WO2012017524A1 - 燃料性状検出装置 - Google Patents

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圭一郎 青木
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トヨタ自動車株式会社
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length

Definitions

  • the present invention relates to a fuel property detection device.
  • Patent Document 1 discloses a fuel property detection device that detects the fuel property of a mixed fuel of biofuel and hydrocarbon fuel.
  • This fuel property detection device has means for detecting the light transmittance, relative dielectric constant, and light refractive index of the mixed fuel.
  • the fuel property detecting device calculates the RME (Rape Seed Methyl Ester) concentration as biofuel in the mixed fuel according to the detected light transmittance in the mixed fuel, and calculates the detected value of the relative dielectric constant and the RME concentration.
  • the degree of oxidation deterioration of the mixed fuel is calculated according to the value, and the type of light oil (light oil density) is calculated according to the detected value of the light refractive index, the calculated RME concentration, and the degree of oxidation deterioration.
  • metal impurities such as Fe and Ag may be mixed in the production process.
  • metal impurities When metal impurities are mixed, it is necessary to correct the fuel injection amount, the ignition timing, etc. according to the mixed amount. Therefore, for the mixed fuel, it is desired to detect not only the concentration of each component and the degree of oxidation deterioration but also the amount of metal impurities.
  • the invention according to Patent Document 1 does not relate to detection of the amount of metal impurities.
  • the present invention aims to solve the above-mentioned problems, and provides an improved fuel property detection device that can detect the amount of mixed metal impurities in a mixed fuel.
  • a first invention is a fuel property detection device, Optical property detection means for detecting the optical property of the fuel; Electrical characteristics detecting means for detecting the electrical characteristics of the fuel; Component concentration detecting means for detecting the concentration of at least one of the components constituting the fuel according to the optical characteristics; Metal impurity detection means for detecting the amount of metal impurities contained in the fuel according to the electrical characteristics and the optical characteristics; Is provided.
  • the optical property detection means includes First transmittance detecting means for detecting a first transmittance which is a light transmittance of the fuel with respect to light in a first wavelength range; A second transmittance detecting means for detecting a second transmittance that is a light transmittance of the fuel with respect to light in a second wavelength region different from the first wavelength region;
  • the component concentration detection means includes Detecting the concentration of the at least one component according to the first transmittance; The concentration of water contained in the fuel is detected according to the second transmittance.
  • the metal impurity detecting means detects the amount of metal impurities according to the first transmittance and / or the second transmittance and the electrical characteristics.
  • the optical characteristic is a light refractive index or a light transmittance when the fuel is irradiated with light.
  • the electrical characteristic is a conductivity or electrostatic capacitance when a voltage is applied between a pair of electrodes arranged so as to sandwich the fuel. Capacitance or AC impedance.
  • the concentration of any component in the fuel is detected according to the optical characteristics, and the amount of metal impurities contained in the fuel is detected according to the electrical characteristics and the optical characteristics. can do.
  • the concentration of components that can affect the electrical characteristics can be taken into account, and the amount of metal impurities can be detected more accurately.
  • the fuel component concentration is detected by detecting the light transmittance of the fuel with respect to the light in the first wavelength range where the specific component greatly affects the light transmittance, The light transmittance of the fuel with respect to the light in the second wavelength range in which moisture greatly affects the light transmittance is detected.
  • the water concentration can be detected together with the concentration of a specific component in the fuel, and the fuel property can be grasped in more detail.
  • the metal impurity amount is detected according to the electrical characteristics and the first transmittance and / or the second transmittance among the optical characteristics.
  • the first transmittance is a value that varies according to the concentration of any fuel component
  • the second transmittance is a value that varies according to the moisture concentration in the fuel. Therefore, in the detection of the metal impurity amount, the influence of the concentration of the fuel component or the water concentration that can affect the electrical characteristics can be taken into account, and the metal impurity amount can be detected more accurately.
  • Embodiment 1 of this invention It is a schematic diagram for demonstrating the whole system structure containing the fuel-property detection apparatus in Embodiment 1 of this invention and its peripheral device. It is a figure for demonstrating the relationship between the optical refractive index and fuel density in Embodiment 1 of this invention. It is a figure for demonstrating the relationship between the electrical conductivity and metal ion concentration in Embodiment 1 of this invention. It is a flowchart for demonstrating the control routine which a system performs in Embodiment 1 of this invention. It is a figure for demonstrating the relationship between the light transmittance and ethanol concentration in the other example of Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention.
  • the system of the first embodiment has an internal combustion engine 2 mounted on a vehicle.
  • the internal combustion engine 2 uses gasoline or light oil, synthetic fuel such as GTL (Gas to Liquid) fuel, or a mixed fuel in which any of these fuels is mixed as an engine fuel.
  • GTL Gas to Liquid
  • a fuel tank 6 is connected via a fuel supply path 4 to a fuel injection valve (not shown) for injecting fuel into each cylinder of the internal combustion engine 2.
  • the fuel tank 6 is supplied with mixed fuel and stored.
  • the electrical characteristic detector 8 is a sensor that emits an output signal corresponding to the conductivity of the fuel flowing through the fuel supply path 4.
  • the optical property detector 10 is a sensor that emits an output signal corresponding to the optical refractive index of the mixed fuel.
  • the electrical property detector 8 has a pair of electrodes arranged so as to be open to be exposed to the fuel in the fuel supply path 4. When a predetermined voltage is applied between the electrodes, the electrical characteristic detector 8 outputs a current value generated according to the mixed fuel between the electrodes.
