JPH02201146A - 燃料のアルコール含有量およびまたは発熱量を測定する方法 - 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、燃料のアルコール含有量およびまたは発熱量
を測定する方法に関する。

〔従来の技術〕

化石エネルギー、特に原油から得られる燃料の蓄えが長
い間制限されてきたことを考慮して、および環境保護の
要求が増してきたことを考慮して、この燃料にメチルア
ルコールまたはエチルアルコールを益々混合するように
なってきている。その際、純燃料の任意のタンクと混合
燃料のタンクでも可能である。アルコール成分が多い場
合には、内燃機関の最適な作動を達成するため、および
特に運転状態に正確に適合する燃料配分を可能にするた
めに、混合比を知ることが必要である。その際、燃料の
任意のタンクによってあらゆる混合が達成可能である車
両エンジンの場合に、運転中に内燃機関に供給される燃
料のアルコール含有量を絶え間無く測定することは特別
な問題を含んでいる。

この目的のためには、公知の光学的な方法は全く適して
いない。なぜなら、この方法のほとんどが、屈折率を測
定するために境界面効果を利用し、そしてアルコール成
分を推論しているからである。車両エンジンの場合に評
価が困難であるということは別にして、この方法は、測
定観察すべき混合物が高い均質度を有していなければな
らず、この均質度が特に境界面にも存在しなければなら
ないという欠点がある。この方法では必要な精度は得ら
れなかった。

従って、誘電性測定によって燃料中のアルコール成分を
確かめることが提案された。このような方法は、境界面
効果の測定の問題点が除去されるという利点があった。

なぜなら、測定が容量的に行われるからである。他方で
は、容量的な誘電性測定には、混合物のコンダクタンス
が強く関与する（横方向感度）。しかし、コンダクタン
スが不純物または水成分に非常に依存するので、このよ
うな測定方法も使用不可能である。

ブラジルのサンパウロ州の文献″’　Ｐｒｏｃｅｅｄ　
ｉｎｇｓｏｆ　　ｔｈｅ　　Ｆｏｕｒｔｈ　　Ｉｎｔｅ
ｒｎａｔｉｏｎａｌ　　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎ　　＾
Ｉｃｏｈｏｌ　　Ｆｕｅｌｓ　　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
’　（１９８０年ｌＯ月５日）には、誘電性測定による
燃料のアルコール含有量の検出例が記載されている。し
かし、温度とコンダクタンスに影響に基づいて（水成分
または燃料中の他の汚染物質によって生じる）、この方
法は受入れられなかった。なぜなら、内燃機関にとって
適切で確実な測定を行うことができなかったからである
。

〔発明の課題〕

本発明の根底をなす課題は、特に車両エンジンへの適用
において、燃料のアルコール含有量およびまたは発熱量
の正確で確実な測定を許容する方法を提供することであ
る。

（課題を解決するための手段） 本発明では、燃料のアルコール含有量およびまたは発熱
量を測定する方法は、電ｍ波の一つまたは複数の拡散パ
ラメータが、少なくとも部分的に燃料を充填した導波管
または共振器で測定され、そして評価回路でアルコール
含有量およびまたは発熱量の尺度として評価されること
を特徴とする。

好ましい実施形では、燃料を充填した導波管内で、二つ
以上の個所の間の電磁波の通過時間または通過時間の差
が測定され、そしてアルコール含有量およびまたは発熱
量の尺度として計算または回路技術的に評価される。

更に、反射した波の通過時間がアルコール含有量および
または発熱量の尺度として評価されると有利である。

測定の高い精度を得るために、およびまたは燃料の不純
物または添加物の影響を少なくとも部分的に補正するた
めに、複数の拡散パラメータが求められ、そして組み合
わせて評価されると合目的である。

温度の影響や電磁的な照射に対する外乱不感度、構造寸
法、接触、導体ガイド、ノイズ放射等に関する利点を得
るために、測定回路および場合によっては評価回路を全
体的にまたは部分的に導波管または共振器に統合するこ
とができる。

他の有利な実施形に関しては、特許請求の範囲の従属項
と実施例の説明を参照されたし。

拡散パラメータは例えば位相速度、位相定数（位相角度
）、減衰定数、特性インピーダンス（波抵抗）、分散お
よび導体波長である。この量はすべて、高周波数導体ま
たは共振器に充填される燃料の物質パラメータに依存す
る。

