JP2010145279A - 燃料性状センサ - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度を向上する燃料性状センサを提供する。
【解決手段】第１ハウジング１０は燃料室１１を有する。第１電極４０は、第１ハウジング１０の開口２９から燃料室１１に挿入される。第２電極５０は、第１電極４０の内部空間に収容される。ガラスシール５１は、第１電極４０と第２電極５０とを固定している。サーミスタ５２は、第２電極５０の底部内側に設置される。第２ハウジング３０は、第１ハウジング１０と結合し、開口２９を塞いでいる。電気回路６０は、第２ハウジング３０内で第１電極４０、第２電極５０およびサーミスタ５２と電気的に接続し、第１電極４０と第２電極５０との間の静電容量を検出する。第１弾性部材７０は、第２ハウジング３０と第１電極４０との間に挟まれ、第１ハウジング１０の第１段差面２３に第１電極４０を付勢する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料の静電容量に基づいて燃料の性状を検出する燃料性状センサに関する。

従来、燃料としてエタノール混合ガソリンを使用する自動車では、燃料中のエタノール濃度を検出し、このエタノール濃度に応じた燃料噴射量および燃料噴射時期を設定することで、排ガスの悪化を抑制し、運転性への影響を低減している。
特許文献１では、燃料通路を有する第１電極と、この燃料通路に設けられた第２電極との間の静電容量を検出し、この検出値を温度センサにより検出した燃料温度で補正し燃料中のエタノール濃度を検出している。
しかし、このような燃料性状センサでは、エタノール濃度を検出する電気回路からの発熱、および、外部雰囲気の熱がハウジング内を熱伝導し、温度センサの検出値に影響を与えることが懸念される。燃料温度の検出値に誤差が生じると、エタノール濃度の検出精度が悪くなる。
また、搬送時および組付け時の衝撃等によって、第１電極と第２電極との間を絶縁するガラスシールの割れ、または亀裂が生じることが懸念される。ガラスシールが破損すると、燃料通路から燃料漏れを生じる。
さらに、電気回路を収容するハウジングと、第１、第２電極との熱膨張率の違いにより、第１、第２電極と電気回路とを接続する導電体が断線し、静電容量が検出不能になることが懸念される。

米国特許第７０３０６２９号明細書

本発明の目的は、検出精度を向上する燃料性状センサを提供することにある。

請求項１に係る発明によると、第１ハウジングは燃料を流通する燃料室と、この燃料室と外部とを連通する開口とを有する。第１電極は、第１ハウジングの開口から挿入され、第１ハウジングの燃料室と連通する内部空間を有する。有底筒状の第２電極は、第１電極の内部空間に収容され、外壁が燃料に浸漬される。絶縁体は、第１電極と第２電極とを固定する。温度センサは、第２電極の内部空間に収容され、第２電極の底部内側に設置される。第２ハウジングは、第１ハウジングの開口を塞ぐとともに第１ハウジングと結合している。電気回路は、第２ハウジング内に収容され、第１電極、第２電極および温度センサと電気的に接続し、第１電極と第２電極との間の静電容量を検出する。弾性部材は、第２ハウジングと第１電極との間に挟まれ、第１ハウジングの反開口側の内壁に第１電極を付勢する。このため、弾性部材は、第２ハウジングと第１電極との熱膨張率の違いによって第２ハウジングと第１電極との間に隙間が生じることを抑制する。これにより、第１電極と電気回路とを接続する導電体の断線を防止することができる。
また、弾性部材は、例えば、搬送時および組付け時の落下等により第２ハウジングに外力が加わるとき、第２ハウジングから第１電極を介して絶縁体に伝わる衝撃を吸収することで、第１電極と第２電極とを固定する絶縁体の割れ、または亀裂の発生を抑制する。これにより、燃料通路内の燃料が電気回路へ漏れることを防止することができる。
さらに、弾性部材は、電気回路の発熱が第２ハウジング、第１電極、絶縁体、第２電極を経由して温度センサに熱伝導することを、第２ハウジングと第１電極との間で遮断する。これにより、温度センサは、第２電極を経由して伝わる第１電極と第２電極の間の燃料温度を正確に検知する。この結果、燃料性状センサの検出性能を向上することができる。

