JP2010133930A - 液体性状検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】増幅回路40のゲインを固定とせずに大小切換え可能とし、エタノール濃度検出信号である電圧Vbが小さくなるに連れて、増幅回路40のゲインを増大させている。これにより、エタノール濃度変化に対応する電圧V50の変化が小さい領域、つまり電圧Vbが0<Vb<Pである領域において、ゲインを増大させて電圧V50を増大させることで分解能を大きくし、それにより高精度でエタノール濃度測定が可能なエタノール濃度センサを提供することができる。
【選択図】 図6
Description
エンジン100へは、フューエルフィルタ106により濾過されフューエルポンプ105により加圧された燃料タンク104内の燃料Fが、図1に示すように、燃料配管107を経由して供給されている。エンジン100において、フューエルポンプ105により加圧された燃料Fは、フューエルレール101内に一旦蓄えられ、そこから各インジェクタ102へ分配され対応するシリンダ(図示せず)へ供給される。エンジン100は4気筒エンジンであるので、図1に示すようにインジェクタ102を4本備えている。各インジェクタ102は、ECU(Electronic Control Unit)103により電気的に駆動されている。ECU103は、たとえばマイクロコンピュータ等から構成され、エタノール濃度センサ1からの検出信号のほかにもエンジン100に係る各種検出信号が入力され、それらに基づいてインジェクタ102へ駆動信号を出力している。エタノール濃度センサ1は、図1に示すように、燃料配管107の途中に配設されている。
i2=0.5×E/Rp
また、キャパシタ11に蓄えられる電荷ΔQは、キャパシタ11の静電容量をCpとすると、以下の数2の式で表される。
ΔQ=Cp×E
電流i1の平均値は、電荷ΔQの時間微分であるため、数2を用いて、以下の数3の式で表される。なお、数3中において、Tは周期であり周波数fの逆数(1/f)である。
i1=ΔQ/T=Cp×E/T=Cp×T×f
ここで、数3を見ると明らかなように、キャパシタ11から放電される電流i1の大きさは、スイッチトキャパシタ回路20のA点に印加されるパルス波の周波数fに比例している。
Vb=E+Rg×(i1+i2)=E+Rg×{(Cp×E/T)+0.5×E/Rp}=E×{1+(0.5×Rg/Rp)+Rg×Cp×f}
ここで、数4を見れば明らかなように、エタノール濃度センサ1の濃度検出機能部材としての静電容量形成部10からの出力信号レベルである電圧Vbを表す式中に、静電容量形成部10に含まれるリーク抵抗12の抵抗値であるRp含まれている。リーク抵抗12の抵抗値Rpは、ガソリンに含まれる導電性の不純物の割合によって変化し、Vbに及ぼす影響度合いが変化し、エタノール濃度測定精度を悪化させる。
Vbf1=E×{1+(0.5×Rg/Rp)+Rg×Cp×f1}
また、スイッチ22、23が周波数f2で開閉動作しているときのB点の電圧であるVf2は、以下の数6で表される。
Vbf2=E×{1+(0.5×Rg/Rp)+Rg×Cp×f2}
そして、Vf1とVf2との差を取ると、それは、以下の数7で表される。
Vbf1−Vbf2=E×(f1−f2)×Rg×Cp
数7を見ると明らかなように、B点の電圧Vb、すなわちエタノール濃度に係る出力信号を表す式中からリーク抵抗12の抵抗値Rpが消去される。これにより、エタノール濃度センサ1のエタノール濃度検出精度低下に影響を及ぼす要因を廃除することができる。
本発明の第2実施形態によるエタノール濃度センサ1は、本発明の第1実施形態によるエタノール濃度センサ1に対して、次の2点を変更したものである。
本発明の第3実施形態によるエタノール濃度センサ1は、本発明の第1実施形態によるエタノール濃度センサ1に対して、次の2点を変更したものである。
本発明の第4実施形態によるエタノール濃度センサ1は、本発明の第1実施形態によるエタノール濃度センサ1に対して、次のような機能を追加したものである。
本発明の第5実施形態によるエタノール濃度センサ1は、本発明の第2実施形態によるエタノール濃度センサ1に対して、次のような機能を追加したものである。
本発明の第6実施形態によるエタノール濃度センサ1は、本発明の第3実施形態によるエタノール濃度センサ1に対して、次のような機能を追加したものである。
