JPH01304348A

JPH01304348A - 燃料センサ

Info

Publication number: JPH01304348A
Application number: JP13462488A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kobayashi; 博小林
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1988-06-01
Filing date: 1988-06-01
Publication date: 1989-12-07
Also published as: DE3917935C2; DE3917935A1

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、混合燃料の組成比の検出に好適な燃料セン
サに関する。

（従来の技術）従来、この種の燃料センサとしては、アルコール混合ガ
ソリンのアルコール濃度検出センサが知られている。

例えば日産技法第２１号１６３頁〜１６５頁（昭和６０
年１２月発行）に記載のものにあっては、アルコール混
合ガソリンの比誘電率の違いを利用して、静電容量の値
からアルコール濃度を検出するようなされている。

また、Ｆｏｒｔｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙ
ｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　Ａｌｃｈｏｈｏｌ　Ｆｕｅｌｓ
　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｓａｏ　Ｐａｕｌｏ、Ｂｒａ
ｓｉｌ　Ｏｃｔ。

ｂｅｒ　５−８．１９８０）におけるＦ”Ａ　Ｒｅｔｒ
ｏｆｉｔｔａｂｌｅ　Ａｌｃｏｈｏｌ／Ｐｅｔｒｏｌ　
Ｃａｒｂｕｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　Ｊと題した論
文中では、アルコールとガソリンの光の屈折率の差を利
用したアルコール濃度検出センサが提案されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記の如き燃料センサにあっては、例え
ば前者のものにあっては、比誘電率の違いを利用してア
ルコール濃度を検出するようなされているので、アルコ
ールが水に極めて溶けやすいことと相俟ってアルコール
混合ガソリン中に溶ける水の割合が増大すると、水に含
まれているイオン物質の影響が増大して、アルコール混
合ガソリンは誘電体としての性質より導電体としての性
質が顕著となり、誘電特性が不安定になるという問題点
がおった。

こうした問題は、アルコール濃度が低い場合、例えば３
０％以下の場合はアルコール混合ガソリン中に溶は込む
水の量がそれ程多くないので問題ないが、アルコール濃
度が高くなってアルコール混合ガソリン中に溶は込む水
の量が増大した場合顕著になる。

一方、後者のものにあっては、ガソリンとアルコールの
光の屈折率の差を利用してアルコール混合ガソリン中の
アルコール濃度を検出するようなされているので、ガソ
リン中に着色剤が混入されてガソリンの色彩が変化した
場合等においては光の屈折率も変化し、アルコール濃度
検出の誤差が増大するという問題点がめった。

例えば、ガソリンは１．３５７　（１５，７℃）、エヂ
ルアルコールは１．３６２　（１８，４°Ｃ）、メチル
アルコールは１．３３１　（’１４．５°Ｃ）の屈折率
を有し、この屈折率の差を利用するものであるが、ガソ
リンは他の燃料、例えば軽油や灯油と区別させるため着
色剤が混入されている。そしてこの着色剤は石油精製メ
ーカにより異なり、オレンジ色系のものと黄色系のもの
に大別される。

このため、メーカによりガソリンの色彩が異なり、光の
屈折率もこの燃料の色彩に依存して変わるのである。

また、燃料は長時間使用されると、その間に異物が混入
され、色彩が変化する場合もある。

（発明の目的）この発明は、上記問題点に鑑み、燃料中に溶ける水や燃
料の色彩に影響されることなく、常に精度良く混合燃料
の組成比を検出することのできる燃料センサを提供する
ことを目的とする。

（問題点を解決するための手段）この発明は、基板の表面上に設けられた薄膜抵抗を常時
燃料が浸漬するよう燃料タンク内底位位置に配置し、前
記薄膜抵抗に一定時間給電して薄膜抵抗の抵抗値を上昇
させるとともに一定時間経過後は前記薄膜抵抗への給電
を停止して薄膜抵抗の抵抗値を下降させ、前記抵抗値が
所定量変化する経過時間に基づいて前記燃料の熱伝導率
特性を検出することに関する。

