JPH0425752A

JPH0425752A - 静電容量式アルコール濃度測定装置

Info

Publication number: JPH0425752A
Application number: JP13203090A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Shimamura; 島村　政彦; Kazumitsu Kobayashi; 小林　一光; Hideki Kamioka; 上岡　秀樹
Original assignee: Japan Electronic Control Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-05-22
Filing date: 1990-05-22
Publication date: 1992-01-29

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、例えばメタノール混合燃料を用いたエンジン
の燃料噴射制御装置等に適用される静電容量式アルコー
ル濃度測定装置に関する。

〔従来の技術〕

近時、自動車用エンジンの燃料として、純正ガソリンに
代えてメタノールを含んだアルコール混合ガソリンが使
用されるようになってきた。

純正ガソリンとアルコール混合ガソリンとでは当然に理
論空燃比Ａ／Ｆも変ってくるから、エンジンについての
燃料噴射量、点火時期等も異なってくることになる。

ここで、アルコール濃度が０％の純正ガソリンを用いた
場合の燃料噴射量Ｔ、についてみると、Ｔ　ｒ　＝　Ｔ
ｐ　Ｘ　（Ｘ　Ｘ　α’　Ｘ　Ｃｏａｔ　＋　Ｔｍ　”
・（１）ただし、ＴＰ　：基本噴射量 α　　：空燃比Ａ／Ｆフィードバック補正係数 α′　：基本空燃比Ａ／Ｆ学習補正係数Ｃｏａｔ：各種
補正係数Ｔ、　　：バッテリ電圧補正係数として演算する。この際、酸素センサからの酸素濃度信
号に基づき、空燃比Ａ／Ｆフィードバック補正係数αを
補正すると共に、基本噴射量Ｔｐとエンジン回転数Ｎと
から基本空燃比Ａ／Ｆ学習補正係数α′を学習補正する
ことにより、理論空燃比Ａ／Ｆが１４．７となるように
制御している。

このように、純正ガソリンの空燃比Ａ／Ｆは１４．７で
あるが、アルコール濃度が１００％のメタノールを用い
た場合には空燃比Ａ／Ｆが６．５となるように制御する
必要があり、アルコール濃度が０〜１００％の範囲では
理論空燃比Ａ／Ｆは約２倍異なることになる。

従って、アルコール混合ガソリンを使用する場合には、
（１）式から燃料噴射量Ｔｌ′をＴ　Ｉ　＝ＭＩｌ　ｘ
Ｔｐ　×（２Ｘ　Ｑ’　Ｘ　Ｃｏａｔ　＋　Ｔｓ・・・
（２）ただし、ＭＫ　：アルコール濃度によって定まる定数として演算する必要がある。

このため、アルコール混合ガソリンを使用するエンジン
にあっては、アルコールセンサと呼ばれるアルコール濃
度測定装置を備え、アルコール濃度に対応した出力電圧
を発生し、当該出力電圧値に基づいて（２）式の演算を
行なうようになっている。そして、この種のアルコール
濃度測定装置としては、ガソリンとアルコールが有する
導電率からアルコール濃度を検出する抵抗式アルコール
濃度測定装置、アルコール混合ガソリンの誘電率の変化
を利用した静電容量式アルコール濃度測定装置、屈折率
の変化を利用した光学式アルコール濃度測定装置等が知
られている。

ここで、前述した各アルコール濃度測定装置のうち、静
電容量式アルコール濃度測定装置を用いた燃料噴射制御
装置として、従来第５図ないし第１１図に示すものが知
られている。

まず、第５図において、１は自動車のエンジンで、該エ
ンジン１には燃焼室にアルコール混合ガソリンを噴射す
る噴射弁２が設けられると共に外気を吸気するインティ
クマニホールド３が設けられ、吸気フィルタ４との間に
は吸入空気量を計測するエアフローメータ５が設けられ
ている。また、エンジン１には排気マニホールド６が設
けられ、該排気マニホールド６には酸素センサ（図示せ
ず）が設けられている。

７はアルコール混合ガソリン８を貯える燃料タンクで、
該燃料タンク７内には当該アルコール混合ガソリン８を
吐出する燃料ポンプ９が設けられている。

１０は燃料配管で、該燃料配管１０の一端は燃料フィル
タ１１を介して燃料ポンプ９の吐出側と接続され、その
他端は噴射弁２、圧力レギュレータ１２の流入側と接続
され、該圧力レギュレータ１２の流出側はリターン配管
１３を介して燃料タンク７と接続されている。

