JPH0572165A - 燃料の誘電率検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 精度よく燃料中のメタノール含有率を検出す
ることができる。 【構成】 筒状の導電性電極３内に円柱状の絶縁体１を
同軸状に配置し、絶縁体内にモールドされた単層巻検出
コイル４を配置し、この単層巻検出コイル４の外周面と
導電性電極３を所定の間隔をもって対向させるととも
に、導電性電極３と絶縁体１との間に燃料を導入し、燃
料の誘電率を前記単層巻コイル４のコイル周面と前記導
電性電極３の周面間の静電容量により検出する。 【効果】 常に高精度でアルコール含有率を検知でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、燃焼器等に供給され
る燃料の誘電率を非接触で検知して燃料の性状を判別
し、特に自動車等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燃料の誘電率検知
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、米国や欧州等の各国で、石油の消
費量の低減と、自動車排気ガスによる大気汚染の低減を
図るため、ガソリン中にアルコールを混合した燃料が自
動車用として導入されつつある。

【０００３】このようなアルコール混合燃料をガソリン
燃料の空燃比にマッ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べ理論空燃比が小さ
いため、空燃比がリーン化して運転が困難となるため、
アルコール混合燃料中のアルコール含有率を検出して、
この検出値に応じて空燃比、点火時期等を調整してい
る。

【０００４】従来、上記のようなアルコール含有率の検
出には、アルコール混合燃料の誘電率を検出する方式
と、屈折率を検出する方式が主に提案されている。

【０００５】これらの方式の内、誘電率を検出する方式
の従来装置として、たとえば特公昭６３−３１７３４号
公報に記載されたように非接触で液体中の誘電率を検出
するものが利用できる。この従来装置をアルコール混合
燃料中のアルコール含有率の検出に使用した場合につ
き、図１０〜図１２を用いて説明する。

【０００６】図１０は従来の燃料の誘電率検知装置を示
す構成図で、Ａはセンサ部であって、１はセラミック、
耐油性プラスチック等の絶縁体で作られ、内部に燃料通
路２を設けた絶縁管、８は絶縁管１の一部にリング状に
巻回された励起電極、４は励起電極８より所定距離離れ
てやはり絶縁管１に巻回された単層巻検出コイルであ
る。

【０００７】これらの絶縁管１、燃料通路２、単層巻検
出コイル４、励起電極８により、センサ部Ａが形成され
ている。

【０００８】一方、Ｂはセンサの検知回路で、鋸歯状波
発振回路２１の出力が電圧制御発振回路２２に接続さ
れ、電圧制御発振回路２２の出力が励起電極８に接続さ
れ、単層巻検出コイル４の前記励起電極８より遠い側が
接地され、前記励起電極８に近い側の信号が全波整流回
路２３を介してピークディテクタ２４に接続されてい
る。

【０００９】このピークディテクタ２４の出力と鋸歯状
波発振回路２１の出力がサンプルホールド回路２５に入
力され、サンプルホールド回路２５の出力が低域通過フ
ィルタ２６を介して外部に出力Ｖ_out として出力され
る。

【００１０】図１１はセンサ部Ａの断面図であり、図１
２はこのセンサ部Ａの等価回路の説明図である。

【００１１】次にこの従来の燃料の誘電率検知装置の動
作につき説明する。図１０におけるセンサ部Ａの励起電
極８に電圧制御発振回路２２から印加される周波数は、
鋸歯状波発振回路２１の出力でスイープ制御される。こ
のとき検出コイル４の誘起電圧は、燃料の誘電率εが異
なると異なった周波数で最大値を示す。

【００１２】これは励起電極８と検出コイル４の間の燃
料の誘起率εに対応する静電容量Ｃ_f と検出コイル４の
自己インダクタンスＬとでＬＣ共振を生じ、共振周波数
でコイルの誘起電圧が最大となるためである。

【００１３】センサ部Ａの概略等価回路は図１２のよう
であり、その直列共振周波数ｆ₀ は（数１）で表わされ
る。

【００１４】

【数１】

【００１５】この（数１）において、Ｌは単層巻検出コ
イル４の自己インダクタンス、Ｃ_f は励起電極８と単層
巻検出コイル４との間の燃料通路の容量で、燃料の誘電
率εに対応するものであり、Ｃ_S は絶縁管１の管壁の容
量、Ｃ_P は励起電極８と単層巻検出コイル４との間の外
部浮遊容量である。またＣ_Paは単層巻検出コイル４に並
列に存在する浮遊容量である。