（実施例の説明）次にこの発明を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明が適用された一実施例の断面図で、
自動車の燃料タンク内に本発明になる燃料センサを配置
した場合の例でおる。

同図に示す如く、燃料タンク１内にはアルコール混合ガ
ソリンよりなる燃料１０が注入されているとともに、そ
の底位位置には上面を開口したマス状のせん回漕３が設
けられ、このぜん回漕３の底面には燃料センサ６が配置
されている。

また、燃料タンク１の上方には、燃料注入用のインレッ
トチューブ５および燃料送出用のアウトレットチューブ
４が垂設されているとともに、フロート式の燃料ゲージ
２が設けられている。

また、上記燃料センサ６はリード線８を介してタンク１
の上面に設けられたセンサ回路７と接続されている。

なお、上記せん回漕３は、燃料タンク１に注入された燃
料１０の液位が低下した場合であって燃料１０の揺動が
大きい場合でも、アウトレットチューブ４から燃料が吸
込みやすくするために設けられたもので、このぜん回漕
３の下位部分には常時燃料１０が存在するようなされて
いる。

従って、このぜん回漕３の底部に設けられた燃料センサ
６は、常時燃料中に浸漬された状態に置かれ、アルコー
ル混合ガソリンよりなる燃料１０の組成比が常時検出で
きるようなされている。

また、このぜん回漕３はマス状で、周囲は側壁３ａによ
って外部の燃料１０と遮断されているので、燃料１０の
揺動はぜん回漕内では比較的小さく、特に燃料センサ６
の設けられた底部では燃料の揺動はほとんど生じないよ
う構成されている。

このため、後述する燃料の熱伝導率に依存する燃料の組
成比の検出は、燃料センサ６周囲の燃料の揺動に影響さ
れることなく、常に精度良く行えることになる。

第２図は、上記燃料センサ６の拡大断面図、第３図は同
平面図であるが、燃料センサ６はセンサ支持体１１を介
してぜん回漕３の底部に固定されているとともに、この
センサ支持体１１の上方には、ビス１６．１６を介して
基板１２が固定されている。

この基板１りは、１００μｍ程度の厚さでアルミナやシ
リカ等の無機質材料より形成され、この基板１２上には
スパッタリング法等で燃料１０の組成分比を検出する薄
膜抵抗１５が蒸着形成されている。

この薄膜抵抗１５は、０．５〜１μｍ程度の厚さで、白
金やニッケル等の金属材料より形成されるとともに、こ
の薄膜抵抗１５の両端部には、同じくスパッタリング法
等で電極１３．１３が蒸着形成されている。

この電極１３は、２〜４μｍ程度の厚さで、白金、金ま
たはニッケル等の金属祠料より形成され、リード線８を
介してセンサ回路７と接続されるよう構成されている。

第４図には、上記センサ回路７の回路構成図が示されて
いる。

同図において、一定の周波数信号を出力する発振器２１
は単安定マルチバイブレータ２２と接続されている。

この単安定マルチバイブレータ２２は、発振器２１の立
上り時に信号を発生し、所定の間この信号を一定に保つ
（第６図参照）。

次に、単安定マルチバイブレータ２２からの信号は、ト
ランジスタ２４に入力される。

そして、このトランジスタ２４がオフのときは、燃料セ
ンサ６を構成する薄膜抵抗１５の抵抗値Ｒと抵抗２５の
抵抗値Ｒｏとの比率に依存する所定電圧か燃料センサ６
に印加される。

