JP2010223733A

JP2010223733A - Alcohol concentration detector

Info

Publication number: JP2010223733A
Application number: JP2009070928A
Authority: JP
Inventors: Koji Yoshikawa; 晃司吉川; Hisashi Kino; 久志木野; Naoaki Matsubara; 直明松原
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2010-10-07

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To precisely detect a concentration of an alcohol contained in fuel supplied to an internal combustion engine. <P>SOLUTION: This alcohol concentration detector includes a light source 42, an optical fiber 44 having a core for propagating a light incident from the light source 42, a photoreception part 46 for receiving the light propagated by the optical fiber 44, and a computation part for determining the concentration of the alcohol contained in the fuel, using an intensity of the light received by the photoreception part. At least one portion of the core of the optical fiber is exposed on a surface, a metal film is formed, in the exposed portion, to generate a surface plasmon phenomenon, and the portion formed with the metal film is immersed into the fuel. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関（例えば、自動車用エンジン）に供給される燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出装置に関する。 The present invention relates to an alcohol concentration detection device that detects the alcohol concentration of fuel supplied to an internal combustion engine (for example, an automobile engine).

内燃機関に供給される燃料を適切な空燃比で燃焼させるためには、燃料の性状を正確に判定する必要がある。このため、燃料性状を判定するための装置が開発されている（特許文献１）。特許文献１の判定装置は、光源からの光を伝搬するコアを有する光ファイバーと、その光ファイバーにより伝搬された光を受光する受光部と、その受光部で受光した光の強度から燃料性状を判定する燃料性状判定部を備えている。コアの一部は、内燃機関に供給される燃料と接触している。このため、コアを伝搬する光の一部（エバネッセント波）は燃料によって吸収され、燃料によって吸収されなかった光が受光部で受光される。燃料によって吸収される光の強度は、燃料の屈折率によって変化する。燃料の屈折率は、燃料性状によって変化する。このため、燃料性状判定部は、受光部で受光した光の強度から燃料の屈折率を決定し、その決定した屈折率から燃料性状（重質燃料か軽質燃料か）を判定している。 In order to burn the fuel supplied to the internal combustion engine at an appropriate air-fuel ratio, it is necessary to accurately determine the properties of the fuel. For this reason, an apparatus for determining fuel properties has been developed (Patent Document 1). The determination apparatus of Patent Document 1 determines the fuel property from an optical fiber having a core that propagates light from a light source, a light receiving unit that receives light propagated by the optical fiber, and the intensity of light received by the light receiving unit. A fuel property determination unit is provided. A part of the core is in contact with the fuel supplied to the internal combustion engine. For this reason, a part of the light propagating through the core (evanescent wave) is absorbed by the fuel, and the light not absorbed by the fuel is received by the light receiving unit. The intensity of light absorbed by the fuel varies with the refractive index of the fuel. The refractive index of the fuel varies depending on the fuel properties. Therefore, the fuel property determination unit determines the refractive index of the fuel from the intensity of light received by the light receiving unit, and determines the fuel property (heavy fuel or light fuel) from the determined refractive index.

特開２００５−１７２４６６号公報JP 2005-172466 A

近年、アルコール（例えば、バイオエタノール等）を含有する燃料を内燃機関の燃料として使用することが検討されている。アルコール含有燃料を内燃機関の燃料として使用する場合においても、アルコール含有燃料を適切な空燃比で燃焼させるためには、燃料中のアルコール濃度を精度良く検出する必要がある。上述した燃料性状判定装置は、受光部で受光される光の強度から燃料の屈折率を求め、求めた屈折率から燃料性状を判定している。燃料中のアルコール濃度が変化しても燃料の屈折率は変化するため、上述した燃料性状判定装置によって燃料中のアルコール濃度を判定することが理論上は可能である。しかしながら、燃料のアルコール濃度変化に対して燃料の屈折率変化が小さいため、上述した燃料性状判定装置では、燃料のアルコール濃度変化に対して受光部で受光される光の強度変化が小さい。このため、上述した燃料性状判定装置では、燃料中のアルコール濃度を精度良く判定することができないという問題を有していた。 In recent years, it has been studied to use a fuel containing alcohol (for example, bioethanol) as a fuel for an internal combustion engine. Even when an alcohol-containing fuel is used as a fuel for an internal combustion engine, in order to burn the alcohol-containing fuel at an appropriate air-fuel ratio, it is necessary to accurately detect the alcohol concentration in the fuel. The fuel property determination device described above obtains the refractive index of the fuel from the intensity of light received by the light receiving unit, and judges the fuel property from the obtained refractive index. Since the refractive index of the fuel changes even if the alcohol concentration in the fuel changes, it is theoretically possible to determine the alcohol concentration in the fuel by the fuel property determination device described above. However, since the change in the refractive index of the fuel is small with respect to the change in the alcohol concentration of the fuel, the above-described fuel property determination apparatus has a small change in the intensity of light received by the light receiving unit with respect to the change in the alcohol concentration of the fuel. For this reason, the fuel property determination device described above has a problem that the alcohol concentration in the fuel cannot be accurately determined.

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、燃料中のアルコール濃度を精度良く検出することができるアルコール濃度検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an alcohol concentration detection device that can accurately detect the alcohol concentration in fuel.

