JPH01196542A - ガリソン・アルコールなどの流体混合比検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、外周側面を流体が流動する透光体からの光
を入射させ、全反射する光量により透光体の流体に対す
る屈折率が判定できることを適用したガソリン・アルコ
ールなどの流体混合比検出装置。

［従来の技術とその課題］ 例えば、自動車の内燃機関にあっては、近年では燃料に
ガソリンとアルコールとの混合燃料を用いることが考え
られてい番。この混合燃料で良好な機関の出力を得るに
は、混合比を連続的に検知して、この情報を自動燃焼制
御装置にフィードバックして最適の燃料流量を確保する
必要がある。

このため燃料の混合比検出装置が必要になっており、こ
の検出装置には、例えば実開昭６２−１２１５４７号公
報や特開昭６２−１８０２４４号公報に見られるものが
あるが、−ｆｆｉには両端に発光素子および受光素子を
配置した円柱状の透光体を備え、この透光体の外周面に
混合燃料を流動させるように構成している。この態様に
て、発光素子により透光体との境界部で全反射して長手
方向に通過させ、透光体を通過した光を受光素子が受は
発生する出力を検知している。この出力の如何により透
光体の流体に対する屈折率を測定できることから、この
屈折率に基づいて燃料の混合比を算出している。

しかしながら、発光素子および受光素子を透光体の両端
にそれぞれ配置しているため、これらの素子を収納する
ケースが個別に要求され、構造の複雑化を招きコスト的
に不利になるとともに、組立て工数が増加し生産性の低
下に繋がる虞がある。

［発明の目的］ この発明は上記の期待に応えるべくなされたもので、そ
の目的は特に厚み方向寸法を小さくでき薄型化が図られ
構造のコンパクト化が図られ、コスト的に有利になると
ともに、別々のケースが要らず組立て工数を削減でき生
産性の向」−につながるなどといった効果を有するガソ
リン・アルコールなどの流体混合比検出装置を提供する
にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、筒状のケース内に配置され、外周面が異種類
から成る混合流体と接触するように位置する平坦状の透
光体と、前記ケース内に該混合流体とは反対側で前記透
光体と平行状態となるように配置された基板と、この基
板」−に前記透光体にそれぞれ対向するとともに、互い
に所定の間隔を余すように配置された発光素子および受
光素子と、この発光素子からの光を前記透光体内を透過
して、該透光体と前記混合流体との境界部に臨界角より
も小なる角度で入射した光を全て屈折させて、臨界角よ
りも大なる角度で入射した光を全反射して、前記透光体
を透過して前記受光素子に入射するようにしたことと、
前記多″−ス内で前記透光体と前記基板との間に密封状
態に充填された透光性の樹脂部材と、この樹脂部材の充
填時に生ずる気泡を外部に逃がすように形成されたガス
抜き通路とを備えている。

また、前記樹脂部材は、エポキシ樹脂から形成している
。

また、前記ガス抜き通路は、前記基板と前記ケースとの
間に前記基板の寸法を小さく設定することにより形成し
ている。

さらに、前記ガス抜き通路は、前記基板に形成され前記
ケース内に連通する貫通孔としている。

加えて、前記受光素子の前記発光素子から離れた側に隣
接状態に位置するように温度補償用の受光素子が設置さ
れ、この補償用の受光素子の出力を一定とすべく前記発
光素子の発光量を維持するように該発光素子に対する給
電量を制御する補償回路を具備している。

［作用および効果］ 上記の如く構成した本発明によれば、発光素子および受
光素子の双方が透光体の同一側に存するので、厚み方向
の寸法が小さくなり、薄型化が可能となり、しかも発光
素子および受光素子を収容するには単一のケースで済み
コストの有利性とともに組立て工数が減り、良好な生産
性が得られる。

また、透光体とケースの基板との間には、樹脂部材を充
填して、空気層が生ずることを排除しているが、ガス抜
き通路を設けたので、充填時には適宜の吸引装置を用い
ることにより空気などがガス抜き通路から外部に排出さ
れ、樹脂部材内に気泡が残留することがなくなり、光の
透光が妨げられず高精度の測定が可能となる。

また、樹脂部材としてはエポキシ樹脂が用いられ、ガス
抜き通路としては、基板を径小に形成し、てケースとの
間に生ずる隙間を利用したり、基板に明けた貫通孔を利
用している。

さらに、補償用受光素子を設け、受光素子と発光量を一
定に維持する補償回路を設けたので、周囲温度により臨
界角と発光素子と受光素子の特性の変化を補償できて、
高精度の測定が可能となる。

