JPH0440343A - アルコール含有率検知装置 - 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〕 この発明は、燃焼器等に供給される燃料の性状を非接触
で判別する装置で、特に自動車等のエンジンに用いられ
るアルコール混合燃料中のアルコール含有率を測定する
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、米国や欧州各国で石油の消費量の低減化を図るた
め、ガソリン中にアルコールを混合した燃料が自動車用
として普及しつつある。このようなアルコール混合燃料
をガソリン燃料の空燃比にマツチングされたエンジンに
そのまま用いると、アルコールがガソリンに比し理論空
燃比が小さい等に起因して空燃比がリーン化するため、
アルコール混合燃料中のアルコール含有率を検出して燃
料噴射弁等のアクチュエータを制御し、アルコール含有
率に応じて空燃比、点火時期等を調整する。

従来、上記のごとき、アルコール含有率検知装置として
は、例えば特開昭５７−５１９２０号公報に記載された
ものが知られている。かかる従来装置を、以下、第５図
、第６図において説明する。

第５図は従来のアルコール含有率検知装置を配した燃料
制御系を示す構成図であって、Ａはアルコール含有率検
知装置、３７は自動車のエンジン、３６はエンジン３７
へ燃料を噴射する燃料噴射弁、２２は燃料タンク、２３
は燃料ポンプ、２５はこのポンプ２３と上記アルコール
含有率検知装置Ａとを接続した燃料供給パイプ２４の途
中に設けた高圧フィルタ、２６は燃料分配管、２７は燃
料レギエレータ、２８は燃料リターンパイプ、２９は空
燃比センサ、３０は点火プラグ、３１はエンジンの回転
を検出するエンジン回転センサ、３２は吸気圧センサ、
３３はスロットル弁、３４はエアクリーナ、３５は制御
装置であって、アルコール含有率検知装置Ａの信号、空
燃比センサ２９の信号、エンジ′ン３７の状態量である
エンジン回転センサ３１および吸気圧センサ３２等の信
号が人力され、人力に応じた制御量で燃料噴射弁３６、
点火プラグ３０等を駆動する０図において、燃料タンク
２２にアルコール混合燃料が給油されると、エンジン３
７の始動とともに、アルコール混合燃料は燃料ポンプ２
３で加圧され燃料供給パイプ２４、高圧フィルタ２５を
通してアルコール含有率検知装置Ａに導かれて、アルコ
ール含有率が測定される。燃料は、つぎに燃料分配管２
６に流入し、一部が燃料噴射弁３６よりエンジン３７に
供給され、他は燃圧レギュレータ２７、燃料リターンパ
イプ２８を通って燃料タンク２２に戻される。

燃圧レギュレータ２７は、燃料噴射弁３６の噴射燃料量
に関わらず、燃料分配管２６までの圧力を常に一定値に
保持する。アルコール含有率検知装置Ａで測定されたア
ルコール含有率が制御量ｒ３５に入力されると、制御装
置３５はエンジン回転センサ３１および吸気圧センサ３
２等の信号によりエンジン状態を判定し、燃料噴射弁２
１の開弁時間を制御してエンジン３７に供給する燃料量
を変化させ、空燃比センサ２９により空燃比を検出して
、上記エンジン状態に応した目標値となるよう空燃比を
フィードバック制御し、またエンジン状態に応じて点火
プラグ３００点火時期を制御している。

第６図は、従来のアルコール含有率検知装置Ａの構成を
示すもので、１は光学ガラス等で形成された円柱状透光
体、２はケース、３は円柱状透光体１とケース２の間の
燃料シール、４はＬＥＤのごとき発光素子、５はフォト
ダイオードのごとき受光素子、６は燃料室、６ａは燃料
入口、６ｂは燃料出口、７ａは全反射光、７ｂは屈折光
、１００は発光素子４を駆動し受光素子５の受光量を測
定する検知回路である０円柱状透光体ｌの外周面は燃料
室６で燃料と均一に接している０発光素子４より発した
光は円柱状透光体１の外周面、即ち燃料との境界面に入
射するが、この時燃料の屈折率Ｎｔ　と円柱状透光体１
の屈折率Ｎ４との差により、境界面への入射角が全反射
角ψ＝ａｒｃＳＩＮ（Ｎ　ｔ／　Ｎ　−）以上の光７ａ
は全反射されて受光素子５に達し、入射角が全反射角ψ
より小さい光７ｂは燃料中に屈折透過するため、受光素
子５は境界面への入射角が全反射角φ以上となる光のみ
を受光する。燃料中のアルコール含有率が変化すると、
燃料の屈折率Ｎ、が変化し全反射角φが変わるため、受
光素子５の受光量が変化する。この受光量の変化を検知
回路１００で測定することにより燃料中のアルコール含
有率が求められる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、かかる従来のアルコール含有率検知装置
においては、発光素子４の発光量、受光素子５の受光感
度、ピーク感度周波数が温度により変化するため、エン
ジンの発熱、それによる燃料温度の上昇等で検知装置の
温度が変わると受光素子５の受光量も変化し、燃料中の
アルコール含有率が正確に求められないといった欠点が
あった。

