JPS6342462A - 燃料成分検出装置 - 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） 本発明は自動車用燃料の燃料成分を検出するのに適した
燃料成分検出装置に関するものである。

（従来技術） 自動車用燃料として、現在のところ国内ではガソリンエ
ンジン用に主に無鉛プレミアムガソリンとレギュラーガ
ソリンが使用され、ディーゼルエンジン用に軽油が使用
されているが、諸外国ではメタノールやエタノールを混
合したガソリンや軽油が広範に使用されている。

上記各種の燃料では、オクタン価、セタン価、アルコー
ル含有量などが種々異なるので、同一車種のエンジンに
おいても燃料成分に応じたセツティング（点火時期、空
燃比、燃料噴射量・吸入量、エンジン制御など）とする
ことが必要であることから、自動車用に適した燃料成分
検出装置の開発が要請されている。

従来、ガソリン燃料の成分の違いに応じて光の屈折率が
変化することを利用した燃料成分検出装置が、第４回国
際アルコール燃料技術シンポジウム　（ｒＶ　　Ｉｎｔ
ｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　　ｏｎ
　　Ａｌｃｏｈｏｌ　　Ｆｕｅｌｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ、開催国・・・・・・ブラジル、開催時期・・・・
・・１９８０年ｌθ月５〜８日）の議事録第１巻（ｖｏ
ｌ、Ｉ）のＢ−２５欄に開示されてい茗。

前記燃料成分検出装置は、燃料中に浸される透明な導光
部と、該導光部の一端に光を入射する発光部と、該導光
部の他端から出る光を受光し、受光量を捻出する受光部
とを備え、該受光部の受光量により燃料の成分を検出す
るものである。すなわち、受光部から出た光は、導光部
と燃料の界面で反射と屈折を繰り返しながら受光部に到
達するので、受光部の受光量が燃料の屈折率に応じて変
化することを利用し、屈折率の変化に寄与する燃料中の
成分の多少を検出するものである。

これに対して、例えば特開昭５７−１０１７５３号公報
には、アルコール混合燃料が出入する燃料室内に２枚の
電極を対向させ、この電極間のインピーダンスを測定す
ることにより、アルコール混合ガソリン中のアルコール
濃度を連続的に測定し得るようにしたアルコール混合燃
料中のアルコール濃度測定装置が記載されている。

（発明が解決しようとする問題点） 前記シンポジウムの議事録に記載されている光の屈折率
から燃料成分を検出する燃料成分検出装置については、
燃料成分の相違による光の屈折率の差は非常に小さく　
（光の屈折率はレギュラーガソリンで１．４２またはハ
イオクガソリンで１．４３である）、燃料の光の屈折率
の温度係数は−（２〜３）Ｘ　１０−’（１／”Ｃ）で
あるため物質の光の屈折率は温度によって変動すること
から、前記検出装置に温度補償回路を設ける必要がある
ので、装置が複雑化・大型化し高価なものになるという
問題がある。

前記公報に記載のアルコール濃度測定装置については、
燃料中に存在する鉄イオンなど各種金属イオンの影響や
燃料中に含まれる不純物やゴミ等の影響によって長期に
亙って正確な測定性能を確保することが難しいという問
題がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る燃料成分検出装置は、少なくともその一部
が燃料に隣接された透音性を有する導波路の一端に超音
波を発信する超音波発信手段をまた他端に導波路を通過
した超音波を受信する超音波受信手段を配設したもので
ある。

（作用） 本発明に係る燃料成分検出装置においては、燃料成分毎
にその中を伝播する音の音速が相違することから、燃料
中に浸漬させた導波路から燃料中へ漏れる音量が燃料成
分毎に相違するという原理を活用して燃料の性状（オク
タン価、セタン価、アルコール含有量など）を検出する
ようにしである。

即ち、実施例に係る第２図を参照して説明すると、導波
路から燃料中へ漏れようとする音波の入射角をθ、出射
角をθ′、導波路中の音速をＶい燃料中の音速をｖ２と
するとｓｉｎ　θ／ｓｉｎ　θ′＝ｖ、／　Ｖ、　、従
って全反射開始時の入射角θ。＝ｓｉｎ　−’（Ｖ＋　
／ＶＺ　）　　となる。

