JP2010025592A - 燃料性状検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガソリンに含まれるアロマ成分濃度を精度良く検出可能な燃料性状検出装置を提供する。
【解決手段】燃料性状センサ１内の燃料通路を互いに平行な一個の測定通路２２および三個のバイパス通路２３から構成し、測定通路２２内における紫外光の光路長を従来の燃料性状検出装置の測定通路よりも短くした。これにより、測定通路２２内を紫外光が進行する際のアロマ成分による紫外光吸収度合いを小さくして、アロマ成分の濃度が低いときのフォトトランジスタ４の検出信号レベルを従来よりも高め、実際に発現し得るガソリン中のアロマ成分濃度の範囲に対応する受光素子の検出信号幅を拡大することができ、それにより、アロマ成分濃度を高精度で検出することが可能となる。
【選択図】図２

Description

この発明は、光を照射する光源およびこの光源から発せられた光を受光する受光部材を備えて燃料の性状を検出する、いわゆる光学式の燃料性状検出装置に関するものである。

従来から、光源から発せられた光を燃料中に照射し、この透過光を受光部材により受光し、受光部材からの検出信号に基いて燃料性状として、たとえば燃料に含有される特定成分の濃度を検出するものが知られている（特許文献１参照）。
特開平５−１３３８８６号公報

原油を原料とする化石燃料において、原油資源の枯渇、原油価格の高騰等に伴い将来的に化石燃料の構成成分比率が不安定化する可能性がある。たとえば、自動車のエンジン用燃料として広く用いられているガソリンは多種類の炭化水素から構成されている。そのうちの芳香族炭化水素（以降、アロマと表す。）、オレフィン等の含有量がばらつく可能性がある。特に、アロマ成分は、ガソリンのオクタン価や揮発性に大きく関与している。そして、ガソリンのオクタン価や揮発性が異なると、エンジン性能を最適化する、つまり排出ガスクリーン化および省燃費を実現できるエンジン制御パラメータの仕様もそれに応じて異なってくる。そこで、燃料性状である燃料中に含まれるアロマ成分濃度を検出し、それに基いてエンジンを制御する必要がある。

従来の光学式燃料性状検出装置では、被検出成分により選択的に吸収される波長光を含む光を発射する光源および光源からの光を受光して受光量に応じた大きさの検出信号を発生する受光手段を用いて燃料性状を検出している。上述のガソリンに含まれるアロマ成分は、紫外光を選択的に吸収する性質を有するので、紫外光を燃料中に透過させてこの透過光を受光し、その受光量に基いてアロマ濃度を検出できるはずである。しかし、アロマ成分による紫外光吸収率が高くアロマ成分の濃度が低い場合でも紫外光吸収量が多いため、アロマ成分濃度を高精度で検出することは困難である。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、ガソリンに含まれるアロマ成分濃度を精度良く検出可能な燃料性状検出装置を提供することである。

本発明は上記目的を達成する為、以下の技術的手段を採用する。

本発明の請求項１に記載の燃料性状検出装置は、燃料が流れる配管途中に設置され配管に接続するための接続部を両端に備えたハウジングと、その内部に燃料が流動可能に両接続部に連通し且つ互いに平行にハウジングに形成された複数の燃料通路と、複数の燃料通路のうちの一つである測定通路内へ光を照射可能にハウジングに取付けられた光源と、測定通路を透過した光源から発せられた光を受光可能に前記ハウジングに取付けられ受光量に応じた大きさの検出信号を発生する受光部材と、を備え、光源が発する光は紫外光であり、検出信号に基いて燃料中のアロマ成分濃度を検出することを特徴としている。

従来の燃料性状検出装置は、測定用燃料通路を一つ備えるとともに、光源および受光部材を、燃料通路を挟んで対向するように、言い換えると光源からの光の光路が燃料通路内の燃料流れ方向にほぼ直交するようにして配置している。この場合、燃料タンクからエンジンへ供給される燃料の全量が測定用燃料通路を流れることから燃料中を透過する光路長が長くなり、アロマ成分濃度が低い場合でもアロマ成分により吸収される紫外光量が多くなってしまい、紫外光を用いてアロマ成分濃度を高精度で検出することは困難であった。

本発明の請求項１に記載される燃料性状検出装置では、互いに平行な複数の燃料通路をハウジングに設け、それらのうちの一つを、アロマ成分濃度を検出するための測定通路としている。このような構成とすることにより、測定通路を流れる燃料量は、燃料タンクからエンジンへ供給される燃料量の全量ではなくてその何分の一かになる。これにより、測定通路内において燃料中を透過する光路長が短くなり、紫外光の光路中に存在するアロマ成分量を減少させることができるので、アロマ成分濃度が低い場合においてアロマ成分により吸収される紫外光量を少なくして、アロマ成分濃度が低い場合においてもアロマ成分濃度を高精度で測定することが可能になる。したがって、ガソリンに含まれるアロマ成分濃度を高精度で検出可能な燃料性状検出装置を提供することができる。