本願のアルコール濃度検出装置は、内燃機関に供給される燃料に含まれるアルコールの濃度を検出する。このアルコール濃度検出装置は、光源と、光源から入射される光を伝搬するコアを有する第１の光ファイバーと、第１の光ファイバーによって伝搬された光を受光する第１の受光部と、第１の受光部で受光した光の強度を用いて燃料に含まれるアルコール濃度を決定する演算部を備えている。そして、第１の光ファイバーのコアの少なくとも一部分が表面に露出しており、その露出した部分に表面プラズモン現象を発生する金属膜が形成されており、その金属膜が形成された部分が燃料中に浸漬されている。
このアルコール濃度検出装置は、光ファイバーのコアの表面に金属膜が形成され、コアを伝搬する光の一部（エバネッセント波）が表面プラズモン共鳴によって吸収される。表面プラズモン共鳴によって吸収される光の強度は燃料の屈折率によって大きく変化する。したがって、燃料の屈折率の変化に対して、受光部で受光される光の強度変化を大きくする。これによって、燃料中のアルコール濃度を精度良く検出することができる。 The alcohol concentration detection device of the present application detects the concentration of alcohol contained in fuel supplied to an internal combustion engine. The alcohol concentration detection apparatus includes a light source, a first optical fiber having a core that propagates light incident from the light source, a first light receiving unit that receives light propagated by the first optical fiber, A calculation unit is provided that determines the concentration of alcohol contained in the fuel using the intensity of light received by the light receiving unit. At least a part of the core of the first optical fiber is exposed on the surface, and a metal film that generates a surface plasmon phenomenon is formed on the exposed part, and the part on which the metal film is formed is in the fuel. Soaked.
In this alcohol concentration detector, a metal film is formed on the surface of the core of the optical fiber, and a part of the light (evanescent wave) propagating through the core is absorbed by surface plasmon resonance. The intensity of light absorbed by the surface plasmon resonance varies greatly depending on the refractive index of the fuel. Therefore, the change in the intensity of the light received by the light receiving unit is increased with respect to the change in the refractive index of the fuel. Thereby, the alcohol concentration in the fuel can be detected with high accuracy.

上記のアルコール濃度検出装置は、光源から入射される光を伝搬するコアを有する第２の光ファイバーと、第２の光ファイバーによって伝搬された光を受光する第２の受光部をさらに備えることができる。第２の光ファイバーは、第１の光ファイバーと同一部分が表面に露出しており、その露出した部分には金属膜が形成されていない。そして、演算部は、第１の受光部で受光した光の強度と第２の受光部で受光した光の強度の差を用いて、燃料に含まれるアルコール濃度を決定することが好ましい。
このような構成によると、光源の経時変化や電圧変化等によって受光部で受光される光の強度が変化しても、第１の光ファイバーに入射される光の強度と第２の光ファイバーで入射される光の強度が同様に変化する。そのため、これらの影響をキャンセルすることができ、アルコール濃度を精度良く検出することができる。
なお、上記の構成を採る場合は、第１の光ファイバーと第２の光ファイバーを同一の剛体（取付プレート）に取付けることが好ましい。このような構成によると、光ファイバーが取付けられている取付プレートが変形しても、第１の光ファイバーと第２の光ファイバーが同様に変形するため、その影響をキャンセルすることができる。これによって、アルコール濃度を精度良く検出することができる。
また、第１の光ファイバーを伝搬する光を受光する受光部（第１の受光部）と、第２の光ファイバーを伝搬する光を受光する受光部（第２の受光部）を同一の受光部とすることができる。このように構成することで、受光部の経時変化による影響がキャンセルされ、アルコール濃度を精度良く検出することができる。この場合、第１の光ファイバーを伝搬される光を受光部に導く状態と、第２の光ファイバーを伝搬される光を受光部に導く状態とに切換え可能としてもよいし、あるいは、第１の光ファイバーに光を入射する状態と、第２の光ファイバーに光を入射する状態とに切換え可能としてもよい。 The alcohol concentration detection device may further include a second optical fiber having a core that propagates light incident from the light source, and a second light receiving unit that receives the light propagated by the second optical fiber. The same part of the second optical fiber as the first optical fiber is exposed on the surface, and no metal film is formed on the exposed part. And it is preferable that a calculating part determines the alcohol concentration contained in fuel using the difference of the intensity | strength of the light received by the 1st light-receiving part, and the intensity | strength of the light received by the 2nd light-receiving part.
According to such a configuration, even if the intensity of light received by the light receiving unit changes due to a change in the light source over time or a change in voltage, the intensity of the light incident on the first optical fiber and the second optical fiber are incident. The intensity of the light changes as well. Therefore, these influences can be canceled and the alcohol concentration can be detected with high accuracy.
In addition, when taking said structure, it is preferable to attach a 1st optical fiber and a 2nd optical fiber to the same rigid body (attachment plate). According to such a configuration, even if the mounting plate to which the optical fiber is attached is deformed, the first optical fiber and the second optical fiber are similarly deformed, so that the influence can be canceled. Thereby, the alcohol concentration can be detected with high accuracy.
Further, the light receiving unit (first light receiving unit) that receives light propagating through the first optical fiber and the light receiving unit (second light receiving unit) that receives light propagating through the second optical fiber are the same light receiving unit. can do. By configuring in this way, the influence due to the temporal change of the light receiving unit is canceled, and the alcohol concentration can be detected with high accuracy. In this case, it is possible to switch between a state in which the light propagated through the first optical fiber is guided to the light receiving unit and a state in which the light propagated through the second optical fiber is guided to the light receiving unit, or the first optical fiber. It is possible to switch between a state in which light is incident on and a state in which light is incident on the second optical fiber.

上記のアルコール濃度検出装置は、燃料の温度を検出する温度センサをさらに備えることができる。そして、演算部は、温度センサで検出した燃料温度に基づいてアルコール濃度を補正することが好ましい。このような構成によると、燃料の温度による影響が補正されるため、燃料中のアルコール濃度を精度良く検出することができる。 The alcohol concentration detection device may further include a temperature sensor that detects the temperature of the fuel. And it is preferable that a calculating part correct | amends alcohol concentration based on the fuel temperature detected with the temperature sensor. According to such a configuration, since the influence of the temperature of the fuel is corrected, the alcohol concentration in the fuel can be detected with high accuracy.

上記のアルコール濃度検出装置では、第１の光ファイバーのコアの金属膜が形成された部分が水分分離膜で覆われていることが好ましい。このような構成によると、燃料中の水分の影響が低減されるため、燃料中のアルコール濃度を精度良く検出することができる。 In the above alcohol concentration detection device, it is preferable that the portion of the core of the first optical fiber where the metal film is formed is covered with a moisture separation film. According to such a configuration, since the influence of moisture in the fuel is reduced, the alcohol concentration in the fuel can be accurately detected.