本発明の第7実施形態によるエタノール濃度センサ1は、本発明の第1〜第6実施形態のいずれか一つによるエタノール濃度センサ1に対して、次のような構成を追加したものである。すなわち、図18に示すように、スイッチトキャパシタ回路20に対して、電極11、つまり静電容量形成部10に並列に電気容量素子としてのキャパシタ13を接続するとともに、静電容量形成部10とキャパシタ13との電気的接続・遮断を切換える切換え手段としてのスイッチ14を設けている。マイクロコンピュータ50は、エタノール濃度の検出信号である電圧Vbの大きさに応じて、スイッチ14の開閉を切換えている。なお、図18は、本発明の第1実施形態によるエタノール濃度センサ1に適用した場合の構成を説明する回路図である。
10 静電容量形成部
11 キャパシタ(電極)
12 リーク抵抗
13 キャパシタ(電気容量素子)
14 スイッチ(切換え手段)
20 スイッチトキャパシタ回路(スイッチ手段)
21 インバータ
22 スイッチ(スイッチ手段)
23 スイッチ(スイッチ手段)
30 標準電圧発生手段
31 オペアンプ
32、33、34、35、36 抵抗
37 スイッチ
40 増幅手段(測定値出力手段)
41 オペアンプ
42、44、46 ゲイン抵抗
43、45、47 スイッチ
50 マイクロコンピュータ(動作信号出力手段)
51 出力端子
60 定電圧レギュレータ
100 エンジン
101 フューエルレール
102 インジェクタ
103 ECU
104 燃料タンク
105 フューエルポンプ
106 フューエルフィルタ
107 燃料配管
A、B、H 点
Cp 静電容量
D バッテリ
E、E1、E2、E3 標準電圧
F 燃料(液体)
G 検知電極
f1 第1周波数
f2 第2周波数
H 差周波数
IG イグニッションスイッチ
i1、i2 電流
J、K 差周波数
L、M、N ゲイン
P、Q 電圧
Rg 抵抗値
Rp リーク抵抗値
S 基準値
V、Vb、Vf1、Vf2、V50 電圧
α、β、γ ゲイン
ε、φ 電圧
Δf 差周波数
Claims (7)
- 電極と、
前記電極に印加される電圧である標準電圧を発生する標準電圧発生手段と、
前記標準電圧を前記電極に印加して前記電極に電荷を蓄えさせること、および前記電極を接地して前記電荷を放電させること、のどちらか一方の状態に切換えるスイッチ手段と、
前記スイッチ手段を所定周期.で切り換え作動させるために、前記スイッチ手段に対して所定周波数の動作信号を出力する動作信号出力手段と、
前記電極に標準電圧を印加したときの前記電極に発生する電圧である検出信号が入力されると該検出信号を処理して出力する信号処理手段と、を備え、
前記動作信号出力手段は、第1の周期で前記スイッチ手段を切り換え作動させるための第1周波数の第1動作信号、および、第2の周期で前記スイッチ手段を切り換え作動させるための第2周波数の第2動作信号を出力し、
前記信号処理手段は、前記スイッチ手段が前記第1の周期で切換え作動しているときの前記検出信号である第1検出信号、および前記スイッチ手段が前記第2の周期で切換え作動しているときの前記検出信号である第2検出信号に基づいて前記液体の性状である前記液体に含まれる成分の濃度を検出する液体性状検出装置であって、
前記信号処理手段は、前記第1検出信号および前記第2検出信号に基づいて濃度を算出する処理工程におけるゲインを、前記第1検出信号および前記第2検出信号の少なくとも一方に応じて変化させ、
前記第1検出信号および前記第2検出信号の少なくとも一方が小さくなるに連れて前記ゲインを大きくすることを特徴とする液体性状検出装置。 - 電極と、
前記電極に印加される電圧である標準電圧を発生する標準電圧発生手段と、
前記標準電圧を前記電極に印加して前記電極に電荷を蓄えさせること、および前記電極を接地して前記電荷を放電させること、のどちらか一方の状態に切換えるスイッチ手段と、
前記スイッチ手段を所定周期.で切り換え作動させるために、前記スイッチ手段に対して所定周波数の動作信号を出力する動作信号出力手段と、
前記電極に標準電圧を印加したときの前記電極に発生する電圧である検出信号が入力されると該検出信号を処理して出力する信号処理手段と、を備え、
前記動作信号出力手段は、第1の周期で前記スイッチ手段を切り換え作動させるための第1周波数の第1動作信号、および、第2の周期で前記スイッチ手段を切り換え作動させるための第2周波数の第2動作信号を出力し、
前記信号処理手段は、前記スイッチ手段が前記第1の周期で切換え作動しているときの前記検出信号である第1検出信号、および前記スイッチ手段が前記第2の周期で切換え作動しているときの前記検出信号である第2検出信号に基づいて前記液体の性状である前記液体に含まれる成分の濃度を検出する液体性状検出装置であって、
