JP2609255B2

JP2609255B2 - 燃料のアルコー濃度検知装置

Info

Publication number: JP2609255B2
Application number: JP23928587A
Authority: JP
Inventors: 正宏本間; 二三男萩
Original assignee: カルソニック株式会社
Priority date: 1987-09-24
Filing date: 1987-09-24
Publication date: 1997-05-14
Anticipated expiration: 2012-05-14
Also published as: JPS6480848A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、燃料のアルコール濃度を検知する装置に関
する。

（従来の技術）近年、ガソリンの代替燃料の１つとしてアルコールと
ガソリンの混合物（以下、ガソホールという）が考えら
れている。

そこで、このガソホールが市場に導入され、ガソリン
と共存し平行して使用された場合に、燃料内のアルコー
ル濃度を検出する必要が生じる。これは、ガソリンとア
ルコールとでは空燃比が異なるためで、燃料中のアルコ
ール濃度に応じ適正な空燃比制御を行う必要が生じるか
らである。

このアルコール濃度の検知手段としては、例えば、日
産自動車技法第21号（昭和60年12月発行）の第163頁〜
第165頁に記載されているように、ガソリンとアルコー
ルの誘電率の違いに基く静電容量方式が知られている。

即ち、この方式によれば、第６図に示すようにコンデ
ンサタイプのアルコールの静電容量の変化を検知するア
ルコール濃度センサ01を燃料タンク02内に浸漬させてお
き、この静電容量の変化に基づく電流値や計測周波数の
変化により検知回路03でアルコール濃度を検出し、これ
に基き例えば表示装置04で濃度を表示しようとするもの
であった。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような従来技術は、静電容量を直
接計測する手段としていたために、その計測値の中から
アルコールの濃度を示す成分だけを取り出すのが難かし
いという問題点があり、さらに、自動車のように、寒帯
から熱帯、高地から平地、多湿帯から乾燥帯というよう
にあらゆる環境下を移動するものに設置した場合、その
計測値の中には様々な外乱要因による誤差が多く含ま
れ、この誤差を補正して正確なアルコール濃度を検知す
るのが困難であるという問題があった。

（問題点を解決するための手段）本発明は、上述のような問題点を解決し、簡単な構成
によって種々の外乱要因による誤差を容易に取り除くこ
とができるアルコール濃度検知装置を提供することを目
的とする。

この目的達成のために本発明では、燃料内に浸漬さ
れ、アルコール濃度に対応して出力変化するコンデンサ
構造のアルコール濃度センサを備えると共に、該アルコ
ール濃度センサの出力変動に応じた変動周波数信号を出
力する第１発振回路と、前記第１発振回路とは同じ部材内に隣接して設けら
れ、燃料に浸漬されない定容量のコンデンサと発振周波
数調整用の第１可変抵抗を有し、前記アルコール濃度セ
ンサをアルコール濃度ゼロの燃料に浸漬した状態で第１
発振回路から出力される発振周波数と等しくなるように
第１可変抵抗を予め調整しておくことで、アルコール濃
度がゼロのときの変動周波数信号と同じ周波数の基準周
波数信号を出力する第２発振回路と、前記変動周波数信号と基準周波数信号とを入力して両
信号の周波数を比較し、その周波数差に対応したアルコ
ール濃度信号を出力するアルコール濃度検知回路と、を備えている手段とした。

（作用）本発明のアルコール濃度検知装置は、以下に述べるよ
うに作動するものである。

燃料タンク内等の燃料内に浸漬されたアルコール濃度
センサの出力変動に応じ、第１発振回路から変動周波数
信号が出力される。この第１発振回路の発振レートを調
節し、高周波数の信号を発振するようにすることで、ア
ルコール濃度に対応して変動周波数信号において大きな
変化を表わすようにすることができる。

一方、第２発振回路からはアルコール濃度がゼロのと
きの変動周波数信号と同じ周波数の基準周波数信号が出
力され、アルコール検知回路において、基準周波数と前
記変動周波数とが比較され、両者の周波数差がアルコー
ル濃度を示すこととなって、この周波数差に対応したア
ルコール濃度信号が出力される。