この場合、本発明の請求項２に記載の燃料性状検出装置のように、測定通路の断面積は測定通路を除いた燃料通路の断面積よりも小さく設定される構成とすれば、測定通路の断面形状を従来の燃料性状検出装置の測定用燃料通路の断面形状よりも確実に小さくすることができる。したがって、ガソリンに含まれるアロマ成分濃度を高精度で検出可能な燃料性状検出装置を提供することができる。

本発明の請求項３に記載の燃料性状検出装置では、光源が発する光の波長領域の中心波長は２００ｎｍ〜３００ｎｍであることを特徴としている。

アロマ成分は、紫外領域光を選択的に吸収するが、その吸光度のピーク波長は２５０ｎｍ付近である。つまりアロマ成分は、２５０ｎｍ付近の紫外光に対する吸光度が最大である。したがって、発光波長の中心波長がは２００ｎｍ〜３００ｎｍであるような紫外光を用いることで、アロマ成分濃度を高精度で検出することが可能となる。

本発明の請求項４に記載の燃料性状検出装置は、燃料が流れる配管途中に設置され配管に接続するための接続部を両端に備えたハウジングと、その内部に燃料が流動可能に両接続部に連通して前記ハウジングに形成された燃料通路と、燃料通路に臨んでハウジングに配置された導光体と、導光体に備えられ燃料通路内に露出して燃料と密着する平面状の測定面と、導光体内部へ光を照射可能に配置された光源と、導光体内を進行し測定面で反射した光源から発せられた光を受光可能に配置され受光量に応じた大きさの検出信号を発生する受光部材と、を備え、光源が発する光は紫外光であり、検出信号に基いて燃料中のアロマ成分濃度を検出することを特徴としている。

上述の構成によれば、光源から発せられた紫外光は、導光体中を進行し、測定面で反射して受光部材に入射する。つまり、紫外光は、従来の燃料性状検出装置の場合のように燃料中を透過することなく受光部材に入射する。

ここで、導光体内を進行して測定面へ入射した紫外光の反射について考える。導光体内を進行する紫外光が燃料と密着し導光体と燃料との界面となっている測定面に入射すると、測定面への入射角が測定面の全反射角以上の光は測定面で全反射して導光体内を進行して受光部材へ入射する。一方、測定面への入射角が全反射角未満である光は、測定面から燃料中に出射して行き受光部材には入射しない。導光体の全反射角θの大きさは、導光体の屈折率Ｎ１と反射面に接している媒質であるガソリンの屈折率Ｎ２との比によって決まる。すなわち、全反射角θＡの大きさは、次式（１）で表される。

ｓｉｎθＡ＝Ｎ２／Ｎ１・・・（１）
さらに、ガソリンの密度と屈折率Ｎ２と間には、密度が大きいほど屈折率Ｎ２が大きいという関係がある。したがって、この関係と（１）式とから、測定面における全反射角は、ガソリンの密度が高い場合ほど大きくなることがわかる。アロマ成分は比重量が大きいため、アロマ成分濃度が高いほどガソリンの密度は高くなる。このため、測定面における全反射角θＡの大きさは、ガソリン中のアロマ成分濃度が高いほど大きくなる。また、全反射角が大きくなるほど光源から発せられた光のうちで測定面から導光体外へ、すなわち燃料中へ進行する光量が増大し、測定面における反射光量は減少する。すなわち、受光部材へ入射する測定面における反射光量は、測定面における全反射角の大きさ、つまりアロマ成分濃度によって変わり、アロマ成分濃度が高いほど少なくなる。これにより、受光部材への入射光量に基いてガソリン中のアロマ成分濃度を測定することが出来る。したがって、ガソリンに含まれるアロマ成分濃度を高精度で検出可能な燃料性状検出装置を提供することができる。

本発明の請求項５に記載の燃料性状検出装置では、光源が発する光の波長領域の中心波長は２００ｎｍ〜３００ｎｍであることを特徴としている。

これにより、光源から発せられる光を、確実にアロマ成分濃度検出に適した紫外光線とすることができる。

本発明の請求項６に記載の燃料性状検出装置では、受光部材はその受光領域における全受光量に応じた大きさの第１検出信号および照度分布に応じた第２検出信号を発生することを特徴としている。

