JPH0580014A

JPH0580014A - アルコール燃料比センサ

Info

Publication number: JPH0580014A
Application number: JP27045591A
Authority: JP
Inventors: Sadayasu Ueno; 定寧上野; Naoki Minami; 南　　直樹; Takao Sasayama; 隆生笹山; Kazuo Kato; 和男加藤; Norio Hasegawa; 紀夫長谷川
Original assignee: Hitachi Automotive Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Astemo Ltd
Priority date: 1991-09-24
Filing date: 1991-09-24
Publication date: 1993-03-30

Abstract

(57)【要約】【目的】燃料温度と水分の影響を補正して燃料中のア
ルコール濃度が高精度で検出できるアルコール燃料比セ
ンサを提供すること。【構成】基準となる誘電体を充填した電極１１、１２
からなる基準用靜電容量と、被検燃料を流通させた電極
１、２からなる検出用靜電容量により、燃料温度による
発振周波数の変化、水分組成による発振周波数の変化及
び漏洩抵抗の変化を取出し、アップダウンカウンタによ
る温度補正、マイコンテーブルによる水分組成の割出し
をしてアルコール濃度を検出する。【効果】温度補正と水分補正がコンパクトなセンサ素
子と回路の組合せで実現でき、精度・信頼性・コスト・
使い勝手の良いアルコール燃料比センサが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルコール混合燃料を
使用する内燃機関の燃料中でのアルコール混合率を検出
するセンサに係り、特にガソリンとアルコールの混合燃
料中でのアルコール混合率の検出に好適なアルコール燃
料比センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】きたるべき資源枯渇に備え、或いは大気
汚染低減の面から、近年、メタノールやエタノールなど
のアルコールを燃料とする内燃機関が注目を集めている
が、ここで全面的なアルコール燃料への移行に先だっ
て、ガソリンにメタノールやエタノールなどのアルコー
ルを混合した、いわゆるアルコール混合燃料を用いた内
燃機関が実用化の機運にある。

【０００３】ところで、このようなアルコール混合燃料
を用いた内燃機関では、空燃比制御などのエンジン制御
に際して、混合燃料中におけるアルコール混合率の検出
を要する。そこで、従来から、この混合燃料中における
アルコール混合率を検出するセンサとして種々の方式の
ものが提案されているが、それらの中の一種に静電容量
方式のアルコール燃料比センサがあるが、この方式のセ
ンサの従来例については、例えば、実開平２ー１１２９
４９号、実開平２ー８９３５４号、或いは特開平２ー１
９０７５５号などに開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、静電
容量方式のアルコール燃料比センサの実用化に際して必
要な下記の点について配慮がされておらず、性能・信頼
性・コスト・使い勝手などに充分にバランスのとれたア
ルコール燃料比センサを提供できないという問題があっ
た。

【０００５】1) 静電容量の温度依存性を補正する方法
として、金属薄膜温度センサなどによるセンサを用いて
いるが、このセンサの燃料温度特性曲線は、靜電容量の
温度依存曲線とは全域にわたって一致するとは言えない
ため、温度補正係数が一定でなく、従って、温度補正の
ためには、温度補正係数マップを予め作成しておき、Ｃ
ＰＵ(セントラル・プロセッシング・ユニット)による演
算処理が必要であり、このため回路規模の拡大が避けら
れない。

【０００６】2) 燃料中への水混入に伴う検出誤差につ
いて配慮がされておらず、充分な検出精度が得られな
い。 3) 燃料中への水の混入によるアルコールと燃料の相分
離対策について、特に配慮がされておらず、検出精度の
低下が免れない。

【０００７】本発明の目的は、デジタル又はアナログの
小規模回路を用いるだけで、温度補正された検出結果が
直接得られ、充分な実用性を備えたアルコール燃料比セ
ンサを提供することである。また、他の本発明の目的
は、水分混入に伴う検出誤差の補正が可能で、高精度の
検出が可能なアルコール燃料比センサを提供することで
ある。更に別の本発明の目的は、水分混入による相分離
を生じた場合でも、所要の精度での検出が可能で、且
つ、水分混入による腐食、燃料による樹脂の膨潤、これ
らの波及効果としての燃料漏れが充分に防止可能なアル
コール燃料比センサを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】燃料の水分組成と燃料温
度を補正する手段として、本発明では、まず２対の対向
電極を燃料系統内に配置し、一方のアルコール濃度検出
用対向電極間には誘電体として被検燃料が置換する構造
とし、他方の基準用対向電極間には誘電体として置換し
ない既知のアルコール混合燃料または液体か固体の誘電
体を充填するように構成する。

