JP4408926B2 - 燃料性状検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、測定光を照射する光源および測定光を受光する受光装置を備えて燃料の性状を検出する、いわゆる光学式の燃料性状検出装置に関するものである。

従来の燃料性状検出装置として、たとえば、発光素子が発する光をガソリンに接触させたプリズムの境界面で反射させ、ガソリン重質度と屈折率とが相関関係にあることを用い、受光素子の出力変化からガソリン重質度を検出するとともに、ガソリンに含まれるアルコールの濃度と一対の電極間の静電容量とが相関関係にあることを用いて、ガソリンに含まれるアルコール濃度を検出する構成としたものがある（特許文献１参照）。
特開平５−１３３８８６号公報

上述した従来の燃料性状検出装置によれば、ガソリンの重質度およびガソリンに含まれるアルコール濃度を検出することができる。しかしながら、このような構成によると、燃料性状検出装置は、発光素子および受光素子からなるガソリン重質度検出部、および一対の電極板からなるアルコール濃度検出部を備え、さらに、各検出部による検出作動を制御する電気回路も２系統備えるため、燃料性状検出装置の体格が大型化し、また燃料性状検出装置を制御する電気回路が複雑なものになる。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、ガソリン重質度およびガソリンに含まれるアルコール濃度の両方を精度良く検出可能且つ小型化、部品点数低減できる燃料性状検出装置を提供することである。

本発明は上記目的を達成する為、以下の技術的手段を採用する。

本発明の請求項１に記載の燃料性状検出装置は、一部が燃料に密着するように配置された透光性材質からなる導光体と、導光体に光を入射可能に配置された光源と、導光体内を進行する光源から発せられた光である測定光を受光可能に配置された受光装置とを備え、測定光を受光して受光装置から出力される検出信号に基づき、燃料の性状である燃料の重質度およびアルコール濃度を検出する燃料性状検出装置であって、導光体は、測定光が導光体内から燃料中へ出射する面である出射面と、該出射面と対向し且つ出射面から出射し燃料中を透過した測定光が導光体へ入射する面である入射面と、該入射面から入射した測定光を受光装置へ向けて反射する面である反射面と、を備え、出射面および入射面に挟まれた空間内には燃料が充満され且つ反射面は燃料と密着しており、測定光は、光源から発せられ導光体に入射した後に出射面と入射面間で燃料中を透過し、その後に反射面で導光体の屈折率と反射面に接している燃料の屈折率で決まる全反射角以上の光が全反射して受光装置へ入射し、受光装置は、その受光領域における全受光量および照度分布を検出可能であり、それら全受光量および照度分布を前記検出信号として出力し、且つ受光装置は反射面で反射した測定光が入射可能であるように配置されており、燃料は異なる燃料の混合液体であり測定光の波長範囲は近赤外線域であることを特徴としている。

上述した構成によれば、光源から出射された測定光は、導光体の出射面から燃料中へ出射し、燃料中を透過した後再び入射面から導光体内に入射する。そして、導光体と燃料との界面となっている反射面で反射して受光装置に入射することになる。

ここで、本発明の請求項１に記載の燃料性状検出装置による、燃料性状検出原理、すなわち、ガソリンの重質度およびガソリンに含まれるアルコール濃度の検出原理について説明する。

先ず、ガソリンの重質度の検出原理について説明する。導光体内を進行する測定光が燃料と密着している反射面に入射した際、測定光のうち、反射面への入射角が導光体の全反射角以上の光は反射面で全反射して導光体内を進行して受光装置に入射する。一方、反射面への入射角が全反射角未満である光は、反射面から燃料中に出射して行き受光装置には入射しない。導光体の全反射角θの大きさは、導光体の屈折率Ｎ１と反射面に接している媒質であるガソリンの屈折率Ｎ２との比によって決まる。すなわち、全反射角θＡの大きさは、次式（１）で表される。

ｓｉｎθＡ＝Ｎ２／Ｎ１・・・（１）
さらに、ガソリンの重質度と屈折率と間には、重質度が大きいほど屈折率が大きいという関係がある。したがって、この関係と（１）式とから、導光体の反射面における全反射角は、ガソリンの重質度が高い場合ほど大きくなることがわかる。

上述したように、測定光のうち、反射面への入射角が導光体の全反射角以上の光のみが反射面で全反射して導光体内を進行して受光装置に入射する。すなわち、受光装置に入射する測定光の入射角は或る角度範囲となる。言い換えると、受光装置の受光量域における測定光が入射する部分である入射領域はある範囲に限られることになる。そして、反射面に密着しているガソリンの重質度が変化して反射面における全反射角が変わると、それにともなって、受光装置の受光量域における測定光の入射領域が変化する。本発明の請求項１に記載の燃料性状検出装置が備える受光装置は、その受光領域における照度分布を検出可能である。したがって、受光装置からの検出信号の照度分布に基づいて、ガソリンの重質度を検出することができる。