先に本発明の請求項４に記載の燃料性状検出装置の説明で述べたように、光源から発せられた光のうち、測定面への入射角が測定面の全反射角以上の光のみが反射面で全反射して導光体内を進行して受光手段に入射する。光源からは放射状に光が発せられるので、導光体内において測定面からの反射光が通過する領域の範囲および位置は、測定面の全反射角が変動する、つまりガソリンの密度が変動すると、それに応じて変化する。したがって、受光部材により、測定面からの反射光量および測定面からの反射光通過範囲の両方を同時に検出できれば、測定面からの反射光量に基いてガソリン中のアロマ成分濃度を、測定面からの反射光通過範囲に基いてガソリンの密度を、それぞれ検出できることになる。本発明の請求項６に記載の燃料性状検出装置における受光部材は、その受光領域における全受光量に応じた大きさの第１検出信号および照度分布、すなわち測定面からの反射光通過範囲に応じた第２検出信号を発生する。これにより、第１検出信号に基いてガソリン中のアロマ成分濃度を、第２検出信号に基いてガソリンの密度を、それぞれ検出できる。

エンジン制御において、使用される燃料の性状であるガソリン中のアロマ成分濃度の検出は、エンジンの運転状態を最適に維持する、つまり燃費率高めると同時に排出ガス中の有害物質量を最少に維持する上で必要な事項であるが、ガソリンの密度、いわゆる重質度が検出できれば、さらに、精度の良い制御が可能になる。

以上により、本発明の請求項６に記載の燃料性状検出装置によれば、ガソリンに含まれるアロマ成分濃度を高精度で検出可能な燃料性状検出装置を提供することができる。さらに、ガソリンの重質度も同時に検出できるので、高燃費率且つ最小有害排出物量である運転状態をより高精度に実現可能な燃料性状検出装置を提供することができる。

この場合、本発明の請求項７に記載の燃料性状検出装置のように、受光部材としてＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、位置検出素子）を用いれば、より好適である。

ＰＳＤは、その検出領域における総受光量を検出できると同時に検出領域の照度分布を高精度で検出可能である。さらに、大きさや特性の種類が豊富である。したがって、コスト上昇を抑制しつつ、検出精度の高い燃料性状検出装置を提供することができる。

以下、本発明に係る燃料性状検出装置の実施の形態について、自動車のエンジンへ供給される燃料であるガソリン中のアロマ成分濃度検出に用いられる燃料性状センサ１に適用した場合を例に、図を参照して説明する。

（第１実施形態）
エンジン１００の燃料であるガソリンは、多種の炭化水素から構成されているが、それらの中で特にアロマ成分は、ガソリンのオクタン価や揮発性に大きく関与している。燃料の性質であるオクタン価や揮発性が異なると、エンジンを最適状態（たとえば排出ガスに含まれる有害物質量が最少且つ省燃費状態）で運転するためのエンジン制御パラメータ仕様（たとえば、燃料噴射量、点火時期等）もそれに応じて異なってくる。そこで、エンジンコントローラ１０４は、燃料性状であるガソリン中に含まれるアロマ成分濃度を検出し、それに基いてエンジン制御パラメータ仕様を決定し、それによりエンジンを制御している。

燃料性状センサ１は、図３に示すように、燃料タンク１０１内の燃料としてのガソリンをエンジン１００へ供給する燃料配管１０２の途中に取付けられており、燃料性状センサ１の内部をガソリンが通過する。燃料性状センサ１は、エンジン１００の燃料噴射制御を司るエンジンコントローラ１０４に電気的に接続されている。エンジンコントローラ１０４は、マイクロコンピュータ等から構成されている。

以下に、本発明に係る燃料性状センサ１の構成について説明する。

燃料性状センサ１は、燃料配管１０２に接続される接続部としての両端面２１を有するハウジング２、その内部に燃料が流動可能且つ両端面２１に連通し互いに平行にハウジング２に形成された複数の燃料通路のうちの一つである測定通路２２、測定通路２２内へ光を照射可能にハウジング２に取付けられた光源である紫外線ＬＥＤ３、測定通路２２を透過した紫外線ＬＥＤ３から発せられた光を受光可能にハウジング２に取付けられた受光部材としてのフォトトランジスタ４、その内部に燃料が流動可能且つ両端面２１に連通するようにハウジング２に形成された複数の燃料通路のうち測定通路２２を除いた残りであるバイパス通路２３等から構成されている。

