JPH03251745A - メタノール濃度検出方法 - 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） 本発明は、メタノールを含むガソリン燃料中のメタノー
ル濃度検出方法に関する。

（従来の技術） 燃料費用の低減のためにガソリンにアルコールを含有さ
せた混合燃料を使用する内燃エンジンにおいて、該混合
燃料中に、先端にプリズムや半球体を密着させた２本の
束ねた光ファイバを配設し、燃料外に延びた該２本の光
ファイノ（の一方に光を人力し、他方で戻ってきた光量
を検出し、これ１こ基づき入力光に対する反射光量比を
求め、予め計測した反射光量比対含有率テーブルからガ
ソリン燃料中のアルコール含有率を検出する装置が、例
えば特開昭６２−９１８４０号公報にて公知である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来装置において光ファイバに光を
入力するための発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ
）には、同一規格であっても量産された各個のＬＥＤ間
に、印加される入力電圧（又は電流）に対するＬＥＤか
ら発せられる発光量の特性のばらつきがある。即ち、例
えば第４図（ａ）に示すように同一規格のＬＥＤでもそ
の特性カーブは、傾きは殆ど変らないがＡ、　　Ｂ、　
Ｃのようにばらつく。

また光ファイバを通過した光の量を検出するための受光
素子であるフォトトランジスタ（Ｆ　Ｔ）においても同
様に、同一規格であっても量産された各個のＰＴ間に、
受光量に対してＰＴから出力される出力電圧の特性に、
傾きは殆ど変らないが例えば第４図（ｂ）に示すり、Ｅ
、Ｆカーブのようなばらつきがある。

更にＬＥＤ及びＰＴを光ファイバに夫々組付ける際の組
付は精度が量産時にばらつくため、ＬＥＤから同一量の
光が発光されても光ファイバに入射する光量が検出装置
の各個でばらつき、また光ファイバから同一光量が与え
られてもＰＴでの受光量が検出装置の各個でばらつく。

以上のような各種ばらつきの存在のために量産された検
出装置において、各個毎の補正を行わない限りはＬＥＤ
への入力エネルギ量（電圧または電流）とＰＴの出力エ
ネルギ量（電圧）とに基づいて光の反射光量比を正確に
検出することは不可能であった。従って従来装置では、
検出装置の各個毎に、製造コストの上昇を招くことにな
る補正を実行しない限りは、燃料内の正確なアルコール
含有率を検出することが不可能であり、よって燃料内の
アルコール含有率に適合したエンジン運転制御を行うこ
とが難しかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、発光素子
及び受光素子の各個のばらつき、組付は精度のばらつき
等の存在にも拘らず燃料中のメタノール濃度の検出誤差
を減少させることを可能にしたメタノール濃度検出方法
を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明によれば、メタノール
を含むガソリン燃料のメタノール含有率を、該ガソリン
燃料中に配設された光路管の入口に設けられた発光素子
への入力エネルギ量と、該光路管出口に設けられた受光
素子から出力される出力エネルギ量とに応じて検出する
ガソリン燃料中のメタノール濃度検出方法において、前
記入力エネルギ量を少なくとも第１の入力値と第２の入
力値とに切換えて前記発光素子に入力し、前記受光素子
は該入力エネルギ量及びメタノール含有率に応じて前記
第１の入力値に対応する第１の出力値と前記第２の入力
値に対応する第２の出力値とを出力すると共に、前記第
１の入力値と前記第２の入力値との差及び前記第１の出
力値と前記第２の出力値との差の差又は比に応じて前記
メタノール含有率を検出することを特徴とするメタノー
ル濃度検出方法が提供される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の方法が適用される、内燃エンジンに
設けられたメタノール濃度検出装置の全体構成図であり
、図中１は内燃エンジンを示し、該エンジン１の吸気管
２には燃料噴射弁３が設けられる。該燃料噴射弁３には
燃料配管４を介して燃料タンク５及び図示は省略するが
燃料ポンプが接続され、メタノールを含んだガソリン燃
料が燃料タンク５から燃料噴射弁３に供給される。燃料
配管４には後述するメタノール濃度センサ６が設けられ
、該メタノール濃度センサ６の出力信号が電子コントロ
ールユニット（以下「ＥＣＵ」という）７に入力される
と共に、該ＥＣＵ７からメタノール濃度センサ６に制御
信号が供給される。

