JPS63210645A - ガソリン−アルコ−ルなどの流体混合比検出装置 - 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］ この発明は、外周側面を流体が流動する透光体に向けて
光を発し、全反射により通過する光量により透光体の流
体に対する屈折率が判定できることを適用した流体混合
比検出装置に係り、特には、この屈折率により流体の混
合比を連続的に検知するようにし、全体的に構造が簡素
となるように改良したガソリン−アルコールなどの流体
混合比検出装置に関する。

［従来の技術とその問題点］ 例えば、自動車の内燃機関にあっては、近年では燃料に
ガソリンとアルコールとの混合流体を用いることが考え
られている。この混合燃料で良好な機関の出力を得るに
は、混合比を連続的に検知して、この情報を自動燃焼制
御装置にフィードバックして最適の点火時期を確保する
必要がある。

このため燃料の混合比検出装置が必要になっており、こ
の検出装置は、両端に発光素子および受光素子を配置し
た透光体を備え、この透光体の外国部に混合燃料を流動
させるように構成している。

そして、発光素子により透光体に向けて光を発し、全反
射により通過する光量により受光素子から発生する出力
を検知している。この出力の何如により透光体の流体に
対する屈折率を測定し、この屈折率に基づいて燃料の混
合比を算出している。

ところが、受光素子および発光素子を透光体の両端にそ
れぞれ配置しているため、これらの素子を収納するケー
スが個別に要求され、勢い構造の？！２雑化を招きコス
ト的に不利になるとともに、組み立て工数が増加する不
都合がある。したがって、全体の構造がコンパクトにな
り、コスト的に有利になるとともに、組立て工数の低減
化に寄与できるガソリン−アルコールなどの流体混合比
検出装置が登場することが望まれている。

［発明の目的］ この発明は上記の期待に応えて成されたもので、その目
的は受光素子および発光素子を単一のケースに収納する
構成とすることにより全体の構造が」ンパクトになり、
」スト的に有利になるととも　　　゛に、組立て工数の
低減化に寄与できるガソリン−アルコールなどの流体混
合比検出装置を提供するにある。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、外国部に二種類から成る流体を接触状態に
流動させた透光体と、この透光体の一端部に配置され、
内部に発光素子および受光素子を収納したケースと、こ
の透光体の前記ケースとは反対方向に設けられた光反射
部材とを備え、前記発光素子から発し前記透光体を全反
射して通過した光を前記光反射部材により反射させ、前
記透光体を介して前記受光素子に受けさせて発生した出
力により前記透光体の前記流体に対する屈折率を連続的
に算出して該流体の混合比を連続的に検知する構成を採
用している。

［作用および発明の効果］ 上記のように構成されたこの発明によれば、受光素子お
よび発光素子を単一のケースに収納するようにしたので
、全体の構造がコンパクトになり、コスト的に有利にな
るとともに、受光素子および発光素子を別々に収容した
各ケースを逐一取付けなければならないものと相違して
、組立工数を削減でき、これに伴い組立作業が迅速に済
み、生産性の向上に繋がるといった優れた効果を有する
ものである。

［実施例］ 以下この発明を自動車の内燃機関に適用した各実施例を
それぞれの図面を参照して説明する。

先ず、第１実施例を示す第１図および第２図において、
１は屈折率検出用のセンサで、これは段付き短円筒状の
ケース２と該ケース２の径大部開口部に閉塞状態に設け
た蓋板３を備え、ケース２内には蓋板３と並列となるよ
うに基板４が配置されている。この基板４上には、中央
に位置する発光素子５とともに受光素子６が蓋板３とは
反対側に設けられている。この受光素子６の配設位置は
、発光素子５を座標の原点とすると、第４象限に位置す
る関係にある。また、温度補償用の受光素子１０６はケ
ース２内の基板４上に支持部材１０７により取付けられ
ている。この温度補償用の受光素子１０６は基板４の受
光素子６と径方向に対向するように配置され、透光体７
の外周側に位置している。７は例えば光学系ガラスから
成る透光体で、これは円柱状に形成され、その下端部は
ケース２における径小部間口部２ａに液密に嵌合されて
いる。８は片面が鏡面仕上げされた台底板状の光反射部
材で、これは透光体７の上端部に鏡面部が受光素子６お
よび発光素子５に対向するようにして適宜の接着剤によ
り液密に接着されている。

このように構成されたセンサ１は模述する第３図の電子
式燃料噴射装置において燃料タンク２０とプレッシャレ
ギュレータ２３とを連結するバイブ２３ａに取り付けら
れている。この状態では、ケ−ス２はパイプ２３ａに形
成された開口部９に径大部２ｂを介して液密に嵌合され
、透光体７は全体的にパイプ２３ａ内に突出するように
位置している。

