JP5984705B2 - 燃料特性計測装置 - Google Patents
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Description
アルコール混合燃料の比誘電率はアルコール濃度と温度によって変化する。アルコール混合燃料に一対の電極を浸漬し、その電極間の静電容量と温度を計測すれば、アルコール濃度を計測することができる。特許文献1に、アルコール混合燃料に浸漬している一対の電極間の静電容量と温度を計測してアルコール濃度を計測する技術が開示されている。
燃料中に浸漬している一対の電極間の静電容量から判明するのはアルコール濃度に限られない。ガソリンの質、あるいは燃料に混合されているエンジンオイル濃度といった燃料の特性を計測するために、燃料中に浸漬している一対の電極間の静電容量を計測する場合もある。
本明細書では、さらに、燃料タンクから燃焼機器に供給する燃料の特性を計測する計測装置を開示する。計測装置は、燃料を貯蔵しておく燃料タンクと、燃料タンク内の燃料を吸引して燃焼機器に向けて圧送する燃料ポンプと、燃料ポンプから燃料タンク内に燃料を放出する燃料放出部と、燃料放出部から放出される燃料を受け入れる計測用燃料貯留室と、計測用燃料貯蔵室内に配置されており、静電容量を計測する一対の電極と、を備える。その一対の電極は、電極間の静電容量を計測するためのものである。
上記において、燃焼機器は特に制約されないが、典型的にはエンジンが対応する。静電容量に対応する値を出力する電子回路を、上記計測装置に組み込んでもよいし、上記計測装置と別に設けてもよい。電子回路から出力する計測結果は、静電容量自体であってもよいし、静電容量から燃料の誘電率に換算した値であってもよいし、温度等の影響を加味してアルコール濃度等の燃料特性に換算した値であってもよい。また出力値は、電圧値または電流値によって指示されるものであればよい。
燃焼機器はエンジンであってもよい。
一対の電極間の静電容量に比例する電圧または電流を出力してもよい。
静電容量から換算された燃料の誘電率に比例する電圧または電流を出力してもよい。
静電容量と温度から換算されたアルコール濃度に比例する電圧または電流を出力してもよい。
計測用燃料貯蔵室は、大気圧に開放された状態の燃料が漏れ出さないようにシールされていてもよい。
図1は、第1実施例の燃料タンク周辺の構成を示す。燃料タンク10内に、燃料ポンプ30が収容されている。燃料ポンプ30は、低圧フィルタ32でろ過した燃料をポンプ本体34内に吸引し、吸引した燃料を高圧フィルタ36でろ過し、ろ過された加圧燃料を出口38から送り出す。出口38には、パイプ94が接続されており、パイプ94にプレッシャーレギュレータ40の入口42が接続されている。プレッシャーレギュレータ40は、内部に弁を備えており、入口42の圧力が所定圧力以上になると、入口42と出口44間を連通させる。入口42の圧力が所定圧力以下となると、入口42と出口44間を閉じる。プレッシャーレギュレータ40は、出口44から過剰な燃料を放出することによって入口42とパイプ94内の燃料の圧力を一定圧力に調整する。パイプ94からパイプ96が分岐しており、パイプ96はデリバリパイプとインジェクタを介してエンジンにつながっている。燃料タンク10内の燃料は、燃料ポンプ30とプレッシャーレギュレータ40によって一定の圧力に調整されてエンジンに圧送される。
プレッシャーレギュレータ40の出口44にはパイプ95が接続されており、パイプ95には静電容量計測装置50が接続されている。プレッシャーレギュレータ40の出口44から放出された燃料は、静電容量計測装置50に送られて静電容量が計測され、出口57から燃料タンク10に戻される。
燃料ポンプ30、プレッシャーレギュレータ40、静電容量計測装置50、パイプ94,95,96等はセットプレート12に固定されている。セットプレート12は、燃料タンク10に固定されて燃料タンクの開口を塞ぎ、燃料ポンプ30、プレッシャーレギュレータ40、静電容量計測装置50、パイプ94,95,96等を燃料タンク10内に位置決めする。