上記のアルコール濃度検出装置は、燃料性状の種類を入力する手段と、燃料性状の種類毎に屈折率とアルコール濃度の関係を記憶する記憶手段をさらに有することができる。そして、演算部は、入力された燃料性状の種類に対応する屈折率とアルコール濃度の関係を用いてアルコール濃度を決定することが好ましい。このような構成によると、燃料性状の種類が変わっても、アルコール濃度を検出することができる。 The alcohol concentration detection device may further include means for inputting a fuel property type and storage means for storing the relationship between the refractive index and the alcohol concentration for each fuel property type. And it is preferable that a calculating part determines alcohol concentration using the relationship between the refractive index and alcohol concentration corresponding to the kind of input fuel property. According to such a configuration, the alcohol concentration can be detected even if the fuel property type changes.

本発明の一実施例に係るアルコール濃度検出装置が取付けられている燃料供給系の構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel supply system to which the alcohol concentration detection apparatus which concerns on one Example of this invention is attached. 燃料タンク内の構成を拡大して示す図。The figure which expands and shows the structure in a fuel tank. アルコール濃度検出装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of an alcohol concentration detection apparatus. アルコール濃度検出装置の取付状態を示す模式図。The schematic diagram which shows the attachment state of an alcohol concentration detection apparatus. 光ファイバーのコアの一方の表面に金薄膜が形成されている状態を示す図。The figure which shows the state in which the gold thin film is formed in one surface of the core of an optical fiber. 屈折率とアルコール濃度（エタノール濃度）の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between a refractive index and alcohol concentration (ethanol concentration). 本発明の他の実施例を説明する図であり、検出用光ファイバーと補償用光ファイバーが取付プレートに取付けられた状態を示す図。It is a figure explaining the other Example of this invention, and is a figure which shows the state in which the optical fiber for detection and the optical fiber for compensation were attached to the attachment plate.

下記に詳細に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
（形態１）光ファイバーは、コアと、コアの周囲に形成されたクラッドを有する。
（形態２）コアの表面には、金薄膜が形成されている。
（形態３）演算部は、温度センサで検出した燃料温度に基づいて燃料の密度を補正し、補正した燃料密度に基づいてアルコール濃度（屈折率）を補正する。 The main features of the embodiments described in detail below are listed first.
(Mode 1) An optical fiber has a core and a clad formed around the core.
(Mode 2) A gold thin film is formed on the surface of the core.
(Mode 3) The calculation unit corrects the fuel density based on the fuel temperature detected by the temperature sensor, and corrects the alcohol concentration (refractive index) based on the corrected fuel density.

（第１実施例）本発明を具現化した一実施例に係るアルコール濃度検出装置について、図面を参照して説明する。まず、本実施例のアルコール濃度検出装置が装備される内燃機関の燃料供給系の構成について説明する。図１に示すように、本実施例の燃料供給系は、燃料を貯留する燃料タンク２６を備えている。燃料タンク２６に貯留されている燃料には、アルコール（本実施例ではエタノール）が含まれている。燃料タンク２６内には燃料供給装置２８が収容されている。燃料供給装置２８は、燃料タンク２６内の燃料を昇圧し、昇圧した燃料を燃料タンク２６外に吐出する。燃料供給装置２８には、燃料供給路（３８ａ，３８ｂ）の一端が接続されている。燃料供給路（３８ａ，３８ｂ）の他端は、インジェクタ１２に接続されている。燃料供給装置２８から吐出された燃料は、燃料供給路（３８ａ，３８ｂ）を通ってインジェクタ１２に供給される。 First Embodiment An alcohol concentration detection apparatus according to an embodiment embodying the present invention will be described with reference to the drawings. First, the configuration of a fuel supply system of an internal combustion engine equipped with the alcohol concentration detection device of this embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the fuel supply system of the present embodiment includes a fuel tank 26 for storing fuel. The fuel stored in the fuel tank 26 contains alcohol (ethanol in this embodiment). A fuel supply device 28 is accommodated in the fuel tank 26. The fuel supply device 28 pressurizes the fuel in the fuel tank 26 and discharges the boosted fuel to the outside of the fuel tank 26. One end of a fuel supply path (38a, 38b) is connected to the fuel supply device 28. The other end of the fuel supply path (38a, 38b) is connected to the injector 12. The fuel discharged from the fuel supply device 28 is supplied to the injector 12 through the fuel supply path (38a, 38b).

インジェクタ１２は、燃料供給装置２８から供給された燃料を噴射する。インジェクタ１２は、インテークマニホールド１４に取付けられている。インテークマニホールド１４は、エンジン１０の吸気側に取付けられている。インテークマニホールド１４には、スロットルバルブ１６が配設されている。スロットルバルブ１６は、インテークマニホールド１４を流れる空気流量を調節する。スロットルバルブ１６を制御することで、エンジン１０に供給される空気量が制御される。スロットルバルブ１６の上流側には吸気温センサ１８が配置され、下流側には流量センサ２０が配置されている。吸気温センサ１８は、インテークマニホールド１４内を流れる空気の温度を検出する。流量センサ２０は、インテークマニホールド１４内を流れる空気の流量を検出する。また、エンジン１０には、ノッキングの発生の有無を検出するノックセンサ２２が取付けられている。各センサ１８，２０，２２は、ＥＣＵ２４に電気的に接続されている。 The injector 12 injects the fuel supplied from the fuel supply device 28. The injector 12 is attached to the intake manifold 14. The intake manifold 14 is attached to the intake side of the engine 10. A throttle valve 16 is disposed in the intake manifold 14. The throttle valve 16 adjusts the flow rate of air flowing through the intake manifold 14. By controlling the throttle valve 16, the amount of air supplied to the engine 10 is controlled. An intake air temperature sensor 18 is disposed on the upstream side of the throttle valve 16, and a flow rate sensor 20 is disposed on the downstream side. The intake air temperature sensor 18 detects the temperature of the air flowing through the intake manifold 14. The flow rate sensor 20 detects the flow rate of the air flowing through the intake manifold 14. The engine 10 is provided with a knock sensor 22 that detects whether knocking has occurred. Each sensor 18, 20, 22 is electrically connected to the ECU 24.