  • the optical property detector 10 includes a light emitting element that emits light at a predetermined wavelength and a light receiving element that receives the reflected light. Furthermore, the optical property detector 10 has a space opened at least in part so that the fuel in the fuel supply path 4 circulates, and a reflector arranged with the space interposed therebetween. The reflector reflects the light emitted from the light emitting element and having passed through the fuel in the space toward the light receiving element. In the optical property detector 10, light emitted from the light emitting element is guided at a predetermined angle and irradiated to the mixed fuel in the space. The light irradiated to the mixed fuel and reflected by the reflecting plate is received by the light receiving element. The light receiving element outputs the position of the center of gravity of the light that has received the reflected light as a sensor signal.
  • the control system of the internal combustion engine 2 includes an ECU (Electronic Control Unit) 12.
  • the ECU 12 is a control device that comprehensively controls the entire system of the internal combustion engine 2.
  • Various actuators are connected to the output side of the ECU 12, and the electrical characteristic detector 8 and the optical characteristic detector 10 are connected to the input side of the ECU 12.
  • the refractive index is detected.
  • the ECU 12 receives signals from other various sensors, detects various information necessary for the operation of the internal combustion engine 2, and operates each actuator according to a predetermined control program. Although many actuators and sensors are connected to the ECU 12, the description thereof is omitted in this specification.
  • the light emitted from the light emitting element of the optical property detector 10 is refracted at different angles depending on the fuel density of the mixed fuel, and therefore is incident at different positions of the light receiving element. That is, when the side where the light refractive index of the mixed fuel is the smallest is taken as the reference position, the distance from the reference position has a correlation with the light refractive index. Therefore, the ECU 12 can detect the light refractive index of the mixed fuel by detecting the light receiving position of the center of gravity of the reflected light by the light receiving element.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between the fuel density of the mixed fuel and the light refractive index in the first embodiment of the present invention.
  • the light refractive index is larger as the fuel density of the mixed fuel is larger, and the light refractive index is smaller as the fuel density of the mixed fuel is smaller.
  • the fuel density of the mixed fuel and the optical refractive index have a certain correlation. Therefore, the relationship as shown in FIG. 2 is measured in advance, and the relationship is stored in the ECU 12 as a map or a correlation function. The fuel density is calculated based on this map or correlation function according to the detected value of the optical refractive index.
  • the mixing ratio of the light oil to be mixed is detected according to the density of the base gasoline.
  • the concentration of the fuel component is detected, for example, the mixing ratio is detected according to the density of the base light oil.
  • the electrical characteristic detector 8 outputs a current value accordingly.
  • the ECU 12 can detect the conductivity of the mixed fuel between the electrodes according to the current value.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the metal ion concentration in the mixed fuel and the electrical conductivity in the first embodiment of the present invention.
  • the metal ion concentration has a correlation in which the conductivity increases as the metal ion concentration in the mixed fuel increases, and the conductivity decreases as the metal ion concentration decreases.
  • the metal ion concentration is a value that varies according to the amount of metal impurities.
  • the conductivity varies depending on the concentration of the fuel component of the mixed fuel. Therefore, if the photorefractive index is constant, the conductivity increases as the amount of metal impurities increases. However, when the optical refractive index is not constant, that is, when the fuel component concentration varies, the metal impurity amount varies even with the same conductivity.
  • the optical refractive index, the electrical conductivity, and the amount of metal impurities have a certain correlation.
  • such a relationship between the optical refractive index, the electrical conductivity, and the amount of metal impurities is measured in advance by experiments or the like, and the relationship is stored in the ECU 12 as a three-dimensional map or a correlation function.
  • the amount of metal impurities is detected according to the optical refractive index and conductivity according to the map and the like.
  • FIG. 4 is a flowchart for illustrating a control routine executed by ECU 12 as the control device in the first embodiment of the present invention.
  • the routine shown in FIG. 4 first, it is determined whether or not the internal combustion engine 2 is in an operating state after being started (S102). If it is not recognized that the internal combustion engine 2 is in operation, the current process ends.
  • step S102 if it is determined in step S102 that the internal combustion engine 2 is in operation, it is next determined whether or not the electrical characteristic detector 8 and the optical characteristic detector 10 are out of order (S104). . If a failure is recognized in the electrical property detector 8 or the optical property detector 10, the current process is terminated.
  • step S106 the optical refractive index is detected.
  • the optical characteristic detector 10 is turned on, light is emitted from the light emitting element of the optical characteristic detector 10, the detection position of the reflected light is detected by the light receiving element, and an output signal indicating the detection position is sent to the ECU 12 Entered. In response to this, the optical refractive index is detected in the ECU 12.
  • the conductivity is detected (S108).
  • the electrical property detector 8 is turned on, and a predetermined voltage is applied between the pair of electrodes.
  • the current value flowing through the circuit including the pair of electrodes is output to the ECU 12.
  • the ECU 12 detects the conductivity according to the output.
  • the fuel density is calculated (S110). Specifically, the fuel density corresponding to the light refractive index detected in step S104 is calculated according to the relationship between the light refractive index and the fuel density stored in the ECU 12. Next, the fuel component concentration is calculated according to the detected fuel density (S112).
  • the amount of metal impurities is calculated (S114).
  • the amount of metal impurities is determined based on the light refractive index detected in step S104 and the conductivity detected in step S106 according to a map or the like that defines the relationship between the light refractive index, conductivity, and metal impurity amount stored in the ECU 12. Calculated accordingly. Thereafter, the current process ends.
  • the fuel density is obtained in accordance with the refractive index that is the optical characteristic, the fuel component concentration is detected, and the optical refractive index and the electrical conductivity that is the electrical characteristic are detected.
  • the amount of metal impurities can be detected according to the above. As a result, the fuel properties necessary for the operation of the internal combustion engine 2 can be detected more accurately.