センサボディ54から下方に向けてセンサ基板58が形成されている。センサ基板58の図示右側の面には、図9(b)に示すように、櫛歯状電極58a,58bが向かい合っている一対の電極が形成されている。一対の電極58a,58bに導通している一対の導電片59a,59b(図9(a)では統一して59の番号を付している)が、センサボディ54を貫いて上方に伸びており、回路基板52に接続されている。
また、センサボディ54の下方に温度計測用のサーミスタ60が配置されている。サーミスタ60に導通している一対の導電片61a,61b(図9(a)では統一して61の番号を付している)が、センサボディ54を貫いて上方に伸びており、回路基板52に接続されている。
センサ基板58の周辺に存在する燃料、すなわち、筒55の内側に充填されている燃料は、上方が密封されている空間を充填しており、センサ基板58の周囲から燃料が抜け落ちることはない。筒55とセンサボディ54と底68で取り囲まれている空間が、計測用燃料貯蔵室70となっており、その計測用燃料貯蔵室70は、燃料ポンプ30が停止しても計測用燃料貯蔵室70から燃料が抜け出さない形状をしている。
図1と図9に示す実施例の場合、燃料ポンプ30から送り出されてエンジンに供給する燃料を所定圧力に調整するためにプレッシャーレギュレータ40から放出された燃料にセンサ基板58が浸漬されていることから、燃料タンク10内の場所によって燃料特性が変化している場合でも、燃料タンク10からエンジンに供給する燃料の特性を計測することができる。またプレッシャーレギュレータ40から放出された燃料を計測用燃料貯蔵室70に受け入れることから、高圧の燃料がセンサ基板58等に作用することがない。センサ基板58等に作用する負荷を軽減することができ、長期間に亘る耐久性を得ることができる。計測用燃料貯蔵室70には大気に開放された状態の低圧燃料しか導入されないことから、オーリング32で簡単に漏れ出すことを防止できる。
図2に示すように、第2実施例では、プレッシャーレギュレータ40がセットプレート12に直接に固定されている。また、プレッシャーレギュレータ40の出口44と静電容量計測装置50の入口56が直結されており、燃料パイプ95が利用されていない。
この実施例によると、プレッシャーレギュレータ40から放出された燃料が静電容量計測装置50に到達するまでの時間が短い。静電容量計測装置50で計測される燃料と、エンジンに供給される燃料がよく均質化されている。
図3に示すように、第3実施例は、燃料ポンプ30を収容するリザーブカップ20と、リザーブカップ20外の燃料をリザーブカップ20内に送り込むジェットポンプ90を備えている。リザーブカップ20とジェットポンプ90を備えていると、燃料タンク10内の燃料残量が少ない場合でも、燃料ポンプ30の周辺の液位を高く保つことができる。
リザーブカップ20は支柱22によってセットプレート12に固定されている。ジェットポンプ90は、燃料ポンプ30から圧送されてプレッシャーレギュレータ40から放出された燃料の流速を利用してリザーブカップ20外の燃料をリザーブカップ20内に送り込む。例えば、ベンチユリー構造を備えており、ベンチュリーをプレッシャーレギュレータ40から放出された燃料が通過する際に、矢印92に示すように、リザーブカップ20外の燃料をジェットポンプ90内に吸引し、リザーブカップ20外から吸引した燃料をプレッシャーレギュレータ40から放出された燃料とともにリザーブカップ20内に送り込む。
この実施例では、プレッシャーレギュレータ40から放出された燃料を静電容量計測装置50に送り、静電容量計測装置50を通過した燃料を燃料パイプ97からジェットポンプ90に送る。
図4に示すように、第4実施例では、プレッシャーレギュレータ40から放出された燃料を静電容量計測装置50に送る燃料パイプ95から、燃料をジェットポンプ90に送る燃料パイプ98が分岐している。プレッシャーレギュレータ40から放出された燃料の一部は静電容量計測装置50に送られ、他の一部はジェットポンプ90に送られる。
