JPH01262442A - アルコール含有率検知装置 - 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、燃焼器等に供給されろ燃料の性状を非接触
で判別する装置で、特に自動車等エンジンに用いられる
アルコールａ合燃ｇ中のアルコール含有率を測定する装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、米国や欧州等の各国で石油の消費量の低減化を図
るため、ガソリン中にアルコールを混合した燃料が自動
車用として普及しつつある。このようなアルコール混合
燃料をガソリン燃料の空燃比にマツチングされたエンジ
ンにそのまま用いると、アルコールがガソリンに比べ理
論空燃比が小さい等に起因して空燃比がリーン化するた
め、アルコール混合燃料中のアルコール含有率を検出し
て燃料噴射弁等のアクチュエータを制御し、アルコール
含有率に応じて空燃比、点火時期等をＩｌ！！する。従
来、上記のようなアルコール含有率検知装置としては、
例えば特開昭５７−５１９２０号公報に記載されたもの
が知られている。この装置を第８図、第９図について説
明する。第８図は従来のアルコール含有率検知装置を備
えた燃料制御系の構成図であって、Ａはアルコール含有
率検知装置、２０はエンジン、２１は燃料噴射弁、２２
は燃料タンク、２３は燃料ポンプで、燃料供給バイブ２
４を介して高圧フィルタ２５に接続されている。２６は
上記燃料噴射弁２１の燃料分配管、２７は燃圧レギュレ
ータで、燃料リターンパイプ２８が燃料タンク２２．に
導かれている。２９は空燃比センサ、３０は点火プラグ
、３１はエンジン回転センサ、３２は吸気圧センサ、３
３はスロットル弁、３４はエアクリーナである。３５は
制御装置であって、アルコール含有率検知装置Ａの信号
、空燃比センサ２９の信号、エンジンの状態量であるエ
ンジン回転センサ３１および吸気圧センサ３２等の信号
が入力され、入力に応じた制御量で燃料噴射弁２１、点
火プラグ３０を駆動する。

燃料タンク２２にアルコール混合燃料が給油されると、
エンジンの始動と共に、アルコール混合燃料はポンプ２
３で加圧され燃料供給バイブ２４、高圧フィルタ２５を
通してアルコール含有率検知装置Ａに導かれてアルコー
ル含有率が測定される。

その後、燃料は分配管２６に流入し、一部が燃料噴射弁
２１よりエンジンに供給され、他は燃圧レギュレータ２
７、燃料リターンパイプ２８を通ってタンク２２へ戻さ
れる。燃圧レギュレータ２７は燃料噴射弁２１の噴射燃
料量に関らず、分配管２６までの圧力を常に一定値に保
持する。アルコール含有率検知装置Ａで測定されたアル
コール含有率が制御装置３５に入力されると、制御装置
３５はエンジン回転センサ３１および吸気圧センサ３２
等の信号によりエンジン状態を判定し、噴射弁２１の開
弁時間を制御してエンジンに供給する燃料量を変化させ
、空燃比センサ２９により空燃比を検出して上記エンジ
ン状態に応じた目標値となるよう空燃比をフィードバッ
ク制御し、また、エンジン状態に応じて点火プラグ３０
の点火時期を制御している。

第９図は上記アルコール含有率検知装置Ａの詳細な断面
図を示し、１は光学ガラス等で形成された円柱状の透光
体、２はケース、３ば透光体１とケース２間の燃料シー
ル、４はＬＥＤなどの発光素子、５はフォトダイオード
からなる受光素子、６は燃料室、６ａは燃料入口、６ｂ
は燃料出口である。７ａは全反射光、７ｂは屈折光、１
０は発光素子４を駆動し受光素子５の受光量を測定する
検知回路である。透光体１の外周面は燃料室６で燃料と
均一に接している。発光素子４より発しな光は透光体１
の外周面、すなわち燃料との境界面への入射角が全反射
角ψ＝ａｒｃＳＩＮ　（Ｎｆ／Ｎｄ）以上の光７ａは全
反射されて受光素子５に達し、入射角が全反射角ψより
小さい光７ｂは燃料中に屈折透過するため、受光素子５
は境界面への入射角が全反射角ψ以上となる光のみを受
光する。燃料中のアルコール含有率が変化すると、燃料
の屈折率Ｎｆが変化し全反射角ψが変わるため、受光素
子５の受光量が変化する。この受光量の変化を検知回路
１０で測定することにより燃料中のアルコール含有率が
求められる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、かかる従来のアルコール含有率検知装置
においては、発光素子４の発光量、受光素子５の受光感
度、ピーク感度周波数が温度により変化するため、エン
ジンの発熱、それによる燃料温度の上昇等で検知装置の
温度が変わると受光素子５の受光量も変化し、燃料中の
アルコール含有率が正確に求められないといった欠点が
あった。