請求項２に係る発明によると、弾性部材は、第２ハウジングおよび第１電極よりも熱伝導率の小さい材料から形成されている。このため、弾性部材は、第２ハウジングと第１電極との間の熱伝導を確実に遮断することができる。
請求項３に係る発明によると、第１ハウジングの反開口側の内壁は、弾性部材の付勢する方向と交差するように形成される段差面である。このため、弾性部材は、第１ハウジングの段差面へ第１電極を確実に付勢することができる。

請求項４に係る発明によると、弾性部材は、第２ハウジングの底部に形成された収容孔に収容される第２電極と第２ハウジングとの間に設けられる。このため、第２電極と第２ハウジングとの隙間から電気回路へ燃料が漏れることを防止することができる。

請求項５に係る発明によると、第２弾性部材は、筒状の絶縁体の径外方向であて、前記第１電極と前記第１ハウジングとの間に設けられる。このため、第２弾性部材は、第１ハウジングと第１電極との隙間からの燃料漏れを抑制することができる。
また、第２弾性部材は、第１ハウジングに外力が加わるとき、第１ハウジングから第１電極に伝わる衝撃を吸収することで、絶縁体の割れ、亀裂の発生を抑制する。これにより、燃料通路内の燃料が電気回路へ漏れることを防止することができる。
さらに、弾性部材は、電気回路の発熱が第２ハウジング、第１ハウジング、第１電極、絶縁体、第２電極を経由して温度センサに熱伝導することを、第１ハウジングと第１電極との間で遮断する。これにより、温度センサは、第２電極を経由して伝達される燃料温度を正確に検知することができる。

請求項６に係る発明によると、第１ハウジングには、燃料室に燃料を供給および排出する燃料配管が接続される。このため、燃料配管の形状を変更すれば、多様な車種に同一構成の燃料性状センサの適用することが可能となる。これにより、第１、第２電極の形状を同一に形成することで、検出精度を向上することができる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料性状センサ１を図１および図２に示す。本実施形態の燃料性状センサは、自動車の燃料タンクからインジェクタの間に設けられ、燃料中のエタノール濃度を検出する。燃料性状センサで検出したエタノール濃度は、エンジンの制御装置（以下、「ＥＣＵ」という）へ伝送され、ＥＣＵは、エタノール濃度に基づいて、インジェクタの燃料噴射量および噴射時期等を制御する。これにより、エンジンのトルク特性を所望の値とすることで運転性を良好にするとともに、排出ガス中の有害成分量を低減している。

燃料性状センサ１は、第１ハウジング１０、第２ハウジング３０、第１電極４０、第２電極５０、サーミスタ５２、および、電気回路６０等から構成されている。
第１ハウジング１０は、例えば、ステンレスなどの金属、または、樹脂から略筒状に形成され、内部に燃料室１１を有している。
第１ハウジング１０の軸方向の両端に、燃料配管１２、１３が接続している。燃料配管１２、１３は、例えば、ステンレスなどの金属から筒状に形成され、内部に燃料通路１４、１５を有している。燃料配管１２、１３は、燃料性状センサ１の適用される自動車の燃料系に適合する形状に形成されている。燃料配管１２、１３は、例えば、銅から形成されるシール部材１６、１７を介して第１ハウジング１０にねじ結合している。燃料配管１２、１３の途中の径外方向の外壁には爪１８、１９が設けられている。燃料配管１２、１３は、この爪１８、１９に嵌合する図示しないコネクタを経由して、自動車の燃料タンクとインジェクタとの間の燃料系に接続する。これにより、燃料配管１２、１３の燃料通路１４、１５、および、第１ハウジング１０の燃料室１１に燃料が供給される。

第１電極４０は、例えば、ステンレス等の金属から略円筒状に形成されている。第１電極４０は、第１ハウジング１０の径方向に燃料室１１と外部とを連通するように形成された挿入孔２０の開口２９から、第１ハウジング１０の燃料室１１内に挿入されている。
第１電極４０は、第１ハウジング１０の燃料室１１内に収容される筒部４１、第１ハウジングの挿入孔２０に挿入され筒部４１よりも径の大きい中径部４２、および、中径部４２よりも径の大きい大径部４３から構成されている。筒部４１には、径方向の外壁と内壁とを通じる燃料孔４４、４５が設けられている。このため、第１ハウジング１０の燃料室１１から燃料孔４４、４５を経由して第１電極４０の内部空間４６に燃料が流入する。筒部４１の大径部４３とは反対側の端部は、第１ハウジング１０の挿入孔２０とは径方向反対側の内壁に形成された凹溝２１に収容されている。なお、凹溝２１と筒部４１の端部との間には僅かな隙間が設けられている。