ＥＣＵ７は、入力信号の波形整形、レベル修正、Ａ／Ｄ
変換等を行なう入力回路、中央演算処理回路（ＣＰＵ）
、各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶手
段、燃料噴射弁３や後述の点火プラグ８及びメタノール
濃度センサ６に駆動制御信号を供給する出力回路等（い
ずれも図示せず）から構成されており、ＥＣＵ７は後述
のように、制御信号に応じてメタノール濃度センサ６で
発生されＥＣＵ７に入力されたメタノール濃度センサ６
の出力信号に基づき、ガソリン燃料中のメタノール含有
率を算出すると共に、エンジン１で検出され、ＥＣＵ７
に入力される吸気管内絶対圧、エンジン回転数、エンジ
ン温度等のエンジン運転パラメータの値及び前記算出さ
れたメタノール含有率に基づいて、燃焼効率、運転性、
排気ガス特性等のエンジン運転の諸特性が最適になるよ
うな燃料噴射量及び点火進角値を求め、該求められた値
に応じて燃料噴射弁３及びエンジン１の点火プラグ８の
作動を制御する。

第２図は、燃料配管４に設けられた前記メタノール濃度
センサ６の構造を示すものであり、該メタノール濃度セ
ンサ６は、光ファイバ６１と、該光ファイバ６１の入口
側である一端に設けられた発光ダイオード（以下ｒＬＥ
ＤＪという）６２と、該ＬＥＤ６２に接続されＬＥＤ６
２を発光させるための電力（電圧）を供給する駆動回路
６３と、光ファイバ６１の出口側である他端に設けられ
たフォトトランジスタ（以下ｒＰＴＪという）６４と、
該ＰＴ６４に接続されＰＴ６４の出力を増幅する増幅器
６５とから成る。光ファイバ６１は、Ｕ字形を成し、そ
の中央部が燃料配管４中の燃料に直接接触し、両端は燃
料配管４の外に位置する構造をなす。該光ファイバ６１
と燃料との境界面において光フアイバ６１側から燃料側
へ通過する光の屈折率が、燃料中のメタノール含有率に
応じて変化し、その結果、全反射の生じる所謂臨界角が
該メタノール含有率に応じて変化するので、光ファイバ
６１に入射した光の、光フアイバ６１中の通過率も該メ
タノール含有率に応じて変化することになる。本発明は
この現象を利用したものである。

駆動回路６３はＥＣＵ７に接続され、ＥＣＵ７からの制
御信号によりＬＥＤ６２への印加電圧を可変すると共に
、該印加電圧の実際値ｅｉを検出し、これをＥＣＵ７に
入力する。増幅器６５もＥＣＵ７に接続され、ＰＴ６４
からの出力電圧の増幅後の値ｅｏをＥＣＵ７に入力する
。

次にＥＣＵ７で行われる、メタノール濃度センサ６の出
力信号ｅｌ、ｅｏに基づくガソリン燃料中のメタノール
含有率の算出方法について、第３図を参照して説明する
。

まず、一般にＬＥＤ６２の発光量２は、印加電圧ｅｉの
関数であり、本発明の適用される装置のＬＥＤの使用範
囲では次式（１）のようにほぼ−次関数で表わされる。

ｚ−ｋｅｌ＋σ　　　　　　　　　　（１）但しｋは第
３図（ａ）に示すカーブの傾きに相当する発光特性係数
であり、その値はＬＥＤ各個体間にばらつきがないので
、はぼ一定値である。

σはＬＥＤ各個体間のばらつきによって発生する光量差
を表わす変数である。

また増幅器６５を経た後のＰＴ６４の出力電圧ｅｏは、
ＰＴ６５に入射する光ｆｆ１ｘの関数であり、本発明の
適用される装置のＰＴの使用範囲では次式（２）のよう
にほぼ−次関数で表わされる。

ｅＯ−ノＸ十ρ　　　　　　　　　　　　　　（２）但
しｌは第３図（ｂ）に示すカーブの傾きに相当する光−
電圧変換係数であり、その値はＰＴ各個体間にばらつき
がないので、はぼ一定値である。

