JPS62180245A - アルコ−ル混合燃料の混合比センサ - 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（大関用燃料としての石油系燃ｒ１とア
ルコールとの混合液の混合比を検知するためのセンυに
関する。

［従来の技術１ 内燃機関の駆動燃料となっている石油資源は将来確実に
枯渇への一途をたどる運命にある。この対応策の一つと
して、植物、石炭、天然ガス等を原料としてアルコール
を製造し、ガソリン等の石油資源と混合することによっ
て石油資源の消費を極力抑制しようとする訓画が各地で
進められている。

そして、混合液を燃料とする内燃機関の燃焼効率を極力
高め、燃焼抽気ガス中の有害物質をできるだけ少なくす
るために、内燃（大関に供給される空気対燃料の比率お
よび点火時期等は厳密に制御する必要がある。そしてこ
れらの制御条件は混合液の混合比により当然に変更され
なければならない。

そこで従来では、外面を内燃機関に供給される混合液に
接触ざＵた透光体の一端面に発光素子と、他端面に測定
用受光素子を対向配置させ、混合液の組成変化に伴って
、透光体の混合液と接触する部分ｅの臨界角が変化する
のを利用し、透光体内を通過した光の吊を測ることによ
り、内燃機関に供給される混合液の混合比を検出してい
た。

また、従来の混合比センサは、発光素子の光軸と透光体
の軸線とが平行に設けられるととらに、発光素子の光が
入射する透光体の入ＤＩ面が平坦に設けられていた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、透光体の入射面に光が入削りる時、入射
角が３０度以上となると反射率が急激に大きくなるが、
（従来の混合比セン号は上記の如く、透光体の入射面が
発光体の光軸と垂直に設けられていたため、）例えば混
合液がガソリンとアルコールである場合、臨界角となる
入射角は約３０〜５０度の角度で変化するため、入射面
での反射率が大きく、透光体に入射する光の吊が減少す
る問題を右していた。

また、入射角が大きくなると、透光体を保持する部材簀
に入（ト）した光がかかりやすくなるが、上述のごとく
、臨界角となる入射角は約３０〜５０度の大きな角度で
変化するため、透光体に入射した光が透光体を保持する
部材等にかかりやすくなる問題点を有していた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、臨界角となる入射角を小さく設定して入射面での反射
率を小ざくするとともに、臨界角となる光の入ｑ・１位
置と、全反射が起こる境界面の借首との距離を長くし、
透光体に入射した光が透光体を保持する部材等にかかる
のを防ぐアルコール混合燃料の混合比センサの提供にあ
る。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するべく本発明は、少なくとも一側面に
石油系燃料とアルコールとの混合液を接触さＵろ透光体
と、該透光体の一端面に配置された発光メ・；子と、前
記透光体の他端面に配置され、前記発光素子にり放射さ
れて前記透光体を通過した先爪の測定を行う測定用受光
素子とからなり、前記混合液の組成変化に伴って、前記
透光体の混合液と接触する部分での臨゛界角が変化する
のを利用し、前記測定用受光素子で測定された値により
前記混合液の混合比を検出するアルシール混合燃料の混
合比センサにおいて、前記透光体の少なくとも臨界角を
なす光が入射する一端面は、前記透光体の中心線に対し
て傾斜して設けられたことを技術的手段とする。

［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、発光素子か
ら放射される光のうら、透光体の一端面より入射し、透
光体を通過した光は、測定用受光素子に放射され、測定
用受光Ａ子により受光量が検出される。

この透光体を通過覆る光の量は、混合液の混合比に応じ
て変化するので測定用受光抱子の検出する受光量をヂエ
ックすることによって混合比センサ゛とじての役目が果
たされる。