［実施例コ 以下この発明を自動車の内燃機関に適用した各実施例を
図面を参照して説明する。

先ず、第１図および第４図に示す第１実施例において、
１は屈折率検出用のセンサで、これは後述する第９図に
示すように、電子式燃料噴射装置において、ガソリンと
アルコールとの混合燃料液Ｌｑを収容した燃料タンク２
０とプレッシャレギュレータ２３とを連結するパイプ２
３ａ付けられている。このパイプ２３ａの壁には、取付
口２が内外を貫通する状態に形成されている。

Ｋは段付円筒状に形成した偏平なケース、これの径小部
に、は取付口２内にシール用のＯ−リングＲｏを介して
液密に嵌合され、フランジ状の径大部ＫＬはパイプ２３
ａの外周面に接触状態に位置している。３は、例えばフ
リントガラスから成る透光体で、これは平坦な円板状に
形成され径小部に３の開口部を開基する状態に嵌め込ま
れている。４は円形の基板で、これは径大部ＫＬに嵌合
状態に取付けられている。かかる基板４の円弧部のうち
互いに対向する二位置部分は、第３図および第４図に示
す如く切削などにより直線状に除去され、これによりケ
ースにの内部と外部とを連通させるガス抜き通路Ｐ、を
形成している。

さらに、基板４」−には、ともにチップ状を成す発光素
子５および受光素子６が所定の距離を隔てるとともに、
互いに同一面」−となるように設けられている。ＰＤｃ
は補償用の受光素子で、これは基板４に発光素子５とは
反対側になる位置関係で受光素子６と隣接状態に設けら
れている０Ｍはエポキシ樹脂などの透光性の樹脂部材で
、これは、基板４の取付けに先だってケース内に充填さ
れ、透光体３と基板４との間の空間を充たすように配さ
れ、発光素子５と受光素子６および補償用の受光素子Ｐ
Ｄｃを一体的にモールドしている。

しかして、発光素子５から発せられた光は、樹脂部材Ｍ
および透光体３を通過して、透光体３と混合燃料液Ｌｑ
との境界部ＢＯに至るが、この境界部Ｂｏに臨界角より
小の角度で入射した光は全て混合燃料液Ｌｑ側に屈折し
、臨界角より大で入射した光は全反射し、透光体３およ
び樹脂部材Ｍを通って受光素子６および補償用の受光素
子ＰＤＯに到達する。このとき、補償用の受光素子ＰＤ
Ｃは、混合燃料液の混合比に関係なく常に一定量の光を
受けるように設定されている。

ところで、エポキシ樹脂の如き樹脂部材Ｍは被測定流体
と比べて光の屈折率が大きく、光が境界部ＢＯで反射し
て透光体３から出る際に樹脂部材Ｍとの境界で反射して
しまうことを防いでいるが、樹脂部材Ｍの充填に伴い不
可避的に内部に気泡が生じ、光の通過を妨げ、ひいては
受光素子６の受ける光量が正規の量から変動して不正確
になり、後述する混合比の測定精度が低下する原因とな
る。

これに対して上記の構成では、基板４とケースにとの間
にガス抜き通路Ｐａを形成したので、エポキシ樹脂の充
填に伴い、真空室などを利用してガス抜き３ｉ１回路Ｐ
ｃを介して吸引することによりケースに内や樹脂部材Ｍ
に生ずる気体が外部に排除され、気体が気泡などとなっ
て樹脂部材Ｍ内に残留することがない。これにより透光
体３を通過する光量に変動が生ぜず正規の光量に維持さ
れ、後述する混合比の測定に高い精度が得られる。

また、発光素子５および受光素子６を透光体３に対して
同一面側に設置したので、厚み方向の寸法を小さく設定
でき構造のコンパクト化に寄与する。しかも、発光素子
５および受光素子６を収容するためのケースは単一のも
のでよく組立て工数が減り、生産性の向上につながる。

つぎに、第５図は、このセンサ１を適用した電子式燃料
噴射装置が組込まれた自動車用エンジンの作動制御シス
テム図である。この第５図において、３７はエンジンシ
リンダ、５０はエンジンのキースイッチ、５１は制御回
路、５５は電源としての蓄電池、２０は燃料タンクであ
る。２１は燃料ポンプ、２３は燃料タンク２０からパイ
プ２３ａを介して接続されたプレッシャレギュレータで
、パイプ２３ａ内には、本発明に関わるセンサ１が設け
られている。２４はインジェクタ、２５はイグニション
コイル、２６はコールドスタートインジェクタ、３０は
エアクリーナ、３１はエアバルブ、３２はエアフローメ
ータ、３３はスロットルバルブ、３４はスロットルバル
ブポジションセンサ、３５は吸気管、３６は排気管であ
る。また、５２は酸素センサ、５３はエンジン冷却水温
センサである。

