JPH0894590A - 蒸発燃料濃度計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車等のエンジンへの燃料供給系に適用し
て好適な構造を有する蒸発燃料濃度計測装置を提供す
る。 【構成】 蒸発燃料が流入される超音波伝搬室１１がハ
ウジング１０に形成され、超音波伝搬室１１に超音波を
出射し反射波を受信する超音波送受信ユニット１９は、
ケース２０内にダンピング材２５によって埋設された超
音波発生部２１と音響整合層２２を有すると共に、ケー
ス２０と音響整合層２２間が薄い隔壁２６で被覆され、
弾性材２９とスペーサリング３０の介在する固定カバー
３１によってハウジング１０内に収容され、隔壁２６が
弾性材１８を介して超音波伝搬室１１の開口端に付勢・
密着されている。ケース２０の側面に設けられた弾性材
２８と上記弾性材２９，１８を介して超音波送受信ユニ
ット１９全体がハウジング１０内に収容・支持されるこ
とにより、音響工学的にハウジング１０と分離されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料タンクから発生す
る蒸発燃料（燃料ベーパー）の濃度や、かかる蒸発燃料
を一時的に吸着するキャニスターからエンジンのインテ
ークマニホールドへパージされる蒸発燃料（パージガ
ス）の濃度を計測する蒸発燃料濃度計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料タンクからエンジンへの燃料供給系
は、フューエルポンプにより燃料配管を介してインジェ
クターへ燃料を送る系統と、燃料タンク内に発生する蒸
発燃料をキャニスターで一時的に吸着させ、このキャニ
スターに溜まった燃料を外気によって離脱させてインテ
ークマニホールドへパージガスとして送る系統を備え、
インジェクターからの噴射燃料と共にパージガスをシリ
ンダ内で燃焼させるようになっている。

【０００３】ここで、パージガスを加えることによっ
て、空燃比が理論空燃比から外れると一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）、炭化水素（ＨＣ）、窒化物（ＮＯｘ）の浄化能力
が激減する等の問題があることから、パージガスの濃度
を高精度で計測し且つ供給量を最適制御することが極め
て重要である。

【０００４】従来、このような自動車等のエンジンに供
給するパージガスの濃度を計測するためのものではない
が、混合ガス等（被測定ガス）の濃度を計測するための
技術としては、特開昭６１−２６９０６１号、特開昭６
３−２３６９５７号、特開平４−１５７３５９号に開示
されているように、超音波センサを用いて被測定ガス中
を伝搬する超音波伝搬速度を計測し、この計測値から被
測定ガスの濃度を求めるものが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭６３−
２３６９５７号、特開平４−１５７３５９号に開示され
た技術にあっては、被測定ガスの充満雰囲気中に超音波
センサを挿入する構造となっているので、かかる従来技
術を自動車等のエンジンへの燃料供給系に適用した場合
には、超音波センサが蒸発燃料雰囲気中に晒されること
となり、ガソリンミストや液体ガソリンや水分などの影
響を直接受けて、腐食による耐久性の低下や特性劣化を
招来する問題がある。一方、特開昭６１−２６９０６１
号では、超音波センサの主要部である超音波素子を真空
蒸着技術による薄膜で被覆することによって、被測定ガ
スに直接当たらない構造となっているが、自動車等のエ
ンジンへの燃料供給系に適用するには、構造上好適では
ない。

【０００６】本発明はこのような課題に鑑みて成された
ものであり、超音波の蒸発燃料中における伝搬速度を計
測することによりその蒸発燃料の濃度を求め、且つ自動
車等のエンジンへの燃料供給系に適用して好適な構造を
有する蒸発燃料濃度計測装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、ハウジングに設けられた流入流出ポ
ート間に形成された超音波伝搬室と、前記超音波伝搬室
の一端に設けられた開口部に連設された収容室内に収容
されると共に、前記開口部から超音波を前記超音波伝搬
室へ出射し、前記超音波伝搬室の所定反射面からの反射
波を検出する超音波送受信ユニットとを備え、前記超音
波送受信ユニットは、前記収容室の内壁に第１の弾性材
を介して支持されるケース部と、前記ケース部内に充填
されたダンピング材中に埋設された超音波発生部と、前
記超音波発生部の超音波発生側端に固着された音響整合
層と、前記音響整合層と前記ケースの端部を被覆する隔
壁とを有し、更に、前記隔壁と前記開口部の周端の間に
密着して介在する第２の弾性材と、前記ケース部の他端
部を第３の弾性材を介して前記超音波伝搬室側へ付勢す
ることにより、前記第１の弾性材を介して前記隔壁と前
記開口部の周端とを密着させる付勢部材とを具備する構
造とした。