一方、トランジスタ２４がオンのときは、燃料センサ６
には電圧は印加されない。

また、バッテリ電源ＶＣＣからの電圧は、抵抗２６Ａと
抵抗２６Ｂの抵抗比に応じて比較器２７の一側入力嫡子
２７ａに入力される。

一方、燃料センサ６に印加される電圧は、比較器２７の
他側入力端子２７ｂに入力される。

次に比較器２７は、上記入力端子２７ａおよび２７ｂに
人力された２つのパノノ信号の大小比較を行い、入力端
子２７ｂに入力される部位■の信号レベルが入力端子２
７　ａに入力される部位■′の信号レベルより大きい場
合のみオフされるよう構成されている。

さらに、この比較器２７を通過した信号は、ＡＮＤ回路
２８の一側入力端子２８ａに入力される。

また、ＡＮＤ回路２８の他側入力端子２８ｂには、単安
定マルチバイブレータ２２の信号出力が、反転器２９に
より反転された信号として入力される。

従って、ＡＮＤ回路２８は比較器２７から出力される部
位■の信号と、反転器２９を介して出力される部位■の
信号のＡＮＤをとり、第６図に示す如く部位■の信号と
して出力される。

本発明に係わる燃料センサ６は上記の如く構成されてい
るが、次にその動作を説明する。

第５図は、熱伝導率の異なる２種類の燃料１０Ａ、１０
Ｂ中に燃料センサを浸漬させた場合の薄膜抵抗１５の抵
抗値変化を示すタイムチレートである。

同図において、時刻Ｔ１の時点で燃料センサ６に対する
給電を開始する。

これによって薄膜抵抗１５の温度が上昇し、同時にその
抵抗値Ｒも抵抗温度係数に応じて上昇する。

次に、一定時間経過後、燃料センサ６への供給熱量と燃
料センサ６の表面から燃料中に放出される熱量が平衡状
態になると、薄膜抵抗１５の抵抗値Ｒは第５図で直線り
の如く一定の値となる。

次に、一定時間経過後時刻Ｔ２の時点で燃料センサ６へ
の給電を絶つ。

すると、薄膜抵抗１５は、燃料１０Ａ、１０Ｂの持つ固
有の熱伝導率に応じて冷却され、抵抗値Ｒも低下されて
いく。

ところで、第５図において、燃料１０Ａは燃料１０Ｂよ
り熱伝導率の大きい燃料でおり、同図に示す如く熱伝導
率の大きい燃料１０Ａ中に燃料センサ６が配置された場
合の方が薄膜抵抗１５の抵抗値Ｒの低下率は大きい。

そこで、センサ６への給電が停止された時刻Ｔ２からの
薄膜抵抗１５の抵抗値変化を測定し、抵抗値Ｒが所定の
抵抗値に低下するまでの経過時間を検出することにより
Ｈ’Ａ’Ａ低抗１５が浸漬された燃料の熱伝導率特性が
特定される。

そして、これにより燃料の組成比を検出することも可能
で市る。

次に、上記の如き燃料センサ６を用いてアルコール混合
ガソリン中のアルコール濃度を検出する場合について述
べる。

例えば、メチルアルコール混合ガソリンを例にとると、
メチルアルコールの熱伝導率は２．１１ｘ１０”　（ｗ
ａｔｔ／ｍ−に、３０’Ｃ）　、ガソリンの熱伝導率は
’＋、４−７〜１．４−８ｘ１０−’　（ｗａｔ’ｔ／
ｍ−Ｋ。

２０’Ｃ）で、ガソリンに比べてメチルアルコールの熱
伝導率は約４４％大ぎい。

従って、メチルアルコール混合ガソリンの場合、メチル
アルコールの濃度が高い程混合ガソリンの有する熱伝導
率は大きくなる。

すなわち、第５図で燃料１０△はメチルアルコール濃度
が５０％の混合ガソリン、燃料１０Ｂはメチルアルコー
ル濃度が３０％の混合ガソリンを示している。

このように、センサ６への給電か停止された時刻Ｔ２か
らの薄膜抵抗１５の抵抗値変化を測定し、抵抗値Ｒが所
定の抵抗値に低下するまでの経過時間を検出することに
よって薄膜抵抗１５が浸漬された燃料の熱伝導率が特定
され、これによってアルコール混合ガソリンのアルコー
ル濃度も検出することができることになる。