【０００９】アルコール濃度検出用静電容量ＣＣと基準
用静電容量ＣＲとはそれぞれ発振器または非安定マルチ
バイブレータの発振周波数決定素子として用いる。得ら
れた発振周波数ｆ_C、ｆ_Rは積分器又はアップダウンカウ
ンタにより、アルコール濃度信号から燃料温度に依存す
る信号成分を補正すように信号処理をする。

【００１０】さらに、水が混入することによってアルコ
ール濃度検出用静電容量ＣＣに並列に入る漏洩抵抗Ｒ_L
のために、上記検出用と基準用の２つの発振器またはア
ップダウンカウンタの矩形波出力の立上り、又は立下り
の時定数の比からアルコール燃料比信号の水分による補
正をする。

【００１１】水分補正と温度補正はシリアルに行ない、
水分組成信号と燃料温度信号は必要に応じて出力する。
水分と温度の補正をされたアルコール燃料比信号はエン
ジンコントロールユニット内に予め用意された複数のマ
ップの中から最適のものを選ぶために使う。

【００１２】水分混入による相分離対策としては、２対
の対向電極を容器内の天井面から底面までの全域に鉛直
に配置するとともに、容器内の底面付近に出口を設ける
ことで比重差による水溜まりを防止する。

【００１３】腐食・膨潤・封止対策としては、対向電極
間の表面にフッ素樹脂系皮膜を設ける。

【００１４】

【作用】燃料系統中に設けた金属容器内に２対の対向電
極を配置し、一方はアルコール濃度検出用靜電容量Ｃ
Ｃ、他方は一定のアルコール濃度でしかも水分が含まれ
ない燃料を予め充填した基準用靜電容量ＣＲとして形成
する。これらの靜電容量は発振器の周波数決定素子とし
て用いる。これらから出力された周波数の内、ｆ_Cは水
分による誤差分と温度による誤差分を含むアルコール濃
度信号であり、ｆ_Rは温度による誤差分のみを含む所定
アルコール濃度における温度信号となる。従って、これ
らの信号を比較することにより、温度補正されたアルコ
ール濃度を検出することができる。

【００１５】まず、温度補正法について説明する。アプ
ダウンカウンタを用い、ｆＲでカウントアップし、ｆＣ
でカウントダウンする時、所定のカウントアップ時間ｔ
０を決めておくと、これが基準温度となり、カウントア
ップ電圧Ｖ０が正規化された燃料温度を表わす。このＶ
０をｆＣでカウントダウンすると、そのカウントダウン
時間ｔＣは温度補正されたアルコール濃度と相関があ
る。ここで、ｆＣまたはｆＲ、およびｔ０は温度補正精
度を向上するために調整または最適化することができ
る。

【００１６】次に水分補正につき説明する。混入した水
分組成率は靜電容量および、これに並列に入る漏洩抵抗
と相関関係がある。そこで、非安定マルチバイブレータ
の出力の発振周波数ｆＣから水分組成率を求めることが
できる。しかし、一方の発振周波数ｆ_C1では水分組成率
を特定できないため、例えば、他方の発振周波数とし
て、検出容量に並列に靜電容量を接続したときの周波数
ｆ_C2を求め、これら２種の周波数からマイコンのテーブ
ルを使ってアルコール濃度を特定することができる。

【００１７】なお、水分組成率を特定する別の方法とし
ては、帰還抵抗を放電時に大きいものに置換えて検出用
靜電容量からの放電の時定数の変化Δτ／τを求め、ｆ
Ｃ１とΔτ／τとからマイコンのテーブルを使ってアル
コール濃度を求めることもできる。

【００１８】通常の使用状態において水分が混入する
と、静電容量と並列に入る漏洩抵抗は２〜３桁低減す
る。従って、漏洩抵抗によるアルコール濃度の補正は、
温度補正と同様に必要である。

