JPH01196557A - 流体用センサ - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は筒状容器内に流体を流通させながらその濃度な
どを検出するセンサに関する。

Ｂ、従来の技術 近年、石油依存度を減らす目的などで石油燃料にアルコ
ールを混合してエンジン等を駆動することが行なわれて
いるが、このような混合燃料においては、石油燃料とア
ルコールの混合比を検出し、これに基づいて燃料供給量
や点火時期の調整を行ない、混合比が変っても常に最適
な出力が得られるようにする必要がある。

このような石油燃料とアルコールの混合比を検出するセ
ンサとして、第１９図に示すものが知られている。第１
９図において、金属製の円筒容器５０にはアース線５１
が接続されて外部電極が構成され、両端にコネクタ５２
．５３が取付けられてその内部に燃料通過路５４が形成
される。燃料通過路５４内には、両端を絶縁材から成る
サポート部材５６．５７により支持された内部電極５５
が配設されている。そして円筒容器５０に設けた取付孔
に絶縁ブツシュ５８を介して取付けられたボルト５９の
先端が内部電極５５に螺着され、ボルト５９にリード線
６０が接続されている。

また、サポート部材５６．５７は、第２０図（ｂ）、第
２１図（ｂ）に示すように、中心環６１に十字状の腕６
２を一体的に突出させた形状とされ、第２１図（ｃ）に
示す内部電極５５の雄ねじ６３に挿入されナツト６４に
より固定されている。

このような構成において、コネクタ５２．５３に燃料ホ
ースを接続して石油燃料とアルコールを混合した燃料Ｆ
を円筒容器５０内に流すと、円筒容器（外部電極）５０
と内部電極５５との間では、燃料Ｆを誘電体とする第２
２図の等価回路で表わされるコンデンサ６５が構成され
る。

一般に、コンデンサ６５の静電容量Ｃは、次式％式％ 但し・、Ａ：電極板の面積（ａｄ） ｔ：電極間の距離〔■〕 ε：誘電体の誘電率（Ｆ／ｃｍ） Ｅｏ：真空の誘電率（＝８，８５４　Ｘ　Ｉ　Ｏ−’）
　（Ｆ／ｃｍ）ε／Ｅ０：誘電体の比誘電率 したがって、Ａ、ｔが一定であれば、誘電体の比誘電率
ε／ε。に比例して静電容量Ｃ［Ｆ］が変化し、静電容
量Ｃを検出すれば、誘電体すなわち燃料Ｆの比誘電率を
知ることができる。そして、例えばガソリンの比誘電率
は約１．９５に対して、メタノールは約３２．４であり
、混合燃料の比誘電率は混合比に応じた値となるので、
燃料の比誘電率Ｅ／ε。すなわち静電容量Ｃを検出すれ
ば混合比を知ることができる。

第２３図のグラフは、混合比に対する静電容量Ｃの変化
を測定した例であり、静電容量Ｃを検出することにより
混合燃料Ｆの混合比を知ることができるのがわかる。

静電容量Ｃは、例えば第２４図に示すような発振回路６
６の一部に接続される。この発振回路６６は、抵抗Ｒ１
，Ｒ２，Ｒ１等の回路定数と静電容量Ｃとによって決ま
る発振周波数ｆを出力し、静電容量Ｃの変化すなわち混
合比の変化が発振周波数ｆの変化として取り出される。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来のボルト５９によって電気的接続部
を円筒容器の外側から閉塞する構造では、燃料の圧力が
高まるとボルト５９が押し出されて燃料洩れを起こす可
能性が高い。

本発明は、このような問題点を解消すべくなされたもの
で、その目的は、電気的接続部における流体洩れを防止
できる流体用センサを提供することにある。

Ｄ１問題点を解決するための手段 本発明の流体用センサは、内部電極の一方を支持するサ
ポート部材をプラグ状サポート部材とし、このプラグ状
サポート部材により筒状容器の一方の端部を閉塞し、こ
のプラグ状サポート部材の手前に筒状容器に連通ずる被
検出用流体排出管を設けて構成される。