また、第６図は発光素子５と受光素子６と補償用の受光
素子ＰＤｃが組込まれた電子回路図を示す。この第６図
において、補償用の受光素子ＰＤＣは第１の演算増幅器
７０の正負の両端子７０ａ、７０ｂ間に接続され、負端
子７０ｂと補償用の受光素子ＰＤｃとの共通点は抵抗ｒ
１を介して第１の演算増幅器７０の出力端子７０ｃに接
続されている。この出力端子７０ｃは抵抗ｒ２を介して
第２の演算増幅器７１における正端子７１ａと負端子７
１ｂのうち負端子７１ｂに接続され、この負端子７１ｂ
と出力端子７１ｃとの間にはハンチング防止用のコンデ
ンサ７２を接続している。このコンデンサ７２と出力端
子７１ｃとの共通点は発光素子５を介して接地されてい
る。この出力端子７１ｃと発光素子５との共通点は抵抗
ｒ３を介して第３の演算増幅器７３の負端子７３ｂに接
続され、該演算増幅器７３の負端子７３ｂは抵抗ｒ４を
介して出力端子７３ｃに接続されている。演算増幅器７
３の正端子７３ａには抵抗ｒ５を介して一定電圧■を抵
抗ｒ７と抵抗ｒ８で分圧した電圧が入力されている。こ
こで抵抗ｒ３と抵抗ｒ４の比と抵抗ｒ５と抵抗ｒ６の比
は等しく設定される。

そして、この抵抗ｒ４と出力端子７３ｃとの共通点は抵
抗ｒ９を介して第４の演算増幅器７４の負端子７４ｂに
接続されている。第４の演算増幅器７４は演算器であり
、第６図と同様に受光素子６が接続された演算増幅器１
２の出力から演算増幅器７３の出力とを正端子７４ａお
よび負端子７４ｂから入力し、演算増幅器１２の出力か
ら演算増幅器７３の出力を引いた値を出力する。

つぎに、上記の構成をセンサ１の作動とともに説明する
。

キースイッチ５０の操作に伴いエンジンが起動し、制御
回路５１に給電される。これに伴い燃料タンク２０内の
ガソリンとアルコールとの混合燃料が燃料ポンプ２１に
より燃料配管２２を介してインジェクタ２４に供給され
る。インジェクタ２４は、制御回路５１によりエンジン
の運転条件などに最適となるように計算された量で吸気
管３５内に噴射する。

一方、センサ１においては、制御回路５１から電圧が印
加され、電圧が発光素子５に与えられて発光素子５が光
を発する。このような発光素子５からの光は、第１図に
示すように樹脂部材Ｍを経て透光体３に入り、この透光
体３と混合燃料液Ｌｑとの境界部Ｂｏで反射し透光体３
および樹脂部材Ｍを逆方向に戻って受光素子６に入射す
る。

このとき、透光体３の外周面にはガソリンとアルコール
との混合燃料液Ｌｑが接触状態に流動しており、その混
合比が変動する毎に、光に対する混合燃料液ｔ、ｑの屈
折率が変化するため透光体３に対する発光素子５から光
の臨界角が変わる。そして、屈折率の変化からガソリン
とアルコールとの混合比と受光素子６に入射する光量と
の関係があらかじめ用意されて、これらのデータが制御
回路５１に入力されている。

しかして、受光素子６に入射した光は電流に変換されて
入力部５１ａを介して制御回路５１に供給される。この
出力の大きさにより制御回路５１がインジェクタ２４に
対する最適の噴射量を計算してエンジンの出力を良好に
維持するものである。

さて、運転時などに周囲温度の変化に伴い受光素子６か
らの出力は、演算増幅器７１の動作として補償用の受光
素子ＰＤｃの出力が一定になるように発光素子５の給電
量を制御するので、この時ガソリンとアルコールといっ
な混合燃料液り、ｑの屈折率が一定であれば受光素子６
の出力は一定となるが、周囲温度の変化により混合燃料
液ｔ、ｑの屈折率は変化するので、第７図において縦軸
を出力電圧、横軸を温度とする座標に実線で示すように
変化する。

