JPH01263536A - アルコール含有率検知装置 - 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】 〔産業上の利用分計〕 この発明は、燃焼器等に供給される燃料の性状を非接触
で判別する装置で、特に自動車等エンジンに用いられる
アルコール混合！Ｄ中のアルコール含有率を測定する装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、米国や欧州等の各国で石油の消費量の低減化を図
るため、ガソリン中にアルコールを混合した燃料が自動
車用として普及しつつある。このようなアルコール混合
燃料をガソリン燃料の空燃比にマツチングされたエンジ
ンにそのまま用いると、アルコールがガソリンに比べ理
論空燃比が小さい等に起因して空燃比がリーン化するた
め、アルコール混合燃料中のアルコール含有率を検出し
て燃料噴射弁等のアクチュエータを制御し、アルコール
含有率に応じて空燃比、点火時期等をｙｉ整する。従来
、上記のようなアルコール含有率検知装置としては、例
えば特開昭５７−５１９２０号公報に記載されたものが
知られている。この装置を第７図、第８図について説明
する。第７図は従来のアルコール含有率検知装置を備え
た燃料制御系の構成図であって、Ａはアルコール含有率
検知装置、２０はエンジン、２１は燃料噴射弁、２２は
燃料タンク、２３は燃料ポンプで、燃料供給パイプ２４
を介して高圧フィルタ２５に接続されている。２６は上
記燃料噴射弁２１の燃料分配管、２７は燃圧レギュレー
タで、燃料リターンパイプ２８が燃料タンク２２に導か
れている。２９は空燃比センサ、３０は点火プラグ、３
１はエンジン回転センサ、３２は吸気圧センサ、３３は
スロットル弁、３４はエアクリーナである。３５は制御
装置であって、アルコール含有率検知装置Ａの信号、空
燃比センサ２９の信号、エンジンの状態量であるエンジ
ン回転センサ３１および吸気圧センサ３２等の信号が入
力され、入力に応じた割部量で燃料噴射弁２１、点火プ
ラグ３０を駆動する。

燃料タンク２２にアルコール混合燃料が給油されると、
エンジンの始動と共に、アルコール混合燃料はポンプ２
３で加圧され燃料供給バイブ２４、高圧フィルタ２５全
通してアルコール含有率検知装置Ａに導かれてアルコー
ル含有率が測定される。

その後、燃料は分配管２６に流入し、一部が燃料噴射弁
２１よりエンジンに供給され、他は燃圧レギュレータ２
７、燃料リターンパイプ２８を通ってタンク２２へ戻さ
れる。燃圧レギュレータ２７は燃料噴射弁２１の噴射燃
料量に関らず、分配管２６までの圧力を常に一定値に保
持する。アルコール含有率検知装置Ａで測定されたアル
コール含有率が制御装置３５に入力されると、制御装置
３５はエンジン回転センサ３１および吸気圧センサ３２
等の信号によりエンジン状態を判定し、噴射弁２１の開
弁時間を制御してエンジンに供給する燃料量を変化させ
、空燃比センサ２９により空燃比を検出して上記エンジ
ン状態に応じた目標値となるよう空燃比をフィードバッ
ク制御し、また、エンジン状態に応じて点火プラグ３０
の点火時期を制御している。

第８図は上記アルコール含有率検知装置Ａの詳細な断面
図を示し、１は光学ガラス等で形成された円柱状の透光
体、２はケース、３は透光体１とケース２間の燃料シー
ル、４はＬＥＤなとの発光素子、５はフォトダイオード
からなる受光素子、６は燃料室、６ａは燃料入口、６ｂ
は燃料出口である。７ａは全反射光、７ｂは屈折光、１
０は発光素子４を駆動し受光素子５の受光量を測定する
検知回路である。透光体１の外周面は燃料室６で燃料と
均一に接している。発光素子４より発しな光は透光体１
の外周面、すなわち燃料との境界面への入射角が全反射
角φ＝ａｒｃＳＩＮ　（Ｎｆ／Ｎｄ）以上の光７ａは全
反射されて受光素子５に達し、入射角が全反射角ψより
小さい光７ｂは燃料中に屈折透過するため、受光素子５
は境界面への入射角が全反射角ψ以上となる光のみを受
光する。燃料中のアルコール含有率が変化すると、燃料
の屈折率Ｎｆが変化し全反射角φが変わるため、受光素
子５の受光量が変化する。この受光量の変化を検知回路
１０で測定することにより燃料中のアルコール含有率が
求められる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、かかる従来のアルコール含有率検知装置
においては、発光素子４の発光量、受光素子５の受光感
度、ピーク感度周波数が温度により変化するため、エン
ジンの発熱、それによる燃料温度の上昇等で検知装置の
温度が変わると受光素子５の受光量も変化し、燃料中の
アルコール含有率が正確に求められないといった欠点が
あった。

