
【0039】
[実施例2]
本発明の実施例2について図面を用いて説明する。
【0040】
図7は、本発明の実施例2として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための図である。
【0041】
図7を参照して、本実施例は、被測定ガス温度を測定するための手段として、感温素子4が、センサ5を通る被測定ガスの通過経路(パージライン)6に配置されていること以外は、前記実施例1と同様の構成を有する。
【0042】
本実施例においては、他のシステムにおいて既に用いられている感温素子4を用いることによって、新たに感温素子4を設置することなく、出力範囲を適切に設定することが可能となる。また、センサ5の内部に感温素子4を配置することが困難な場合でも被測定ガス温度を測定することが可能となる。さらに、感温素子4の取付位置の自由度が増すため、設計時の負担および製造コストを低減することができる。
【0043】
なお、ここでは被測定ガス温度の測定にセンサの上流側(燃料タンクの側)に配置されている感温素子を用いたが、センサの下流側に配置されている感温素子を用いてもよい。
【0044】
[実施例3]
本発明の実施例3について図面を用いて説明する。
【0045】
図8は、本発明の実施例3として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための図である。
【0046】
図8を参照して、本実施例は、被測定ガス温度を測定するための手段として、感温素子4が、センサ5を通る被測定ガスの通過経路(パージライン)6に連通した空間部6’に配置されていること以外は前記実施例1と同様の構成を有する。
【0047】
これらの場合、他のシステムにおいてすでに用いられている感温素子4を用いることによって、新たに感温素子4を設置することなく、出力範囲を適切に設定することが可能となる。また、センサ5の内部に感温素子4を配置することが困難な場合でも被測定ガス温度を測定することが可能となる。さらに、感温素子4の取付位置の自由度が増すため、設計時の負担および製造コストを低減することができる。
【0048】
なお、ここでも被測定ガス温度の測定にセンサの上流側に配置されている感温素子を用いたが、センサの下流側に配置されている感温素子を用いてもよい。
【0049】
[実施例4]
本発明の実施例4について図面を用いて説明する。
【0050】
図9は、本発明の実施例4として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための図である。
【0051】
図9を参照すると、本実施例は、被測定ガス温度を測定するための手段として、第一の感温素子4がセンサ5の内部に配置され、かつ、第二の感温素子4’が被測定ガスの通過経路(パージライン)6にも配置されていること以外は前記実施例1と同様の構成を有する。これにより、被測定ガスの通過経路中の温度分布を測定し、出力範囲をより適切に設定することが可能となる。
【0052】
なお、ここでは被測定ガス温度の測定に、被測定ガスの通過経路に配置された第二の感温素子を用いているが、通過経路に連通した空間部に配置された感温素子を用いてもよい。また、センサの上流側に配置されている第二の感温素子を用いたが,センサの下流側に配置されている感温素子を用いてもよい。また、ここではセンサ内部に配置されている第一の感温素子を用いているが、被測定ガスの通過経路に配置されている感温素子を用いてもよい。更に、ここでは被測定ガス温度の測定に二個の感温素子を用いているが、さらに多くの感温素子を用いて被測定ガス温度の測定を行ってもよい。
【0053】
[実施例5]
本発明の実施例5について図面を用いて説明する。
【0054】
図10は、本発明の実施例5として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための図である。
【0055】
図10を参照すると、本実施例は、被測定ガス温度を測定するための手段として、感温素子4が燃料ポンプ13を含む燃料タンクモジュ−ル14に配置されていること以外は、前記実施例1と同様の構成を有する。
【0056】
[実施例6]
本発明の実施例6について図面を用いて説明する。
【0057】
図11を参照すると、本実施例は、被測定ガス温度を測定するための手段として,感温素子4が内燃機関の吸気管10に配置されていること以外は、前記実施例1と同様の構成を有する。
【0058】
実施例5あるいは実施例6においては、被測定ガス温度の測定にすでに燃料タンクモジュールあるいは吸気管に配置されている感温素子を用いることにより、新たに感温素子を設ける必要がなく、また、製造コストを低減することができる。