図5に示すように、第5実施例では、プレッシャーレギュレータ40から放出された燃料を静電容量計測装置50に送る燃料パイプ95と、プレッシャーレギュレータ40から放出された燃料をジェットポンプ90に送る燃料パイプ98の分岐点に3方弁99が設けられている。3方弁99は、プレッシャーレギュレータ40から放出された燃料の全量を静電容量計測装置50に送る状態と、プレッシャーレギュレータ40から放出された燃料の全量をジェットポンプ90に送る状態を切換える。静電容量(すなわち燃料の誘電率)を計測しない場合には、プレッシャーレギュレータ40から放出された燃料の全量をジェットポンプ90に送ることができ、リザーブカップ20外の燃料をリザーブカップ20内に効率よく送り込むことができる。
図6に示すように、第6実施例では、一対の電極間の静電容量から燃料タンク10内の液位を計測する液位計測装置80を備えている。液位計測装置80は、液位計測用センサ基板82を備えており、液位計測用センサ基板82には、図9(b)で説明したのとほぼ同様の、一対の櫛歯電極が形成されている。静電容量計測装置50では、一対の櫛歯電極58a,58bの全体が燃料中に浸漬されており、その静電容量は燃料の誘電率で決まる。それに対して、液位計測装置80では、一対の櫛歯電極の一部が燃料中に浸漬されており、残部が燃料から露出している。液位計測装置80の静電容量は、液位によって決まる浸漬部分と露出部分の比率と、燃料の誘電率で決まる。液位計測装置80で計測される静電容量から液位を求めるためには、燃料の誘電率が既知である必要がある。
上記によると、静電容量計測装置50で計測した燃料の質と、液位計測装置80で計測した燃料の質が一致する関係を得ることができる。その結果、静電容量計測装置50で計測した燃料の誘電率を用いて、液位計測装置80で計測した静電容量を液位に換算することによって正しい液位に換算される関係を得ることができる。
図示の84は、液位計測用センサ基板82に接続されている電子回路であり、静電容量計測装置50に接続されている。電子回路84は、液位計測用センサ基板82で得られる静電容量を計測し、静電容量計測装置50で計測した燃料の誘電率を加味して、液位に換算する処理を実施し、換算された液位に比例する値を出力する。電子回路84と液位計測用センサ基板82とケース86は、セットプレート12に固定されている。
図7に示す第7実施例は、図4の第4実施例と、図6の第6実施例を複合したものである。
図8に示す第8実施例は、図3の第3実施例と、図6の第6実施例を複合したものである。第8実施例では、静電容量計測装置50を通過した燃料を、ケース86の下方の位置でケース86に戻す。この方式によると、静電容量計測装置50を通過した燃料が液位計測用センサ基板82の表面を伝って流下することによって計測される液位がずれることを防止できる。
また、矢印92に示すように、ジェットポンプ90はケース86内の燃料をリザーブカップ20内に戻す。これによって、燃料ポンプ30と静電容量計測装置50と液位計測装置80を循環する流れが促進され、静電容量計測装置50で計測した燃料の質と液位計測装置80で計測した燃料の質がよく一致する関係を得ることができる。
図10に示すように、本実施例では、底板68から上方に伸びる筒状の壁63が形成されている。また、図11に示すように、外側の筒壁55と内側の筒壁63の間に、分離壁55aが形成されている。分離壁55aは、入口56と出口57を分離している。
またセンサ基板58は仕切壁64に固定されており、仕切壁64は内側の筒壁63の直径に沿って内側の筒壁63を2室に仕切っている。ただし、仕切壁64の下方は開いている。
本実施例では、プレッシャーレギュレータ40から放出された燃料は、入口56、外側の筒壁55と内側の筒壁63の間の左半分、内側の筒壁63の内側の左半分、仕切壁64の下方を経て、センサ基板58の表面にいたる。これによると、燃料が計測用燃料貯蔵室70をスムースに通過するとともに、燃料に含まれている気泡がセンサ基板58の表面に付着することが防止できる。静電容量から燃料を誘電率を計算する過程に誤差が含まれない。