特に、この量の依存関係は誘電率に損する。

誘電率は燃料の使用される混合比に依存する。

更に、導電性もこの拡散パラメータに入る。拡散パラメ
ータは混合比に依存し、燃料中の添加物または不純物に
よって影響を受ける。

〔発明の効果〕

本発明による方法の利点は特に、前記の拡散パラメータ
が幾何学的な量に対して関わりがないので、製作誤差が
問題にならないこと記ある。

これは製作コスト的に有利である。なぜなら、製作誤差
を補償するための調整処置が不要であり、大きな誤差を
受は入れることができるからである。

〔実施例］ 本発明の実施例を図に基づいて説明する。

第１図において、縦座標には誘電性測定の値が記入して
あり、横座標にはコンダクタンスＧが記入しである。線
ｌは燃料中の水成分が０％のときの、メタノール混入物
の成分に対する誘電性測定の値の依存関係を示している
。一方、線２は１（２０の成分が２．５％のときの、同
様な値を示している。線には、０％（ＭＯ）から１００
％（Ｍｌｏｏ）までの変化するメタノール成分のための
その都度の測定点が記入しである。

水成分が多い場合には、導電率が高いときに、Ｍ定の誘
電率が測定されることが判る。第１図に示した種類の、
経験的に求められた多数の曲線は、導電率と誘電率を組
み合わせて測定する際に、コンダクタンスを決めること
によって誘電性の測定を補正することを可能にする。

コンダクタンスを知ることにより、燃料の汚染による、
容量に対する横方向の影響を訂正することができる。第
１図に示すように、例えば燃料中の高い水成分は容量を
高めるように作用する。コンダクタンスを測定すること
により、容量の前記増大は、アルコール成分を決めると
きに考慮することができる。

評価する際に、長さに関連づけた導電率はＧ′と呼ばれ
、誘電率に依存する、長さに関連づけた容量はＣ′と呼
ばれる０例えば特性インピーダンス（波抵抗）について
次式が当てはまる。

ＺＬ−（Ｒ’　＋ＪωＬ’　）””Ｘ（Ｇ’　＋ｊωｃ
ｌ　）−１ｚｚこの場合、Ｒ′は導体によって生じる単
位長さ当たりの抵抗負荷、Ｌ′は単位長さ当たりのイン
ダクタンスの程度である。

減衰定数αと位相定数βは次式によって計算される。

α＋ｊβ＝（（Ｒ’　±ｊωＬ’　）Ｘ（Ｇ’　＋ｊω
Ｃ′）＞ｌ／Ｚ拡散速度（位相速度）は、 Ｖ　＝（Ｌ’　Ｃ’　）柑″ によって計算される。

好ましい実施例では、拡散パラメータとして、電磁波の
拡散速度（位相速度）が測定される。

この電磁波は導波管に充填した媒体の誘電率に強く依存
する。従って、拡散速度から、混合比または発熱量を、
計算によってまたは回路技術的に算定することができる
。

２個所またはそれ以上の個所の間の通過時間の差もしく
は通過時間を測定することによって拡散速度を求めると
、非常に有利である。その際、拡散速度を実際に定める
必要はなく、通過時間または通過時間の差が、計算によ
っであるいは回路技術的に直接、アルコール含有量また
は発熱量を測定するために役立つ。

このような回路の好ましい実施形が第２図に示しである
。導波管として、燃料が流れる管３が役立つ。この管は
金属のカバーを備え、管の中には内側導体４が組み込ま
れてい蚤。この内側導体はセンタリングディスク５によ
って所定の間隔をおいて中央に保持されている。

パルス発生器６は長方形のパルスを発生する。

このパルスは入ロアから、燃料管３によって形成された
導波管に入り、出口８から再び出て、そして評価回路１
０において、導線９を経て供給される元のパルスと比較
される。通過時間の差は被拡散速度の程度を表し、燃料
の組成に応じて変化する。これから、次の評価コンピュ
ータにおいて、アルコール含有量または発熱量を求める
ことができる。

上記の実施形は多数の例の一つにすぎない。

例えば導波管（例えば内側導体）内の特性インピーダン
ス（波抵抗）の象、激な変化によって、パルスの反射を
生じるようにしてもよい。入口には、反射したパルスが
、一つの区間のために必要な２倍の通過時間の後で、再
び達する。この通過時間は入ロアで直接測定されるので
、付加的な導線９は不要である。

改良した実施形では、充分に高い周波数で作動するとき
には、内側導体４を省略することができる。この周波数
は燃料管によって形成された中空導体のいわゆるカット
オフ周波数の向こう側にある。

燃料管によって形成された中空導体のカットオフ周波数
を測定することにより、他の有利な例が生じる。このカ
ットオフ周波数　　　　この周波数の上方では被拡散が
もはや生じないは、管の幾何学的な特性のほかに、素材
値、特に誘電率、ひいては燃料の組成に依存する。従っ
て、カットオフ周波数もアルコール含有量の程度を示す
。

