JPH05223733A - 光学式アルコール濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２種類のアルコールが混合されたアルコール
混合燃料のアルコール濃度を正確に測定する。 【構成】 第１の投光部１４が１．３１μｍの一の波長
で発光し、第２の投光部１７が１．５５μｍの他の波長
で発光すると、これら一の波長の光と他の波長の光と
は、透光部材１２を介してアルコール混合燃料１中に入
射し、それぞれ異なる減衰率で減衰しつつ各受光部１
５，１８に入射して各光量検出信号Ｖ1 ，Ｖ2に変換さ
れる。そして、コントロールユニット２０は、第１の受
光部１５からの検出信号Ｖ1 に対応する特性線を第１の
判定マップから読出すと共に、第２の受光部１８からの
検出信号Ｖ2 に対応する特性線を第２の判定マップから
読出し、これら各検出信号Ｖ1 ，Ｖ2 に対応する特性線
を重ね合わせて、両者の一致点を検出し、メタノール濃
度とエタノール濃度とを測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばガソリン等の燃
料中にメタノール、エタノール等のアルコールが混合さ
れたアルコール混合燃料中のアルコール濃度を測定する
のに用いて好適な光学式アルコール濃度測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図７および図８に従来技術による光学式
アルコール濃度測定装置を、自動車用エンジンに使用さ
れるアルコール混合燃料中のアルコール濃度測定に用い
た場合を例に挙げて説明する。

【０００３】図において、１は燃料タンク（図示せず）
内に収容されたアルコール混合液体としてのアルコール
混合燃料を示し、該アルコール混合燃料１は、ガソリン
等の燃料中にメタノール等のアルコールが混合されたも
のである。２は該アルコール混合燃料１中に浸漬され、
例えば石英ガラス等の透光性材料からＵ字状に形成され
たコア部材を示し、該コア部材２の両端部２Ａ，２Ｂは
アルコール混合燃料１の液面外に突出している。

【０００４】３は該コア部材の一端部２Ａに設けられ、
発光ダイオード等の発光素子からなる投光部を示し、該
投光部３は後述の定電流電源５に接続されている。そし
て、該投光部３は、定電流電源５からの電流により点灯
され、図７中に一点鎖線で示す如く、コア部材２内に光
を出射するものである。４は該投光部３と対向してコア
部材２の他端部２Ｂに設けられ、硫化カドニウムセル等
の受光素子からなる受光部を示し、該受光部４は、コア
部材２を介して入射した光を受光して電圧信号に変換
し、この電気信号を光量検出信号Ｖとして後述のコント
ロールユニット６に出力するものである。ここで、該受
光部４は、コア部材２を介して入射する透過光量が多い
ときには検出信号Ｖが大きくなり、透過光量が少ないと
きには検出信号Ｖが小さくなるものである。

【０００５】５は燃料タンク外に設けられた定電流電源
を示し、該定電流電源５は、コントロールユニット６か
らの制御信号により駆動され、投光部３へ所定の電流を
供給して該投光部３を発光させると共に、投光部３への
電流を制御してその照度を均一化するものである。

【０００６】６はマイクロコンピュータとして構成され
たコントロールユニットを示し、該コントロールユニッ
ト６の記憶回路内には記憶エリア６Ａが形成され、該記
憶エリア６Ａには図８に示す判定マップ７が記憶されて
いる。また、該コントロールユニット６には、その入力
側に受光部４が接続され、その出力側には定電流電源５
と自動車用エンジンの燃料噴射量制御装置（図示せず）
とが接続されている。そして、該コントロールユニット
６は、定電流電源５に制御信号を出力して投光部３を発
光させると共に、受光部４からの検出信号Ｖを読込み、
この検出信号Ｖから判定マップ７に基づき、アルコール
混合燃料１中のアルコール濃度を測定するものである。
ここで、前記判定マップ７は、図８に示す如く、アルコ
ール混合燃料１中のアルコール濃度（メタノール濃度）
と受光部４からの検出信号Ｖとの関係を示す特性線７Ａ
がマップとして記憶されたものである。