【0059】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被測定ガスの温度に基づいてガス濃度センサの濃度出力範囲を変更することにより、適切な出力範囲および分解能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のセンサ出力範囲の設定方法の問題点を説明するための図であって、センサ出力の一例を示したグラフである。
【図2】従来のセンサ出力範囲の設定方法の問題点を説明するための図であって、センサ出力の別の一例を示したグラフである。
【図3】従来のセンサ出力範囲の設定方法の問題点を説明するための図であって、センサ出力のさらに別の一例を示したグラフである。
【図4】本発明の実施例1として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための図である。
【図5】蒸発ガソリンの平均分子量の、温度に対する変化を示したグラフである。
【図6】本発明の実施例1における最大出力時のブタン換算濃度の、温度に対する設定を示したグラフである。
【図7】本発明の実施例2として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための模式図である。
【図8】本発明の実施例3として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための模式図である。
【図9】本発明の実施例4として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための模式図である。
【図10】本発明の実施例5として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための模式図である。
【図11】本発明の実施例6として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための模式図である。
【符号の説明】
1 平均分子量がブタン相当のガスにおけるセンサ出力のプロット
2 平均分子量がペンタン相当のガスにおけるセンサ出力のプロット
3 平均分子量がプロパン相当のガスにおけるセンサ出力のプロット
4,4’ 感温素子
5 ガス濃度センサ
5a 変更手段
6 被測定ガスの通過経路
6’ 被測定ガスの通過経路に連通した空間部
7 キャニスタ
8 燃料タンク
9 パージバルブ
10 吸気管
11 スロットルバルブ
12 エンジン
13 燃料ポンプ
14 燃料タンクモジュール
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定ガス中における音波の伝播時間に基づいて被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するガス濃度センサ、特に、超音波式ガス濃度センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
エンジン(内燃機関)への燃料の供給系としては、燃料タンクからポンプで汲み上げた燃料を燃料配管を介してインジェクタに送る第1の供給系がある。また、これとは別に、燃料タンク内に発生する蒸発燃料ガスをキャニスタで一時的に吸着し、このキャニスタに溜まった蒸発燃料ガスをパージして、そのパージガスを吸気管に送る第2の供給系がある。
【0003】
前記第1及び第2の供給系を有するエンジンでは、インジェクタからの噴射燃料とは別に蒸発燃料ガス等のパージガスをシリンダに供給し、燃焼を行なっている。この燃焼においては、実際の空燃比と理論空燃比とのズレに伴う燃焼排出ガス中のCO、HC、NOx等の有害ガスの発生を抑制するため、空燃比の制御が極めて重要である。空燃比の制御は、蒸発燃料ガスの濃度を高精度で測定し、その測定値に基づいて蒸発燃料ガス及びインジェクタからの噴射燃料の供給量を制御することによって行なわれる。蒸発燃料ガスの濃度を検出する手段としてガス濃度センサを用いる方法が検討されており、その一例として、超音波の送信時から受信時までの伝播時間に基づいて蒸発燃料ガスの濃度を検出することができる超音波式ガス濃度センサの開発が進められている。
【0004】
このような超音波式ガス濃度センサについて、センサの出力範囲は、想定される蒸発燃料ガスの成分に合わせて設定される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような設定方法を用いた場合、センサ出力が真値を示さないといった問題が発生することがある。
