JPH0545281A

JPH0545281A - 燃料成分検出用センサ

Info

Publication number: JPH0545281A
Application number: JP3230760A
Authority: JP
Inventors: Toshiji Nogi; 利治野木; Junichi Yamaguchi; 純一山口; Minoru Osuga; 大須賀　　稔; Takashige Oyama; 宜茂大山; Sadayasu Ueno; 定寧上野; Naoki Minami; 南　　直樹
Original assignee: Hitachi Automotive Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1991-08-19
Filing date: 1991-08-19
Publication date: 1993-02-23

Abstract

(57)【要約】【目的】燃料温度が低下しても検出精度が低下するこ
となく、広い運転範囲でメタノ−ル濃度が精度良く検出
でき、メタノ−ルとガソリンの何れでも、或いはこれら
の混合燃料でも運転が可能なエンジンの制御を最適に行
なえる燃料成分検出用センサを提供すること。【構成】発光素子１の光の一部は導体３から燃料中に
洩れるが、その量は燃料の屈折率によって変化する。メ
タノ−ルとガソリンでは屈折率が異なるので、受光素子
２の信号により燃料のメタノ−ル濃度を検出することが
できる。このとき、光導体３表面には電熱線５が設けら
れており、燃料に相分離が発生しない温度に制御してい
る。【効果】燃料温度が低下しても、光導体３の周囲の燃
料の温度は所定温度以上に保たれ、検出精度が低下する
ことなく、広い運転範囲でメタノ−ル濃度を検出するこ
とができ、エンジンを的確に制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガソリンとアルコ−ル
の混合燃料を用いた内燃機関に係り、特に自動車用ガソ
リンエンジンに好適な燃料成分検出用センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、排気ガス規制強化及び石油代替燃
料使用促進の見地から、自動車用燃料としてのアルコー
ルの使用が検討されている。なお、燃料用のアルコール
にはメタノールとエタノールがあるが、自動車用燃料の
対象になるのは、主としてメタノールなので、以下、メ
タノールについて説明する。

【０００３】しかして、その一方で、現状での自動車用
燃料としてのメタノ−ルの供給事情などを考慮して、メ
タノ−ルとガソリンの何れでも、或いはこれらの混合燃
料でも運転が可能な、いわゆるＦＦＶ（Flexible Fuel
Vehicle)についての提案も多種なされている。

【０００４】ところで、このようなＦＦＶでは、当然の
こととして、燃料成分が大きく変化することになるが、
このとき、ガソリンとメタノ−ルでは、燃焼に必要な空
気量や点火時期などエンジンの運転条件が異ってくる。

【０００５】そこで、ＦＦＶなどでは、燃料中のメタノ
−ル濃度を検出し、この検出結果に基づいて、空燃比
や、点火時期を制御する必要があり、このため、従来か
ら静電容量の変化や、光の屈折率の変化を利用してメタ
ノ−ル濃度を検出する各種の方法についての提案が知ら
れているが、この中で本発明に関連するものとしては、
例えば特開昭６３−１８２４８号、特開平２−２３６１
４４号の各公報を挙げることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、燃料
中に浸した光導体中での燃料の屈折率変化に伴う光通過
量変化により燃料成分を検出する方式のものであるが、
そこでは混合燃料中でのガンリンとメタノ−ルの相分離
の発生について配慮がされておらず、燃料の温度が低い
ときガンリンとメタノ−ルが相分離を起こし、検出精度
が低下するという問題があった。このため、低温始動時
などでは、メタノ−ル濃度を正確に検出することができ
ず、始動時でのエンジンの的確な制御が困難で、充分な
始動性を得ることができなかった。本発明の目的は、燃
料温度が低下しても、検出精度が低下することなく、広
い運転範囲にわたり、常に精度良くメタノ−ル濃度の検
出が可能な燃料成分検出用センサを提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、光導体の周
囲の燃料を加熱する手段を設け、この部分にある燃料の
温度を、相分離が発生しない温度領域に保つことにより
達成される。

【０００８】

【作用】光導体の周囲の燃料を加熱する手段は、燃料の
温度が低下してメタノールとガソリンに相分離が発生す
るのを抑えるように働く。従って、周囲温度が低いとき
でも正確に燃料の成分を検出することができ、広い運転
範囲でメタノ−ル濃度を検出することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明による燃料成分検出用センサに
ついて、図示の実施例により詳細に説明する。まず、本
発明による燃料成分検出用センサの一実施例が適用され
た自動車について、図５により説明する。図５におい
て、ＡはＦＦＶ自動車、Ｂは燃料タンク、Ｃは燃料配
管、Ｄは燃料成分検出用センサ、Ｅはエンジンである。
燃料タンクＢにはガソリンとメタノ−ルが混合された燃
料が入っており、このタンク内の燃料が燃料配管Ｃを介
してエンジンＥに供給され、エンジンＥが動作する。