ハウジング２は、金属材料あるいは樹脂材料から形成されている。樹脂材料が用いられる場合は、自動車における燃料性状センサ１取付け部位の環境温度および燃料の最高温度に耐えうる耐熱性および耐燃料性を備え且つ遮光性を有するものが用いられている。ハウジング２は、図１に示すように、燃料配管１０２に接続される接続部としての両端面２１に連通し互いに平行にハウジング２に形成された複数の燃料通路である一個の測定通路２２および三個のバイパス通路２３を備えている。測定通路２２およびバイパス通路２３は、燃料の流れ方向である図１における左右方向と直交する方向の断面が円形に形成されている。測定通路２２の円形断面の直径は、バイパス通路２３の円形断面の直径と等しく設定されている。これにより、測定通路２２の断面積は、バイパス通路２３の断面積、つまり三個のバイパス通路２３の合計断面積よりも小さくなっている。燃料性状センサ１における燃料通路としての断面積である、測定通路２２の断面積と三個のバイパス通路２３の合計断面積との和である総断面積は、燃料配管１０２の断面積とほぼ等しく設定されている。これにより、燃料配管１０２中のガソリンの流速と燃料性状センサ１におけるガソリンの流速がほとんど同じになり、燃料性状センサ１における圧力損失を最小限にすることができる。燃料性状センサ１において、測定通路２２を流れるガソリン流量は燃料配管１０２を流れるガソリン流量の１／４になる。したがって、測定通路２２の直径は、燃料配管１０２の直径の１／２となっている。エンジン運転中において、燃料は、測定通路２２およびバイパス通路２３内を図１中の矢印で示す方向に流れる。なお、本発明の一実施形態による燃料性状センサ１は、測定通路２２内における燃料の流れる方向が図１中の矢印と反対向きであっても、燃料の性状を検出可能である。

ハウジング２には、図２に示すように、測定通路２２の軸方向と直交し且つ測定通路２２の中心を通る同軸上に配置された貫通孔２４Ａ、２４Ｂが形成されている。ハウジング２には、図２に示すように、直径が貫通孔２４Ａ、２４Ｂよりも大きい孔部２５Ａ、２５Ｂが貫通孔２４Ａ、２４Ｂと同軸上に形成されている。貫通孔２４Ａおよび孔部２５Ａには、図２に示すように、窓部材５が、貫通孔２４Ｂおよび孔部２５Ｂには、図２に示すように、および窓部材６が、それぞれ嵌合固定されている。窓部材５および窓部材６は透光性材質、たとえば樹脂材料あるいはガラス等から形成されている。

窓部材５の背後の孔部２５Ａ内には、図２に示すように、紫外線ＬＥＤ３が発光面を窓部材５に密着させて配置されている。紫外線ＬＥＤ３のリード３１は、孔部２５Ａを介してハウジング２の外方へ延出されている。孔部２５Ａ内にはポッティング樹脂７が充填され、それにより紫外線ＬＥＤ３が気密的に保持固定されるとともに、紫外線ＬＥＤ３の複数のリード３１が互いに絶縁されて保持されている。窓部材６の背後の孔部２５Ｂ内には、図２に示すように、フォトトランジスタ４が発光面を窓部材６に密着させて配置されている。フォトトランジスタ４のリード４１は、孔部２５Ｂを介してハウジング２の外方へ延出されている。孔部２５Ｂ内にはポッティング樹脂７が充填され、それによりフォトトランジスタ４が気密的に保持固定されるとともに、フォトトランジスタ４の複数のリード４１が互いに絶縁されて保持されている。なお、各リード３１、４１の先端には図示しない電気コネクタ等が装着されている。図示しない電気コネクタはハウジング２に固定されている。紫外線ＬＥＤ３およびフォトトランジスタ４は、図示しない電気コネクタを介して外部の電気配線に接続されている。孔部２４Ａは孔部２５Ａと同軸上に形成されているので、紫外線ＬＥＤ３は測定通路２２を挟んでフォトトランジスタ４と正対している。したがって、紫外線ＬＥＤ３から発せられた紫外光は、測定通路２２内のガソリン中を透過してフォトトランジスタ４へ入射する。

ハウジング２の両端面２１の外周には、図１に示すように、フランジ２６が形成されている。一方、燃料配管１０２の端部にもフランジ１０２ａが形成されており、ハウジング２のフランジ２６を各燃料配管１０２のフランジ１０２ａに結合させることにより、燃料性状センサ１が、燃料配管１０２に固定される。

次に、本発明の第１実施形態による燃料性状センサ１の作動について説明する。

本発明の第１実施形態による燃料性状センサ１の紫外線ＬＥＤ３は、その発光波長の中心波長が２５０ｎｍであるような紫外線ＬＥＤが用いられている。アロマ成分は、紫外領域光を選択的に吸収するが、その吸光度のピーク波長は２５０ｎｍ付近である。つまりアロマ成分は、２５０ｎｍ付近の紫外光に対する吸光度が最大である。したがって、発光波長の中心波長が２５０ｎｍであるような紫外線ＬＥＤを用いることで、アロマ成分濃度を高精度で検出することが可能となる。紫外線ＬＥＤは、エンジンコントローラ１０４により常に一定発光輝度であるように点灯駆動されている。紫外線ＬＥＤ３から発せられた光は、窓部材５に入射し、窓部材５の出射面５１から測定通路２２中、すなわちガソリン中に出射する。ところで、ガソリン中のアロマ成分に含まれるＣ−Ｈの二重結合は紫外光をよく吸収する。したがって、窓部材５の出射面５１からガソリン中に出射された紫外光量のうちの一部は、ガソリン中を進行する途中でガソリン中のアロマ成分に吸収され、その残りの紫外光量が窓部材６の受光面６１から窓部材６内に入射し次いでフォトトランジスタ４へ入射する。フォトトランジスタ４は、受光した紫外光量に応じた大きさの検出信号を出力する。ガソリン中のアロマ成分濃度が低い場合は、ガソリン中で吸収される紫外光量が少ないので、フォトトランジスタ４へ入射する紫外光量は多くフォトトランジスタ４の検出信号は大きい。一方、ガソリン中のアロマ成分濃度が高い場合は、ガソリン中で吸収される紫外光量が多いので、フォトトランジスタ４へ入射する紫外光量は少なくフォトトランジスタ４の検出信号は小さい。このようにして、フォトトランジスタ４の検出信号に基いてガソリン中のアロマ成分濃度を検出できる。