第１ハウジング１０の挿入孔２０を形成する内壁は、第１電極４０の大径部４３、中径部４２に対応し、径の大きさが途中で変化している。第１ハウジング１０の挿入孔２０を形成する内壁は、第１電極４０の大径部４３に対応し、第１ハウジング１０の軸に垂直な第１垂直面２２と、第１ハウジング１０の軸に平行な第１段差面２３とを有している。また、第１ハウジング１０の挿入孔２０を形成する内壁は、第１電極４０の中径部４２に対応し、第１ハウジング１０の軸に垂直な第２垂直面２４と、第１ハウジング１０の軸に平行な第２段差面２５とを有している。ここで、第１段差面２３は、挿入孔２０における開口２９とは反対側の内壁であり、大径部４３の燃料室１１側の面と液密に当接している。大径部４３の径外方向の面と第１垂直面２２との間、および、中径部４２と第２垂直面２４および第２段差面２５との間には僅かな隙間が設けられている。

第２電極５０は、例えば、ステンレス等の金属から有底筒状に形成され、第１電極４０の内部空間４６に収容されている。この内部空間４６には第１ハウジング１０の燃料室１１から燃料が流入しているので、第２電極５０の径外方向の外壁は、燃料に浸漬されている。
絶縁体としてのガラスシール５１は、第１電極４０の大径部４３および中径部４２の径内方向の内壁と、第２電極５０の径外方向の外壁とを固定している。このため、第１電極４０と第２電極５０とは一体に構成されている。ガラスシール５１は、第１電極４０と第２電極５０とを電気的に絶縁している。

温度センサとしてのサーミスタ５２は、温度変化によって電気抵抗を変える温度検出素子である。サーミスタ５２は、第２電極５０の内部に収容され、第２電極５０の底部の内壁に当接している。第２電極５０の外側を流通する燃料の温度は、第２電極５０を経由してサーミスタ５２に熱伝導する。これにより、サーミスタ５２は、第１電極４０と第２電極５０との間を流通する燃料の温度を検出する。

第２ハウジング３０は、例えば、樹脂から有底筒状に形成されている。第２ハウジング３０は、底部の外壁３１を第１ハウジング１０の挿入孔２０が形成される外壁２６に当接し、開口２９を塞いでいる。第２ハウジング３０は、例えば、第２ハウジング３０の底部の内壁側から第１ハウジングに図示しないビス止めがされることで第１ハウジング１０と結合する。
第１ハウジング１０の挿入孔２０を有する外壁には、開口２９を囲む溝部２７が形成されている。溝部２７と第２ハウジング３０の外壁３１との間にはパッキン３３が圧縮されて収容されており、第１ハウジング１０と第２ハウジング３０との間に外部から水等が浸入することを防止している。

第２ハウジング３０の開口部には、板状の蓋３４が設けられ、第２ハウジング３０内へ外部から水等が浸入することを防止している。蓋３４は、第２ハウジング３０の径外方向に突出する係止部３５に係止された板状のスプリング３６によって第２ハウジング３０の開口部３９に固定されている。
第２ハウジング３０の底部には収容孔３７が設けられ、第２電極５０の開口側の端部を収容している。収容孔３７を形成する第２ハウジング３０の内壁と、第２電極５０の外壁との間には隙間が設けられている。

電気回路６０は、回路基板に設けられたマイクロコンピュータ、ＩＣ、抵抗等の電気的素子から構成され、第２ハウジング３０内に収容されている。電気回路６０と、第１電極４０および第２電極５０とをそれぞれ第１導電体６１および第２導電体６２が電気的に接続している。電気回路６０とサーミスタ５２とを第３導電体６３、第４導電体６４が電気的に接続している。このため、電気回路６０は、第１電極４０と第２電極５０との間の静電容量を検出可能となる。また、電気回路６０は、サーミスタ５２によって検出した燃料温度により静電容量の値を補正することで燃料中のエタノール濃度値を検出する。
第２ハウジング３０には図示しないコネクタが設けられている。電気回路６０の検出したエタノール濃度値は、コネクタを経由してＥＣＵに電送される。