また、一般に円柱状透光体１の屈折率Ｎ４の制約より全
反射角ψが余り小さく出来ないため、円柱状透光体１を
あまり短くできず、装置を小形化できないという問題点
があった。これらの理由により、従来のアルコール含有
率検知装置はエンジンと離間させて設置せざるを得ない
ため、特にエンジン始動の際等、実際に燃料噴射弁３６
より噴射される燃料のアルコール含有率を遅滞なく検出
することが不可能であり、特にアルコール含有率の異な
る燃料の給油後のエンジン始動の際等においては、アル
コール含有率検知装置Ａの燃料室６と燃料分配管２６内
のアルコール含有率に差がでる始動モードも予想され、
かかる場合には最悪エンジンが始動できないという不具
合が出現することも予想される。

この発明は、かかる従来の問題点を解消するためになさ
れたもので、装置温度が変化しても常に遅滞なく、連続
的に精度よく燃料のアルコール含有率を検出することが
でき、燃料分配管２６等の近傍に取付けられる小型なア
ルコール含有率検知装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るアルコール含有率検知装置は、燃料の屈
折率を検出して燃料中のアルコール含有率を検知するア
ルコール含有率検知装置において、発光素子と、一次元
光位置検知素子と、透光性燃料隔壁と、一方側に燃料と
の屈折面を設け、他方側に反射面を設けると共に上記透
光性燃料隔壁の屈折率と同じかそれ以上の屈折率を有す
る透光体と、この透光体の少なくとも上記屈折面を除く
外周面を覆う吸光部材を備え、上記発光素子より発せら
れた光を上記透光性燃料隔壁を介して上記透光体の一方
側の燃料との屈折面に入射させ、その屈折光を透光体の
他方側の反射面で反射させたのち、再度上記屈折面に入
射させ、屈折面での屈折光を再度上記透光性燃料隔壁を
介して上記一次元光位置検出素子に入射させるようにし
たものである。

〔作　用〕

この発明のアルコール含有率検知装置は、発光素子より
発せられる光を透光性燃料隔壁を介して透光体の一方の
側の燃料との屈折面に入射せしめ、この屈折光を前記透
光体の他方の側の反射面にて反射させた後、再度上記屈
折面に入射せしめるとともに、上記屈折面での屈折光を
再度前記透光性燃料隔壁を介して一次元光位置検知素子
に入射せしめて、燃料中のアルコール含有率の変化によ
る燃料の屈折率の変化を一次元光位置検知素子上の光入
射位置変化として測定する事により、燃料中のアルコー
ル含有率を精度よく検知する。

また、吸光部材は、上記屈折面に異物等が付着した場合
に入射光の一部が散乱して透光体の側面で反射をくり返
して一次元光位置検知素子に迷光として受光されるのを
防止する作用をする。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明によるアルコール含有率検知装置の構成図
を示し、図中、第６図に示した従来例と同一部分は同一
符号を付しである。８は絞り、９はコリメートレンズ、
１０は透光性燃料隔壁、１１は平行光束、１２は燃料室
６への燃料出入口、１３は透光体で、一方側が燃料と接
し、他方側に反射面１４を設けており、１５はコンデン
サレンズ、１６は一次元光位置検知素子であって、ここ
では半導体装置検出素子（以下、ＰＳＤという）を用い
た場合を示す、１８は透光体１３の外周面を覆う黒色の
吸光部材、１００は検知回路で発光素子４を駆動する駆
動部１０１、ＰＳＤ１６の光電流の前置増幅部１０２、
加算部１０３、除算部１０４よりなる。また第２図はＰ
ＳＤの説明図、第３図は装置の出力特性図である。

次に実施例の動作につき説明する。第１図において、発
光素子４が検知回路１００の駆動部１０１により駆動さ
れて発光すると、放射光は絞り８を通り、コリメートレ
ンズ１３で平行光束１１となり、屈折率Ｎ、１の透光性
燃料隔壁ｌＯに垂直入射して透過し、さらに燃料室６内
の燃料中を透過した後、透光体１３の屈折面に８０点に
て入射角ψで入射する。上記屈折面は燃料出入口１２よ
り燃料室６へ流入した燃料と接しており、平行光束１４
は８０点で燃料の屈折率Ｎ、と透光体１３の屈折率Ｎ。