図12に示すように、仕切壁64は内側の筒壁63を完全に仕切る必要はなく、両側に間隔が残っている仕切壁64aを採用してもよい。
図13に示すように、複数個の出口57a,57b,57c,57dを備えていてもよい。
図14,15に示すように、仕切壁64の両面に、センサ基板58Aと58Bを配置してもよい。これによって、計測対象となる静電容量が2倍となり、計測精度が向上する、
この実施例では、図16に示すように、筒壁55の入口56の上方の位置に、開口65を形成する。プレッシャーレギュレータ40から放出される燃料に気泡が混入していることがある。入口56の上方の位置に開口65を設けると、開口65が脱気口となり、燃料に含まれている気泡がセンサ基板58の表面に達することがない。
図17に示すように、内側の筒63はセンサボディ54と一体に形成してもよい。この場合、内側の筒63の上方に開口63a,63bを形成することで、プレッシャーレギュレータ40から放出された燃料が計測用燃料貯蔵室70を通過する関係を得ることができる。
図18に示すように、セットプレート12とは別に底部材66を用意してもよい。底部材66に入口56と出口57を形成しておけば、セットプレート12の形状が過剰に複雑化することを防止できる。
図19に示すように、外側の筒55と内側の筒63の双方を、センサボディ54と一体に形成してもよい。
図20と図21に示すように、内側の筒63内に挿入するセンサ基板58自体を仕切壁とすることもできる。センサ基板58の左右の端部を内側の筒63で支持するようにしてもよい。
図22に示すように、入口56と出口57を同心にすることもできる。この場合、内側の筒の底部68の中心から入口56まで伸びるパイプ56aを形成する。また、内側の筒63の上方に開口63cを設け、燃料が内側の筒63の外側にもれ出るようにする。さらに、底部68を持ち上げ、その下方に位置する筒63に開口63d,63eを形成する。そして外側の筒の底の中心に出口57を設ける。出口57は入口56よりも大径とする。
この実施例の場合、出口57から放出された燃料は、入口56に燃料を導くパイプの外側を伝って流下し、燃料タンク10内の燃料に静かに戻る。静粛性が改善される。
以下の実施例では、プレッシャーレギュレータ40と静電容量計測装置50が一体化され、セットプレート12に固定されている。図2、図8の実施例に対応する。
図23の第10実施例では、プレッシャーレギュレータ40の入口42が下方を向いている。プレッシャーレギュレータ40の出口44と静電容量計測装置50の入口56が直接に連通している。静電容量計測装置50の出口57は、筒状の壁55の上方に形成されている。
図24の第11実施例では、プレッシャーレギュレータ40の入口42が側方を向いている。その他は、図23の実施例と同じである。
図25の第12実施例では、センサ基板58が筒壁63内に収容されており、筒壁63は金属製である。センサ基板58が電磁シールドとなる金属壁63で囲まれているために、周囲の電磁ノイズが静電容量の計測結果に影響を及ぼすことがない。
図26の第13実施例では、静電容量を計測する一対の電極が、内部電極58INと、外部電極58OUTで構成されている。内部電極58INと外部電極58OUTの各々は円柱状の金属製であり、外部電極58OUTは内部電極58INよりも大径である。内部電極58INは外部電極58OUTの内側に同軸に配置されている。内部電極58INと外部電極58OUTの間には円筒状の空間が確保されており、その空間は燃料で満たされている。内部電極58INと外部電極58OUT間の静電容量から、内部電極58INと外部電極58OUTの間の空間を満たしている燃料の誘電率を計測することができる。
燃料の誘電率を計測する一対の電極の形状は、特に制約されない。
図27の第14実施例では、図4の第4実施例と比較して、パイプ95に、絞り102とストップ弁100とを備える流路調整部101を備える点で相違する。他の構成は、第4実施例と同様であるため、説明を省略する。