つぎに、第３図は、このセンサ１を適用した電子式燃料
噴射装置が組み込まれた自動重用エンジンの作動制御シ
ステム図である。この第３図において、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は電源としての蓄電池、２０は燃料タンクで
ある。２１は燃料ポンプ、２３は燃料タンク２０からバ
イブ２３ａを介して接続されたプレッシャレギル−タで
、パイプ２３ａ内には、本発明に関わるセンサ１が設（
プられている。２４はインジェクタ、２６はコールドス
タートインジェクタ、２５はイグニシ］ンコイル、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はスロットルバ
ルブポジションセンサ、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、上記の構成をセン＋ｊ１の作動とともに説明す
る。

キースイッチ５０の操作に伴いエンジンが起動し、制御
回路５１に給電される。これに伴い燃料タンク２０内の
ガソリンとアルコールとの混合燃料が燃料ポンプ２１に
より燃料配管２２を介してインジェクタ２４に供給され
る。インジエクタ２４は、制御回路５１によりエンジン
の運転条件などに最適となるように計算された時期およ
び量で吸気管３５内に噴射する。

一方、センサ１においては、制御回路５１から電圧が印
加され、増幅された電圧が出力端子（図示せず）を介し
て発光素子５に与えられて発光素子５が光を発する。こ
のような発光素子５からの光のうち、第１図に示すよう
に透光体７の内周側面で全反射した光は透光体７を軸方
向に通過して光反射部材８の鏡面で反射し、透光体７を
逆方向に戻って透光体７から出て受光素子６に入射する
。

このとき、透光体７の外周面にはガソリンとアルコール
との混合燃料が接触状態に流動しており、ガソリンとア
ル０−ルとの混合比が変動する毎に、混合燃料の屈折率
が変化するため透光体７に対する発光素子５からの光の
臨界角が変る。そして、屈折率の変化からガソリンとア
ルコールとの混合比と受光素子６に入射する光量との関
係があらかじめ用意されて、これらのデータが制御回路
５１に入力されている。

しかして、受光素子６に入射した光は電流に変換されて
入力部５１ａを介して制御回路５１に供給される。この
出力の大きさにより制御回路５１がインジェクタ２４に
対する最適の噴射量および噴射時期を翳１算してエンジ
ンの出力を良好に維持するものである。

一方、受光素子５から発した光のうち透光体７の外側面
で全反射しない光、つまり燃料の混合比の変動とは無関
係な光だけは、温度補償用の受光素子１０６に入射する
ようになっている。この温度補償用の受光素子１０６を
設けたのは下記の理由による。

すなわち、発光素子５および受光素子６はともに光変換
特性を環境温度によって変動させる事情にあり、また、
透光体７に対する臨界角も燃料の温度変化につれて変動
する。このため温度補償手段を講じなければ燃料の混合
比についての正確な検出精度が期待されないからである
。

給電制御回路５４により電流を制御することにより環境
温度の変動とは関係無く温度補償用の受光素子１０６の
出力レベルを略・一定に維持する。

これにより発光素子５および受光素子６．１０６などの
温度特性の影響が無くなり、燃料の混合比に関して精度
の高い検出データが得られる。

この給電制御回路５４の一例を温度補償回路として第４
図に示す。

発光素子５の発光量は環境温度に応じて変化する。また
、測定用受光素子６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わる。

そこで本実施例の温度補償回路２０６は、補償用受光素
子１０６の出力が一定となるように発光素子の発光ｍを
制御し出力用受光素子６の出力を−・定に保つ発光種補
償用回路部２６１と、該発光量補償回路部２６１による
発光素子５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２６２とからなる。

発光呈補償回路部２６１は、補償用受光素子１０６の受
光ｍを電圧値に変換する第１光吊測定部２６３と、該第
１光量測定部２６３の出力が５ＡＴ１の値と等しくなる
ように、その出力を発光素子５に印加する制御部２６４
とからなる。

第１光出測定部２６３は、保障用受光素子１０６の両端
子の電位差を入力する第１オペアンプＯＰ１と抵抗体Ｒ
１、Ｒ２とからなり、発光素子５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）、第１オペ
アンプＯＰ１の出力が増ハＵする。