【０００８】又、前記超音波伝搬室は、長手方向の一端
に前記開口部が形成され他端に前記反射面が形成された
円柱状の空間から成る構造とした。

【０００９】又、前記超音波送受信ユニットを収容する
収容室の内径は、超音波伝搬室の前記開口部の内径より
大きい構造とした。

【００１０】又、前記第１，第２，第３の弾性材を一体
成型した弾性材とした。

【００１１】

【作用】かかる構造を有する本発明の蒸発燃料濃度計測
装置によれば、被測定対象である蒸発燃料が流入ポート
から超音波伝搬室へ流入して流出ポートから出力する。
超音波発生部から発せられた超音波が音響整合層及び隔
壁を介して超音波伝搬室へ出射されて蒸発燃料中を伝搬
する進行波となり、反射面で反射した反射波が再び超音
波発生部へ戻るまでの伝搬遅延時間を得ることができ、
この伝搬遅延時間に基づいて蒸発燃料の濃度を計測する
ためのデータを提供することができる。

【００１２】又、超音波送受信ユニット全体は、第２の
弾性材と隔壁及び超音波伝搬室の開口部の周端との密着
により、蒸発燃料雰囲気中に直接晒されないので、ガス
ミスト、液体ガソリン、水分等の影響による、耐久性・
信頼性の低下が防止される。

【００１３】又、超音波送受信ユニット全体が第１〜第
３の弾性材あるいはこれらを一体成型して成る弾性材を
介してハウジングに装着されるので、音響工学的に良好
な条件下で超音波の放出及び反射波の受信を行うことが
でき、高精度の濃度計測が可能となる。

【００１４】更に又、超音波を伝搬させるための超音波
伝搬室空間を小径の空間で実現するので、超音波伝搬室
の内側壁からの反射波の影響が大幅に低減されることか
ら、反射面に向けて放出された超音波とその反射波の伝
搬遅延時間を精度良く計測して、蒸発燃料の濃度を高精
度で求めることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明による蒸発燃料濃度計測装置の
一実施例を図面と共に説明する。まず、この実施例の使
用態様を図１に基づいて説明する。これは、ガソリン等
の液体燃料を蓄える燃料タンク１内に発生する蒸発燃料
をキャニスター２で一時的に吸着させ、このキャニスタ
ー２に溜まった燃料を外気によって離脱させてインテー
クマニホールド３へパージガスとして送る系統の構成を
示す。

【００１６】燃料タンク１に連結されたキャニスター
（例えば、活性炭キャニスター）２の流出ポートに、こ
の実施例の蒸発燃料濃度計測装置４の流入ポートが連結
され、蒸発燃料濃度計測装置４の流出ポートがパージ制
御弁５を介してインテークマニホールド３に連結され
る。蒸発燃料濃度計測装置４は、マイクロコンピュータ
システム等のセンサ回路６の指令に従って後述する濃度
計測動作を行い、その計測データをセンサ回路６へ送出
する。そして、センサ回路６が計測データから蒸発燃料
の濃度を判定し、空燃比を理論空燃比に合わせるように
パージ制御弁５の開閉制御を行うことで、排気ガスの浄
化促進等を図る。

【００１７】次に、図２及び図３に基づいて蒸発燃料濃
度計測装置（以下、単に計測センサという）４の構造を
説明する。尚、図２は、流入ポート７及び流出ポート８
に沿った縦断面図、図３は、図２中の仮想線Ｘ−Ｘに沿
った部分の要部縦断面図である。