【００１０】燃料通路Ｃにはメタノ−ル濃度を検出する
燃料成分検出用センサＤが設置されており、このセンサ
Ｄによって検出されたメタノール濃度が、図示してない
エンジン制御装置に入力され、エンジンの燃料供給量や
点火時期などが、燃料中のメタノ−ル濃度に応じて制御
され、この結果、ガソリンとメタノ−ルの混合燃料でメ
タノール濃度が変化したときでも、常にエンジンの燃焼
状態を最適な状態にすることができる。

【００１１】図１は本発明による燃料成分検出用センサ
の一実施例で、１は発光素子、２は受光素子、３は光フ
ァイバからなる光導体、４はセンサホルダ、５は電熱
線、６は電極である。発光素子１は検出用の光源で、こ
の実施例では発光ダイオードからなり、所定の強度の光
を光導体３の一方の端部から入射する働きをする。受光
素子２は光導体３の他方の端部から出射される光を検知
する働きをするもので、この実施例ではフォトダイオー
ド或いはフォトトランジスタなどの半導体光検出素子が
用いられている。

【００１２】光導体３を構成する光ファイバは、図示の
ように、角張ったＵ字形に作られ、発光素子１及び受光
素子２と所定の位置関係を保つようにしてセンサホルダ
４に取付けられている。電熱線５は所定の抵抗値を持つ
ように、所定の材質と線径、それに長さを有する白金線
などの金属線を用い、光導体３に緩やかに巻き付けられ
た上で、その両端が電極６に接続され、外部から電流が
流せるようになっている。なお、このため、図には現わ
れていないが、電極６は２本、対をなして設けられてい
る。

【００１３】次に、この実施例による検出動作について
説明する。センサホルダ４を、図５に示したセンサＤと
して燃料配管Ｃに設置し、光導体３が燃料中に浸される
ように配置する。そうすると、発光素子１から光導体３
に入射した光の一部が、この光導体３を通過中、燃料中
に漏出する。このとき、燃料中に漏れ出す光の量は燃料
の屈折率によって変化し、受光素子２に届く光の強さが
変化する。そこで、受光素子２の信号を調べることによ
って燃料の屈折率が検知され、このときメタノ−ルとガ
ソリンでは屈折率が異なるので、結局、受光素子２の信
号によりメタノ−ル濃度を検出することができるのであ
る。

【００１４】ところで、ガソリンとメタノールとは比較
的良く混ざるが、この混合液の温度が約３０℃以下にな
ると、条件によっては混合せず、相互に分離して比重に
より上下に分かれてしまう現象、いわゆる相分離を生じ
る。

【００１５】図３に、ガソリンとメタノールでの相分離
特性を示す。この図から明らかなように、燃料温度が約
３０℃以下になると相分離が生じ、この相分離が生ずる
温度はメタノ−ル濃度によって変化する。また、この相
分離を生じる領域とそうでない領域との中間に、小さな
ガソリンまたはメタノ−ルの液滴が発生し、燃料が白く
濁る白濁領域を生じる。

【００１６】図４に燃料温度とセンサ出力(受光素子２
の出力)の関係を示す。この図から明らかなように、燃
料温度が低下して白濁が生じ、さらには相分離が生じる
と、メタノール濃度が一定でもセンサ出力が変化し、正
確なメタノール濃度の検出ができなくなってしまう。こ
れは白濁領域では小さなガソリン又はメタノ−ルの液滴
が発生し、これが光導体３の表面に付着するので、燃料
本来の屈折率に対して光透過体の表面で検出される屈折
率が変化してしまうからであり、相分離領域では、光導
体３の表面がガソリン又はメタノールの一方だけになっ
てしまうからである。