制御部２６４は、前記第１オペアンプＯＰ１の出力と第
１電池ＢＡＴ１のｇ＊雷電圧を入力し、出力を制御する
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、発光素子５の発光
量が増加すると（混合比センサの１の環境温度が低下す
ると）、発光素子５への供給電圧を小さくし、発光素子
５の発光量が減少すると（混合比センサ１の環境温度が
高くなると）、発光素子５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も、
発光素子５の発光９は測定用受光素子６の出力が一定と
なるようにされる。

受光量補償用回路部２６２は、発光素子５の供給電圧の
変換を行う電圧ホロ７２６５と、測定用受光素子６の受
光量を電圧値に変換する第２光量測定部２６６と、該光
量測定部２６６の出力値より前記電圧ホロ７２６５の出
力値の減算を行う減算部２６７とからなる・ 電圧ホロ７２６５は発光素子５からの入力電圧と自己出
力を入力し、第３オペアンプＯＰ３と、抵抗体Ｒ４、Ｒ
５とからなり、環境温度変化に対応した値とされる発光
素子５からの入力電圧を電圧降下なしに出力して取出す
ことができる。

第２光但測定部２６６は、測定用受光素子６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Ｒ
６、Ｒ７、Ｒ８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−・定であるとすると、混合比
センサ１の環境温度が高くなるにつれて第４オペアンプ
ＯＰ４の出力電圧が小さくなる。

減幹部２６７は、第３オペアンプＯＰ３の出力と、第４
オペアンプＯＰ４の分圧による出力とを入力し、第４オ
ペアンプＯＰ４の分圧値より第３オペアンプ○Ｐ３の出
力値を引いた値を出力する第５オペアンプＯＰ５と抵抗
体Ｒ９、Ｒ１０，Ｒ１１とからなり、減算部２６７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。

ところで、上記の構成によれば、発光素子５および受光
素子６の配設関係にあっては、これら画素子５．６とも
にケース２内に収納するようにしたので、発光素子およ
び受光素子を別々のケー・スに逐一収納しなければなら
ないものと相違して構造が簡素で全体的にコンパクトに
なるとともに、組み立て工数が低減し、」スト的に有利
で組立作業が迅速に済み、ひいては生産性の向上に結び
付く。

つぎに、本発明の第２実施例を第５図を参照して説明す
る。

この第２実施例が第１実施例と相違するところは、第１
実施例では透光体７をパイプ２３ａ内に位防するように
したが、第２実施例では透光体７をバイブ２３ａを径方
向いっばいに渡って横断するように取付けていることで
ある。すなわち、パイプ２３ａには、開口部９に対応し
て取付は穴１０４が形成され、この穴１０４には、第１
実施例のものより若干長尺化した透光体７の上端部がＯ
リング１０５を介して液密に嵌合されている。そして、
この透光体７の上端面に光反射部材８が接着などにより
設けられている。

このように構成しても第１実施例と同様の効果が得られ
る。

なお、上記第２実施例では、第１実施例と同一部分には
同一符号を付して異なる部分のみ説明した。

なお、上記各実施例では、光反射部材８を金属板状に形
成したが、これのみに限定されず、金属箔や鏡面処理さ
れたプラスチック板を用いてもよい。あるいは透光体７
の上端面に直接金属等をスパッタリング等によりコート
し、これを光反射部材としてもよい。

その他、具体的な実施にあたっては、この発明の要旨を
逸脱しない範囲で種々変更できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はバイブとともに示すセンサの断面図、第２図は
第１図の八−へ線に沿う横断面図、第３図は自動中エン
ジンの作動制御システム図、第４図は給電制御回路の結
線図、第５図は本発明の第２実施例を示すセンサの断面
図である。 図中　　１・・・センサ　２・・・ケース　５・・・発
光素ｒ　６・・・受光素子　７・・・透光体　８・・・
光反射部材１０６・・・湿度補償用の受光素子 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）外周面に二種類から成る流体を接触状態に流動させ
   た透光体と、 この透光体の一端部に配置され、内部に発光素子および
   受光素子を収納したケースと、 この透光体の前記ケースとは反対方向に設けられた光反
   射部材とを備え、 前記発光素子から発し前記透光体を全反射して通過した
   光を前記光反射部材により反射させ、前記透光体を介し
   て前記受光素子に受けさせて発生した出力により前記透
   光体の前記流体に対する屈折率を連続的に算出して該流
   体の混合比を連続的に検知するようにしたことを特徴と
   するガソリン−アルコールなどの流体混合比検出装置。 ２）前記流体は内燃機関の燃料であり、ガソリンとアル
   コールから成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載のガソリン−アルコールなどの流体混合比検出装
   置。 ３）前記透光体は円柱状の光学ガラスから成っているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のガソリン
   −アルコールなどの流体混合比検出装置。