JPS62127647A - 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］ 人や物を移送する乗物を動かすために、また工業製品の
原わｌ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＝＋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、甜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］ 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、前記混合液の組成の変化
に伴って増減する、前記棒状透光体内を全反射して通過
した光の川を測ることによって混合比を検知するセンサ
において、前記受光素子の受光面は環状をなしており、
該環形状の内空面には、前記発光素子から放射された後
、前記棒状透光体内を全反射することなく直接的に通過
した光を光源とする、前記センサの温度特性を補正する
だめの温度補償用受光素子を組付けると共に、前記温度
補償用受光素子の出力が一定に保たれるように、前記発
光素子への給電量を制御するだめの給電制御回路を備え
る構成を採用した。

［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　５一 体の一方の端面に入射した光は、１回だけ全反射して他
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
て変動するので、この出力情報を処理することによって
混合比センサとしての役割が果される。

上記の臨界角はセンサの設置場所の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放射され棒状透光体内に入射された
後、臨界角に達することなく直接的に透光体内を通過し
た、センサの計測機能には関与しない光を温度補償用受
光素子に照射し、この素子の電気出力が一定に保たれる
ように発光素子への給電制御回路を働かせることによっ
て、発光素子は環境温度の変化に対応して増減させた、
いわば温度補正の行われた電流の供給を受けることにな
つて、センサの計測精度が環境温度によって左右される
不都合がほぼ解消される。

発光素子は一般に付図の第６図に示されたように光の放
散方向に指向性があり、発光中心軸の近辺方向に放射さ
れる光が特にエネルギー密度が高いので、この高エネル
ギー密度を有する光をセンサの温度特性の補正に利用す
る本発明センサの温度補正機能の信頼性は極めて高い。

［実施例］ 以下に付図に示す実施例に基づいて本発明によるガソリ
ン−ア混合比センサ比センザの具体的な構成を説明する
。

第１図は一実施例センサの側断面図、第２図は第１図の
（イ）−（イ）断面図である。５は混合比センサ△のケ
ーシングであって、金属ないしエンジニアリングプラス
チックで作られ、中空筒形状を有している。光学ガラス
製の棒状透光体１はケーシング５内の中央部に納められ
、その両端部はケーシング５の内壁面に嵌合支持されて
いるが、ケーシング５の内径は第１図に描かれているよ
うに中間部が拡張されていることによって、この拡張さ
れた内壁と棒状透光体１の外周面との間には被計測混合
液の液溜り６が形成されている。ケーシング５にはこの
液溜り６への被計測混合液の入口継手７と出口継手８が
取付けられている。９は棒状透光体１０両端部がケーシ
ング５に支持される個所に組付けられた液密維持用Ｏリ
ング、１０はこのＯリング９の嵌入用の環状溝である。

発光素子２はその発光面を棒状透光体１の一方の端面１
ａに対置させるようにしてセンサケーシング５の一方の
端部に１ｉｉＮＷされている。２ａは発光ダイオードの
ごとき発光素子２の入力端子である。

受光素子３はその受光面が円環形状を備えており、その
内空面には同軸的配置をもって温度補償用受光素子４の
受光面が位置している。この画素子３と４は温度特性が
同一のものを使用し、受光用窓ガラス１２を設けた偏平
な筒状ケース１１内に納められている。３ａはホトダイ
オードのごとき受光素子３の出力端子、４ａは同じくボ
１〜ダイオードの温度補償用受光素子４の出力端子であ
る。

第４図は本発明による混合比センサ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４
図を参照しながら説明する。エンジンの＝　９− 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量の燃料
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と流出口継手がそれぞ
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シン
グ内に納まっており、外周面は混合液と接触する状態に
あるので、混合液と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て透光体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１〔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。

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−アルコー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主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Ａでは混合液の混
合比情報を提供する役目を果す受光素子３の受光面に円
環状の中空形状を与え、この中心内空面に第２の受光素
子としての温度補償用受光素子４の受光面に配置するよ
うに構成した。この　１２一 温度補償用受光素子４には、その光源である発光素子２
から発した光のうち棒状透光体１の外周面で全反射させ
られることなく、従って被計測混合液の組成変化の影響
を受けることのなかった光のみを照射させるという前提
条件のもとで、この受光素子４の出力が環境温度の変動
に伴って浮動しようとした時には、この浮動を押えて出
力レベルが一定に保たれるように、発光素子２への給電
制御回路５４を働かせれば、結果として発光素子２、受
光素子３および４などの温度特性の影響が排除された精
度の高い計測データを得ることができる。