第１弾性部材７０は、第２ハウジング３０および第１電極４０よりも熱伝導率の小さい、例えば、板状のゴム等から形成され、第２ハウジング３０の底部の外壁に形成された凹部３８と第１電極４０との間に挟まれている。このため、第１電極４０の大径部４３の燃料室１１側の面は、第１ハウジング１０の第１段差面２３へ押し付けられている。第２ハウジング３０の凹部３８は、第１電極４０の大径部４３よりも径外方向に大きく形成されている。このため、第１弾性部材７０は、第１電極４０の大径部４３の径外方向の外壁と、第１ハウジング１０の第１垂直面２２との当接面をシールしている。また、第１弾性部材７０には、円孔７１が設けられている。第１弾性部材７０の円孔７１の内壁は、第２電極５０の径外方向の外壁と液密に当接している。

ＥＣＵから電気回路６０を通じて第２電極５０に電圧が印加されると、第１電極４０と第２電極５０との間に静電容量が形成される。静電容量の値は燃料の比誘電率によって変化する。ここで、ガソリンの比誘電率は、約２．０〜２．２であり、エタノールの比誘電率は約２４．５である。この比誘電率は、温度によって変化する。このため、電気回路６０の検出する静電容量は、燃料中のガソリンとエタノールとの混合比および燃料温度によって変化する。
電気回路６０は、第１電極４０と第２電極５０との間の静電容量比を、サーミスタ５２で検出した燃料温度で補正することで、燃料中のエタノール濃度を検出する。電気回路６０が検出したエタノール濃度は、ＥＣＵに伝送される。ＥＣＵは、燃料中のエタノール濃度に基づいて燃料噴射量、噴射時期等を設定する。

本実施形態では、第１弾性部材７０は、第１ハウジング１０の第１段差面２３を大径部４３の燃料室１１側の面へ押し付けている。このため、第１弾性部材７０は、樹脂から形成される第２ハウジング３０と金属から形成される第１電極４０との熱膨張率の違いによって第２ハウジング３０と第１電極４０との間に隙間が生じることを抑制する。これにより、第１弾性部材７０は、第１電極４０と電気回路６０とを接続する第１導電体６１の断線を防止することができる。また、第２電極５０は、第１電極４０にガラスシール５１によって固定されているので、第２ハウジング３０と第１電極４０との間に隙間が生じると、第２電極５０と電気回路６０とを接続する第２導電体６２の断線が懸念される。第１弾性部材７０は、第２ハウジング３０と第１電極４０との間に隙間が生じることを抑制することで、第２電極５０と電気回路６０とを接続する第２導電体６２の断線を防止することができる。

さらに、本実施形態では、第２ハウジング３０の凹部３８と第１電極４０との間に第１弾性部材７０が挟まれている。このため、搬送時および組付け時の落下等によって第１、第２ハウジング１０、３０に外力が加わるとき、第１弾性部材７０は、第１電極４０の軸方向に加わる衝撃を吸収する。これにより、第１電極４０と第２電極５０とを固定しているガラスシール５１に割れ、または亀裂が生じることを防止することができる。
また、本実施形態では、第１弾性部材７０は、第２ハウジング３０と第１電極４０またはガラスシール５１との間の熱電導を抑制する。このため、電気回路６０の発熱が第２ハウジング３０、第１電極１０、ガラスシール５１を経由して第２電極５０に熱伝導することが抑制される。これにより、サーミスタ５２は、第２電極を経由して伝わる第１、第２電極４０、５０間の燃料温度を正確に検出することができる。この結果、電気回路６０は、燃料中のエタノール濃度を正確に検出することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の燃料性状センサを図３に示す。第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態の燃料性状センサ２では、第１電極４０の中径部４２の径外方向の外壁と、第１ハウジング１０の第２垂直面２４１との間に所定の間隔が設けられ、この間に、第２弾性部材８０が挟まれている。第２弾性部材８０は、第１ハウジング１０および第１電極４０よりも熱伝導率の小さい、例えば、ゴム等から断面円形の円環形状に形成される。第２弾性部材８０は、第１電極４０の中径部４２の径外方向の外壁、および、第１ハウジング１０の第２垂直面２４１に液密に当接し、第１ハウジング１０と第１電極４０との隙間から燃料が漏れることを防止する。