【００１６】共振周波数ｆ₀ は（数１）のように、Ｃ_f
つまり燃料の誘電率εに依存するため、燃料の誘電率ε
が大なるほど共振周波数は低下する。

【００１７】単層巻検出コイル４の誘起電圧は全波整流
回路２３でＤＣ信号に変換され、ピークディテクタ２４
でその最大値が検出され、ピークディテクトパルスがサ
ンプルホールド回路２５に出力されて鋸歯状波発振回路
２１のスイープ出力がサンプルホールドされる。

【００１８】したがって、このときのホールド電圧は共
振周波数ｆ₀ に相当し、この電圧出力が低域通過フィル
タ２６を介して外部センサ出力Ｖ_out として出力され
る。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料の誘電率検
知装置は以上のように構成されているので、燃料の誘電
率が温度特性をもつため、測定温度によって同じ濃度の
燃料であっても共振周波数に変化が生じるという問題点
があった。

【００２０】温度補償を行う方法としては、一般に、燃
料通路内にサーミスタを設置し、温度補償回路に接続す
ることにより行われるが、装置が大型化するばかりでな
く、新たに回路を加えることにより、装置が高価になる
という問題点があった。

【００２１】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたもので、燃料の誘電率の温度特性を絶縁体
の誘電率の温度特性により補償することにより、精度よ
く燃料中のメタノール含有率を検出することができる燃
料の誘電率検知装置を得ることを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる燃料の
誘電率検知装置は燃料通路の中途に設けられた導電性電
極と、この導電性電極との間に燃料が導入され、絶縁体
によりモールドされるとともに、コイルの外周面が導電
性電極と所定間隔離して対向配置された単層巻検出コイ
ルとを設けたものである。

【００２３】

【作用】この発明における誘電率検知装置は、燃料の誘
電率の温度特性を絶縁体の誘電率の温度特性によって補
償することにより、燃料の誘電率に依存する単層巻検出
コイルの共振周波数を補償し、燃料中の誘電率を検出し
てアルコール含有率を精度よく検出する。

【００２４】

【実施例】以下、この発明の燃料の誘電率検知装置の実
施例を図について説明する。図１はその一実施例を示す
構成図、図２はこの一実施例のセンサ部の構成を示す図
であり、一部を切り欠いて内部を透視して示す斜視図、
図３はこの一実施例のセンサ部の概略断面図、図４はそ
の等価回路の説明図である。

【００２５】まず、これらの図１〜図４において、Ａは
センサ部であって、１は耐油性プラスチック等の絶縁体
で形成され、内部に単層巻検出コイル４を持つ円柱状の
絶縁体、単層巻検出コイル４は前記絶縁体１の中にモー
ルドされている。

【００２６】この単層巻検出コイル４のリード４ａ，４
ｂは絶縁体１の上面から外部に導出され、リード４ｂは
検知回路Ｂ内でアースされ、リード４ａはこの検知回路
Ｂ内において、０°位相比較器１１の入力端に接続され
ているととに、直列抵抗１０を介して増幅器１５の出力
端に接続されている。

【００２７】また、絶縁体１の外側には、導電性電極３
が設けられている。この導電性電極３は前記絶縁体１の
外側に設けられ、、その内周面が絶縁体１の外周面と略
平行でかつ絶縁体１と同軸になっており、チタン、ステ
ンレス、表面がアルマイト処理されたアルミニウム等が
燃料に対する耐性上好ましい。

【００２８】また、単層巻検出コイル４の外周面と絶縁
体１を隔てて導電性電極３の円筒内周面との間に燃料通
路２が形成されている。

【００２９】フランジ５には、円柱状の絶縁体１の上端
面が取り付けられており、また、フランジ５の下面に
は、導電性電極３のフランジ部と燃料シール７を介して
結合されている。かくして、絶縁体１と導電性電極３と
フランジ５とにより、燃料容器を構成している。

【００３０】このフランジ５を貫通して、フランジ５の
上面には１対のニップル６ａ，６ｂが突出されている。
ニップル６ａ，６ｂは燃料通路２内に燃料を導くための
もので、ニップル６ｂは排出するためのものである。

【００３１】次に、図１により、上記検知回路Ｂの構成
について述べる。上記直列抵抗１０は抵抗値ＲＳを有
し、単層巻検出コイル４とリード４ａにより直列に接続
されて直列回路を形成する。