との差により、屈折角Ｘ ｘ　＝ａｒｃＳＩＮ（Ｎｄ２／　ＮｒＸＳＩＮψ）で屈
折する。８０点で屈折角Ｘで屈折した平行光束１１は透
光体１３中を透過してその他端に形成された反射面１４
のＰ、点にて反射され、再度上記屈折面にＰ！点で入射
し、上記入射角ψと屈折角Ｘとの関係式に従って再度燃
□料中に屈折する。

かかる２２点での屈折光は上記透光性燃料隔壁１０にＰ
層点にて入射し、同様に上記入射角ψと屈折角χとの関
係式に−従って屈折した後、透光性燃料隔壁ｌＯ内を透
過し、コンデンサレンズ１５に入射してＰＳＤ１６に到
達する。コンデンサレンズ１５はＰＳＤ１６上で平行光
束１１が略集光されるよう焦点距離が選定されている。

使用する発光素子４はＰＳＤ１６の受光周波数感度領域
に合せ９００ｎ−程度の近赤外光とし、ＰＳＤ１６の温
度に依存した暗電流を除去するよう駆動部１０１でパル
ス発光させるのが有利である。また、透光性燃料隔壁ｌ
Ｏの屈折率Ｎ□を透光体１３の屈折率Ｎ、ｔより小さく
する方が、透光性燃料隔壁１０の大気界面での屈折角変
化を小さくでき反射を防止して光学系の透過率を上げら
れるとともに、透光体１３の燃料との屈折面での屈折角
変化を大きくでき小さな透光体１３でＰＳＤ１６上での
光入射位置変化ゲインを上げられる点で有利である。

透光体１３の屈折面、特に光の入射点Ｐａ、Ｐｍ点に燃
料中に混入している金属粉等が付着した場合、入射する
光の一部が散乱し透光体１３の外周面で反射をくり返し
ＰＳＤ１６に迷光として受光されるのを防止するために
黒色仕上げされた吸光部材１８が配設されている。

次に第２図において、ＰＳＤ１６の光位置検出原理につ
き説明する。ＰＳＤはシリコンフォトダイオードを応用
した光重心位置検出素子で、抵抗層（Ｐ層）、中間層、
Ｎ層の３層で構成されており、光スポットが入射すると
、入射位置より光電流ｉ、、ｉ１が均一な抵抗層を通り
、各々電極１１＋１２に分割して流れ、光電流１１＋　
　＋１は電極までの距離に逆比例して分割出力される。

今、電極１１から光入射位置までの距離をＸとし、ＰＳ
Ｄの電極間距離をＬとすると、位置ＸはＸ＝Ｌ　Ｘ　ｉ
ｔ／　（ｉｔ　＋　Ｌ　）で与えられる。この時、位置
Ｘは入射光の重心に一致するため、光スポットは必ずし
も微小径とする必要はない。

第１図において、ＰＳＤ１６の各電極！、、Ｉ□からの
光電流ＩＩＩ　　Ｉ！は、検知回路１００に入力され、
前！増幅部１０２で増幅された後、１１　と１８が加算
部１０３で加算され、ｉ、と前記加算結果より除算部１
０４で除算ｔｉ／　（＋＋　十ｉｔ　）が行われて、位
置信号Ｘに相当した電圧■。、として出力される。この
時、加算部１０３の出力が駆動部１０１にフィードバッ
クされ加算結果Ｃ＋　＋　＋＋　１）が一定となるよう
発光素子４の発光強度が制御される。燃料中のアルコー
ル含有率の変化に従い燃料の屈折率Ｎ、が変化すると、
透光体１３、透光性燃料隔壁１０の燃料との各屈折面に
おける屈折角χが変化するため、発光素子４の放射光の
ＰＳＤ１６上への入射位置Ｘが変化し、検知回路の出力
電圧ｖ、ｌ、Ｌはアルコール含有率に応じた値となる。

第３図は、ガソリン燃料中にメチルアルコール含有率に
対する出力電圧■。１．の変化を示した。

ガソリンに比較してメチルアルコールの屈折率が小さい
ため、メチルアルコール含有率が大なるにつれＰＳＤ１
６への光入射位置は電極■１側に移り光電流ｉ、が小と
なるので、出力電圧Ｖ　６＠ｔ　はメチルアルコール含
有率に反比例する。エンジンの発熱、それによる燃料温
度の上昇等で検知装置Ａの温度が変わると、発光素子４
の発光量、ＰＳＤ１６の総光電流量は変化するが、アル
コール含有率は光電流の比で与えられるため、検知装置
への温度変化によらず常に正確に、連続的に燃料中のア
ルコール含有率を検知できる。また、アルコール含有率
の検知は透光体１３、透光性燃料隔壁１０の接液面のご
く一部で行われるため、燃料通路に挿入される検知部を
小形化できるという利点がある。