【０００７】従来技術による光学式アルコール濃度測定
装置は、上述の如き構成を有するもので、まず、コント
ロールユニット６から定電流電源５に制御信号を出力す
ると、該定電流電源５は投光部３に電流を供給して、該
投光部３を点灯させる。そして、該投光部３から出射さ
れた光は、アルコール混合燃料１の屈折率とコア部材２
の屈折率との差によって、該コア部材２内を乱反射しつ
つ受光部４側に導かれ、該受光部４に入射して電圧信号
に変換される。

【０００８】ここで、アルコール混合燃料１中のアルコ
ール濃度が高くなると、該アルコール混合燃料１の屈折
率が大きくなるため、図７中に点線で示す如く、コア部
材２からアルコール混合燃料１中に入射する光損失が小
さくなるから、受光部４へ到達する透過光量が増大し、
該受光部４の検出信号Ｖが大きくなる。これにより、コ
ントロールユニット６は、該受光部４からの検出信号Ｖ
に基づき、判定マップ７からこの検出信号Ｖに対応する
アルコール濃度を読出して、アルコール混合燃料１中の
アルコール濃度を測定し、この測定結果を自動車用エン
ジンの燃料噴射量制御装置に出力する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による光学式アルコール濃度測定装置では、投光
部３から該コア部材２を介して透過する光量を受光部４
で検出し、該受光部４からの検出信号Ｖに基づき、判定
マップ７からアルコール混合燃料１中のアルコール濃度
を求めている。しかし、アルコール混合燃料１には、ガ
ソリンにメタノールのみを混合したものや、ガソリンに
エタノールのみを混合したいわゆる２液混合型の燃料だ
けでなく、ガソリンにメタノールとエタノールの両方を
加えた３液混合型の燃料がある。

【００１０】そして、燃料に一のアルコールを付加した
２液混合型のアルコール混合燃料１の場合は、受光部４
からの検出信号Ｖとアルコール濃度とはほぼ対応するた
め、このアルコール濃度と検出信号Ｖとの関係を予め実
験等で求めて特性線７Ａとして記憶しておけば、アルコ
ール混合燃料１中のアルコール濃度を検出することがで
きる。しかし、燃料に一のアルコールとしてのメタノー
ルと、他のアルコールとしてのエタノールとの２種類の
アルコールを加えた３液混合型のアルコール混合燃料１
の場合は、図８中に二点鎖線で示す如く、エタノールの
濃度に応じて、受光部４からの検出信号Ｖとアルコール
濃度との関係が変化するから、受光部４からの検出信号
Ｖが一定の値Ｖ0 であっても、この値Ｖ0 に対応するア
ルコール濃度が複数存在することになり、アルコール混
合燃料１中のメタノールの濃度とエタノールの濃度を測
定することができない。特に、最近は、エンジン浄化剤
等のアルコールを溶剤とした種々の添加剤が燃料中に加
えられる場合が多いため、燃料タンク内に給油したとき
には２液混合型燃料であっても、その後の添加剤投入に
より３液混合型燃料となることもありうる。

【００１１】このため、上述した従来技術によるもので
は、３液混合型のアルコール混合燃料１中のアルコール
の種類毎の濃度を測定することができず、信頼性が大幅
に低いという問題がある。また、２液混合型のアルコー
ル混合燃料１であっても、メタノールを混合したものと
エタノールを混合したものとを判別できず、いずれか１
種類のアルコール混合燃料１に限られるから、使い勝手
が低い上に、添加剤等の投入によって測定精度が大幅に
低下するという問題がある。さらに、将来のアルコール
混合燃料１の多様化に対応するのが困難で、性能、信頼
性が低いばかりか、自動車用エンジンに用いた場合は、
燃料噴射量等の制御性が大幅に低下するという問題があ
る。