また、一般に透光体１の屈折率Ｎｄの制約より全反射角
ψが余り小さく出来ないため、透光体１をあまり短くで
きず、装置を小形化できないという問題点があった。こ
れらの理由により、従来のアルコール含有率検知装置は
エンジンと離間させて設置せざるを得ないため、特にエ
ンジン始動の際等、実際に燃料噴射弁２１より噴射され
る燃料のアルコール含有率を遅滞なく検出することが不
可能であり、特にアルコール含有率の異なる燃料の給油
後のエンジン始動の際等においては、アルコール含有率
検知袋ＭＡの燃料室６と燃料分配管２６内のアルコール
含有率に差がでる始動モードも予想され、かかる場合に
は最悪エンジンが始動できないという不具合が出現する
ことも予想される。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、装置の温度が変化しても常に遅滞なく連続的に
精度よく燃料のアルコール含有率を検出することができ
、小型なアルコール含有率検知装置を得ることを目的と
する。

Ｌｔｌ！ｉを解決するための手段〕 この発明に係るアルコール含有率検知装置は、透光体の
途中に燃料と・の屈折面を形成し、透光体の一方側に発
光素子と、他方側に一次元光位置検知素子を設けたもの
である。

〔作　用〕

この発明のアルコール含有率検知装置は、透光体の一方
の側に設けた発光素子より発した光を該透光体と燃料と
の屈折面に入射させて燃料中に屈折させた後、燃料と同
じ透光体あるいは別の透光体との屈折面に入射させて透
光体中に屈折させ、該透光体の他方の側に設けた一次元
光位置検知素子に入射せしめて、燃料中のアルコール含
有率の変化による燃料の屈折率の変化を一次元光位置検
知素子上の光入射位置変化として測定する事により、燃
料中のアルコール含有率を精度よく検知することができ
る。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明によるアルコール含有率検知装置の構成図
であって、図において、１は透光体でここではその途中
で柱軸に対し所定角度でカットされた平行面１４ａ、１
４ｂを持つ柱状透光体の例を示している、６は上記平行
面の間に形成された燃料通路、１１は発光素子の放射光
、１２は絞り、１３はレンズ、１４ａ、１４ｂは燃料と
の屈折面、１５は一次元光位置検知素子であってここで
は半導体装置検出素子（す下、ＰＳＤと称する。）を用
いた場合を示す、検知回路１０は発光素子４を駆動する
定電流駆動部１０１、ＰＳＤ１５の光電流の前置増幅部
１０２、加算部１０３、除算部１０４よりなる。透光体
１の一方の側に配した発光素子４が定電流駆動部１０１
により駆動されて発光すると、放射光１１は絞９１２を
通り、レンズ１３で集光されつつ、透光体１の中途で屈
折面１４ａにＰ層点にて入射角ψで入射する。屈折面１
４ａは燃料通路６の一部を形成しており燃料入口６ａよ
り流入した燃料と接しているため、入射光１１はｐｏ点
で燃料の屈折率Ｎｆと透光体１の屈折率Ｎｄとの差によ
り、屈折角χ＝　ａ　ｒ　ｃ　Ｓ　Ｉ　Ｎ（Ｎｄ／Ｎｆ
ＸＳＴＮψ）で屈折する。ｐｏ点で屈折角χで屈折した
光は燃料中を透過して、前記屈折面１４ａと平行な屈折
面６１４ｂに２１点で入射し上記入射角ψと屈折角χと
の関係式に従って透光体１内に屈折して、透光体１の他
方の側に配置されたＰＳＤ１５に到達する。レンズ１３
はＰＳＤ　１５上で放射光１１が略集光されるよう焦点
距離が選定されている。なお、その他の符号は第９図に
示した従来例装置と同一であるので説明は省略する。

