JP5206771B2 - 燃料センサ - Google Patents

Description

本発明は、燃料の性状を検出する燃料センサに関する。

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、燃料中のアルコール濃度、燃料圧力又は酸化状態など、燃料の性状を検出する燃料センサが知られている。
特許文献１には、燃料圧力を検出する燃料センサとしての燃料圧力調整器が記載されている。この燃料圧力調整器は、燃料ポンプから吐出される燃料が流れる燃料通路に圧力検出部を備えている。燃料圧力調整器は、圧力検出部に作用する燃料圧力に応じ、燃料ポンプのモータに供給する電流を制御する。

国際公開第ＷＯ００／７３６４６号パンフレット

ところで、燃料通路を流れる燃料の温度が高くなり、その燃料温度に対応する飽和蒸気圧よりも燃料圧力が低くなると、燃料中に気泡が発生する。また、内燃機関から燃料タンクに戻されるリターン燃料に含まれる気泡が燃料ポンプに吸い込まれると、燃料ポンプの吐出口から気泡を含んだ燃料が吐出されることがある。
特許文献１に記載の燃料圧力調整器の設けられる燃料通路は重力方向に延びている。燃料圧力調整器の圧力検出部は、その燃料通路の重力方向上側に設けられている。このため、燃料中の気泡が圧力検出部に流入及び滞留するおそれがある。これにより、燃料の圧力が圧力検出部に正確に作用しなくなり、燃料圧力の検出誤差が大きくなるおそれがある。
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、燃料中に発生する気泡に対し、検出精度を高めることの可能な燃料センサを提供することにある。

請求項１に係る発明によると、燃料が略水平方向に流れる燃料通路の上側に形成された開口部から外側電極が燃料通路内に延びる。この外側電極は、内側に燃料室を有する。この燃料室内に内側電極が設けられる。燃料室の燃料温度を温度検出手段が検出する。検出回路は、外側電極と内側電極との間の電気的特性及び燃料温度から燃料の性状を検出する。外側電極は、燃料通路の上側の内壁よりも下方に設けられる筒状の遮蔽部、及びこの遮蔽部より下側に設けられ燃料室と燃料通路とを連通する連通孔を有する。遮蔽部は、燃料通路の上側の内壁に沿って流れる気泡が連通孔に入ることを抑制可能である。
燃料が略水平方向に燃料通路を流れることで、燃料中に発生した気泡は燃料通路の上側の内壁に沿って流れる。この気泡は、外側電極の連通孔の上側に設けられた遮蔽部の外側を流れるので、遮蔽部より下側に設けられた連通孔から燃料室に気泡が流入及び滞留することが抑制される。このため、検出回路は、外側電極と内側電極との間の電気的特性を気泡の影響を受けることなく検出することが可能になる。したがって、燃料センサの検出精度を高めることができる。
なお、本明細書において、上側とは重力方向上側をいい、下側とは重力方向下側をいう。また、略水平方向とは、重力方向に対し略水平方向をいう。
また、燃料通路の開口部の内壁と外側電極の外壁との間に、燃料通路の上側の内壁に沿って流れる気泡を貯留することの可能な貯留空間が形成される。これにより、燃料通路を流れる気泡は、遮蔽部に到達する前に、その一部が貯留空間に貯留される。したがって、遮蔽部の外側を流れる気泡の量が少なくなるので、連通孔から燃料室に気泡が入ることを抑制することができる。
さらに、外側電極は、大径部と小径部からなる略円筒形状であり、大径部と小径部との間の外壁に、遮蔽部から径外方向に環状に突出する大径部よりも径の大きな環状部を有する。これにより、貯留空間に貯留された気泡が連通孔に入ることを環状部により確実に抑制することができる。

請求項２に係る発明によると、遮蔽部は、燃料の流れ方向に対して軸が略直交する筒状である。これにより、遮蔽部の径外方向の外壁に沿って気泡が流れるので、連通孔から燃料室に気泡が入ることを抑制することができる。

請求項３に係る発明によると、貯留空間は、燃料通路の開口部の内壁と外側電極の外壁との間で、外側電極の径外方向の全周に形成される。これにより、貯留空間に貯留された気泡は、貯留空間の下流側から燃料通路に流出する。したがって、貯留空間に貯留された気泡が連通孔に入ることを抑制することができる。

