JPS62112040A - ガソリン〜アルコ−ル混合比センサ - 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】 し産業上の利用分野１ 本発明は内燃機関用燃料としてのガソリン−アルコール
混合液の、ガンリン−アルコール混合比を検知するため
の光電変換型センサに関する。

［従来の技術１ 人や物を移送する乗物を動かすために、また工業製品の
原料として、今や日′常生活に不可欠の存在となってい
る石油資源も将来確実に涸渇への一途をたどる運命にあ
る。対応策の一つとして極く短期間を隔てて再生産が可
能な植物や石炭、天然ガス等を原料としてアルコールを
製造し、ガソリンと混用することによって石油消ＶＩ小
を極力抑制しようとする計画が各地で進められている。

［発明が解決しようとする問題点］ 内燃機関、殊に自動車用エンジンの場合には、上記の問
題とも関連して極力燃焼効率を高めるために、また有害
な燃焼排ガスによる人体への悪影響をできるだけ少なく
するために、エンジンシリンダ内に供給する混合気の空
気対燃料の比率とか点火時期は特に厳密に制御する必要
がある。そして燃料の種類が異なるごとにこれらの制御
条件は当然に変更されなければならない。ガソリン−ア
ルコール混合燃料の場合には、市場での使い勝手を考慮
すれば、ガソリンとの混用が可能なシステムにすること
が望ましい。

本発明は内燃機関の燃料供給系に組み込んでガソリン−
アルコール混合比を連続的に計測し、内燃機関の自動燃
焼制御装置にフィードバック制御情報を供給するための
、計測精度の向上された、殊に計測域における環境温度
の影響を受けることが極めて少ないガソリン−アルコー
ル混合比センサを提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段１ 上記の目的を達成するために本発明のガソリン−アルコ
ール混合比センサは、両端部を把持用部材で支持すると
共に、外周面をガソリンへアルコール混合液に接触させ
た棒状透光体の、一方の端面に発光素子を、他方の端面
に受光素子を、これら王者の各々の光束通過方向中心線
を一致させて取付けたガンリン−アルコール混合比セン
サにおいて、前記混合液および透光体の光学的特性並び
に前記発光素子および受光素子の光電変換特性が環境温
度によって変動する影響を打ち消すだめの温度補償手段
として、前記センサに組込まれて前記発光素子を光源ど
する温度補償用受光素子と、該温度補償用受光素子の電
気出力が一定に保たれるように、前記発光素子への供給
電流を制御するための給電制御回路とを備える構成を採
用しＩこ。

［作用および発明の効果］ 上記のごとき構成を備えた混合比センサは、定電流が継
続的に供給されている発光素子から放射される光のうち
、透光体と混合液との界面に臨界角をなして照射される
ような入射角をもって透光体の一方の端面に入射した光
は、全反射を少なくとも１回収Ｆ繰返して他方の端面に
到達し、受光素子に光エネルギーを与えて出力電圧を生
ぜしめる。

上記の臨界角はガソリン−アルコールの混合比が異なる
ごとに相異するので、受光素子の出力電圧もそれに伴っ
て変動し混合比センサとしての役目を果す。

上記の臨界角はセンサが置かれている環境温度によって
も変動するし、発光素子および受光素子の光電変換特性
も環境温度によって左右される。

そこで発光素子から発する光の一部を温度補償用受光素
子に照射し、その出力が温度変化のいかんにかかわらず
一定に保たれるように発光素子への給電制御回路を働か
せれば、発光素子は環境温度の変化に対応して増減され
た、いわば調度補正の行われた電流の供給を受けること
になって、センサの計測精度が環境温度によって左右さ
れる不都合がほぼ解消する。

［実施例１ 以下に付図に示す実施例に基づいて本発明の具体的な構
成を説明する。

第１図は本発明による第１実施例センサの側断面図であ
って、ガラス製の棒状透光体１は軸芯部が中空状をなし
ており、その両端部は金属や合成樹脂などで作られた異
径内空部を備えた短筒形の把持用部材４または５の一端
側内空部に嵌合されている。そしで把持用部材４の他端
側内空部には、発光素子としての発光ダイオード２がそ
の発光部を棒状透光体１の一方の端面１ａに対向させて
各々の光束進行方向の中心線が一致するよう嵌着されて
いる。２ａと２ｂはダイオード２の入力端子である。

また把持用部材５の他端側内空部には、受光素子として
のホトダイオード３がその受光面を棒状透光体１の他方
の端面１ｂに対向させて各々の光束進行方向の中心線が
一致するように嵌４されている。

