JPH0344548A - 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、アルコール含有量または発熱量の特性量とし
ての、測定セル内に含まれる混合物の誘電率を測定する
ために、燃料を含む測定セル内で電気的に測定可能な量
を測定することにより、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、純燃料と混合燃料のタンクは
任意である。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なく測定する
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
分を准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。更に、光学分野では、使用されるガソリン
燃料の芳香族炭化水素の含有量に大きく左右されるので
、燃料会社や装入量に応じて、付加的な重大なエラーが
生じる。

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左右されるので、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　ｉｎ
ｇｓｏｆ　　ｔｈｅ　　Ｆｏｕｒｔｈ　　Ｉｎｔｅｒｎ
ａｔｉｏｎａｌ　　Ｓｙｐｏｓｉｕｍｏｎ　　　　Ａｌ
ｃｏｈｏｌ　　　　Ｆｕｅｌｓ　　　　Ｔｅｃｈｎｏ夏
ｏｇｙ”　（１９８０年１０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の影響（水成分また
は燃料中の他の汚染物質によって生じる）に基づいて、
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、特に車両用エンジンへの適
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可能にする、冒頭に述べた種類
の方法を提供することである。

〔発明の概要〕

この課題は本発明に従って、誘電率が測定セル内に形成
されたコンデンサの容量を測定することによって求めら
れ、このコンデンサの誘電体が測定セル内に含まれる燃
料によって形成され、容量の測定が燃料の導電率の影響
と無関係に、回路技術的におよびまたはコンピュータで
行われることによって解決される。

好ましい実施形では、交流電圧または交流電圧を重畳し
た直流電圧が、測定セル内の２個のコンデンサ電極に加
えられ、誘電率が流れる電流の特性量の実部およびまた
は虚部に依存して求められる。

その際、容量の測定が、測定セルに正弦波状の電圧を加
え、かつ測定セルを流れる電流の虚部を評価することに
よって行われると有利である。これは簡単な同期整流器
によっであるいは同じ周波数の余弦波状電圧との掛け算
によって行われる。このようにして生じる出力信号は容
量に比例する。

本発明の他の有利な特徴については、特許請求の範囲、
図面および以下の説明を参照されたし。

〔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１
１は燃料中の水成分が０％のときの、メタノール混合物
の成分に対する誘電性測定値の依存関係を示している。

一方、線１２は水の成分が２．５％のときの同様な誘電
性測定値を示している。線１１．１２には、０％から１
００％（ＭＯ〜Ｍ１．ＯＯ）まで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。

誘電率を測定するために容量（キャパシタンス）計測す
る場合、異なる導電率の影響によって困難が生じる。第
１図から、所定の水成分がコンダクタンスに対してどの
ような影響を及ぼすかが判る。酸や塩の場合にも、コン
ダクタンスに対する強い影響が観察される。この酸や塩
は低い濃度でも１、容量をそれほど変化させずに、コン
ダクタンスを大幅に増大させる。容量を測定するための
振動性回路では、いろいろなコンダクタンスが非常に消
極的に作用する。ＲＣ回路では、容量の測定エラーが生
じる。この測定エラーは後で、コンダクタンスの別の測
定によって補償しなければならない。ＬＣ回路では同様
に、測定エラーに関する問題から回路の基本的な振動能
力の問題まで、問題が生じる。

数学的な関係を適切な回路技術にあるいはコンピュータ
により解析することによってコンダクタンスの影響を抑
えることができる測定回路により、容量の測定を介して
（温度に依存して訂正を行う）、アルコール成分の正確
な測定が可能である。

第２図は、本発明による方法を実施するための測定セル
の好ましい実施形を示している。この測定セル内には、
燃料が流入部１４を経て達し、そして流出部１５から出
る。燃料流れは第２図の平面的な図示において、流路１
６．１７に分割される。この流路は中央シリンダ１８に
よって形成される。中央シリンダと外周壁１９の全体ま
たは一部が導電性であるので、測定セルのこの壁または
壁部分は、測定回路または評価回路のコンデンサの電極
となり得る。そして、第１の電極を構成する、測定セル
の少なくとも部分的に導電性である壁内において、少な
くとも部分的に導電性である、流れ体としての中央シリ
ンダ１８が、第２の電極を構成している。

中央シリンダ１８は外周壁１９と共に、測定容積を取り
囲む固有の測定コンデンサを形成している。接続部２１
．２２で、対応する値を計測可能である。

第３図の概略図から判るように、アルコール成分を混合
した燃料は、燃料タンク３０から管・３１を経て測定セ
ル１３に達し、そこから管３２を経て配置装置３３に達
する。この配置装置は通常は、適当な噴射ノズルを備え
た噴射ポンプである。燃料は直接的にまたは間接的に噴
射されてエンジン３４に供給される。