  • the concentration of light oil mixed in gasoline, the ratio of light oil to synthetic fuel, or the like is detected as the component concentration.
  • the photorefractive index generally varies depending on the density of the hydrocarbon fuel. Therefore, for example, in a mixed fuel of gasoline and alcohol fuel or biofuel, if the density of the base gasoline and the type of alcohol fuel to be mixed are known, the fuel calculated based on the photorefractive index Depending on the density, the concentration of the fuel component constituting the mixed fuel can be detected.
  • the optical characteristic detector 10 includes a light emitting element, a light receiving element, a reflecting plate, and the like, and has a configuration for detecting the optical refractive index by detecting the position of the center of gravity of the reflected light.
  • the sensor for detecting the optical refractive index is not limited to such a configuration, and the optical refractive index may be detected by other methods.
  • the electrical characteristic detector 8 has been described which applies a voltage to a pair of electrodes and outputs a current value.
  • the present invention is not limited to this, and a detector having another configuration may be used as long as it outputs electrical characteristics such as conductivity.
  • the present invention is not limited to this.
  • it may be installed in the fuel tank 6 or installed in another position where the fuel that requires detection of the fuel property circulates. May be.
  • the case where the optical refractive index is detected as the optical characteristic in order to detect the fuel component concentration has been described.
  • the present invention not only when detecting the refractive index of the light, but also by detecting other optical characteristics and determining the fuel component concentration and the amount of metal impurities based on the detected optical characteristics. Good.
  • the case where the light transmittance is detected as an optical characteristic to obtain the fuel component concentration will be described below.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the light transmittance and the fuel component concentration.
  • FIG. 5 shows an example in which a mixed fuel of ethanol and gasoline is used as the mixed fuel.
  • the light transmittance when the mixed fuel is irradiated with light in a certain wavelength region varies depending on the alcohol concentration in the mixed fuel.
  • the light transmittance and the alcohol concentration have a correlation. Accordingly, when a mixed fuel of alcohol and hydrocarbon fuel is used as the engine fuel, the alcohol concentration can be detected by detecting the light transmittance.
  • the metal impurity amount detection method is not limited to this.
  • the amount of metal impurities affects the electrical characteristics (conductivity, capacitance, AC impedance, etc.) of the mixed fuel, and the electrical characteristics of the mixed fuel and the amount of metal impurities have a certain correlation. In addition, these electrical characteristics change depending on the fuel concentration of the mixed fuel. Therefore, the relationship between the predetermined optical characteristics (light refractive index, light transmittance, etc.), the predetermined electrical characteristics (conductivity, capacitance, AC impedance, etc.) and the amount of metal impurities of the mixed fuel is determined in advance. If it is measured and stored in advance in the ECU 12 as a map or the like, the amount of metal impurities can be detected by detecting its optical characteristics and electrical characteristics.
  • Embodiment 2 The system of the second embodiment has the same configuration as the system of FIG. In the second embodiment, when calculating the amount of metal impurities, control different from that in the first embodiment is performed in that the moisture concentration in the mixed fuel is taken into consideration.
  • a mixed fuel of gasoline and ethanol is used as the mixed fuel will be described.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the wavelength of light and the transmittance for the light.
  • the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents transmittance.
  • curve (a) represents water, (b) represents ethanol, and (c) represents gasoline.
  • the light transmittance of each component in the mixed fuel varies greatly depending on the wavelength of the irradiated light.
  • a certain wavelength region A first wavelength region
  • the change in light transmittance between water (a) and gasoline (c) is small, but the light transmittance of ethanol is greatly changed.
  • a certain wavelength band B second wavelength band
  • there is no significant difference in light transmittance between gasoline (c) and ethanol (b) but the light transmittance of water (a) is greatly reduced. . Therefore, by detecting the light transmittance by irradiating the light in the wavelength band A and the wavelength band B, respectively, it is possible to detect the concentrations of ethanol and moisture that greatly affect the change in the light transmittance.
  • the fuel property detection apparatus includes the relationship between the light transmittance (first transmittance) of the mixed fuel with respect to the light in the wavelength band A measured in advance and the ethanol concentration, and the mixed fuel with respect to the light in the wavelength band B.
  • the relationship between the light transmittance (second transmittance) and the water concentration is stored in the ECU 12 as a map.
  • the light transmittance of the mixed fuel with respect to the light in the wavelength band A is detected, and the ethanol concentration in the mixed fuel is detected based on the map accordingly.
  • the light transmittance with respect to the light of the wavelength range B is detected, and according to this, the water concentration in the mixed fuel is detected based on the map.
  • the fuel property detecting device is a metal depending on the light transmittance (light transmittance for light in the wavelength band B) for detecting the moisture concentration obtained as described above and the conductivity.
  • the amount of impurities is detected.
  • FIG. 7 is a map that defines the relationship among the light transmittance, the conductivity, and the amount of metal impurities with respect to light in the wavelength band B according to the second embodiment of the present invention.
  • the electrical characteristics detected by the electrical characteristics detector 8 vary depending on the moisture contained in the fuel and variations in fuel components. Specifically, if the light transmittance is constant, the greater the conductivity, the greater the amount of metal impurities. On the other hand, even if the conductivity is constant, the greater the light transmittance, the greater the amount of metal impurities. Get smaller. That is, the light transmittance with respect to the wavelength band B, the conductivity, and the metal impurity amount have a certain correlation.
  • the fuel property detecting device stores such a correlation measured in advance in the ECU 12 as a three-dimensional map or a correlation function as shown in FIG.
  • a value corresponding to the light transmittance and conductivity is detected according to this map and the like.