８０作用 流体が筒状容器から排出側へと流れるときの流体圧によ
ってプラグ状サポート部材を筒状容器の閉塞端部へ押圧
され、プラグ状サポート部材と筒状容器のシール性が向
上し、流体の洩れが防止される。

Ｆ、実施例 一部１の実施例− 第１図〜第７図に示すのは、流体洩れを防止した第１の
実施例である。

第１図において、金属製の筒状容器としての円筒容器１
はリード線２を接続して外部電極とされ、燃料Ｆの供給
側端が開口され燃料コネクタを兼ねている。この円筒容
器１の内部に内部電極３が配設され、内部電極３の供給
側端部が従来と同様のサポート部材４で支持される。内
部電極３の剛性が高い場合にはこのサポート部材４は不
要である。

一方、内部電極３の反対側端部はプラグ状サポート部材
５で支持され、このプラグ状サポート部材５で円筒容器
１の端部が閉塞される。そして、このプラグ状サポート
部材５の手前の位置には、円筒容器１に連通して側方に
突出するコネクタを兼ねる燃料排出管６が設けられる。

プラグ状サポート部材５は円筒容器内の燃料供給側と反
対側に小径部５Ａを有し、円筒容器１には、この小径部
５Ａが挿入される小径支持部ＩＡが形成され、この小径
支持部ＩＡとサポート部材５との間にＯリング７が配設
される。また、内部電極３はプラグ状サポート部材５を
貫通して円筒容器ｌから突出され、絶縁ブツシュ９を介
してナツト１０により円筒容器１の端部に固定される。

内部電極３の突出端には出力端子８が接続される。

このような構成において、円筒容器１と排出管６とに燃
料ホースを接続して混合燃料を円筒容器１から排出管６
へと流して上述と同様にしてガソリンとアルコールの混
合比が計測される。一般にこの混合燃料の圧力は１０ｋ
ｇ／ａ＆程度まで上昇するが、この圧力によりプラグ状
サポート部材５に作用する力はＯリング７を介して小径
部ＩＡで受け、これにより０リング７が押しつぶされ、
サポート部材５と円筒容器１とのシール性が向上し、燃
料Ｆの洩れが防止される。

一変形例１− 第２図に示すのは、プラグ状サポート部材５の本体中間
部にＯリング７′を埋め込んで、０リング７′と円筒容
器１の内周面との間でシールするものである。

一変形例２− 第３図、第４図に示すのは、第２図の欠点を解消するも
のであり、プラグ状サポート部材５を部材１２．１３の
２分割とし、Ｏリング７″の外径を円筒容器１の内径よ
り若干小さくしたものである。

すなわち、円筒容器１の取付孔を穿設し、ここに排出管
６を接合すると、その接合部にはパリ、ロウ材感り等の
つぎめ１１が生じ、第２図のようなＯリング７′を用い
ると、サポート部材５を円筒容器１内に挿入する時、Ｏ
リングが損傷する恐れがある。そのため、小径部５Ａ側
の部材１２を内部電極３に固定し、部材１３を内部電極
３に軸方向に移動自在に設け、部材１２と１３との間に
Ｏリング７″を設ける。部材１３は混合燃料Ｆの圧力に
より押圧され、Ｏリング７″は圧縮されて外方に膨出し
、円筒容器１の内面をシールする。

−変形例３− 第５図に示すのは、第３図の改良例であり、部材１２と
１３のＯリング７′の当り面を外方に向かって広がるテ
ーパー面１４としたものである。このテーパー面１４に
より、押圧時に０リング７″を外方へ拡大させる力が発
生し、シール性をより向上させることができる。

一変形例４− 第６図に示すのは、内部電極３の固定をボルト１５によ
り行なった例であり、内部電極３の径を太くしてその一
端部はプラグ状サポート部材５を貫通せずに部材１３に
螺着し、外側からボルト１５の先端を螺着して内部電極
３を固定したものである。部材１３と内部電極３とをね
じ接続せず一体形成してもよい。