次に、本発明の第１実施形態による燃料性状センサ１の特徴である、互いに平行な複数の燃料通路を備え、そのうちの一つをアロマ成分濃度検出用の測定通路とし使用する構成の作用効果について説明する。

ガソリン中のアロマ成分は、紫外光吸収率が高くアロマ成分の濃度が低い場合でも紫外光吸収量が多い。従来の燃料性状検出装置においては、燃料通路を一つ備え、それを測定通路としている。この場合、測定通路の直径は、燃料性状検出装置の前後に接続される燃料配管の直径と同等に設定されている。この構成では、測定通路内における紫外光の光路長が長くなり、アロマ成分により紫外光が吸収される機会が大きくなるため、アロマ成分の濃度が低い場合でも紫外光の多くが吸収されてしまう。このため、実際に発現し得るガソリン中のアロマ成分濃度の範囲に対応する受光素子の検出信号幅が小さくなり、アロマ成分濃度を高精度で検出することは困難である。

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、燃料性状センサ１内の燃料通路を互いに平行な四個の燃料通路、すなわち一個の測定通路２２および三個のバイパス通路２３から構成することにより、測定通路２２内における紫外光の光路長を従来の燃料性状検出装置の測定通路よりも短くしている。本発明の第１実施形態による燃料性状センサ１では、測定通路２２内における紫外光の光路長を、従来の測定通路における紫外光の光路長の半分に短縮している。これにより、測定通路２２内を紫外光が進行する際にアロマ成分により紫外光が吸収される機会を小さくして、アロマ成分の濃度が低い場合におけるフォトトランジスタ４の検出信号レベルを従来よりも高めることができる。一方、アロマ成分濃度が高い場合における紫外光吸収量は従来とあまり変わらず、フォトトランジスタ４の検出信号レベルは従来と同様に低くなる。すなわち、本発明の第１実施形態による燃料性状センサ１によれば、実際に発現し得るガソリン中のアロマ成分濃度の範囲に対応する受光素子の検出信号幅を拡大することができ、それにより、アロマ成分濃度を高精度で検出することが可能となる。

なお以上説明した、本発明の第１実施形態による燃料性状センサ１では、測定通路２２の断面形状を円形としているが、円形に限る必要はなく他の形状としてもよい。たとえば、図４に示すように長方形としてもよい。

また、以上説明した本発明の第１実施形態による燃料性状センサ１では、バイパス通路２３の断面形状を円形としているが、他の形状、たとえば長方形等であってもよい。さらに、バイパス通路２３の個数も３個に限る必要はなく、１個以上幾つでもよい。１個の場合、バイパス通路２３の断面積は測定通路２２の断面積よりも大きく設定する必要がある。バイパス通路２３が複数個設けられる場合、１個のバイパス通路２３の断面積が測定通路２２の断面積よりも大きくても小さくてもよいが、全部のバイパス通路２３の断面積の合計が測定通路２２の断面積よりも大きい必要がある。

（第２実施形態）
先に説明した、本発明の第１実施形態による燃料性状センサ１は、紫外線ＬＥＤが発する紫外光をガソリン中に透過させ、この透過光をフォトトランジスタ４で受光し、その受光量に基いてガソリン中のアロマ成分濃度を検出する構成としている。これに対して、本発明の第２実施形態による燃料性状センサ１は、導光体を、その一部である測定面をガソリンに密着させてハウジングに取付け、紫外線ＬＥＤが発する紫外光を導光体中に照射し紫外光を導光体とガソリンとの界面である測定面で反射させ、この反射光をフォトトランジスタ４で受光し、その受光量に基いてガソリン中のアロマ成分濃度を検出する構成としている。すなわち、本発明の第２実施形態による燃料性状センサ１において、ガソリン中のアロマ成分濃度を測定するための紫外光をガソリン中を透過させるのではなく、導光体とガソリンとの界面で反射させている。以下に、本発明の第２実施形態に係る燃料性状センサ１の構成について説明する。なお、本発明の第１実施形態と異なる構成を中心に説明し、同じ構成については説明を省略あるいは簡略化している。