ＥＣＵ２４には、上記した各センサ１８，２０，２２及び後で詳述するアルコール濃度検出センサ４０からの出力が入力される。ＥＣＵ２４は、アルコール濃度検出センサ４０の出力から、燃料に含まれるアルコール濃度を算出する。また、ＥＣＵ２４は、算出したアルコール濃度と、各センサ１８，２０，２２の出力に基づいて、インジェクタ１２から噴射する燃料流量や、インジェクタ１２から燃料を噴射するタイミング等を制御する。ＥＣＵ２４によるアルコール濃度を算出する手順については、後で詳述する。 The ECU 24 receives outputs from the sensors 18, 20, 22 and the alcohol concentration detection sensor 40 described in detail later. The ECU 24 calculates the alcohol concentration contained in the fuel from the output of the alcohol concentration detection sensor 40. The ECU 24 controls the flow rate of fuel injected from the injector 12, the timing of fuel injection from the injector 12, and the like based on the calculated alcohol concentration and the output of each sensor 18, 20, 22. The procedure for calculating the alcohol concentration by the ECU 24 will be described later in detail.

次に、燃料タンク２６内に収容される燃料供給装置２８について説明する。図２に示すように、燃料供給装置２８は、リザーブタンク３０と、リザーブタンク３０内に収容される燃料ポンプ３２を有している。リザーブタンク３０は、燃料タンク２６内の燃料を一時的に貯留する。燃料ポンプ３２は配線３２ｃによりＥＣＵ２４に接続されている。ＥＣＵ２４から配線３２ｃを介して燃料ポンプ３２に電力が供給されると、燃料ポンプ３２は、リザーブタンク３０内の燃料を吸引し、その吸引した燃料を昇圧し、その昇圧した燃料を吐出する。燃料ポンプ３２の吸入ポート３２ａにはサクションフィルタ３４が取付けられている。燃料ポンプ３２の吐出ポート３２ｂには高圧フィルタ３６が取付けられている。このため、燃料ポンプ３２には、サクションフィルタ３４によって異物が除去された燃料が吸引され、また、燃料ポンプ３２から吐出される燃料は高圧フィルタ３６でさらに異物が除去されることとなる。高圧フィルタ３２には燃料供給路３８ａの一端が接続されている。燃料供給路３８ａの他端はアルコール濃度検出センサ４０に接続されている。アルコール濃度検出センサ４０には燃料供給路３８ｂの一端が接続され、燃料供給路３８ｂの他端はインジェクタ１２に接続されている（図１参照）。したがって、高圧フィルタ３６で異物が除去された燃料は、燃料供給路３８ａを通ってアルコール濃度検出センサ４０に流れ、アルコール濃度検出センサ４０から燃料供給路３８ｂを通ってインジェクタ１２に流れる。なお、アルコール濃度検出センサ４０には高圧フィルタ３６によって異物が取り除かれた燃料が供給されるため、燃料中のアルコール濃度を精度良く検出することができる。また、アルコール濃度検出センサ４０を燃料タンク２６内に配置することで、外気温の影響を低減することができる。 Next, the fuel supply device 28 accommodated in the fuel tank 26 will be described. As shown in FIG. 2, the fuel supply device 28 includes a reserve tank 30 and a fuel pump 32 that is accommodated in the reserve tank 30. The reserve tank 30 temporarily stores the fuel in the fuel tank 26. The fuel pump 32 is connected to the ECU 24 by a wiring 32c. When electric power is supplied from the ECU 24 to the fuel pump 32 via the wiring 32c, the fuel pump 32 sucks the fuel in the reserve tank 30, boosts the sucked fuel, and discharges the boosted fuel. A suction filter 34 is attached to the suction port 32 a of the fuel pump 32. A high pressure filter 36 is attached to the discharge port 32 b of the fuel pump 32. Therefore, the fuel from which the foreign matter has been removed by the suction filter 34 is sucked into the fuel pump 32, and the foreign matter is further removed from the fuel discharged from the fuel pump 32 by the high-pressure filter 36. One end of a fuel supply path 38 a is connected to the high pressure filter 32. The other end of the fuel supply path 38 a is connected to the alcohol concentration detection sensor 40. One end of a fuel supply path 38b is connected to the alcohol concentration detection sensor 40, and the other end of the fuel supply path 38b is connected to the injector 12 (see FIG. 1). Therefore, the fuel from which foreign matter has been removed by the high-pressure filter 36 flows to the alcohol concentration detection sensor 40 through the fuel supply path 38a, and flows from the alcohol concentration detection sensor 40 to the injector 12 through the fuel supply path 38b. The alcohol concentration detection sensor 40 is supplied with the fuel from which foreign matter has been removed by the high-pressure filter 36, so that the alcohol concentration in the fuel can be accurately detected. Further, by arranging the alcohol concentration detection sensor 40 in the fuel tank 26, the influence of the outside air temperature can be reduced.

図３，４に示すように、アルコール濃度検出センサ４０は、ＬＥＤ４２と光ファイバー４４とフォトダイオード４６を備えている。図４に示すように、ＬＥＤ４２と光ファイバー４４とフォトダイオード４６は、燃料流路を形成するハウジング４１内に配置されている。このため、燃料ポンプ３２から燃料が吐出される状態では、ＬＥＤ４２と光ファイバー４４とフォトダイオード４６が燃料中に浸漬された状態となる。 As shown in FIGS. 3 and 4, the alcohol concentration detection sensor 40 includes an LED 42, an optical fiber 44, and a photodiode 46. As shown in FIG. 4, the LED 42, the optical fiber 44, and the photodiode 46 are disposed in a housing 41 that forms a fuel flow path. For this reason, when the fuel is discharged from the fuel pump 32, the LED 42, the optical fiber 44, and the photodiode 46 are immersed in the fuel.