【0006】
本発明の目的は、測定したガス濃度を適切な出力範囲および分解能にて出力することができる超音波式ガス濃度センサを提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第1の視点において、被測定ガス中における音波の伝播時間に基づいて、前記被測定ガス中の特定ガスの濃度を測定するための超音波式ガス濃度センサであって、前記被測定ガスの温度に基づき、前記ガス濃度センサの濃度出力範囲を変更するガス濃度センサを提供する。
【0008】
本発明は、第1の視点に基づく第2の視点において、前記被測定ガスの温度を測定する手段として、前記ガス濃度センサ及び前記被測定ガスの通過経路のうちの少なくとも一方に配置されている感温素子を用いるガス濃度センサを提供する。
【0009】
本発明は、第1または第2の視点に基づく第3の視点において、前記被測定ガスが蒸発燃料ガスを含んだキャニスタパージガスであるガス濃度センサを提供する。
【0010】
本発明は、第1の視点に基づく第4の視点において、内燃機関に供給される燃料が蒸発した蒸発燃料ガスの濃度を測定するために適用され、前記被測定ガスの温度を測定する手段として、前記ガス濃度センサ、前記内燃機関に燃料を供給する燃料ポンプを含む燃料タンクモジュール、該燃料タンクモジュールから前記内燃機関に前記蒸発燃料ガスを送る蒸発燃料ガス通路のうちの少なくとも一に配置されている感温素子を用いるガス濃度センサを提供する。
【0011】
本発明は、第5の視点において、被測定ガス中における音波の伝播時間に基づいて、前記被測定ガス中の特定ガスの濃度を測定するための超音波式ガス濃度センサであって、前記被測定ガス中の前記特定ガスの平均分子量の変化に応じて前記ガス濃度センサの濃度出力範囲を変更する手段を具備するガス濃度センサを提供する。
【0012】
本発明によれば、被測定ガス中の特定ガスの温度に基づき、ガス濃度センサの濃度出力範囲を変更することにより、被測定ガスの成分変動に対応した出力レンジおよび分解能を確保することが可能となる。本発明によれば、特に、被測定ガスの温度に応じて、出力範囲および分解能を最大限確保することが可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明の原理を説明する。
【0014】
超音波式ガス濃度センサにおいて、センサの出力範囲は、想定される蒸発燃料ガスの成分に合わせて設定される。しかしながら、超音波の伝播時間は蒸発燃料ガスの平均分子量に左右されるため、蒸発燃料ガスの平均分子量が想定されたものより高くなってしまった場合、センサ出力が最大値で張り付いてしまうといった問題が発生することがある。このような状態は、特に、温度上昇によって蒸発燃料ガスの平均分子量が増加した場合が考えられる。
【0015】
図1は、上記問題点を説明するための図であって、このような状態の一例を示したグラフである。図1に示すように、センサの出力範囲を、ブタン(C4H10:分子量58)相当1で0%から100%までに設定していると、蒸発燃料ガスの平均分子量がペンタン(C5H12:分子量72)相当2であった場合、蒸発燃料ガス濃度が約68%以上の領域ではブタン濃度換算100%にセンサ出力が張り付いてしまうという問題が発生する。
【0016】
図2は、上記図1を参照して説明した不具合を避けるために出力上限値を上げた場合の一例を示したグラフである。図2に示すように、センサの出力上限値をブタン換算濃度で150%に設定することにより、蒸発燃料ガスの平均分子量がペンタン相当2であっても、出力が最大値に張り付くことなくリニアな出力が得られるようになる。しかし、センサの出力範囲に相当する濃度の幅を過剰に大きくすると、単位出力あたりの相当濃度が大きくなってしまい、センサの分解能が落ちるといった問題が発生する。
【0017】
このような状態は、特に温度低下によって蒸発燃料ガスの平均分子量が減少した場合でも同様である。図3は,このような状態の一例を示したグラフである。図3に示すように、センサの出力範囲を、ブタン(C4H10:分子量58)相当1で0%から100%までに設定していると、蒸発燃料ガスの平均分子量がプロパン(C3H8:分子量44)相当3であった場合、ブタン濃度換算のセンサ出力で約52%以上の領域は使用しないこととなる。
【0018】
そこで、本発明によれば、被測定ガスの温度に基づき、ガス濃度センサの濃度出力範囲を変更することにより、被測定ガスの成分変動に対応した出力レンジおよび分解能を確保することが可能となる。
【0019】
以下、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【0020】