一方、少なくとも臨界角をなす光が入０４する部分の一
端面（入０４面）を、透光体の中心線に対して傾斜して
設けることにより、Ｉ！！！界角どなる入Ｑ・１角を小
さく設定することができる。これにより、入０４而での
反射率を小さくすることができるとともに、臨界角とな
る光の入射位置と、全反則が起こる境界部の位置との距
離を長くし、透光体に入射した光が透光体を保持する部
材等にかかるのを防ぐことが容易にできる。

［実施例］ つぎに本発明のアルコール混合燃料の混合比センサを図
面に示す一実施例に基づき説明する。

第１図は石油系燃料であるガソリンとアルコールとの混
合比レンリ°の側面断面図を示す。

この混合比センサ１は、ケーシング２、発光部３、透光
体４および測定用受光部５に大別される。

ケーシング２は、筒状容器の態をなし、金属または樹脂
で作られている。このケーシング２には、両筒端面を貴
いて形成された取付は用孔２１が形成されている。この
取付は用孔２１には、−万端より発光部３、透光体４お
よび測定用受光部５が順次装看されている１、ケーシン
グ２の内部には透光体４の外周面４１を包む内部空間２
２が形成されている。

この内部空間２２は測定用の混合液の通路をなしてＪ５
す、ケーシング２の周壁に設けられた。１ｌＩＩ定用の
混合液の入［」継手２３および出口継手２４と連通して
いる。また、透光体４の外周面４１の両端を支持する部
分のケーシング２にはオーリング２５をそれぞれ配設す
る環状溝２６が形成されており、このオーリング２５は
、内部空間２２を通過する測定用の混合液が取付は孔２
１より外部へ流出するのを防いでいる。

発光部３は、筒状の側体３１と該側体３１の一方端に形
成された底板部３２とからなる発光部ケース３３と、側
体３１の他端に取付けられた窓ガラス３４ど、発光素子
である発光ダイオード３５と、補償用受光素子である補
償用フォトダイオード３６とからなる。

この底板部３２には、透光体４の軸線の垂線に対し、約
２０〜３０度の傾斜をなす傾斜部３２ａが設けられてお
り、発光ダイオード３５は、傾斜部３２ａに取付けられ
ている。これにより、この発光ダイオード３５の光軸は
、透光体４の軸線と約２０〜３０度交差する。

補償用フォトダイオード３Ｇは、発光ダイオード３５の
周囲の底板部３２に取付けられている。また窓ガラス３
４は、傾斜部３２ａの傾斜に対応した角度に取付けられ
ている。このように構成された発光部３は、窓ガラス３
４が透光体４の一方端の入射面４２側に向ＧＪられ、側
体３１がケーシング２の取付は孔２１に嵌合されるよう
にケーシング２の一方端に取付けられている。

透光体４は、光学ガラス、アクリル樹脂等よりなる棒状
で、内部空間２２内に配置され、測定用のイ昆合液ど接
触Ｊ゛る外周面４１ど、発光部３が配置される側の一端
面く入射面）４２と、該入射面４２の反対面で入射面４
２より入射された光を放射する他端面（放射面）４３と
を右する。この入射面４２は、傾斜部３２ａの面と平行
に近付くよう、透光体４の軸線の！〔線に対し、１５度
の角度に傾斜して設けられている。

測定用受光部５は、発光部３よりやや大径の筒状の側体
５１と該側体５１の一方端に形成された底板部５２とか
らなる受光部ケース５３と、側体５１の他方端に取付け
られた窓ガラス５４と、該窓ガラス５４より入射した光
の笛を測定する測定用受光素子である測定用フォトダイ
オード５５とからなる。この測定用フォトダイオード５
５は、受光した光量に応じた゛冷圧を出力するもので、
側体５１内のほぼ全域面が受光面となるように底板部５
２に取付けられている。このように構成された測定用受
光部５は、窓ガラス５４が透光体４の放射面４３側に向
けられ、側体５１がケーシング２の取付孔に嵌合される
ようにケーシング２の他方端に取付けられている。