  • FIG. 8 is a flowchart for illustrating a control routine executed by the system in the third embodiment of the present invention.
  • the routine shown in FIG. 8 is the same as the routine shown in FIG. 4 except that steps S210 and S212 are performed after step S104, and steps S216 to S220 are performed after the conductivity detection in step S214. .
  • the transmittance for light in the wavelength band A is then detected (S210).
  • the wavelength region A is a wavelength region that affects the light transmittance of ethanol.
  • the transmittance for light in the wavelength band B is detected (S212).
  • the wavelength region B is a wavelength region that particularly affects the light transmittance of moisture.
  • the conductivity is detected (S214).
  • the fuel component concentration is detected (S216). Specifically, the ethanol concentration in the mixed fuel is detected according to the light transmittance detected in step S210.
  • the water concentration is detected (S218). As for the water concentration, the water concentration in the mixed fuel is detected according to the light transmittance with respect to the wavelength band B detected in step S212.
  • the amount of metal impurities is detected (S220).
  • the amount of metal impurities is detected according to a map (see FIG. 6) stored in the ECU 12 according to the light transmittance with respect to the light in the wavelength band B detected in step S212 and the conductivity detected in step S214. . Thereafter, the current process ends.
  • the metal impurity amount is detected from the light transmittance with respect to the wavelength region B that affects the moisture concentration and the conductivity. Accordingly, even when a mixed fuel containing a fuel that easily mixes water such as alcohol is used as an engine fuel, the component concentration including the moisture concentration is detected more accurately, and the metal concentration is determined based on the influence of the concentration of the component. The amount of impurities can be detected. Thereby, the fuel property of the mixed fuel can be detected more accurately.
  • the metal impurity amount may be detected according to the light transmittance and the electrical conductivity for each light in the wavelength band A and the wavelength band B. Only the fuel component concentration may be considered, and the amount of metal impurities may be detected according to the light transmittance and conductivity with respect to light in the wavelength region A. Even in such a case, the relationship between each light transmittance, conductivity, and the amount of metal impurities is determined in advance as a three-dimensional map or a correlation function, and metal impurities are detected according to the detected values. Can do.
  • the present invention is not limited to this, and can also be applied to the case of using a mixed fuel of other alcohol or biofuel and a hydrocarbon fuel, or a mixed fuel of synthetic fuel and light oil or gasoline.