本実施形態では、第２弾性部材８０は、ガラスシール５１の径外方向に設けられている。このため、搬送時および組付け時の落下等によって第１、第２ハウジング１０、３０、または、燃料配管１２、１３に外力が加わるとき、第２弾性部材８０は、第１電極４０の径方向に加わる衝撃を吸収する。これにより、第１電極４０と第２電極５０とを固定しているガラスシール５１に割れ、または亀裂が生じることを確実に防止することができる。
さらに、本実施形態では、第２弾性部材８０は、第１ハウジング１０と第１電極４０との間に挟まれている。このため、第２弾性部材８０は、第１ハウジング１０と第１電極４０との間の熱電導を抑制する。これにより、電気回路６０の発熱が第２ハウジング３０、第１ハウジング１０、第１電極１０、ガラスシール５１を経由して第２電極５０に熱伝導することが抑制されるので、サーミスタ５２は、第２電極を経由して伝わる第１、第２電極４０、５０間の燃料温度を正確に検出することができる。この結果、燃料性状センサ２の検出精度を向上することができる。

（他の実施形態）
上記説明した複数の実施形態では、第１、第２弾性部材７０、８０は、ゴムから形成した。これに対し、第１、第２弾性部材は、樹脂等から形成してもよい。また、第１、第２弾性部材の内部に気泡を設け、熱伝導率を小さくしてもよい。
なお、上記説明した複数の実施形態では、燃料中のエタノール濃度を検出する燃料性状センサについて説明した。これに対し、本発明は、比誘電率の異なる混合燃料の性状を測定する種々の燃料性状センサに適用することができることは言うまでもない。
以上説明したように、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態の実施が可能である。

本発明の第１実施形態による燃料性状センサの断面図。 本発明の第１実施形態による燃料性状センサの要部断面図。 本発明の第２実施形態による燃料性状センサの要部断面図。

符号の説明

１：燃料性状センサ、１０：第１ハウジング、１１：燃料通路、２０：挿入孔、２３：第１段差面、２９：開口、３０：第２ハウジング、３７：収容孔、４０：第１電極、４６：内部空間、５０：第２電極、５１：ガラスシール（絶縁体）、５２：サーミスタ（温度センサ）、６０：電気回路、７０：第１弾性部材（弾性部材）

Claims (6)

1. 燃料を流通する燃料室と、該燃料室と外部とを連通する開口とを有する第１ハウジングと、
   前記第１ハウジングの前記開口から挿入され、前記燃料室と連通する内部空間を有する第１電極と、
   前記第１電極の前記内部空間に収容され、外壁が燃料に浸漬される有底筒状の第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極とを固定する絶縁体と、
   前記第２電極の内部空間に収容され、前記第２電極の底部内側に設置される温度センサと、
   前記第１ハウジングの前記開口を塞ぐとともに前記第１ハウジングと結合する第２ハウジングと、
   前記第２ハウジング内に収容され、前記第１電極、前記第２電極および前記温度センサと電気的に接続し、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量を検出する電気回路と、
   前記第２ハウジングと前記第１電極との間に挟まれ、前記第１ハウジングの反開口側の内壁に前記第１電極を付勢する弾性部材と、を備えることを特徴とする燃料性状センサ。
2. 前記弾性部材は、前記第２ハウジングおよび前記第１電極よりも熱伝導率の小さい材料から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料性状センサ。
3. 前記第１ハウジングの反開口側の内壁は、前記弾性部材の付勢する方向と交差するように形成される段差面であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料性状センサ。
4. 前記弾性部材は、前記第２ハウジングの底部に形成された収容孔に収容される前記第２電極と、前記第２ハウジングとの間に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料性状センサ。
5. 筒状の絶縁体の径外方向であって、前記第１電極と前記第１ハウジングとの間に第２弾性部材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料性状センサ。
6. 前記第１ハウジングの前記燃料室に燃料を供給および排出する燃料配管をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料性状センサ。

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