JP2013064676A - 燃料性状検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 サーミスタによる燃料の温度の検出感度が高く、燃料の性状の検出精度が高い燃料性状検出装置を提供する。
【解決手段】 燃料性状検出装置１０は、互いに同軸上に配置される第１電極３０および第２電極４０を備える。サーミスタ５０は第２電極４０の内側に設けられる。サーミスタ５０の抵抗体５１は、保護体５４に埋没することで燃料通路９８から隔離される。円筒状の保護体５４は、燃料通路内の燃料に浸漬され、第２電極４０と同軸上に配置される。Ｏリング７３は、第２電極４０と保護体５４との隙間を液密に封止する。これによれば、燃料通路９８の燃料の熱はサーミスタ５０に直接伝導するため、サーミスタ５０の温度は時間差無く燃料の温度と同等になる。したがって、サーミスタ５０による燃料の温度の検出感度が高い。よって、サーミスタ５０による燃料の温度の検出誤差が小さく、燃料の性状の検出精度が高い。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料の性状を検出する燃料性状検出装置に関する。

従来、内燃機関に燃料を供給する燃料供給系統に設けられ、燃料のアルコール濃度、比誘電率または酸化状態など、燃料の性状を検出する燃料性状検出装置が知られている。
特許文献１には、液体の比誘電率を検出する液体性状検出装置が記載されている。この液体性状検出装置は、第１電極の流路内に挿入される有底筒状の第２電極と、第２電極内に設けられるサーミスタとを備えている。第２電極とサーミスタとの間には充填材が充填されている。液体性状検出装置は、電極間の静電容量と、サーミスタが間接的に検出する液体の温度とに基づき液体の比誘電率を求める。

特開２００６−２５８１３５号公報

ところで、特許文献１に開示された液体性状検出装置では、流路内の液体の熱が第２電極および充填材を経由しサーミスタに伝導する。そのため、流路内の液体の熱がサーミスタに伝導するのにある程度の時間を要する。言い換えれば、サーミスタによる液体の温度の検出感度が低い。したがって、特許文献１に開示された液体性状検出装置を燃料の性状の検出に用いる場合、サーミスタによる燃料の温度の検出感度が低いことに起因し燃料の温度の検出誤差が大きくなる。よって、燃料の温度に基づき算出する燃料の性状の検出精度が低くなるという問題が発生する。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、サーミスタによる燃料の温度の検出感度が高く、燃料の性状の検出精度が高い燃料性状検出装置を提供することである。

請求項１に記載の発明は、通路形成部材が有する燃料通路内の燃料の性状を検出する燃料性状検出装置であって、取付部材、第１電極、第２電極、サーミスタおよびシール部材を備える。取付部材は、通路形成部材に取り付け可能である。第１電極は、取付部材から燃料通路内に延びる筒状である。第２電極は、第１電極の径内方向で取付部材から燃料通路内に延びる筒状であり、第１電極と同軸上に配置される。

サーミスタは、抵抗体、一対のリード線および保護体から構成される。抵抗体は、第２電極の径内方向に位置し、温度に応じて電気抵抗が変化する。リード線は、抵抗体に接続し、取付部材側に延びる。保護体は、抵抗体を燃料通路内の燃料から隔離し、燃料通路内の燃料に浸漬される。シール部材は、第２電極の内壁と保護体の外壁との間の隙間を液密に封止する。
このような構成の燃料性状検出装置によれば、燃料通路の燃料の熱はサーミスタに直接伝導する。そのため、サーミスタの温度は時間差無く燃料の温度と同等になる。したがって、サーミスタによる燃料の温度の検出感度が高いので、サーミスタによる燃料の温度の検出誤差が小さい。よって、燃料の温度に基づき算出する燃料の性状の検出精度が高い。