次に、ガソリンに含まれるアルコール濃度の検出原理について説明する。

アルコール中のＯＨ基は、特定の波長域の光、詳しくは赤外波長域の光を吸収する作用がある。このため、光源から発せられた光がアルコール中を透過すると、アルコール中透過後の光量は、光源から発せられた光量に対して減少することになる。一方、光源から発せられた光がガソリン中を透過する場合、光の吸収がほとんど無いため、透過後の光量減少は無い。したがって、ガソリンおよびアルコールの混合液体中に光源からの光を透過させた場合の透過光量は、ガソリン１００％、つまりアルコール濃度が０％のときに最大値となり、ガソリン中に含まれるアルコール濃度が増大するに連れて減少して行くことになる。また、光源が発する光量は、光源の発光特性や駆動電流条件等から予め求めることができる。したがって、導光体の出射面および入射面に挟まれた空間内に充満しているガソリンおよびアルコールの混合液体中に光源からの光を透過させ、透過後の光量を測定すれば、混合液体中のアルコール濃度を検出することができる。

本発明の請求項１に記載の燃料性状検出装置が備える受光装置は、その受光領域における全受光量を検出可能である。この受光装置により検出される受光量は、光源が発する発光量から、導光体の出射面および入射面に挟まれた空間内に充満している燃料中を透過した際に燃料中に含まれるアルコールにより吸収された光量、および燃料に密着している反射面への入射角が全反射角より小さいため燃料中へ出射した光量を減じた光量となる。ガソリンの重質度に対応した受光装置の受光領域における照度分布は、重質度が一定であれば、受光領域における受光量の変化とはかかわり無く一定である。したがって、ガソリン中のアルコール濃度はさておき、受光領域における照度分布に基づいてガソリンの重質度を検出することができる。次に、ガソリン中のアルコール濃度については、種々のガソリンの重質度に対して、受光装置の受光領域における全受光量とアルコール濃度との関係を予め測定してデータとして用意しておき、そのデータを参照して求めることができる。すなわち、先ず、受光装置からの照度分布に基づいてガソリンの重質度を検出し、続いて検出された重質度のガソリンとアルコールとの混合液体における受光装置の受光領域における全受光量とアルコール濃度との関係を示すデータおよび受光装置における全受光量に基づいてアルコール濃度を検出することができる。

従来の燃料性状検出装置では、ガソリンの重質度検出用、およびガソリン中のアルコール濃度検出用の２つの検出手段を備えており、体格が大型化するとともに、２系統の信号処理を行わなければならないため、燃料性状検出装置を制御する電気回路が複雑なものになっていた。

これに対して、本発明の請求項１に記載の燃料性状検出装置によれば、以上説明したように、ガソリンの重質度とガソリン中のアルコール濃度との２つの情報を、一つの検出手段を用いて、すなわち、一つの光源および一つの受光装置を用いて同時に測定することができる。したがって、ガソリン重質度およびガソリンに含まれるアルコール濃度の両方を精度良く検出可能且つ小型化、部品点数低減できる燃料性状検出装置を提供することができる。

また、本発明の請求項１に記載の燃料性状検出装置のように、測定光は、光源から発せられ導光体に入射した後に出射面と入射面間で燃料中を透過し、その後に反射面で導光体の屈折率と反射面に接している燃料の屈折率で決まる全反射角以上の光が全反射して受光装置へ入射し、受光装置はその受光領域における全受光量および照度分布を検出可能であり、受光装置は反射面で反射した測定光が入射可能であるように配置されている構成とすれば、先ず受光量域における照度分布に基づいてガソリンの重質度を正確に検出し、続いて受光量域における全受光量と検出したガソリン重質度とに基づいてアルコール濃度を正確に検出することができる。また、本発明の請求項１に記載の燃料性状検出装置は、燃料は異なる燃料の混合液体であり測定光の波長範囲は近赤外線域であることを特徴としている。異なる燃料の混合液体として、たとえばガソリンとアルコールの混合液体を考える。アルコールは近赤外域の波長範囲の光を選択的に吸収するのに対して、ガソリンは当該波長範囲の光を完全に透過させる。したがって、燃料がガソリンとアルコールの混合液体からなる場合、測定光として波長範囲が近赤外線域である光を適用すれば、アルコール濃度を高精度で検出することができる。

本発明の請求項２に記載の燃料性状検出装置は、受光装置はＰＳＤ（Ｐｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、位置検出素子）であることを特徴としている。

