JPH04178550A

JPH04178550A - 熱式燃料性状センサ

Info

Publication number: JPH04178550A
Application number: JP30632090A
Authority: JP
Inventors: Junichi Yamaguchi; 純一山口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-14
Filing date: 1990-11-14
Publication date: 1992-06-25

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、自動車用燃料噴射システムに係り、特に燃料
の性状および温度・圧力に応じた適切な量の燃料を供給
できる燃料噴射システムに関する。

〔従来の技術〕

自動車の燃料噴射システムにおいて、燃料の性状を知る
ことにより、エンジンの運転状態に応じた適正な燃料量
を算出しようという技術は公知のものであり、例えば特
開昭５７−５１９２０号のように、ガラスロッドを用い
て光の屈折率を測定し、この屈折率から燃料性状を推測
するものなどがある。

しかし、光屈折式の燃料性状センサは、使用に伴って光
源の光量の減衰、燃料中の不純物、微細な塵あい等によ
る検出器の経時変化等の問題がある。

また、燃料の屈折率は、シリンダ内における燃焼の状態
を左右する燃料の性質、すなわち、燃料の気化率やオク
タン価と明確な相関関係があるとは言えず１例えば、ア
ルコールを混入したガソリンについて、その混入率を測
定するといったような、性質の大きく異なる燃料の混合
割合の測定にその用途が限られていた。また、その他の
燃料性状センサの方式としては、赤外線吸収式、静電容
量式、蒸発潜熱を求める方式などが考案されているが、
自動車への搭載を考えた場合、いずれもサイズ及びコス
ト等の点で実用化は困難であると考えられる。

一方、流体の熱的性質を調べるための重要な手がかりで
ある熱伝導率の測定に関しては、例えば日本機械学会論
文集第４３巻３７０号（昭５２−６）２２６８頁から２
２７７頁に記されているような、非定常細線加熱法によ
るものがあり、簡便な測定で高い精度を得ている。しか
し、この方法は、自然対流の影響を除くため、数秒間の
み通電する必要があり、この間、流体は静止させておく
事が望ましく、振動や強制対流を伴う自動車等への搭載
には適さない。また、短時間で測定を行うために、加熱
細線の直径は５０μ程度として熱容量を小さくする必要
があり、このため、長期間使用した場合には、細線の汚
れに伴う測定精度の悪化を引き起こすといった問題点が
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術のうち、光屈折式の燃料性状センサは、使
用に伴う検出器の経時変化、および、屈折率で燃料の熱
的性質を評価することの妥当性について配慮がされてお
らず、ガソリンの重質度の判定のような微少な熱物性値
の差の検出が難しいという問題があった。

また、非定常細線加熱法に関しては、熱伝導率を正確に
測定する為に、細線直径を５０μ程度にしなければなら
ず、細線の汚れによる経時変化や、測定流体を一定時間
静止させておかなければならないといった問題があった
。

本発明は、流体の気化に関する主要な物性値である熱伝
導率、およびプラントル数を直接測定することにより、
ガソリンの燃料性状について、振動・対流の存在する条
件下で、より精度の高い情報を得ることを目高とする。

また、燃料性状を特定することにより、より適切な燃料
供給量を求め、エンジンの性能向上および燃費の低減を
はかることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、１Ｅ記目的を達成するために、白金線を被覆
した発熱抵抗体１（以下ホットワイヤと呼ぶ）、及び、
流体の速度により出力が変わらず、温度により出力の異
なる発熱抵抗体２（以下コールドワイヤと呼ぶ）を用い
、燃料流速を２段階以上に変え、その流速の比から、あ
る温度における燃料の熱伝導率とプラントル数の０．２
　乗との積で表わされる関数を求め、また、これを基に
してその温度におけるガソリンの気化率を計算し、所定
の空気量に対し、設定空燃比で燃焼が行なわれるよう必
要燃料量を決め、燃料噴射装置を抑制するようにしたも
のである。

〔作用〕

この熱式燃料性状センサは、ホットワイヤ及びコールド
ワイヤを燃料流路中に置き、この流路を流れる燃料の流
速を、バルブやバイパス等の手段を用いて２段階に可変
させる。このとき、ホットワイヤの温度Ｔｗと流れの温
度Ｔｉとの差Ｔｗ　−Ｔｉが等しくなるように投入電力
を制御すると、ホットワイヤから奪われる熱量Ｑは、燃
料の熱伝導率、プラント数、流速、動粘度の関数となる
。