【００１７】そこで、図１の実施例では、上記したよう
に、電熱線５からなる燃料加熱手段が設けられており、
これにより、混合燃料に白濁や相分離が発生しない温度
に、燃料が加熱されるように構成してある。つまり、電
極６を介して、電熱線５に通電し、光導体３の周囲にあ
る燃料を加熱し、その温度が、白濁や相分離を生じない
温度以上に保たれるように、電熱線５に流れる電流量を
制御するのである。電熱線５に通電されると、周知のよ
うに、電熱線５の抵抗値Ｒと、電流の大きさＩに応じ
て、次式に示すように、電力Ｐの損失を生じ、この電力
Ｐに相当する熱を発生し、燃料を加熱することができる
のである。

【００１８】Ｐ＝Ｉ²×Ｒ従って、この実施例によれば、周囲の温度が低下しても
検出精度低下の虞れがなく、広い運転範囲にわたって常
に精度良くメタノ−ル濃度を検出することができる。こ
こで、電熱線５の材質としては、耐食性及び発熱効率を
考慮して、上記したように白金を用いるのが望ましい。
また、光導体３としては、石英ガラスまたはガラスファ
イバを用いればよい。

【００１９】ところで、図１の実施例では、光導体３と
してガラスファイバを用い、このガラスファイバを、図
示のように、２ヵ所でほぼ直角に曲げて略Ｕ字形に形成
しており、この結果、この実施例によれば、光導体３か
らの光漏洩部分がこれら直角に曲がっている部分に極限
でき、燃料中への光の漏洩箇所が少ななり、メタノール
濃度に対する出力の線形性を、充分に向上させることが
できる。

【００２０】図２は、電極６のセンサホルダ４に対する
取付部分の詳細を示す実施例で、まず、図２の(a)の実
施例では、電極６とセンサホルダ４との間に絶縁部材６
ａを設け、これにより金属材料からなるセンサホルダ４
との絶縁が保たれるようにしたものであり、さらに電極
６と絶縁部材６ａ及びセンサホルダ４との間での燃料の
シ−ルは充填剤６ｂによって与えられるようにしたもの
である。

【００２１】次に、図２の(b)の実施例では、(a)の実施
例における充填剤６ｂに代えてガラスシ−ル６ｃを用い
たものである。このガラスシ−ル６ｃはタブレット状の
低融点ガラスを電極６に予め取付けておき、センサホル
ダ４に装着後、温度を上げて軟化させ、融着するように
なっている。

【００２２】図６に電熱線５の通電制御方法の一実施例
を示す。この実施例は、いわゆるオン・オフ制御方式に
よるもので、燃料の温度を検出し、それが相分離温度以
下であると考えられる温度領域でだけ、電熱線５に電流
を供給するのである。図７は、このときの燃料温度と、
加熱に必要な電力の関係を示したもので、燃料温度の低
下と共に温度制御に必要な電力が大きくなり、相分離が
生じない温度では電熱線５に通電する必要が無い。

【００２３】図８は、本発明の他の実施例を示したもの
で、図において、７はカバーで、光導体３を覆うように
して設けられ、複数の開孔７ａにより燃料配管Ｃ内の燃
料と連通されるようになっている。光導体３は燃料配管
Ｃ内での燃料の流れの中に置かれているので、流れる燃
料によって電熱線５の熱が持ち去られ、この電熱線５を
一定温度にするのに多くの電力を要する。そこで、この
実施例では、カバ−７を設け、燃料の流れの１部だけが
光導体３と電熱線５に接するようにしたものである。図
９は、燃料温度と必要電力の関係を示したもので、この
図から明らかなように、カバ−７を設けることによっ
て、必要な加熱電力が大幅に少なくて済むことがわか
る。

【００２４】図１０は、本発明のさらに別の実施例で、
図において、８は所定の導電特性を備え、通電すること
により電熱発熱体となる、例えば導電性セラミックスな
どからなるカバーで、９は熱絶縁体層である。この発熱
体のカバ−８には電極５から電気が供給される。発熱体
としては、たとえばＰＴＣヒ−タまたは他の発熱抵抗体
を用いればよく、カバー８とセンサホルダ４の間には熱
絶縁体層９が設けられ、発熱体からホルダに熱が逃げな
いようにしてある。従って、この図１０の実施例によっ
ても、光導体３によりで検出される燃料の温度が相分離
が生ずる温度以上となり、検出を正確に行うことができ
る。