第４図はこの発明のアルコール含有率検知装置の検知部
の断面構成図であり、１７は絞り８とコリメートレンズ
９およびコンデンサレンズ１５の保持機能を持ったホル
ダである。透光性燃料隔壁ｌＯは白板ガラスあるいは廉
価な光学ガラスの平板で、シール３ａによりケース２と
の間で燃料側と絶縁される。透光体１３は矩形柱状ない
しは円筒状の光学ガラスの一方の端部を柱軸に対し所定
角度でカットして燃料との接触面（屈折面）とし、他方
の端面を金属膜蒸着等により反射［１４を形成させて裏
面鏡としたものである。１９は透光体１３の上記接触面
を除く外周面を覆う吸光部材であり、例えば黒色アルマ
イト処理されたアルミ材で形成されている。したがって
、反射面１４は燃料に触れないので、燃料中の汚れの付
着や、燃料によるｇ蝕の影響がなく反射率の劣化がない
、ケース２の下部構造体にはシール３ｂで燃料シールさ
れて燃料室６が形成され、その燃料出入口１２に燃料人
口６ａ、燃料出口６ｂの各ニップルが設けられ、燃料分
配管２６等燃料噴射弁３６に近い高圧側管路に取付けら
れる０発光素子４、ＰＳＤ１６は検知回路１００の基板
に固定されている。

上記実施例では一次元光位置検知素子１６としてＰＳＤ
を用いた場合を示したか、フォトダイオードアレイ、Ｃ
ＣＤ等の位１検知素子を用いても同様の効果が期待でき
ることは当業者にとって明らかである。また、透光性燃
料隔壁１０の燃料側との絶縁も燃料シール３ａによらず
、透光性燃料隔壁１０とケース２間をシール剤の充填、
接着等により、また透光性燃料隔壁１０の周面をメタラ
イズした後、ケース２と溶接、ロウ付けする等によって
も行うことができる。さらにまた、上記実施例では燃料
中のアルコール含有率の検知について示したが、他の液
体の屈折率測定用としても応用できることは言うまでも
ない。

〔発明の効果〕

この発明は、上記説明したとおり、発光素子と、一次元
光位置検知素子と、透光性燃料隔壁と、−方の側に燃料
との屈折面を設は他方の側に反射面を設けた透光体を備
え、前記発光素子より発せられる光を前記透光性燃料隔
壁を介して前記透光体の一方の側の燃料との屈折面に入
射せしめ、該屈折光を前記透光体の他方の側の反射面に
て反射させた後、再度前記屈折面に入射せしめるととも
に、前記屈折面での屈折光を再度前記透光性燃料隔壁を
介して前記一次元光位置検知素子に入射せしめるよう構
成し、該一次元光位置検知素子上の光入射位置により燃
料中のアルコール含有率を検知するようにしたため、検
知装置を小形化でき、燃料噴射弁の近傍管路に配設でき
る結果、燃料噴射弁の噴射燃料中のアルコール含有率を
常に、遅滞なく連続的に検知でき、また検知装置の温度
変化に関わらず精度良くアルコール含有率を検知できる
という効果がある。さらに、屈折面に燃料中の異物等が
付着して入射光の一部が散乱しても上記一次元光位置検
知素子に散乱光が受光されないように吸光部材を設けた
ので安定したアルコール含有率検知が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるアルコール含有率検
知装置の構成図、第２図はＰＳＤの光位置検出原理の説
明図、第３図はガソリン燃料中のメタノール含有率に対
する装置の出力特性図、第４図はこの発明のアルコール
含有率検知装置の検知部の断面図、第５図は従来のアル
コール含有率検知装置を配した燃料制御系の構成図、第
６図は従来のアルコール含有率検知装置の構成図である
。 ４・・・発光素子、６・・・燃料室、８・・・絞り、９
・・・コリメートレンズ、１０・・・透光性燃料隔壁、
１３・・・透光体、１４・・・反射面、１５・・・コン
デンサレンズ、１６・・・一次元光位置検知素子、１８
．１９・・・吸光部材、１００・・・検知回路。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料の屈折率を検出して燃料中のアルコール含有率を検
   知するアルコール含有率検知装置において、発光素子と
   、一次元光位置検知素子と、透光性燃料隔壁と、一方側
   に燃料との屈折面を設け、他方側に反射面を設けると共
   に上記透光性燃料隔壁の屈折率と同じかそれ以上の屈折
   率を有する透光体と、この透光体の少なくとも上記屈折
   面を除く外周面を覆う吸光部材を備え、上記発光素子よ
   り発せられた光を上記透光性燃料隔壁を介して上記透光
   体の一方側の燃料との屈折面に入射させ、その屈折光を
   透光体の他方側の反射面で反射させたのち、再度上記屈
   折面に入射させ、屈折面での屈折光を再度上記透光性燃
   料隔壁を介して上記一次元光位置検出素子に入射させる
   ようにしたことを特徴とするアルコール含有率検知装置
   。