【００１２】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、アルコール混合液体中のアルコール濃度
を正確に測定することができるようにした光学式アルコ
ール濃度測定装置を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために本発明が採用する構成は、アルコールが混合され
た液体中に一の波長を有する光を投光する第１の投光部
と、該第１の投光部から前記液体を透過した光を受光
し、前記液体中のアルコール濃度に応じた検出信号を出
力する第１の受光部と、前記液体中に他の波長を有する
光を投光する第２の投光部と、該第２の投光部から前記
液体を透過した光を受光し、前記液体中のアルコール濃
度に応じた検出信号を出力する第２の受光部と、前記第
１の受光部からの検出信号と該第２の受光部からの検出
信号とを比較し、前記液体中のアルコール濃度を測定す
る測定部とからなる。

【００１４】また、前記一の波長を１．１９μｍないし
１．４０μｍとし、前記他の波長を１．４０μｍないし
１．６７μｍとするのが好ましい。

【００１５】

【作用】第１の受光部は第１の投光部から液体を透過し
た一の波長を有する光を受光して、該液体中のアルコー
ル濃度に応じた検出信号を出力し、第２の受光部は第２
の投光部から液体を透過した他の波長を有する光を受光
して、該液体中のアルコール濃度に応じた検出信号を出
力する。これにより、測定部は、第１の受光部からの検
出信号と第２の受光部からの検出信号とを比較し、前記
液体中のアルコール濃度を測定する。

【００１６】また、前記一の波長を１．１９μｍないし
１．４０μｍとし、前記他の波長を１．４０μｍないし
１．６７μｍとすれば、一の波長を有する光は液体中の
アルコールに吸収されにくく、他の波長を有する光は液
体中のアルコールに吸収され易くなるから、第１の受光
部からの検出信号と第２の受光部からの検出信号との差
異が大きくなり、測定部によって液体中のアルコール濃
度を正確に測定することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図６に基
づいて説明する。なお、実施例では前述した図７および
図８に示す従来技術と同一の構成要素に同一の符号を付
し、その説明を省略するものとする。

【００１８】図中、１１は燃料供給配管（図示せず）の
途中に設けられ、内部をアルコール混合燃料１が流通す
る連通管を示し、該連通管１１には、後述の各アルコー
ルセンサ１３，１６が取付けられる複数の取付穴１１
Ａ，１１Ａ，…が形成されている。１２は該連通管１１
の内周側に設けられた透光部材を示し、該透光部材１２
は例えば石英ガラス等の透光性材料から筒状に形成され
ている。そして、該透光部材１２は１．１９μｍないし
１．６７μｍの波長を有する光を透過させるものであ
る。

【００１９】１３は連通管１１の一端側に設けられた第
１のアルコールセンサを示し、該アルコールセンサ１３
は、連通管１１の取付穴１１Ａに取付けられ、例えば発
光ダイオード等の発光素子からなる第１の投光部１４
と、該第１の投光部１４と対向して連通管１１の取付穴
１１Ａに取付けられ、硫化カドニウムセル等の受光素子
からなる第１の受光部１５とから構成されている。そし
て、該第１のアルコールセンサ１３は、第１の投光部１
４から１．３１μｍの一の波長を有する光を透光部材１
２を介してアルコール混合燃料１中に投光すると共に、
該アルコール混合燃料１を透過した光を第１の受光部１
５で受光して電圧信号に変換し、この電圧信号を第１の
光量検出信号Ｖ1 として後述のコントロールユニット２
０に出力するものである。ここで、前記第１の投光部１
４からの一の波長を有する光は、アルコール混合燃料１
中のメタノール、エタノール等のアルコールに吸収され
にくい性質を有するものである。

【００２０】１６は連通管１１の他端側に設けられた第
２のアルコールセンサを示し、該アルコールセンサ１６
は、前記第１のアルコールセンサ１３とほぼ同様に、連
通管１１の取付穴１１Ａに取付られ、例えば発光ダイオ
ード等の発光素子からなる第２の投光部１７と、該第２
の投光部１７と対向して連通管１１の取付穴１１Ａに取
付けられ、硫化カドニウムセル等の受光素子からなる第
２の受光部１８とから構成されている。そして、該第２
のアルコールセンサ１６は、第２の投光部１７から１．
５５μｍの他の波長を有する光を透光部材１２を介して
アルコール混合燃料１中に投光すると共に、該アルコー
ル混合燃料１を透過した光を第２の受光部１８で受光し
て電圧信号に変換し、この電圧信号を第２の光量検出信
号Ｖ2 としてコントロールユニット２０に出力するもの
である。ここで、前記第２の投光部１７からの他の波長
を有する光は、アルコール混合燃料１中のアルコールに
吸収され易い性質を有するものである。