【００１８】図２において、この計測センサ４の筐体９
に、アルミダイキャストやプラスチックにより成型され
たハウジング１０が嵌着若しくは筐体９と一体成型さ
れ、ハウジング１０には、円柱状の超音波伝搬室１１
と、超音波伝搬室１１に対して隔壁を介して併設された
円柱状の小径通路１２と、超音波伝搬室１１と小径通路
１２との間を所定の間隔をおいて連通する一組の連通路
１３，１４が形成されると共に、流入ポート７と流出ポ
ート８が連通路１３，１４に夫々対応する位置関係で小
径通路１２に連通している。小径通路１２の先端は密封
カバー１５により密封され、超音波伝搬室１１の先端面
１６は長手方向に対して垂直に面する平面となってお
り、後述する超音波を反射するための反射面として機能
する。以下、先端面１６を反射面と呼ぶ。超音波伝搬室
１１の後端開口部には、その外周に沿って形成された溝
１７中に嵌込まれた弾性封止材１８に密着して、超音波
送受信ユニット１９が取り付けられている。

【００１９】６．６ナイロンで成型された円筒状のケー
ス２０内には、ＰＺＴ素子から成る超音波発生部２１
と、ガラスビーズを混入したエポキシ樹脂から成る音響
整合層２２と、超音波発生部２１に電気的に接続するリ
ード端子２３，２４が、振動の減衰を促進するためのダ
ンピング材２５によって封入・埋設されている。そし
て、超音波発生部２１に音響整合層２２が一体に固着さ
れ、音響整合層２２とケース２０の終端に約２５μｍの
厚さのポリイミドフィルムから成る隔壁２６が接着さ
れ、隔壁２６の側面が弾性封止材１８に密着している。
更に、超音波発生部２１と音響整合層２２は、超音波伝
搬室１１の長手方向の中心軸に合致するように配置され
且つ、超音波発生部２１と音響整合層２２及び隔壁２６
の各接合面が反射面１６に平行であり、超音波発生部２
１から発生られる超音波が超音波伝搬室１１内を一様に
伝搬するようになっている。

【００２０】尚、ダンピング材２５は、ウレタン系封止
材にセラミック粉を混入することにより、振動の減衰効
果の高い材質を実現している。又、この実施例では夫々
別体のケース２０と隔壁２６を相互に固着しているが、
同一素材（例えば、６．６ナイロン）により隔壁２６を
ケース２０の一部として予め一体成型するようにしても
よい。

【００２１】更に、超音波送受信ユニット１９を収容す
るための収容室Ｒの内径は、超音波伝搬室１１の内径よ
り大きく設計されており、ケース２０の側壁に形成され
た溝２７に嵌込まれたフローティング材２８が上記収容
室Ｒの内壁に接触することにより、超音波送受信ユニッ
ト１９全体を位置ずれしないように収容室Ｒ内に保持し
ている。更に、ケース２０の先端と固定カバー３１との
間には、フローティング材２９及び金属製などのスペー
サリング３０が介在し、ハウジング１０に圧入固着され
た金属製などの固定カバー３１によって、フローティン
グ材２９及びスペーサリング３０がケース２０側に押圧
されると共に、ケース２０及び隔壁２６が弾性封止材１
８を介して超音波伝搬室１１の後端開口部へ押圧されて
いる。

【００２２】この実施例では、上記の弾性封止材１８と
フローティング材２８，２９には、合成ゴム製のＯリン
グを適用しているが、弾性封止材１８としては、板ゴム
やＰＴＶ封止材などの弾性と密着性とを有する素材を適
用してもよい。

【００２３】このような構造の超音波送受信ユニット１
９は、弾性封止材１８とフローティング材２８，２９で
ハウジング１０内の収容室Ｒに支持されるので、全体的
にハウジング１０から音響的に隔離され、更に、固定カ
バー３１が超音波送受信ユニット１９全体を超音波伝搬
室１１の方向へ位置ずれを生じないように押圧して、弾
性封止材１８と隔壁２６、及び弾性封止材１８とハウジ
ング１０の内壁との密着性を向上させるようにしている
ので、後述する蒸発燃料の濃度計測の際に超音波伝搬室
１１に供給される蒸発燃料が超音波送受信ユニット１９
へ漏れないようになっている。更に、小径通路１２内の
一端には、サーミスタ等の温度センサ３２が密封され、
そのセンサ出力はリード端子３３を介して、ハウジング
１０の背面側に設けられた電気回路基板３４へ伝送され
る。