本発明の第２実施形態に係る燃料性状センサ１は、大きくは、一部がガソリン中に浸漬されるように配置された導光体８、光を導光体８内に入射可能に配置された光源である紫外線ＬＥＤ３、導光体８内を進行する紫外線ＬＥＤ３からの光を入射可能に配置された受光手段であるＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、位置検出素子）９、これらの部品を収容保持するハウジング２等から構成されている。

ハウジング２は、金属材料あるいは樹脂材料から形成されている。樹脂材料が用いられる場合は、自動車における燃料性状センサ１取付け部位の環境温度および燃料の最高温度に耐えうる耐熱性および耐燃料性を備え且つ遮光性を有するものが用いられている。ハウジング２は、図５に示すように、外周に雄ねじが形成された円筒状の取付部２９を備えている。燃料性状センサ１は、ハウジング２の取付部２９が燃料配管１０２に設けられているボス部１０２ｂの雌ねじに螺合することにより、燃料配管１０２に固定される。ハウジング２と燃料配管１０２のボス部１０２ｂとの間にはガスケット１０５が介在され、このガスケット１０５により燃料配管１０２の気密が維持されている。ハウジング２は、図５に示すように、収容室２８、収容室２８とハウジング２の外側空間、つまり燃料配管１０２内部とを連通する連絡孔２７を備えている。

導光体８は、透光性材質であるガラスから略ブロック状に形成されている。導光体８は、図５に示すように、その外周側をホルダ１１で覆われ、ホルダ１１を介してハウジング２の収容室２８内に保持固定されている。ホルダ１１は、金属あるいは遮光性の樹脂から形成されている。導光体８は、図５に示すように、紫外線ＬＥＤ３から発せられた紫外光が導光体８内に入射する面である入射面８１、ガソリンと密着してガソリンと導光体８との界面を形成している平面状の測定面８２、入射面８１から導光体８内に進入し測定面で反射した紫外光が導光体８から外へ出射する面である出射面８３を備えている。燃料性状センサ１が燃料配管１０２に固定されると燃料配管１０２内を流れるガソリンが連絡孔２７内に充満するとともに導光体８の測定面８２へ導入され、測定面８２にガソリンが密着しガソリンと導光体８との界面が形成される。

導光体８には、図５に示すように、紫外線ＬＥＤ３が発光面を入射面８１に密着させて装着されている。さらに、導光体８には、図５に示すように、受光部材としてのＰＳＤ９が受光面９１を出射面８３に密着させて装着されている。紫外線ＬＥＤ３およびＰＳＤ９は、いずれもホルダ１１に保持されている。紫外線ＬＥＤ３およびＰＳＤ９は、ホルダ１１に固定されている回路基板１０に電気的に接続されている。回路基板１０には、図示しない種々の電気素子が実装されており、紫外線ＬＥＤ３の点灯駆動制御、ＰＳＤ９からの検出信号処理および入光位置算出処理等を行う電気回路（図示せず）が形成されている。また、回路基板１０は、図示しないコネクタを備え、このコネクタを介して外部の電気回路に接続されている。紫外線ＬＥＤ３としては、その発光波長の中心波長が２５０ｎｍである紫外光を発射する発光ダイオードが用いられている。ＰＳＤ９としては、図６に示すように帯状の検出面９１を備えた一次元ＰＳＤが用いられている。

ここで、ＰＳＤ９の構造および光検出作動について簡単に説明する。ＰＳＤ９は、図７に示すように、ＰＩＮ型フォトダイオードと同様の構造をしており、Ｐ層９２が検出面を形成している。Ｐ層９２の両端に一対の出力電極９３、９４が形成されている。Ｎ層９５には共通電極３６が形成されている。また、Ｐ層９２とＮ層９５との間には、Ｉ層（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ層）９７が設けられている。ＰＳＤ９の検出面９１に、図７に示すように、スポット光Ｓが入射すると、入射位置には光量に比例した電荷が発生し、この電荷は光電流としてＰ層９２に到達し、各出力電極９３、９４までの距離に逆比例して分割され、出力電極９３、９４から取り出される。出力電極９３からの出力電流、および出力電極９４からの出力電流を測定することにより、スポット光Ｓの入射位置、すなわち、出力電極９３あるいは出力電極９４から入射位置までの距離を算出できる。また、出力電極９３からの出力電流および出力電極９４からの出力電流の和である全光電流に基いて、検出面９１へ入射する全光量を算出できる。検出面９１に入射する光がスポット光Ｓではなく、検出面９１の或る範囲に亘って線状光あるいは面状光として入射する場合は、出力電極９３からの出力電流および出力電極９４からの出力電流に基いて算出される入射位置は、入射光量の重心位置に相当する。