【００２１】１９は定電流電源を示し、該定電流電源１
９は従来技術で述べた定電流電源５とほぼ同様に、コン
トロールユニット２０からの制御信号によって駆動さ
れ、各投光部１４，１７に電流を供給して発光させると
共に、この電流を調節して該各投光部１４，１７の照度
を制御するものである。

【００２２】２０はＣＰＵ等からマイクロコンピュータ
として構成された測定部としてのコントロールユニット
を示し、該コントロールユニット２０の記憶回路内には
記憶エリア２０Ａが形成され、該記憶エリア２０Ａ内に
は後述の特性マップ２１，２３および判定マップ２２，
２４等が記憶されている。また、該コントロールユニッ
ト２０は、その入力側に各受光部１５，１８が接続さ
れ、出力側には定電流電源１９と燃料噴射量制御装置
（図示せず）とが接続されている。そして、該コントロ
ールユニット２０は、各受光部１５，１８からの各検出
信号Ｖ1 ，Ｖ2 に基づき、判定マップ２２，２４からア
ルコール混合燃料１中のアルコール濃度を測定し、この
測定結果を燃料噴射量制御装置に出力するものである。

【００２３】２１はコントロールユニット２０の記憶エ
リア２０Ａ内に記憶された第１の特性マップを示し、該
特性マップ２１は、図２に示す如く、一の波長における
アルコール混合燃料１中のアルコール濃度（メタノール
濃度）と第１の受光部１５の検出信号Ｖ1 との関係がマ
ップとして記憶されたものである。そして、該第１の特
性マップ２１には、エタノール０％のときの特性線２１
Ａを基準に、エタノール濃度に応じた多数の特性線２１
Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，…（４本のみ図示）が記憶されて
いる。ここで、該第１の特性マップ２１は、アルコール
混合燃料１中のメタノール濃度が増大するにつれて検出
信号Ｖ1 が低下（光の減衰率が増大）すると共に、エタ
ノール濃度の増大に伴って、基準となる特性線２１Ａよ
りも検出信号Ｖ1 が低下することを示している。

【００２４】２２はコントロールユニット２０の記憶エ
リア２０Ａ内に記憶された第１の判定マップを示し、該
判定マップ２２は、図３に示す如く、前記第１の特性マ
ップ２１に基づき、検出信号Ｖ1 のレベル毎にメタノー
ル濃度とエタノール濃度との関係がマップとして記憶さ
れたものである。そして、該判定マップ２２は、受光部
１５からの検出信号Ｖ1 がある一定値をとる場合に、こ
の一定値に対応するメタノール濃度とエタノール濃度と
の組合わせを示している。

【００２５】２３はコントロールユニット２０の記憶エ
リア２０Ａ内に記憶された第２の特性マップを示し、該
特性マップ２３は、図４に示す如く、前記第１の特性マ
ップ２１とほぼ同様に、他の波長におけるアルコール混
合燃料１中のメタノール濃度と第２の受光部１８の検出
信号Ｖ2 との関係がマップとして記憶されたものであ
る。そして、該第２の特性マップ２３には、エタノール
０％のときの特性線２３Ａを基準に、エタノール濃度に
応じた複数の特性線２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，…（４本
のみ図示）が記憶されている。

【００２６】２４はコントロールユニット２０の記憶エ
リア２０Ａ内に記憶された第２の判定マップを示し、該
判定マップ２２は、図５に示す如く、前記第１の判定マ
ップ２２とほぼ同様に、第２の特性マップ２３に基づい
て、検出信号Ｖ2 のレベル毎にメタノール濃度とエタノ
ール濃度との関係がマップとして記憶されたものであ
る。