ＰＳＤは、検出領域の照度分布を高精度で検出可能であるとともに、大きさや特性の種類が豊富である。したがって、コスト上昇を抑制しつつ、検出精度の高い燃料性状検出装置を提供することができる。

本発明の請求項３に記載の燃料性状検出装置は、受光装置はフォトトランジスタあるいはフォトダイオードを複数個直線上に互いに隣接して配列して形成されることを特徴としている。

上述の構成において、受光装置の受光領域は複数個のフォトトランジスタあるいはフォトダイオードにより構成される。この場合、受光装置が備える各フォトトランジスタあるいはフォトダイオードの検出信号に基づいて、受光量域における照度分布を高精度で検出することができる。したがって、本発明の請求項３に記載の燃料性状検出装置によっても、ガソリン重質度とアルコール濃度の両方を精度良く検出可能且つ小型化、部品点数低減できる燃料性状検出装置を提供することができる。

本発明の請求項４に記載の燃料性状検出装置は、光源は発光ダイオードであることを特徴としている。

発光ダイオードは、その発光波長域の種類が豊富且つ長寿命である。したがって、燃料中に含まれる濃度検出対象成分に対して最適な発光ダイオード、すなわち、その検出対象成分が選択的に吸収する波長域光を発する発光ダイオードを容易に選定することができる。これにより、燃料中に含まれる検出対象成分の濃度を高精度で検出可能な燃料性状検出装置を提供することができる。

本発明の請求項５に記載の燃料性状検出装置は、燃料の屈折率と反射面における反射率との関係のデータを第１マップとして予め記憶している記憶手段を有する演算手段を備え、演算手段は、受光装置から出力される検出信号の照度分布に基づき、燃料の屈折率を算出し、算出された燃料の屈折率と第１マップとに基づき、反射面における反射率を算出し、算出された反射面における反射率と、受光装置から出力される検出信号の全受光量とに基づき、反射面への入射光量を算出し、算出された入射光量と、光源からの出射光量とに基づき、燃料の透過率を算出し、算出された燃料の屈折率に基づき、燃料の重質度を判定し、算出された燃料の透過率に基づき、燃料のアルコール濃度を判定することを特徴としている。

光源から出射した測定光は、途中で燃料中を透過した後に導光体の反射面に入射し、そこで反射して受光装置に至る。この構成において、受光装置に入射する測定光量は、光源からの出射光量から燃料透過中に燃料により吸収された光量および反射面で燃料中に出射した光量を減じたものになる。

測定光が反射面に入射した際の全反射角度は燃料の屈折率により決まり、燃料の屈折率が変化すると全反射角度もそれに応じて変化し、反射面から燃料中に出射する光量が変化する。言い換えると、反射面で全反射して受光装置へ向かって進行する光量が変化する。それによって、受光装置の受光量および受光装置における受光量の照度分布が変化する。

燃料の屈折率が一定で、燃料の透過率のみが変化した場合、受光装置の受光量は変化するが、受光装置への入射光の照度分布は変わらない。したがって、受光装置への入射光の照度分布に基づいて、燃料の屈折率を算出することができる。算出した屈折率を第１マップで参照すれば、導光体の反射面における反射率が求められる。この反射率と受光装置の受光量とに基づいて反射面への入射光量、つまり燃料透過後の測定光量が算出される。この燃料透過後の測定光量と燃料透過前の測定光量、すなわち光源が発する光量とに基づいて、燃料の透過率を算出することができる。燃料透過前の測定光量は、光源の発光特性や駆動電流条件等から予め求めることができる。したがって、演算手段により算出された反射面への入射光量と光源が発する光量とに基づいて、燃料の透過率を算出することができる。以上のようにして算出された屈折率に基づきガソリンの重質度が、透過率に基づきアルコール濃度がそれぞれ算出できる。したがって、ガソリン重質度およびガソリンに含まれるアルコール濃度の両方を精度良く検出可能且つ小型化、部品点数低減できる燃料性状検出装置を提供することができる。

以下、本発明に係る燃料性状検出装置の実施の形態について、自動車に搭載される燃料性状センサ１に適用した場合を例に、図を参照して説明する。

燃料性状センサ１は、図１に示すように、燃料タンク（図示せず）内の燃料をエンジン（図示せず）へ供給する燃料配管１００に取り付けられている。すなわち、燃料配管１００に設けられたボス部１００ａにガスケット１０１を介して螺子締結により固定されている。燃料配管１００中を燃料Ｆが流れると、燃料性状センサ１内にも燃料Ｆが流入する。