【００３２】前記単層巻コイル４と直列抵抗１０との接
続部の信号と、直列抵抗１０の他端の信号、すなわち直
列回路への印加信号が０°位相比較器１１に入力される
とともに、この０°位相比較器１１には増幅器１５の出
力も入力されるようになっている。

【００３３】これにより、０°位相比較器１１は単層巻
検出コイル４の出力と増幅器１５の出力の位相差を比較
し、その比較結果を低域通過フィルタ１２に出力するよ
うになっている。

【００３４】低域通過フィルタ１２の出力と基準電圧Ｖ
_ref は比較積分器１３で比較し、その比較結果を出力端
子Ｔ１と電圧制御発振器１４の入力端とに加えるように
なっている。この基準電圧Ｖ_ref は位相０°に相当する
電圧である。

【００３５】電圧制御発振器１４の出力は上記増幅器１
５で増幅されるようになっているとともに、分周器１６
で分周して、出力端子Ｔ２より出力周波数ｆ_out として
出力されるようになっている。

【００３６】図５，図６は燃料、各種モールド材の誘電
率の温度特性図であり、図７，図８はこの発明による温
度補償を説明するための温度特性図であり、図９は従来
例と温度補償を行ったこの発明の共振周波数の比較図で
ある。

【００３７】次に、図１〜図９により、この発明の動作
について説明する。この動作の説明に際し、共振周波数
の検出について説明する。燃料通路２にメタノール混合
ガソリンを流した状態で、増幅器１５より直列抵抗１０
と単層巻検出コイル４の直列回路に高周波信号が与えら
れ、直列抵抗１０の両端の信号、すなわち前記直列回路
にかかる電圧信号と、単層巻検出コイル４にかかる電圧
信号が０°位相比較器１１に入力され、両者の位相差が
比較される。

【００３８】前記増幅器１５に正弦波増幅器を用いて前
記直列回路に印加する高周波信号を正弦波とすれば、前
記電圧信号も正弦的になるため、０°位相比較器１１と
しては乗算器を用いればよい。

【００３９】この０°位相比較器１１は前記両者の位相
差に相当する信号を出力し、低域通過フィルタ１２は前
記位相差に比例した直流電圧信号を出力し、比較積分器
１３は低域通過フィルタ１２の位相０°の出力に相当す
る基準電圧Ｖ_ref と、低域通過フィルタ１２の出力を比
較積分し、比較積分器１３の電圧出力により、前記直列
回路に増幅器１５を介して印加される高周波信号の周波
数が電圧制御発振器１４により決定される。

【００４０】すなわち、この直列回路と、０°位相比較
器１１、低域通過フィルタ１２、比較積分器１３、電圧
制御発振器１４、増幅器１５の直列回路により、位相同
期ループが形成され、電圧制御発振器１４の発振周波数
は前記直列回路にかかる電圧信号と、単層巻検出コイル
４にかかる電圧信号の位相差が０°となるよう制御され
るため、比較積分器１３の電圧出力Ｖ_out あるいは電圧
制御発振器１４の周波数出力はセンサ部Ａの前記並列共
振周波数、すなわち、燃料の誘電率、さらに換言すれ
ば、メタノール含有率に対応した値となる。

【００４１】この電圧制御発振器１４の出力周波数は、
センサ部Ａの大きさにもよるが、数MHz の高周波である
ため分周器１６により出力特性に適当な周波数まで分周
されて周波数出力ｆ_out として出力される。

【００４２】図２はこの一実施例のセンサ部Ａの構造を
示しているが、円柱状の絶縁体１の内部に単層巻検出コ
イル４がモールドされた構造となっており、図３はその
概略断面図であり、図４はその等価回路の概略を示す図
であり、これらの図２〜図４において、Ｃ_f は燃料通路
２を燃料が流れるときの静電容量、Ｃ_s は絶縁体１の単
層巻検出コイル４の外側部分に寄与する厚さ方向の静電
容量、Ｃ_pcは検出コイル４に並列に存在する浮遊容量で
ある。

【００４３】このとき、センサ部Ａは並列共振回路を構
成し、その共振周波数ｆ_n は（数２）で与えられ、共振
周波数ｆ_n は燃料の誘電率が大なるほど低下する。

【００４４】

【数２】

【００４５】次にこの実施例につき燃料の誘電率の温度
特性をモールド材の温度特性によって補償するためのセ
ンサ寸法の決定方法について説明する。図４の等価回路
において、Ｃ_pcには温度依存性がないと考えられるの
で、温度依存性をもつ合成容量Ｃは、（数３）で表わさ
れる。