カットホフ周波数の測定はいろいろな方法で行うことが
できる。二つの好ましい実施形が第３図に示しである。

希望の周波数にその都度台わせることができる周波数発
生器３１は、燃料を充填した導波管３２を供給個所３３
で供給する。接続解除個所３４には、検知器３５が接続
されている。この検知器はこの個所で信号が検出できる
力どうかを確かめる。周波数 この周波数の上では信号がもはや検出されないは、アル
コール含有量または発熱量の 程度を示す、第２の実施形は、供給個所３３に取付けら
れた検出器３６を使用している。この検出器は、供給個
所３３での電圧または電流を測定することにより、供給
された周波数が導波管を通って搬送されるかどうかを確
かめる。カットオフ周波数上側の周波数は搬送されず、
供給個所３３で反射する。その結果、供給個所３３では
、他の電流状態または電圧状態が生じる。

これは検出器３６によって測定される。周波数この周波
数の下では電圧状態が変化す る（電圧増大）　　　　はアルコール含有量または発熱
量の程度を示す。

例えば燃料通路のような、既に存在する燃料系の部分を
使用すると、非常に有利である。燃料系のこの部品は多
くは、横断面が長方形で導電性のある材料によって形成
されている。この材料はいわゆる中空導体としであるい
は中空室共振器として直に使用可能である。

好ましい実施形が第４図に示しである。ここでは、燃料
を含む共振器４Ｉの共振周波数を測定するために、能動
的な高周波数部品４２、例えばガン要素、アバランシュ
（ツェナー、なだれ）効果ダイオードまたはトンネルダ
イオードが使用される。これらの部品には、共振器４１
によって、充填媒体に依存する所定の共振周波数が印加
される。この共振周波数を回路４３で測定することによ
って、アルコール含有量または発熱量を測定することが
できる。共振器には本実施例では供給管４４を経て燃料
が供給される。矢印４５，４６．４７および４８に従っ
て、噴射ノズルの供給が行われ、そして燃料の一部が排
出管４９を経て共振器４１から再び圧力調整弁の方向に
出る。

比較的に高いこの共振周波数を評価するために、この共
振周波数は第２の周波数とミキシングすることによって
、評価をしやすい周波数範囲に下げることができる。

測定−および評価電子装置全体またはその一部を、燃料
を含む系、例えば上記の中空室共振器に統合すると、構
造寸法、ノイズ感度、ノイズ放射および温度の影響に関
して非常に有利である。

導波管の特性インピーダンスは、導波管内に含まれる物
質の物質値によっても決まる０例えば、材料の誘電率も
、特性インピーダンスに対して強い影響を与える。従っ
て、燃料を充填した導波管の特性インピーダンスを測定
することにより、このインピーダンスの大きさの決定、
ひいてはアルコール含有量または発熱量の検出が可能で
あるＪ 特性インピーダンスを測定するための有利な実施形は、
公知の特性インピーダンスへの移行時に反射する信号の
異なる振幅または位相を利用する。

他の有利な実施形では、電流およびまたは電圧の振幅お
よびまたは位相を測定することにより、導波管の特性イ
ンピーダンスを求めることができる。

例えば特性インピーダンスの想像部分と実体部分および
または通過時間およびまたは共振周波数のような測定さ
れた拡散パラメータの組み合わせは、アルコール含有量
または発熱量の測定の精度を高めることができる。なぜ
なら、これによって例えば測定への不純物のマイナスの
影響を相殺することができるからである。

波導体の拡散状態を測定するための好ましい実施形では
、導体の入口に、所定の形（例えば長方形）のパルスが
供給される。導体の拡散状態によって、異なる拡散速度
を有するいろいろな周波数成分を導体で案内することが
できる。

４゜ それによって、パルスのゆがみを生じる。導体の終端部
で、パルスの形状が分析され、それに基づいて、導波管
内に含まれる媒体の拡散、従って混合比または燃料の発
熱量が計算または回路技術的に推論される。

燃料のアルコール含有量およびまたは発熱量を測定する
方法の一層の改善は、燃料の温度を付加的に測定し、温
度の影響を相殺するために利用することによって達成さ
れる。

本発明による方法を噴射式内燃機関の制御または調整に
適用する場合には、供給される燃料のアルコール成分お
よびまたは発熱量の測定を、噴射量の予備制御のために
役立たせるように、空気比の微調整は公知の種類のラム
ダ調整によって行うことが好ましい。その際、測定−お
よびまたは評価回路を噴射系に回路−およびまたはプロ
グラム技術的に統合すると、−層有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、燃料の水含有量とメタノール含有量に依存す
る、コンダクタンスＧの関数としての誘電率を示すグラ
フ、第２図は二つの点の間の通過時間の差または通過時
間を測定することによって拡散速度を測定するための回
路を概略的に示す図、第３図はカットオフ周波数を決め
るための二つの好ましい実施形を説明する図、第４図は
内燃機関の燃料系の一部において本発明による方法を使
用する実施例を示す図である。 ３・・・燃料管、　４・・・内側導体、　５・・・セン
タリングディスク、　　６・・・ノマルス発生器、　７
・・・入口、　８・・・出口、９・・・導線、　　ＩＯ
・・・評価回路、　３１・・・周波数発生器、　３２・
・・導波管、３３・・・供給個所、　３４・・・接続解
除個所、　３５．３６・・・検出器、　４１・・・共振
器、　４２・・・高い周波数部員、　４３・・・回路、
　４４・・・供給管、　４９・・・υト出管 代理人　　弁理士　江　崎　光　好 代理人　　弁理士　江　崎　光　史