ここで、燃料Ｆについて説明する。燃料Ｆとしてはガソリンとアルコールであるエタノールの混合液が用いられている。燃料Ｆは、ガソリンの重質成分（たとえば、アロマ、オレフィン等）の含有割合（以降、重質度と表す）のばらつきが大きく、且つ含まれるエタノール濃度も変動している。このため、上述したように成分割合が広範に変動する燃料Ｆを用いながら、エンジン（図示せず）を常に適正な状態、たとえば所望のトルクを発生しつつ排出ガス中の有害成分量が最小となるような状態で運転するためには、何らかの手段により燃料性状、すなわちガソリンの重質度、およびガソリンに含まれるエタノール濃度を検出し、それに基づいて燃料噴射量、噴射時期等を適切に制御する必要がある。燃料性状センサ１は、このような目的で用いられている。

以下に、本発明に係る燃料性状センサ１の構成について説明する。

燃料性状センサ１は、大きくは、一部が燃料Ｆ中に浸漬されるように配置された導光体４、導光体４内に光を入射可能に配置された発光ダイオード２、導光体４内を進行する発光ダイオード２からの光を入射可能に配置されたＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、位置検出素子）３、これらの部品を収容保持するハウジング７等から構成されている。

導光体４は、透光性材質であるガラスから略ブロック状に形成されている。導光体４は、導光体４内に入射した発光ダイオード２から発せられた光である測定光が燃料Ｆ中に出射する面である出射面４１、出射面４１から出射し燃料Ｆ中を透過した測定光が再び導光体４内へ入射する面である入射面４２、入射面４２から導光体４内へ入射した測定光をＰＳＤへ向けて反射する面である反射面４３を備えている。出射面４１および入射面４２は、図１に示すように、互いに対向し且つ平行に形成されている。すなわち、出射面４１および入射面４２は、導光体４に凹部Ｓを設けることにより、その凹部Ｓを構成する壁面として形成されている。そして、燃料性状センサ１が燃料配管１００に取り付けられた状態において、凹部Ｓ内は燃料Ｆで満たされると同時に反射面４３には燃料が密着する。

光源である発光ダイオード２は、その発する光の中心波長が１６００ｎｍ近傍のものが用いられている。これは、波長が１６００ｎｍ近傍である光は、ガソリンに吸収されないため、ガソリン中を透過する際の透過率がほぼ１００％近いのに対して、エタノールには吸収されるため、エタノール中を透過する際の透過率が低いことによる。このような波長の光を測定光とした場合、燃料Ｆの組成がガソリン１００％であるときに、燃料Ｆ中における測定光の透過率が最大、つまり燃料Ｆを透過した測定光の光量が最大となり、燃料Ｆ中に含まれるエタノール濃度が増大するに連れて燃料Ｆ中における測定光の透過率が減少、つまり燃料Ｆを透過した測定光の光量が減少する。ガソリンとエタノールの混合液体におけるエタノール濃度を検出する用途に対しては、ガソリン中の透過率がほぼ１００％且つエタノール中の透過率ができるだけ低いような波長光が適している。発光ダイオード２は、その発光面を導光体４に密着させて配置されている。これにより、発光ダイオード２が発する光を１００％導光体４内に入射させることができ、測定光の光量を多くして、燃料性状検出精度を高めることができる。発光ダイオード２からは放射状に光が発せられるが、輝度が最大である光の進路が光軸Ｐである。本発明の一実施形態による燃料性状センサ１において、発光ダイオード２は、発光ダイオード２の光軸Ｐと導光体４の出射面４１および入射面４２とが直交するようにして設置されている。これにより、測定光が出射面４１および入射面４２を通過する際の漏光損失を最小にできる。

受光装置であるＰＳＤ３としては、一次元ＰＳＤが用いられている。ＰＳＤ３は、図２に示すように、帯状の検出面３１を備えている。ここで、ＰＳＤ３の構造および光検出作動について説明する。ＰＳＤは、図３に示すように、ＰＩＮ型フォトダイオードと同様の構造をしており、Ｐ層３２が検出面を形成している。Ｐ層３２の両端に一対の出力電極３３、３４が形成されている。Ｎ層３５には共通電極３６が形成されている。また、Ｐ層３２とＮ層３５との間には、Ｉ層（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ層）３７が設けられている。ＰＳＤ３の検出面３１に、図３に示すように、スポット光Ｓが入射すると、入射位置には光量に比例した電荷が発生し、この電荷は光電流としてＰ層３２に到達し、各出力電極３３、３４までの距離に逆比例して分割され、出力電極３３、３４から取り出される。出力電極３３の出力電流Ｉ３３、出力電極３４の出力電流Ｉ３４を測定することにより、スポット光Ｓの入射位置、すなわち、出力電極３３あるいは出力電極３４から入射位置までの距離を算出できる。また、出力電流Ｉ３３と出力電流Ｉ３４との和である全光電流Ｉ０に基づいて、検出面３１へ入射する全光量を算出できる。検出面３１に入射する光がスポット光Ｓではなく、検出面３１の或る範囲に亘って入射する場合は、出力電流Ｉ３３および出力電流Ｉ３４に基づいて算出される入射位置は、入射光量の重心位置に相当する。