請求項２に記載の発明では、保護体は、抵抗体と、リード線のうち抵抗体に接続する端部とを埋設している。これによれば、燃料の熱が保護体を経由し抵抗体に伝わり易いので、サーミスタによる燃料の温度の検出感度が高い。そのため、サーミスタによる燃料の温度の検出誤差が小さく、燃料の性状の検出精度が高い。
請求項３に記載の発明では、保護体は第２電極の外側に突き出している。そのため、例えば電極の奥などに滞っている燃料ではなく、燃料通路を流れている燃料の温度を検出することができる。したがって、エンジンに供給される直前の燃料の性状をより正確に検出することができる。

請求項４に記載の発明では、第１電極の燃料通路側の端面は、第２電極の燃料通路側の端面と軸方向の位置が同じである。そのため、燃料通路の上流からサーミスタの保護体に向かう燃料が第１電極に阻まれることを回避することができる。つまり、例えば電極の奥などに滞っている燃料ではなく、燃料通路を流れている燃料の温度を検出することができる。したがって、エンジンに供給される直前の燃料の性状をより正確に検出することができる。

請求項５に記載の発明では、第１電極は、保護体に対し燃料通路の上流側に位置する第１通孔、および、保護体に対し燃料通路の下流側に位置する第２通孔を有する。これによれば、燃料通路の上流から燃料性状検出装置に向かう燃料が第１通孔を通じて保護体に導かれ、第２通孔を通じて燃料通路の下流に流れる。そのため、例えば電極の奥などに滞っている燃料ではなく、燃料通路を流れている燃料の温度を検出することができる。したがって、エンジンに供給される直前の燃料の性状をより正確に検出することができる。

請求項６に記載の発明では、保護体は、シール部材に対し燃料通路側で径外方向へ突き出し、シール部材の移動を規制する突起を有する。請求項７に記載の発明では、第２電極は、シール部材に対し燃料通路側で径内方向へ突き出し、シール部材の移動を規制する突起を有する。請求項８に記載の発明では、シール部材は、保護体の径外壁を被覆し、保護体と一体に形成される。そのため、燃料性状検出装置の組み付け時や使用時、シール部材の燃料通路への脱落を防止することができる。

本発明の第１実施形態による燃料性状検出装置が適用された燃料供給系統を示す構成図である。 図１の燃料性状検出装置および通路形成部材の断面図である。 図１の燃料性状検出装置の断面図である。 図１の燃料性状検出装置の各電極の先端の拡大図である。 図１の燃料性状検出装置の各電極間の燃料のエタノール濃度と、各電極間の燃料の温度と、各電極間の静電容量との関係を示す特性図である。 本発明の第２実施形態による燃料性状検出装置の各電極の先端の拡大図である。 本発明の第３実施形態による燃料性状検出装置の各電極の先端の拡大図である。 本発明の第４実施形態による燃料性状検出装置の各電極の先端の拡大図である。

以下、本発明の複数の実施形態による燃料性状検出装置を図面に基づき説明する。実施形態同士で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。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料性状検出装置は、図１に示す自動車用の燃料供給系統で用いられる。この燃料供給系統は、図示しないエンジンに燃料を供給するシステムであり、燃料タンク９０、燃料ポンプ９１、タンク内配管９２、タンク外配管９３、デリバリパイプ９４、インジェクタ９５および電子制御装置９６等を備える。燃料タンク９０内の燃料は、燃料ポンプ９１によりタンク内配管９２およびタンク外配管９３を経由しデリバリパイプ９４に圧送される。デリバリパイプ９４内の燃料は、電子制御装置９６により駆動されるインジェクタ９５からエンジンの吸気管内や気筒内に噴射される。燃料性状検出装置１０は、タンク内配管９２とタンク外配管９３とを接続する通路形成部材９７に設置される。

