JP2015004651A - 燃料性状センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 検出精度を高めることの可能な燃料性状センサを提供する。【解決手段】 車体２に取り付け可能な燃料配管１０の内側に検知電極４０と接地電極５０を備えた燃料性状センサ１は、固定部材２０によって、燃料配管１０と接地電極５０とが電気的に分離した状態で固定される。検出回路３０は、検知電極４０と接地電極５０との間を流れる燃料の比誘電率に応じた電極間の静電容量を検出する。接地電極５０の端部から検知電極４０の下端面４００と燃料配管１０の底部１００との間に導電性の遮蔽部６０が延びる。これにより、検出回路３０に接続されたワイヤハーネス４に電磁誘導ノイズが誘起された場合にも、遮蔽部６０は検知電極４０と燃料配管１０との容量結合を遮蔽する。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料の性状を検出する燃料性状センサに関する。

従来、エンジンに使用される燃料に含まれるエタノール濃度等の燃料の性状を検出する燃料性状センサが知られている。
特許文献１に記載の燃料性状センサは、有底筒状に形成された燃料配管の内側に、検知電極と接地電極を備える。検知電極は、筒状の接地電極の内側に設けられる。検出回路は、検知電極と接地電極との間の燃料の比誘電率に応じた静電容量を検出し、その信号をワイヤハーネスを通じて車両の回路網へ出力する。車両の回路網に設けられた電子制御装置（ＥＣＵ）は、燃料性状センサにより検出された燃料の性状に応じて、燃料噴射量および点火時期などを制御する。

特開２０１３−８３５５４号公報

特許文献１に記載の燃料性状センサは、有底筒状の燃料配管の開口部に被さる蓋部材が、燃料配管と接地電極とを電気的に接続している。このため、燃料配管と接地電極とは同電位となる。
ところで、特許文献１に記載の燃料性状センサについて、仮に、蓋部材を廃止し、樹脂などの絶縁体を用いて燃料配管と接地電極とを固定した場合について検討する。
一般に、燃料配管が取り付けられる車体は、車両のバッテリのグランドに電気的に接続されている。一方、接地電極は、検出回路に接続されたワイヤハーネスから車両の回路網を経由し、バッテリのグランドに電気的に接続されている。そのため、燃料配管と検知電極との容量結合、検知電極と接地電極との容量結合、車両の回路網、バッテリ、及び燃料配管が取り付けられた車体により、閉回路が形成される。
ただし、この閉回路では、車両の回路網に所定のインピーダンスが存在するので、接地電極と燃料配管とが同電位にならない。そのため、検出回路に接続されたワイヤハーネスが外乱による電磁波の影響を受けて電磁誘導ノイズが誘起されると、検知電極と燃料配管とが容量結合し、上述した閉回路に交流電流が流れることがある。この交流電流が、検出回路の検出する検知電極の電位に影響を与え、燃料性状センサの検出精度が悪化することが懸念される。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、検出精度を高めることの可能な燃料性状センサを提供することを目的とする。

本発明は、車体に取り付け可能な燃料配管の内側に検知電極と接地電極を備えた燃料性状センサにおいて、燃料配管と接地電極とが電気的に分離した状態で固定され、接地電極の端部から検知電極と燃料配管との間に導電性の遮蔽部が延びることを特徴とする。
これにより、電極間の静電容量を検出する検出回路に接続されたワイヤハーネスに電磁誘導ノイズが誘起された場合にも、遮蔽部は検知電極と燃料配管との容量結合を遮蔽する。
そのため、電磁誘導ノイズによる交流電流が検知電極を流れることが抑制されるので、その交流電流が検出回路の行う静電容量検出に与える影響を排除することが可能となる。したがって、燃料性状センサは、検出精度を高めることができる。