以上説明した、導光体４、発光ダイオード２、ＰＳＤ３は、図１に示すように、ホルダ５を介して一体的に保持固定されている。ホルダ５は、たとえば樹脂材料等から形成されている。ホルダ５には、回路基板６が取り付けられている。回路基板６には、発光ダイオード２の点灯駆動制御、ＰＳＤ３からの検出信号処理および入光位置算出処理等を行う電気回路（図示せず）が形成されている。

導光体４、発光ダイオード２およびＰＳＤ３を一体的に保持固定しているホルダ５、および回路基板６は、図１に示すように、ハウジング７内に収容固定されている。ハウジング７は、たとえば金属材料等から形成されている。ハウジング７には、その一端に開口するとともに導光体４に臨む連絡孔７１が設けられている。ハウジング７には、連絡孔７１と反対側端部には、図１に示すように、カバー８が装着されている。カバー８は、ハウジング７内の、導光体４、発光ダイオード２、ＰＳＤ３および回路基板６を気密的に保護している。カバー８には、図示しない電気コネクタが設けられるとともに、この図示しない電気コネクタは回路基板６に電気的に接続されている。この図示しない電気コネクタに外部の電気配線が接続されることにより、燃料性状センサ１が外部の電気回路に接続される。

燃料性状センサ１は、ハウジング７を介して燃料配管１００に取り付けられている。すなわち、燃料性状センサ１は、図１に示すように、ガスケット１０１を介して燃料通路１００のボス部１００ａに螺子締めにより固定されている。燃料性状センサ１が燃料配管１００に固定されると、燃料配管１００中の燃料Ｆは、連絡孔７１を介して導光体３へ至り、導光体４が燃料Ｆ中に浸漬される。つまり、導光体３の凹部Ｓ内に燃料Ｆが充満し且つ反射面４３に燃料Ｆが密着する。

次に、以上説明したように構成された本発明の一実施形態による燃料性状センサ１の作動、つまり燃料性状検出作動について説明する。

本発明の一実施形態による燃料性状センサ１においては、発光ダイオード２から発せられた光、すなわち測定光は、図１中において矢印で示すように進行してＰＳＤ３に入射する。すなわち、導光体４内を進行した後、出射面４１から燃料Ｆ中へ出射して燃料Ｆ中を透過し、入射面４２から再び導光体４内へ入射する。そして、導光体４内を進行し反射面４３で反射して、ＰＳＤ３の検出面３１に入射する。

測定光が、発光ダイオード２から発せられてＰＳＤ３で受光されるまでの経路において、先ず、燃料Ｆ中を透過した測定光が、反射面４３で反射してＰＳＤ３に至る経路において、測定光が反射面４３で反射する様子を考える。測定光が反射面４３に入射する場合、測定光のうち、反射面４３に対する入射角θが反射面４３の全反射角以上である光は、反射面４３で全反射してＰＳＤ３に入射する。一方、反射面４３に対する入射角θが反射面４３の全反射角未満である光は、反射面４３から導光体４外、すなわち燃料Ｆ中へ出射して行く。

導光体４と燃料Ｆとの界面である反射面４３における全反射角θＡは、導光体４と接触している媒質、すなわち燃料Ｆの屈折率によって定まる。燃料Ｆの屈折率が変化するとそれにともなって反射面４３における全反射角θＡも変化する。導光体４の屈折率をＮ１、ガソリンの屈折率をＮ２と表すと、全反射角θＡの大きさは、次式（１）で表される。

ｓｉｎθＡ＝Ｎ２／Ｎ１・・・（１）
さらに、ガソリンの重質度とガソリンの屈折率Ｎ２と間には、重質度が大きいほど屈折率が大きいという関係がある。この関係と（１）式とから、導光体４の反射面４３における全反射角θＡは、ガソリンの重質度が高い場合ほど大きくなることがわかる。

このため、燃料Ｆにおいてガソリンの重質度が変化すると、反射面４３における全反射角θＡが変わる。それにともない、反射面４３で反射してＰＳＤ３に向かう測定光のＰＳＤ３の検出面３１における入射領域、入射光量が変化する。以下に、この現象について図４に基づいて説明する。

