JP2005172466A - 内燃機関の燃料性状判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関のクランキング前に燃料性状を正確に判定可能な内燃機関の燃料性状判定装置を提供する。
【解決手段】光源２２と、光源２２の光を入射してその光を伝搬するコア２１ａを有する光導波路部２１と、コア２１ａを伝搬した光を受光する受光部２３とを備え、コア２１ａは、少なくともその一部が燃料に接しており、受光部２３は、コア２１ａを伝搬した光のエバネッセント波が燃料によって吸収されて強度の変化した光を受光し、さらに、受光部２３で受光した光の強度に基づいて燃料性状を判定する判定部１１を備える
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の燃料性状を判定する装置に関するものである。

内燃機関の燃料は、重質燃料であるか軽質燃料であるのかという燃料性状によって蒸発量（蒸発速度）が異なる。燃料性状は、同じ種類の燃料でも一定ではなく、またメーカ間で異なったり、同じメーカの燃料であっても季節や販売地域によって変更されることがある。したがって、空燃比制御（燃料噴射制御）を精度よく行うには、燃料性状を検出して燃料の蒸発量も考慮することが望ましい。

ところで、燃料は軽質であるほど気化しやすいので、クランキング時の回転速度の立ち上がりが大きい。そこで従来はその回転速度の立ち上がりに基づいて燃料性状を検出していた（特許文献１参照）。
特開２００２−４７９９７号公報（第５頁、第４図）

しかし、クランキングの時間は短時間であるので、立ち上がりの大小だけでは燃料性状を正確に判断することは困難であり、精度バラツキが大きく、また誤判定してしまう可能性があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、内燃機関のクランキング前に燃料性状を正確に判定可能な内燃機関の燃料性状判定装置を提供することを目的としている。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、光源（２２）と、前記光源の光を入射してその光を伝搬するコア（２１ａ）を有する光導波路部（２１）と、前記コアを伝搬した光を受光する受光部（２３）とを備え、前記コア（２１ａ）は、少なくともその一部が燃料に接しており、前記受光部（２３）は、前記コアを伝搬した光のエバネッセント波が前記燃料によって吸収されて強度の変化した光を受光し、さらに、前記受光部（２３）で受光した光の強度に基づいて燃料性状を判定する判定部（１１）を備えることを特徴とする。

本発明によれば、コアを伝搬した光のエバネッセント波が燃料によって吸収されて強度の変化した光を受光して、その光の強度に基づいて燃料性状を判定するようにしたので、内燃機関のクランキング前であっても燃料性状を正確に判定することができる。

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明による燃料性状判定装置の内燃機関への取付状態を示す図である。

機関本体１には、吸気通路２及び排気通路６が接続されている。各気筒毎に燃料噴射弁４が設けられている。燃料噴射弁４は、コントロールユニット１１からの噴射パルス信号によって開弁駆動され、燃料ポンプ（不図示）から圧送されてプレッシャレギュレータにより所定圧力に制御された燃料を噴射供給する。燃料は燃料流路１９から燃料噴射弁４に供給される。

燃料流路１９の途中であって燃料噴射弁４の上流側には、燃料の性状が重質であるのか軽質であるのかを判定する燃料性状判定センサ２０が配置されている。

燃料性状判定センサ２０で検出された燃料性状信号は、ＥＣＵ１１に送られ、ＥＣＵ１１は、その信号に基づいて燃料噴射弁４の噴射パルス信号を制御して燃料性状に見合ったＡ／Ｆ制御を行う。

図２は本発明による燃料性状判定センサの第１実施形態を示す図であり、図２（Ａ）は側面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の矢印Ｂから見た図、図２（Ｃ）は図２（Ａ）のＣ−Ｃ断面図、図２（Ｄ）は図２（Ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

燃料性状判定センサ２０は、コア２１ａ及びクラッド２１ｂを備える光導波路２１と、光源２２と、受光装置（受光部）２３と、バイパス流路（燃料配管）２４とを有し、光源２２から照射した光を、バイパス流路２４に流れる燃料に反射させながら光導波路２１のコア２１ａに伝播させ、その光の強度を受光装置２３で検出して燃料性状を判定する光導波路型燃料性状判定センサである。なおコア２１ａの屈折率は、クラッド２１ｂ及び燃料の屈折率よりもわずかに高くなっているので、光はコア２１ａ内を全反射しながら伝搬する。