第２図はＰＳＤ１５の光位置検出原理の説明図である。

ＰＳＤはシリコンフォトダイオードを応用した光重心位
置検出素子で、抵抗層（Ｐ層）、中間層、ＮＰＪの３層
で構成されており、光スポットが入射すると、入射位置
より光電流ｉ１．ｉ２が均一な抵抗層を通り、各々電極
ＩＩ、１２に分割して流れ、光電流ｉ１．ｉ２は電極ま
での距離に逆比例して分割出力される。今、電極■１か
ら光入射位置までの距離をＸとし、ＰＳＤの電極間距離
ｅＬとすると、位置Ｘ　ハＸ　＝　ＬＸ　ｉ　２／　（
ｉ　１＋　ｉ　２）で与えられろ。この時位置Ｘは入射
光の重心に一致するため、光スポットは必ずしも微小径
とする必要はない。

第１図において、ＰＳＤ１５の各電極ＩＩ、１２からの
光電流ｉ１．ｉ２は、検知回路１０に入力され、前置増
幅部１０２で増幅された後、１１と１２が加算部１０３
で加算され、ｉ２と前記加算結果より除算部１０４で除
算ｉ　２／　（ｉ　１＋ｉ　２）が行われて、位置信号
Ｘに相当した電圧Ｖｏｕｔとして出力される。燃料中の
アルコール含有率の変化に従い燃料の屈折率Ｎｆが変化
すると、屈折面１４ａ。

１４ｂにおける屈折角が変化するため、発光素子４の放
射光１１のＰＳＤ１５上への入射位置Ｘが変化し、検知
回路の出力電圧Ｖｏｕｔはアルコール含有率に応じた値
となる。

第３図は、透光体１として屈折率Ｎｄ＝１．５２の光学
ガラスＢＫ７を使用し入射角ψ＝４５°とした構造にお
けろ、ガソリン燃料中のメチルアルコール含有率に対す
る出力電圧Ｖｏｕｔの変化を示した。

ガソリンに比較してメチルアルコールの屈折率が小さい
ため、メチルアルコール含有率が大なるにつれＰＳＤ１
５への光入射位置は電１［１１１側に移り光電流１１の
方が大となるので、出力電圧Ｖｏｕｔはメチルアルコー
ル含有率に反比例する。エンジンの発熱、それによる燃
料温度の上昇等で検知装置Ａの温度が変わると、発光素
子４の発光量、ＰＳＤ１５の総光電流量は変化するが、
アルコール含有率は光電流の比で与えられるため、検知
装置Ａの温度変化によらず常に正確に、連続的に燃料中
のアルコール含有率を検知できる。また、アルコール含
有率の検知は結局屈折面の一部でおこなわれることから
、従来装置に比較して透光体の全長を短縮できるため検
知部を小形化することができるという利点がある。

第４図（，１はこの発明の一実施例のアルコール含有率
検知装置の検知部の構造図であり、第４図（ｂｌは第４
図（ａｌのＩＶ−ＩＩ／線に沿った断面図である。両図
において１６は絞り１２と発光素子４およびレンズ１３
の保持機能を持ったホルダ、１７は透光体ホルダである
。透光体１は各々一端に屈折面を持っ透光体部材１ａ、
ｌｂよりなり、透光体部材１ａの一端に発光素子４他端
に屈折面１４ａが、透光体部材１ｂの一端に屈折面１４
ｂが他端にＰＳＤ１５が配され、屈折面１４ａ、１４ｂ
が互いに平行となるよう各透光体部材１ａ、ｌｂは透光
体ホルダ１７に固着されて、上記屈折面が燃料に接する
よう燃料通＃Ｊ６中に挿入されている。この時上記屈折
面を燃料通路６と平行に配置することは圧力損失を低減
するために有効である。透光体ホルダ１７と一体化した
透光体１は燃料シール３でケース２との間で燃料側と絶
縁されており、ケース２はパツキン等を介して燃料噴射
弁２１に近い高圧側管路に挾持して取付けられる。