【００１９】アルコール混合燃料に水分が混入すると、
一般にアルコールと水の親和性が高いためアルコールと
ガソリンとは静止状態で相分離を生じる。このような場
合でも平均的なアルコール濃度を検出するために、燃料
容器の天井面から底面まで鉛直に対向電極を配置する。
さらに燃料容器の入口通路と出口通路の位置関係は、容
器内の燃料が速やかに置換するように、入口は底面に近
く、出口は天井面に近く配置する。

【００２０】静電容量の変化を信号処理する手法として
は、周波数に変換してデジタルな論理回路で処理し、デ
ジタルに出力するのが効率的である。温度補正もデジタ
ルに処理するには、アップダウンカウンタを使う方法が
ある。なおアナログ出力も可能にしておいてもよい。

【００２１】アルコール燃料比センサの取付け位置は、
エンジンの燃料供給系統の燃料ポンプ側で、プレッシャ
レギュレータや噴射弁に近い位置に置くと、噴射される
燃料との一致性が良くなる。そこで、センサをプレッシ
ャレギュレータに内蔵することにより取付け性を改善す
ることができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明によるアルコール燃料比センサ
について、図示の実施例により詳細に説明する。図１は
本発明の一実施例を示す断面構造図で、図において、１
はアルコール濃度検出用靜電容量素子を形成する内側電
極、２は同じく外側電極で、何れも金属管で作られ、絶
縁性支持部材４、５で同心円状の間隙を保つようにして
保持されており、それらの間に形成される静電容量が検
出静電容量値ＣＣとなる。

【００２３】外側電極２には複数の流通孔３が設けられ
ており、燃料が容易に流入、流出できるようになってい
る。内側電極１は、フランジ１５にガラスで封着された
引出し端子６に接続され、これにより外部への導電路が
引き出されているが、外側電極２は金属容器８に設けら
れているくぼみ７により保持され、金属容器８に導通し
ている。一方、金属容器８には燃料の流入管１３と、流
出管１４が接続され、エンジンの燃料供給経路に接続さ
れるが、このとき、フランジ１５との間はＯリング１６
で外部と封止されている。

【００２４】一方、１０は基準静電容量素子を形成する
内側電極で、１１は同じく外側電極であり、これらもア
ルコール濃度検出用靜電容量素子を形成する内側電極１
及び外側電極２と同じ構成を有しているが、但し外側電
極１１には流通孔が無く、これらの電極間には、比誘電
率が既知の誘電体１２が充填してあり、これら電極の間
に形成される静電容量が基準静電容量ＣＲとなる。

【００２５】誘電体１２としては、水分を含まず、既知
のアルコール濃度からなる燃料を用いるが、他の実施例
としては、比誘電率の温度特性が被検燃料のそれと近似
した誘電体を用いるようにしてもよい。

【００２６】これら２組の静電容量ＣＣ、ＣＲは接続金
具９により取り出され、プリント基板１９に搭載された
信号処理回路２０で処理された後、温度による補正と水
分による補正が加えられた上でリード２２から出力され
る。なお、１７はプリント基板の固定ねじ、１８はセン
サの取付け金具、２１は信号処理回路の収納ケースであ
る。

【００２７】そして、この実施例では、図から明らかな
ように、２組の靜電容量ＣＣ、ＣＲを構成する内側電極
１、１０と外側電極２、１１は、いずれも金属容器８内
で垂直に、天井面から底面まで達するように配置してあ
り、これにより、燃料に相分離が発生したときでも、そ
の影響を受けずにアルコール濃度を平均的に検出できる
ようになっている。

【００２８】次に、この実施例では、これら２組の靜電
容量ＣＣ、ＣＲを構成する内側電極１、１０と外側電極
２、１１は、いずれもその表面がフッ素樹脂系被膜材で
覆ってあり、これにより、燃料中の水分などによる腐食
が生じないようにしてある。また、この実施例では、そ
の電子回路モジュールを、２組の靜電容量ＣＣ、ＣＲを
内蔵した燃料容器外に隣接した収納ケースに一体化配置
しており、これにより、エンジンに装着する場合のスペ
ースファクタが良くできる。