光導波路型燃料性状判定センサ２０は、バイパス流路２４を介して、燃料配管のメイン流路１９に接続されている。バイパス流路２４には、メイン流路１９を流れる燃料の一部が流れ込んでおり、エンジンが停止しているときであっても一定量の燃料が溜まっている。なお、バイパス流路２４は、弾性体（例えばゴム管）２５で連結されている。このようにすることで、走行中（機関作動中）であっても、機関振動が光導波路型燃料性状判定センサ２０に伝わりにくく、より正確な測定が可能である。

光導波路型燃料性状判定センサ２０は、コア２１ａの一面（図２では下面）２１ｅは、バイパス流路２４をも形成する。すなわちバイパス流路２４は図３に示すように、その上部２４ａは開口しており、その開口部２４ａにコア２１ａの下面２１ｅが嵌め込まれ、光導波路２１と燃料流路（バイパス流路２４）が一体化されている。

このように構成されているので、光導波路型燃料性状判定センサ２０を小型することができ、センシングバラツキを低減することができ、また、金型による大量生産が可能となり、コストを削減にもつながる。また、燃料が流れる状態での燃料性状判定が可能となる。

光の入射部２１ｃは、図２（Ａ）に示すように、光を伝搬する伝搬部２１ｄ（断面を図２（Ｃ）に示す）よりも拡大されており、光が進むほど狭くなるようなテーパ形状となっているので、光が有効に入射でき、入射時の光漏れによるバラツキが無い。光導波路型燃料性状判定センサ２０の中心付近（伝搬部２１ｄ）は、図２（Ｃ）に示すように、入射部２１ｃよりも薄い形状となっており、光をできるだけ多く繰り返し反射して感度を高めるようになっている。

光の入射部２１ｃの反対側には、コア２１ａを通過した光を漏れなく測定できるように、受光装置２３が光導波路に埋め込まれている。

光源２２は、レーザのようにコヒーレントな光を照射する光源が望ましい。またＬＥＤであってもよい。なお、光の波長は特に限定されないが、紫外線はコア２１ａを通過しにくいので赤外線〜可視光線であることが望ましい。

次に、図４を参照して光導波路型燃料性状判定センサ２０による燃料性状検出法について説明する。

スイッチが入れられたら（例えば、ＩＧＮ／ＯＮ又はＡＣＣ／ＯＮ）、光源２２から光が照射される。すると、その光は、入射部２１ｃから光導波路部２１（コア２１ａ）に入射し、クラッド２１ｂ及びコア２１ａの下面に接触する燃料で反射しながら、コア２１ａを伝播していき、受光装置２２に到達する。そして、受光装置２２で測定した光を強度によって燃料性状の判定する。

すなわち、コア２１ａを伝播していく光から染み出るエバネッセント波は、コア２１ａに接する燃料及びクラッド２１ｂによって吸収されるが、その吸収量は燃料の性状によって異なるので、吸収されずに受光装置２２で測定できた光の強度に基づいて燃料の性状を判定できるのである。

なお、ガソリンの密度は「重質＞軽質」の関係にある。したがって、重質の方が軽質よりも光の吸収度が高いので、受光装置２２で測定できる光の強度は、「重質＜軽質」となる。このように、受光装置２２で測定した光の強度が大きいほど燃料性状は軽質であり、逆に受光装置２２で測定した光の強度が小さいほど燃料性状は重質である。なお、半値幅の場合は「重質＞軽質」となるので、半値幅で判断するのであれば、半値幅が小さいほど燃料性状は軽質であり、逆に半値幅が大きいほど燃料性状は重質である。

本実施形態によれば、コアの一部が燃料に接するようにした。このため、コアを伝搬した光のエバネッセント波が燃料によって吸収されて光の強度が変化する。この強度の変化した光に基づいて燃料性状を判定するようにしたので、内燃機関のクランキング前であっても燃料性状を正確に判定することができるのである。

（第２実施形態）
図５は本発明による燃料性状判定センサの第２実施形態を示す図である。なお以下に示す各実施形態では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

