JPH0247487Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は内燃機関用燃料としてのガソリン〜ア
ルコール混合液の、ガソリン〜アルコール混合比
を検知するための光電変換型センサに関する。

〔従来の技術〕

人や物を移送する乗物を動かすために、また工
業製品の原料として、今や日常生活に不可欠の存
在となつている石油資源も将来確実に枯渇への一
途をたどる運命にある。対応策として極く短期間
間を隔てて再生産が可能な植物や天然ガス、石炭
等を原料としてアルコールを製造し、ガソリンと
混合する事によつて石油消費量を極力抑制しよう
とする計画が各地で進められている。

〔考案が解決しようとする問題点〕 内燃機関殊に自動車用エンジンの場合には、上
記の問題とも関連して極力燃焼効率を高めるため
に、また有害な燃焼排ガスによる人体への悪影響
をできるだけ少なくするために、エンジンシリン
グ内に供給する混合気の空気対燃料の比率とか点
火時期は殊に厳密に制御する必要がある。そして
燃料の種類が異なる毎にこれらの制御条件は当然
に変更されなければならない。ガソリン〜アルコ
ール混合燃料の場合には、市場での使い勝手を考
えれば混合燃料とガソリンとの混用も可能なシス
テムとすることが望ましい。

本考案は内燃機関の燃料供給系に組み込んでガ
ソリン〜アルコール混合比を連続的に計測し、内
燃機関の自動燃焼制御装置にフイードバツク制御
情報を供給するための、計測精度の向上されたガ
ソリン〜アルコール混合比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〕

上記の目的を達成するため本考案のガソリン〜
アルコール混合比センサは、両端部を把持用部材
で支持すると共に、外周面をガソリン〜アルコー
ル混合液に接触させた棒状透光体の、一方の端面
に発光素子を、他方の端面に発光素子を、これら
三者の各々の光束通過方向中心線を一致させて取
付けたガソリン〜アルコール混合比センサにおい
て、前記棒状透光体の長さと半径及び前記把持用
部材の取付け方法は、前記棒状透光体の一方の端
面に入射し、ガソリン〜アルコールの混合比が
100：０〜０：100の混合液との接触界面に臨界角
をもつて照射された光のすべてが唯一回だけ全反
射した後、他方の端面に到達する様に設定する構
成を採用した。

〔作用および考案の効果〕

上記の如き構成を備えた本考案による混合比セ
ンサは、棒状透光体の長さと半径及び透光体の把
持用部材の取付け方法を、棒状透光体の一端面に
入射し、ガソリン〜アルコールの混合比が、
100：０〜０：100の混合液との接触界面に臨界角
をもつて照射された光のすべてが唯一回だけ全反
射した後、他端面に到達する様に設定することに
よつて、棒状透光体の一端面から透光体内に侵入
した光が他端面に到達するまでに２回以上全反射
を繰返す様な形状寸法をもつた棒状透光体に較べ
て、透光体内を進行する光がその外周面から外界
に散逸したり、光路長の延長によつて減衰する度
合を充分に少なくすることができる。

実験による確認結果として、透光体内を通過す
る光が全反射を繰り返す回数が増す程、ガソリン
〜アルコール混合比の変化に対する発光素子の出
力電圧の直線的変化性向は失われて行くので、透
光体内で光の全反射が一回だけしか行われない本
考案のセンサはガソリン〜アルコール混合比対電
気出力の間に充分に良好な直線的変化関係が保た
れてセンサの計測精度を高めることができる。

この様なセンサの計測精度向上策は、センサの
製作上格別な付加的支出を要しない。

〔実施例〕

以下に付図に示す実施例に基づいて本考案の具
体的な構成を説明する。

第１図は本考案による一実施例センサの側断面
図であつて、ガラス製の棒状透光体１の両端部は
金属や合成樹脂などで作られた異径内空部を備え
短筒形の把持用部材４又は５の一端側内空部に嵌
合されている。そして把持用部材４の他端側内空
部には、発光素子としての発光ダイオード２がそ
の発光部を棒状透光体１の一方の端面１ａに対向
させて各々の光束進行方向の中心線が一致する様
嵌着されている。２ａと２ｂはダイオード２の入
力端子である。又把持用部材５の他端側内空部に
は、発光素子としてのホトダイオード３がその受
光面を棒状透光体１の他方の端面１ｂに対向させ
て各々の光束進行方向の中心線が一致するように
嵌着されている。３ａと３ｂはホトダイオード３
の出力端子である。

両把持用部材４と５の間には、これら両部材の
外周面に掛け渡す様にして筒状ケーシング６が嵌
着されており、棒状透光体１と筒状ケーシング６
との間の円筒状閉鎖空間は、混合比を計測すべき
ガソリン〜アルコール混合液を棒状透光体１に接
触させるための混合液溜７としての役割を果す。
筒状ケーシング６には被計測混合液の流入口継手
６ａと流出口継手６ｂが設けられている。また両
把持用部材４と５の内壁面には、これら部材と棒
状透光体１との接触間隙から混合液が外界に漏れ
出ることを防ぐためのＯリング８のはめ込み用溝
８ａを設けてある。