請求項４に係る発明によると、燃料通路は、燃料タンク内の燃料を汲み上げるポンプ本体を支持するとともに燃料タンクの開口を塞ぐフランジに形成され、ポンプ本体から吐出され内燃機関に供給される燃料が流れる。燃料センサの取り付けられる燃料通路をフランジに形成することで、燃料センサと燃料ポンプとをモジュール化することが可能になると共に、燃料が略水平方向に流れるように燃料通路を容易に形成することができる。

本発明の第１実施形態による燃料センサの断面図である。 本発明の第１実施形態による燃料センサを取り付けた燃料供給装置の断面図である。 本発明の第１実施形態による燃料センサの要部断面図である。 図３のＩＶ方向の矢視図である。 本発明の第２実施形態による燃料センサの断面図である。 本発明の第３実施形態による燃料センサの断面図である。 本発明の第４実施形態による燃料センサの断面図である。

以下、本発明の複数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実施形態による燃料センサを図１〜図４に示す。本実施形態の燃料センサ１は、車両の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濃度センサである。燃料センサ１の検出したエタノール濃度は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）へ伝送される。ＥＣＵは、エタノール濃度に応じて燃料噴射量及び点火時期等を制御する。これにより、内燃機関の空燃比が適正となり、運転性が良好になると共に、排ガス中の有害成分を低減することが可能になる。

先ず、本実施形態の燃料センサ１が取り付けられる燃料供給装置１０について説明する。
燃料供給装置１０は、図１及び図２に示すように、フランジ１１、サブタンク２０、ポンプボディ２５、ポンプ本体２７、フィルタ２８、プレッシャレギュレータ２９及び燃料センサ１等を備えている。
フランジ１１は、略円盤状に形成され、燃料タンク２の上壁に形成された開口３を塞いでいる。フランジ１１には、ポンプ本体２７から吐出される燃料を流通する燃料通路１２が形成されている。燃料通路１２の一方の端部１３は、燃料タンク２の内側に略垂直に延びている。燃料通路１２の一方の端部１３には、蛇腹管１４が接続される。
一方、燃料通路１２の他方の端部１５は、燃料タンク２の外側に略垂直に延びている。燃料通路１２の他方の端部１５には、図示しない燃料配管が接続される。その燃料配管を通り、内燃機関に燃料が供給される。

燃料通路１２の一方の端部１３と他方の端部１５との間の流路１６は、フランジ１１に沿って略水平に延びている。燃料通路１２の略水平に延びる流路１６に、開口部１７が形成されている。開口部１７は、燃料通路１２の一方の端部１３の垂直に延びる流路から所定距離離れた位置に形成されている。開口部１７の形成される燃料通路１２は、破線Ａに示すように、一方の端部１３から垂直方向に流れる燃料が、流れの向きを略水平に変えて流れる。このとき、燃料中に含まれる気泡は、燃料通路の１２の上側の内壁に沿って流れるようになる。なお、燃料通路１２の流路１６は、燃料中に発生した気泡が燃料通路１２の上側の内壁に沿って流れる程度に略水平に形成されていればよい。
燃料通路１２の開口部１７に燃料センサ１が取り付けられている。燃料センサ１については後述する。
また、フランジ１１には、電気コネクタ１８が設けられている。電気コネクタ１８は、ポンプ本体２７のモータに電力を供給する。

サブタンク２０は、有底筒状に形成され、燃料タンク２内に挿入されている。フランジ１１とサブタンク２０とを支柱部材２１が接続している。支柱部材２１は、一端がフランジ１１に設けられた取付穴２２に圧入され、他端がサブタンク２０に設けられた孔２３に摺動可能に挿入されている。支柱部材２１の径外側には圧縮コイルスプリング２４が設けられ、その弾性力によりサブタンク２０を燃料タンク２の底壁４に押し付けている。

サブタンク２０の内側にポンプボディ２５が収容されている。ポンプボディ２５は、図示しない取付部材によってサブタンク２０に固定されている。
ポンプボディ２５は、ポンプ本体２７、フィルタ２８及びプレッシャレギュレータ２９などを収容している。
ポンプ本体２７は、略円筒状に形成され、その内部に、図示しないモータ及びこのモータにより回転する図示しないインペラを有する。ポンプ本体２７は、インペラの回転により、軸方向下側に設けられた吸入口から燃料を吸入、昇圧し、軸方向上側に設けられた吐出口３０から燃料を吐出する。
ポンプ本体２７の吸入口側にはサクションフィルタ３１が設けられている。サクションフィルタ３１は、袋状に形成され、サブタンク２０内からポンプ本体２７に吸入される燃料に含まれる比較的大きな異物を捕獲する。
ポンプ本体２７の径外側にフィルタ２８が設けられている。このフィルタ２８のエレメントは筒状に形成され、ポンプ本体２７の吐出口３０から吐出した燃料に含まれる比較的小さい異物を捕獲する。