図28の第15実施例では、図27の第14実施例と比較して、パイプ95が、燃料ポンプ30のベーパジェット200に接続されている点で相違する。他の構成は、第14実施例と同様であるため、説明を省略する。なお、第15実施例では、図示省略するプレッシャーレギュレータは、パイプ96の中間位置に設けられている。
(1)上記の第14及び第15実施例では、流路調整部101は、パイプ95に配置される。しかしながら、流路調整部は、例えば図29から図31に示すように、セットプレート12に、一体で構成されていてもよい。図29では、流路調整部であるストップ弁202は、計測用燃料貯蔵室70を画定する底68と一体で構成されている。ストップ弁202は、球状の弁体206と、コイルばね204と、筒体203を備える。筒体203は、パイプ95と底68の入口68aとを、連通する。筒体203は、弁体206とコイルばね204とを収容する。弁体206は、コイルばね204によって、パイプ95の端部に向けて付勢されている。パイプ95から所定の圧力が、弁体206に負荷されると、弁体206は、パイプ95の端部から離間し、ストップ弁202は、開弁状態になる。これにより、パイプ95と計測用燃料貯蔵室70とが連通し、計測用燃料貯蔵室70に燃料が流入する。なお、本変形例では、出口57に代えて、筒壁55に、出口208が形成されていてもよい。この構成によれば、流路調整部を、容易に、燃料タンク10内に配置することができる。なお、この場合、絞り102は、パイプ95に設けられていてもよい。
図32の第16実施例では、図1の第1実施例と比較して、パイプ96に、計測用燃料貯留室70が連通している点で相違する。なお、第16実施例では、図示省略したプレッシャーレギュレータから排出される燃料は、計測用燃料貯留室70を通過せずに、燃料タンク10内に排出される。
第16実施例では、パイプ96から分岐して、計測用燃料貯蔵室70に至る燃料の流路は、セットプレート12と一体の収容壁322によって形成される。しかしながら、パイプ96から分岐して、計測用燃料貯蔵室70に至る燃料の流路は、セットプレート12と一体に形成されていなくてもよい。例えば、計測装置は、パイプ96の中間位置から、計測用燃料貯蔵室70に伸びるパイプを配置してもよい。この場合、パイプには、ストップ弁と絞りの少なくとも一方が備えられていてもよい。
(1)上記の第14から第16実施例の計測装置50,300は、液位計測装置80を備えていてもよい。この場合、計測用燃料貯蔵室70から排出される燃料を、液位計測装置80のケース86に流入させてもよい。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
12:セットプレート
20:リザーブカップ
22:支柱
30:燃料ポンプ
32:低圧フィルタ
34:ポンプ本体
36:高圧フィルタ
38:出口
40:プレッシャーレギュレータ
42:入口
44:出口
50:静電容量計測装置
51:ターミナルピン
52:回路基板
53:蓋
54:センサボディ
55:筒状壁
55a:分離壁
56:入口
57:出口
58:センサ基板
58a,58b:櫛歯電極
58A:表面側センサ基板
58B:裏面側センサ基板
59:導電片
60:サーミスタ
61:導電片
62:オーリング
63:筒
63a,63b,63c,63d,63e:開口
64:仕切壁
65:脱気口
66:底部材
68:底
69:筒状壁
70:計測用燃料貯蔵室
80:液位計測装置
82:液位計測用センサ基板
84:電子回路
86:ケース
90:ジェットポンプ
92:ジェットポンプが吸引する燃料の流れ
93,94,95,96,97,98:燃料パイプ
99:3方弁
Claims (20)
- 燃料タンクから燃焼機器に供給する燃料の特性を計測する計測装置であり、
燃料を貯蔵しておく燃料タンクと、
燃料タンク内の燃料を吸引して燃焼機器に向けて圧送する燃料ポンプと、
燃料ポンプから燃料タンク内に燃料を放出する燃料放出部と、
燃料放出部から放出され、燃料タンクに開放された状態の低圧燃料を受け入れる計測用燃料貯蔵室と、
計測用燃料貯蔵室内に配置されており、静電容量を計測する一対の電極と、
