JPS62127645A - 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】 ［産業上の利用分野］ 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、ガソリン−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費を極力
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コ 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提供するための
、計測精度の向」−されたガソリン−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］ 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、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、一端面に発光素子を他
端面に受光素子を対置させ、前記混合液の組成と共に変
化する、前記棒状透光体内を全反射して通過した光の量
を測ることによって混合比を検知するセンサにおいて、
前記発光素子はその発光中心軸を前記棒状透光体の中心
軸に対して傾斜させて取（＝ｌける構成を採用した。

［作用おにび発明の効果］ 上記のごとき構成を備えた混合比センサに組込まれてい
る発光素子は一般に第４図に示されているように光の放
射特性に指向性があり、その発光中心軸から隔った方向
に放射される光はど光エネルギー密度が稀薄になる。

一方、発光素子から放射された光のうち混合比の計測に
役立つ光は、棒状透光体とガソリン−アルコール混合液
との接触界面において全反射されたうえ棒状透光体の内
部を通り抜けて混合比の変化の影響を受ける光のみであ
り、発光中心軸近辺の方向に放射される光は透光体の外
周面に達することなく直接的に透光体内を通り抜けるの
で混合比検出には全く関与しない。

したがって、もし発光素子をその発光中心軸が棒状透光
体の中心軸に一致するようにして棒状透光体に対置させ
た場合には、発光素子から発する最も光エネルギー密度
の高い発光中心軸近辺から放射される光は混合比計測に
関与せず、発光中心軸から隔った弱い光しか計測に利用
できない上に、発光中心軸から隔るに従って光が弱くな
るため、出力の直線性が損われる不合理さが生ずる。

しかし本発明による混合比センサは、発光素子の発光中
心軸が棒状透光体の中心軸に対して傾斜するように発光
素子の取付方向が設定されているので、発光素子の発光
中心軸方向およびその近傍方向に向けて放射される最も
エネルギー密度の高い光を混合比計測のために使用する
ことが可能になり、発光中心軸から隔った方向に放射さ
れる光量の少ない放射光を用いる場合に較べて混合比セ
ンサの感度が大巾に高められ、混合液の混合比変化に対
するセンサ出力の直線的追従性が良好に保たれてその計
測精度がめだって向上する。

［実施例］ 以下に付図に示す実施例に基づいて本発明ににるセンサ
を具体的に説明する。

第１図は一実施例センサの側断面図であって、金属また
はエンジニアリングプラスチック製のセンサケース５の
内空部６は被計測ガソリン−アルコール混合液の一時的
な滞溜室をなしている。混合液滞溜室６には混合液の入
口継手７と出口継手８が設【プられており、各継手は図
示が省かれている混合液タンクと燃焼室への燃料供給装
置とを結ぶ燃料配管の途中に介在させるようにしてこの
配管に接続される。

混合液滞溜室６内には、光学ガラス製の棒状透光体１が
その両端部をセンサケース５の壁体部分に液密的に支持
されるようにして組イ」けられており、棒状透光体１の
外周面は混合液と接触する状態に置かれている。５ａは
センサケース５が棒状透光体１の両端を支持する個所の
ケース内壁面に設けた環状溝であって混合液の洩れ止め
用Ｏリング９が嵌め込まれる。

棒状透光体１の一端面１ａはセンサケース５の壁面に取
イ」けられた発光ダイオードなどの発光素子２の発光面
に対置されるが、この発光素子２の発光中心軸ａ−ａは
棒状透光体１内の光通過方向の中心軸ｂ−ｂに対してθ
ｃ０だけ傾りにうにその取イ」方向が設定されている。

２ａは発光素子２の入力端子である。

棒状透光体１の他端面１ｂにはホトダイオードのごとき
受光素子３の受光面が対置されており、受光素子３はセ
ンサケース５の壁面に取付けられている。３ａはこの素
子の出力端子である。

４は環境温度によって左右される混合比センサの出力を
補正するための温度補償用受光素子であって、発光素子
２からの放射光の一部を光源として受光できるように第
１図に描かれているごとく、発光素子２に近接するケー
シング壁面に取付けられており、発光素子２０発光中心
軸ａ−ａと温度補償用受光素子４の受光方向中心軸Ｃ−
Ｃとの交叉角は発光素子の半値角以内に設定されて、受
光素子４には発光素子２の中心軸により近い方向に放射
される光が供給されるように配慮されている。