また、発光素子５は、第８図に縦軸を電圧降下、横軸を
温度とする座標に示すように、両端に加わる電圧を周囲
温度の上昇に伴い漸次降下させる。

しかして、第８図の態様で変化する発光素子５の両端間
の電圧は、第３の演算増幅器７３で一定電圧から引算さ
れ、抵抗ｒ３と抵抗ｒ４で決まる比率にされ、出力端子
７３ｃから電圧が第９図に示すように出力される。この
第９図には縦軸を電圧、横軸を周囲温度としており、周
囲温度の」−昇に伴い出力される電圧が次第に増加する
様子を示している。

この結果、上昇温度に伴い増加する電圧を上昇温度に伴
い増加する演算増幅器１２の出力から引算することによ
り、第７図に破線に示す如く周囲゛　温度に関係なく略
一定の出力電圧が得られる状態となる。

ところで、発光素子は一般に、長期使用に伴い経年変化
により発光強度が例えば１千時間の運転で数パーセント
、１万時間の運転で１０パーセントないし２０パーセン
ト程低下するが、この場合には補償用の受光素子ＰＤｃ
の受ける光量が減少し、その出力が低下することから第
１の演算増幅器７０からの出力電圧が低・下する。この
ように低下した出力電圧は、第２の演算増幅器７１の負
端子７１ｂに入力され、増幅を受けて出力端７１ｃから
出力されるため発光素子５には、」−昇した出力電圧が
印加され、発光素子５の発光量が増加し光強度の低下が
補償される。

この場合、透光体３の表面に長期使用につれてデイポジ
ットなどが付着して発光素子５の光がデイポジットに吸
収され反射量が減少し、補償用の受光素子ＰＤｃが受け
る光量が減っても上記と同様にして第２の演算増幅器７
１により」−昇を受けた出力電圧が発光素子５に印加さ
れる。このためデイポジットなどの付着による光量の減
少が補償される。

つぎに、第１０図および第１１図は本発明の第２実施例
を示す。この第２実施例では、ケースにの径大部ＫＬの
一部を薄型化して径大部ＫＬと基板４との間にケースに
の内部に連通ずる隙間を形成し、これをガス抜き通路Ｐ
。とじている。

第１２図および第１３図は本発明の第３実施例を示す。

この第３実施例では円形の基板４を径大部に５内に強嵌
し、この状態の基板４に厚み方向に貫通する透孔（貫通
孔）を形成し、この透孔をガス抜き通路ＰＣとしている
。

この第２実施例および第３実施例の如く構成しても、第
１実施例と同様の効果が得られる。これら第２実施例お
よび第３実施例の場合も第１実施例と同一部材には同一
符号を付して課明した。

つぎに、本発明の第４実施例を第１４図ないし第１６図
に基づき説明する。

この第４実施例では、第１実施例における第１図ないし
第４図の状態から第１４図および第１５図に示す如く補
償用の受光素子ＰＤｃを省略したもので、代わりに第１
６図に示す電子回路を用いている。

この第１６図の電子回路において、７は演算増幅器で、
これの負端子７ｂは入力端子７Ｃに接続されるとともに
、温度補償用に抵抗８および発光素子５を順に介して共
通線９に接続されている。

一方、演算増幅器７の正端子７ａは抵抗１０およびツェ
ナーダイオード１１を順に介して共通線９に接続されて
いる。１２は演算増幅器で、これの正端子１２ａと負端
子１２ｂとの間には受光素子６が接続され、正端子１２
ａは共通線９に接続され、負端子１２ｂは抵抗１３を介
して出力端子１２Ｃに接続されている。そして、この演
算増幅器１２における出力端子１２ｃと共通線９との間
には、第５図の入力部５１ａを介して制御回路５１に接
続されている。

しかして、演算増幅器７の正端子７ａにおける入力電圧
（Ｅｌ）はツェナーダイオード１１によって所定の大き
さに維持され、出力電圧（ＥＯ）も所定の大きさに維持
されるが、出力電流（１０）は、発光素子５の電圧降下
の大小によってへ変化する９すなわち周囲温度が高くな
って発光素子５の電圧降下が小さくなると、出力電流（
１０）が大きくなる。また、周囲温度が低くなって発光
素子５の電圧降下が大きくなると、出力電流（１０）が
低くなる。このようにして、発光素子５には周囲温度の
変化によって発光効率の変化を補う大きさの電流が流れ
るようになり温度補償作用が得られる。