ρはＰＴ各個体間のばらつきによって発生する電圧差を
表わす変数である。

ＬＥＤ６２から発光された光（光量２）は、光ファイバ
６１を経てＰＴ６４に入射されるまでの間に、光フアイ
バ６１人口への入射に際し洩れ光量０分だけ失われ（第
２図参照）、光フアイバ６１中を通過率λで通過して燃
料に吸収率（１−λ）分だけ吸収され、光ファイバ６１
出口がらＰＴ６４への入射に際して洩れ光量β分だけ失
われる（第２図参照）。従ってＰＴ６５に最終的に入射
する光量Ｘは次式（３）のように表わされる。

ｘ−（ｚ−ａ）　　λ−β　　　　　　　　　（３）こ
の数式（３）に、ｘ、　　ｚを消去するべく数式（１）
及び数式（２）を代入して整理すると、次式（４）が得
られる。

ｅｏ　−ｊｋλｅｉ＋（ｃｒ／λ−ｔｘｌλ＋ρ−ｌβ
）　　　　　　　　　（４）かくして、増幅器６５を経
た後のＰＴ６４の出力電圧ｅｏ　（！：ＬＥＤ６２への
印加電圧ｅｉとの関係が、数式（４）として一般に表わ
されるが、この関係から光フアイバ６１中の光の通過率
λを求めるためには、電圧ｅｌ、ｅｏの位置外に各係数
、変数の値を知る必要がある。ところが変数σ、ρはＬ
ＥＤ、ＰＴ各個体間でばらつく値であって特定できず、
また洩れ光量α、βもメタノール濃度検出装置の各個毎
にばらつく値であって特定できず、そのため量産された
メタノール濃度検出装置毎にそれ等の値を測定しない限
りは光ファイバｅｏｌが検出され、ｅｉ２に応じてｅｏ
２が検出される。

従って前記数式（４）にこれらの値ｅｌｌ、　　ｅｏｌ
及びｅｉ２．　　ｅｏ２を代入すると、次のようになる
。

ｅｏｌ−／にλｅｉｌ＋Ａ　　　　　　　（５）ｅｏ２
−／にλｅｉ２＋Ａ　　　　　　　（６）但し、Ａ−（
σｌλ−αｔλ十ρ−ｌβ）とする。σ、！、α、ρ、
βの各位は、量産されたメタノール濃度検出装置の個体
においては特定されて一定の値であり、また同一の燃料
に対して値ｅｉｌ、　　ｅｏｌ及びｅｉ２．　　ｅｏ２
を得るようにするので通過率λは数式（５）、（６）に
おいて同一の値である。従って、Ａは数式（５）、（６
）において同一の値である。

よって数式（５）、　　（６）から、光フアイバ６１中
の通過率λが次のように導かれる。

１　　　　　　ｅｏｌ−ｅｏ２ λ−−（）　　　　　　　　（７） ｌｋｅｌｌ−ｅ１２ この数式（７）において、係数ｌ、　　ｋは前述のよう
にほぼ一定な値であり、しかも増幅器６５の増幅率を適
当に設定することにより積ｔｋを値１となるように設定
することができるので、数式４式％ （８） 従って光フアイバ６１中の通過率λを、メタノール濃度
センサ６の出力値ｅ１１．　　ｅｏｌ及びｅｉ２゜ｅｏ
２を知るだけで正確に求めることが可能となる。

即ちＥＣＵ７が、ＬＥＤ６２へ２段階の入力電圧を個別
に出力するよう駆動回路６３に制御信号を出力すると共
に、ＥＣＵ７に、該制御信号によりＬＥＤ６２へ実際に
印加された印加電圧ａｌｌ。

ｅｉ２が入力される。またＥＣＵ７には、ＰＴ６４の出
力電圧で、前記電圧ｅ１１．　　ｅ１２に夫々対応する
電圧ｅ　ｏｆ、　　ｅ　ｏ２が入力される。

ＥＣＵ７は、これ等の値ｅ　１１．　　ｅ　Ｉ２．　　
ｅｏｌ。

ｅｏ２を用いて、数式（８）に基づき光フアイバ６１中
の通過率λを演算する。ＥＵＣ７内の記憶手段には、光
フアイバ６１中の通過率に対する燃料中のメタノール含
有率の関係が予めテーブルとして記憶されており、ＥＣ
Ｕ７は、前記演算された通過率λに対応するメタノール
含有率を読み出す。該読み出されたメタノール含有率に
応じて燃料噴射量及び点火進角値が補正され、該補正さ
れた値に基づいた各制御信号が燃料噴射弁３及び点火プ
ラグ８に供給される。これにより燃料中のメタノール含
有率に適合した燃料供給制御及び点火時期制御が行われ
、エンジン運転の最適化が可能となる。