１４は例えば燃料配管１０の途中に設けられた静電容量
式のアルコール濃度測定装置で、該アルコール濃度測定
装置１４は燃料配管１０内を流れるアルコール混合ガソ
リン８中のアルコール濃度を検出するものである。ここ
で、前記アルコール濃度測定装置１４は第６図に示す如
く、燃料配管１０内に設けられた一対の平行平板形また
は同軸同筒形の電極板からなり、平行平板形の電極の場
合には、静電容量Ｃ８を、Ｓ　　　　・・・・・・（３）Ｃ・”８ｄただし、Ｃ：誘電率Ｓ：電極面積ｄ：電極間距離として検出する静電容量検出器１５と、該静電容量検出
器１５による検出静電容量Ｃ３に基づいて、発振周波数
ｆを、ただし、Ｌ　：インダクタンスｃｏ二回路の容量として発振するＬＣ型の発振回路１６と、該発振回路１
６からの発振周波数ｆを分周して周波数ｆ′に変換しノ
イズを除去する分周回路１７と、該分周回路１７からの
周波数ｆ′を検出電圧■として変換する周波数−電圧変
換回路１８（以下、ｒｆ−Ｖ変換回路１８」という）と
、該ｆ−Ｖ変換回路１８からの検出電圧■を反転増幅し
、出力電圧ｖ０として出力する反転増幅回路１９と、前
記各回路１７，１８．１９に定電圧を供給する定電圧回
路２０とから大略構成されている。

ここで、定電圧回路２０について第７図を参照しつつ説
明する。該定電圧回路２０は自動車に搭載されたバッテ
リ２１のからのバッテリ電圧■８を定電圧■Ａ　（例え
ば、定格電圧５Ｖ）に変換し、前記各回路１６，１７．
１８に供給するもので、３端子レギユレータからなる定
電圧素子２２、保護抵抗２３、ツェナーダイオード２４
および発振防止用のコンデンサ２５．２６等とから大略
構成されている。そして、前記保護抵抗２３はバッテリ
２１のプラス側と定電圧素子２２の入力端子２２Ａ間に
直列に接続され、ツェナーダイオード２４とコンデンサ
２５は定電圧素子２２の入力端子２２Ａとアース２７と
の間に並列に接続されている。さらに、定電圧素子２２
の出力端子２２Ｂとアース２７との間にはコンデンサ２
６が接続され、安定した定電圧ＶＡを供給するようにな
っている。前記ツェナーダイオード２４と保護抵抗２３
により保護回路２８を構成して、バッテリ２１の誘導サ
ージ、逆接等による電子部品の破壊を防止するようにな
っている。また、保護抵抗２３は高抵抗値を有するもの
で、この保護抵抗２３によりバッテリ電圧■８を降下さ
せ、定電圧素子２２の入力電圧を規制するものである。

即ち、このように構成されるアルコール濃度測定装置１
４においては、アルコール混合ガソリン８は、アルコー
ル濃度Ｍと誘電率εとの関係が第８図の特性にあるから
、静電容量検出器１５による電極間静電容量Ｃ８とアル
コール濃度Ｍとは第９図の関係にあり、発振回路１６９
分周回路１７を経てｆ−Ｖ変換回路１８による検出電圧
Ｖは第１０図のような特性となり、これを反転増幅回路
１９で反転増幅することにより、第１１図に示すような
出力電圧ｖ０をもった特性となる。かくして、アルコー
ル濃度測定装置１４からは、アルコール濃度Ｍに対して
第１１図に示す特性の出力電圧■。を得ることができる
。

さらに、２９は例えばマイクロコンピュータ等によって
構成されるコントロールユニットを示し、該コントロー
ルユニット２９は電子式噴射制御を行なわすためのもの
であり、噴射量演算装置３０等を含んで構成され、該噴
射量演算装置３゜は、その入力側がクランク角センサ３
１．エアフローメータ５．酸素センサ、水温センサ（い
ずれも図示せず）等と接続され、出力側はエンジンに燃
料を噴射する噴射弁２と接続されている。ここで、前記
噴射量演算装置３０はクランク角センサ３１からのエン
ジン回転数Ｎとエアフローメータ５からの吸入空気量Ｑ
とによって基本噴射量Ｔｐを演算すると共に、アルコー
ル濃度測定装置１４からの出力電圧Ｖ０または各種セン
サからの信号に基づき、（２）式によって燃料噴射量Ｔ
＋’を演算し、この燃料噴射量Ｔｌ′に対応したパルス
デューティをもった噴射パルスを噴射弁２に出力するも
のである。