本発明のガス濃度センサは、被測定ガスが蒸発燃料ガスを含んだキャニスタパージガスである場合に好適に適用される。
【0021】
本発明の好ましい実施の形態において、被測定ガスの温度を測定する手段としては、ガス濃度センサ、内燃機関に燃料を供給する燃料ポンプを含む燃料タンクモジュール、燃料タンクモジュールから内燃機関に蒸発燃料ガスを送る蒸発燃料ガス通路のうちの少なくとも一に配置されている感温素子を用いる。
【0022】
本発明においては、例えば、基本的に下記の構成を有する超音波式ガス濃度センサを用いることができる。
【0023】
すなわち、センサにおいて、そのセンサケースには、被測定ガスを、例えば内燃機関のパージラインより導入するガス流入孔と、被測定ガスが導入され超音波を伝播させるための測定室と、測定室から被測定ガスをセンサ外に排出するためのガス流出孔が形成されている。超音波送波器及び超音波受波器はそれぞれ、それらの外殻を構成する素子ケースと、それらの内部に封止された超音波素子等により構成される。超音波送波器は超音波受波器に向かって超音波を送波する。加えて、センサケースには、超音波受波器が受信したパルスを電気的信号として受け取り、超音波伝播時間の計算と超音波伝播時間を濃度に換算する機能を備えた回路基板が設置されている。
【0024】
なお、上記センサは、超音波送波器と超音波受波器を両方具備しているが、超音波の送波及び受波を単一の素子アセンブリを用いて行い、受波した反射波に基づいてガス濃度を検出することもできる。
【0025】
また、本明細書における被測定ガスの通過経路には、通過経路に連通し、通過経路を流れるガス温度を測定する温度測定室等の空間部も含まれる。
【0026】
更に、本明細書における蒸発燃料ガス通路には、燃料タンクモジュールから内燃機関の吸気管に蒸発燃料ガスを送る通過経路(上記空間部を含む)及び内燃機関の吸気管も含まれる。
【0027】
【実施例】
以上説明した本発明の好ましい実施の形態をさらに明確化するために、以下図面を参照して、本発明の一実施例を説明する。
【0028】
[実施例1]
本発明の実施例1について図面を用いて説明する。
【0029】
図4は、本発明の実施例1として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための図である。
【0030】
図4を参照すると、燃料供給系は、燃料タンク8からポンプで汲み上げた燃料を燃料配管を介してインジェクタに送る不図示の第1の供給系と、燃料タンク8内に発生する蒸発燃料ガスをキャニスタ7で一時的に吸着し、このキャニスタ7に溜まった燃料をパージバルブ9を開くことによって、被測定ガスの通過経路(パージライン)6を通して吸気管10に向けてパージして、このパージされたガスをスロットルバルブ11から流れ込む空気と混合してエンジン12に送り込む第2の供給系と、を有している。図4中、太矢印は被測定ガス(蒸発燃料ガス)の流れを示している。
【0031】
本発明による超音波式ガス濃度センサ5は、キャニスタ7とパージバルブ9間の通過経路6に配置されている。センサ5の内部に、被測定ガスと接触するよう感温素子4が配置されることによって、センサ5の内部における被測定ガスの温度を正確に測定する。センサ5は、感温素子4によって測定された被測定ガスの温度に基づき、センサ5の濃度出力範囲を変更する変更手段5aを具備している。
【0032】
変更手段5aは、感温素子4が出力する温度検出信号の大きさに基づいて、センサ5が出力するガス濃度検出信号、すなわち、被測定ガス中の超音波伝播時間に基づく信号の大きさの範囲(レンジ)を変更する。
【0033】
本発明による超音波式ガス濃度センサの機能を説明する。
【0034】
図5は、蒸発したガソリンの平均分子量の温度に対する変化を表したグラフである。
【0035】
図5より、温度によって、ガソリンが蒸発したガスの平均分子量が変化することが分かる。ガスの平均分子量が変化すると、ガス中を伝播する超音波の伝播時間が変化する。そこで、本実施例においては、図4に示した変更手段5aにより、最大出力時のブタン換算濃度の被測定ガス温度に対する設定を、図6に示すように設定した。
【0036】
図6は、実施例1におけるガス濃度センサの、最大出力時のブタン換算濃度の被測定ガス温度に対する設定を表したグラフの一例である。なお、最小出力時は蒸発燃料ガス0%と設定した。
【0037】
図6に示すように、最高出力時のブタン換算濃度を、被測定ガス温度によって、図5に示す蒸発成分変化に合わせて変化させることにより、被測定ガス中の蒸発ガス成分の濃度を確実に測定することができる。また、出力範囲を過剰に広く取る必要がなくなるため、センサの分解能を必要以上に落とすこともなくなる。