３ａと３ｂはホトダイオード３の出力端子である。

棒状透光体１とその把持用部材４および５との接触界面
、この場合には透光体１の外周面には、光反射層１０と
して銀その他の金属または酸化チタンなどの半導体を蒸
着法、スパッタリング法、メッキ法、あるいはペースト
状材の塗布法などによって被着させた薄膜ないし厚膜層
が設けられている。あるいはこれらの材料からなるシー
ト状材の被覆層であってもよい。

再把持用部材４と５の間には、これら両部材の外周面に
掛は渡すようにして筒状ケーシング６が嵌着されており
、棒状透光体１と筒状ケーシング６との間の円筒状閉鎖
空間は、混合比を計測すべきガソリン−アルコール混合
液を棒状透光体１に接触させるための混合液溜７として
の役目を果す。

１ｆｆｌ状ケーシング６には被計測混合液の流入口継手
６ａと流出用継手６ｂが設けられている。また再把持用
部材４と５の内壁面には、これら部材と棒状透光体１と
の接触間隙から混合液が外界に洩れ出ることを防ぐため
の０リング８の嵌め込み用溝４ａ（５ａ）を設けである
。

棒状透光体１の軸芯を員く筒状中空部ａにはガラスファ
イバーケーブル１１が、その一端側を透光体１の一方の
娼：面１ａにほぼ一致するように、また他端側は透光体
１の他方の端面１ｂから突出させるようにして挿通され
ている。そしてガラスファイバーケーブル１１のこの突
出部分は屈曲させて把持用部材５の側壁面に取付けられ
ている温度補［Ｊｆｌ受光素子１３の受光面にぞの端面
が対置されている。

１３ａは索子１３の出力端子である１、１２は前記の光
反射層１０と同様な素材からなる光反射材層である。

第６図は電子制御式燃料噴射装置が組込まれた自動車用
エンジンの作動制御システム図であって、３７はエンジ
ンシリンダ、５０はエンジンのキースイッチ、５１は制
御回路、５５は車載バッテリ・電源、２０は燃料タンク
、Ａ１は本発明によるガソリン−アルコール混合比セン
サ、５４は給電制御回路である。

燃焼系統の主要構成部品としての２１は燃料ポンプ、２
３はプレッシャレギュレータ、２４はインジェクタ、２
６はコールドスタートインジェクタ、２５はイグニッシ
ョンコイルであり、３０はエアクリーナ、３１はエアバ
ルブ、３２はエアフローメータ、３３はスロットルバル
ブ、３４はスロットルボジシ〕ンセンサ、３５は吸気管
、３６は（７１気管である。また５２は酸素センサ、５
３はエンジン冷却水温センサである。

つぎに十記実施例センサＡ１の作動について第１図・〜
第４図を参照しながら説明する。エンジンのキースイッ
チ５０をスタート位置にセットすることによってエンジ
ンが起動すると共に制御回路５１への作動電力の供給が
行われる。燃料タンク２０に貯えられているガソリンと
アルコール（一般にはメタノール）との任意の割合の混
合液としての燃料は、燃料ポンプ２１の働きによって燃
料配管２２をたどってインジエクタ２４に供給される。

インジェクタ２４は制御回路５１の指示に従ってその時
々のエンジン運転条件に最も適した吊の燃１１混合液を
吸気管３５内に向けて］ＩＣ１用させる。

混合比センサΔ１はこの燃料配管２２の途中に介在させ
るようにしてその混合８！流入口継手６ａと流出口継手
６ｂがそれぞれ配管２２に接続されている。

そして発光素子２には制御回路５１から定電圧電流が継
続的に流されるので、発光素ｆ（発光クイオード）２か
ら放射された光は素子の発光面に対置されている棒状透
光体１の一方の端面１ａから透光体１内に浸入する。透
光体１は第１図に１Ｍｉかれているように燃料混合液Ｃ
が満たされている筒状ゲージング６内に納まっており、
外周面は混合液と接触する状［ぶにあるので、混合液Ｃ
との接触界面における透光体１の臨界角に達するより６
小さな入射角をもって一方の端面１ａから侵入した光は
接触界面で仝反４１を繰返しながら透光体１の他方の端
面１ｂに到達し、この端面１ｂに向けて対置されている
受光入子（ホトダイオード）３の受光面を照射するので
、素子の出力端子３ａと３ｂ間には照（ト）光吊に比例
した出力が生ずる。一方上記の臨界角にｊヱするよりも
大きな入射角をもって侵入した光は、透光体１の外周面
に到達した後、透光体１の外に逃れ出るので、受光素ｆ
″３に出力を生ぜしめることには全く関与しない。