ＬＥＤ４２は、配線４４ａによりＥＣＵ２４に接続されている。ＥＣＵ２４は、ＬＥＤ４２のオン／オフを制御する。ＬＥＤ４２がオンすると、ＬＥＤ４２から光が出射される。ＬＥＤ４２は、光ファイバー４４の一方の端面に近接した位置に配置されている。このため、ＬＥＤ４２から出射される光は、光ファイバー４４の一端面に入射される。なお、本実施例では、光源としてＬＥＤ４２を用いたが、その他の光源（例えば、レーザー等）を用いることができる。 The LED 42 is connected to the ECU 24 by a wiring 44a. The ECU 24 controls on / off of the LED 42. When the LED 42 is turned on, light is emitted from the LED 42. The LED 42 is disposed at a position close to one end face of the optical fiber 44. For this reason, the light emitted from the LED 42 is incident on one end face of the optical fiber 44. In this embodiment, the LED 42 is used as the light source, but other light sources (for example, a laser) can be used.

光ファイバー４４は、一端面に入射された光を他端面に伝搬する。図５に示すように、光ファイバー４４は、コア５２とクラッド５４を有している。コア５２とクラッド５４はともに、光に対して透過率が高い石英ガラス又はプラスチックで形成されている。コア５２の屈折率は、クラッド５４の屈折率よりも大きくされている。これによって、光ファイバー４４に入射された光の多くが、コア５２を伝搬することとなる。クラッド５４は、コア５２の外周面に設けられている。クラッド５４は、その一部が除去されている。クラッド５４が除去された部分では、コア５２が表面に露出している。コア５２が表面に露出した部分においては、コア５２の表面（本実施例では片側半面（図５の上側の面））に金の薄膜５０（以下、金薄膜５０という）が形成されている。金薄膜５０は、真空蒸着法によって形成することができる。金薄膜５０の厚みは１〜２００ｎｍとされ、表面プラズモン共鳴現象が起こり易い厚みに形成されている。
なお、本実施例では、表面プラズモン共鳴現象を生じさせるために金薄膜５０を形成したが、コア５２の表面に形成する薄膜の材料には他の金属（例えば、銀、銅、アルミニウム等）を用いることができる。また、金と、これらの金属を積層した薄膜を用いることもできる。 The optical fiber 44 propagates light incident on one end surface to the other end surface. As shown in FIG. 5, the optical fiber 44 has a core 52 and a clad 54. Both the core 52 and the clad 54 are made of quartz glass or plastic having a high transmittance with respect to light. The refractive index of the core 52 is larger than the refractive index of the clad 54. As a result, most of the light incident on the optical fiber 44 propagates through the core 52. The clad 54 is provided on the outer peripheral surface of the core 52. A part of the clad 54 is removed. In the portion where the clad 54 is removed, the core 52 is exposed on the surface. In the portion where the core 52 is exposed on the surface, a gold thin film 50 (hereinafter referred to as the gold thin film 50) is formed on the surface of the core 52 (in this embodiment, one half surface (the upper surface in FIG. 5)). The gold thin film 50 can be formed by a vacuum evaporation method. The thickness of the gold thin film 50 is set to 1 to 200 nm, and is formed to such a thickness that the surface plasmon resonance phenomenon easily occurs.
In the present embodiment, the gold thin film 50 is formed in order to cause the surface plasmon resonance phenomenon, but other metal (for example, silver, copper, aluminum, etc.) is used as the material of the thin film formed on the surface of the core 52. Can be used. A thin film in which gold and these metals are stacked can also be used.

フォトダイオード４６は、光ファイバー４４を伝搬した光を受光し、その受光した光を電流に変換する。フォトダイオード４６で変換される電流は、受光した光の強度に比例している。この電流は、抵抗Ｒにより電圧に変換される。抵抗Ｒによって変換された電圧は、電圧計４８で計測される。電圧計４８で計測された電圧値は、配線４４ｂを介してＥＣＵ２４に入力される。 The photodiode 46 receives the light propagated through the optical fiber 44 and converts the received light into a current. The current converted by the photodiode 46 is proportional to the intensity of the received light. This current is converted into a voltage by the resistor R. The voltage converted by the resistor R is measured by a voltmeter 48. The voltage value measured by the voltmeter 48 is input to the ECU 24 via the wiring 44b.

ＥＣＵ２４は、電圧計４８で計測された電圧値から燃料の屈折率を決定し、その屈折率から燃料中のアルコール濃度を決定する。すなわち、光ファイバー４４（コア５２）は燃料に浸漬されているため、コア５２の金薄膜５０は燃料に接している。このため、光ファイバー４４（コア５２）に光を入射すると、金薄膜５０によって表面プラズモン共鳴現象が発生し、入射した光の一部が吸収される。表面プラズモン共鳴現象によって吸収される光の強度は、金薄膜５０に接する燃料の屈折率によって異なる。このため、ＥＣＵ２４は、電圧計４８で計測された電圧値（即ち、フォトダイオード４６で受光した光の強度）から、燃料の屈折率を決定する。燃料の屈折率と燃料中のアルコール濃度の間には図６に示す関係が成立する（アルコール濃度が高くなると、屈折率が低くなる。）。このため、ＥＣＵ２４は、決定した屈折率から燃料中のアルコール濃度を決定する。 The ECU 24 determines the refractive index of the fuel from the voltage value measured by the voltmeter 48, and determines the alcohol concentration in the fuel from the refractive index. That is, since the optical fiber 44 (core 52) is immersed in the fuel, the gold thin film 50 of the core 52 is in contact with the fuel. For this reason, when light is incident on the optical fiber 44 (core 52), a surface plasmon resonance phenomenon is generated by the gold thin film 50, and a part of the incident light is absorbed. The intensity of light absorbed by the surface plasmon resonance phenomenon varies depending on the refractive index of the fuel in contact with the gold thin film 50. Therefore, the ECU 24 determines the refractive index of the fuel from the voltage value measured by the voltmeter 48 (that is, the intensity of light received by the photodiode 46). The relationship shown in FIG. 6 is established between the refractive index of the fuel and the alcohol concentration in the fuel (the higher the alcohol concentration, the lower the refractive index). Therefore, the ECU 24 determines the alcohol concentration in the fuel from the determined refractive index.