フィルタ２８の下流側の通路３２にプレッシャレギュレータ２９が設けられている。プレッシャレギュレータ２９は、通路３２を流れる燃料の圧力を調整する。プレッシャレギュレータ２９は、調圧時に余剰となった燃料を開口３３からサブタンク２０内に排出する。
ポンプ本体２７から吐出され、プレッシャレギュレータ２９で調圧された燃料は、蛇腹管１４を通り、フランジ１１の燃料通路１２を経由し、燃料配管から内燃機関に供給される。

次に、燃料センサ１について、図１、図３及び図４を参照して説明する。
燃料センサ１は、ハウジング４０、外側電極５０、内側電極６０、サーミスタ７０及び回路基板８０等を備えている。
ハウジング４０は、例えば樹脂から形成され、基板収容部４１、円筒部４２及びコネクタ４３を有している。基板収容部４１は、有底筒状に形成され、底部４４及び側部４５を有している。基板収容部４１の内側に、検出回路８１が形成された回路基板８０がねじ等により取り付けられている。
円筒部４２は、基板収容部４１の底部４４から燃料通路１２側へ延びている。円筒部４２の径外方向の外壁に溝４６が設けられている。また、フランジ１１の開口部１７からフランジ１１の外側へ突起１９が突出している。この突起１９の径方向外側からクリップ４７が円筒部４２の溝４６（図４参照）に嵌合している。これにより、ハウジング４０がフランジ１１に固定される。
コネクタ４３は、基板収容部４１の側部４５に設けられている。コネクタ４３の端子４８は、図示しないＥＣＵと電気的に接続する。

外側電極５０は、例えばステンレス等の金属板をプレス加工することにより略円筒状に形成されている。外側電極５０は、回路基板８０の検出回路８１に電気的に接続されている。外側電極５０は、一端がハウジング４０の円筒部４２の径内側に樹脂モールドされ、他端が燃料通路１２内に延びている。外側電極５０は、燃料通路１２内に挿入される部分の径方向内側に燃料室５１を有している。
外側電極５０は、ハウジング４０側から大径部５２、環状部５３及び小径部５４を有している。大径部５２は、小径部５４よりも径が大きく形成されている。フランジ１１の開口部１７の内壁と大径部５２との間には、円環状の外側シール部材５５が設けられている。外側シール部材５５は例えばＯリングからなり、フランジ１１の開口部１７と大径部５２との隙間から燃料が漏れることを防止する。
環状部５３は、大径部５２と小径部５４との間で径外方向に円環状に突出している。環状部５３により、外側シール部材５５の脱落が防止される。

小径部５４は、環状部５３の下側に筒状の遮蔽部５６を有している。図４では、遮蔽部５６の下側の境界を破線Ｐにより概念的に示しているが、環状部５３は外側電極５０に一体で形成される。
小径部５４は、遮蔽部５６の下側に、燃料通路１２と燃料室５１とを連通する２個の連通孔５７を有している。２個の連通孔５７は、燃料通路１２を燃料が流れる方向に軸対象に設けられている。これにより、燃料室５１の燃料の流通が良好になる。
遮蔽部５６の軸方向の長さは、燃料通路１２を流れる気泡の量により、実験等により設定される。つまり、燃料通路１２を流れる気泡の量が多ければ、遮蔽部５６の軸方向の距離は長く設定される。一方、燃料通路１２を流れる気泡の量が少なければ、遮蔽部５６の軸方向の距離は短く設定される。遮蔽部５６の軸方向の長さは、燃料通路１２の上側の内壁に沿って流れる気泡が連通孔５７に入ることを抑制可能な長さに設定される。

燃料通路１２の開口部１７の内径は、環状部５３の外径よりも大きく形成される。これにより、燃料通路１２の開口部１７の内壁と外側電極５０の外壁との間に貯留空間５８が形成される。貯留空間５８は、外側シール部材５５の下側で、外側電極５０の径外方向の全周に形成される。
燃料通路１２の上側の内壁に沿って流れる気泡は、図１の矢印Ｂ、Ｃに示すように、遮蔽部５６の径外側を迂回し、外側電極５０の下流側へ流れる。したがって、連通孔５７から燃料室５１に流入することが抑制される。
また、燃料通路１２の上側の内壁に沿って流れる気泡は、外側電極５０に到達する前に、その一部が貯留空間５８に流入する。その気泡は、貯留空間５８を流れ、貯留空間５８の下流側の燃料通路１２に流出する。なお、貯留空間５８を流れる気泡は、環状部５３によって、連通孔５７に入ることを抑制される。