【００２４】次に、かかる構造を有する蒸発燃料濃度計
測装置の動作を説明する。尚、図１に示したように、キ
ャニスター２とパージ制御弁５の間に連結される場合を
述べる。

【００２５】キャニスター２からのパージガスは流入ポ
ート７を介して小径通路１２及び超音波伝搬室１１へ供
給され、流出ポート８を介してパージ制御弁５へ出力さ
れる。ここで、小径通路１２は、流入ポート７から流入
するパージガスの流量が増大する場合に、そのパージガ
スの一部をバイパスして流出ポート８へ流すことによ
り、超音波伝搬室１１へのパージガスの流量変動が大き
くなるのを防止し、安定したパージガス雰囲気の条件下
で濃度計測を行うことができる。

【００２６】センサ回路６には、ＰＬＬ（フェーズロッ
クループ）回路が内蔵され、超音波発生部２１に駆動パ
ルス信号Ｂを印加して超音波伝搬室１１へ放出される超
音波（進行波）が反射面１６で反射されて反射波として
超音波発生部２１に戻ってくるまでの伝搬遅延時間Ｔが
定常周期（周波数でもよい）となるように駆動パルス信
号Ｂの印加周期をＰＬＬ制御し、この定常周期あるいは
周波数をパージガスの濃度として特徴抽出するようにな
っている。即ち、図４に示すように、ＰＬＬ回路に内蔵
されているＶＣＯ回路から出力される同期パルス信号Ａ
に同期した駆動パルス信号Ｂを超音波発生部２１に印加
することによって、超音波伝搬室１１への超音波（進行
波）を放出する。これに対して、反射面１６からの反射
波が再び伝搬遅延時間Ｔ１，Ｔ２…の後に超音波発生部
２１に戻る反射波信号Ｂ’が検出され、これらの反射波
信号Ｂ’がＰＬＬ回路に帰還入力される。そして、これ
らの反射波信号Ｂ’が発生するエッジタイミングに同期
した検出パルス信号Ｃを波形整形回路によって形成する
と共に、伝搬遅延時間Ｔ１，Ｔ２…が或る特定の周期Ｔ
に収束して同調するように、ＶＣＯ回路が同期パルス信
号Ａの発生周期を自動的に調整する。このように、ある
期間に渡ってＰＬＬ制御を行うことにより、検出パルス
信号Ｃの周期は、超音波伝搬室１１内のパージガスの濃
度に比例する定常状態となり、センサ回路６内のマイク
ロコンピュータシステムが、予め内蔵しているルックア
ップテーブル中の濃度データを検出パルス信号Ｃの定常
周期データに基づいて検索することにより、パージガス
の濃度を求める。即ち、進行波と反射波の伝搬遅延時間
は、超音波伝搬室１１内の音響インピーダンスと相関関
係を有し、更に、この音響インピーダンスはパージガス
の濃度と相関関係を有しているので、検出パルス信号Ｃ
の定常周期データを求めることによりパージガス濃度の
特徴抽出が可能となっている。更に、センサ回路６内の
マイクロコンピュータシステムが、濃度データに基づい
て最適な空燃比を設定するための開閉制御信号をパージ
制御弁５に供給するなどの処理を行う。

【００２７】尚、この実施例では、超音波伝搬室１１の
長手方向の長さ（隔壁２６から反射面１６までの長さ）
を５ｃｍとすることにより、超音波信号（進行波と反射
波）の伝搬距離を１０ｃｍに設定すると共に、超音波伝
搬室１１の内径を約１２ｍｍ前後に設定した。更に、各
駆動パルス信号Ｂの周波数を２７５ｋＨｚに設定するこ
とにより、同周波数の超音波信号（進行波）を発生させ
た。