  • the light transmittance of the fuel component that specifies the concentration is obtained by irradiating light in a wavelength region that is significantly different from that of the other fuel component, and detecting the light transmittance. be able to.
  • the amount of metal impurities can be detected based on the transmittance with respect to light in the wavelength range in which the specific fuel component affects the influence and the conductivity.
  • the present invention is not limited to this.
  • concentration of biofuel or alcohol fuel is calculated according to the optical refractive index as in the first embodiment, the optical refractive index, the electrical conductivity, It is also possible to calculate the metal impurity amount including the optical refractive index by measuring the relationship with the metal impurity amount in advance.

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Abstract

　この燃料性状検出装置は、燃料の光学的特性と、電気的特性とを検出する。そして、光学的特性に応じて燃料を構成する成分のうち少なくとも１の成分の濃度を検出し、電気的特性と光学的特性との両者に応じて、燃料に含まれる金属不純物量を検出する。ここで、光学的特性は、例えば、燃料に光を照射した場合の光屈折率又は光透過率であり、電気的特性は、例えば、燃料を挟む一対の電極に電圧を印加した場合の導電率又は静電容量又は交流インピーダンスである。

Description

燃料性状検出装置
　この発明は燃料性状検出装置に関する。
　近年、アルコールやバイオ燃料や合成燃料、これらの燃料と炭化水素燃料との混合燃料を機関燃料として利用できる車載用内燃機関の研究・開発が進められている。ところで、このような混合燃料の性状は、主に、ベースの炭化水素燃料の種類、混合される合成燃料やバイオ燃料の種類、その混合の割合や、酸化劣化に伴う品質の変化等によって異なる。従って、これら燃料性状に影響する要因を正しく計り分けることが望ましい。
　例えば、特許文献１は、バイオ燃料と炭化水素燃料との混合燃料の燃料性状を検出する燃料性状検出装置を開示ずる。この燃料性状検出装置は、混合燃料の光透過率、比誘電率、及び光屈折率を検出する手段を有している。燃料性状検出装置は、検出された混合燃料中の光透過率に応じて混合燃料中のバイオ燃料であるＲＭＥ（Rape Seed Methyl Ester）濃度を算出し、比誘電率の検出値とＲＭＥ濃度の算出値とに応じて混合燃料の酸化劣化度を算出し、更に光屈折率の検出値と、算出されたＲＭＥ濃度と酸化劣化度とに応じて、軽油の種類（軽油密度）を算出する。
日本特開２００９－２８１７３３号公報 日本特開２００９－２６５０７９号公報
　混合燃料中には、その生産工程等において、ＦｅやＡｇ等の金属不純物が混入する場合がある。金属不純物が混入した場合、その混入量に応じて燃料噴射量、点火時期等の補正を行なう必要がある。従って、混合燃料については、各成分濃度や酸化劣化度だけでなく、金属不純物量を検出することが望まれる。この点、上記特許文献１に係る発明は、金属不純物量の検出に関するものではない。
　この発明は上記課題を解決することを目的とし、混合燃料中の金属不純物の混入量を検出することができるよう改良した燃料性状検出装置を提供するものである。
　第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料性状検出装置であって、
　燃料の光学的特性を検出する光学的特性検出手段と、
　燃料の電気的特性を検出する電気的特性検出手段と、
　前記光学的特性に応じて、前記燃料を構成する成分のうち少なくとも１の成分の濃度を検出する成分濃度検出手段と、
　前記電気的特性と前記光学的特性とに応じて、前記燃料に含まれる金属不純物量を検出する金属不純物検出手段と、
　を備える。
　第２の発明は、第１の発明において、
　前記光学的特性検出手段は、
　第１の波長域の光に対する前記燃料の光透過率である第１透過率を検出する第１透過率検出手段と、
　前記第１の波長域とは異なる第２の波長域の光に対する前記燃料の光透過率である第２透過率を検出する第２透過率検出手段と、を備え、
　前記成分濃度検出手段は、
　前記第１透過率に応じて、前記少なくとも１の成分の濃度を検出すると共に、
　前記第２透過率に応じて、前記燃料中に含まれる水分の濃度を検出する。
　第３の発明は、第２の発明において、前記金属不純物検出手段は、前記第１透過率及び/又は第２透過率と、前記電気的特性とに応じて、金属不純物量を検出する。
　第４の発明は、第１の発明において、前記光学的特性は、前記燃料に光を照射した場合の光屈折率又は光透過率である。
　第５の発明は、第１から第４のいずれか１の発明において、前記電気的特性は、燃料を挟むように配置された一対の電極間に、電圧を印加した場合の導電率又は静電容量又は交流インピーダンスである。
　第１の発明によれば、光学的特性に応じて、燃料中のいずれかの成分の濃度を検出すると共に、電気的特性と光学的特性とに応じて、燃料に含まれる金属不純物量を検出することができる。これにより金属不純物量の検出において、電気的特性に影響を与えうる成分の濃度を加味することができ、金属不純物量をより正確に検出することができる。
　ここで、燃料中の特定の成分と水分とは、それぞれ異なる波長域において、光透過率を大きく変化させる。従って、第２の発明によれば、特定の成分が光透過率に大きく影響を与える第１の波長域の光に対する燃料の光透過率を検出することで、燃料成分濃度を検出し、一方、水分が光透過率に大きく影響を与える第２の波長域の光に対する燃料の光透過率を検出する。これにより、燃料中のある特定の成分の濃度と共に、水分濃度を検出することができ、より詳細に燃料性状を把握することができる。
　第３の発明によれば、金属不純物量は、電気的特性と、光学的特性のうち第１透過率及び/又は第２透過率とに応じて検出される。ここで、第１透過率はいずれかの燃料成分の濃度に応じて変化する値であり、第２透過率は燃料中の水分濃度に応じて変化する値である。従って、金属不純物量の検出において、電気的特性に影響を与えうる燃料成分の濃度あるいは水分濃度の影響を加味することができ、より正確に金属不純物量を検出することができる。