本発明の第１実施形態による燃料性状センサの斜視図である。 本発明の第１実施形態による燃料性状センサの模式的な断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線の要部断面図である。 本発明の第２実施形態による燃料性状センサの要部断面図である。 図４のＶ−Ｖ線の模式的な断面図である。 検出誤差と遮蔽部の幅との関係を示す特性図である。 本発明の第３実施形態による燃料性状センサの模式的な断面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線の要部断面図である。 本発明の第４実施形態による燃料性状センサの要部断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１から図３に示す。本実施形態の燃料性状センサ１は、車両の燃料タンクとインジェクタとを接続する燃料供給系統に設けられ、燃料に含まれるエタノール濃度を検出するセンサである。
燃料性状センサ１は、燃料配管１０、固定部材２０、検出回路３０、検知電極４０、接地電極５０及び遮蔽部６０などを備えている。

燃料配管１０は、有底筒状のカップ部１１と、そのカップ部１１の径方向に接続する第１連結管１２及び第２連結管１３と、カップ部１１の開口側に設けられた取付部材１４とを有する。燃料配管１０は、例えばステンレスなどの金属から形成される。第１連結管１２と第２連結管１３は、車両の燃料供給系統を構成する図示しない燃料配管に接続される。
カップ部１１の内側の燃料室１５と、第１連結管１２の内側の第１通路１６と、第２連結管１３の内側の第２通路１７とは連通しており、第１通路１６から流入した燃料は、燃料室１５を通り、第２通路１７から流出する。
取付部材１４は、内側に固定部材２０を収容可能な収容部１８と、その収容部１８の端部にフランジ部１９を有する。フランジ部１９に設けられた孔１９１にボルト９が挿し込まれ、図１の矢印Ａ，Ｂに示すように、取付部材１４は車体２に取り付けられる。この車体２は、車両に設けられたバッテリのグランド３に電気的に接続されている。

固定部材２０は、例えば樹脂などの絶縁体から箱型に形成され、取付部材１４の収容部１８の内側に固定される。固定部材２０の内側には、検出回路３０が構成された回路基板３１が設けられている。固定部材２０には、端子２１を有するコネクタ２２が形成される。端子２１は、一端が回路基板３１に接続され、他端がコネクタ２２の内側空間に露出する。コネクタ２２の端子２１にワイヤハーネス４が接続可能である。図２では、ワイヤハーネス４を矢印で示している。

検知電極４０は、例えばステンレスなどの金属から棒状または有底円筒状に形成される。検知電極４０は、その軸が、燃料室１５の燃料流れ方向に対し垂直に設けられている。そのため、検知電極４０は、燃料配管１０の底部１００側に位置する下端面４００が、燃料配管１０の底部１００とほぼ平行に向き合っている。
接地電極５０は、例えばステンレスなどの金属から円筒状に形成され、検知電極４０の外側に、検知電極４０と同軸に設けられる。接地電極５０は、径方向に通じる第１流通孔５１および第２流通孔５２を有する。

検知電極４０と接地電極５０は、回路基板側の端部が固定部材２０に例えばインサート成形により固定されている。これにより、燃料配管１０と接地電極５０とは、製品内で電気的に分離した状態となる。
検知電極４０と接地電極５０は、燃料室１５を流れる燃料に浸漬する。接地電極５０の有する第１流通孔５１及び第２流通孔５２を通り、検知電極４０と接地電極５０との間の流路５３に燃料が流れる。

遮蔽部６０は、燃料に浸漬する接地電極５０の軸方向の端部から、燃料配管１０の底部１００と検知電極４０の下端面４００との間に延びている。遮蔽部６０は、燃料配管１０の燃料の流れ方向に対し平行に設けられているので、燃料室１５の燃料流れを阻害しない。
図３に示すように、第１実施形態の遮蔽部６０は、接地電極５０の軸方向の端部を全て覆っている。遮蔽部６０は、例えばステンレスなどの導電体から、接地電極５０と一体に形成される。或いは、遮蔽部６０は、接地電極５０と別体で形成し、接地電極５０と電気的に導通するように、接地電極５０の端部に固定してもよい。これにより、遮蔽部６０は、検知電極４０と燃料配管１０との容量結合を遮蔽する。