燃料タンク９０内には、例えばエタノールとガソリンとが混合されたエタノール混合ガソリン等が給油される。このエタノール混合ガソリンのエタノール濃度は０〜１００［％］の間で適宜選択可能である。したがって、燃料タンク９０内の燃料のエタノール濃度は、給油時点を境に変動する可能性がある。燃料性状検出装置１０は、通路形成部材９７内を流れる燃料のエタノール濃度を検出し、検出したエタノール濃度を示す電気信号を電子制御装置９６に出力する。電子制御装置９６は、燃料性状検出装置１０が検出するエタノール濃度に応じてエンジンの燃料噴射量や燃料噴射時期などを制御することで、エンジンを最適条件で作動させる。この最適条件は、エンジンの排気中の有害物質量が可及的に少なくなること等を考慮し設定される。

図２に示すように、通路形成部材９７は、燃料通路９８と、燃料通路９８から外部まで内外に貫通する電極挿入孔９９とを有する。燃料性状検出装置１０は、通路形成部材９７の外壁のうち電極挿入孔９９の開口部に取り付けられる。
図２および図３に示すように、燃料性状検出装置１０は、取付部材２０、第１電極３０、第２電極４０、サーミスタ５０および回路部６０等を備える。

取付部材２０は、ハウジング部２１、コネクタ部２３および電極保持部２５からなる。取付部材２０は例えば樹脂製である。ハウジング部２１は、通路形成部材９７の外部に位置し、通路形成部材９７とは反対側が開口する中空箱状である。ハウジング部２１の開口は図示しないカバーにより塞がれる。ハウジング部２１は回路部６０を収容する。コネクタ部２３は、回路部６０に接続する複数の端子２４を有する。端子２４は、回路部６０を電子制御装置９６（図１参照）や図示しない電源等に接続する。電極保持部２５は、ハウジング部２１の底部の開口２２縁から燃料通路９８側に突き出すように中空円筒状に形成される。電極保持部２５の先端は、通路形成部材９７の電極挿入孔９９に嵌合する。
取付部材２０は、電極保持部２５の外壁に係合するクリップ７０により通路形成部材９７に固定される。

第１電極３０は、取付部材２０の電極保持部２５から燃料通路９８内に延びる中空円筒状である。第１電極３０は、例えばステンレス等の金属からなり、取付部材２０の成形時に電極保持部２５の径内方向に埋め込まれる。これにより、第１電極３０の取付部材２０側の端部３１は、取付部材に固定される。第１電極３０の端部３１には端子３２が接続する。第１電極３０は、端子３２を介して回路部６０に電気的に接続する。

第１電極３０の燃料通路９８側の端部３３は、内径および外径が端部３１よりも小さく形成される。また、端部３３は、燃料通路９８の流通方向に貫通する第１通孔３５および第２通孔３６を有する。第１通孔３５および第２通孔３６は、端部３３の端面３４に形成されている切り欠きである。第１通孔３５は、サーミスタ５０の上流側に位置し、燃料通路９８の上流から燃料性状検出装置１０に向かう燃料を電極間に導入する。第２通孔３６は、サーミスタ５０の下流側に位置し、電極間の燃料を燃料通路９８の下流側に排出する。

図２に示すように、第１電極３０と通路形成部材９７との間の隙間は、Ｏリング７１により液密に封止される。これにより、第１電極３０と通路形成部材９７との間からの燃料の漏れが防止される。
第１電極３０は、端部３１と端部３３との間で径外方向へ突き出す鍔部３７を形成する。鍔部３７は、Ｏリング７１の燃料通路９８への脱落を防止する。

図２〜図４に示すように、第２電極４０は、第１電極３０の内側に位置する中実筒状の電極ホルダ７４から燃料通路９８内に延びる中空円筒状である。第２電極４０は、例えばステンレス等の金属からなり、第１電極３０と同軸上に配置される。
第２電極４０は、電極ホルダ７４の成形時に取付部材２０側の端部４１が電極ホルダ７４内に埋め込まれる。電極ホルダ７４は、取付部材２０に例えば熱かしめで固定される。これにより、第２電極４０は、電極ホルダ７４を介して取付部材２０に固定される。例えば樹脂製である電極ホルダ７４は、第１電極３０と第２電極４０とを互いに絶縁する。