ところで、アルコール混合ガソリンには、アルコールの
種類、アルコール濃度、混合ガソリンの温度に応じた水
の許容濃度がある。

この許容される濃度以上に水が溶は込むと相分離と呼ば
れる現象が発生し、混合ガソリンには、アルコールのみ
の相と、アルコール濃度が低下した混合ガソリンの相と
に分離し、ざらに水が溶は込むと、再下層には水の相の
みが分離する。

ところで、上記相分離現象が生じる水の濃度をメチルア
ルコール混合ガソリンを例として説明すると、例えばメ
チルアルコール濃度か１０％、２０％、３０％、４０％
＋５０％の場合、相分離現象の生じる水の濃度はそれぞ
れ０．３％、０．５％、０．８％、１．２％、１，７％
である。

ただし、混合ガソリンの温度は２８°Ｃ１ガソリンは市
販の無鉛ガソリン、メチルアルコールは試薬１級品、水
は蒸溜水を使用した場合でおる。

ここで、水の熱伝導率は６．０７Ｘ１０”　（Ｗａｕ／
ｍ−Ｋ、　３０’Ｃ）で市るが、相分離現象が生ずる水
の濃度は上記の如く極めて小さい。

従って、相分離現象前に溶は込んだ水の量は極めて微量
で、熱伝導率に与える影響も微小である。

従って、溶は込んだ水の量を無視してもアルコール濃度
の検出はほとんど影響がないことなる。

上記の如く、本実施例では、燃料の有する固有の熱伝導
率を利用して、燃料センサ６に設けられた薄膜抵抗１５
の抵抗値Ｒが所定の抵抗値にまで低下する経過時間を検
出することにより燃料の組成比を検出するようなされて
いるが、次に上記の場合のセンサ回路７の動作を説明す
る。

第６図は、第４図に示したセンサ回路構成図における各
部位の動作状態を示す信号波形図であるが、同図に示す
如く、燃料センサ６に対する給電が時刻Ｔ１で開始され
ると、一定時間経過後の時刻Ｔ２まで給電が継続される
よう予め発振器２１と単安定マルチバイブレータ２２は
構成されている。

そして、燃料センサ６に対する給電が停止されると、薄
膜抵抗１５が冷却され始めるとともに、その抵抗値Ｒも
低下するので、部位■の信号出力は徐々に大きくなる。

そして、この実施例では、上記薄膜抵抗１５の抵抗値Ｒ
が予め定められた値まで低下する時間、ずなわち部位■
の信号出力が予め定められた値まで大きくなる時間を検
出することにより、燃料の組成比を検出する構成とされ
ている。

ところで、部位■−の信号出力は、抵抗２６Ａと抵抗２
６Ｂで決定される電圧比により決められる。

従って、薄膜抵抗１５の抵抗値Ｒが徐々に低下し、所定
の抵抗値になったとぎ、すなわち部位■の電圧が部位■
−の電圧に等しくなったとき（第６図でＱ点）、比較器
２７が動作し、このときの時刻Ｔ×が検出されるととも
に、部位■の信号はオフ状態となるよう構成されている
。

一方、この部位■の信号と部位■の信号はＡＮＤ回路２
８によりＡＮＤ信号を形成することにより、部位■の信
号か得られる。

従って、部位■の信号が示す立上り時刻Ｔ２から立下り
時刻下×までの時間Ｔ　Ｘ−Ｔ２が、薄膜抵抗１５を所
定温度に上昇させた後に所定温度（すなわち所定抵抗値
）に至らせた時間に相当することになる。

そして、□このＴＸ−Ｔ２の時間をカウンタて計測する
ことにより、燃料センサ６が所定の温度まで下降する時
間か求められ、燃料の組成比に応じた下降時間か得られ
ることになる。