一変形例５− 第７図（ａ）、Ｃｂ）　　に示すのは、プラグ状サポー
ト部材５の流路に面する面を、円筒容器１から排出管６
へ流線が滑らかになるような傾斜面１６とするとともに
、中央部が凹む凹面としたものである。このようにする
ことにより、円筒容器１から排出管６へ流れる際の抵抗
が低減されるとともに、気泡の発生が低減される。また
、サポート部材５により外部電極としての円筒容器ｌと
内部電極３とがより多く覆われるため、汚れ等の付着に
よる電気抵抗の低下が少なくなり、特性劣化を防ぐこと
もできる。さらに、傾斜凹面を利用して固定用治具によ
りサポート部材５を固定すれば、ナツトを締め付ける際
の共回りを防止できる。

−第２の実施例− 次に、第８図ないし第１５図に示すのは、第１の実施例
のサポート部材取付部分における燃料Ｆの流体抵抗を改
善した第２の実施例である。

この実施例は、内部電極３の燃料供給側端を支持するサ
ポート部材取付位置における円筒容器１にバルジ加工を
施し、円筒容器１より大径の略球状の滑らかな膨出部２
０を形成し、この膨出部２０の中央に電気絶縁体からな
るサポート部材２１を配置して構成される。このサポー
ト部材２１は第９図（ｂ）に示すように、その腕が長い
点を除けば第２０図（ｂ）に示したサポート部材と同様
の構成であり、内部電極３の端部に挿入され、雄ねじ６
３とナツト６４により固定される。

以上のような構成において、サポート部材２１の取付位
置においては、円筒容器１の内径が他の部分よりも大き
くその流路面積が広く、従来に比べて流体抵抗が低減さ
れる。

一変形例６− 第１１図〜第１３図に示すのは、サポート部材の形状を
改良したものである。すなわち、第１３図（ａ）に示す
ように中心環２２から腕２３を軸方向に対して傾斜させ
て突設したサポート部材２４とし、内部電極３の取付ね
じ部２６を膨出部２０内に位置させてサポート部材２４
の雌ねじ２５と螺合し、腕２３の先端を膨出部外の円筒
容器１の内面に当接させて内部電極３を固定したもので
ある。

このような構成であれば、サポート部材２４の外径を膨
出部２０以外の円筒容器１の内径と等しくできるので、
内部電極３の挿入が容易となる。

なお、第１３図（ｃ）に示すように、腕２３の断面をフ
ィン状とすることにより腕２３による抵抗の増大および
流路面積の減少を防ぐことができる。

一変形例７− また、上述のように中心環２２と内部電極３の接続は雌
ねじ２５と雄ねじ２６とにより行なうが、第１４図Ｃａ
）、（ｂ）に示すように、内部電極３を雄ねじ２６と同
径の細いものとすれば、流体抵抗の低減が更に図れる。

一変形例８− 第１５図に示すのは、サポート部材２４の腕２３を円筒
容器１の内部に向けて傾斜させたものであり、内部電極
３が延在する円筒容器１の内周面にてサポート部材２４
が固定されるから、第１３図のものに比べて内部電極３
を外部電極１の中心軸上に正確に配置することができる
。

−具体例− 第１６図（ａＬ、（ｂ）は、ガソリンとアルコールとの
混合燃料におけるアルコール濃度センサに応用した具体
例であり、センサ部７１と回路部７２とをケース７３内
に一体に配設したものである。なお、センサ部７１は第
５図に示したものと同様な構成である。第１６図におい
て、７４は回路部７２をケース内で固定するポツティン
グ材、７５は外部接続ケーブルである。