検知電極４０と接地電極５０との間に弾性体からなるＯリング４１が設けられ、接地電極５０と燃料配管１０との間に弾性体からなるＯリング４２が設けられる。２個のＯリングは、燃料室１５の燃料が回路基板側へ漏れることを防いでいる。

検知電極４０と接地電極５０は、それぞれの端子４４，５４を通じて検出回路３０に接続されている。検知電極４０は、検出回路３０から端子４４を通じて電圧が印加される。接地電極５０は、端子５４から検出回路３０、ワイヤハーネス４、及び車両回路網５を通じてグランド３に接続されている。検知電極４０と接地電極５０は、流路５３を流れる燃料を誘電体としたコンデンサを形成する。検出回路３０は、そのコンデンサに対し充放電することで、検知電極４０と接地電極５０との間の流路５３を流れる燃料の比誘電率に応じた電極間の静電容量を検出する。検出回路３０は、静電容量に対応する信号をコネクタ２２の端子２１に接続されたワイヤハーネス４を通じて車両回路網５に設けられた図示しないＥＣＵに伝送する。ＥＣＵは、その静電容量に基づく燃料のエタノール濃度に応じて、インジェクタの燃料噴射量及び点火時期などを制御する。

次に、検出回路３０と車両回路網５とを接続するワイヤハーネス４が外乱による電磁波の影響を受けた場合を検討する。
仮に、遮蔽部６０が接地電極５０の端部に設けられていない場合、ワイヤハーネス４に電磁誘導ノイズが誘起されると、接地電極５０と検知電極４０との容量結合、及び、検知電極４０と燃料配管１０との間で容量結合が生じ、燃料配管１０、車体２、バッテリのグランド３、車両回路網５、ワイヤハーネス４、検出回路３０、接地電極５０及び検知電極４０により閉回路が形成され、そこに交流電流が流れる。この交流電流が検出回路３０の検出する検知電極４０の電位に影響を与えると、検出回路３０による検出誤差が大きくなることが懸念される。

これに対し、本実施形態では、接地電極５０の端部から検知電極４０と燃料配管１０との間に延びる遮蔽部６０が、検知電極４０と燃料配管１０と容量結合を遮断する。そのため、ワイヤハーネス４が外乱による電磁波の影響を受けた場合にも、電磁誘導ノイズによる交流電流が検知電極４０を流れることが抑制されるので、その交流電流が検出回路３０の行う静電容量検出に与える影響を排除することが可能である。

本実施形態では、次の作用効果を奏する。
（１）本実施形態では、接地電極５０と導通する遮蔽部６０が、検知電極４０と燃料配管１０の容量結合を遮断し、電磁誘導ノイズによる影響が排除されるので、検出回路３０による検出が正確なものとなり、燃料性状センサ１は、検出精度を高めることができる。
（２）本実施形態では、燃料配管１０を例えば金属から形成し、ボルト等を用いて燃料配管１０を車体２に直接取り付けることが可能になる。したがって、車両の振動に対するそのボルト等の緩みを防ぐことができる。また、樹脂等と比較して車両の振動に対する取付部材の強度を高めることができる。
（３）本実施形態では、樹脂等の絶縁体からなる固定部材２０を用いて、燃料配管１０と接地電極５０とを固定することが可能になるので、燃料性状センサ１の製造コストを低減することができる。
（４）本実施形態では、遮蔽部６０は、燃料配管１０の燃料の流れ方向に対し平行に設けられているので、燃料室１５の燃料流れを阻害することがない。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図４から図６に示す。以下、複数の実施形態において、上述した第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。
図４は第１実施形態の図３で示した箇所と同じ箇所を示したものであり、図５は図４のＶ−Ｖ線の断面図である。つまり、図５は、第１実施形態の図２に対して電極の軸周りに９０°回転したものであり、紙面垂直方向に燃料が流れる。
第２実施形態では、遮蔽部６１は、接地電極５０の端部の一部を覆う。遮蔽部６１は、燃料室１５の燃料流れ方向に延びている。これにより、遮蔽部６１が燃料流れに対し、流体抵抗となることが防がれる。
接地電極５０の端部は、遮蔽部６１に覆われていない部分が開口している。即ち、接地電極５０の内周壁と遮蔽部６１との間に設けられた開口５６を通じて、燃料配管１０の底部側の流路５５と、接地電極５０の内側の流路５３との間を燃料が流れることが可能である。