【００２８】又、この蒸発燃料濃度計測装置は、図１に
示したような、キャニスター２とパージ制御弁５との間
に接続するだけでなく、燃料タンク１とキャニスター２
との間に設けても同様の機能が得られ、又、用途に応じ
て任意の箇所に設けることもできる。

【００２９】このように、この実施例の蒸発燃料濃度計
測装置によれば、超音波送受信ユニット１９が、弾性封
止材１８とフローティング材２８，２９でハウジング１
０内の収容室Ｒに支持されるので、全体的にハウジング
１０から音響的に隔離され、ハウジング１０の振動等の
影響を受けることなく、超音波による高精度の濃度計測
が可能となっている。更に、固定カバー３１が超音波送
受信ユニット１９全体を超音波伝搬室１１の方向へ位置
ずれを生じないように押圧して、弾性封止材１８と隔壁
２６、及び弾性封止材１８とハウジング１０の内壁との
密着性を向上させるようにしているので、蒸発燃料の濃
度計測の際に超音波伝搬室１１に供給される蒸発燃料が
超音波送受信ユニット１９へ漏れず、従来技術の問題点
である、腐食による耐久性の低下や特性劣化を防止する
ことができる。更に又、超音波伝搬室１１の内径及び長
さを上述の如く小さくすることができるので、小型・軽
量で自動車等のエンジンへの燃料供給系に適用すると好
適である。

【００３０】更に、この実施例では、図２に示した如
く、弾性封止材１８をハウジング１０の溝１７に嵌込む
構造にしているが、図５、図６、図７又は図８に示すよ
うな他の構造を適用してもよい。尚、図５〜図８中、要
部構造を説明するための部分のみ符号を付し、他の部分
は、図２に示した構造と同様であるので符号を省略して
ある。

【００３１】まず、図５は、超音波送受信ユニット１９
を収容するために超音波伝搬室１１の内径より大きく形
成された収容室Ｒの内壁に嵌挿するリング状の弾性封止
材３７を、隔壁２６と超音波伝搬室１１の終端開口部の
間に介在させた構造となっており、かかる構造によれ
ば、図２のような溝１７を形成する必要がなくなると共
に、装置の組立て工程の簡素化等の効果が発揮される。

【００３２】図６は、図２に示したような矩形状の溝１
７の代わりに、弾性封止材１８の太さと略適合するＶ溝
３８を設け、これに弾性封止材１８を介在させた構造と
なっている。かかる構造によれば、弾性封止材１８の横
方向への移動が規制されるので、機械的安定性の向上が
図られるという更なる効果が得られる。

【００３３】図７は、図６に示したようなＶ溝３８に嵌
合するを凸条部を有し且つケース２０の側壁まで延びる
側部を有する弾性封止材２９を介在させる構造となって
いる。かかる構造によれば、弾性封止材２９の横方向へ
の移動及び超音波送受信ユニット１９の横方向への移動
を同時に規制するので、機械的安定性が向上し且つ超音
波送受信ユニット１９の位置決め精度の向上を図ること
ができる等の効果が得られる。

【００３４】図８は、図２に示した弾性封止材１８とフ
ローティング材２８，２９の全ての機能を有する一体成
型されて成る弾性封止材４０を、超音波伝搬室１１の後
端開口部に形成された溝１７とケース２０と収容室Ｒ及
びスペーサリング３０の間に嵌込むことにより、超音波
送受信ユニット１９の機械的安定性と位置決め精度の向
上を図るようにしている。即ち、かかる弾性封止部材４
０は、超音波送受信ユニット１９のケース２０と隔壁２
６の外側に嵌まると共に、溝１７と収容室Ｒ及びスペー
サリング３０との間の隙間を塞ぐ外形を有しているの
で、超音波送受信ユニット１９を超音波伝搬室１１側へ
付勢すると同時に、超音波伝搬室１１の後端開口部から
のパージガスの漏れを防止し、更に超音波送受信ユニッ
ト１９の横方向への位置ずれ等を防止する。そして、か
かる弾性封止部材４０を予め超音波送受信ユニット１９
に装着した状態で、超音波送受信ユニット１９と共に収
容室Ｒに装着するだけで組み付け処理を完了することが
できるので、組み立て工程の簡略化にも寄与する構造と
なっている。