ところで、本実施例では上記の如く、燃料センサ６を構
成する薄膜抵抗１５への給電を停止して＝　１５− から薄膜抵抗１５の抵抗値Ｒが一定値まで低下する時間
を検出することにより燃料組成比を検出するようなされ
ているが、その他、薄膜抵抗１５への給電が停止された
ときの薄膜抵抗１５の抵抗値と、給電か停止されてから
一定時間経過後の薄膜抵抗１５の抵抗値を比較し、一定
時間経過後の抵抗値の変化率を検出することにより燃料
の組成比を検出することもてきる。

この場合、良く知られているようにホイーストンブリッ
チ回路を利用して、一定時間経過前後の抵抗値差を電圧
差として検出するよう構成することができる。

一方、上記実施例においては、燃料センサ６を構成する
薄膜抵抗１５への給電を停止した時刻下２から、薄膜抵
抗１５の抵抗値が所定の値に低下するまでの時間下×を
検出し、これにより燃料の組成比を検出したが、薄膜抵
抗１５への給電開始時Ｔ１から薄膜抵抗１５の抵抗値Ｒ
が所定の抵抗値まで上昇する時間（第５図で丁ｙＴ＋）
を検出することにより燃料の組成比を検出することも＝
　１６− できる。

本実施例に係わる燃料センサは、上記の如く、燃料の熱
伝導率の違いを利用して、その組成比を検出するような
されている。

このため、従来の誘電率の違いを利用した燃料センサの
如く、導電性物質が燃料中に混入されたとき誘電特性が
不安定となり、燃料の組成比検出の誤差が増大するとい
うことはない。

また、従来の光の屈折率の違いを利用した燃料センサの
如く、ガソリンの着色剤に影響されて、着色剤の色に応
じて燃料の屈折率が変わったり、また燃料の持つ色彩が
経時的に変化し、これにより燃料の組成比検出誤差が増
大するということもない。

従って、常に安定して精度良く燃料の組成比を検出する
ことかできることになる。

（発明の効果）本発明に係わる燃料センサは、上記の如く、薄膜抵抗を
常時燃料か浸漬するよう燃料タンク内底位位置に配置し
、この薄膜抵抗に一定時間給電して薄膜抵抗の抵抗値を
上昇させるとともに、一定時間経過後は前記薄膜抵抗へ
の給電を停止して薄膜抵抗の抵抗値を下降させ、該抵抗
値が所定値変化する経過時間に基づいて燃料の熱伝導率
特性を検出するよう構成したので、燃料中に溶ける水や
燃料の色彩に影響されることなく、常に精度良く混合燃
料の組成比を検出することをかできる等の効果を有する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る燃料センサが燃料タンク内に配置
された場合の断面図、第２図は燃料センサの拡大断面図
、第３図は同平面図、第４図はセンサ回路の回路構成図
、第５図は異なる燃料中に浸漬された場合の薄膜抵抗の
抵抗値の変化を示すタイムチャート、第６図は第４図に
示されたセンサ回路構成図の各部位における信号波形図
である。１・・・燃料タンク３・・・ぜん四槽６・・・燃料センサ７・・・センサ回路１２・・・基板１３・・・電極１５・・・薄膜抵抗２１・・・発振器２２・・・単安定マルチバイブレータ２７・・・比較器２８・・・ＡＮＤ回路特許出願人　日産自動車株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

１、基板の表面上に設けられた薄膜抵抗を常時燃料が浸
漬するよう燃料タンク内底位位置に配置し、前記薄膜抵
抗に一定時間給電して薄膜抵抗の抵抗値を上昇させると
ともに一定時間経過後は前記薄膜抵抗への給電を停止し
て薄膜抵抗の抵抗値を下降させ、前記抵抗値が所定量変
化する経過時間に基づいて前記燃料の熱伝導率特性を検
出することを特徴とする燃料センサ。