測定光は、発光ダイオード２を中心として放射状に、詳しくは円錐状に発射されている。図４は、発光ダイオード２が発する光の光軸、すなわち輝度が最高である光の光路を含む断面を示している。また、図４中において、放射状の測定光の分布範囲の両端部を成す光路を一点鎖線で示している。ここで、ガソリンの重質度が減少して、全反射角が全反射角θＡ１から全反射角θＡ２に変化した場合を考える。なお、θＡ１＞θＡ２である。図４中において、全反射角θＡ１の光路を光路Ｖで示し、全反射角θＡ２の光路を光路Ｗで示す。反射面４３に入射した測定光のうち、反射面４３に対する入射角が全反射角度θＡ以上の光がＰＳＤ３に入射する。したがって、ＰＳＤ３の検出面３１上における測定光の入射領域は、図４に示すように、全反射角θＡ１の場合は入射領域Ｘ、全反射角θＡ２の場合は入射領域Ｙとなる。ここで、入射領域Ｘにおける光量重心位置は光量重心位置Ｘｇ、入射領域Ｙにおける光量重心位置は光量重心位置Ｙｇである。燃料性状センサ１においては、ＰＳＤ３からの検出信号に基づいて、上述の光量重心位置Ｘｇ、光量重心位置Ｙｇが算出される。これらの、光量重心位置Ｘｇ、Ｙｇは、ガソリンの重質度と相関関係があるので、測定光受光したときのＰＳＤ３からの出力信号に基づいて測定光の光量重心位置を算出し、この光量重心位置と予め測定されているガソリンの重質度との関係を参照することにより、ガソリンの重質度を検出することができる。ところで、ＰＳＤ３は、ガソリンの重質度の変動に対応して測定光の入射領域が変動しても、確実に測定光を受光可能であるように配置されている。すなわち、本発明の一実施形態による燃料性状センサ１においては、ＰＳＤ３として一次元ＰＳＤを用いるとともに、その検出範囲の広がり方向（長手方向）を、図４に示す断面図、つまり発光ダイオード２の光軸を含む断面に沿わせて配置している。

次に、発光ダイオード２から出射した測定光が、導光体４中から燃料Ｆ中を透過し再度導光体４中を進み反射面４３に至る経路について考える。測定光が導光体４中を進行する場合、その光量損失はほとんどない。一方、燃料Ｆ中を透過すると、燃料Ｆに含まれるエタノールにより測定光が吸収され、測定光の光量が減少する。すなわち、燃料Ｆ中に含有されるエタノール濃度が高くなるほど、燃料Ｆ中を透過後の測定光の減少度合いが大きくなる。したがって、燃料Ｆ中を透過後の測定光の光量を測れば、それに基づいて、エタノール濃度を検出できる。しかし、本発明の一実施形態による燃料性状センサ１においては、燃料Ｆ中を透過した測定光は、続いて、反射面４３で反射する際にも一部の光が反射面４３から外部へ出射するために光量が減少する。したがって、ＰＳＤ３による受光量に基づいて、測定光の減少光量を算出しても、それは、エタノールに吸収された光量と反射面４３から外部へ出射した光量との和であり、両者を分離して測定することができない。そこで、ＰＳＤ３により検出された受光量とエタノール濃度との関係を、種々のガソリンの重質度毎に予め測定しておき、先ず、ＰＳＤ３により検出された測定光の光量重心位置に基づいてガソリンの重質度を検出し、次に、検出されたガソリンの重質度におけるＰＳＤ３の受光量とエタノール濃度との関係のデータを参照して、エタノール濃度を算出している。

以上説明した、本発明の一実施形態による燃料性状センサ１の構成によれば、一組の検出手段である発光ダイオード２とＰＳＤ３とを備え、ＰＳＤ３の受光量、および燃料透過時の測定光減少度合いとアルコールの濃度との相関関係からエタノール濃度を検出し、ＰＳＤ３における光量重心位置、およびガソリン重質度と全反射角との相関関係からガソリンの重質度を検出する構成とした。これにより、一組の検出手段である発光ダイオード２とＰＳＤ３とを用いて、燃料Ｆに関する２種類の性状データである、ガソリンの重質度およびエタノール濃度を高精度で検出することができる。

従来の燃料性状検出装置では、ガソリンの重質度検出用、およびガソリン中のアルコール濃度検出用の２つの検出手段を備えているために、体格が大型化し、且つ２系統の信号処理を行わなければならないため、燃料性状検出装置を制御する電気回路が複雑なものとなっていた。

これに対して、本発明の一実施形態による燃料性状センサ１によれば、ガソリンの重質度とガソリン中のアルコール濃度との２つの情報を、一組の検出手段である発光ダイオード２とＰＳＤ３を用いて同時に測定することができる。したがって、ガソリン重質度およびガソリンに含まれるアルコール濃度の両方を精度良く検出可能且つ小型化、部品点数低減できる燃料性状センサ１を実現することができる。