ここで、流速比ｎが既知であれば、ホットワイヤの熱収
支に関する、流速の異なる２つの式より、流速と動粘度
に関する項を消去することができ、燃料の熱伝導率、及
びプラントル数の関数が求まる。これより、燃料噴射装
置から吸気管内に噴射された燃料が、どの程度の割合で
気化し、有効に燃焼するかを計算し、エンジンに吸入さ
れる空気量に見合った燃料量を噴射する。また、燃料性
状によっては、より良好な気化が行なわれるよう、燃料
の噴射時期、点火時期を制御する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。燃料
流路を、主流部の管６とバイパス管７に分け、それぞれ
にホットワイヤ１′および１、コールドワイヤ２′およ
び２を設置する。各管内における燃料の流速をＶ２　ｙ
　Ｖｌ　とすると、総流量、すなわちＶ□十ｖ２の値が
変わっても、ｖｌとｖ２の比は各流路の最小断面積によ
ってほぼ定まり、はとんど変わらない。よって、この比
をｎとすれば、Ｖ２：Ｈｙ、（ｎ＞１）　　　　　　　・・・（１）バ
イパス部のホットワイヤ１およびコールドワイヤ２は、
固定抵抗３、可変抵抗４と接続され、ホイートストンブ
リッジを形成している。紙面の関係で省略されているが
、主流部のホットワイヤ１′およびコールドワイヤ２′
も、全く同様のホイートストンブリッジに接続されてい
る。１〜４の抵抗値をＲ□〜Ｒ４（Ω）の記号で表わす
と、この回路は１　Ｒ４の関係を満たすようにＲ４を可変すれば、検流計を流れ
る電流はＯとなる。

一方、ホットワイヤ１から奪われる熱量、すなわち、ホ
ットワイヤ１の消費電力をＱ工（Ｗ）、このときの電流
をＩエ　とすると、Ｑ□＝Ｉ、”Ｒ１＝（Ａ＋Ｂ　　口）（ＴニーＴｆ）・
・・（３）ただし、Ｔ１．Ｔｉはそれぞれ、ホットワイヤ１および
燃料の温度である。また、ＡおよびＢは、燃料流体の熱
伝導率、プラントル数、動粘度、温度によって定まる定
数で、流体が液体の場合、によって与えられる。ただし
、 λ：流体の熱伝導率（Ｗ　／　ｍ　Ｋ　）ｄ：ホットワ
イヤの径（ｍ）Ｐｒ：流体のプラントル数シ：流体の動粘度（ｍ２／ｓ）Ｑ：ホットワイヤ長さ（ｍ）である。

さらに、主流部についても全く同様に、Ｉｚ”Ｒ４’　
＝Ｑ２’＝（Ａ＋Ｂ　、／””ｉ）　（Ｔ２−Ｔ、）・
・・（５）の関係が成り立つ。ここで、Ｉ２．Ｑ２．”Ｔ２はそれ
ぞれ主流部ホットワイヤを流れる電流、ホットワイヤに
おける消費電力、ホットワイヤの温度である。また、Ｒ
１′　　はホットワイヤの抵抗値である。ここで、（３
）　、　（５）式について、各々のホットワイヤの温度
が等しくなるように、電気入力を調整する。すなわち、
Ｔ２＝Ｔ工、Ｒ１＝Ｒ２′となって、・・・（６）の関係が得られる。

一方、熱線の温度抵抗係数をα流れの温度ＴＩのときの
ホットワイヤの抵抗値をＲｘ　とすると、Ｒｗ＝Ｒｚ　
（１＋（！（Ｔ１−Ｔｔ））αＲ７（６）　、　（７）式および（１）式より、（８）式よ
り、二式を連立させてＢ、ｖ工を消去することができる
。

すなわち、（４）式、（９）式より、・・・（本）上記（り式において、α２ｇはホットワイヤの形状、材
質によって定まる量であり、ｎは前述のように、主流路
、バイパス流路の最小断面積の比によって定まるので、
結局、Ｉｏ、　Ｉ２．　Ｒ□。