このアルコール濃度信号は、例えば、表示装置に出力
しメータ等にその濃度を表示するようにしたり、また、
エンジンの空燃比を制御するコントローラにデータとし
て出力することができる。

また、第１発振回路と第２発振回路とは温度等外界か
らの影響を同じように受けるため、両回路から出力され
る変動周波数信号及び基準周波数信号における外乱因子
の影響による周波数変化は同様に生じて相殺され、両周
波数信号の周波数の差であるアルコール濃度信号は純粋
にアルコール濃度を表すものとなる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面により詳述する。尚、こ
の実施例を述べるにあたって、自動車の燃料タンクに設
けられたアルコール濃度検知装置を例にとる。

まず、実施例の構成を説明する。

本発明一実施例のアルコール濃度検知装置Ａは、第１
図の回路図に示すように、アルコール濃度センサ10、第
１発振回路20、第２発振回路30、アルコール濃度検知回
路40、表示回路50を主要な構成としている。

アルコール濃度センサ10は、コンデンサ構造を作動原
理としたもので、燃料Ｇ内のアルコール濃度を静電容量
Cgの変化として検知する。このアルコール濃度センサ10
は、第３図に示すように、同心円筒状の内電極11と外電
極12とから形成されている。この内電極11の外径をr1,
外電極12の内径をr2,電極長をl,オイルの誘電率をεと
すると、静電容量Cgは、 Cg＝２πε・l/log（r2/r1）で表わされる。

また、前記アルコール濃度センサ10は、第２図に示す
ように、燃料タンク100のキャップ101から垂下されたホ
ルダ102に固定支持されている。このホルダ102は樹脂製
チューブや螺旋状の部材で構成したフレキシビリティを
有するものを使用する。

尚、第３図に示すように、前記外電極12には燃料の切
れを良くするためのスリット13が形成されている。

前記キャップ101には、第１発振回路20、第２発振回
路30、アルコール濃度検知回路40が同一基板状に設けら
れて収納されている。

この第１発振回路20は、前記アルコール濃度センサ10
の静電容量Cgの変化に対応して周波数f1の発振を行なう
もので、この第１発振回路20は、タイマ21により τｌ＝Rl・（Cl＋Cg）（Rlは抵抗22の抵抗値、Clはコンデンサ23の静電容量）の時定数でClを充電し、Clの両端にある電圧があるスレ
ッシュホールド電圧に達すると放電し、第５図（１）に
示す波形の変動周波数信号i1を出力する。尚、第５図
（１）において実線はアルコール濃度ゼロ時、破線はア
ルコール混入時を示す。

第２発振回路30は、アルコール濃度がゼロのときの変
動周波数信号i1と同じ周波数f2の発振を行なうもので、
この第２発振回路30は、タイマー31により τ２＝（1RH＋R2）・C2 （1RHは第１可変抵抗の抵抗値、R2は抵抗33の抵抗値、C
2はコンデンサ34の静電容量）の時定数でC2を充電し、C2の両端にある電圧があるスレ
ッシュホールド電圧に達すると放電し、第５図（２）に
示す波形の変動周波数信号i2を出力する。

尚、前記コンデンサ23,34は、 C2＝Cl＋Cg（アルコール濃度ゼロ時）となるよう設定さ
れている。

アルコール濃度検知回路40は、前記変動周波数信号i1
と基準周波数信号i2とを入力して両信号i1,i2が持って
いる周波数情報である周波数情報である周波数f1,f2を
比較し、その周波数差f0に対応したアルコール濃度信号
としてのアルコール濃度を示すアルコール濃度信号i3を
出力するもので、このアルコール濃度検知回路40は、第
２図に示すように、差動回路41とF/V変換回路42と増幅
回路44を有している。

前記差動回路41は、両周波数信号i1,i2の波形をそれ
ぞれ第５図（３），（４）に示すように周波数f1,f2に
対応する波形処理をした後に、周波数差f0を演算し、そ
の演算結果を示す周波数差信号i4を出力するもので、周
波数差信号i4はアルコール濃度がゼロである時にはf0＝
f2−f1＝０となってL₀のままであるが、燃料Ｇにアルコ
ールが混入してf0＝f2−f1＝fnとなると、第５図（５）
に示すように、差の周波数だけHiとなる。