導波路の一端から入力される超音波のうち、入射角θ〈
θ。の超音波は燃料中へ放射されてしまうのに対して、
入射角θ≧θ。の超音波は全量導波路の他端へ到達する
ことになるので、超音波発信手段により一端から発信さ
れた超音波の音量と超音波受信手段により他端で受信さ
れた超音波の音量とに基いて、前記全反射開始入射角θ
。が求められ、この入射角θ。と導波路中の音速ｖ１と
から、燃料中の音速ｖ２を求め、この燃料中の音速■２
から燃料の性状を検出することが出来る。

加えて、超音波発信から受信までの時間を計測すること
により、導波路中の音速ｖ１をも求めることが出来るの
で、導波路の温度（これは、燃料温度と略等温である）
を求め、前記のように求められた燃料中の音速ｖ２に温
度補正を施すことが出来る。

（発明の効果） 本発明に係る燃料成分検出装置によれば、以上説明した
ように、燃料成分毎に音速が相違するということに着目
し、導波路より燃料中へ漏れずに受信される超音波の音
量を測定することにより燃料成分を検出することが出来
る。

しかも、超音波の発信後受信までの伝達時間を測定する
ことにより温度補正も可能である。

加えて、この燃料成分検出装置は、遮音性の導波路、超
音波発生手段及び超音波受信手段などを主体とする小型
かつ筒車な構成のものとなり、耐久性・信鎖性の面でも
優れたものになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図に示すように、燃料タンク（図示略）からエンジ
ン（図示略）へ燃料を供給する燃料通路１の燃料ポンプ
２よりも下流側において、燃料通路１から分岐した燃料
セル３が設けられ、前記燃料セル３を貫通する導波路４
が設けられ、この導波路４の両端部は夫々燃料セル３の
外部へ突出している。

前記導波路４は透音性を有するシリコンゴム製の円柱体
で構造され、燃料セル３の内部においては燃料中に浸漬
されてその外周面に燃料が接している。

前記ｍ波路４の一端面４ａの近傍には超音波発信器５が
配設され、その発信ヘッド５ａが一端面４ａに密接する
状態に取付けられており、この発信器５は磁歪振動子を
備えており、この磁歪振動子へはコントローラ７から高
周波電流１．が出力される。

前記導波路４の他端面４ｂの近傍には超音波受信器６が
配設され、その受信ヘッド６ａが他端面４ｂに密接する
状態に取付けられており、この受信器６は受信器５と同
様の磁歪振動子を備えており、この磁歪振動子が超音波
を受信したときに発生ずる高周波電流■、がコントロー
ラ７へ出力される。

上記コントローラ７は、受信器５へ出力する高周波電流
！、を発生させる高周波発信回路と受信器６から出力さ
れる高周波電流■、を受信する高周波受信回路とを備え
、且つ後述のような制御及び演算処理の為のマイクロコ
ンピュータを備えている。

次に、前記燃料成分検出装置によって燃料成分を検出す
る原理について説明する。

自動車の燃料としてのガソリン及びアルコールの各燃料
成分のオクタン価と音速の値は次の第１表のようになる
。　　　　　（木頁以下余白）第１表 前記第１表のように、オクタン価の高いアロマ系の燃料
成分では音速が高く、オクタン価の低いパラフィン系の
燃料成分では音速が低く、またアルコールの音速はアロ
マ系の燃料成分のものヨＪｌ）低くパラフィン系の燃料
成分のものより高い。

ところで、第２図に示すように、発信器５の発信ヘッド
５ａの中央部より導波路４の一端面４ａを通して導波路
４中へ発信される超音波のうち、入射角θが全反射開始
入射角θ。以上の角度の超音波は燃料中へ漏出すること
なく導波路４の他端面４ｂへ到達して受信へソド６ａを
介して受信器６で受信されることになる。

ここで、図示の入射角θ、出射角θ′、導波路４中の音
速ｖｌ、燃料中の音速ｖ２の関係は次式％式％ 燃料の成分に応じて燃料中の音速ｖ２が変動するので全
反射開始入射角θ。は燃料成分に応じた値となる。