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料のアルコール含有量およびまたは発熱量を測定
   する方法において、電磁波の一つまたは複数の拡散パラ
   メータが、少なくとも部分的に燃料を充填した導波管ま
   たは共振器で測定され、そして評価回路でアルコール含
   有量およびまたは発熱量の尺度として評価されることを
   特徴とする燃料のアルコール含有量およびまたは発熱量
   を測定する方法。 ２、燃料を充填した導波管内で、二つ以上の個所の間の
   電磁波の通過時間または通過時間の差が測定され、そし
   てアルコール含有量およびまたは発熱量の尺度として計
   算または回路技術的に評価されることを特徴とする、請
   求項１記載の燃料のアルコール含有量およびまたは発熱
   量を測定する方法。 ３、反射した波の通過時間がアルコール含有量およびま
   たは発熱量の尺度として評価されることを特徴とする、
   請求項２記載の燃料のアルコール含有量およびまたは発
   熱量を測定する方法。 ４、燃料を充填した導波管のカットオフ周波数が測定さ
   れ、それ単独でまたは他の量と結びつけて、アルコール
   含有量およびまたは発熱量の尺度として評価されること
   を特徴とする、請求項１記載の燃料のアルコール含有量
   およびまたは発熱量を測定する方法。 ５、燃料を充填した導波管の特性インピーダンスが測定
   され、それ単独でまたは他の量と共に、アルコール含有
   量およびまたは発熱量の尺度として評価されることを特
   徴とする、請求項１記載の燃料のアルコール含有量およ
   びまたは発熱量を測定する方法。 ６、任意の導波管によって形成され燃料を充填した共振
   器の一つまたは複数の共振周波数を測定し、それ単独で
   または他の量と共に、アルコール含有量およびまたは発
   熱量の尺度として、回路技術的にまたは計算によって評
   価することを特徴とする、請求項１記載の燃料のアルコ
   ール含有量およびまたは発熱量を測定する方法。 ７、燃料を充填した導体に統合された能動的な高周波数
   部品の一つまたは複数の共振周波数を測定し、アルコー
   ル含有量およびまたは発熱量の尺度として、計算によっ
   てまたは回路技術的に評価することを特徴とする、請求
   項６記載の燃料のアルコール含有量およびまたは発熱量
   を測定する方法。 ８、アルコール含有量およびまたは発熱量を測定するた
   めに、導波管の拡散状態を求めて評価することを特徴と
   する、請求項１記載の燃料のアルコール含有量およびま
   たは発熱量を測定する方法。 ９、導波管として、内燃機関の燃料系に既にある元の部
   分または修正した部分を役立たせることを特徴とする、
   請求項１から請求項８までのいずれか一つに記載の燃料
   のアルコール含有量およびまたは発熱量を測定する方法
   。 １０、測定回路またはその部分が全体的にまたは部分的
   に導波管または共振器に統合されることを特徴とする、
   請求項１から請求項９までのいずれか一つに記載の燃料
   のアルコール含有量およびまたは発熱量を測定する方法
   。 １１、測定の精度を高めるためにおよびまたは燃料の不
   純物または添加物の影響を補正するために、複数の拡散
   パラメータが組み合わせて測定および評価されることを
   特徴とする、請求項１から請求項１０までのいずれか一
   つに記載の燃料のアルコール含有量およびまたは発熱量
   を測定する方法。 １２、燃料の温度が付加的に測定され、温度の影響を補
   正するために使用されることを特徴とする、請求項１か
   ら請求項１１までのいずれか一つに記載の燃料のアルコ
   ール含有量およびまたは発熱量を測定する方法。 １３、噴射式内燃機関の制御または調整に適用する場合
   に、供給された燃料のアルコール含有量およびまたは発
   熱量の測定が噴射量の予備制御のために役立ち、空気比
   の微調整がラムダ調整を介して行われることを特徴とす
   る、請求項１から請求項１２までのいずれか一つに記載
   の燃料のアルコール含有量およびまたは発熱量を測定す
   る方法。 １４、噴射式内燃機関に適用する場合に、測定−および
   または評価回路が噴射系に回路−およびまたはプログラ
   ム技術的に統合されることを特徴とする、請求項１から
   請求項１３までのいずれか一つに記載の燃料のアルコー
   ル含有量およびまたは発熱量を測定する方法。