この第４実施例でも第２実施例ないし第３実施例に示し
たガス抜き通路ＰＧと同様な通路を設け、樹脂部材Ｍ内
に生ずる気泡を外部に排出させることができる。

なお、上記各実施例において、ガス抜き通路Ｐ。はケー
スに側に形成してもよく、要は樹脂部材Ｍの充填時に生
ずる気泡などを外部に排除できる手段であればよい。

また、上記実施例では、透光体３をフリントガラスから
形成したが、強化ガラスや耐腐蝕性材料の透明なプラス
チックでもよく、要は透光性材料で成っていればよい。

上記実施例では、ガソリンとアルコ・−ルといった自動
車における内燃機関の燃料混合比の検出に適用したが、
これのみに限定されず、食品工業界において、製造工程
における食塩や砂糖の濃度変位を検出し、所定の濃度を
維持するように監視する装置としても適用できるもので
ある。

その他、具体的な実施にあたっては、混合燃料液はガソ
リンとアルコールに限定されないなど本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々変更できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はパイプとともに示すセンサの断面図、第、２図
は第１図のＡ−Ａ　’線に沿う横断面図、第３図は本発
明の第１実施例を示す断面図、第４図は第３図の底面図
、第５図は自動車エンジンの作動制御システム図、第６
図は温度補償用の電子回路図、第７図は受光素子におけ
る周囲温度と出力電圧との関係を示すグラフ、第８図は
周囲温度につれて発光素子の両端に加わる電圧との関係
を示すグラフ、第９図は周囲温度により第２の演算増幅
器７１に印加される電圧との関係を示すグラフ、第１０
図は第２実施例を示す断面図、第１１図は第１０図の底
面図、第１２図は第３実施例を示す断面図、第１３図は
第１２図の底面図、第１４図は第４実施例における第１
図に相当する断面図、第１５図は第４実施例における第
２図に相当する断面図、第１６図は電子回路の結線図で
ある。 図中　１・・・センサ　Ｋ・・・ケース　３・・・フリ
ントガラス（透光体）　４・・・基板　５・・・発光素
子　６・・・受光素子　ＰＤｃ・・・補償用の受光素子
　Ｐｏ・・・ガス抜き通路　Ｌｑ・・・混合燃料液（ガ
ソリンとアルコールの混合液、混合流体）　　Ｂｏ・・
・境界部第３図 第４図 、ＰＤｃ 第７図 周囲温度（℃） 第８図 周囲温償（”Ｃ） 第９図 周囲温度（’Ｃ） 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）筒状のケース内に配置され、外周面が異種類から成
   る混合流体と接触するように位置する平坦状の透光体と
   、 前記ケース内に該混合流体とは反対側で前記透光体と平
   行状態となるように配置された基板と、この基板上に前
   記透光体にそれぞれ対向するとともに、互いに所定の間
   隔を余すように配置された発光素子および受光素子と、 この発光素子からの光を前記透光体内を透過させ、該透
   光体と前記混合流体との境界部に臨界角よりも小なる角
   度で入射した光を全て前記混合流体側に屈折させて、臨
   界角よりも大なる角度で入射した光を全反射させて、前
   記透光体を透過して前記受光素子に入射させるようにし
   たことと、前記ケース内で前記透光体と前記基板との間
   に密封状態に充填された透光性の樹脂部材と、この樹脂
   部材の充填時に生ずる気泡を外部に逃がすように形成さ
   れたガス抜き通路とを備えて成るガソリン・アルコール
   などの流体混合比検出装置。 ２）前記樹脂部材は、エポキシ樹脂から成ることを特徴
   とする請求項１記載のガソリン・アルコールなどの流体
   混合比検出装置。 ３）前記ガス抜き通路は、前記基板と前記ケースとの間
   に前記基板の寸法を小さく設定することにより形成した
   ことを特徴とする請求項１記載のガソリン・アルコール
   などの流体混合比検出装置。 ４）前記ガス抜き通路は、前記基板に形成され前記ケー
   ス内に連通する貫通孔であることを特徴とする請求項１
   記載のガソリン・アルコールなどの流体混合比検出装置
   。 ５）前記受光素子の前記発光素子から離れた側に隣接状
   態に位置するように温度補償用の受光素子が設置され、
   この補償用の受光素子の出力を一定とすべく前記発光素
   子の発光量を維持するように該発光素子に対する給電量
   を制御する補償回路を具備することを特徴とする請求項
   １記載のガソリン・アルコールなどの流体混合比検出装
   置。