また、第１７図は回路部７２のブロック図であり、７２
ａが外部電極１と内部電極３との間に形成されるコンデ
ンサであり、抵抗７２ｂとともに積分回路を構成する。

その後段にはヒステリシス付きのコンパレータ７２ｃが
接続され、更にインバータ７２ｄ、バッファ７２ｅが後
段に接続される。積分回路の入力信号Ｓ１は第１８図（
ａ）に、出力信号Ｓ２は同図（ｂ）に、コンパレータ７
２Ｃの出力信号Ｓ３は同図（Ｃ）に示すとおりであり、
出力端子７２ｆからコンデンサ７２ａの容量Ｃに応じた
周波数のパルスが出力される。したがって、このパルス
に基づいてアルコール濃度などが検知できる。

なお、混合燃料の濃度センサとして説明したが、流体の
誘電率の変動を引き起こす濃度以外の物理量を測定する
その他のセンサにも本発明を適用できる。

Ｇ０発明の効果 本発明によれば、プラグ状サポート部材が流体によって
円筒容器の閉塞端部へ押圧されてシールされるため、流
体圧が高くなっても流体洩れを生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は第１の実施例のセンサを示す左
側面図、縦断面図、第２図〜第７図はその変形例を示し
、第２図、第３図、第５図、第６図、第７図（ａ）はセ
ンサの縦断面図、第４図は内部電極組立体を示す図、第
７図（ｂ）は第７図（、）の上面断面図である。 第８図は第２の実施例のセンサを示す縦断面図、第９図
（ａ）〜（Ｃ）、第１０図（ａ）〜（ｃ）はそれぞれそ
の部品を示す正面図、側面図、第１１図は第８図の変形
例を示す縦断面図、第１２図（ａ）　、　　（ｂ）　、
第１３図（ａ）、（ｂ）はそれぞれその部品を示す正面
図、側面断面図、第１３図（ｃ）は第１４図Ｃａ）のｃ
−ｃ断面図、第１４図（ａ）、（ｂ）は変形例を示す部
品の正面断面図、第１５図はセンサの変形例を示す縦断
面図である。 第１６図〜第１８図は具体例を説明するもので、第１６
図（、）がセンサと回路部とを一体にしたセンサ装置の
左側面から見た破断面図、（ｂ）が正面から見た破断面
図、第１７図が発振回路のブロック図、第１８図がその
各部波形図である。 第１９図は従来のセンサ構造を示す縦断面図、第２０図
（ａ）　〜（ｃ）　、第２１図（ａ）〜（ｃ）はそれぞ
れ従来のサポート部材の正面図、側面断面図、第２２図
は静電容量型センサの等価回路を示す概略図、第２３図
は燃料混合比と静電容量の関係を示すグラフ、第２４図
は検出回路を示す回路図である。 １：円筒容器　　　　　　　　３：内部電極５ニブラグ
状サポ一ト部材　　６：燃料排出管７：Ｏリング　　　
　１２，１３：分割部材１６：傾斜面　　　　　　　２
０：膨出部特許出願人　　日産自動車株式会社 代理人弁理士　　　永　井　冬　起 部１図 （ａ）　　　　　　　（ｂ） を 第２図　　・ 第５図 第６図 第８図 第９図 （ａ）　　　　　（ｂ）　　　　（ｃ）（ａ）　　　　
　（ｂ）　　　　　（ｃ）第１１図 第１６図 （ａ）　　　　　　　　　　　　（ｂ）第１９図 第１７図 第１８図 （ｂ）　　　　　γ（ｒ（ｒ 第２０図 （ａ　）　　　　＜　ｂ　）　　　　　（ｃ　）第２１
図 （ａ）　　　　（ｂ）　　　　　　（ｃ）〜コ 第２２図 第２４図 〆６６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）外部電極を構成するとともに被検出流体が通過する
   筒状容器の内部に電気絶縁体からなるサポート部材を介
   して内部電極を配設してなる流体用センサにおいて、 前記内部電極の一方を支持するサポート部材をプラグ状
   サポート部材とし、このプラグ状サポート部材により筒
   状容器の一方の端部を閉塞し、このプラグ状サポート部
   材の手前に筒状容器に連通する被検出流体排出管を設け
   たことを特徴とする流体用センサ。