を備える燃料特性の計測装置。 - 燃料放出部は、燃料ポンプと燃焼機器の間にあって、過剰な燃料を放出することによって燃焼機器に向けて圧送する燃料の圧力を所定圧力に調整するプレッシャーレギュレータを備える、請求項1に記載の計測装置。
- 燃料放出部は、
燃料ポンプから燃焼機器に燃料を供給する燃料供給管から分岐する分岐路と、
分岐路内の燃料の圧力を減少させる減圧部と、を備える、請求項1又は2に記載の計測装置。 - 燃料放出部は、燃料ポンプ内のベーパを、燃料ポンプから燃料タンク内に排出するために、燃料ポンプに配置されるベーパジェットから燃料タンク内に伸びる放出路を、備える、請求項1から3のいずれか1項に記載の計測装置。
- 計測用燃料貯蔵室が、燃料ポンプの停止時に計測用燃料貯蔵室から燃料が抜け出さない燃料保持機能を備えた形状である請求項1から4のいずれか1項に記載の計測装置。
- 計測用燃料貯蔵室が、一対の電極を収容している有底の筒を備える請求項5の計測装置。
- 一対の電極を電磁シールドが取囲んでいる請求項1〜6のいずれか1項に記載の計測装置。
- 計測用燃料貯蔵室と一対の電極が、燃料タンクに形成されている開口を塞ぐセットプレートに固定されている請求項1〜7のいずれか1項に記載の計測装置。
- 燃料タンク内にあって燃料ポンプを収容しているリザーブカップと、
燃料放出部から放出された燃料の流速を利用してリザーブカップ外の燃料をリザーブカップ内に送るジェットポンプと、
燃料放出部から計測用燃料貯蔵室を経てジェットポンプに至る流路と、
を備える請求項1〜8のいずれか1項に記載の計測装置。 - 燃料タンク内にあって燃料ポンプを収容しているリザーブカップと、
燃料放出部から放出された燃料の流速を利用してリザーブカップ外の燃料をリザーブカップ内に送るジェットポンプと、
燃料放出部から計測用燃料貯蔵室に至る第1の流路と、燃料放出部からジェットポンプに至る第2の流路を備える請求項1〜8のいずれか1項に記載の計測装置。 - 第1の流路と第2の流路の分岐点に3方弁を備える請求項10の計測装置。
- 第1の流路の少なくとも一部は、第2の流路よりも流路面積が小さい、請求項10又は11に記載の計測装置。
- 第1の流路に配置され、弁及び絞りの少なくとも一方を備える流路調整部を備える請求項10から12のいずれか1項に記載の計測装置。
- 流路調整部は、燃料タンクに形成されている開口を塞ぐセットプレートと一体で構成されている、請求項13に記載の計測装置。
- 第2の流路の中間位置に、第2の流路と燃料タンクを連通する連通孔を備える請求項10から14のいずれか1項に記載の計測装置。
- 分岐路と減圧部とは、燃料タンクに形成されている開口を塞ぐセットプレートと一体で構成されている、請求項3に記載の計測装置。
- 分岐路に配置され、燃料から弁装置に負荷される圧力が所定値未満の場合に、燃料放出経路を閉塞し、燃料から弁装置に負荷される圧力が所定値以上の場合に、燃料放出経路を開放する弁装置を、さらに備える請求項16に記載の計測装置。
- 液位計測装置と、
液位計測装置を収容しているとともに、内外の液位を等しくする燃料透過性を備えているケースと、
燃料放出部から計測用燃料貯蔵室を経てケースに至る流路を備える請求項1〜17のいずれか1項に記載の計測装置。 - 燃料タンク内にあって燃料ポンプを収容しているリザーブカップと、
燃料放出部から放出された燃料の流速を利用してリザーブカップ外の燃料をリザーブカップ内に送るジェットポンプと、
燃料放出部から計測用燃料貯蔵室を経てジェットポンプに至る流路と、を備え、
ジェットポンプの吸引口がケース内に連通している請求項18に記載の計測装置。 - 燃料タンクから燃焼機器に供給する燃料の特性を計測する計測装置であり、
燃料タンク内の燃料を吸引して燃焼機器に向けて圧送する燃料ポンプと、
燃料ポンプから燃料タンク内に燃料を放出する燃料放出部と、
燃料放出部から放出され、燃料タンクに開放された状態の低圧燃料を受け入れる計測用燃料貯蔵室と、
計測用燃料貯蔵室内に配置されており、静電容量を計測する一対の電極と、
を備える計測装置。
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