次に、本発明の一実施形態による燃料性状センサ１の変形例による燃料性状検出作動について説明する。この変形例においては、回路基板６に、発光ダイオード２の点灯駆動制御、ＰＳＤ３からの検出信号処理および入光位置算出処理等を行う電気回路としてマイクロコンピュータ９が、図５に示すように、回路基盤６に実装されている。

マイクロコンピュータ９は、図６のブロック図に示すように、演算手段９１を備えている。演算手段９１には、図６に示すように、発光ダイオード２がその駆動電流を検出可能に、ＰＳＤ３がその検出信号を入力可能に、それぞれ接続されている。演出手段９１は、記憶領域９２を有している。記憶領域９２には、第１マップとしてのデータ、つまり、燃料Ｆの屈折率と反射面４３における反射率との関係のデータが予め記憶されている。

以下に、演算手段９１において実行される燃料性状検出処理について、図７のフローチャートに基づいて説明する。

運転者の操作により、自動車１００のイグニッションスイッチ（スイッチ）がＯＮされると燃料性状センサ１が作動を開始し、マイクロコンピュータ９の演算手段９１が燃料性状検出処理を開始する。演算手段９１は、先ずステップ２０１の初期化を実施する。

続いて演算手段９１は、ステップ２０２で、ＰＳＤ３の受光量測定および照度分布（受光重心）測定を行う。

次に、演算手段９１は、ステップ２０３において、ステップ２０２で測定されたＰＳＤ３における受光重心位置に基づいて、燃料の屈折率を算出する。

続いて、演算手段９１は、ステップ２０４において、ステップ２０３で算出された燃料の屈折率と、記憶領域９２に記憶されている第１マップ、つまり、燃料Ｆの屈折率と反射面４３における反射率との関係のデータとに基づいて、導光体４の反射面４３の反射率を算出する。

次に、演算手段９１は、ステップ２０５において、ステップ２０４で算出された導光体４の反射面４３の反射率、およびステップ２０２で測定されたＰＳＤ３の受光量に基づいて、反射面４３への入射光量、つまり燃料Ｆを透過した後の光量を算出する。

続いて、演算手段９１は、ステップ２０６において、発光ダイオード２の駆動電流に基づいて、発光ダイオード２から発せられた光量、つまり燃料Ｆを透過する前の光量を算出する。

次に、演算手段９１は、ステップ２０７において、ステップ２０５で算出された燃料Ｆを透過した後の光量、およびステップ２０６で算出された燃料Ｆを透過する前の光量に基づいて、燃料Ｆの透過率を算出する。

続いて、演算手段９１は、ステップ２０８において、ステップ２０３で算出された燃料Ｆの屈折率に基づいて、燃料Ｆの重質度、つまりガソリンの重質度を判定する。

次に、演算手段９１は、ステップ２０９において、ステップ２０７で算出された燃料Ｆの透過率に基づいて、燃料Ｆのエタノール濃度を判定する。

以上説明した処理により、燃料Ｆの性状を判定することができる。

なお、以上説明した、本発明の一実施形態による燃料性状センサ１、その変形例および他の変形例では、導光体４をガラスから形成しているが、ガラスに限定する必要はなく、検出対象である燃料Ｆ中に浸漬されても変色、変質せず安定であるような材質であれば他の材質、たとえば無色透明な樹脂材料から形成してもよい。

また、以上説明した、本発明の一実施形態による燃料性状センサ１、その変形例および他の変形例では、ＰＳＤ３として一次元ＰＳＤを採用しているが、それに替えて、二次元ＰＳＤを用いても良い。

また、以上説明した、本発明の一実施形態による燃料性状センサ１、その変形例および他の変形例では、受光装置としてＰＳＤ３を採用しているが、ＰＳＤ３に限る必要はなく、ガソリン重質度の変化に連動した反射面４３の全反射角θＡの変化に起因する測定光の光路変化を検出可能であれば、他の種類の装置を用いてもよい。受光装置として、たとえば、複数のフォトダイオードを互いに隣接して直線上に配置して構成してもよい。

また、以上説明した各実施形態では、燃料性状センサ１を、燃料タンク（図示せず）内の燃料Ｆをエンジン（図示せず）へ供給する燃料配管１００に取り付けているが、燃料性状センサ１の設置場所は、導光体４が燃料Ｆに浸漬可能であれば、燃料配管１００以外の場所であってもよい。たとえば、燃料タンク内、あるいはエンジン上に取り付けられ燃料を各気筒の噴射弁に供給するための燃料レール等に取り付けてもよい。