本実施形態では、コア２１ａに入射する光を集光する凸レンズ２７が設けられている。なお、この凸レンズ２７は、図５に示すようにコア２１ａと別体に形成しても、またはコア２１ａと一体に形成してもよい。

本実施形態によれば、コア２１ａに入射する光を集光する凸レンズ２７が設けられているので、より多くの光をコア２１ａに入射させることができる。したがって、エバネッセント波の吸収による光の強度変化も大きくなるので、燃料性状を一層正確に判定することができるのである。

（第３実施形態）
図６は本発明による燃料性状判定センサの第３実施形態を示す図である。

本実施形態では、燃料配管のメイン流路１９の上部１９ａが開口しており、その開口部１９ａにコア２１ａの下面２１ｅが嵌め込まれ、光導波路２１と燃料流路（メイン流路１９）が一体化されている。

本実施形態によれば、燃料配管のメイン流路１９の開口部１９ａにコア２１ａの下面２１ｅが嵌め込まれ、光導波路２１と燃料流路（メイン流路１９）が一体化されているので、メイン流路１９を流れる燃料の燃料性状を一層正確に判定することができる。

（第４実施形態）
図７は本発明による燃料性状判定センサの第４実施形態を示す図である。

本実施形態では、クラッド２１ｂの一部（本実施形態では上面）にグレーティング（回折格子）２８が形成されており、光源２２から照射された光は、このグレーティング２８からコア２１ａに入射する。

本実施形態によれば、コア２１ａの入射部を拡幅する必要がないので、小型化を図ることができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

例えば、第４実施形態においてグレーティングに代えてプリズムを使用しても同様の効果を得ることができる。

本発明による燃料性状判定装置の内燃機関への取付状態を示す図である。 本発明による燃料性状判定センサの第１実施形態を示す図である。 光導波路型燃料性状判定センサの光導波路の分解図である。 光導波路型燃料性状判定センサによる燃料性状検出法について説明する図である。 本発明による燃料性状判定センサの第２実施形態を示す図である。 本発明による燃料性状判定センサの第３実施形態を示す図である。 本発明による燃料性状判定センサの第４実施形態を示す図である。

符号の説明

１ 機関本体
２ 吸気通路
４ 燃料噴射弁
６ 排気通路
１１ コントロールユニット
１９ メイン流路（燃料配管）
２０ 光導波路型燃料性状判定センサ（内燃機関の燃料性状判定装置）
２１ 光導波路２１
２１ａ コア
２１ｂ クラッド
２１ｃ 入射部
２１ｄ 伝搬部
２２ 光源
２３ 受光装置（受光部）
２４ バイパス流路（燃料配管）
２４ａ 開口部
２８ グレーティング（光入射部）

Claims (8)

1. 光源と、
   前記光源の光を入射してその光を伝搬するコアを有する光導波路部と、
   前記コアを伝搬した光を受光する受光部と、
   を備え、
   前記コアは、少なくともその一部が燃料に接しており、
   前記受光部は、前記コアを伝搬した光のエバネッセント波が前記燃料によって吸収されて強度の変化した光を受光し、
   さらに、前記受光部で受光した光の強度に基づいて燃料性状を判定する判定部を備える、
   ことを特徴とする内燃機関の燃料性状判定装置。
2. 前記コアは、少なくともその一部が、燃料配管に設けられた開口部に嵌込されて、その燃料配管の一部を形成し、燃料配管内を流れる燃料に接する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
3. 前記燃料配管は、燃料の一部を分流させるバイパス配管を有し、
   前記コアは、前記バイパス配管に設けられた開口部に嵌込されて、そのバイパス配管の一部を形成し、バイパス配管内を流れる燃料に接する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
4. 前記コアは、前記光源から照射された光に進行方向と直交する面から光を入射し、その光入射面と反対側の端面から光を出射し、
   前記受光部は、前記コアの光を出射する面に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
5. 前記コアは、前記光入射面が、光を伝搬する伝搬部よりも拡大されている、
   ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
6. 前記コアは、前記光源から照射された光と平行する面に形成された光入射部を有し、その光入射部と反対側の端面から光を出射し、
   前記受光部は、前記コアの光を出射する面に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
7. 前記光入射部はグレーティング又はプリズムである、
   ことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
8. 前記コアに入射する光を集光する凸レンズを有する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
   

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