以上説明した、導光体８、紫外線ＬＥＤ３およびＰＳＤ９を一体的に保持固定しているホルダ５、および回路基板１０は、図１に示すように、ハウジング２の収容室２８内に収容固定されている。ハウジング２には、収容室２８を塞ぐためのカバー８が装着されている。カバー８により、導光体８、紫外線ＬＥＤ３、ＰＳＤ９および回路基板１０が気密的に保護されている。

次に、以上説明したように構成された本発明の第２実施形態による燃料性状センサ１の作動、つまり燃料性状検出作動について説明する。

本発明の一実施形態による燃料性状センサ１においては、紫外線ＬＥＤ３から発せられた紫外光は、図５中において矢印で示すように導光体８内を進行し、測定面８２で反射してＰＳＤ９に入射する。

紫外光が測定面８２に入射する場合、紫外光のうち、測定面８２に対する入射角θが測定面８２の全反射角θＡ以上である光は、測定面８２で全反射してＰＳＤ９に入射する。一方、測定面８２に対する入射角θが測定面８２の全反射角θＡ未満である光は、測定面８２から導光体８の外方へ、すなわちガソリン中へ出射してしまい、ＰＳＤ９に入射することはない。

導光体８とガソリンとの界面である測定面８２における全反射角θＡは、導光体８と接触している媒質、すなわちガソリンの屈折率によって定まる。ガソリンの屈折率が変化するとそれにともなって測定面８２における全反射角θＡも変化する。導光体８の屈折率をＮ１、ガソリンの屈折率をＮ２と表すと、全反射角θＡの大きさは、次式（１）で表される。

ｓｉｎθＡ＝Ｎ２／Ｎ１・・・（１）
さらに、ガソリンの屈折率Ｎ２とガソリンの密度との間には、密度が大きいほど屈折率が大きいという関係がある。この関係と（１）式とから、導光体８の測定面８２における全反射角θＡは、ガソリンの密度が高い場合ほど大きくなることがわかる。

このため、ガソリンの密度が変化すると、測定面８２における全反射角θＡが変わる。それにともない、測定面８２で反射してＰＳＤ９に向かう測定光のＰＳＤ９の検出面９１における入射領域、入射光量が変化する。以下に、この現象について図８に基いて説明する。

測定光は、紫外線ＬＥＤ３を中心として放射状に、詳しくは円錐状に発射されている。図８は、紫外線ＬＥＤ３が発する光の光軸、すなわち輝度が最高である光の光路を含む断面を示している。また、図８中において、放射状の測定光の分布範囲の両端部を成す光路を一点鎖線で示している。ここで、ガソリンの密度が減少して、全反射角が全反射角θＡ１から全反射角θＡ２に変化した場合を考える。なお、θＡ１＞θＡ２である。図８中において、全反射角θＡ１の光路を光路Ｖで示し、全反射角θＡ２の光路を光路Ｗで示す。測定面８２に入射した測定光のうち、測定面８２に対する入射角が全反射角度θＡ以上の光がＰＳＤ９に入射する。したがって、ＰＳＤ９の検出面９１上における測定光の入射領域は、図４に示すように、全反射角θＡ１の場合は入射領域Ｘ、全反射角θＡ２の場合は入射領域Ｙとなる。ここで、入射領域Ｘにおける光量重心位置は光量重心位置Ｘｇ、入射領域Ｙにおける光量重心位置は光量重心位置Ｙｇである。燃料性状センサ１においては、ＰＳＤ９からの検出信号に基いて、上述の光量重心位置Ｘｇ、光量重心位置Ｙｇが算出される。これらの、光量重心位置Ｘｇ、Ｙｇは、ガソリンの密度と相関関係があるので、ＰＳＤ９からの出力信号に基いて紫外光の光量重心位置を算出し、この光量重心位置と予め測定されているガソリンの密度との関係を参照することにより、ガソリンの密度を検出することができる。一方、ＰＳＤ９における総受光量からガソリン中のアロマ成分濃度を算出できる。

以上説明した本発明の第２実施形態による燃料性状センサ１の構成によれば、紫外線ＬＥＤ３から発せられた紫外光をガソリン中を透過させるのではなく、導光体８とガソリンとの界面である測定面８２で反射させ、この反射光をＰＳＤ９により検出する構成としている。このような構成によっても、本発明の第１実施形態による燃料性状センサ１の場合と同様に、ガソリン中のアロマ成分濃度を高精度で検出できる。さらに、受光部材としてＰＳＤ９を用いることにより、ＰＳＤ９へ入射した光の光量重心位置も検出でき、それに基いてガソリンの密度を検出することができる。