第２電極４０の端部４１には端子４２が接続する。第２電極４０は、端子４２を介して回路部６０に電気的に接続する。第２電極４０の燃料通路９８側の端部４３の端面４４は、第１電極３０の端面３４と軸方向位置が同じである。
第２電極４０と第１電極３０との間の隙間は、Ｏリング７２により液密に封止される。これにより、第２電極４０と第１電極３０との間からの燃料の漏れが防止される。第１電極３０の端部３１と端部３３との間の段差は、Ｏリング７２の燃料通路９８への脱落を防止する。
燃料通路９８内を燃料が流れるとき第１電極３０と第２電極４０との間には燃料が満たされる。このとき、第１電極３０および第２電極４０は、燃料を誘電体とするコンデンサを構成する。

サーミスタ５０は、抵抗体５１、リード線５２、５３および保護体５４から構成される。
抵抗体５１は、温度に応じて電気抵抗が変化する特性を有する。抵抗体５１は、第２電極４０の端面４４の内側に配置される。リード線５２、５３は、抵抗体５１と回路部６０とを電気的に接続する。
保護体５４は、抵抗体５１を被覆し、抵抗体５１とリード線５２、５３の端部とを埋没することで抵抗体５１を燃料通路９８から隔離する。保護体５４は、円筒状に形成され、第２電極４０と同軸上に配置される。保護体５４の外壁と第２電極４０の内壁との間に形成される径方向の隙間は、周方向で同じである。保護体５４は、リード線５２、５３の接続側とは反対側が第２電極４０の外側に突き出し、燃料通路９８内に露出している。これにより保護体５４は、燃料通路９８内の燃料に浸漬される。燃料通路９８内の燃料の熱は、保護体５４に直接伝導可能である。保護体５４は、耐燃料性がある例えばガラスや樹脂等の絶縁体からなる。

保護体５４と第２電極４０との間の隙間は、「シール部材」としてのＯリング７３により液密に封止される。Ｏリング７３は、ゴム弾性を持つ材料、例えばゴムからなり、径方向に圧縮された状態で上記隙間内に嵌められる。ここで、保護体５４および第２電極４０は熱膨張率が互いに異なるため、保護体５４と第２電極４０との間の隙間量は温度変化に応じて変化する。Ｏリング７３は、上記隙間量の変化に従って変形し、保護体５４と第２電極４０との間からの燃料の漏れを防止する。
サーミスタ５０は、先ず抵抗体５１にリード線５２、５３を例えばはんだ付け等で接続し、次に上記抵抗体５１が設置された成形型内に保護体５４の基になる溶融ガラスや溶融樹脂などを注入することによって作られる。そして、サーミスタ５０は、電極ホルダ７４の成形時に第２電極４０と共に電極ホルダ７４内に埋め込まれる。

回路部６０は、取付部材２０のハウジング部２１に固定される基板６１と、基板６１上の複数の電子部品からなる濃度算出手段６２とを備える。
濃度算出手段６２は、第１電極３０と第２電極４０との間の充放電により第１電極３０と第２電極４０との間の静電容量を算出する。また、濃度算出手段６２は、サーミスタ５０の電気抵抗に基づき燃料通路９８内の燃料の温度を算出する。
ここで、電極間の静電容量は、燃料の誘電率によって変化する。また、燃料の誘電率は、燃料のエタノール濃度および燃料の温度によって変化する。濃度算出手段６２は、上記特性を利用し、例えば図５に示す関係から電極間の静電容量と燃料の温度とに基づき燃料のエタノール濃度を算出する。