図６は、ＢＣＩ試験（ＢＣＩ：Ｂｕｌｋ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）により、コネクタ２２の端子２１に接続したワイヤハーネス４に電磁波を与えたものである。
試験対象とした燃料性状センサは、それぞれ、次の構成Ｘ、構成Ｙ、構成Ｚを備えるものである。
構成Ｘ：遮蔽部を備えていないもの。
構成Ｙ：遮蔽部６１が接地電極５０の筒の内側の総面積の１６％以上の面積を覆い、且つ、検知電極４０の下端面４００の２２％以上の面積を覆うもの。
構成Ｚ：遮蔽部６１が接地電極５０の筒の内側の総面積の４６％以上の面積を覆い、且つ、検知電極４０の下端面４００の６６％以上の面積を覆うもの。
即ち、構成Ｙは、構成Ｚに比べて、遮蔽部６１の幅Ｗが小さいものである。

構成Ｘによる試験結果を二点鎖線Ｘで示し、構成Ｙの試験結果を一点鎖線Ｙで示し、構成Ｚの試験結果を実線Ｚで示す。
構成Ｘの場合、周波数ｆ１からｆ５の間で検出されるエタノール濃度の誤差（以下「濃度誤差」という。）がマイナス方向に大きくなる。
構成Ｙの場合、周波数ｆ２からｆ４の間で検出される濃度誤差がマイナス方向に大きくなる。但し、構成Ｙでは、周波数ｆ３の濃度誤差が大きいものの、車両に要求される所定の目標値Ｍ１の範囲内に収まっている。
構成Ｚの場合、ワイヤハーネス４に外乱として印加される全ての周波数の電磁波に対し、濃度誤差が小さくなっている。

上述の試験結果から、遮蔽部６１は、接地電極５０の端部の一部を覆うことにより、検知電極４０と燃料配管１０との容量結合を遮蔽することが可能である。
但し、遮蔽部６１の面積は、上記実験に示した構成Ｙ，構成Ｚに限定されることなく、燃料配管１０の底部１００と検知電極４０との間隔、電極の径の大きさ又は材質などに起因する検知電極４０と燃料配管１０との容量結合の特性、或いは、車両に要求される目標値等、種々の条件に応じて、実験などにより適宜決定されるものである。

第２実施形態では、次の作用効果を奏する。
（１）第２実施形態では、遮蔽部６１が接地電極５０の端部の一部を覆うことで、検知電極４０と燃料配管１０との容量結合の遮蔽効果を維持しつつ、燃料配管１０を流れる燃料の圧力損失または燃料の淀みを軽減することが可能である。したがって、燃料性状センサ１は、燃料配管１０を流れる燃料の性状の変化に素早く反応することが可能となり、検出の応答性を高めることができる。
（２）第２実施形態では、遮蔽部６１は、接地電極５０の端部において、燃料室１５の燃料流れ方向に延びている。これにより、燃料室１５の燃料流れに対し、遮蔽部６１が流体抵抗となることが防がれるので、燃料性状センサ１は、検出の応答性を高めることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図７及び図８に示す。第３実施形態では、遮蔽部６２は導電性の網によって形成され、接地電極５０の軸方向の端部を全て覆っている。遮蔽部６２の網の目を通り、燃料配管１０の底部側の流路５５と、接地電極５０の内側の流路５３との間を燃料が流れることが可能である。したがって、燃料性状センサ１は、燃料配管１０を流れる燃料の性状の変化に素早く反応し、検出の応答性を高めることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図９に示す。第４実施形態では、遮蔽部６３は導電性の網によって形成され、接地電極５０の軸方向の一部を覆っている。遮蔽部６３の網の目と、接地電極５０の遮蔽部６３に覆われていない開口部分を通り、燃料配管１０の底部側の流路５５と、接地電極５０の内側の流路５３との間を燃料が流れることが可能である。
第４実施形態では、上述した第２、第３実施形態よりも、さらに燃料配管１０を流れる燃料の圧力損失または燃料の淀みを軽減することが可能である。