第３図は電子制御式燃料噴射装置が組込まれた
自動車用エンジンの作動制御システム図であつ
て、４０はエンジンシリンダ、５０はエンジンの
キースイツチ、５１は制御回路、５５は車載バツ
テリ電源、２０は燃料タンク、Ａは本考案による
ガソリン〜アルコール混合比センサである。

燃料系統の主要構成部品としての２１は燃硫ポ
ンプ、２３はプレツシヤレギユレータ、２４はイ
ンジエクタ、２６はコールドスタートインジエク
タ、２５はイグニツシヨンコイルであり、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はスロツトバルブ、３４はスロ
ツトルポジシヨンセンサ、３５は吸気管、３６は
排気管である。又５２は酸素センサ、５３はエン
ジン冷却水温センサである。

次に上記実施例センサＡの作動について第１図
〜第３図を参照しながら説明する。エンジンキー
スイツチ５０をスタート位置にセツトすることに
よつてエンジンが起動すると共に制御回路５１へ
の作動電力の供給が行われる。燃料タンク２０に
貯えられているガソリンとアルコール（一般には
メタノール５）との任意の割合の混合液としての
燃料は、燃料ポンプ２１の働きによつて燃料配管
２２をたどつてインジエクタ２４に供給される。
インジエクタ２４は制御回路５１の指示に従つて
その時々のエンジン運転条件に最も適した量の燃
料混合液を吸気管３５内に向けて噴射させる。

混合比センサＡはこの燃料配管２２の途中に介
在させるようにしてその混合液流入口継手６ａと
流出口継手６ｂがそれぞれ配管２２に接続されて
いる。そして発光素子２には制御回路５１から定
電圧電流が継続的に流されるので、発光素子（発
光ダイオード）２から放射された光は素子の発光
面に対置されている棒状透光体の一方の端面から
透光体１内に侵入する。透光体１は第１図に描か
れているように燃料混合液Ｃが満たされている筒
状ケーシング６内に納まつており、外周面は混合
液と接触する状態にあるので、混合液Ｃとの接触
界面における透光体１の臨界角に達するよりも小
さな入射角をもつて端面１ａから侵入した光は接
触界面で全反射し透光体１の他方の端面１ｂに到
達し、この端面に向けて対置されている発光素子
（ホトダイオード）３の受光面を照射するので、
素子の出力端子３ａと３ｂ間には照射光量に比例
した出力が生ずる。一方上記の臨界角に達するよ
りも大きな入射角をもつて侵入した光は、透光体
１の外周面に到達した後透光体１の外に逃がれ出
るので、発光素子３に出力を生ぜしめることは全
く関与しない。

混合液Ｃとの接触界面における透光体１の臨界
角は混合液の構成成分であるガソリンとアルコー
ルの混合比の如何によつて当然に変化するので、
発光素子２から発した光のうち透光体１内で、唯
一回全反射して発光素子３の発光面に到達する光
量の割合は、ガソリン〜アルコールの混合比の変
動に伴つて変化することになる。従つて発光素子
３の出力とガソリン〜アルコール混合比の関係デ
ータをあらかじめ実験的に求めて置くことによつ
て、発光素子の出力をガソリン〜アルコール混合
比に換算した値として求めることは電子回路を利
用して容易に行うことができ、混合比センサとし
の機能が果たされる。

ところで上記のような構造を備えた混合比セン
サＡについて、本願考案者等は主として棒状透光
体１の寸法及びその取付け方法を様々に変えた場
合に、発光素子３の出力電圧とガソリン〜アルコ
ール混合液の混合比との相関グラフの形状が如何
に変化するかを確かめるための一連の実験を行つ
た所、棒状透光体１の直径を一定に保つたうえで
その長さを変化させると、比較的短い長さの範囲
においてはグラフはほぼ直線を描くがそれ以上に
長さを増して行くと、グラフの直線性は次第に失
われていくことが確められた。この実験結果をま
とめて示したのが第４図のグラフである。グラフ
(イ)は比較的短い長さの透光体１を用いたセンサに
ついて、グラフ(ロ)はそれより長い透光体１を組込
んだセンサについて、またグラフ(ハ)は更に長い透
光体１を使用したセンサについてそれぞれ描かれ
たものである。

発光素子３の出力とガソリン〜アルコール混合
液の混合比との相関グラフは直線に近い程、混合
比センサとしての計測精度が高められることは当
然なので、第３図中のグラフ(イ)に描かれているよ
うな特性を備えたセンサを作り出すことが求めら
れる。グラフ(ロ)〜(ハ)の様に次第に直線性が失われ
て行く主因は透光体１の長さが増すに従つて透光
体内での光の反射回数が増し又光路長も延長され
るので光の減衰度合が高まつて行くためと解する
ことができる。