【００４６】

【数３】

【００４７】ただし（Ｋ・Ｋ）はＣ_s の幾何容量、Ｋは
Ｃ_f の幾何容量で、この（数３）の［ ］内の値αが定
数となれば、一実施例における燃料の誘電率検知装置の
温度補償が達成されることがわかる。

【００４８】燃料と各種モールド材の誘電率の温度特性
を図５に示し、縦軸を誘電率の逆数としたものを図６に
示す。

【００４９】この図５から明らかなように、燃料の誘電
率は温度とともに単調に減少し、また図６から明らかな
ように、逆にモールド材の誘電率は温度とともに単調に
増加するため、これらの誘電率の対応する静電容量の直
列接続では温度依存性は打ち消される方向となる。

【００５０】一方、モールド材を固定しＫを可変したと
きのαのプロットを図７に、Ｋを固定しモールド材を可
変したときのαのプロットを図８に示す。図７，図８よ
りαが定数となるときのＫ、モールド材を選択し、Ｋは
幾何容量であるためこの値よりセンサの寸法を決定すれ
ば温度補償がなされる。

【００５１】図９はモールド材としてナイロン６６材を
用い、Ｋを所定値としたメタノールでのセンサの共振周
波数ｆ_n の温度特性を従来例と比較して示したものであ
る。このように従来例に比べ、この実施例では、共振周
波数温度特性の補償が達成されていることがわかる。

【００５２】なお、上記実施例では、本装置をメタノー
ル含有率の検出に用いた場合を示したが、他の液体中の
誘電率検出用として広く適用が可能である。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、燃料通路の中途に燃料を挾んで導電性電極と絶縁体
であるモールド材によりモールドされた単層巻検出コイ
ルと前記単層巻コイルの共振周波数を検出する手段を備
え、燃料の誘電率の温度特性をコイルモールド材の温度
特性によって補償できるようにしたので、常に精度よく
アルコール含有率を検知できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による燃料の誘電率検知装
置の構成図である。

【図２】同上実施例に適用されるセンサ部の構造を示す
斜視図である。

【図３】同上センサ部の概略断面図である。

【図４】同上センサ部の等価回路図である。

【図５】同上実施例を説明するための各種モールド材の
誘電率の温度特性図である。

【図６】同上実施例を説明するための縦軸を誘電率の逆
数とした各種モールド材の温度特性図である。

【図７】同上実施例を説明するためのモールド材を固定
した場合の温度補償方法の説明図である。

【図８】同上実施例を説明するためのモールド材を可変
した場合の温度補償方法の説明図である。

【図９】この発明と従来例と温度補償を行ったときの共
振周波数の比較図である。

【図１０】従来の燃料の誘電率検知装置を示す構成図で
ある。

【図１１】従来の燃料の誘電率検知装置におけるセンサ
部の概略断面図である。

【図１２】従来の燃料の誘電率検知装置におけるセンサ
部の等価回路図である。

【符号の説明】

１ 円柱状の絶縁体 ２ 燃料通路 ３ 導電性電極 ４ 単層巻検出コイル １１ ０°位相比較器 １２ 低域通過フィルタ １３ 比較積分器 １４ 電圧制御発振器 １５ 増幅器 １６ 分周器 Ａ センサ部 Ｂ 検知回路

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【手続補正書】

【提出日】平成４年６月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる燃料の
誘電率検知装置は燃料通路の中途に設けられた導電性電
極と、この導電性電極との間に燃料が導入され、絶縁体
によりモールドされるとともに、コイルの柱面が導電性
電極と所定間隔離して対向配置された単層巻検出コイル
とを設けたものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４４】

【数２】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状の導電性電極と、この導電性電極内
   に所定の間隔をもって同軸状に配置された絶縁体と、上
   記導電性電極と上記柱状の絶縁体との間に導入される燃
   料と、上記燃料の誘電率の温度特性を誘電率の温度特性
   によって補償できるモールド材で上記絶縁体内にモール
   ドされて上記導電性電極と対向して配置され上記燃料の
   誘電率に依存する共振周波数を有する単層巻検出コイル
   と、この単層巻検出コイルの共振周波数を検知する検知
   手段とを備えた燃料の誘電率検知装置。