尚、第５図の（６）は、第１図における信号i5の波形
を示す。

F/V変換回路42及び増幅回路44は、前記周波数差信号i
4を入力して平滑化し、さらに増幅して表示回路50へ、
第５図（５）に示す前記アルコール濃度信号i3を出力す
る。

尚、第２可変抵抗43は後記メータ51の零調整用のもの
である。

また、前記第１可変抵抗32はアルコール濃度ゼロ時に
おいてf0＝f2−f1＝０となるように調整されている。

表示回路50は、車室に配置された表示メータ51を有
し、前記アルコール濃度信号i3に対応してオイルの劣化
程度をメータ51の指針で常時示すものである。このメー
タ51は０％〜50％の範囲でアルコール濃度を表示するよ
うになっている。

尚、第３可変抵抗52はメータ51のゲイン調整用のもの
である。

次に実施例の作用を説明する。

（イ）装置調整時本実施例装置Ａでは、最初に、第１可変抵抗32を調整
して、第１発振回路20の発振周波数f1と第２発振回路の
発振周波数f2とを等しく、つまり、周波数差f0＝f2−f1
＝０となるようにする。これと同時に、第２可変抵抗43
によりメータ51の指針53がゼロを指すように調整する。

次に、メータ51の最大目盛である50％のアルコール濃
度のガソホール燃料（ガソリンとアルコールの混合燃
料）にアルコール濃度センサ10を浸漬させ、このとき指
針53が50％を表示するように第３可変抵抗52を調整す
る。

以上の調整を事前に行った後に使用する。

（ロ）装置使用時キャップ101を嵌めるとアルコール濃度センサ10は燃
料Ｇに浸漬される。そこで、この燃料にアルコールが含
まれていると、アルコール濃度センサ10の静電容量Cgが
増加して第５図（５）に示すような波形の周波数差信号
i4が出力される。

そして、この信号i4はF/V変換回路42によて平滑化さ
れアルコール濃度信号i3として出力されメータ51の指針
が振れアルコール濃度の程度が表示される。

以上説明してきたように、実施例のアルコール濃度検
知装置Ａにあっては、以下に述べるような効果が得られ
る。

第１発振回路20によって、アルコール濃度センサ10
の極めて微少な静電容量の変化でも変動周波数信号i1の
周波数において大変化が得られるようにしたため、ノイ
ズ等の影響が少なく正確にアルコール濃度を検知するこ
とができる。さらに、このようにアルコール濃度センサ
10の微少な静電容量Cgの変化で正確な劣化検知が成され
るから、装置をコンパクトに形成でき、自動車の燃料タ
ンク等のように小さなスペースに設けるのが容易であ
る。

アルコール濃度検知回路40では、変動周波数信号i1
と基準周波数信号i2とを比較して、アルコール濃度セン
サからの出力に基く変動周波数信号i1の中からアルコー
ル濃度成分のみを取り出すようにしたため、アルコール
濃度が正確にしかも簡単に検知される。さらに、上述の
ようにアルコール濃度成分のみを取り出すようにしたた
め、アルコール濃度センサ10の微少な静電容量Cgの変化
で正確な劣化検知が成されるから、装置をコンパクトに
形成できる。

両発振回路20,30は、両者共キャップ101内に収納さ
れているため、これらに対する温度等の外乱因子による
影響は等しく生じて相殺され、外乱因子による影響を受
けることなく、正確なアルコール濃度の検知が可能であ
るという効果が得られる。

また、第１発振回路20がアルコール濃度センサ10に近
いキャップ101内に収納されていることで、アルコール
濃度センサ10から第１発振回路20への微少出力に対する
ノイズが生じ難くS/N比が良好で、また、配線が長いこ
とによるリードイダクタンスやストレイキャパシタンス
の影響が無く回路が安定する。

アルコール濃度センサ10にスリット13を形成したの
で燃料の切れがよく、正確な劣化検知が成される。

以上、本発明の実施例を図面により詳述してきたが、
具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、特
許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