この発明の実施の形態１における燃料性状検出装置及びその周辺機器を含むシステム全体構成を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態１における光屈折率と燃料密度との関係を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における導電率と金属イオン濃度との関係について説明するための図である。 この発明の実施の形態１においてシステムが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態１の他の例における、光透過率とエタノール濃度との関係を説明するための図である。 光の波長と、その光に対する透過率との関係を説明するための図である。 この発明の実施の形態２における光透過率と導電率と、金属不純物量との関係を説明するための図である。 この発明の実施の形態２においてシステムが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示されるように、実施の形態１のシステムは、車両に搭載される内燃機関２を有している。内燃機関２には、機関燃料としてガソリン又は軽油、又はＧＴＬ（Gas to Liquid）燃料等の合成燃料、又はこれらの燃料のいずれかが混合された混合燃料が用いられる。
　内燃機関２の各気筒に燃料を噴射するための燃料噴射弁（図示せず）には、燃料供給経路４を介して燃料タンク６が接続されている。燃料タンク６には混合燃料が給油され貯留される。
　燃料供給経路４には、電気的特性検出器８及び光学的特性検出器１０が取り付けられている。電気的特性検出器８は、燃料供給経路４に流通する燃料の導電率に応じた出力信号を発するセンサである。一方、光学的特性検出器１０は、混合燃料の光屈折率に応じた出力信号を発するセンサである。
　電気的特性検出器８は、燃料供給経路４の燃料中に晒されるように空間を開けて配置された一対の電極を有している。電気的特性検出器８は、電極間に所定の電圧が印加されると、電極間の混合燃料に応じて生じる電流値を出力する。
　一方、光学的特性検出器１０は、所定の波長に光を発する発光素子と、反射した光を受光する受光素子とを備えている。更に、光学的特性検出器１０は、燃料供給経路４内の燃料が流通するよう少なくとも一部において開放された空間と、この空間を挟んで配置された反射板を有している。反射板は、発光素子から発せられて、この空間内の燃料を通過した光を受光素子側に向けて反射する。光学的特性検出器１０において、発光素子から発する光は所定の角度で導かれ、空間内の混合燃料に照射される。混合燃料に照射されて反射板で反射された光は受光素子により受光される。受光素子は、反射光を受光した光の重心位置をセンサ信号として出力する。
　実施の形態１に係る内燃機関２の制御系には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２が備えられる。ＥＣＵ１２は、内燃機関２のシステム全体を総合制御する制御装置である。ＥＣＵ１２の出力側には、各種アクチュエータが接続され、ＥＣＵ１２の入力側には、電気的特性検出器８及び光学的特性検出器１０が接続され、これらの出力を入力信号として混合燃料の導電率及び光屈折率を検出する。また、ＥＣＵ１２は、その他各種センサからの信号を受けて、内燃機関２の運転に必要な種々の情報を検出すると共に、所定の制御プログラムに従って各アクチュエータを操作する。なお、ＥＣＵ１２に接続されるアクチュエータやセンサは多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。
　ところで、光学的特性検出器１０の発光素子から発した光は、混合燃料の燃料密度に応じて異なる角度で屈折するため、受光素子の異なる位置で入射する。即ち、混合燃料の光屈折率が最も小さくなる側を基準位置とした場合に、その基準位置からの距離は、光屈折率と相関を有する。従って、受光素子によって反射光の重心の受光位置を検知することで、ＥＣＵ１２は混合燃料の光屈折率を検出することができる。
　図２は、この発明の実施の形態１における混合燃料の燃料密度と光屈折率との関係を説明するための図である。図２に示されるように、混合燃料の燃料密度が大きい場合ほど光屈折率が大きく、混合燃料の燃料密度が小さい場合ほど、光屈折率が小さくなっている。このように、混合燃料の燃料密度と光屈折率とは一定の相関を有している。従って、図２に示されるような関係を予め測定し、その関係をＥＣＵ１２にマップあるいは相関関数として記憶しておく。燃料密度は、光屈折率を検出値に応じて、このマップあるいは相関関数に基づいて算出される。
　ここで検出された燃料密度により、例えばガソリンをベースとする燃料であれば、ベースとなるガソリンの密度に応じて、混入する軽油の混入割合等が検出され、また、例えば軽油とＧＴＬ等の合成燃料との混合燃料であれば、ベースとなる軽油の密度に応じて混合割合を検出されるなど、燃料成分の濃度が検出される。
　一方、電気的特性検出器８は、ＥＣＵ１２からの制御信号により電極間に所定の電圧が印加されると、それに応じて電流値を出力する。ＥＣＵ１２は、この電流値に応じて電極間の混合燃料の導電率を検出することができる。
　図３は、この発明の実施の形態１における混合燃料中の金属イオン濃度と導電率との関係について説明するための図である。図３に示されるように、金属イオン濃度は、混合燃料中の金属イオン濃度が高くなるほど導電率が大きくなり、金属イオン濃度が小さくなるほど導電率が小さくなる相関関係を有する。金属イオン濃度は、金属不純物量に応じて変化する値である。
　また、導電率は、混合燃料の燃料成分の濃度によっても変化する。従って、光屈折率が一定であれば、金属不純物量が大きくなるほど導電率も高くなる。しかし、光屈折率が一定ではない場合、つまり燃料成分濃度にばらつきがある場合、同じ導電率であっても金属不純物量は異なるものとなる。
　ここで、光屈折率と導電率と、金属不純物量とは、一定の相関を有している。この実施の形態１のシステムでは、このような光屈折率と導電率と金属不純物量との関係を、予め実験等により測定し、その関係を３次元マップや相関関数としてＥＣＵ１２に記憶しておく。実際の制御における燃料性状検出時には、そのマップ等に従って、光屈折率及び導電率に応じて金属不純物量が検出される。
　図４は、この発明の実施の形態１において制御装置としてのＥＣＵ１２が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図４に示されるルーチンにおいては、まず、内燃機関２が始動後運転中の状態であるか否かが判別される（Ｓ１０２）。内燃機関２が運転中であることが認められない場合、今回の処理はこのまま終了する。
　一方、ステップＳ１０２において内燃機関２が運転中であることが認められると、次に、電気的特性検出器８及び光学的特性検出器１０が故障していないか否かが判別される（Ｓ１０４）。電気的特性検出器８又は光学的特性検出器１０に故障が認められる場合、今回の処理は終了する。