Ｒ８を測定することにより、熱伝導率λとプラントル数
Ｐｒの０．２　乗との積λＰｒ０・２を求めることがで
きる。これら電流、および抵抗値は、第１図中の測定装
置によって計測され、演算装置へと入力される。演算装
置において（＊）式の演算が行なわれ、燃料性状λＰｒ
’・２が出力される。

なお、コールドワイヤ２を、ホットワイヤと同様の材質
および長さとすることで、この抵抗値をＲｏとみなし、
出力値の燃料温度による補正を行なっている。

本実施例は、燃料の流路が主流路とバイパス路の２流路
であり、それぞれの流路にホットワイヤ、コールドワイ
ヤ、さらにホイートストンブリッジを含む制御回路、測
定装置が１つずつ、計２つから構成されているが、例え
ば、第１図のホットワイヤ１と１′、コールドワイヤ２
と２′をそれぞれスイッチにより切り替えられる構造と
すれば、測定装置以下の部分を共用することもできる。

また、ホットワイヤ以下の装置を一組のみとし、流路を
流れる燃料の流速を、バルブ等により、比率。の２段階
に切り替えられる構造とすることもできる。また、本発
明は、自動車の燃料性状の検出力法として説明したが、
自動車用燃料に限らず、一般的な気体、液体に対して、
温度を考慮したλＰｒ’・２．さらに熱伝導率の測定に
用いることができる。

第２図は、熱式燃料性状センサを用いた、電子式燃料噴
射システムの一実施例である。制御部５は、燃料性状セ
ンサ１からの出力、エンジン冷却水温２．吸気温３．エ
ンジン回転数４の情報を得　　　　□て、供給される燃
料が、現在のエンジンの運転状態でどの程度の割合で気
化し、有効な燃焼に寄与するかを判断し、このとき、エ
ンジンの運転状態に対して、あらかじめ設定された空燃
比となるよう、燃料の増減を行なう。また、同じく燃料
性状センサからの出力により、その燃料の気化に必要な
時間、および燃焼状態についても予測し、気化効率を高
め、さらに有効な燃焼を行なわせるため、燃料の噴射時
期、点火時期の制御を行なう。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃料の性状を、燃料の熱伝導率とプラ
ントル数の０．２　乗の積という、燃焼に関連の深い熱
物性値によって知ることができるので、他の性状判定法
と比べてより適用範囲が広いという効果がある。また、
構造および原理が簡単であるため経済性が高いという効
果もある。また、これを燃料噴射システムに応用した場
合には、燃焼効率を高め、エンジン出力の向上、燃料消
費率の低下、排気ガスの浄化という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱式燃料性状センサの主要回路図、第２図は熱
式燃料性状センサを用いた電子式燃料噴射システムの構
成図、第２図ａはあるエンジン状態において、＃！料性
状により噴射時期を制御した例を示す図、第２図すは噴
射量の制御の例を示す図、第２図Ｃは点火時期制御の例
を示す図である。１．１′・・・白金細線等からなり、燃料流速、印加電
圧によって放熱量が変化するホットワイヤ、２゜２′・
・・印加電圧によってのみ放熱量が変化するコールドワ
イヤ。第１図第２図Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】１、自動車の燃料噴射システムにおいて、燃料の性状を
当該燃料の熱伝導率の関数により評価することを特徴と
する熱式燃料性状センサ。２、請求項１記載の熱式燃料性状センサにおいて、その
測定部が、燃料流路バイパス部に設けられ、かつ、バイ
パス部を流れる燃料流量が２段階以上に切換えられるこ
とを特徴とする熱式燃料性状センサ。３、請求項２記載の熱式燃料性状センサにおいて、その
測定部が燃料流路主流部およびバイパス流路部の計２ヶ
所以上に設けられていることを特徴とする熱式燃料性状
センサ。４、請求項１記載の燃料噴射システムにおいて、燃料温
度、および燃料の流れにより放熱量の変化する発熱抵抗
体１と、燃料温度によってのみ放熱が左右される発熱抵
抗体２とを備え、燃料の温度変化による物性値変化の影
響を補正できるようにしたことを特徴とする熱式燃料性
状センサ。５、請求項１記載の燃料噴射システムにおいて、燃料の
温度を検出する手段、および燃料の温度変化による物性
値変化の影響を補正する手段とを備え、熱式燃料性状セ
ンサの出力より、燃料の燃焼状態が最適となるように供
給燃料量およびその噴射時期また点火時期を調節するこ
とを特徴とする燃料噴射システム。