尚、導波路４中で超音波の全反射が生じるためには導波
路４中の音速Ｖ、が燃料中の音速ｖ２よりも小さくなる
ような材質の導波路４を用いることが必要である。

一方、前記発信器５から発信される超音波の音量（発信
器５へ出力される高周波電流１．）と、受信器６で受信
される超音波の音量（受信器６から入力される高周波電
流１．）と、導波路４と燃料セル３の諸元とに基いて、
前記θ。を所定の演算プログラムにより演算することが
出来、４波路４の音速■、も既知の値なので、 θ。＝ｓｉｎ−’（Ｖ、／　ｖのの式より燃料中の音速
ｖ２を求めることが出来、この音速ｖ２に基いて燃料の
性状（オクタン価、セタン価、アルコール含有量など）
を検出することが出来る。

加えて、発信器５からの超音波の発信後発信器６で受信
するまでの時間を計測することにより、４波路４中の音
速■１を演算することが出来るので、この演算された音
速ｖ、に基いて導波路４の温度（これは、燃料と略等温
である）を求め、この温度を用いて前記求められた燃料
中の音速ｖ２を温度補正することが出来る。

前記コントローラ７内のマイクロコンピュータのＲＯＭ
　（リード・オンリ・メモリ）には、発信器５へ出力す
る高周波電流■、を出力する制御プログラムと、受信器
６から入力された高周波電流■、を処理する制御プログ
ラムと、超音波の発信から受信までの伝達時間を計測す
る制御プログラムと、前記全反射開始入射角θ。を演算
して燃料中の音速■２を求める演算プログラムやメモリ
マツプと、前記伝達時間に基いて温度を演算し燃料中の
音速ｖ２に温度補正を施す演算プログラムと、前記求め
られた燃料中の音速ｖ２に基いて燃料の性状を検出する
演算プログラムやメモリマツプと、前記求められた燃料
の性状に関するデータをエンジン制御装置へ出力する制
御プログラムなどが予め入力格納されている。

尚、前記導波路４の変形例として、第３図又は第４図に
示すように燃料セル３内で導波路４をＵ字形又はＳ字形
に湾曲させた形状にすると、燃料中へ漏れる超音波の音
量が増加することから、受信器６で受信される超音波に
は燃料成分の影♂が顕著に現われ、検出精度が高くなる
。

次に、前記燃料成分検出装置に屈折率検出方式の燃料成
分検出装置をも組込んだ場合の変形例について簡単に説
明する。

第５図に示すように、燃料セル３内に石英ガラス製のＵ
字形の導光体８が組込まれ、その一端に光を入射する発
光部９とその他端から出射する光を受光する受光部１０
とが設けられ、発光部９と受光部１０とはコントローラ
７に接続されている。

前記発光部９からの入射光の光量と受光部１０で受光さ
れる出射光の光量とに基いて、燃料の屈折率を求めるこ
とが出来る。

前記第１表の燃料成分のうち、オクタン価の高いアロマ
系の燃料成分では屈折率が高く、オクタン価の低いパラ
フィン系の燃料成分では屈折率が低く、アルコールでは
更に屈折率が低いので、前記のように燃料セル３中の燃
料の屈折率を求めることにより、燃料の性状（オクタン
価、セタン価、アルコール含有量など）を検出すること
が出来る。

例えば、ガソリン中にメタノールとエタノールとを混合
した燃料に対して、前記２種の燃料成分検出装置を適用
すると、２つのパラメータに対して２通りの弐が立つの
で、メタノールとエタノールの含有量を求めることも出
来る。

尚、前記超音波発信器及び受信器及びコントローラとし
ては、前記のもの以外に既存の各種の超音波発信装置と
超音波受信装置を用いることが出来る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は燃料成分
検出装置の構成図、第２図は導波路内での超音波の挙動
を説明する説明図、第３図及び第４図は夫々導波路の変
形例を示す導波路の構成図、第５図は変形例の第１図相
当図である。 ４・・導波路、　５・・超音波発信器、　６・・超音波
受信器、　７・・コントローラ。 特　許　出　願　人　　マツダ株式会社第１図 第２図 第３図　　　　第４図 ム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくともその一部が燃料に隣接された透音性を
   有する導波路の一端に超音波を発信する超音波発信手段
   をまた他端に導波路を通過した超音波を受信する超音波
   受信手段を配設してなることを特徴とする燃料成分検出
   装置。