　一方、ステップＳ１０４において、電気的特性検出器８及び光学的特性検出器１０が正常であることが認められると、次に、光屈折率が検出される（Ｓ１０６）。ここでは、光学的特性検出器１０がＯＮとされ、光学的特性検出器１０の発光素子から光が発せられ、受光素子により反射光の検出位置が検出され、検出位置を示す出力信号がＥＣＵ１２に入力される。これに応じて、ＥＣＵ１２において光屈折率が検出される。
　次に、導電率が検出される（Ｓ１０８）。ここでは、電気的特性検出器８がＯＮとされ一対の電極間に所定の電圧が印加される。その結果、一対の電極を含む回路に流れる電流値がＥＣＵ１２に出力される。ＥＣＵ１２はその出力に応じて導電率を検出する。
　次に、燃料密度が演算される（Ｓ１１０）。具体的には、ＥＣＵ１２に記憶された光屈折率と燃料密度との関係に従って、ステップＳ１０４において検出された光屈折率に応じた燃料密度が演算される。次に、検出された燃料密度に応じて、燃料成分濃度が算出される（Ｓ１１２）。
　次に、金属不純物量が演算される（Ｓ１１４）。金属不純物量は、ＥＣＵ１２に記憶された光屈折率と導電率と金属不純物量との関係を定めるマップ等に従って、ステップＳ１０４で検出された光屈折率と、ステップＳ１０６で検出された導電率とに応じて演算される。その後今回の処理が終了する。
　以上説明したように、この実施の形態１によれば、光学的特性である屈折率に応じて燃料密度を求め、燃料成分濃度を検出すると共に、光屈折率と、電気的特性である導電率とに応じて金属不純物量を検出することができる。これにより内燃機関２の運転において必要な燃料性状をより正確に検出することができる。
　なお、実施の形態１においては、機関燃料が炭化水素燃料である場合の例えばガソリン中の軽油混入濃度や、軽油と合成燃料との割合等を成分濃度として検出する場合について説明した。しかし、この発明においてはこれに限るものではない。光屈折率は、一般には炭化水素燃料の密度に応じて変化する。従って、例えばガソリンとアルコール燃料やバイオ燃料との混合燃料において、ベースとなるガソリンの密度と、混合されるアルコール燃料等の種類とが判明していれば、光屈折率に基づいて算出された燃料密度に応じて、混合燃料を構成する燃料成分の濃度を検出することができる。
　また、実施の形態１においては、光学的特性検出器１０として、発光素子、受光素子、反射板等を有し、反射光の重心位置を検出することで光屈折率を検出する構成を有するセンサについて説明した。しかし、光屈折率を検出するためのセンサは、このような構成に限るものではなく、他の手法により光屈折率を検出するものであってもよい。
　また、電気的特性検出器８として、一対の電極に電圧を印加し、電流値を出力するものについて説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、導電率等の電気的特性を出力するものであれば、他の構成を有する検出器を用いるものであってもよい。
　また、実施の形態１においては、光学的特性検出器１０及び電気的特性検出器８の両方を燃料供給経路４に設置する場合について説明した。しかしこの発明においてはこれに限るものではなく、例えば燃料タンク６内に設置するものであってもよいし、また、燃料性状の検出が必要な燃料が流通する他の位置に設置するものであってもよい。
　更に、実施の形態１においては、燃料成分濃度を検出するため、光学的特性として光屈折率を検出する場合について説明した。しかし、この発明においては、光屈折率を検出する場合に限らず、他の光学的特性を検出して検出された光学的特性に基づいて燃料成分濃度や金属不純物量を求めるものであってもよい。以下に光学的特性として光透過率を検出して、燃料成分濃度を求める場合について説明する。
　図５は、光透過率と燃料成分濃度との関係を説明するための図である。図５は、混合燃料としてエタノールとガソリンとの混合燃料を用いる場合の例を示す。ある波長域の光を混合燃料に照射した場合の光透過率は、図５に示されるように、混合燃料中のアルコール濃度に応じて変化する。また、光透過率とアルコール濃度とは相関を有している。従って、機関燃料としてアルコールと炭化水素燃料との混合燃料が用いられるような場合に、光透過率を検出することで、アルコール濃度を検出することができる。
　また、実施の形態１においては光屈折率と、導電率とに応じて金属不純物量を検出する場合について説明した。しかしこの発明において金属不純物量の検出法はこれに限るものではない。金属不純物量は、混合燃料の電気的特性（導電率、静電容量、交流インピーダンス等）に影響を与え、混合燃料の電気的特性と金属不純物量とは一定の相関を有する。また、これらの電気的特性は、混合燃料の燃料濃度によっても変化する。従って、混合燃料の、所定の光学的特性（光屈折率、光透過率等）と、所定の電気的特性（導電率、静電容量、交流インピーダンス等）と、金属不純物量との関係を予め測定し、マップ等としてＥＣＵ１２に予め記憶しておけば、その光学的特性と電気的特性とを検出することで金属不純物量を検出することができる。
実施の形態２．
　実施の形態２のシステムは図１のシステムと同様の構成を有している。実施の形態２においては、金属不純物量の演算にあたり、混合燃料中の水分濃度を考慮する点において実施の形態１と異なる制御を行なう。なお、ここでは、混合燃料として、ガソリンとエタノールとの混合燃料を用いる場合について説明する。
　図６は、光の波長と、その光に対する透過率との関係を説明するための図である。図５において横軸は波長、縦軸は透過率を表している。また、図６中、曲線（ａ）は水、（ｂ）はエタノール、（ｃ）はガソリンを表している。
　図６に示されるように、混合燃料中の各成分の光透過率は、照射される光の波長によって大きく変化することがわかっている。例えば、ある波長域Ａ（第１波長域）では、水（ａ）とガソリン（ｃ）との光透過率の変化は小さいが、エタノールの光透過率が大きく変化している。また、ある波長域Ｂ（第２波長域）では、ガソリン（ｃ）とエタノール（ｂ）との光透過率には大きな差がないが、水（ａ）の光透過率は大きく低下している。従って、波長域Ａ、波長域Ｂの光をそれぞれ照射して光透過率を検出することで、それぞれの光透過率の変化に大きな影響を与えるエタノール及び水分の濃度を検出することができる。
　この実施の形態２の燃料性状検出装置は、予め測定された波長域Ａの光に対する混合燃料の光透過率（第１透過率）とエタノール濃度との関係及び、波長域Ｂの光に対する混合燃料の光透過率（第２透過率）と水分濃度との関係をそれぞれ、ＥＣＵ１２にマップとして記憶する。実際の制御における燃料性状検出においては、波長域Ａの光に対する混合燃料の光透過率を検出し、これに応じて、混合燃料中のエタノール濃度がマップに基づき検出される。または波長域Ｂの光に対する光透過率を検出し、これに応じて、混合燃料中の水分濃度がマップに基づき検出される。