４ａはこの受光素子４の出力端子である。１０は棒状透
光体１の周辺部から入射いＯリング９等支持部にかかる
ために混合比センサの計測精度の向上のためには有害な
光を遮る働きをもった絞りである。

第３図は本発明を用いた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は噴射装置の制御回路、５５は車載バッテリ
電源、２０は燃料タンク、Ａは本発明によるガソリン−
アルコール混合比センサ、５４は混合比センサＡの発光
素子２への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はスロットルポジションセンサ、３５は吸気管
、３６は排気管である。また５２は酸素センサ、５３は
エンジン冷却水温センサである。

つぎに上記実施例センサＡの作動について第１図〜第５
図を参照しながら説明する。エンジンのキースイッチ５
０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をたどってインジェクタ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料混合液を吸気管
３５内に向けて噴射させる。

混合比センサＡ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液流入口継手７と流出口継手８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から継続的な給電が行われることによっ
て、発光素子（発光ダイオード）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内に侵入する。透光体１は第１図に
描かれているように燃料混合液が満たされている筒状ケ
ース５内に納まっており、外周面は混合液と接触する状
態にあるので、混合液どの接触界面における透光体１の
臨界角に達するよりも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全反射しながら透光体
１の他方の端面１ｂに到達し、この端面１ｂに向けて対
置されている受光素子（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には照射光量に比例
した出力が生ずる。一方上記の臨界角に達するよりも大
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、受光素子３
に出力を生ぜしめることには全く関与しない。

また透光体の一方の端面１ａからより小さな入射角をも
って侵入した後、その外周面に到って全反射させられる
ことなく、直接的に他方の端面１ｂに到達した光も混合
比検出には無関係な存在となる。

混合液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、発光素子２から発光し
た光のうち透光体１内で全反射して受光素子３の受光面
に到達する光量の割合は、ガソリン−アルコールの混合
比の変動に伴って変化することになる。従って受光素子
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ど
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。

どころで発光素子２から放散される光は既述のように指
向性をもっており、その発光中心軸に接近した方向に放
射される光はどエネルギー密度が高いが、もし発光素子
２の発光中心軸ａ−ａと棒状透光体１の中心軸ｂ−ｂ（
第１図参照）とを一致さゼる常套時なセンサ組立方法に
よれば、このセンサ感度の向上に大きく役立つはずの発
光素子１の中心部から発する光は前記のように無用の存
在となってしまう。この実施例に使われた透光体１に関
しては、混合液を１００％アルコール（メチルアルコー
ル）とした場合に臨界角となるような透光体１への光の
入射角は約４０°であり、同じく混合液を１００％レギ
ュラーガソリンとした場合のそれは約２０°なので、２
００以下の入射角をもって透光体１に侵入する光は全く
役立てられないことになる。また、透光体１への光の入
射角が大きくなると、透光体表面での光の反射が大きく
なり、透光体内へ入射する光量が減ってくる。

しかし本発明センサは発光素子２の発光中心軸ａ−ａが
棒状透光体１の中心軸ｂ−ｂに対して角θｃだけ傾斜さ
せられるようなセンサ組立方法を採っているので、発光
素子２の中心部から発する比較的均一なエネルギー密度
をもった光が透光体１内で全反射されるような入射角を
もって透光体１に照射させることが可能になり、また大
きな入射角の光を計測に使う場合には、反射と指向特性
との関係で透光体内への入射光量を比較的均一にでき、
従ってセンサ感度と出力直線性が著しく向上される。こ
のような効果が得られる上記の傾斜角θｃの値は、ガソ
リン−アルコール混合液の組成が１００％ガソリンであ
る場合に透光体１に入射して臨界角となる光の入射角を
θａとし、混合液組成が１００％アルコールである場合
の同様な入射角をθｂとすれば、下記の不等式が成立す
る範囲内にあることになる。

θｂ≧４０°　　θａ≦θｃ≦θｂ θｂ＜４０°　　　θｃ〉θｂ 被計測ガソリン−アルコール混合液中のアルコール含有
率が高まるほど前記のように透光体１の臨界角は増大し
、したがって発光素子２の発光中心軸から隔った周辺部
から照射されるよりエネルギー密度の稀群な光が受光素
子３の出力即ち混合比センサＡの出力に関与する度合が
高まるので、もし発光素子２の発光中心軸ａ−ａと棒状
透光体１の中心軸ｂ−ｂとが一致するように組立てれば
、この混合比センサの受光素子出力対ガソリン−アルコ
ール混合比のグラフは第５図（ロ）に示されたように直
線性が損われるが、これらの中心軸線ａ−ａどｂ−ｂを
傾斜させた本発明の混合比センサでは第５図中のグラフ
（イ）のごとく良好な直線性が保たれでセンサの計測粘
度が高いレベルに維持される。