【0038】
本実施例においては、ガス濃度センサ内部に配置された感温素子を用いることによって、ガス濃度センサの出力範囲を適切に設定することができる。
【0039】
[実施例2]
本発明の実施例2について図面を用いて説明する。
【0040】
図7は、本発明の実施例2として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための図である。
【0041】
図7を参照して、本実施例は、被測定ガス温度を測定するための手段として、感温素子4が、センサ5を通る被測定ガスの通過経路(パージライン)6に配置されていること以外は、前記実施例1と同様の構成を有する。
【0042】
本実施例においては、他のシステムにおいて既に用いられている感温素子4を用いることによって、新たに感温素子4を設置することなく、出力範囲を適切に設定することが可能となる。また、センサ5の内部に感温素子4を配置することが困難な場合でも被測定ガス温度を測定することが可能となる。さらに、感温素子4の取付位置の自由度が増すため、設計時の負担および製造コストを低減することができる。
【0043】
なお、ここでは被測定ガス温度の測定にセンサの上流側(燃料タンクの側)に配置されている感温素子を用いたが、センサの下流側に配置されている感温素子を用いてもよい。
【0044】
[実施例3]
本発明の実施例3について図面を用いて説明する。
【0045】
図8は、本発明の実施例3として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための図である。
【0046】
図8を参照して、本実施例は、被測定ガス温度を測定するための手段として、感温素子4が、センサ5を通る被測定ガスの通過経路(パージライン)6に連通した空間部6’に配置されていること以外は前記実施例1と同様の構成を有する。
【0047】
これらの場合、他のシステムにおいてすでに用いられている感温素子4を用いることによって、新たに感温素子4を設置することなく、出力範囲を適切に設定することが可能となる。また、センサ5の内部に感温素子4を配置することが困難な場合でも被測定ガス温度を測定することが可能となる。さらに、感温素子4の取付位置の自由度が増すため、設計時の負担および製造コストを低減することができる。
【0048】
なお、ここでも被測定ガス温度の測定にセンサの上流側に配置されている感温素子を用いたが、センサの下流側に配置されている感温素子を用いてもよい。
【0049】
[実施例4]
本発明の実施例4について図面を用いて説明する。
【0050】
図9は、本発明の実施例4として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための図である。
【0051】
図9を参照すると、本実施例は、被測定ガス温度を測定するための手段として、第一の感温素子4がセンサ5の内部に配置され、かつ、第二の感温素子4’が被測定ガスの通過経路(パージライン)6にも配置されていること以外は前記実施例1と同様の構成を有する。これにより、被測定ガスの通過経路中の温度分布を測定し、出力範囲をより適切に設定することが可能となる。
【0052】
なお、ここでは被測定ガス温度の測定に、被測定ガスの通過経路に配置された第二の感温素子を用いているが、通過経路に連通した空間部に配置された感温素子を用いてもよい。また、センサの上流側に配置されている第二の感温素子を用いたが,センサの下流側に配置されている感温素子を用いてもよい。また、ここではセンサ内部に配置されている第一の感温素子を用いているが、被測定ガスの通過経路に配置されている感温素子を用いてもよい。更に、ここでは被測定ガス温度の測定に二個の感温素子を用いているが、さらに多くの感温素子を用いて被測定ガス温度の測定を行ってもよい。
【0053】
[実施例5]
本発明の実施例5について図面を用いて説明する。
【0054】
図10は、本発明の実施例5として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための図である。
【0055】
図10を参照すると、本実施例は、被測定ガス温度を測定するための手段として、感温素子4が燃料ポンプ13を含む燃料タンクモジュ−ル14に配置されていること以外は、前記実施例1と同様の構成を有する。
【0056】
[実施例6]
本発明の実施例6について図面を用いて説明する。
【0057】
図11を参照すると、本実施例は、被測定ガス温度を測定するための手段として,感温素子4が内燃機関の吸気管10に配置されていること以外は、前記実施例1と同様の構成を有する。