【００２９】図２は、アルコール燃料比センサを用いた
エンジン制御システムの一例を示したもので、図におい
て、２６がアルコール燃料比センサであり、３３はエン
ジン制御用のマイクロコンピュータである。燃料はポン
プ２７で加圧され、レギュレータ(燃料噴射圧力制御弁)
３０で調圧され、インジェクタ２８、２９から噴射され
る。エンジンの気筒内で圧縮された混合気は、点火制御
ユニット３４から点火コイル３５を経て供給される高電
圧により点火プラグで発生する火花放電によって点火さ
れる。

【００３０】このとき、マイクロコンピュータ３３は、
水温センサ３１、酸素センサ３２からの信号と共にアル
コール燃料比センサ２６からの信号を取り込み、ガソリ
ンにアルコールが混合された場合、その濃度を検出し、
それに応じて始動時やパワー領域での空燃比を適切に制
御するのである。

【００３１】図３は、本発明におけるアルコール燃料セ
ンサの信号処理回路の一実施例で、内側電極１、外側電
極２、流通孔３からなるアルコール濃度検出用靜電容量
素子により形成される検出用静電容量ＣＣは検出用発振
器４６に接続され、内側電極１０、外側電極１１からな
る基準靜電容量素子により形成される基準静電容量ＣＲ
は基準用発振器４７に接続され、それぞれの発振器の周
波数決定素子として用いられる。そして、このとき、基
準靜電容量素子を構成する内側電極１０と外側電極１１
との間には、水分ゼロの既知の誘電体、例えばアルコー
ル濃度５０％の燃料が、誘電体１２(図１)として充填し
てある。

【００３２】この結果、検出用発振器４６の周波数ｆ_C
はアルコール濃度と比例関係をもって変化するのに対し
て、基準用発振器４７の出力周波数ｆ_R はセンサ内の燃
料の温度にだけ依存して変化するものとなる。なお、こ
の結果、基準用発振器４７の出力周波数ｆ_R は燃料温度
を表わす信号として使えるので、別途、端子５２を設け
て取り出せるように構成してある。

【００３３】４８はアップカウント動作とダウンカウン
ト動作を切換えるゲート回路、４９はアップダウンカウ
ンタ、５０はワンショットマルチバイブレータである。
ゲート回路４８は、ワンショットマルチバイブレータ５
０の出力が“Ｌ”レベルのときには基準用発振器４６の
出力をアップダウンカウンタ４９のクロック入力に切換
えているが、ワンショットマルチバイブレータ５０の出
力が“Ｈ”レベルになったときには、基準用発振器４７
の出力をアップダウンカウンタ４９のクロック入力に切
換える働きをする。

【００３４】アップダウンカウンタ４９は、ワンショッ
トマルチバイブレータ５０の出力が“Ｈ”レベルになっ
たときアップカウント動作を行い、ワンショットマルチ
バイブレータ５０の出力が“Ｌ”レベルのときにはダウ
ンカウント動作を行なうもので、カウント値がゼロにな
ったときにＯＵＴ出力にパルスを発生し、ワンショット
マルチバイブレータ５０にトリガパルスを供給する働き
をする。

【００３５】ワンショットマルチバイブレータ５０は所
定の時定数をもち、通常は“Ｌ”レベル出力状態を保つ
が、アップダウンカウンタ４９からのトリガパルスが入
力されるごとに所定時間Ｔ_R (以下、これを基準時間と
いう)だけ“Ｈ”レベルになる信号を出力する働きをす
る。

【００３６】次に、この実施例の動作について説明す
る。温度が変化すると燃料の比誘電率も変化し、この結
果、燃料中のアルコール濃度に対する発振周波数特性
は、例えば図４に示すように変化する。従って、燃料中
のアルコール濃度の検出に際しては、この温度変化によ
る影響を補正しなければならないが、図３の実施例で
は、この補正動作は次のようにして得られる。図５は、
図３の実施例の動作シーケンスと、これによる温度補正
動作及びアルコール濃度計測の説明図で、以下、この図
によりアップダウンカウンタ４９によるアルコール温度
補正動作を説明する。