第５図はこの発明の他の実施例の検知部の断面図であり
、透光体１の中途の一部に柱軸に対し所定角度を持った
平行溝を形成させ、平行溝の両面を燃料との屈折面とし
ている。このような構造によれば、透光体ホルダ１７が
不要となるための構造を単純化でき、また屈折面間の距
離、角度精度を上げることができる。

なお、実施例では、透光体１として矩形柱状の場合につ
いて示したが、その細円柱状であってもよく、また透光
体の途中に形成する屈折面は互いに略平行であればよい
・。

第６図はこの発明のさらに他の実施例の検知部の断面図
であり、透光体の一部に所定角で切欠いた屈折面１４を
形成するか、あるいは所定頂角の円錐状の屈折面１４を
形成したもので、これらは透光性材料をプレス成型した
のち、研磨する等の方法で製作できる。透光体１は押え
部材１８によりケース２に燃料シール３を介して固定さ
れている。このような構造によれば透光体１を燃料中に
挿入する必要がないため、例えば燃料分配管２６等の側
面に簡単に取付けられ、圧力損失も殆んど生じない。ま
た、第７図のように透光体の一部を円柱状に切欠いてな
る円周面の一部、あるいは球面状に切欠いてなる球面の
一部を燃料との屈折面としてもよい。

なお上記各実施例では一次元位置検知素子１５としてＰ
ＳＤを用いｔこ場合を示したがフォトダイオードアレイ
、ＣＣＤ等の位置検知素子を用いても同様の効果が期待
できることは当業者にとって明らかである。また、透光
体１の燃料側との絶縁も燃料シール３によらず透光体１
とケース２間をシール剤の充填、接着等により、また、
透光体１の局面をメタライズした後ケース２と溶接、ロ
ウ付けする等によっても行うことができる。

さらにまた、上記実施例では燃料中のアルコール含有率
の検知について示したが、他の液体の屈折率測定用装置
としても広く適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、透光体の途中に
燃料との屈折面を形成し、透光体の一方側に発光素子を
、他方側に一次元光位置検知素子をそれぞれ設け、−次
元光位置検知素子上の光入射位置により燃料中のアルコ
ール含有率を検知するようにしたので、検知装置を小形
化でき、かつ装置が燃料噴射弁の近くの管路に配設でき
る。これによって、燃料噴射弁の噴射燃料中のアルコー
ル含有率を常に連帯なく連続的に検知できる。また、検
知装置の温度変化にかかわらず精度よくアルコール含有
率を検知できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるアルコール含有率検
知装置の構成図、第２図はＰＳＤの光位曾検出原理の説
明図、第３図はガソリン燃料中のメタノール含有率に対
する出力電圧変化図、第４図ｆａｔはアルコール含有率
検知装置の検知部の断面図、第４図（ｂｌはｆａ１図の
ＩＶ−１１１／線断面図、第５図は他の実施例の検知部
の第４図ｆｂｌと同様の断面図、第６図、第７図はさら
に他の実施例の検知部のそれぞれの断面図、第８図は従
来のアルコール含有率検知装置を備えた燃料制御系の構
成図、第９図は従来のアルコール含有率検知装置の構成
図である。 １・・・透光体、２・・・ケース、４・・・発光素子、
６・・・燃料通路、１０・・検知回路、１１・・・放射
光、１２・絞り、１３−レンズ、１４　、　１４　ａ　
、　　１４　ｂ　−屈折面、１５・・・−次元光位置検
知素子、１７・・・透光体ホルダ。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　燃料の屈折率を検出して燃料中のアルコール含有率を
   検知するアルコール含有率検知装置において、透光体の
   途中に燃料との屈折面を形成し、この透光体の一方の側
   に発光素子を設けて、この発光素子より屈折面に入射さ
   せ、透光体の他方の側に一次元光位置検知素子を設けて
   、屈折面での屈折光を一次元位置検知素子に入射させる
   ようにしたことを特徴とするアルコール含有率検知装置
   。