また、実施例では、表示回路にアルコール濃度の程度
を示すメータを設けたが、劣化を警告するワーニングラ
ンプや、また文字、イニシャルにより警告表示するもの
であってもよいし、また、このようにアルコール濃度を
表示するのではなく、エンジンの空燃比制御のデータと
して使用するようにしてもよい。

（発明の効果）以上説明していたように、本願発明の燃料のアルコー
ル濃度検知装置にあっては、燃料内に浸漬され、アルコ
ール濃度に対応して出力変化するコンデンサ構造のアル
コール濃度センサを備えると共に、該アルコール濃度セ
ンサの出力変動に応じた変動周波数信号を出力する第１
発振回路と、第１発振回路とは同じ部材内に隣接して設
けられ、燃料に浸漬されない定容量のコンデンサと発振
周波数調整用の第１可変抵抗を有し、アルコール濃度セ
ンサをアルコール濃度ゼロの燃料に浸漬した状態で第１
発振回路から出力される発振周波数と等しくなるように
第１可変抵抗を予め調整しておくことで、アルコール濃
度がゼロのときの変動周波数信号と同じ周波数の基準周
波数信号を出力する第２発振回路と、変動周波数信号と
基準周波数信号とを入力して両信号の周波数を比較し、
その周波数差に対応したアルコール濃度信号を出力する
アルコール濃度検知回路と、を備えている手段としたた
め、下記の効果が得られる。

（１）燃料のアルコール濃度を検知するにあたって、静
電容量の変化を周波数の変化に換え、検知した周波数と
基準となる周波数の差から検知するようにしたため、微
少な静電容量変化が大きな周波数変化となり、ノイズ等
の影響割合を少なくして正確にアルコール濃度を検知す
ることができる。

（２）第１発振回路と第２発振回路とは同じ部材内に隣
接して設けたため、両発振回路に対する温度等の外乱因
子による影響は等しく生じて相殺され、外乱因子による
影響を受けることなく、正確なアルコール濃度の検知が
できる。

（３）第２発振回路は、燃料に浸漬されない定容量のコ
ンデンサと発振周波数調整用の第１可変抵抗を有し、ア
ルコール濃度センサをアルコール濃度ゼロの燃料に浸漬
した状態での第１発振回路からの発振周波数と等しくな
るように第１可変抵抗を予め調整しておくことで、アル
コール濃度がゼロのときの変動周波数信号と同じ周波数
の基準周波数信号を出力する回路としたため、基準周波
数信号を得るのに標準液を溜めておくタンクや標準液に
浸漬するセンサを用いる必要がなく、装置をコンパクト
に形成でき、自動車の燃料タンク等のように小さなスペ
ースに設けるのが容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例のアルコール濃度検知装置を示す
回路図、第２図は実施例装置の構造を示す断面図、第３
図は実施例装置のアルコール濃度センサを示す斜視図、
第４図は実施例装置の設置状態を示す断面図、第５図は
実施例装置の信号の波形を示すタイムチャート、第６図
は従来例を示す説明図である。 10……アルコール濃度センサ 20……第１発振回路 30……第２発振回路 40……アルコール濃度検知回路 i1……変動周波数信号 i2……基準周波数信号 i3……アルコール濃度信号

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料内に浸漬され、アルコール濃度に対応
して出力変化するコンデンサ構造のアルコール濃度セン
サを備えると共に、該アルコール濃度センサの出力変動
に応じた変動周波数信号を出力する第１発振回路と、前記第１発振回路とは同じ部材内に隣接して設けられ、
燃料に浸漬されない定容量のコンデンサと発振周波数調
整用の第１可変抵抗を有し、前記アルコール濃度センサ
をアルコール濃度ゼロの燃料に浸漬した状態で第１発振
回路から出力される発振周波数と等しくなるように第１
可変抵抗を予め調整しておくことで、アルコール濃度が
ゼロのときの変動周波数信号と同じ周波数の基準周波数
信号を出力する第２発振回路と、前記変動周波数信号と基準周波数信号とを入力して両信
号の周波数を比較し、その周波数差に対応したアルコー
ル濃度信号を出力するアルコール濃度検知回路と、を備えていることを特徴とする燃料のアルコール濃度検
知装置。