【００３５】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
超音波送受信素子（部）が被測定ガス（蒸発燃料）雰囲
気中に直接晒されないので、ガスミスト、液体ガソリ
ン、水分等の影響による、耐久性・信頼性の低下を防止
することができる。又、超音波送受信素子が第１〜第３
の弾性材あるいは一体成型された弾性材を介してハウジ
ングに装着されるので、音響工学的に良好な条件下で超
音波の放出及び反射波の受信を行うことができ、高精度
の濃度計測が可能となる。更に又、超音波を伝搬させる
ための超音波伝搬室を小径の空間で実現することができ
るので、超音波伝搬室の内側壁からの反射波の影響が大
幅に低減されることから、反射面に向けて放出された超
音波とその反射波の伝搬遅延時間を精度良く計測して、
蒸発燃料の濃度を高精度で求めることができる等の優れ
た効果を発揮し、特に、自動車等のエンジンへの燃料供
給系統に適用して優れた効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による蒸発燃料濃度計測装置の適用例を
示す説明図である。

【図２】本発明による蒸発燃料濃度計測装置の一実施例
の構造を示す縦断面図である。

【図３】図２中の仮想線Ｘ−Ｘに沿った部分の要部構造
を示す要部縦断面図である。

【図４】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５】実施例の変形例を示す縦断面図である。

【図６】実施例の他の変形例を示す縦断面図である。

【図７】実施例の更に他の変形例を示す縦断面図であ
る。

【図８】実施例の更に他の変形例を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

７…流入ポート、８…流出ポート、９…筐体、１０…ハ
ウジング、１１…超音波伝搬室、１２…小径通路、１
３，１４…連通路、１５…ネジ、１６…反射面、１７，
３８…溝、１８，３７，３９，４０…弾性封止材、１９
…超音波送受信ユニット、２０…ケース、２１…超音波
発生部、２２…音響整合層、２３，２４…リード端子、
２５…ダンピング材、２６…隔壁、２８，２９…フロー
ティング材、３２…温度センサ、Ｒ…収容室。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングに設けられた流入流出ポート
   間に形成された超音波伝搬室と、 前記超音波伝搬室の一端に設けられた開口部に連設され
   た収容室内に収容されると共に、前記開口部から超音波
   を前記超音波伝搬室へ出射し、前記超音波伝搬室の所定
   反射面からの反射波を検出する超音波送受信ユニットと
   を備え、 前記超音波送受信ユニットは、前記収容室の内壁に第１
   の弾性材を介して支持されるケース部と、前記ケース部
   内に充填されたダンピング材中に埋設された超音波発生
   部と、前記超音波発生部の超音波発生側端に固着された
   音響整合層と、前記音響整合層と前記ケースの端部を被
   覆する隔壁とを有し、 前記隔壁と前記開口部の周端の間に密着して介在する第
   ２の弾性材と、 前記ケース部の他端部を第３の弾性材を介して前記超音
   波伝搬室側へ付勢することにより、前記第１の弾性材を
   介在して前記隔壁と前記開口部の周端とを密着させる付
   勢部材とを、具備することを特徴とする蒸発燃料濃度計
   測装置。
2. 【請求項２】 前記超音波伝搬室は、長手方向の一端に
   前記開口部が形成され他端に前記反射面が形成された円
   柱状の空間から成ることを特徴とする請求項１に記載の
   蒸発燃料濃度計測装置。
3. 【請求項３】 前記流入流出ポート間を連通する通路が
   前記ハウジングに形成されていることを特徴とする請求
   項１に記載の蒸発燃料濃度計測装置。
4. 【請求項４】 前記超音波送受信ユニットを収容する収
   容室の内径は、超音波伝搬室の前記開口部の内径より大
   きいことを特徴とする請求項１に記載の蒸発燃料濃度計
   測装置。
5. 【請求項５】 前記第１，第２，第３の弾性材は、一体
   成型されて成ることを特徴とする請求項１に記載の蒸発
   燃料濃度計測装置。