【００２７】本実施例による光学式アルコール濃度測定
装置は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作
動について説明する。

【００２８】まず、コントロールユニット２０から定電
流電源１９に制御信号を出力し、該定電流電源１９から
各投光部１４，１７に電流が供給されると、該各投光部
１４，１７はそれぞれ一の波長と他の波長で発光する。
そして、これら一の波長の光と他の波長の光とは、透光
部材１２の屈折率とアルコール混合燃料１の屈折率等と
に基づいた入射角で、該透光部材１２を介してアルコー
ル混合燃料１中に入射し、それぞれ異なる減衰率で減衰
しつつ該アルコール混合燃料１を透過し、各受光部１
５，１８に入射する。次に、該各受光部１５，１８は、
各投光部１４，１７からの光を受光して電圧信号に変換
し、この電圧信号を、図２，図４中に示す如く、例えば
各光量検出信号Ｖ1a，Ｖ2aとしてコントロールユニット
２０に出力する。

【００２９】そして、コントロールユニット２０は、第
１の受光部１５からの検出信号Ｖ1aに基づいて、この検
出信号Ｖ1aに対応する特性線を第１の判定マップ２２か
ら読出すと共に、第２の受光部１８からの検出信号Ｖ2a
に基づいて、この検出信号Ｖ2aに対応する特性線を第２
の判定マップ２４から読出し、図６に示す如く、これら
各検出信号Ｖ1a，Ｖ2aに対応する特性線を重ね合わせ
て、両者の一致点Ａを検出する。これにより、コントロ
ールユニット２０は、前記一致点Ａのメタノール濃度Ｍ
ｅとエタノール濃度Ｅｔとを、アルコール混合燃料１中
のアルコール濃度として測定し、この測定結果を燃料噴
射量制御装置に出力する。

【００３０】かくして本実施例によれば、第１のアルコ
ールセンサ１３と第２のアルコールセンサ１６の２種類
のアルコールセンサを用い、アルコールに吸収されにく
い一の波長の光による第１の受光部１５からの検出信号
Ｖ1 と、アルコールに吸収され易い他の波長の光による
第２の受光部１８からの検出信号Ｖ2 とに基づいて、各
判定マップ２２，２４から各検出信号Ｖ1 ，Ｖ2 に対応
する特性線が一致する点を検出することにより、アルコ
ール混合燃料１中のメタノール濃度、エタノール濃度を
それぞれ測定することができる。

【００３１】この結果、３液混合型のアルコール混合燃
料１中のメタノール濃度とエタノール濃度とをそれぞれ
正確に測定することができる上に、メタノールのみを混
合した燃料とエタノールのみを混合した燃料との判別を
も正確に行うことができ、測定精度、信頼性、使い勝手
等を大幅に向上することができる。また、添加剤等の投
入によって測定精度が低下するのを効果的に防止し、将
来のアルコール混合燃料１の多様化に容易に対応するこ
とができ、自動車用エンジンに用いた場合は、燃料噴射
量等の制御性を大幅に向上できる。

【００３２】さらに、第１の投光部１４からの一の波長
を１．３１μｍとし、第２の投光部１７からの他の波長
を１．５５μｍとする構成としたから、アルコール混合
燃料１中を透過する一の波長の光と他の波長の光との減
衰率を変化させて、各検出信号Ｖ1 ，Ｖ2 の差異を効果
的に増大することができ、より正確にアルコール混合燃
料１中のアルコール濃度を測定することができる。

【００３３】なお、前記実施例では、第１の投光部１４
からの一の波長を１．３１μｍとし、第２の投光部１７
からの他の波長を１．５５μｍとするものとして述べた
が、本発明はこれに限らず、前記一の波長は１．１９μ
ｍないし１．４０μｍの範囲内で選択すればよく、ま
た、前記他の波長は１．４０μｍないし１．６７μｍの
範囲内で選択すればよいものである。