測定セル１３内で計測された容量とコンダクタンスの値
は、測定導体３５を経て共通の評価回路または評価ユニ
ット３６に供給される。その際特に、交流または交流に
重畳された直流が、測定セル内の二つのｐンデンサ電極
に加えられ、誘電率が実部およびまたは虚部に依存して
流れの特性値によって決まることが有利である。

評価回路３６から出力された信号は、導体３７を経て噴
射コンピュータ３日に達し、この噴射コンピュータは導
体３９を介して配量装置３３を制御する。

すなわち、その都度測定セル内で測定され、評価ユニッ
ト３６で評価された混合成分は、運転上変化せず、噴射
の方法が測定および評価された値に応じて変化する。好
ましい実施形では、噴射式内燃機関の制御または調整の
際に、供給された燃料のアルコール成分の測定は、噴射
量を予備制御するために役立ち一方、空気過剰率の微調
整は公知の種類のラムダ調整によって行われる。特に自
動車用エンジンにおいて、本発明による方法を噴射式内
燃機関に適用する場合には、共通の回路を評価ユニット
として、回路技術的におよびプログラム技術的に噴射系
に統合することが好ましい、他の利点は、測定セル１３
内の燃料の温度を付加的に測定し、温度による影響を補
償するために評価回路に入力することによって、方法技
術的に得られる。

第４図は容量測定のための回路の好ましい実施形を示し
ている。交流電圧源４１は、電流センサとして作動する
低い抵抗４２を介して、正弦波の電圧を測定セル４３に
加える。抵抗４２で電圧降下として測定される発生した
電流は、測定セルのコンダクタンス４４だけに依存する
実部と、測定セルの容１４５だけに依存する虚部を含ん
でいる。虚部だけを評価するために、測定された電流に
、掛け算器４・６で余弦波の電圧が掛けられる。この余
弦波の電圧は例えば正弦波の電圧から移相器４７を介し
て得られる。

掛け算器出力電圧の直流成分は低域フィルタ４８によっ
て抜き取られる。この直流成分は容量の尺度を示す。

掛け算の代わりに、簡単な同期整流を行うことができる
。

他の有利な実施形は第５図に示しである。この場合、コ
ンダクタンス５４と容量５５を有する測定セル５３で電
圧降下を測定するために、二つの電圧発生器５１．５２
の二つの異なる周波数が使用される。そして、整流器５
６と低域フィルタ５７を経て生じた出力電圧の値だけが
評価される。

好ましい実施形の他のグループの場合には、測定セルの
容量を、振動性回路の周波数を決める部材として使用す
ることができる。この場合、コンダクタンスは横方向影
響量を生じる。

第６図に示す好ましい実施形では、測定が二つの相で１
テわれる。この場合、第２の測定時に、コンデンサ６１
の所定の容量Ｃが測定セル６２の測定セル容量Ｃχに対
して並行に接続されている。それによって、二つの異な
る周波数が得られる。この周波数の評価は容量に関する
情報を供給する。簡単な場合、次式が当てはまる。

ｆ２　　　　　Ｃｘ ｆ　Ｉ　　　　Ｃｘ＋Ｃ 切り換えられた容量（コンデンサ）の代わりに、切り換
え可能な遅延部材を例えばフィードバック支線６３に挿
入すると、大量生産に関して非常に有利である。これは
容量の平行回路と同様に周波数を低下させるよう作用す
るので、周波数の同じような評価が達成される。

他の有利な実施形では、測定ブリッジ（抵抗ブリッジ）
によって測定が行われる。その際、ブリッジ調整は自動
的に行わなければならない。

この場合、容量のために調Ｉｆｆされた値は、測定セル
の容量の尺度として評価される。

誘電率とアルコール含有量の間の関係が温度に強く依存
するので、温度に依存しない出力量をアルコール含有量
の尺度として得るためには、容量測定値を燃料温度の値
と結びつける（リンケージする）と有利である。このリ
ンケージは出力電圧の線形化と共に、プロセッサによっ
て行うことができる。その際、通常噴射や点火に使用さ
れるプロセッサを使用すると、非常に有利である。

内燃機関の分野での他の使用のために、測定量のリンケ
ージと線形化をセンサで行い、しかもプロセッサを用い
ずにできるだけ簡単かつ低コストの回路で行うと有利で
ある。そのために、温度と容量の値がデジタル量として
プロゲラξング可能なモジュール（例えばＲＯＭ　、Ｅ
ＰＲＯＭ、ＰＡＬ　”）のアドレス回路に導かれる。対
応してプログラムされたＥＰＲＯＭ５等のデータ回路に
は、アルコール含有量に関する情報がデジタル形式で供
給され、場合によってはアナログ値に変換するためにＤ
／Ａ変換器に供給可能である。