（他の実施形態）
（１）上述した実施形態では、燃料配管１０の第１連結管１２と第２連結管１３を、車両の燃料供給系統を構成する燃料配管に接続した。これに対し、他の実施形態では、燃料配管１０が車両の燃料供給系統を構成する燃料配管であってもよい。つまり、車両の燃料供給系統を構成する燃料配管に直接、検知電極と接地電極を取り付けてもよい。
（２）上述した実施形態では、検知電極４０と接地電極５０の軸を、燃料室１５の燃料流れ方向に対し垂直に設けた。これに対し、他の実施形態では、検知電極と接地電極は、その軸が、燃料室の燃料流れ方向に対し平行になるように設けてもよい。
（３）上述した実施形態では、検出回路３０は、検知電極４０と接地電極５０とその間の燃料により構成されたコンデンサに対し充放電することで、電極間の静電容量を検出した。これに対し、他の実施形態では、検出回路は、コンデンサの発振周波数を測定することにより、静電容量を検出してもよい。
（４）上述した実施形態では、遮蔽部は、検知電極４０の軸中心を通るように設けた。これに対し、他の実施形態では、遮蔽部は、検知電極４０の軸中心を通ること無く、軸中心よりも径外側に設けてもよい。
本発明は、上記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。

１ ・・・燃料性状センサ
２ ・・・車体
１０・・・燃料配管
２０・・・固定部材
３０・・・検出回路
４０・・・検知電極
５０・・・接地電極
６０，６１，６２，６３・・・遮蔽部

Claims (6)

1. 車体（２）に取り付け可能な燃料配管（１０）と、
   前記燃料配管を流れる燃料に浸漬する検知電極（４０）と、
   前記検知電極の外側に筒状に設けられた接地電極（５０）と、
   前記燃料配管と前記接地電極とを電気的に分離した状態で固定する固定部材（２０）と、
   前記検知電極と前記接地電極との間を流れる燃料の比誘電率に応じた電極間の静電容量を検出する検出回路（３０）と、
   前記燃料配管を流れる燃料に浸漬する前記接地電極の端部から前記検知電極と前記燃料配管との間に延びる導電性の遮蔽部（６０，６１，６２，６３）と、を備えることを特徴とする燃料性状センサ（１）。
2. 前記遮蔽部は、前記接地電極と導通し、前記検知電極と前記燃料配管との容量結合を遮蔽す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. 前記遮蔽部は、前記燃料配管の内側に形成された燃料室（１５）の燃料流れ方向に対し平行に設けられ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. 前記遮蔽部（６１，６２，６３）は、前記検知電極の下端面（４００）の一部を覆い、前記接地電極の内周壁と前記遮蔽部との間に開口（５６）が設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料性状センサ。
5. 前記遮蔽部（６１，６３）は、前記接地電極の端部において、前記燃料室の燃料流れ方向に延びることを特徴とする請求項４に記載の燃料性状センサ。
6. 前記遮蔽部（６２，６３）は、燃料が通過することの可能な網であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料性状センサ。

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