以上説明したように、第１実施形態による燃料性状検出装置１０は、互いに同軸上に配置される第１電極３０および第２電極４０を備える。サーミスタ５０は、第２電極４０の内側に設けられ、抵抗体５１、一対のリード線５２、５３および保護体５４から構成される。抵抗体５１は、第２電極４０の径内方向に位置し、温度に応じて電気抵抗が変化する。リード線５２、５３は、抵抗体５１に接続し、取付部材２０側に延びる。保護体５４は、抵抗体５１を被覆し、抵抗体５１とリード線５２、５３の端部とを埋没することで抵抗体５１を燃料通路９８から隔離し、燃料通路内の燃料に浸漬される。保護体５４は、円筒状に形成され、第２電極４０と同軸上に配置される。Ｏリング７３は、第２電極４０の内壁と保護体５４の外壁との間の隙間を液密に封止する。

これによれば、燃料通路９８の燃料の熱はサーミスタ５０に直接伝導する。そのため、サーミスタ５０の温度は時間差無く燃料の温度と同等になる。したがって、サーミスタ５０による燃料の温度の検出感度が高い。よって、サーミスタ５０による燃料の温度の検出誤差が小さいので、燃料の性状の検出精度が高い。
また、第１実施形態では、保護体５４は、抵抗体５１とリード線５２、５３のうち抵抗体５１に接続する端部とを埋没している。これによれば、抵抗体５１と保護体５４との間に空間が無く、燃料の熱が抵抗体５１に伝わり易いので、サーミスタ５０による燃料の温度の検出感度が高い。

また、第１実施形態では、保護体５４は第２電極４０の外側に突き出している。
また、第１電極３０の燃料通路９８側の端面３４は、第２電極４０の燃料通路９８側の端面４４と軸方向の位置が同じである。そのため、燃料通路９８の上流からサーミスタ５０の保護体５４に向かう燃料は、第１電極３０に阻まれることがない。
また、第１電極３０は、保護体５４に対し燃料通路９８の上流側に位置する第１通孔３５、および、保護体５４に対し燃料通路９８の下流側に位置する第２通孔３６を有する。これによれば、燃料通路９８の上流から燃料性状検出装置１０に向かう燃料が第１通孔３５を通じて保護体５４に導かれ、第２通孔３６を通じて燃料通路９８の下流に流れる。
したがって、例えば電極の奥などに滞っている燃料ではなく、燃料通路９８を流れている燃料の温度を検出することができる。そのため、エンジンに供給される直前の燃料の性状をより正確に検出することができる。

また、第１実施形態では、保護体５４は、円筒状に形成され、第２電極４０と同軸上に配置される。また、保護体５４の外壁と第２電極４０の内壁との間に形成される径方向の隙間は、周方向で同じである。そのため、Ｏリング等の簡易なシール部材で保護体５４の外壁と第２電極４０の内壁との隙間を液密に封止することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による燃料性状検出装置を図６に基づき説明する。図６に示すように、第２実施形態では、サーミスタ８０の保護体８１は、Ｏリング７３に対し燃料通路９８側で径外方向へ突き出し、Ｏリング７３の移動を規制する環状の突起８２を有する。そのため、燃料性状検出装置の組み付け時や使用時、Ｏリング７３の燃料通路９８への脱落を防止することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による燃料性状検出装置を図７に基づき説明する。図７に示すように、第３実施形態では、第２電極８４は、Ｏリング７３に対し燃料通路９８側で径内方向へ突き出し、Ｏリング７３の移動を規制する環状の突起８５を有する。そのため、燃料性状検出装置の組み付け時や使用時、Ｏリング７３の燃料通路９８への脱落を防止することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による燃料性状検出装置を図８に基づき説明する。図８に示すように、第４実施形態では、シール部材８７は、サーミスタ５０の保護体５４の径外壁とリード線側の端部の外壁とを被覆し、保護体５４と一体に形成される。そのため、燃料性状検出装置の組み付け時や使用時、シール部材８７の燃料通路９８への脱落を防止することができる。