なお、以上説明した、本発明の第２実施形態による燃料性状センサ１では、受光部材としてＰＳＤ９を用いているが、ＰＳＤ９に替えてフォトトランジスタを用いても良い。この場合は、フォトトランジスタからの検出信号の大きさに基いてガソリン中のアロマ成分濃度を高精度で検出することができる。

また、以上説明した本発明の第１、第２実施形態による燃料性状センサ１、およびその変形例では、光源として紫外線ＬＥＤ３を用いているが、紫外線を発する他の種類の光源を用いてもよい。たとえば、紫外線ランプを用いても良い。

本発明の第１実施形態による燃料性状センサ１の断面図であり、図２中のＩ−Ｉ線断面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 本発明の第１実施形態による燃料性状センサ１が装着されたエンジン１００の燃料系統を説明する模式図である。 本発明の第１実施形態による燃料性状センサ１の変形例の断面図である。 本発明の第２実施形態による燃料性状センサ１の断面図である。 図５中のＶＩ矢視図である。 図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 測定面８２における反射光の光路とＰＳＤ９への入射状態を説明する模式図である。

符号の説明

１ 燃料性状センサ（燃料性状検出装置）
２ ハウジング
２１ 端面（接続部）
２２ 測定通路
２３ バイパス通路
２４Ａ、２４Ｂ 貫通孔
２５Ａ、２５Ｂ 孔部
２６ フランジ
２７ 導入孔
２８ 収容室
２９ 取付部
３ 紫外線ＬＥＤ（光源）
３１ リード
４ フォトトランジスタ（受光部材）
４１ リード
５ 窓部材
５１ 発光面
６ 窓部材
６１ 受光面
７ ポッティング樹脂
８ 導光体
８１ 入射面
８２ 測定面
８３ 出射面
９ ＰＳＤ（受光部材）
９１ 検出面
９２ Ｐ層
９３、９４ 出力電極
９５ Ｎ層
９６ 共通電極
９７ Ｉ層
１０ 回路基板
１１ ホルダ
１２ カバー
１００ エンジン
１０１ 燃料タンク
１０２ 燃料配管
１０２ａ フランジ
１０２ｂ ボス部
１０４ エンジン制御装置
１０５ ガスケット
Ｐ、Ｗ、Ｖ 光路
Ｙｇ、Ｘｇ 光量重心位置
θＡ、θＢ 全反射角

Claims (7)

1. 燃料が流れる配管途中に設置され前記配管に接続するための接続部を両端に備えたハウジングと、
   その内部に前記燃料が流動可能に両前記接続部に連通し且つ互いに平行に前記ハウジングに形成された複数の燃料通路と、
   複数の前記燃料通路のうちの一つである測定通路内へ光を照射可能に前記ハウジングに取付けられた光源と、
   前記測定通路を透過した前記光源から発せられた光を受光可能に前記ハウジングに取付けられ受光量に応じた大きさの検出信号を発生する受光部材と、を備え、
   前記光源が発する光は紫外光であり、
   前記検出信号に基いて前記燃料中のアロマ成分濃度を検出することを特徴とする燃料性状検出装置。
2. 前記測定通路の断面積は前記測定通路を除いた前記燃料通路の断面積よりも小さく設定されることを特徴とする請求項１に記載の燃料性状検出装置。
3. 前記光源が発する光の波長領域の中心波長は２００ｎｍ〜３００ｎｍであることを特徴とする請求項１または請求項２のどちらか一つに記載の燃料性状検出装置。
4. 燃料が流れる配管途中に設置され前記配管に接続するための接続部を両端に備えたハウジングと、
   その内部に前記燃料が流動可能に両前記接続部に連通して前記ハウジングに形成された燃料通路と、
   前記燃料通路に臨んで前記ハウジングに配置された導光体と、
   前記導光体に備えられ前記燃料通路内に露出して前記燃料と密着する平面状の測定面と、
   前記導光体内部へ光を照射可能に配置された光源と、
   前記導光体内を進行し前記測定面で反射した前記光源から発せられた光を受光可能に配置され受光量に応じた大きさの検出信号を発生する受光部材と、を備え、
   前記検出信号に基いて前記燃料中のアロマ成分濃度を検出する燃料性状検出装置であって、
   前記光源が発する光は紫外光であることを特徴とする燃料性状検出装置。
5. 前記光源が発する光の波長領域の中心波長は２００ｎｍ〜３００ｎｍであることを特徴とする請求項４に記載の燃料性状検出装置。
6. 前記受光部材はその受光領域における全受光量に応じた大きさの第１検出信号および照度分布に応じた第２検出信号を発生することを特徴とする請求項４または請求項５のどちらか一つに記載の燃料性状検出装置。
7. 前記受光部材はＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、位置検出素子）であることを特徴とする請求項６に記載の燃料性状検出装置。

Images