【００３４】また、前記実施例では、各投光部１４，１
７は発光ダイオード等の発光素子から構成し、各受光部
１５，１８は硫化カドニウムセル等の受光素子等から構
成するものとして述べたが、これに替えて、例えば各投
光部１４，１７を半導体レーザ等の他の発光素子から構
成してもよく、各受光部１５，１８をフォトトランジス
タ等の他の受光素子から構成してもよい。

【００３５】さらに、前記実施例では、連通管１１に各
投光部１４，１７と各受光部１５，１８とを対向して設
けるものとして述べたが、これに替えて、例えば各投光
部１４，１７と各受光部１５，１８とを近接して配置
し、透光部材１２の内周側または外周側に各投光部１
４，１７からの光を反射して各受光部１５，１８に入射
させる反射鏡を設ける構成としてもよい。

【００３６】さらにまた、前記実施例では、アルコール
混合液体としてガソリン等の燃料にメタノール、エタノ
ール等のアルコールを混合したアルコール混合燃料１を
例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば
食品用アルコール混合液体、薬品用アルコール混合液体
等の他のアルコール濃度の測定にも適用することができ
る。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、第
１の受光部は第１の投光部から液体を透過した一の波長
を有する光を受光して、該液体中のアルコール濃度に応
じた検出信号を出力し、第２の受光部は第２の投光部か
ら液体を透過した他の波長を有する光を受光して、該液
体中のアルコール濃度に応じた検出信号を出力し、測定
部は、第１の受光部からの検出信号と第２の受光部から
の検出信号とを比較して、前記液体中のアルコール濃度
を測定することができる。この結果、液体中に２種類の
アルコールが含まれている場合でも、各アルコールの種
類毎にアルコール濃度を正確に測定することができ、測
定精度、信頼性、使い勝手等を向上することができる。

【００３８】また、前記一の波長を１．１９μｍないし
１．４０μｍとし、前記他の波長を１．４０μｍないし
１．６７μｍとする構成としたから、一の波長を有する
光は液体中のアルコールに吸収されにくく、他の波長を
有する光は液体中のアルコールに吸収され易くなる。こ
の結果、第１の受光部からの検出信号と第２の受光部か
らの検出信号との差異を効果的に増大させることがで
き、より一層、液体中のアルコール濃度を正確に測定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による光学式アルコール濃度測
定装置を示す縦断面図である。

【図２】図１中のコントロールユニット内に記憶された
第１の特性マップを示す特性線図である。

【図３】図２中の第１の特性マップに基づき形成された
第１の判定マップを示す特性線図である。

【図４】第２の特性マップを示す特性線図である。

【図５】図４中の特性マップに基づき形成された第２の
判定マップを示す特性線図である。

【図６】第１の判定マップと第２の判定マップとからア
ルコール混合燃料中のアルコール濃度を測定する状態を
示す説明図である。

【図７】従来技術による光学式アルコール濃度測定装置
を示す縦断面図である。

【図８】図７中のコントロールユニット内に記憶された
判定マップを示す特性線図である。

【符号の説明】

１ アルコール混合燃料（液体） １４ 第１の投光部 １５ 第１の受光部 １７ 第２の投光部 １８ 第２の受光部 ２０ コントロールユニット（測定部）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルコールが混合された液体中に一の波
   長を有する光を投光する第１の投光部と、該第１の投光
   部から前記液体を透過した光を受光し、前記液体中のア
   ルコール濃度に応じた検出信号を出力する第１の受光部
   と、前記液体中に他の波長を有する光を投光する第２の
   投光部と、該第２の投光部から前記液体を透過した光を
   受光し、前記液体中のアルコール濃度に応じた検出信号
   を出力する第２の受光部と、前記第１の受光部からの検
   出信号と該第２の受光部からの検出信号とを比較し、前
   記液体中のアルコール濃度を測定する測定部とから構成
   してなる光学式アルコール濃度測定装置。
2. 【請求項２】 前記一の波長を１．１９μｍないし１．
   ４０μｍとし、前記他の波長を１．４０μｍないし１．
   ６７μｍとしたことを特徴とする請求項１に記載の光学
   式アルコール濃度測定装置。