前記動作信号出力手段は、前記第1周波数と前記第2周波数との差である差周波数を、前記第1検出信号および前記第2検出信号の少なくとも一方に応じて変化させ、
前記動作信号出力手段は、前記第1検出信号および前記第2検出信号の少なくとも一方が小さくなるに連れて前記差周波数を大きくすることを特徴とする液体性状検出装置。 - 電極と、
前記電極に印加される電圧である標準電圧を発生する標準電圧発生手段と、
前記標準電圧を前記電極に印加して前記電極に電荷を蓄えさせること、および前記電極を接地して前記電荷を放電させること、のどちらか一方の状態に切換えるスイッチ手段と、
前記スイッチ手段を所定周期で切り換え作動させるために、前記スイッチ手段に対して所定周波数の動作信号を出力する動作信号出力手段と、
前記電極に標準電圧を印加したときの前記電極に発生する電圧である検出信号が入力されると該検出信号を処理して出力する信号処理手段と、を備え、
前記動作信号出力手段は、第1の周期で前記スイッチ手段を切り換え作動させるための第1周波数の第1動作信号、および、第2の周期で前記スイッチ手段を切り換え作動させるための第2周波数の第2動作信号を出力し、
前記信号処理手段は、前記スイッチ手段が前記第1の周期で切換え作動しているときの前記検出信号である第1検出信号、および前記スイッチ手段が前記第2の周期で切換え作動しているときの前記検出信号である第2検出信号に基づいて前記液体の性状である前記液体に含まれる成分の濃度を検出する液体性状検出装置であって、
前記動作信号出力手段は、前記標準電圧を、前記第1検出信号および前記第2検出信号の少なくとも一方の大きさに応じて変化させ、
前記動作信号出力手段は、前記第1検出信号および前記第2検出信号の少なくとも一方が小さくなるに連れて前記標準電圧を高くすることを特徴とする液体性状検出装置。 - 前記信号処理手段において前記第1検出信号および前記第2検出信号に基づいて算出された濃度としての電気信号である出力電圧が、選択可能な前記ゲインのうちの任意の前記ゲインを用いて算出しても必ず前記出力電圧が飽和しないように、前記第1周波数および前記第2周波数の差周波数を設定する差周波数較正手段と、
前記差周波数較正手段で設定された差周波数である較正差周波数を用い且つすべての選択可能な前記ゲイン毎に前記出力電圧を算出し、このようにして算出された各前記出力電圧である各較正出力電圧に基づいて、前記信号処理手段における前記ゲインの切り替え機能が正常であるかどうかを判定する判定手段と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の液体性状検出装置。 - 前記信号処理手段において前記第1検出信号および前記第2検出信号に基づいて算出された濃度としての電気信号である出力電圧が、選択可能な前記第1周波数と前記第2周波数との差である前記差周波数のうちの任意の前記差周波数を用いて算出しても必ず前記出力電圧が飽和しないように、前記第1検出信号および前記第2検出信号に基づいて濃度を算出する前記処理工程におけるゲインを設定するゲイン較正手段と、
前記ゲイン較正手段で設定されたゲインである較正ゲインを用い且つすべての選択可能な前記差周波数毎に前記出力電圧を算出し、このようにして算出された各前記出力電圧である各較正出力電圧に基づいて、前記信号処理手段における前記差周波数の切り替え機能が正常であるかどうかを判定する判定手段と、を備えることを特徴とする請求項2に記載の液体性状検出装置。 - 前記信号処理手段において前記第1検出信号および前記第2検出信号に基づいて算出された濃度としての電気信号である出力電圧が、選択可能な前記標準電圧のうちの任意の前記標準電圧を用いて算出しても必ず前記出力電圧が飽和しないように、前記第1検出信号および前記第2検出信号に基づいて濃度を算出する前記処理工程におけるゲインを設定するゲイン較正手段と、
前記ゲイン較正手段で設定されたゲインである較正ゲインを用い且つすべての選択可能な前記標準電圧毎に前記出力電圧を算出し、このようにして算出された各前記出力電圧である各較正出力電圧に基づいて、前記信号処理手段における前記標準電圧の切り替え機能が正常であるかどうかを判定する判定手段と、を備えることを特徴とする請求項3に記載の液体性状検出装置。 - 前記電極と電気的に並列に接続・遮断可能に配置された電気容量素子と、
前記電極と前記電気容量素子との電気的接続・遮断を切換える切換え手段と、を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一つに記載の液体性状検出装置。
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