また、一般に透光体１の屈折率Ｎｄの制約より全反射角
ψが余り小さく出来ないため、透光体１をあまり短くで
きず、装置を小形化できないという問題点があった。こ
れらの理由により、従来のアルコール含有率検知装置は
エンジンと離間させて設置せざるを得ないため、特にエ
ンジン始動の際等、実際に燃料噴射弁２１より噴射され
る燃料のアルコール含有率を遅滞なく検出することが不
可能であり、特にアルコール含有率の異なる燃料の給油
後のエンジン始動の際等においては、アルコール含有率
検知装置Ａの燃料室６と燃料分配管２６内のアルコール
含有率に差がでる始動モードも予想され、かかる場合に
は最悪エンジンが始動できないという不具合が出現する
ことも予想される。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るアルコール含有率検知装置は、透光体の
一端に発光素子と一次元光位置検知素子を設け、他端に
燃料との屈折面と反射面を設けたものである。

〔作　用〕

この発明においては、透光体の一端に設けた発光素子か
ら発した光は、透光体の他端の燃料との屈折面に入射さ
せて燃料中に屈折させ、さらに反射面で反射させたのち
、再び屈折面に入射させて透光体中に屈折させ一次元光
位置検知素子に入射させてアルコール含有率の変化によ
る燃料の屈折率の変化を一次元光位置検知素子上の光入
射位置変化として測定するものである。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明によるアルコール含有率検知装置の構成図
であって、１は従来例の装置と同じ円柱状の透光体であ
るが、異なる点は柱状の一方の端部が円柱軸に対し所定
角度でカットされており、屈折面１５を形成している。

１１は反射面、２は絞り、１３はレンズ、１４は発光素
子４の放射光、１６は一次元光位置検知素子であって、
ここでは半導体装置検出素子（以下、ＰＳＤという。）
を用いた場合を示す。１７は燃料流入口であり、また検
知回路１０は発光素子４を、駆動する定電流駆動部１０
１、ＰＳＤ１６の光電流の前置増幅部１０２、加算部１
０３、除算部１０４よねなる。

透光体１の一端に配した発光素子４が定電流駆動部１０
１により駆動されて発光すると、放射光１４は絞り１２
を通り、レンズ１３で集光されつつ、透光体１の他端の
屈折面１５に２０点にて入射角ψで入射する。屈折面１
５は燃料流入口１７より流入した燃料と接しているため
、入射光１４は２０点で燃料の屈折率Ｎｆと透光体１の
屈折率Ｎｄとの差により、屈折角Ｚ　＝　ａｒｃｓＩＮ
　（Ｎｄ／ＮｆＸＳＩＮψ）で屈折する。ｐｏ点で屈折
角χで屈折した光は燃料中を透過して、前記反射面１１
の２１点にて反射され、再度燃料中を透過したのち、再
び屈折面１５に２２点で入射し入射角ψと屈折角χとの
関係式に従って透光体１内に屈折して発光素子４と同じ
側に配置されたＰＳＤ１６に到達する。レンズ１３はＰ
ＳＤ１６上で放射光１４が集光きれるように焦点距離が
選定されている。なお、その他の符号は第８図に示した
従来例と相当部分を示すので説明は省略する。

第２図はＰＳＤ　１６の光位置検出原理の説明図で、Ｐ
ＳＤはシリコンフォトダイオードを応用した光重心位置
検出素子で、抵抗層（Ｐ層）、中間層、Ｎ層の３層で構
成されており、光スポットが入射すると、入射位置より
光電流ｉ１．ｉ２が均一な抵抗層を通り、各々電極ＩＩ
、１２に分割して流れ、光電流ｉ１．ｉ２は電極までの
距離に逆比例して分割出力される。今、電極１１から光
入射位置までの距離をＸとし、ＰＳＤの電極間距離をＬ
とすルト、位置ＸＩ！Ｘ＝ＬＸｉ２／　（ｉｌ＋ｉ２）
　テ与えられる。この時位置Ｘは入射光の重心に一致す
るため、光スポットは必ずしも微小径とする必要はない
。

第１図において、ＰＳＤ　ｉ　６の各電極１１．１２か
らの光電流ｉ１．ｉ２は、検知回路１０に入力され、前
置増幅部１０２で増幅された後、１１と１２が加算部１
０３で加算され、１２と前記加算結果より除算部１０４
で除算ｉ　２／　（ｉ　１＋　ｉ　２）が行われて、位
置信号Ｘに相当した電圧Ｖｏｕｔとして出力される。燃
料中のアルコール含有率の変化に従い燃料の屈折率Ｎｆ
が変化すると、屈折面１５における屈折角χが変化する
ため、発光素子４の放射光１４のＰＳＤ１６上への入射
位置Ｘが変化し、検知回路の出力電圧Ｖｏｕｔはアルコ
ール含有率に応じた値となる。

第３図は、透光体１として屈折率Ｎｄ＝１．５２の光学
ガラスＢＫ７を使用し入射角ψ＝４５°とした構造にお
ける、ガソリン燃料中のメチルアルコール含有率に対す
る出力電圧■Ｏｕｔの変化を示した。