次に、内部空間２２内に１１＋１定用の混合液を流入し
、発光ダイオード３５を点灯した場合の臨界角となる光
路の説明を行なう。

例えば、ある所定温度でのアルコール１００％の時の臨
界角θａ１　＝　６１度；ガソリン１００％の時の臨界
角θす１＝７０１．ｌであるとする。すると、透光体４
の軸線と臨界角Ｏａ１となる光線とのなす角は端面が傾
斜していない場合は４７度に対して１５度傾斜さＩると
３７度、透光体４の軸線と臨界角θｏ１となる光線との
なす角は１５度傾斜さけた場合３０度に対して傾斜させ
ると２３度となる。従って端面を傾斜させた場合には透
光体４の軸線と臨界角θａ１．０９１となる光線とのな
１角は傾斜さけない時よりも小さくなる。更に、透光体
４の入射面４２は、発光ダイオード３５の光軸と垂直に
近付くよう透光体４の軸線に対し１０５度の角度で傾斜
しているため、アルコール１００％の時の入射角Ｏａ２
　＝　２２１ｆｆ、ガソリン１００％の時の入射角０ｇ
２＝８麿となる。

これにより、臨界角をなす光の入０４（Ｑ置と全反則が
起こる境界面の位置との距ガ１を長くし、透光体４に入
射した光が透光体４を保持する取付は用７Ｌ２１、オー
リング２５等にかかるのを防ぐことができるとともに入
射面４２での反則率を小さくすることができる。

次にこのにうに構成された混合比セン１）１の温度補ｔ
ｔｉ回路の一例を第２図に示す。

発光ダイオード３５の発光量は環境温度に応じて変化す
る。また、測定用フォトダイオード５５の出力電圧は、
測定用の混合液の混合比が一定でも環境に応じて変化す
る。

そこで本実施例の温度補償回路６は、補償用フＡｌ−ダ
イオード３６の出力が一定となるように発光ダイオード
３５の発光量を制御し出力用フォトダイオード５５の出
力を一定に保つ発光■補償回路部６１と、該発光量補償
回路部６１による発光ダイオード３５への給電量により
混合液の温度変化による臨界角の補償を行う受光量補償
回路部６２とからなる。

発光量補償回路部６１は、補償用フォトダイオード３６
の受光量を電圧値に変換する第１光爪測定部６３と、該
光量測定部６３の出力がＢΔＴ１　の碩と等しくなるよ
うに、その出力を発光ダイオード３５に印加する制御部
６４とからなる。

第１光争測定部６３は、補償用フォトダイオード３６の
両端子の電位差を入力とする第１オペアンプ○Ｐ１　　
と、抵抗体Ｒ１、Ｒ２とからなり、発光ダイオード３５
の発光量が増加するとく混合比センサ１の環境温度が低
下すると）、第１オペアンプＯＰ１　の出力が増加する
。

制御部６４は、前記第１オペアンプＯＰ＋　の出力と第
１電池ＢＡＴ１　の基準電圧とを入力し、出力を制御ａ
′ＩＩする第２オペアンプＯＰ２　と、ハンチング防止
用のコンデンサＣ１および抵抗体Ｒ３とからなり、発光
ダイオード３５の発光量が増加すると（混合比センサ１
の環境温度が低下すると）、発光ダイオード３５への供
給電圧を小さくし、発光ダイオード３５の発光（ｄが減
少すると（混合比センサ１の環境温度が高くなると）、
発光ダイオード３５への供給電圧を大きくする。

これにより、混合比センサ１の環境温度が変化してら、
発光ダイオード３５の発光量は測定用フＡ１〜ダイオー
ド５５の出力が一定となるようにされる。

受光量補償回路部Ｇ２は、発光ダイオード３５の供給電
圧の変換を行う電圧ホロアロ５と、測定用フォトダイオ
ード５５の受光量を電圧値に変換する第２光量ｉ１１’
ｌ定部６６と、該光量測定部６６の出力値より前記電圧
ホロアロ５の出力値の減咋を行う減専部６７とからなる
。