従来技術によるアルコール濃度測定装置１４を燃料噴射
制御装置に適用した場合には以上の如（構成されるが、
静電容量検出器１５ではアルコール濃度Ｍに対応して（
３）式による静電容量Ｃ，を検出し、発振回路１６では
アルコール濃度Ｍに対応して（４）式による周波数ｆを
発振し、分周回路１７を介してｆ−Ｖ変換回路１８で周
波数ｆ′に対応する検出電圧■を出力し、反転増幅回路
１９では反転増幅後の出力電圧■。を出力する。

一方、コントロールユニット２９側ではアルコール濃度
測定装置１４からの出力電圧ｖ０により、（２）式によ
る燃料噴射量Ｔ＋’の演算を行なうことができ、高精度
な噴射制御が可能と、なる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前述した従来技術では、エンジンの低温始動
時等においては、バッテリ２１の能力低下によってバッ
テリ電圧Ｖａが降下して定電圧回路２０に所定電圧（例
えば、８■）以上の入力ができず、前記各回路１６．１
７，１８．１９に供給する定電圧ＶＡが定格電圧よりも
低くなり、出力電圧ｖ０も低下して正確なアルコール濃
度の検出が不可能になるという問題点がある。この問題
点を解決するために保護回路２８の保護抵抗２３での電
圧降下を小さくすることにより、定電圧■、を確保する
ことはできるが、この場合には保護抵抗２３の抵抗値を
小さくする必要があるために、誘導サージやバッテリ２
１の逆接続等による保護の耐久性を低下させる結果とな
ってしまう。

本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みなされたも
ので、バッテリの性能低下によりバッテリ電圧が低下し
た場合でも、正確なアルコール濃度の検出を行うことの
できるようにした静電容量式アルコール濃度測定装置を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため、本発明による静電容量式ア
ルコール濃度測定装置は、第１図に示すように、アルコ
ールを混合した液体中のアルコール濃度を電極間の静電
容量として検出する静電容量検出器１０１と、該静電容
量検出器１０１によって検出した静電容量に基づいた周
波数を発振する発振回路１０２と、該発振回路１０２に
よる発振周波数をアルコール濃度に対応した検出電圧に
変換する周波数−電圧変換回路１０３と、バッテリ１０
４からの電源電圧を前記発振回路１０２、周波数−電圧
変換回路１０３にそれぞれ定電圧として供給する定電圧
回路１０５とからなる静電容量式アルコール濃度測定装
置において、前記定電圧回路１０５に印加されるバッテ
リ１０４からの電圧が所定電圧より降下したか否かを判
定する電圧降下判定手段１０６と、該電圧降下判定手段
１０６で所定電圧よりも降下したと判定したときには、
前記周波数−電圧変換回路１０３からの検出電圧と降下
した電圧値とから補正電圧を演算する補正電圧演算手段
１０７と、該補正電圧演算手段１０７によって演算した
補正電圧を前記周波数−電圧変換回路１０３からの検出
電圧に加算する加算手段１０８とから構成したことにあ
る。

〔作用〕

上記構成により、定電圧回路に印加されるバッテリの電
圧が降下したときには、この電圧降下に順じた検出電圧
の補正値を加算することにより、アルコール濃度の検出
電圧を正確に検出することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第２図ないし第４図に基づいて
説明する。なお、実施例では前述した従来技術と同一の
構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するもの
とする。

図中、４１は前記バッテリ２１と定電圧回路２０との間
に接続された電圧検出器を示し、該電圧検出器４１は、
検出抵抗等によりバッテリ電圧Ｖｓを検出して後述の電
圧補正演算装置４３に入力するようになっている。４２
はマイクロコンピュータ等により構成されたコントロー
ルユニットを示し、該コントロールユニット４２は、前
述の従来技術で説明した噴射量演算装置３０と電圧補正
演算装置４３等とから構成されている。該電圧補正演算
装置４３内にＲＯＭ、ＲＡＭで構成された記憶回路には
、第３図に示す実験により解析された電圧補正マツプ４
３Ａおよび第４図に示すアルコール濃度の電圧補正プロ
グラムとが格納されている。