上述した説明から明らかなように、本実施例のアルコール濃度検出装置では、光ファイバー４４のコア５２の表面に金薄膜５０を形成し、コア５２を伝搬する光の一部が表面プラズモン共鳴現象によって吸収されるようになっている。このため、燃料の屈折率の変化に対してフォトダイオード４６で受光する光の強度が大きく変化し、燃料の屈折率を精度良く決定することができる。これによって、燃料中のアルコール濃度も精度良く検出することができる。 As is clear from the above description, in the alcohol concentration detection apparatus of the present embodiment, the gold thin film 50 is formed on the surface of the core 52 of the optical fiber 44, and a part of the light propagating through the core 52 is absorbed by the surface plasmon resonance phenomenon. It has come to be. For this reason, the intensity of light received by the photodiode 46 changes greatly with respect to the change in the refractive index of the fuel, and the refractive index of the fuel can be determined with high accuracy. Thereby, the alcohol concentration in the fuel can be detected with high accuracy.

（第２実施例）次に、本発明の第２実施例に係るアルコール濃度検出装置を説明する。第２実施例のアルコール濃度検出装置は、第１実施例とは異なり、内燃機関の燃料として種類の異なる燃料（例えば、重軽質が異なる燃料）が使用され、使用される燃料性状の種類（例えば、重軽質）に応じてアルコール濃度が検出可能となっている点で相違する。なお、アルコール濃度検出装置のハード構成については、第１実施例と同一であるため、その詳細な説明は省略する。 Second Example Next, an alcohol concentration detection apparatus according to a second example of the present invention will be described. Unlike the first embodiment, the alcohol concentration detection device of the second embodiment uses different types of fuel (for example, different heavy and light fuels) as the fuel for the internal combustion engine, and the type of fuel properties used (for example, , Heavy and light) in that the alcohol concentration can be detected. Note that the hardware configuration of the alcohol concentration detection device is the same as that of the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

第２実施例では、重軽質が異なる３種類の燃料Ａ，Ｂ，Ｃが用いられる。図６から明らかなように、燃料Ａ，Ｂ，Ｃの「屈折率−アルコール濃度」の特性（関係）は略同一の特性を有している。すなわち、燃料の重軽質が異なっていても、燃料の「屈折率−アルコール濃度」の関係は略同一となる。
そこで、ＥＣＵには、燃料性状の種類Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの「屈折率−アルコール濃度」の関係のうちの一つが記憶される。具体的には、種類Ｂの燃料の「屈折率−アルコール濃度」の関係が予め記憶される。種類Ｂの燃料の「屈折率−アルコール濃度」の関係は、種類Ａの燃料の「屈折率−アルコール濃度」の関係と種類Ｂの燃料の「屈折率−アルコール濃度」の関係の略中間の特性を示すためである。
ＥＣＵは、アルコール濃度検出センサのフォトダイオードから出力される電圧値から燃料の屈折率を決定すると、まず、記憶している「屈折率−アルコール濃度」の関係を読出す。そして、その読出した「屈折率−アルコール濃度」の関係と決定した屈折率から、燃料のアルコール濃度を決定する。これによって、燃料性状の種類Ａ，Ｂ，Ｃ（例えば、燃料の重軽質）が異なっても、燃料中に含有するアルコールの濃度を精度良く検出することができる。
なお、上述した実施例では、種類Ｂの燃料の「屈折率−アルコール濃度」の関係に基づいて種類Ａ，Ｃの燃料のアルコール濃度まで決定していたが、種類Ａ，Ｂ，Ｃ毎に「屈折率−アルコール濃度」の関係を記憶するようにしてもよい。この場合、燃料の種類を入力する手段を設けることが好ましい。そして、ＥＣＵは、入力された燃料の種類から、対応する「屈折率−アルコール濃度」の関係を特定し、次いで、その特定した「屈折率−アルコール濃度」の関係とセンサで測定された屈折率から燃料のアルコール濃度を決定することができる。 In the second embodiment, three kinds of fuels A, B, and C having different heavy and light are used. As is apparent from FIG. 6, the “refractive index-alcohol concentration” characteristics (relationships) of the fuels A, B, and C have substantially the same characteristics. That is, even if the heavy and light fuels are different, the “refractive index-alcohol concentration” relationship of the fuel is substantially the same.
Therefore, the ECU stores one of the “refractive index-alcohol concentration” relationships of the fuel property types A, B, and C. Specifically, the relationship of “refractive index-alcohol concentration” of type B fuel is stored in advance. The relationship between the “refractive index-alcohol concentration” of the fuel of type B is approximately halfway between the “refractive index-alcohol concentration” relationship of the fuel of type A and the “refractive index-alcohol concentration” relationship of the fuel of type B. It is for showing.
When the ECU determines the refractive index of the fuel from the voltage value output from the photodiode of the alcohol concentration detection sensor, the ECU first reads the stored “refractive index-alcohol concentration” relationship. Then, the alcohol concentration of the fuel is determined from the read “refractive index-alcohol concentration” relationship and the determined refractive index. Thereby, even if the fuel property types A, B, and C (for example, heavy and light fuel) are different, the concentration of alcohol contained in the fuel can be accurately detected.
In the above-described embodiment, the alcohol concentration of the fuel of types A and C is determined based on the relationship of “refractive index-alcohol concentration” of the fuel of type B. The relationship of “refractive index-alcohol concentration” may be stored. In this case, it is preferable to provide means for inputting the type of fuel. Then, the ECU specifies the corresponding “refractive index-alcohol concentration” relationship from the input fuel type, and then the specified “refractive index-alcohol concentration” relationship and the refractive index measured by the sensor. From this, the alcohol concentration of the fuel can be determined.