（他の実施形態）
上述した複数の実施形態では、電極間の電気的特性から燃料に含まれるエタノール濃度を検出する燃料性状検出装置について説明した。これに対し、本発明の他の実施形態では、燃料性状検出装置は、電極間の電気的特性から例えば燃料の酸化状態等を検出するものであってもよい。
上述した複数の実施形態では、燃料性状検出装置は、電極間の静電容量を検出することで燃料の誘電率から燃料の性質及び状態を検出した。これに対し、本発明の他の実施形態では、電極間の抵抗値を検出することで燃料の導電率から燃料の性質及び状態を検出してもよい。

本発明の他の実施形態では、燃料性状検出装置は、エタノール以外のアルコールとガソリンとが混合されたアルコール混合ガソリンのアルコール濃度を検出するものであってもよい。
本発明の他の実施形態では、第１電極および第２電極は、円筒状に限らず、筒状であればよい。
本発明の他の実施形態では、サーミスタの保護体が第２電極外に突き出していなくてもよい。すなわち、サーミスタの保護体全部が第２電極内に設けられてもよい。要するに、サーミスタの保護体は、燃料通路に露出し、燃料通路内の燃料に浸漬されればよい。

本発明の他の実施形態では、第１電極の燃料通路側の端面は、第２電極の燃料通路側の端面と軸方向位置が異なっていてもよい。
本発明の他の実施形態では、燃料性状検出装置は、燃料供給装置ではなく、内燃機関に燃料を供給する燃料供給系統の別の箇所に設けられてもよい。例えば、燃料性状検出装置は、燃料供給装置とデリバリパイプとを接続する燃料配管の途中やデリバリパイプに設けられてもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１０ ・・・燃料性状検出装置
２０ ・・・取付部材
３０ ・・・第１電極
４０、８４・・・第２電極
５１ ・・・抵抗体
５２、５３・・・リード線
５４、８１・・・保護体
５０、８０・・・サーミスタ
７３ ・・・Ｏリング（シール部材）
８７ ・・・シール部材
９７ ・・・通路形成部材
９８ ・・・燃料通路

Claims (8)

1. 通路形成部材が有する燃料通路内の燃料の性状を検出する燃料性状検出装置であって、
   前記通路形成部材に取り付け可能な取付部材と、
   前記取付部材から前記燃料通路内に延びる筒状の第１電極と、
   前記第１電極の径内方向で前記取付部材から前記燃料通路内に延び、前記第１電極と同軸上に配置される筒状の第２電極と、
   前記第２電極の径内方向に位置し、温度に応じて電気抵抗が変化する抵抗体、当該抵抗体に接続し、前記取付部材側に延びる一対のリード線、および、前記抵抗体を前記燃料通路内の燃料から隔離し、前記燃料通路内の燃料に浸漬される保護体、からなるサーミスタと、
   前記第２電極の内壁と前記保護体の外壁との間の隙間を液密に封止するシール部材と、
   を備えることを特徴とする燃料性状検出装置。
2. 前記保護体は、前記抵抗体と、前記リード線のうち前記抵抗体に接続する端部とを埋設してい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. 前記保護体は前記第２電極の外側に突き出していることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料性状検出装置。
4. 前記第１電極の前記燃料通路側の端面は、前記第２電極の前記燃料通路側の端面と軸方向の位置が同じであることを特徴とする請求項３に記載の燃料性状検出装置。
5. 前記第１電極は、前記保護体に対し前記燃料通路の上流側に位置する第１通孔、および、前記保護体に対し前記燃料通路の下流側に位置する第２通孔を有す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検出装置。
6. 前記保護体は、前記シール部材に対し前記燃料通路側で径外方向へ突き出し前記シール部材の移動を規制する突起を有す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検出装置。
7. 前記第２電極は、前記シール部材に対し前記燃料通路側で径内方向へ突き出し前記シール部材の移動を規制する突起を有す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検出装置。
8. 前記シール部材は、前記保護体の径外壁を被覆し、前記保護体と一体に形成され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検出装置。

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