ここで、第３図に示す電圧補正マツプ４３Ａの特性線図
について説明する。第３図の特性線図は、例えばアルコ
ール濃度Ｍが０．２０，４０゜６０．８０，１００％（
以下、これをＭＯ。

Ｍ２０．・・・、Ｍｌｏｏという）のときのバッテリ２
１から印加されるバッテリ電圧■８に対する出力電圧Ｖ
ｏの変動を示したものである。この第３図に示す特性線
図は実験によって得られたもので、バッテリ電圧■６が
８ｖ以下になると、出力電圧Ｖ。も低下するようになる
ことが分かった。

逆にいえば、バッテリ電圧■、と出力電圧ｖ０が分かれ
ば、補正電圧Δ■ｏが検出できるようになっている。例
えば、バッテリ電圧ｖ３が７■であり、出力電圧■。が
２．３■であったとすれば、アルコール濃度はＭｌｏｏ
のときであって、補正電圧Δ■。は０．４３Ｖとなる。

次に、コントロールユニット４２内の電圧補正演算装置
４３によるアルコール濃度の電圧補正処理動作について
第４図を参照して説明する。

まず、処理動作が開始されると、ステップ１で電圧検出
器４１よりバッテリ電圧■８を読込み、ステップ２では
バッテリ電圧■８が所定電圧（例えば、８．３Ｖ）以上
か否かを判定し、ｒＹＥＳ」の場合にはステップ５に移
り、ｒＮＯＪの場合にはステップ３に移るようになって
いる。即ち、ステップ２でｒＮＯＪと判定したときには
、バッテリ電圧■８は８，３■よりも降下している状態
にあるから、ステップ３に移るものである。

さて、ステップ３では出力電圧Ｖ。を反転増幅回路１９
から読込み、ステップ４では電圧補正演算装置４３内に
格納された電圧補正マツプ４３Ａを参照して、バッテリ
電圧■６および出力電圧ｖｏから補正電圧Δ■。を読出
し、補正電圧△■。を設定する。

一方、ステップ２でｒＹＥＳＪの場合には、バッテリ電
圧■８は正常状態にあるからステップ５に移り、ステッ
プ５では補正電圧Δ■ｏをＯｖに設定する。

さらに、ステップ６ではステップ４およびステップ５で
設定された補正電圧△■。を出力電圧ｖｏに加算して、
検出電圧■。′を得て、ステップ７で噴射量演算装置３
０に検出電圧Ｖ０′を出力し、ステップ８からリターン
する。

ここで、ステップ２は本発明による電圧降下判定手段、
ステップ３〜５は補正電圧演算手段、ステップ６は加算
手段をそれぞれ構成している。

かくして、このように構成される本実施例のアルコール
濃度測定装置１４においても、その作用は従来技術と殆
ど変わるところはない。

然るに、本実施例では、定電圧回路２０に印加されるバ
ッテリ電圧■８が降下した場合でも、電圧補正演算装置
４３により、出力電圧■。に補正電圧Δ■。を加算し、
アルコール濃度に対応した検出電圧■。′を出力するこ
とができ、アルコール濃度の正確な検出を可能にして、
アルコール濃度測定装置１４の検出性能の向上を図るこ
とができる。また、保護回路２８の保護抵抗２３の抵抗
値を小さくする必要がなくなるために、誘導サージやバ
ッテリ２１の逆接続等による各電子部品の損傷を防止す
ることができ、アルコール濃度測定装置１４の寿命を延
ばすことができる。さらに、燃料噴射制御装置に本実施
例の静電容量式アルコール濃度測定装置を用いた場合に
は、（２）式による燃料噴射量Ｔ、′の演算を行なうこ
とができ、正確かつ高精度な噴射制御が可能となる。

なお、前記実施例では説明を省略したが、バッテリ電圧
■ゎが６ｖ以下になった場合には、自動車自体の始動が
不可能と判断して、アルコール濃度の検出も不要と判断
し、検出電圧■。の補正を中止するようになっている。