【００３７】システムに動作電圧が与えられると、まず
発振器４６、４７が発振を開始し、これによりアップカ
ウンタ４９からパルスが発生され、これを契機として動
作シーケンスが開始する。すなわち、これにより、まず
ワンショットマルチバイブレータ５０の出力が“Ｈ”レ
ベルになり、この結果、ゲート回路４８は基準用発振器
４７の出力をアップダウンカウンタ４９に供給するよう
に切換えられ、同時にアップダウンカウンタ４９のＵ／
Ｄ端子にトリガが掛り、アップカウント動作に切換え、
まず基準用発振周波数ｆ_R を基準時間ｔ_Rだけアップカ
ウントする。

【００３８】こうして、基準時間ｔ_R が経過するとワン
ショットマルチバイブレータ５０の出力が“Ｌ”レベル
に立ち下がるので、ここで、ゲート回路４８は検出用発
振器４６の出力に切換わり、同時にアップダウンカウン
タ４９はダウンカウント動作に切換わって、今度は検出
用発振器４６の出力周波数ｆ_C でカウントダウンして行
き、アップダウンカウンタ４９のカウント値がゼロにな
ると、再び、このアップダウンカウンタ４９はトリガパ
ルスを発生し、この結果、動作シーケンスは元に戻り、
以後、同じ動作を繰り返す。

【００３９】そこで、このときの基準用発振周波数ｆ_R
を基準時間ｔ_R だけアップカウントしたときのカウント
値をＣ₁ とし、このカウント値Ｃ₁ から周波数ｆ_C でカ
ウントダウンして行き、アップダウンカウンタ４９のカ
ウント値がゼロになるまでの時間をｔ₁ とすると、１回
のシーケンス当りでの時間ｔ_R とｔ₁によるデューティ
比ｔ₁／(ｔ_R＋ｔ₁)が、誘電体１２を基準としたアルコ
ール濃度を表わすことになる。

【００４０】そこで、マイクロコンピュータ３３(図２)
は、端子５１(図３)からワンショットマルチバイブレー
タ５０のＯＵＴ出力を取り込み、この出力信号のデュー
ティ比ｔ₁／(ｔ_R＋ｔ₁) を演算し、燃料中のアルコー
ル濃度を求め、それに応じてエンジンの空燃比を制御す
るのである。

【００４１】ところで、いま、燃料の温度が変化し、そ
れまでの温度Ｔ₁からΔＴだけ増加して、温度Ｔ₁＋ΔＴ
になったとする。そうすると、検出用静電容量ＣＣと、
基準静電容量ＣＲの静電容量が減り、図４に示したよう
に、検出用発振器４６及び基準用発振器４７の発振周波
数が上がるので、図５の(2)に示すように、基準用発振
周波数ｆ_R を基準時間ｔ_R だけアップカウントしたとき
のカウント値はＣ₁ からＣ₁＋ΔＣに増加する。

【００４２】然し乍ら、このときには、検出用発振器４
６の発振周波数ｆ_C も同じように増加しているので、こ
のときのカウント値Ｃ₁＋ΔＣからカウントダウンして
行き、アップダウンカウンタ４９のカウント値がゼロに
なるまでの時間ｔ₁ は、温度がＴ₁ のときと同じにな
り、温度変化分は打消され、アルコール濃度に対応した
デューティ比ｔ₁／(ｔ_R＋ｔ₁) の出力信号を得ること
ができるのである。

【００４３】一方、図５(2) における燃料のアルコール
濃度をａ₁ とし、これがａ₂ に増加したとすると、今度
は検出用発振器４６の発振周波数ｆ_C だけが減少するの
で、図５(3) に示すように、検出用発振器４６の発振周
波数ｆ_C によるカウントダウン時間がｔ₂ になり、この
結果、出力信号のデューティ比は、ｔ₂／(ｔ_R＋ｔ₂)と
なり、アルコール濃度ａ₂ を検出することができるので
ある。

【００４４】従って、この実施例によれば、センサ自体
から、直接、温度補正されたアルコール濃度信号を得る
ことができ、マイクロコンピュータにマップを設けるこ
となく、正確なアルコール濃度を容易に検出することが
でき、アルコール混合燃料を使用したエンジンを的確に
制御することができる。