次に温度補償用受光素子４の役割の説明に移る。

混合比センサの主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Ｊるものであり、また混合液との
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
その値が変化するので、何等かの温度補償手段を講じな
いと混合比センサに充分な計測粘度を期待することがで
きない。

そこで本発明による実施例センサＡでは発光素子２から
照射される光の一部を、この素子２に近接させてケーシ
ング壁面に取付けである第２の受光素子としてのｌ！＋
Ａ度補償用受光素子４に照射して、混合液の混合比変化
による影響を受【プることのない電気出力を温度補償用
受光素子４から取り出し、環境温度の変化に伴って出力
レベルの浮動で−るこの素子４の出力を、センサＡの出
力に随伴される環境温度の影響を排除するための温度補
正指標として利用でる方法を採り入れたのである。温度
補償用受光索子４の受光面中心軸Ｃ−Ｃは発光素子２の
発光中心軸ａ−ａに対して第１図に描かれているように
発光素子の半値角以下に傾いでいるので、素子２から発
する周辺光は素子４に有効に利用される。

第２図にこの実施例センサの温度補償用回路の一例を示
した。２は発光素子、４（ま温度補正用受光素子、６０
はオペアンプ、６１は制御回路５１の電源部に連なる端
子である。受光素子４は受光素子３と温度特性がほぼ同
一のものを使用する。

上記の温度補償用回路の働きは、混合比センサの設置さ
れている個所の環境温度の変化に伴って温度補償用受光
索子４の出力が浮動した時には、この出力浮動がｍ１さ
れて一定出力レベルが保たれるように発光素子２への給
電を制御することにあり、その結果として混合比センサ
Δの出力情報に環境温度の影響が随伴される不都合が避
ｔ）られる。

【図面の簡単な説明】

第１図へ・第３図はいずれも本発明による一実施例を示
した図であって、第１図は混合比センサの側断面図、第
２図はセンサ出力の温度補正用回路の一例を示１ノだ図
、第３図は混合比センサを組込んだ電子制御式燃料噴射
装置のシステム図、第４図は発光素子から放射される光
の指向性を示した図、第５図は発光素子の発光中心軸と
棒状透光体の中心軸との間の傾きの有無による、受光素
子の出力対ガソリン−アルコール混合比グラフの変化の
有様を示した図、第６図は透光体表面での入射角による
反射率を示した図である。 図中　１・・・棒状透光体　２・・・発光素子　３・・
・受光素子　４・・・温度補償用受光素子　５・・・セ
ンサケース　６・・・混合液滞溜室　ａ−ａ・・・発光
素子の発光中心軸　ｂ−ｂ・・・棒状透光体の中心軸第
１図 第４図 Ｏ 光放射角度 第５図 第６図 入射角

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）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、一端面に発光素子を他端面に受光素子を
   対置させ、前記混合液の組成と共に変化する、前記棒状
   透光体内を全反射して通過した光の量を測ることによっ
   て混合比を検知するセンサにおいて、 前記発光素子はその発光中心軸を前記棒状透光体の中心
   軸に対して傾斜させて取付けられていることを特徴とす
   るガソリン〜アルコール混合比センサ。 ２）前記発光素子から発して前記棒状透光体の一端面に
   入射した光が、前記混合液との接触界面において臨界角
   となる光の入射角を混合液が１００％ガソリンである場
   合にθａ、１００％アルコールである場合にθｂとした
   時、前記発光素子の取付け傾斜角θｃの値を下記の不等
   式が成り立つように設定することを特徴とするガソリン
   〜アルコール混合比センサ。 θｂ≧４０°の場合　θａ≦θｃ≦θｂ θｂ＜４０°の場合　θｃ＞θｂ ３）前記発光素子の近傍に、該素子を光源とし前記セン
   サの温度特性を補正するための温度補償用受光素子が取
   付けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   および第２項記載のガソリン〜アルコール混合比センサ
   。