内側電極６０は、例えばステンレス等の金属から有底筒状に形成されている。内側電極６０は、樹脂から形成される略円筒状のホルダ６１の径内側に樹脂モールドされている。内側電極６０は、回路基板８０の検出回路８１に電気的に接続されている。
ホルダ６１は、外側電極５０の大径部５２の内側に挿入され、ハウジング４０の底部４４及び円筒部４２とかしめ及び溶着等により固定されている。内側電極６０は、外側電極５０の内側の燃料室５１に、外側電極５０と略同軸に設けられる。これにより、外側電極５０及び内側電極６０は、燃料を誘電体としたコンデンサとして機能する。
外側電極５０及び内側電極６０との間には、円環状の内側シール部材６２が設けられている。内側シール部材６２は例えばＯリングからなり、外側電極５０及び内側電極６０との隙間からハウジング４０の基板収容部４１内に燃料が漏れることを防止する。
なお、外側電極５０のハウジング４０側に大径部５２を設けることで、小径部５４と内側電極６０とのギャップよりも、大径部５２と内側電極６０とのギャップを大きくすることが可能になる。これにより、ホルダ６１及び内側シール部材６２に起因する外側電極５０と内側電極６０との間の浮遊容量が燃料室５１の燃料の静電容量検出に与える影響を低減することができる。

温度検出手段としてのサーミスタ７０は、内側電極６０の径内側に収容されている。サーミスタ７０は、回路基板８０の検出回路８１に電気的に接続されている。内側電極６０の内側には、例えばシリコンなどからなる図示しない熱伝導材が入れられる。これにより、燃料室５１の燃料の温度は、内側電極６０の板厚及び熱伝導材を経由し、サーミスタ７０に伝熱する。

回路基板８０に形成された検出回路８１は、外側電極５０、内側電極６０及びサーミスタ７０と電気的に接続している。回路基板８０の上側には、図示しないポッテイング材が充填される。検出回路８１は、外側電極５０と内側電極６０との間の充放電により、その電極（外側電極５０、内側電極６０）間の静電容量を検出する。また、検出回路８１は、サーミスタ７０により、燃料室５１の燃料温度を検出する。静電容量の値は燃料の誘電率によって変化する。誘電率は、燃料中のガソリンとエタノールとの混合比および燃料温度によって変化する。このため、検出回路８１は、電極間の静電容量と燃料温度により、燃料室５１のエタノール濃度を検出する。検出回路８１の検出したエタノール濃度は、コネクタ４３の端子４８からＥＣＵに伝送される。ＥＣＵは、エタノール濃度に応じて燃料噴射量、点火時期等を制御することで、内燃機関の空燃比を適正にする。

本実施形態では、以下の作用効果を奏する。
（１）燃料センサ１の設けられる燃料通路１２は、フランジ１１に略水平に形成されている。このため、燃料通路１２を流れる燃料に含まれる気泡は、燃料通路１２の上側の内壁に沿って流れる。外側電極５０は、燃料通路１２の上側の内壁よりも下方に筒状の遮蔽部５６を有し、その遮蔽部５６より下側に連通孔５７を有している。これにより、燃料通路１２を流れる気泡は、遮蔽部５６の径外側を迂回して流れるので、連通孔５７から燃料室５１に気泡が流入することが抑制される。このため、検出回路８１は、気泡の影響を受けることなく、外側電極５０と内側電極６０との間の静電容量を検出する。したがって、燃料センサ１の検出精度を高めることができる。