なお、上記実施例ではＬＥＤ６２への入力電圧の差とＰ
Ｔ６４からの出力電圧の差との比に応じてメタノール含
有率を算出しているが、本発明はこれに限られることは
なく、前記入力電圧の差と前記出力電圧の差との差に応
じてメタノール含有率を算出してもよい。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明は、メタノールを含むガソリ
ン燃料のメタノール含有率を、該ガソリン燃料中に配設
された光路管の入口に設けられた発光素子への入力エネ
ルギ量と、該光路管出口に設けられた受光素子から出力
される出力エネルギ量とに応じて検出するガソリン燃料
中のメタノール濃度検出方法において、前記入力エネル
ギ量を少なくとも第１の入力値と第２の入力値とに切換
えて前記発光素子に入力し、前記受光素子は該入力エネ
ルギ量及びメタノール含有率に応じて前記第１の入力値
に対応する第１の出力値と前記第２の入力値に対応する
第２の出力値とを出力すると共に、前記第１の入力値と
前記第２の入力値との差及び前記第１の出力値と前記第
２の出力値との差の差又は比に応じて前記メタノール含
有率を検出することを特徴とするので、発光素子及び受
光素子の各個のばらつき、組付は精度のばらつき等の存
在にも拘らず燃料中のメタノール濃度の検出誤差を減少
させることができる。

ガソリンにアルコールを含有させた混合燃料を使用する
内燃エンジンにおいては、高精度なメタノール含有率の
検出ができるため、燃料中のメタノール含有率に適合し
たエンジン運転制御を行うことが可能となり、燃焼効率
、運転性、排気ガス特性等の改善が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は内燃エンジンに設けられたメタノール濃度検出
装置の全体構成図、第２図は燃料配管４に設けられたメ
タノール濃度センサ６の各部配置図、第３図はＬＥＤ６
２への印加電圧ｅ１とＰＴ６４からの出力電圧ｅｏとの
関係を表すグラフ、第４図はＬＥＤ６２及びＰＴ６４の
特性のばらつきを示すグラフである。 １・・・内燃エンジン、　３・・・燃料噴射弁、　４・
・・燃料配管、　５・・・燃料タンク、　６・・・メタ
ノール濃度センサ、　７・・・電子コントロールユニッ
ト（ＥＣＵ）、　６１・・・光ファイバ、　６２・・・
発光ダイオード（ＬＥＤ）、　６４・・・フォトダイオ
ード（ＰＴ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、メタノールを含むガソリン燃料のメタノール含有率
   を、該ガソリン燃料中に配設された光路管の入口に設け
   られた発光素子への入力エネルギ量と、該光路管出口に
   設けられた受光素子から出力される出力エネルギ量とに
   応じて検出するガソリン燃料中のメタノール濃度検出方
   法において、前記入力エネルギ量を少なくとも第１の入
   力値と第２の入力値とに切換えて前記発光素子に入力し
   、前記受光素子は該入力エネルギ量及びメタノール含有
   率に応じて前記第１の入力値に対応する第１の出力値と
   前記第２の入力値に対応する第２の出力値とを出力する
   と共に、前記第１の入力値と前記第２の入力値との差及
   び前記第１の出力値と前記第２の出力値との差の差又は
   比に応じて前記メタノール含有率を検出することを特徴
   とするメタノール濃度検出方法。 ２、前記発光素子への入力エネルギ量に対する、該入力
   エネルギ量に応じて該発光素子から発光される発光量の
   特性曲線の傾きは、該発光素子のばらつきに拘らずほぼ
   一定である請求項１記載のメタノール濃度検出方法。 ３、前記受光素子が受光する受光量に対する、該受光量
   に応じて該受光素子から出力される出力エネルギ量の特
   性曲線の傾きは、該受光素子のばらつきに拘らずほぼ一
   定である請求項１記載のメタノール濃度検出方法。