この様な実験結果を参照しながら結論付けられ
た事は、発光素子３の出力電圧と被計測混合液の
ガソリン〜アルコール混合比との間の直線的相関
関係を保たせることによつて計測精度の高い混合
比センサを得るためには、棒状透光体１の一端面
に入射し、ガソリン〜アルコールの混合比が
100：０〜０〜100の混合液との接触界面に臨界角
をもつて入射した光のすべてが唯一回だけ全反射
した後、他端面に到達する様に棒状透光体１の長
さと半径及び把持部材への取付け方法を設定すれ
ばよいということである。

そこで今棒状透光体１の長さをＬ、半径をｒ、
把持用部材４の光の進行方向長さをｄ、前記長さ
Ｌが前記他端面に取付けた把持用部材５の光進行
方向長さを差し引いた値をＤ、発光素子の発光面
から透光体の一方の端面までの距離をｎとし、
100％アルコールに接する界面における透光体の
臨界角をθa、この臨界角を生ぜしめる光の入射
角をφa、100％ガソリンに接する界面における透
光体の臨界角をθg、この臨界角を生ぜしめる光
の入射角をφgと置いて、前記のような棒状透光
体１内における光の進行条件が満たされる様な、
棒状透光体１の長さＬ及び半径ｒ、そして把持用
部材４の長さｄの値を計算によつて求めた所、下
記の不等式(1)〜(3)を成立させられる様にこれらの
値を設定すればよいことがわかつた（第２図参
照）。

Ｌ＜（3r−ｄ tan φa）tan θa ……(1) Ｄ＞（ｒ−ｄ tan φg）tan θg ……(2) ｄ＜（ｒ−ｄ tan φa）tan θa ……(3) 上記の入射角φおよび臨界角θは、メタノール
及び市販のレギユラーガソリンについて20℃の温
度下で実測した値が、φa＝39.4゜、θa＝64.4゜、φg
＝20.9゜、θg＝75.9゜であるので、例えば透光体１
の半径ｒを2.0（mm）、発光素子２の発光面から透
光体の一端面１ａまでの距離を1.2と設定した場
合には、(1)〜(3)式からＬ＜10.6、Ｄ＞5.8、ｄ＜
2.1mmの値を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による一実施例センサの側断面
図、第２図は本考案目的を達成するために必要
な、棒状透光体の長さと半径及び取付け方法を決
定するための計算式を導き出すための光の進路解
析図、第３図は本考案センサを組込んだ自動車エ
ンジン用の電子制御燃料噴射装置のシステム図、
第４図はセンサ発光素子の出力電圧対ガソリン〜
アルコール混合比の相関グラフの形状が棒状透光
体の寸法によつて左右される有様を示した図であ
る。 図中、Ａ……混合比センサ、１……棒状透光
体、２……発光素子、３……受光素子、４，５…
…把持用部材、６……筒状ケーシング、Ｃ……混
合液、Ｌ……棒状透光体の長さ、ｄ……一方の端
面側の把持用部材の長さ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 両端部を把持用部材で支持すると共に、外周
   面をガソリン〜アルコール混合液に接触させた
   棒状透光体の、一方の端面に発光素子を、他方
   の端面に受光素子を、これら三者の各々の光束
   通過方向中心線を一致させて取付けたガソリン
   〜アルコール混合比センサにおいて、 前記棒状透光体の長さと半径及び前記把持用
   部材の取付け方法は、前記棒状透光体の一方の
   端面に入射し、ガソリン〜アルコールの混合比
   が100：０〜０：100の混合液との接触界面に臨
   界角をもつて照射された光のすべてが唯一回だ
   け全反射した後、他方の端面に到達する様に設
   定されていることを特徴とするガソリン〜アル
   コール混合比センサ。 ２ 前記棒状透光体の長さをＬ、半径をｒ、前記
   一方の端面に取付けた前記把持用部材の光進行
   方向長さをｄ、前記長さＬから前記他方の端面
   に取付けた前記把持用部材の光進行方向長さを
   差し引いた値をＤ、前記発光素子の発光面から
   前記一方の端面までの距離をｎとし、100％ア
   ルコールに接する界面における前記棒状透光体
   の臨界角をθa、この臨界角を生ぜしめる光の
   入射角をφa、100％ガソリンに接する界面にお
   ける前記棒状導光体の入射角をθq、この臨界
   角を生ぜしめる光の入射角をφgとした時、前
   記Ｌ、Ｄ、及びｎの値は下記の不等式 Ｌ＜（3r−ｄ tan φa）tan θa Ｄ＞（ｒ−ｄ tan φg）tan θg ｄ＜（ｒ−ｄ tan φa）tan θa をそれぞれ成立させる様に設定されていること
   を特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記
   載のガソリン〜アルコール混合比センサ。