（２）本実施形態では、燃料通路１２の開口部１７の内壁と外側電極５０の外壁との間に貯留空間５８が形成される。また、外側電極５０には、遮蔽部５６から径外方向に環状に突出する環状部５３が設けられる。これにより、燃料通路１２を流れる気泡の一部は、外側電極５０に到達する前に貯留空間５８に流入する。その気泡は、貯留空間５８を流れ、その下流側の燃料通路１２に流出する。なお、貯留空間５８を流れる気泡は、環状部５３によって、連通孔５７に入ることが抑制される。このため、遮蔽部５６の径外側を流れる気泡の量が少なくなるので、連通孔５７から燃料室５１に気泡が流入することが抑制される。したがって、燃料センサ１の検出精度を高めることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による燃料センサを図５に基づいて説明する。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。本実施形態の燃料センサでは、燃料通路１２の開口部１７が形成される内壁に円筒状の拡径部５９が形成されている。拡径部５９の内径は、開口部１７の内径より大きい。これにより、貯留空間５８の容積を大きくすることが可能になる。このため、矢印Ｄ、Ｅに示すように、貯留空間５８を流れる気泡の量が多くなる。したがって、遮蔽部５６の径外側を流れる気泡の量が少なくなるので、連通孔５７から燃料室５１に気泡が流入、滞留することを確実に抑制することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による燃料センサを図６に基づいて説明する。本実施形態では、燃料通路１２の略水平に延びる流路１６が、上述した第１及び第２実施形態より長く形成されている。燃料センサは、蛇腹管１４が接続される燃料通路１２の一方の端部１３から遠い位置に設けられている。これにより、蛇腹管１４から重力方向上側に流れる燃料は、その流れの向きを確実に略水平方向に変えて流路１６を流れる。このため、燃料に含まれる気泡は、確実に燃料通路１２の上側の内壁に沿って流れる。この気泡は、遮蔽部５６の径外側を流れ、連通孔５７に流入すること抑制される。したがって、燃料室５１に気泡が流入、滞留することを抑制することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による燃料センサを図７に基づいて説明する。本実施形態では、外側電極５０と内側電極６０との間に円環状のスペーサ６３が設けられている。スペーサ６３は、絶縁体から形成され、連通孔５７の上側と同一平面上に設けられる。これにより、仮に燃料室５１に気泡が流入した場合、その気泡はスペーサ６３の下面を通り、連通孔５７から外側電極５０の下流側の燃料通路１２へ速やかに流出する。したがって、燃料センサの検出精度を高めることができる。

（他の実施形態）
上述した複数の実施形態では、燃料センサとして、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濃度センサについて説明した。これに対し、本発明は、電極間の電気的特性から例えば燃料の酸化劣化状態等を検出する燃料センサであってもよい。
上述した複数の実施形態の燃料センサは、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、本発明の燃料センサは、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。
上述した複数の実施形態の燃料センサは、燃料供給装置のフランジに形成された燃料通路に取り付けた。これに対し、本発明の燃料センサは、内燃機関に燃料を供給する燃料供給系統において、燃料が略水平方向に流れる燃料通路に設けられるものであればよい。
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 ・・・燃料センサ
１１・・・フランジ
１６・・・燃料通路
１７・・・開口部
５０・・・外側電極
５１・・・燃料室
５３・・・環状部
５６・・・遮蔽部
５７・・・連通孔
５８・・・貯留空間
６０・・・内側電極
７０・・・サーミスタ（温度検出手段）
８１・・・検出回路

Claims (4)

1. 燃料が略水平方向に流れる燃料通路の上側の壁に形成された開口部から前記燃料通路内に延び、内側に燃料室を有する外側電極と、
   前記外側電極の前記燃料室内に設けられる内側電極と、
   前記燃料室の燃料温度を検出する温度検出手段と、
   前記外側電極と前記内側電極との間の電気的特性及び前記温度検出手段の検出した燃料温度から燃料の性状を検出する検出回路と、を備え、
   前記外側電極は、前記燃料通路の上側の内壁よりも下側に設けられる筒状の遮蔽部、及びこの遮蔽部より下側に設けられ前記燃料室と前記燃料通路とを連通する連通孔を有し、
   前記遮蔽部は、前記燃料通路の上側の内壁に沿って流れる気泡が前記連通孔に入ることを抑制可能であるとともに、
   前記燃料通路の前記開口部の内壁と前記外側電極の外壁との間に、前記燃料通路の上側の内壁に沿って流れる気泡を貯留することの可能な貯留空間が形成されており、
   前記外側電極は、大径部と小径部からなる略円筒形状であり、前記大径部と前記小径部との間の外壁に、前記遮蔽部から径外方向に環状に突出する前記大径部よりも径の大きな環状部を有することを特徴とする燃料センサ。
2. 前記遮蔽部は、燃料の流れ方向に対して軸が略直交する筒状であることを特徴とする請求項１に記載の燃料センサ。
3. 前記貯留空間は、前記燃料通路の前記開口部の内壁と前記外側電極の外壁との間で、前記外側電極の径外方向の全周に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料センサ。
4. 前記燃料通路は、燃料タンク内の燃料を汲み上げるポンプ本体を支持するとともに前記燃料タンクの開口を塞ぐフランジに形成され、前記ポンプ本体から吐出され内燃機関に供給される燃料が流れることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料センサ。

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