また、前記実施例のアルコール濃度の電圧補正処理にお
いて、バッテリ電圧■６が所定電圧よりも降下していな
い場合、即ち、バッテリ電圧ＶＢが正常時にはステップ
５で補正電圧Δ■。をＯｖに設定するようにしたが、こ
の場合には、電圧補正処理を行なわず検出電圧Ｖ０をそ
のまま出力するようにしてもよい。

さらに、前記実施例ではｆ−Ｖ変換回路１８の次段に反
転増幅回路１９を設けるものとして述べたが、この反転
増幅回路１９は必ずしも設ける必要はなく、一方、非反
転増幅回路を用いてもよい。また、分周回路１７は必要
に応じて設ければよい。

〔発明の効果］以上詳述した通り、本発明によれば、定電圧回路に印加
されるバッテリからの電圧を検出して、バッテリ電圧が
所定電圧より降下したか否かを電圧降下判定手段で判定
し、該電圧降下判定手段で所定電圧よりも降下したと判
定したときには、検出電圧と降下した電圧値とに対応し
た補正電圧な補正電圧演算手段により演算して、該補正
電圧演算手段によって演算した補正電圧を前記周波数−
電圧変換回路からの検出電圧に加算する構成とすること
により、バッテリからの電圧が降下したときでも、正確
にアルコール濃度を検出することができ、高性能のアル
コール濃度の検出を行うことができる。さらに、定電圧
回路には保護回路を備えているから、誘導サージやバッ
テリの逆接続等による保護を従来同様、低コストで小型
に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による静電容量式アルコール濃度測定装
置の基本的構成を示す機能ブロック図、第２図ないし第
４図は本発明の実施例を示し、第２図は本実施例による
静電容量式アルコール濃度測定装置の回路構成図、第３
図は定電圧回路に印加されるバッテリ電圧とアルコール
濃度に対応した出力電圧との関係を示す線図、第４図は
電圧補正演算処理を示す流れ図、第５図ないし第１１図
は従来技術を示し、第５図は従来技術による静電容量式
アルコール濃度測定装置を燃料噴射制御装置に適用した
場合の全体構成図、第６図は従来技術の回路構成を示す
ブロック図、第７図は定電圧回路の電気回路図、第８図
はアルコール濃度と誘電率の関係を示す線図、第９図は
アルコール濃度と検出された静電容量の関係を示す線図
、第１０図はアルコール濃度とｆ−Ｖ変換回路からの検
出電圧の関係を示す線図、第１１図はアルコール濃度と
反転増幅回路からの出力電圧の関係を示す線図である。１４・・・アルコール濃度測定装置、１５・・・静電容
量検出器、１６・・・発振回路、１８・・・周波数−電
圧変換回路、２０・・・定電圧回路、２１・・・バッテ
リ、４２・・・コントロールユニット、４３・・・電圧
補正演算装置。特許出願人　　日本電子機器株式会社代理人　弁理士　　　広　瀬　和　彦第図第図バ１．７子り電圧Ｖｓ（Ｖ）第図第１０図アルコール濃度Ｍ（’／、）第図アルコール濃度Ｍ（’／、）

Claims

【特許請求の範囲】

アルコールを混合した液体中のアルコール濃度を電極間
の静電容量として検出する静電容量検出器と、該静電容
量検出器によって検出した静電容量に基づいた周波数を
発振する発振回路と、該発振回路による発振周波数をア
ルコール濃度に対応した検出電圧に変換する周波数−電
圧変換回路と、バッテリからの電源電圧を前記発振回路
、周波数−電圧変換回路にそれぞれ定電圧として供給す
る定電圧回路とから構成してなる静電容量式アルコール
濃度測定装置において、前記定電圧回路に印加されるバ
ッテリからの電圧が所定電圧より降下したか否かを判定
する電圧降下判定手段と、該電圧判定手段で所定電圧よ
りも降下したと判定したときには、前記周波数−電圧変
換回路からの検出電圧と降下した電圧値とから補正電圧
を演算する補正電圧演算手段と、該補正電圧演算手段に
よって演算した補正電圧を前記周波数−電圧変換回路か
らの検出電圧に加算する加算手段とから構成したことを
特徴とする静電容量式アルコール濃度測定装置。