電圧ホロア部６５は発光ダイオード３５からの入力電圧
と自己出力とを入力し、第３オペアンプＯＰ３と、抵抗
体Ｒ４、Ｒ５からなり、環境温度変化に対応した圃とさ
れる発光ダイオード３５からの入力電圧を電圧降下なし
に出力として取出ずことができる。

第２九〇測定部６６は、測定用フオトダイオード５５の
両端子の電位差を入力とする第４オペアンプＯＰ４と、
抵抗体Ｒｅ　、Ｒ７、Ｒｓ　とからなる。

この第４オペアンプＯＰ４の出力は、測定される混合液
中のアルコール率が高くなるにつれて高くなる。一方、
混合液の混合比が一定であるとすると、混合比はン１す
１の環境温度が高くなるにつれて第４オペアンプＯＰＡ
の出力電圧が小さくなる。

減ｉ；）部６７は、第３オペアンゾＯＰ３の出力ど、第
４オペアンプ○Ｐ４の分圧による出力とを入力し、第４
オペアンプＯＰＡの分圧１直より第３オペアンプＯＰ３
の出力値を引いた１直を出力する第５ＡペアンプＯＰｓ
　と抵抗体Ｒ９、ＲＥ　、　Ｒｎ　とからなり、減算部
６７の出力は、混合液の温度変化による臨界角の補償が
行われたものとなる。

なＪ５、上記実施例では石油系燃料にガソリンを用いた
１９１１を示したか、軽油、灯油、残油なと他の石油系
燃料を用いても良い。

また、上記実施例では透光体の外周面の全周を混合液と
接触さけた例を示したが、−側面のみ接触させても良い
。

第３図は上記実施例によるガソリンとアルコールどの混
合比センサを用いた電子制陣式燃料噴０４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、
１は混合比セン１す、６は温ｒα補１１１回路、６Ａは
電子制御回路、ＳＷはエンジンのキースイッチ、ＢＡＴ
はバッテリ電源、７０は塩１ｉタンク、８０はエンジン
シリンダである。

燃焼系統の主要構成部品としての７１１．Ｌ燃わ１ポン
プ、７２はプレッシセレギュレータ、７３はインジＩク
タ、７４はコールドスタートイレジ１クタ、７５はイグ
ニッションコイルであり、８１はエアクリーナ、８２は
エアバルブ、８３はエアフローメータ、８４はスロット
ルバルブ、８５はスロツｉ−ルポジションセンサ、８６
は吸気管、８７は排気管である。また８８は配索センサ
、８９はエンジン冷Ｎ１水温セン瞥すである。

つぎにこの実施例の作動について第１図〜第３図を参照
しながら説明する。エンジンのキースイッチＳＷをスタ
ー１−装置にセットすることによってガソリンが起動す
ると共に電子制御回路６Ａへの作動電力の供給が行われ
る。燃料タンク７０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）どの任意の割合の混合液と
しての燃料は、燃料ポンプ７１の１や）ｊきによって燃
料配管７６をたどってインジェクタ１３に供給される。

インジェクタ７３は電子制御回路６Ａの指示に従ってそ
の時々のエンジン運転条イ！１に最も適した場の燃ｉ＋
＋混合液を吸気管８６内に向けて噴射させる。

混合比センサ１はこの燃料配管７６の途中に介在させる
ように入口継手２３と出口継手２４がそれぞれ配管７６
に接続されている。そして発光部３の発光ダイオード３
５には電子制御回路６Ａの温度補に回路６から定電圧電
流が継続的に流されるので、発光ダイオード３５から放
射された光は透光体４の入射面４２から透光体４内に侵
入する。透光体４は第２図に描かれているように燃料沢
合液が満たされている内部空間２２内に納まっており、
外周面４１は混合液ど接触する状７ｇにあるので、混合
液との接触界面における透光体４の臨界角に達するより
も小さな入用角をもって入射面４２から侵入した光は接
触界面で全反射して放射面４２に達し、測定用受光部５
の測定用フォトダイオード５５の受光面を照射するので
、測定用フＡトダイオード５５の出力端子には照射光量
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浸入した光は、透光体４の
外周面４１に到達した後、透光体４の外に逃れ出るので
、測定用フォトダイＡ−ド５５に出力を生じしめること
には関与しない。