【００４５】なお、アップダウンカウンタ４９の代り
に、基準用発振器４７の出力により正方向積分を行い、
検出用発振器４６の出力により負方向の積分を行う積分
器を用い、この積分器の出力により温度補正されたアル
コール濃度を検出するように構成しても良い。

【００４６】ところで、静電容量方式のアルコール燃料
比センサでは、図６に示すように、燃料中に水分が混入
すると、検出誤差を生じる。なお、この図６は、燃料中
に存在する水分組成率が、アルコール濃度−発振周波数
特性に与える影響を示したものである。従って、本発明
のような静電容量方式のアルコール燃料比センサでは、
この水分混入による誤差を補正してアルコール濃度を検
出する必要があり、以下、この水分補正を行なうように
した本発明の一実施例について、図７により説明する。

【００４７】この図７の(1)は、図３の実施例における
検出用発振器４６の構成を示したもので、７０はインバ
ータ(反転増幅回路)で、これにスイッチＳを組合せ、こ
のスイッチＳをＡ接点側に切換えたときには、帰還抵抗
Ｒ_F と検出用静電容量素子による静電容量ＣＣがインバ
ータ７０に組合わされて非安定マルチバイブレータ回路
が構成され、Ｂ接点側に切換えたときには、静電容量Ｃ
Ｃに、静電容量がＣの外付コンデンサが並列に接続さ
れ、これと、帰還抵抗Ｒ_F にダイオードＤが並列に接続
された回路とがインバータ７０に組合わされて非安定マ
ルチバイブレータ回路が構成されるようにする。そし
て、このとき、燃料中に水分が混入していたとすると、
この水分による漏洩抵抗Ｒ_L が検出用静電容量素子によ
る静電容量ＣＣと並列に形成された形となる。

【００４８】そして、まず、スイッチＳを接点Ａに切換
えたときの発振発振周波数ｆ_C1を求め、次にスイッＳを
接点Ｂ側に切換えたときの発振周波数ｆ_C2を求める。

【００４９】このときの発振周波数ｆ_C2は、検出用静電
容量ＣＣに、これよりは充分に静電容量が大きな外付コ
ンデンサが並列に接続された状態での発振周波数となる
が、このとき、ダイオードＤは、検出用静電容量ＣＣと
外付コンデンサに充電された電荷が漏洩抵抗Ｒ_L だけに
より放電されるようにする働きをし、これにより、発振
周波数ｆ_C2が漏洩抵抗Ｒ_Lの抵抗値、つまり燃料中に混
入している水分の量に充分に相関がとれたものとなるよ
うにしている。

【００５０】次に、これらの発振発振周波数ｆ_C1、ｆ_C2
は、順次、マイクロコンピュータ３３(図２)に取り込ま
れ、これらにより、予めマイクロコンピュータ３３内に
格納してある、図７の(2)に示すアルコール濃度テーブ
ルを検索し、これらの発振周波数ｆ_C1、ｆ_C2とアルコー
ル濃度の関係を読出し、水分混入による誤差が補正され
たアルコール濃度を算出するのである。

【００５１】従って、このため、スイッチＳは電子的な
スイッチ回路で構成され、マイクロコンピュータ３３か
らの制御信号により切換制御されるようになっており、
これに応じて、マイクロコンピュータ３３には２種のプ
ログラムが備えられており、上記の温度補正されたアル
コール濃度の検出処理に際しては、スイッチＳを接点Ａ
側に切換えたままにし、水分混入による誤差を補正して
アルコール濃度を検出する処理に際しては、スイッチＳ
をＡ側からＢ側へと順次切換え、これにより発振発振周
波数ｆ_C1、ｆ_C2を順次、取り込むように動作するのであ
る。なお、この２種のプログラムは、所定の周期で交互
に実行されるようにしてもよく、或いは任意に実行され
るようにしてもよい。