ガソリンに比較してメチルアルコールの屈折率が小さい
ため、メチルアルコール含有率が大なるにつれＰＳＤ１
６への光入射位置は電極■１側に移り光電流１１の方が
大となるので、出力電圧Ｖｏｕｔはメチルチルコール含
有率に反比例する。エンジンの発熱、それによる燃料温
度の上昇等で検知装置！Ａの温度が変わると、発光素子
４の発光量、ＰＳＤ１６の総光電流量は変化するが、ア
ルコール含有率は光電流の比で与えられるため、検知装
置Ａの温度変化によらず常に正確に、連続的に燃料中の
アルコール含有率を検知できる。また、アルコール含有
率の検知は結局屈折面１５の一部でおこなわわろことか
ら、従来装置に比較して透光体の全長を短縮できるため
検知部を小形化ずろことができるという利点がある。

第４図はアルコール含有率検知装置の検知部の構成図で
あり、１２８は絞り１２と発光素子４およびレンズ１３
の保持機能を持ったホルダである。

透光体１は一方の端部が所定の厚さを残して円柱軸に対
し所定角度で楔状にカットシて屈折面１５を形成し、透
光体１の一方の端面に金ｍ蒸着等により反射面１１９！
形成させて裏面鏡としである。

また、透光体１は燃料シール３でケース２との間で燃料
側と絶縁され、ケース２はパツキン等を介して燃料分配
管２６等の燃料噴射弁２１に近い高圧側管路に取付けら
れる。

第５図はこの発明の他の実施例を示す検知部の構成図で
、反射面１１を別の板状の透光体１８の表面に金Ｍ膜蒸
着等により形成させＩ−のち、耐油性のあるプラスチッ
クあるいはセラミック薄膜等の透光性保ＩＩ膜１９をコ
ーティングして表面繞としたものである。このようにす
れば、透光体１の研磨面が少なくなり、＠磨コストを低
減できるため、検知部をより安価に作ることができる。

まｔ二、この実施例では板状の透光体１８の表面に反射
面１１を形成し１＝が、透光体１の裏面に同様な方法で
反射向１１を形成してもよく、このＪ：うにすると、透
光性保護膜１９は不要となる。

第６図はこの発明のさらに他の実施例の検知部の構成図
であって、反射面１１をケース２の基体部材２　ａ　ｌ
ｌに形成さ」ｌ・たものであり、金属製の基体部材２ａ
の表面Ｔｉｆａにより、あるいは基体部材２ａに他の金
属膜をメツキあるいは蒸着等により積層して形成でとる
。このようにすれば、部品の削減により検知部をさらに
安価にできるど共に、検知部を一層小型化Ｔ！きる。

なお上記各実施例では一次元光位置検知素子１６として
ＰＳＤを用いた場合を示１．たが、フォ１−ダイ４−ド
アレイ、ＣＯＤ等の位置検知素子を用いても同様の効果
が期待でさることは当業者にとって明らかである。また
、透光体１の燃料側との絶縁も燃料シール３によらず透
光体１とケース２間をシール剤の充填、接着等により、
まｈ、透光体１の周面をメタライズした後ケース２と溶
接、ロウ付けする等によっても行うことができろ。

さらにまた、上記実施例では燃料中のアルコール含有率
の検知について示したが、他の液体の屈折率測定用装置
どしても広く適用可能である。

〔発明の効榮］ 以上説明したようにこの発明によス１．げ、透光体の一
端に発光素子と一次元光位置検知素子を設け、他端に燃
料どの屈折面ど反射面を設けｔ：ことにより、検知装置
の小形化が図ね、かつ検知装置が燃料噴射弁の近くの管
路に配設できろｔ−め、燃料噴射弁の噴射燃料中のア、
＋＋−コール含有率を常に遅滞なく連続的に検知できる
。また、検知装置の温度変化に関わらず精度よ（アルコ
ール含有率を検知できろ。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるアルコール含有率検
知装置の構成図、第２図はＰＳＤの光位置検出原理の説
明図、第３図はガソリン燃料中のメタノーノ１、含有率
に対する出力電圧変化図、第４図はアルコール含有率検
知装置の検知部の断面図、第５図は他の実施例による検
知部の断面図、第６図はさらに他の実施例による検知部
の断面図、第７図は従来のアルコール含有率検知装置を
伶え）２燃料制御系の構成図、第８図は従来のアルコー
ル含有率検知装置の構成図である。 １・透光体、２・ケース、４・・・発光素子、１゜・・
検知回路、１１・・反射面、１２　絞り、１３・レンズ
、１４・放射光、１５・・屈折面、ＩＧ　・−次元先位
Ｗ検知素子、１７・・燃料流入口、１８−板状の透光体
、１９　・透光性保護膜。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料の屈折率を検出して燃料中のアルコール含有率を検
   知する装置において、透光体の一端に発光素子と一次元
   光位置検知素子を設け、他端に燃料との屈折面と反射面
   を設け、上記発光素子より屈折面に入射させた屈折光を
   反射面に反射させたのち、再び屈折面に入射させ、この
   屈折光を一次元位置検知素子に入射するようにしたこと
   を特徴とするアルコール含有率検知装置。