混合液との接触界面におりる透光体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
んによって変化するので、発光部３から発光した光のう
ち透光体４内で全反射して測定用フォトダイオード５５
の受光面に到達する先爪の割合は、ガソリンとアルコー
ルとの混合比の変動に伴って変化することになる。従っ
て塩１ａ補償回路６の出力とガソリンとアルコールとの
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、潟！哀補償回路らの出力をガソリンとアル
コールとの混合比に換紳した直として求めることば電子
回路を利用して容易に行うことができ、混合比セン４ノ
°としての機能が果される。

第４図に本発明の混合比センサの他の実施例を示す。な
お、図中において、同符号は同一物を示寸。

本実施例は、発光ダイオード３５の光軸と透光体４の軸
線とが一致するもので、少なくとし臨界角をなづ一光の
入０４位胃の入射面４２は、透光体４の軸線の垂線に対
し、約１５度の傾斜角とされる凹レンズ状に形成されて
いる。

これにより、アルコール　０〜１００％のときの透光体
４の軸線と光線との角度が約２０〜４０度となり、また
入射面４２への入射角が、上記実施例同様、約１０〜２
０度とされるため、臨界角をなす光の入射位置と全厚Ｄ
Ｊが起こる境界面の位置との距離を長くし、透光体４に
入用した光が透光体４を保持する取付は用孔２１、オー
リング２５等にかかるのを防ぐことができるとともに入
射面４２での反則率を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は混合比セン［すの断面図、第２図は温度補償回
路の電気回路図、第３図（ま混合比センソ゛を用いた電
気制御式燃ｒ１噴射装置が組込まれた自動車用エンジン
の作動温りＤシステム図、第４図は混合比センＶの他の
実施例を示す断面図である。 図中　　１・・・温合比センサ　３・・・発光部　４・
・・透光体　５・・・測定用受光部　６・・・温度補ｔ
ｉ’：回路３５・・・発光ダイオード　３６・・・温度
補償用フォー・ダイＡ゛−ド　４２・・・入射面　５５
・・・測定用フォトダイオード

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少なくとも一側面に石油系燃料とアルコールとの混
   合液を接触させる透光体と、 該透光体の一端面に配置された発光素子と、前記透光体
   の他端面に配置され、前記発光素子より放射されて前記
   透光体を通過した光量の測定を行う測定用受光素子とか
   らなり、 前記混合液の組成変化に伴って、前記透光体の混合液と
   接触する部分での臨界角が変化するのを利用し、前記測
   定用受光素子で測定された値により前記混合液の混合比
   を検出するアルコール混合燃料の混合比センサにおいて
   、 前記透光体の少なくとも臨界角をなす光が入射する一端
   面は、前記透光体の中心線に対して傾斜して設けられた
   ことを特徴とするアルコール混合燃料の混合比センサ。 ２）前記石油系燃料は、ガソリンであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のアルコール混合燃料の混
   合比センサ。 ３）前記透光体の一端面は、前記発光体の光軸が前記透
   光体の軸線と交差する場合、前記透光体の一端面の垂直
   線が発光素子の光軸と平行に近づくように傾斜すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   アルコール混合燃料の混合比センサ。 ４）前記透光体の一端面は、前記発光体の光軸が前記透
   光体の軸線と一致する場合、凹レンズ状に形成されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
   のアルコール混合燃料の混合比センサ。 ５）前記発光素子の近傍に、前記発光素子および前記測
   定用受光素子の温度特性を補正する温度補償用受光素子
   が設けられたことを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第４項のいずれかに記載のアルコール混合燃料の混
   合比センサ。