【００２５】図１１も本発明の他の一実施例で、図８の
実施例におけるカバー７の外側にメッシュ状のフィルタ
１０を設け、開孔７ａが、このフィルタ１０で覆われる
ようにしたものである。この図１１の実施例によれば、
メッシュ状のフィルタ１０によって、燃料中の汚れがカ
バー７の内部に侵入するのが抑えられるので、光導体３
に異物が付着することがなくなり、検出精度低下の虞れ
を充分に無くすことができる。さらに相分離により、燃
料配管Ｃの中の燃料にガソリン又はメタノ−ルの小さな
液滴が生じた場合でも、それらの液滴はフィルタ１０で
捕らえられて、光導体３に到達できなくすることがで
き、これによってさらに検出を正確に行うことができ
る。

【００２６】図１２は本発明のさらに別の実施例で、図
において、１１は補償用の受光素子である。この補償用
の受光素子８は発光素子１の横に設けられ、この発光素
子１が発生する光の一部を直接入力するようになってお
り、従って、この受光素子１１の信号により発光素子１
の発光量を知ることができる。発光素子１の発光量は温
度、経時変化によって変化する。そこで受光素子１１の
信号と受光素子２の信号の比を取ることによって発光量
及び受光素子の変化を補正し、検出精度を常に良好に保
持することができる。

【００２７】ところで、以上の実施例では、何れも電熱
線５などによる発熱体に対する通電制御のために、光導
体３の周囲にある燃料の温度を検出する必要がある。一
方、図１、図８、図１１、それに図１２の実施例では、
発熱体として電熱線５が用いられている。そこで、これ
らの実施例における電熱線５として、上記したように、
白金線を使用すると、図１３に示すように、電熱線５の
抵抗値は、その温度に比例して変化する。従って、これ
らの実施例では、電熱線５に供給されている電流の値
と、そのときに電熱線５に現われている電圧降下とか
ら、光導体３の周囲の燃料の温度を検出することがで
き、これにより電熱線５に供給すべき電圧と電流を制御
して所定の温度が保たれるように制御することができ
る。また、燃料の屈折率は、光導体３の表面の温度によ
って決まるので、上記したように、この温度が検出でき
れば、燃料の温度による屈折率の変化を知って、適切な
補正を行なうことができ、従って、この実施例によれ
ば、さらに検出精度を高めることができる。

【００２８】ところで、燃料温度が低いと燃料タンク内
でガソリンとメタノ−ルが分離しており、燃料タンクの
下方にメタノ−ルが溜りやすい。このため燃料ポンプ動
作直後では、燃料配管中でメタノ−ル分が多くなり、従
って、エンジンが始動時には正確な燃料成分の検出が困
難で、エンジンの始動性が低下する。そこで、このよう
なときでも、常に精度良く検出ができ、充分なエンジン
始動性が得られるようにした本発明の一実施例につい
て、図１４により説明する。

【００２９】この実施例は、例えば図１に示すセンサに
おいて、エンジン始動時、エンジンスタータの回転開始
に優先して燃料ポンプが作動し、電熱線５に通電される
ようにしたもので、図１４に示すように、始動時にキ−
スイッチがＯＮにされ、ついでスタータスイッチがＯＮ
にされたとき、実際にスタータに通電開始されるまで
に、予め設定してある遅れ時間時間τが与えられるよう
に構成したものであり、この遅れ時間τは燃料の温度に
よって変化するようにしてある。

【００３０】図１５に、センサ信号の時間的変化を示
す。上記したように、燃料温度が低いと燃料タンク内で
ガソリンとメタノ−ルが分離しており、燃料タンクの下
にメタノ−ルが溜りやすい。従って、エンジン始動時、
キ−スイッチをＯＮにし、燃料ポンプが動作したとして
も、燃料ポンプ動作直後ではメタノ−ル濃度が一定とな
っていない。そして、燃料ポンプが作動すると、燃料が
燃料配管を循環し、一定時間τ後に燃料がタンク内で十
分混合され、燃料の濃度は比較的一定になる。

【００３１】従って、この実施例では、このようにし
て、燃料の濃度がほぼ均一化されてからスタータが作動
するので、この時にはセンサからは正しい検出結果が得
られており、常に良好な始動性を与えることができる。

【００３２】図１６に、この実施例における燃料温度と
遅れ時間τの関係を示す。燃料温度が約３０℃以上では
相分離がないので遅れ時間τはほぼ０になる。そして燃
料温度が低下するほど遅れ時間τが大きくなるようにし
てある。また、燃料ポンプが停止してからの時間が長い
ほど相分離が進むので、エンジンが停止していた時間を
計測し、エンジンの停止時間に応じて遅れ時間τが大き
くなるようにしてある。