混合液Ｃとの接触界面における透光体１の臨界角は混合
液の構成成分であるガソリンとアルコールの混合比のい
かんによって当然に変化するので、発光索子２から発光
した光のうち透光体１内で全反則を繰返して受光索子３
の受光面に到達する光Ｌ６の割合は、ガソリン−アルコ
ールの混合比の変動にｒｌ！っ′Ｃｅ化することになる
１、従って受光索子３の出力とガソリン〜アル］−ル混
合比の関係データをあらかじめ実験的に求めておくこと
によって、受光素子３の出力をガソリン−アルコール混
合比に換算した値として求めることは電子回路を利用し
て容易に行うことができ、混合比センサとしての機能が
果される。

ところで混合比センサの所要構成要素である発光素子２
および受光素子３の光電変換特性はセンサの置かれてい
る環境温度の変動に伴って変化するものであり、また混
合液Ｃとの接触界面における透光体１の臨界角も温度の
上下と共にその値が変化づるので、何等かの温度補償手
段を講じないと混合センサに充分な５１測精度を期待す
ることができない。

そこで本発明による第１実施例センサＡ１では棒状透光
体１に中空筒形形状を与えて、発光素子２から発した光
のうち透光体１の一方の端面１ａに対する入射角が小さ
いために透光体１内に侵入することのない、従って少な
くとも混合液Ｃの光学的特性が環境温度によって左右さ
れることに基づく影響を受けることのない光をこの中空
部に通人させた後、第２の受光素子としての温度補償用
受光素子１３に照射して、混合液Ｃの混合比変化による
影響が排除された電気出力を８度補償用受光索子１３か
ら取り出し、環境温度の変化に伴って出力レベルの浮動
するこの素子１３の出力を、センサＡ１の出力情報に温
度補正を加えるための指標としで利用するｂ法を採り入
れたのである。この実施例では第２の受光索子としての
温度補償用受光素子１３は、主たる受光素子３への光の
照射を妨げないように、透光体１の他方の把持用部材５
の側壁面に穿たれた穴に嵌着さセであり、発光素子２か
ら発した光のうち透光体１の中空部を通過する光を温度
補償用受光素子１３の受光面に導くために、第１図に示
されたごとくＬ字形に屈曲させた光フアイバーケーブル
１１が用いられている。

透光体１の軸芯を員く中空部の半径（ガラスファイバー
クープル１１の半径）ｒは必要以上に大きくすれば無意
味にセンサの感度を低下させることになる。この実施例
に用いたガラス製透光体１の一方の端面１ａから入射し
た光が１００％ガソリンと接触している外周面に達して
臨界角どなるような光の入射角は約２０°であり、また
１００％メタノールと接触している外周面に達して臨界
角となるような光の入射角は約４０％であるところから
、２００以下の入射角をもって透光体１に侵入する光は
センサー感度向上には奇与しないことになる。入射角２
０°以下の光のみを中空部ａに導入することの′Ｃきる
中空部ａの半径ｒの値は上式が満足させられるように、
発光素子２の発光面から透光体１の一方の端面１ａまで
の距１ｌＩＩｔｄとｒの値を決定すれば求められる。こ
こにｔａｎφｑは上記の１００％ガソリンとの接触界面
において臨界面となるような、透光体１への光の入射角
である。