　また、実施の形態２において燃料性状検出装置は、上記のように求められた水分濃度を検出するための光透過率（波長域Ｂの光に対する光透過率）と、導電率とに応じて金属不純物量を検出する。図７は、この発明の実施の形態２における波長域Ｂの光に対する光透過率と、導電率と、金属不純物量との関係を定めたマップである。
　電気的特性検出器８により検出される電気的特性は、特に燃料中に含まれる水分や燃料成分のバラツキにより変化する。具体的に、光透過率が一定であれば、導電率が大きいほど金属不純物量は大きくなるが、一方、導電率が一定の場合であっても、光透過率が大きいほど、金属不純物量は小さくなる。即ち、波長域Ｂに対する光透過率と、導電率と、金属不純物量とは、一定の相関を有している。
　この実施の形態２において、燃料性状検出装置は、予め測定されたこのような相関関係をＥＣＵ１２に、図７に示されるような３次元マップ又は相関関数として記憶する。金属不純物量の検出時には、このマップ等に従って、光透過率と導電率に応じた値が検出される。
　図８は、この発明の実施の形態３においてシステムが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図８のルーチンは、ステップＳ１０４の後、Ｓ２１０、Ｓ２１２の処理を有する点、ステップＳ２１４の導電率検出の後、ステップＳ２１６～Ｓ２２０の処理を有する点を除き、図４のルーチンと同じものである。
　具体的に、ステップＳ１０４において各検出器が正常であることが認められた後、次に、波長域Ａの光に対する透過率が検出される（Ｓ２１０）。ここで波長域Ａは上記の通り、エタノールの光透過率に影響のある波長域である。次に、波長域Ｂの光に対する透過率が検出される（Ｓ２１２）。ここで波長域Ｂは水分の光透過率に特に影響のある波長域である。その後、導電率が検出される（Ｓ２１４）。
　次に、燃料成分濃度が検出される（Ｓ２１６）。具体的には、ステップＳ２１０において検出された光透過率に応じて、混合燃料中のエタノール濃度が検出される。次に、水分濃度が検出される（Ｓ２１８）。水分濃度は、ステップＳ２１２において検出された波長域Ｂに対する光透過率に応じて混合燃料中の水分濃度が検出される。
　次に、金属不純物量が検出される（Ｓ２２０）。金属不純物量は、ステップＳ２１２で検出された波長域Ｂの光に対する光透過率と、ステップＳ２１４において検出された導電率とに応じて、ＥＣＵ１２に記憶されたマップ（図６参照）に従って検出される。その後、今回の処理が終了する。
　以上説明したように、実施の形態２においては、水分濃度に影響する波長域Ｂに対する光透過率と、導電率とから金属不純物量が検出される。従って、アルコール等の水分が混合しやすい燃料を含む混合燃料が機関燃料として用いられる場合にも、より正確にその水分濃度を含む成分濃度を検出すると共に、その成分の濃度の影響を踏まえて金属不純物量を検出することができる。これにより、更に正確に混合燃料の燃料性状を検出することができる。
　なお、実施の形態２においては、水分濃度を検出するための波長域Ｂの光に対する光透過率と、導電率とから金属不純物量を検出する場合について説明した。しかし、水分濃度だけでなく、例えば、アルコール等の燃料成分濃度は、電気的特性に影響を与え得るものである。従って、金属不純物量の検出においては、水分濃度だけでなく、燃料成分濃度を考慮するものであってよい。具体的には、例えば、実施の形態２において、波長域Ａ、波長域Ｂのそれぞれの光に対する光透過率と、導電率とに応じて金属不純物量を検出するものであってもよいし、燃料成分濃度のみを考慮することとし、波長域Ａの光に対する光透過率と導電率とに応じて金属不純物量を検出するものであってもよい。このような場合にも、それぞれの光透過率と、導電率と、金属不純物量との関係を予め３次元マップや相関関数として定めておいて、それぞれ検出値に応じて金属不純物を検出することができる。
　また、実施の形態２においては、エタノールとガソリンとを燃料成分とする混合燃料を用いる場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、他のアルコールやバイオ燃料と、炭化水素燃料との混合燃料や、合成燃料と軽油又はガソリンとの混合燃料を用いる場合にも適用することができる。このような場合にも、濃度を特定する燃料成分の光透過率が、他の燃料成分の大きく異なる波長域の光を照射して光透過率を検出することで、その燃料成分の濃度を求めることができる。また、このように特定の燃料成分が影響を影響する波長域の光に対する透過率と、導電率とで金属不純物量を検出することができる。
　また、実施の形態２においは、光透過率と導電率とにより金属不純物量を検出する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば、上記の実施の形態１のように光屈折率に応じてバイオ燃料やアルコール燃料の濃度を算出する場合に、光屈折率と、導電率と、金属不純物量との関係を予め測定しておいて、光屈折率を含めて金属不純物量を算出することもできる。
　なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
　　２　内燃機関
　　４　燃料供給経路
　　６　燃料タンク
　　８　電気的特性検出器
　　１０　光学的特性検出器

Claims (5)

  1. 　燃料の光学的特性を検出する光学的特性検出手段と、
    　燃料の電気的特性を検出する電気的特性検出手段と、
    　前記光学的特性に応じて、前記燃料を構成する成分のうち少なくとも１の成分の濃度を検出する成分濃度検出手段と、
    　前記電気的特性と前記光学的特性とに応じて、前記燃料に含まれる金属不純物量を検出する金属不純物検出手段と、
    　を備えることを特徴とする燃料性状検出装置。
  2. 　前記光学的特性検出手段は、
    　第１の波長域の光に対する前記燃料の光透過率である第１透過率を検出する第１透過率検出手段と、
    　前記第１の波長域とは異なる第２の波長域の光に対する前記燃料の光透過率である第２透過率を検出する第２透過率検出手段と、を備え、
    　前記成分濃度検出手段は、
    　前記第１透過率に応じて、前記少なくとも１の成分の濃度を検出すると共に、
    　前記第２透過率に応じて、前記燃料中に含まれる水分の濃度を検出することを特徴とする請求項１に記載の燃料性状検出装置。
  3. 　前記金属不純物検出手段は、前記第１透過率及び/又は第２透過率と、前記電気的特性とに応じて、金属不純物量を検出することを特徴とする請求項２に記載の燃料性状検出装置。
  4. 　前記光学的特性は、前記燃料に光を照射した場合の光屈折率又は光透過率であることを特徴とする請求項１に記載の燃料性状検出装置。
  5. 　前記電気的特性は、燃料を挟むように配置された一対の電極間に、電圧を印加した場合の導電率又は静電容量又は交流インピーダンスであることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項記載の燃料性状検出装置。
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