【００３３】ポンプが停止している時間は、エンジンな
どの制御用のマイクロプロセッサに計時機能をもたせる
ことにより、容易に知ることができる。そして、図１７
に示すように、燃料温度とポンプが停止してからの時間
Ｔを軸とした遅れ時間τマップを備え、これの検索によ
り求めるようにしてやれば良い。

【００３４】次に、図１８に、センサの燃料配管中への
取付け方法を示す。

【００３５】まず図１８(a)の実施例は、燃料配管Ｃの
下にセンサを取り付けた場合で、このときには、相分離
状態ではメタノ−ルが検出される。そして、燃料噴射方
式のエンジンでは、燃料噴射弁の中でも相分離が起こる
ので、温度が低下するとメタノ−ルが噴出される。従っ
て、この実施例によれば、相分離したときでも、燃料噴
射弁から噴出する燃料のメタノ−ルを正確には測ること
ができる。また、配管に溜った気泡の影響を少なくでき
る。

【００３６】次に、図１８(b)の実施例によれば、相分
離が発生したとき、ガソリンが検出されやすい。しかし
て、図１８(c)の実施例によれば、配管中の平均的な燃
料成分を検出することができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、燃料温度が低下して
も、検出精度が低下することなく、広い運転範囲でメタ
ノ−ル濃度を検出することができ、常に最善な状態でエ
ンジンの制御が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による燃料成分検出用センサの第１の実
施例を示す断面図である。

【図２】電極の取付方法の詳細を示す断面図である。

【図３】ガソリンとメタノールの相分離特性を示す説明
図である。

【図４】燃料温度とセンサ出力の関係を示す説明図であ
る。

【図５】本発明が適用された自動車の一例を示す斜視図
である。

【図６】本発明の一実施例における加熱体の制御方法の
一例を示す説明図である。

【図７】本発明の一実施例における燃料温度と加熱に必
要な電力の関係を示す説明図である。

【図８】本発明の第２の実施例を示す断面図である。

【図９】本発明の第２の実施例における燃料温度と加熱
に必要な電力の関係を示す説明図である。

【図１０】本発明の第３の実施例を示す断面図である。

【図１１】本発明の第４の実施例を示す断面図である。

【図１２】本発明の第５の実施例を示す断面図である。

【図１３】温度に対する電熱線の抵抗の関係を示す説明
図である。

【図１４】本発明の第６の実施例の動作を説明するため
のタイミングチャートである。

【図１５】本発明の第６の実施例の動作を説明するため
のタイミングチャートである。

【図１６】本発明の第６の実施例の動作を説明する特性
図である。

【図１７】本発明の第６の実施例において使用するマッ
プの説明図である。

【図１８】本発明によるセンサの取付け方法の説明図で
ある。

【符号の説明】

１発光素子２受光素子３光導体４センサホルダ５電熱線６電極７カバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山口純一茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者大須賀稔茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者大山宜茂茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者上野定寧茨城県勝田市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者南直樹茨城県勝田市大字高場2520番地日立オートモテイブエンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体燃料中に浸した光導体中での燃料の
屈折率変化に伴う光通過量変化により燃料成分を検出す
る方式の燃料成分検出用センサにおいて、該光導体の周
囲の燃料の温度を、この燃料の相分離温度以上にする加
熱手段が設けられていることを特徴とする燃料成分検出
用センサ。
【請求項２】請求項１の発明において、上記加熱手段
が、電気抵抗体を用いた電熱加熱手段で構成されている
ことを特徴とする燃料成分検出用センサ。
【請求項３】請求項１の発明において、上記光導体の
周囲に、複数の透孔を有するカバーが設けられているこ
とを特徴とする燃料成分検出用センサ。
【請求項４】請求項３の発明において、上記カバーの
透孔にフィルタが設けられていることを特徴とする燃料
成分検出用センサ。
【請求項５】請求項３の発明において、上記カバーが
電気抵抗材料で作られ、このカバーに通電することによ
り上記加熱手段が構成されていることを特徴とする燃料
成分検出用センサ。
【請求項６】請求項５の発明において、上記電気抵抗
材料がＰＴＣであることを特徴とする燃料成分検出用セ
ンサ。
【請求項７】請求項２の発明において、上記電気抵抗
体が、上記光導体に巻き付けられた白金線であることを
特徴とする燃料成分検出用センサ。
【請求項８】請求項７の発明において、上記白金線の
抵抗値を測定する手段を設け、上記液体燃料の温度を検
出するように構成したことを特徴とする燃料成分検出用
センサ。