ｒ　＜　ｄ　ｔａｎφ９ つぎに第１実施例レンサＡ１の環境温度補償作動につい
て説明する。この実施例では電子制御式燃料噴射装置の
制御回路５１に組込まれている給電制御回路５４からの
給電によって発光素子２の発光面から放射され、透光体
１の一方の端面１ａに照射された光のうち、入射角駒２
０〜４００の光は透光体１の筒状層内を全反射を繰返し
ながらくぐり抜けて他方の端面１ｂに到達してこの面に
対賀されている受光素子３を照すので、この受光素子３
からは既述のごとくしてガソリン−アルコール混合比の
指標をなす電気出力信弓が取り出される。一方、０〜約
２０°の入射角をもって端面１ａに入射した光は、＋ｉ
ｆｆ述のようにガラスファイバーケーブル１１内に侵入
しケーブル内で全反射を繰返しながらその末端面に遅し
てこの而に対置されている温度補償用受光素子１３を照
射する。混合比検出用の主受光素子３と温度補償用受光
素子１３の温度特性、つまり素子の電気出力に及ぼす環
境温度の影響の１σ合は、あらかじめ同一となるように
配慮されているので、これら２つの近接して配置されて
いる受光素子のうち湿合液Ｃの混合比変化によっては出
力レベルに変動をきたすことのない温度補償用受光素子
１３が、環境温度の上下に伴ってその出力に変動をぎた
そうとした時には、発光素子２への供給電力楢を増減さ
せて温度補償用受光素子１３の出力変動を阻止するよう
にすれば、結果として発光素子２、受光素子３の温度特
性の影響をｄ合比センサＡ１の出力情報から排除するこ
とができる。このように温度？Ｉｆｉ償用受光用受光素
子出力ゆ化を検出してその変化を打１う消すように温ｊ
ｑ補（日用受光素子１３の光源である発光素子２への給
電量を制御することｔま電子回路技術によって容易に行
うことができる。

第２図は第２実施例センサー△２の側断面図、第３図は
その（イ〉−（イ）断面図であって、第１実施例センサ
Ａ１との相異点は温１σ補償用受光素子４０が透光体１
の把持用部材５の側壁面にで（よなくて、受光素子３°
の中心部に組込まれるように同軸的に取付けられている
点である。円盤状をなづ混合比検出用の受光素ｊ′−３
’の中心には、同じく円盤状をなしてより小型である温
度補償用受光素子４０を同軸的に嵌合させるための円孔
が設（〕られている。そして透透光体の軸芯をｄく中空
部ａはガラスファイバーケーブルを挿嵌させることなく
中空のままである。透光体１の中空部ａ内を進行した光
と円筒状の透光体層内を進行した光とが、各々完全に分
別された状態のもとにそれぞれ受光素子３と温度補償用
受光素子４０を照射するように、透光体１の中空部の他
端側周縁と受光素子４０の外周面との間には光反射性遮
光筒４１が介在させである。この第２実施例センサ△２
の環境温度変化に対する補償作動は第１実施例センザＡ
１のそれと異なるところはない。

第４図は第３実施例センサＡ３の側断面図であって、温
度補霞手段としてホトカプラ６０と発光素子２およびホ
トカプラ６０に組込まれている温度補償用発光素子への
給電制御回路５４とを組合せて用いている。

ホトカプラ６０は筒状ケース６１の一端側に温α補ｔ／
ｉ用発光素子６２を、そして他端側にこの発光素子６２
を光源とする温度補償用受光素子６３を取付けて構成さ
れている。６２ａは素子６２の入力端子、６３ａは素子
６３の出力端子である。

第５図に２つの発光素子２および６２への給電回路を例
示した。６４はオペアンプ、６５は給電制御回路５４か
らの入力端子である。

上記実施例の給′市回路は１．温度補償用受光”？Ａ”
Ｆ６３の出力がセンサの設置されている環境温度の変化
に伴って浮動すると、オペアンプ６４が働いてこの出力
の浮動を打ち消すように、発光素子２および温度補償用
発光素子６２への給電ｕ１を制御する、。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による第１実施例センサの側断面図、第
２図と第３図は第２実施〃１ヒン十ノの側断面図とその
（・イ〉−（イ）断面図、第４図と第５図は第３実施例
セン４ノの側断面図と温度補償回路図、第６図は本発明
センサが組込まれた自動中エンジンの電子式燃料用ｑ４
装置の制御システム図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）両端部を把持用部材で支持すると共に、外周面をガ
   ソリン〜アルコール混合液に接触させた棒状透光体の、
   一方の端面に発光素子を、他方の端面に受光素子を、こ
   れら三者の各々の光束通過方向中心線を一致させて取付
   けたガソリン〜アルコール混合比センサにおいて、 前記混合液および透光体の光学的特性並びに前記発光素
   子および受光素子の光電変換特性が環境温度によって変
   動する影響を打ち消すための温度補償手段として、 前記センサに組込まれて前記発光素子を光源とする温度
   補償用受光素子と、該温度補償用受光素子の電気出力が
   一定に保たれるように、前記発光素子への供給電流を制
   御するための給電制御回路とを備えることを特徴とする
   ガソリン〜アルコール混合比センサ。 ２）前記温度補償用受光素子の照射光源として温度補償
   用発光素子を付設したことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のガソリン〜アルコール混合比センサ。