【００５２】次に、これらの発振周波数ｆ_C1、ｆ_C2か
ら、水分による検出誤差が補正されたアルコール濃度を
算出すプロセスについて、図８により説明する。図中、
上側の曲線Ａ₀は、水分組成率が０％の場合、曲線Ａ₅は
同じく５％の場合で、スイッチＳがＡ側に切換えられ、
且つ帰還抵抗ＲＦの抵抗値＝６．１ｋΩにおける特性曲
線であり、下側の曲線Ｂ₀は、同じく水分組成率が０％
の場合、曲線Ｂ₅は同じく５％の場合で、スイッチＳが
Ｂ側に切換えられ、且つ外付けコンデンサＣの静電容量
＝１０００ｐＦで、帰還抵抗ＲＦにダイオードＤが並列
に接続された場合の特性曲線である。

【００５３】まず、検出用発振周波数ｆ_C1が得られた段
階で、この検出用発振周波数ｆ_C1が２本の曲線Ａ₀、Ａ₅
と一致するａ₅点とａ₀点を求める。しかしながら、この
段階では、アルコール濃度は、この検出用発振周波数ｆ
_C1が２本の曲線Ａ₀、Ａ₅と一致したａ₅点とａ₀点の間の
範囲にあるとしか特定できない。そこで、次に、これら
のａ₅点とａ₀点で表わされるアルコール濃度が、下側の
２本の曲線Ｂ₀、Ｂ₅と一致する点ｂ₀、ｂ₅を求め、これ
らの点間を結ぶ直線ｂ₀₅を求めておく。

【００５４】次に、検出用発振周波数ｆ_C2が得られた段
階で、この周波数ｆ_C2が直線ｂ₀₅と交わる点ｂ_nを求め
ると、これが、このときの、水分による検出誤差が補正
されたアルコール濃度となる。そこで、このようにし
て、水分含有量とアルコール濃度が既知の燃料について
逐次求めた値を、マイクロコンピュータのテーブルにメ
モリし、図７(2)に示すようなアルコール濃度テーブル
を作成しておけば、以後、マイクロコンピュータ３３の
処理により、任意に水分による検出誤差が補正されたア
ルコール濃度を検出することができ、従って、この実施
例によれば、アルコール含有燃料に水分が含まれていた
ときでも、常に正確なアルコール濃度が検出でき、エン
ジンの空燃比などを的確に制御することができる。

【００５５】なお、水分組成率を特定する別の方法とし
ては、帰還抵抗を放電時に大きいものに置換えて検出用
靜電容量からの放電の時定数の変化Δτ／τを求め、ｆ
Ｃ１とΔτ／τとからマイコンのテーブルを使ってアル
コール濃度を求めることもできる。

【００５６】次に、本発明の更に別の実施例について、
図９により説明する。この図９の実施例は、本発明によ
るセンサを、燃料噴射圧力調整用のレギュレータと一体
化したもので、図において、５５はレギュレータの本体
で、５６がアルコール濃度検出用靜電容量素子、そして
５７が基準静電容量素子であり、検出用靜電容量素子５
６による静電容量値ＣＣと、基準静電容量素子５７によ
る基準静電容量ＣＲとが、プリント基板１９に搭載され
た信号処理回路２０に取り込まれ、ここで処理されてア
ルコール濃度を表わす信号が出力されることになる。

【００５７】この図９の実施例によれば、レギュレータ
との一体化により、エンジンルーム内でのスペースファ
クタを良くすることができ、且つ燃料配管レイアウトの
簡潔化の点で有利になる。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、アルコール濃度の温度
依存性と水分組成依存性を基準靜電容量により正確に補
正できるようにしたので、所要の精度を有するアルコー
ル燃料比センサをコンパクトな回路構成で実現すること
ができ、性能面及び信頼性、コスト面、使い勝手の面で
充分なバランスのとれたセンサを容易に提供できること
になり、アルコール混合燃料を用いた自動車用エンジン
の実用化と高性能化に大いに貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアルコール燃料比センサの一実施
例を示す断面図である。