（第３実施例）次に、本発明の第３実施例に係るアルコール濃度検出装置を説明する。第３実施例のアルコール濃度検出装置は、第１実施例と異なり、金薄膜が形成された光ファイバーとは別に補償用の光ファイバーを有する点で相違する。その他の点は、第１実施例と同一であるため、その詳細な説明は省略する。 (Third Embodiment) Next, an alcohol concentration detection apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described. Unlike the first embodiment, the alcohol concentration detection apparatus of the third embodiment is different in that it has an optical fiber for compensation in addition to the optical fiber on which the gold thin film is formed. Since the other points are the same as those of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

図７に示すように、本実施例のアルコール濃度検出装置は、ＬＥＤ（図示しない）からの光が入射される第１光ファイバー４４と、ＬＥＤ（図示しない）からの光が入射される第２光ファイバー４７を備えている。第１光ファイバー４４は、第１実施例と同様に、コア５２の一部が表面に露出しており、その部分に金薄膜５０が形成されている。第２光ファイバー４７は、第１光ファイバー４４と同様、コア５３の一部が表面に露出しているが、コア５３には金薄膜が形成されていない。第１光ファイバー４４を伝搬した光はフォトダイオード（図示しない）で受光され、第２光ファイバー４７を伝搬した光はフォトダイオード（図示しない）で受光される。これら第１光ファイバー４４と第２光ファイバー４７は取付プレート５６に固定されている。 As shown in FIG. 7, the alcohol concentration detection apparatus of the present embodiment includes a first optical fiber 44 that receives light from an LED (not shown) and a second optical fiber that receives light from an LED (not shown). 47 is provided. As in the first embodiment, a part of the core 52 is exposed on the surface of the first optical fiber 44, and the gold thin film 50 is formed in that part. Like the first optical fiber 44, the second optical fiber 47 has a part of the core 53 exposed on the surface, but the core 53 is not formed with a gold thin film. Light propagated through the first optical fiber 44 is received by a photodiode (not shown), and light propagated through the second optical fiber 47 is received by a photodiode (not shown). The first optical fiber 44 and the second optical fiber 47 are fixed to a mounting plate 56.

本実施例のＥＣＵは、第１光ファイバー４４で伝搬された光を受光したフォトダイオードの出力（すなわち、第１光ファイバー４４で伝搬された光の強度）と第２光ファイバー４７で伝搬された光を受光したフォトダイオードの出力（すなわち、第２光ファイバー４７で伝搬された光の強度）の両者を用いて、燃料の屈折率を決定する。具体的には、第１光ファイバー４４で伝搬された光の強度から第２光ファイバー４７で伝搬された光の強度を減算し、その減算値から燃料の屈折率を決定する。第１光ファイバー４４と第２光ファイバー４７は同一の取付プレート５６に固定されているため、第１光ファイバー４４と第２光ファイバー４７は同じ様に変形している。このため、第１光ファイバー４４と第２光ファイバー４７の出力の差を採ることで、第１光ファイバー４４が変形することによる光強度の変化を補償することができる。これによって、燃料の屈折率（アルコール濃度）を精度良く検出することができる。 The ECU of this embodiment receives the output of the photodiode that has received the light propagated by the first optical fiber 44 (that is, the intensity of the light propagated by the first optical fiber 44) and the light propagated by the second optical fiber 47. The refractive index of the fuel is determined using both the output of the photodiode (that is, the intensity of the light propagated through the second optical fiber 47). Specifically, the intensity of light propagated through the second optical fiber 47 is subtracted from the intensity of light propagated through the first optical fiber 44, and the refractive index of the fuel is determined from the subtracted value. Since the first optical fiber 44 and the second optical fiber 47 are fixed to the same mounting plate 56, the first optical fiber 44 and the second optical fiber 47 are similarly deformed. For this reason, by taking the difference between the outputs of the first optical fiber 44 and the second optical fiber 47, it is possible to compensate for the change in light intensity caused by the deformation of the first optical fiber 44. Thereby, the refractive index (alcohol concentration) of the fuel can be detected with high accuracy.

なお、第１光ファイバー４４に光を入射するＬＥＤと、第２光ファイバー４７に光を入射するＬＥＤを、同一のＬＥＤとすることができる。このような構成とすれば、ＬＥＤの経時変化や電圧変化等によってフォトダイオードで受光される光の強度が変化しても、第１光ファイバー４４に入射される光の強度と第２光ファイバー４７に入射される光の強度が同様に変化するため、その影響をキャンセルすることができる。これによって、燃料の屈折率（アルコール濃度）を精度良く求めることができる。この場合、入射光学系に切替えミラーを配置すること等によって、第１光ファイバー４４に光が入射される状態と、第２光ファイバー４７に光が入射される状態とに切り替えるようにすることができる。 The LED that enters the first optical fiber 44 and the LED that enters the second optical fiber 47 can be the same LED. With such a configuration, even if the intensity of light received by the photodiode changes due to changes in the LEDs over time, voltage changes, etc., the intensity of the light incident on the first optical fiber 44 and the second optical fiber 47 are incident. Since the intensity of the emitted light similarly changes, the influence can be canceled. Thereby, the refractive index (alcohol concentration) of the fuel can be obtained with high accuracy. In this case, it is possible to switch between a state in which light is incident on the first optical fiber 44 and a state in which light is incident on the second optical fiber 47 by arranging a switching mirror in the incident optical system.

また、第１光ファイバー４４を伝搬した光を受光するフォトダイオードと、第２光ファイバー４７を伝搬した光を受光するフォトダイオードを、同一のフォトダイオードとすることもできる。このような構成とすると、フォトダイオードの経時変化による影響がキャンセルされ、燃料の屈折率（アルコール濃度）を精度良く求めることができる。
この場合、受光光学系に切り替えミラーを配置すること等によって、第１光ファイバー４４を伝搬する光をフォトダイオードに導く状態と、第２光ファイバー４７を伝搬する光をフォトダイオードに導く状態とに切換え可能とすることができる。あるいは、入射光学系に切り替えミラーを配置すること等によって、第１光ファイバー４４に光が入射される状態と、第２光ファイバー４７に光が入射される状態とに切り替えるようにしてもよい。 Further, the photodiode that receives the light propagated through the first optical fiber 44 and the photodiode that receives the light propagated through the second optical fiber 47 may be the same photodiode. With such a configuration, the influence of the change with time of the photodiode is canceled, and the refractive index (alcohol concentration) of the fuel can be obtained with high accuracy.
In this case, it is possible to switch between a state in which light propagating through the first optical fiber 44 is guided to the photodiode and a state in which light propagating through the second optical fiber 47 is guided to the photodiode by arranging a switching mirror in the light receiving optical system. It can be. Alternatively, a state in which light is incident on the first optical fiber 44 and a state in which light is incident on the second optical fiber 47 may be switched by arranging a switching mirror in the incident optical system.