【0058】
実施例5あるいは実施例6においては、被測定ガス温度の測定にすでに燃料タンクモジュールあるいは吸気管に配置されている感温素子を用いることにより、新たに感温素子を設ける必要がなく、また、製造コストを低減することができる。
【0059】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被測定ガスの温度に基づいてガス濃度センサの濃度出力範囲を変更することにより、適切な出力範囲および分解能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のセンサ出力範囲の設定方法の問題点を説明するための図であって、センサ出力の一例を示したグラフである。
【図2】従来のセンサ出力範囲の設定方法の問題点を説明するための図であって、センサ出力の別の一例を示したグラフである。
【図3】従来のセンサ出力範囲の設定方法の問題点を説明するための図であって、センサ出力のさらに別の一例を示したグラフである。
【図4】本発明の実施例1として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための図である。
【図5】蒸発ガソリンの平均分子量の、温度に対する変化を示したグラフである。
【図6】本発明の実施例1における最大出力時のブタン換算濃度の、温度に対する設定を示したグラフである。
【図7】本発明の実施例2として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための模式図である。
【図8】本発明の実施例3として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための模式図である。
【図9】本発明の実施例4として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための模式図である。
【図10】本発明の実施例5として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための模式図である。
【図11】本発明の実施例6として、本発明による超音波式ガス濃度センサを、エンジン(内燃機関)の燃料供給系に適用した例を説明するための模式図である。
【符号の説明】
1 平均分子量がブタン相当のガスにおけるセンサ出力のプロット
2 平均分子量がペンタン相当のガスにおけるセンサ出力のプロット
3 平均分子量がプロパン相当のガスにおけるセンサ出力のプロット
4,4’ 感温素子
5 ガス濃度センサ
5a 変更手段
6 被測定ガスの通過経路
6’ 被測定ガスの通過経路に連通した空間部
7 キャニスタ
8 燃料タンク
9 パージバルブ
10 吸気管
11 スロットルバルブ
12 エンジン
13 燃料ポンプ
14 燃料タンクモジュール
Claims (5)
- 被測定ガス中における音波の伝播時間に基づいて、前記被測定ガス中の特定ガスの濃度を測定するための超音波式ガス濃度センサであって、
前記被測定ガスの温度に基づき、前記ガス濃度センサの濃度出力範囲を変更することを特徴とする超音波式ガス濃度センサ。 - 請求項1に記載の超音波式ガス濃度センサであって、前記被測定ガスの温度を測定する手段として、前記ガス濃度センサ及び前記被測定ガスの通過経路のうちの少なくとも一方に配置されている感温素子を用いることを特徴とする超音波式ガス濃度センサ。
- 請求項1または請求項2に記載の超音波式ガス濃度センサであって、前記被測定ガスが蒸発燃料ガスを含んだキャニスタパージガスであることを特徴とする超音波式ガス濃度センサ。
- 請求項1に記載の超音波式ガス濃度センサであって、内燃機関に供給される燃料が蒸発した蒸発燃料ガスの濃度を測定するために適用され、前記被測定ガスの温度を測定する手段として、前記ガス濃度センサ、前記内燃機関に燃料を供給する燃料ポンプを含む燃料タンクモジュール、該燃料タンクモジュールから前記内燃機関に前記蒸発燃料ガスを送る蒸発燃料ガス通路のうちの少なくとも一に配置されている感温素子を用いることを特徴とする超音波式ガス濃度センサ。
- 被測定ガス中における音波の伝播時間に基づいて、前記被測定ガス中の特定ガスの濃度を測定するための超音波式ガス濃度センサであって、
前記被測定ガス中の前記特定ガスの平均分子量の変化に応じて前記ガス濃度センサの濃度出力範囲を変更する手段を具備することを特徴とする超音波式ガス濃度センサ。
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