また、以上説明した、本発明の一実施形態による燃料性状センサ１、その変形例および他の変形例では、発光ダイオード２として、発する光の中心波長が１６００ｎｍ近傍である種類のものを用いているが、これに限定するものではなく、検出対象液体がエタノール以外の液体である場合は、その種類に対応して適宜変更されるものである。すなわち、濃度検出対象となる液体中の透過率とガソリン中の透過率との差が大きい波長の光を発する種類の発光ダイオードを選定すればよい。さらに、上述したような波長光を発する光源であれば、発光ダイオード以外の種類の光源を用いてもよい。

また、以上説明した、本発明の一実施形態による燃料性状センサ１、その変形例および他の変形例においては、燃料Ｆをガソリンとエタノールの混合液としているが、他の種類の燃料であってもよい。たとえば、軽油とメタノールの混合液、重油と水のエマルジョン等であってもよい。

本発明の一実施形態による燃料性状センサ１の断面図である。 図１中のＩＩ矢視図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 反射面４３における測定光の光路とＰＳＤ３への入射状態を説明する模式図である。 本発明の一実施形態による燃料性状センサ１の変形例の断面図である。 マイクロコンピュータ９のブロック図である。 マイクロコンピュータ９において実行される燃料性状検出処理のフローチャートである。

符号の説明

１ 燃料性状センサ（燃料性状検出装置）
２ 発光ダイオード（光源）
３ ＰＳＤ（受光装置）
３１ 検出面
３２ Ｐ層
３３、３４ 出力電極
３５ Ｎ層
３６ 共通電極
３７ Ｉ層
４ 導光体
４１ 出射面
４２ 入射面
４３ 反射面
５ ホルダ
６ 回路基板
７ ハウジング
７１ 連絡孔
８ カバー
９ マイクロコンピュータ
９１ 演算手段
９２ 記憶手段
１００ 燃料配管
１００ａ ボス部
１０１ ガスケット
Ｆ 燃料
Ｓ 凹部
Ｖ、Ｗ 光路
Ｘ、Ｙ 入射領域
Ｘｇ、Ｙｇ 光量重心位置
θＡ１、θＡ２ 全反射角

Claims (5)

1. 一部が燃料に密着するように配置された透光性材質からなる導光体と、
   前記導光体に光を入射可能に配置された光源と、
   前記導光体内を進行する前記光源から発せられた光である測定光を受光可能に配置された受光装置と、を備え、
   前記測定光を受光して前記受光装置から出力される検出信号に基づき、前記燃料の性状である前記燃料の重質度およびアルコール濃度を検出する燃料性状検出装置であって、
   前記導光体は、前記測定光が前記導光体内から前記燃料中へ出射する面である出射面と、該出射面と対向し且つ前記出射面から出射し前記燃料中を透過した前記測定光が前記導光体へ入射する面である入射面と、該入射面から入射した前記測定光を前記受光装置へ向けて反射する面である反射面とを備え、
   前記出射面および前記入射面に挟まれた空間内には前記燃料が充満され且つ前記反射面は前記燃料と密着しており、
   前記測定光は、前記光源から発せられ前記導光体に入射した後に前記出射面と前記入射面間で前記燃料中を透過し、その後に前記反射面で前記導光体の屈折率と前記反射面に接している前記燃料の屈折率で決まる全反射角以上の光が全反射して前記受光装置へ入射し、
   前記受光装置は、その受光領域における全受光量および照度分布を検出可能であり、それら全受光量および照度分布を前記検出信号として出力し、
   且つ前記受光装置は前記反射面で反射した前記測定光が入射可能であるように配置されており、
   前記燃料は異なる燃料の混合液体であり前記測定光の波長範囲は近赤外線域であることを特徴とする燃料性状検出装置。
2. 前記受光装置はＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、位置検出素子）であ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. 前記受光装置はフォトトランジスタあるいはフォトダイオードを複数個直線上に互いに隣接して配列して形成され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。
4. 前記光源は発光ダイオードであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の燃料性状検出装置。
5. 前記燃料の屈折率と前記反射面における反射率との関係のデータを第１マップとして予め記憶している記憶手段を有する演算手段を備え、
   前記演算手段は、
   前記受光装置から出力される前記検出信号の前記照度分布に基づき、前記燃料の屈折率を算出し、
   算出された前記燃料の屈折率と前記第１マップとに基づき、前記反射面における反射率を算出し、
   算出された前記反射面における反射率と、前記受光装置から出力される前記検出信号の前記全受光量とに基づき、前記反射面への入射光量を算出し、
   算出された前記入射光量と、前記光源からの出射光量とに基づき、前記燃料の透過率を算出し、
   算出された前記燃料の屈折率に基づき、前記燃料の重質度を判定し、
   算出された前記燃料の透過率に基づき、前記燃料のアルコール濃度を判定することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の燃料性状検出装置。

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