なお、上述した各アルコール濃度検出装置では、燃料の温度を検出する温度センサをさらに備えることができる。そして、ＥＣＵ２４は、温度センサで検出した燃料温度に基づいてアルコール濃度を補正することができる。燃料の密度は燃料の温度によって変化し、燃料の密度が変化すると燃料の屈折率が変化する。燃料の温度によってアルコール濃度を補正することで、燃料中のアルコール濃度を精度良く検出することができる。 Each of the alcohol concentration detection devices described above can further include a temperature sensor that detects the temperature of the fuel. Then, the ECU 24 can correct the alcohol concentration based on the fuel temperature detected by the temperature sensor. The density of the fuel changes depending on the temperature of the fuel, and the refractive index of the fuel changes as the density of the fuel changes. By correcting the alcohol concentration based on the temperature of the fuel, the alcohol concentration in the fuel can be accurately detected.

また、上述した各アルコール濃度検出装置では、光ファイバー４４（詳細にはコア５２）の金薄膜５０が形成された部分が水分分離膜で覆われているようにしてもよい。金薄膜５０が水分分離膜で覆われることで、燃料中の水分の影響が低減され、燃料中のアルコール濃度を精度良く決定することができる。なお、水分分離膜としては、例えばゼオライト膜等を用いることができる。 Moreover, in each alcohol concentration detection apparatus mentioned above, you may make it the part in which the gold thin film 50 of the optical fiber 44 (specifically core 52) was formed covered with the moisture separation film. By covering the gold thin film 50 with the moisture separation membrane, the influence of moisture in the fuel is reduced, and the alcohol concentration in the fuel can be accurately determined. As the water separation membrane, for example, a zeolite membrane can be used.

さらに、上述したアルコール濃度検出装置では、ＬＥＤ４２とフォトダイオード４６が燃料流路内に配置されていたが、これらを燃料流路外に配置するようにしてもよい。このような構成によると、ＬＥＤ４２及びフォトダイオード４６が燃料中に浸漬しなくなるため、これらに耐燃料性が不要となり、装置の信頼性が向上する。 Furthermore, in the alcohol concentration detection device described above, the LED 42 and the photodiode 46 are disposed in the fuel flow path, but these may be disposed outside the fuel flow path. According to such a configuration, since the LED 42 and the photodiode 46 are not immersed in the fuel, they do not need fuel resistance, and the reliability of the apparatus is improved.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

１０：エンジン
１２：インジェクタ
１４：インテークマニホールド
１６：スロットル
１８：センサ
２０：センサ
２２：上死点センサ
２４：ＥＣＵ（制御装置）
２６：燃料タンク
２８：燃料供給装置
３０：リザーブカップ
３２：燃料ポンプ
３４：サクションフィルタ
３６：高圧フィルタ
３８ａ，３８ｂ：燃料供給路
４０：アルコール濃度検出センサ
４１：ハウジング
４２：ＬＥＤ
４４：光ファイバー
４６：フォトダイオード
４７:補償用光ファイバー
４８：電圧計
５０：金薄膜
５２：コア
５４：クラッド
５６：取付プレート 10: Engine 12: Injector 14: Intake manifold 16: Throttle 18: Sensor 20: Sensor 22: Top dead center sensor 24: ECU (control device)
26: Fuel tank 28: Fuel supply device 30: Reserve cup 32: Fuel pump 34: Suction filter 36: High pressure filter 38a, 38b: Fuel supply path 40: Alcohol concentration detection sensor 41: Housing 42: LED
44: optical fiber 46: photodiode 47: compensation optical fiber 48: voltmeter 50: gold thin film 52: core 54: clad 56: mounting plate

Claims

An apparatus for detecting the concentration of alcohol contained in fuel supplied to an internal combustion engine,
A light source;
A first optical fiber having a core for propagating light incident from a light source;
A first light receiving portion for receiving light propagated by the first optical fiber;
A calculation unit that determines the concentration of alcohol contained in the fuel using the intensity of light received by the first light receiving unit,
At least a part of the core of the first optical fiber is exposed on the surface, and a metal film that generates a surface plasmon phenomenon is formed on the exposed part, and the part on which the metal film is formed is immersed in fuel. An alcohol concentration detection device characterized by comprising:

A second optical fiber having a core for propagating light incident from the light source, and a second light receiving unit for receiving the light propagated by the second optical fiber,
The same part as the first optical fiber is exposed on the surface of the second optical fiber, and no metal film is formed on the exposed part.
The computing unit determines an alcohol concentration contained in fuel by using a difference between the intensity of light received by the first light receiving unit and the intensity of light received by the second light receiving unit. The alcohol concentration detection apparatus according to 1.

A temperature sensor for detecting the temperature of the fuel;
The alcohol concentration detection device according to claim 1, wherein the calculation unit corrects the alcohol concentration based on the fuel temperature detected by the temperature sensor.

The alcohol concentration detection apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a portion of the core of the first optical fiber where the metal film is formed is covered with a moisture separation film.

It further has means for inputting the type of fuel property, and storage means for storing the relationship between the refractive index and the alcohol concentration for each type of fuel property,
5. The alcohol concentration detection according to claim 1, wherein the calculation unit determines the alcohol concentration using a relationship between the refractive index corresponding to the input fuel property type and the alcohol concentration. apparatus.