出力導線の一つはエラー信号を出力するために使用可能
である。入力データの範囲超過、従ってセンサのエラー
機能を確かめることができる。

他の好ましい実施形では、次のような周波数または周波
数範囲が使用される。すなわち、所定の分極機構の停止
によって、停止周波数の直前に誘電率の増大が測定技術
的に利用される周波数または周波数範囲が使用される。

【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の関数として誘電率を示すグラフ、
第２図は本発明による方法を実施するための測定セルの
好ましい例を示す図、第３図は噴射内燃機関を制御また
は調整するために、本発明による方法を使用する装置を
概略的に示す図、第４図は容量測定によって誘電率を確
かめるための回路の好ましい実施形を示す図、第５図は
いろいろな周波数によって測定を行う回路の好ましい実
施例を示す図、第６図は二つの相で測定を行う他の好ま
しい実施形を示す図である。 １３．４３．５３・・・測定セル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルコール含有量または発熱量の特性量として、測
   定セル内に含まれる混合物の誘電率を測定するために、
   燃料を含む測定セル内の電気的に測定可能な量を測定す
   ることによって、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、 誘電率が測定セル内に形成されたコンデンサの容量を測
   定することによって求められ、このコンデンサの誘電体
   が測定セル内に含まれる燃料によって形成され、 容量の測定が燃料の導電率の影響と無関係に、回路技術
   的におよびまたはコンピュータで行われることを特徴と
   する方法。 ２、交流電圧または交流電圧を重畳した直流電圧が、測
   定セル内の２個のコンデンサ電極に加えられ、誘電率が
   流れる電流の特性量の実部およびまたは虚部に依存して
   求められることを特徴とする、請求項１記載の方法。 ３、容量の測定が、燃料を含む測定セル内のコンデンサ
   電極に、正弦波状の電圧を加え、かつ電流の虚部を評価
   することによって行われることを特徴とする、請求項１
   または請求項２記載の方法。 ４、測定セルを通る電流の電圧降下の評価が、異なる二
   つの周波数の場合の値に関してのみ行われることを特徴
   とする、請求項１または請求項２記載の方法。 ５、容量が振動性回路内で測定され、この回路では、測
   定セル内の燃料の量がコンデンサの一部であることを特
   徴とする、請求項１または請求項２記載の方法。 ６、測定方法において、測定セルが周波数を決める部材
   としてジェネレータ内で使用され、その周波数がコンデ
   ンサの平行回路によって変えられ、異なる両周波数が容
   量を測定するために評価されることを特徴とする、請求
   項１または請求項２記載の方法。 ７、周波数の変更が切り換え可能な遅延素子によって行
   われることを特徴とする、請求項６記載の方法。 ８、容量の測定が測定ブリッジによって行われ、この測
   定ブリッジが自動的に調整されることを特徴とする、請
   求項１または請求項２記載の方法。 ９、燃料の温度が補正値として評価されることを特徴と
   する、請求項１から請求項８までのいずれか一つに記載
   の方法。 １０、特性グラフによる評価が、プロセッサを用いずに
   、ＲＯＭで直接行われ、このＲＯＭでは、デジタル化さ
   れた値がアドレスとして利用され、データ伝導の状態が
   誘電率を決めるために評価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方法。 １１、電気的に測定可能な量の測定が一つの回路内で行
   われ、この回路が測定セルのすぐ近くに取付けられ、信
   号の再処理が離れた回路で行わ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方
   法。 １２、測定された量のすべてまたは一部が一つの信号に
   まとめられ、この信号が信号導線を介して再処理回路に
   供給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方法。 １３、容量が変化する場合にも、測定周波数が一定に保
   たれてい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方法。 １４、周波数の調整が開閉コンデンサ回路によって行わ
   れることを特徴とする、請求項１３記載の方法。 １５、測定のために使用される少なくとも一つの周波数
   が、関与する燃料の誘電率を高める範囲にあることを特
   徴とする、請求項１から請求項１４までのいずれか一つ
   に記載の方法。 １６、電流の虚部の評価が同期整流によって行われるこ
   とを特徴とする、請求項３記載の方法。 １７、電流の虚部の評価が、余弦波状信号との掛け算に
   よっておこなわれることを特徴とする、請求項３記載の
   方法。 １８、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成分の測定が噴射量を
   予備制御する働きをし、空気過剰率の微調整がラムダ調
   整によって行われることを特徴とする、請求項１から請
   求項１７までのいずれか一つに記載の方法。１９、測定
   セルの壁が評価回路のコンデンサの電極として使用され
   ることを特徴とする、請求項１から請求項１８までのい
   ずれか一つに記載の方法。 ２０、噴射内燃機関に適用する場合に、共通の回路およ
   びまたは測定信号の評価が、回路技術的およびプログラ
   ム技術的に噴射系に統合されることを特徴とする、請求
   項１８または請求項１９記載の方法。