第３図に発光素子２への給電制御回路の一例を示した。

２は発光素子、４は温度補償用受光素子、６０はオペア
ンプ、６１は燃料噴射装置の制御回路５１からの入力端
子である。

第１図の構造を備えた混合比センサＡにおいて、温度補
償用受光素子４に前述のごとく棒状透光体１の外周面で
全反射し、混合液の混合比変動の影響を受けた光を入射
させないという条件を満足させるためには、下記の不等
式（１）および（２）が成立するように、センサＡの各
部分の形状寸法を設定すればよい。

Ｊ　ｔａｎ（φａ　−２α）＜Ｒ−ｒ　　　　　　−・
−・・（１）１　ｔａｎφｇ　＞　Ｒ＋　ｒ　−２ｔａ
ｎ　（９０°−θｇ）・・・・・・（２）ｐ：棒状透光
体１の他端面１ｂから受光素子３および４の受光面まで
の距離 Ｒ：棒状透光体１の半径 ｒ：受光素子３の内空面の半径 α：透光体１の他方の端面１ｂの外周と受光素子３の外
周とを結ぶ末広がり斜面と 透光体１の軸方向面との交叉角 φａ　：　　１００％アルコールとの接触界面において
臨界角（θａ）となる、透光体１への光の入射角 φＯ：　　１００％ガソリンとの接触界面において臨界
角（θｇ）となる、透光体１への光の入射角 例えば、今Ｒ，ｒおよびαの値をそれぞれ任意の値２．
１および１７°に選んだとすれば、この実施例に用いた
透光体１の場合には、φａが約４０°、φｑは約２０°
であることが実測によって解っているので、これらの値
を上記の（１）および（２）式に代入すれば、残された
ρの値は６．８７　＜ｆ２　＜　９．５２に設定するこ
とによって前記の条件が満されることになる。そして２
０°　（φｑ）以下の入射角をもって透光体１内に入射
した、ガソリン−アルコール混合液の組成変化の影響が
出力電圧に及ばない光は温度補償用受光素子４に照射さ
れ、２０°〜４０°（φａ）の範囲の入射光は透光体１
内で全反射した後、受光素子３を照して混合比情報を生
じさせる。

センサケーシング５の受光素子３および４を納めたケー
ス１１が取付けられている側の円錐状斜面５ｂには、公
知の技術によって光反！：）１層を形成させておくこと
によって、この面に衝突した光も全反射して受光素子３
への入力光を増大させ、センサ感度の向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例センサの側断面図、第２図は第１図の
（イ）−（イ）断面図、第３図はセンサの湿度補正用回
路の例示図、第４図は本発明センサを用いた電子制御式
燃料噴射装置を組込んだ自動車エンジンの作動制御シス
テム図である。

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、前記混合液の組成の変化に伴って増減する
   、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、 前記受光素子の受光面は環状をなしており、該環形状の
   内空面には、前記発光素子から放射された後、前記棒状
   透光体内を全反射することなく直接的に通過した光を光
   源とする、前記センサの温度特性を補正するための温度
   補償用受光素子を組付けると共に、 前記温度補償用受光素子の出力が一定に保たれるように
   、前記発光素子への給電量を制御するための給電制御回
   路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）前記棒状透光体の他端面外周と前記環状をなす受光
   素子の受光面の外周とを結ぶ面は末広がりの斜面をなし
   ており、前記棒状透光体の軸方向面に対するこの斜面の
   交叉角をα°とし、前記棒状透光体の半径をＲ、前記環
   状受光素子の内空面の半径をｒ、前記棒状透光体の他端
   面から前記受光面までの距離をｌとし、前記棒状透光体
   に入射した後、前記混合液との接触界面に達して臨界角
   となる光の入射角を、混合液が１００％ガソリンである
   場合についてφｇ、前記臨界角をθｇとし、混合液が１
   ００％アルコールである場合について同じく入射角をφ
   ａ、臨界角をθａとした時、下記の不等式（１）および
   （２）が成り立つように前記Ｒ、ｒ、ｌおよびαの値を
   設定する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。 ｌｔａｎφａ−２α）＜Ｒ−ｒ……（１） ｌｔａｎφｇ＞Ｒ＋ｒ−２ｔａｎ（９０°−θｇ）……
   （２）