【図２】本発明によるアルコール燃料比センサの適用対
象となるアルコール燃料用エンジン制御システムの一例
を示す構成図である。

【図３】本発明のアルコール燃料比センサにおける信号
処理部の一実施例を示す構成図である。

【図４】アルコール混合燃料の温度依存性を示す特性図
である。

【図５】本発明の一実施例によるアルコール濃度検出動
作の説明図である。

【図６】アルコール混合燃料の水分組成依存性を示す特
性図である。

【図７】本発明によるアルコール燃料比センサの他の一
実施例の構成とテーブルの構成を示す説明図である。

【図８】本発明の他の一実施例によるアルコール濃度検
出動作の説明図である。

【図９】本発明によるアルコール燃料比センサのさらに
別の一実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１内側電極（検出用靜電容量）２外側電極３流通孔４、５絶縁性支持部材６引出端子８金属容器１０内側電極（基準用靜電容量）１１外側電極１２既知の誘電体１３流入口１４流出口２０信号処理回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者南直樹茨城県勝田市大字高場2520番地日立オートモテイブエンジニアリング株式会社内 (72)発明者笹山隆生茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者加藤和男茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者長谷川紀夫茨城県勝田市大字高場2520番地自動車機器技術研究組合内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料の比誘電率変化に応じてアルコール
濃度を検出する静電容量方式のアルコール燃料比センサ
において、エンジンへの燃料供給経路に配置した金属容
器と、この金属容器内に配置され容器内の燃料を流通さ
せて誘電体とした検出用の電極対と、上記金属容器内に
配置され性質が既知の物質を封入して誘電体とした基準
用の電極対とを設け、上記検出用の電極対の静電容量と
上記基準用の電極対の静電容量とを比較してアルコール
濃度を検出するように構成したことを特徴とするアルコ
ール燃料比センサ。
【請求項２】請求項１の発明において、上記検出用と
基準用の電極対が何れも棒状の内側電極と管状の外側電
極を同軸型に配置して構成され、これら検出用と基準用
の電極対が何れも上記金属容器内で垂直に配置され、且
つ該容器の内側天井面から底面まで達する寸法に作られ
ていることを特徴とするアルコール燃料比センサ。
【請求項３】請求項１の発明において、上記検出用と
基準用の電極対が、何れも厚さ２０〜３００μｍのフッ
素樹脂系材料の被膜で覆われていることを特徴とするア
ルコール燃料比センサ。
【請求項４】請求項１の発明において、上記金属容器
からの燃料の出口通路が、該金属容器の底面に近い位置
に配置されていることを特徴とするアルコール燃料比セ
ンサ。
【請求項５】請求項１の発明において、上記検出用の
電極対と基準用の電極対による静電容量をそれぞれ周波
数決定用素子として用いた検出用と基準用の発振器と、
上記基準用の発振器の出力によりアップカウントされ、
上記検出用の発振器の出力によりダウンカウントされる
アップダウンカウンタとを設け、このアップダウンカウ
ンタの出力により温度補正されたアルコール濃度を検出
するように構成したことを特徴とするアルコール燃料比
センサ。
【請求項６】請求項５の発明において、上記検出用の
電極対と基準用の電極対による静電容量をそれぞれ周波
数決定用素子として用いた検出用と基準用の発振器と、
上記基準用の発振器の出力により正方向積分を行い、上
記検出用の発振器の出力により負方向の積分を行う積分
器とを設け、この積分器の出力により温度補正されたア
ルコール濃度を検出するように構成したことを特徴とす
るアルコール燃料比センサ。
【請求項７】請求項１の発明において、上記金属容器
が、エンジンの燃料供給系に配置されているプレッシャ
レギュレータの圧力制御室で構成されていることを特徴
とするアルコール燃料比センサ。
【請求項８】請求項１の発明において、上記検出用の
電極対による検出用靜電容量を周波数決定用素子して用
いた非安定マルチバイブレータと、この非安定マルチバ
イブレータの帰還抵抗にダイオードを並列に接続すると
共に、上記検出用靜電容量に既知の静電容量をもつコン
デンサを並列に接続するスイッチ手段とを設け、検出用
靜電容量を周波数決定用素子して用いたときの非安定マ
ルチバイブレータの出力周波数と、上記スイッチ手段に
より上記ダイオードとコンデンサが接続されたときの非
安定マルチバイブレータの出力周波数との比較により水
分補正されたアルコール濃度を検出するように構成した
ことを特徴とするアルコール燃料比センサ。
【請求項９】請求項８の発明において、水分補正され
たアルコール濃度の検出処理と、温度補正されたアルコ
ール濃度の検出処理とを逐次行なうように構成されてい
ることを特徴とするアルコール燃料比センサ。