JP5206651B2

JP5206651B2 - 燃料アルコール濃度検出装置

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Publication number: JP5206651B2
Application number: JP2009264854A
Authority: JP
Inventors: 博中村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2029-11-20
Also published as: JP2011107070A

Description

本発明は、例えば自動車等の内燃機関（以下「エンジン」という）に使用される燃料のアルコール濃度を検出する燃料アルコール濃度検出装置に関する。

例えば自動車などのエンジンに用いられる燃料として、低公害なアルコール混合ガソリンが注目されている。このような混合ガソリンは、ガソリンのみの燃料とは、最適な空燃比が異なっている。そのため、混合ガソリンが最適な空燃比となるように制御するため、混合ガソリン中のアルコールの含有量、すなわちアルコール濃度を測定することが重要となってくる。

アルコール濃度を精度よく測定するためには、変化比率の比較的高い物理定数を用いることが望ましい。そのため、従来、比誘電率の変化を検出する方法が開示されている。例えば、比誘電率は静電容量の変化から求められるため、コンデンサを形成して静電容量を測定する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種の装置では、コンデンサを構成する電極の内部にサーミスタなどの感熱素子を配置し、燃料の温度を検出して、温度による補正を行っている。

実開平３−６１５６３号公報

しかしながら、特許文献１では、第１図に示されるように、感熱素子５を収容するコンデンサ電極４が比較的大きくなっている。そのため、コンデンサ電極４の熱容量が大きくなっている。また、感熱素子５の周囲には充填剤６が充填されており、この充填剤６を経由して感熱素子５に熱が伝わるようになっている。これらのことから、感熱素子５への熱伝導に遅れが生じる虞がある。結果として、温度変化が生じる過渡期には、検出誤差が大きくなることが懸念される。

なお、ここではアルコール混合ガソリンの静電容量の検出を例に挙げて説明したが、これに限られず、一対の電極を用い温度による補正を行って燃料のアルコール濃度を検出する場合には同様に生じ得る問題である。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、その目的は、温度変化が生じる過渡期であっても、検出誤差を可及的に小さくする燃料アルコール濃度検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の燃料アルコール濃度検出装置では、燃料ハウジングにて、燃料配管の途中に、燃料が通過する燃料室が形成されている。この燃料室には、筒状の内側電極が配置されている。内側電極は、外側電極に囲繞されており、外側電極と対向している。このような一対の電極により、燃料のアルコール濃度が検出される。

また、本発明では、一対の電極によって検出される燃料のアルコール濃度を温度によって補正する。そこで、温度センサが、内側電極の内部に収容されている。温度センサは、温度を検出する検知部、及び、検知部からの導通を図るリード部を有している。

ここで特に本発明では、内側電極が、検知部がちょうど収容される程度の収容部を有している。「ちょうど収容される程度の」とは、検知部との隙間が十分に小さいことを意味する。この隙間には、従来と同様に、熱伝導材を充填することが考えられる。

このようにすれば、検知部が収容される収容部の体格は、検知部に合わせて小さくなる。したがって、収容部の熱容量を小さくすることができる。また、収容部と検知部との隙間も小さくなるため、例えば熱伝導材などを介した熱伝導が速やかに行われる。
収容部は、外側電極との対向部分以外の内側電極の先端に一体形成される。このようにすれば、外側電極との対向面積が確保できる。また、内側電極は、外側電極との対向部分と収容部との間に形成される段差部を有している。

また、本発明では、内側電極の内部に、段差部に当接するように、リード部と内側電極とを連結する金属製のリード側熱伝導部材を有している。これにより、リード側熱伝導部材を介して内側電極の熱がリード部へ速やかに伝導し、さらにその熱がリード部から検知部へ速やかに伝導する。

これによって、温度変化が生じる過渡期であっても、検出誤差を可及的に小さくすることができる。

また、リード側熱伝導部材を金属製とすることで、リード側熱伝導部材を介して内側電極の熱がリード部へ速やかに伝導するという上記効果が際立つ。

さらにまた、熱伝導を促進するという観点からは、請求項２に示すように、内側電極の内部に、検知部と内側電極とを連結する検知側熱伝導部材を設けることが考えられる。このようにすれば、検知側熱伝導部材を介して内側電極の熱が検知部へ速やかに伝導する。その結果、温度変化が生じる過渡期であっても、検出誤差を可及的に小さくすることができる。このとき、請求項３に示すように、検知側熱伝導部材を金属製とすれば、上記の効果が際立つ。

一実施形態の燃料アルコール濃度センサの全体構成を示す概略断面図である。一実施形態の燃料アルコール濃度センサの特徴部分を示す説明図である。別実施形態の燃料アルコール濃度センサの特徴部分を示す説明図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本形態の燃料アルコール濃度センサは、車両の燃料タンクとインジェクタとを接続する燃料配管の途中に設けられ、燃料中のエタノール濃度を測定するものである。

図１に示すように、燃料アルコール濃度センサ１は、左右に延びる上流側配管１１及び下流側配管１２と、両配管１１、１２の間に配置される配管構成部２０と、配管構成部２０の上方に配置される回路構成部３０と、配管構成部２０の内部に配置される電極構成部４０とを備えている。

上流側配管１１は、燃料タンク側の配管に接続される。一方、下流側配管１２は、インジェクタ側の配管と接続される。

配管構成部２０は、燃料ハウジング２１を中心に構成されている。燃料ハウジング２１は、金属製の容器部材であり、上部が開口している。この上部開口に蓋部２２が取り付けられ、蓋部２２の中央部の開口に、電極構成部４０が上方から係止されている。これにより、燃料ハウジング２１の内部に、燃料室２３が形成される。

また、燃料ハウジング２１は、下部をブラケット２４で覆われており、その側壁に、円形状の開口部２１１、２１２を有している。一方の開口部２１１は、上流側配管１１に合わせて設けられている。これにより、上流側配管１１から燃料室２３に燃料が供給される。また、他方の開口部２１２は、下流側配管１２に合わせて設けられている。これにより、燃料室２３から下流側配管１２へ燃料が送出される。

回路構成部３０は、主として、収容ハウジング３１、及び、カバー３２からなる。
収容ハウジング３１及びカバー３２は、樹脂材料で形成されている。収容ハウジング３１は、凹部３１１を有している。この凹部３１１の開口を覆うように、カバー３２が取り付けられている。これにより、収容室３３が形成されている。この収容室３３には、電気回路のプリントされた基板３４が収容されている。基板３４は、ネジ３５により収容ハウジング３１に対し螺着されている。

電極構成部４０は、円筒状の内側電極４１と、内側電極４１を囲繞する外側電極４２とを有している。これら内側電極４１及び外側電極４２は、外側電極４２の径方向内側に内側電極４１が配置されるように、硝子部４３によってハーメチック固定（硝子封止）されている。これにより、内側電極４１と外側電極４２とは一つのユニットとして構成され、両電極４１，４２が対向する。

内側電極４１は、その側部に、端子４１１を有している。この端子４１１は、基板３４に半田付けされている。また、外側電極４２は、その上部に、端子４２１を有している。端子４２１も、端子４１１と同様、基板３４に半田付けされている。これにより、両電極４１，４２間の電圧値が検出可能となっている。また、外側電極４２の側壁には、Ｕ字状の切り欠き４２２が設けられている。これにより、燃料室を流れる燃料が両電極４１，４２間を満たすことになる。

また、内側電極４１は、その内部に、サーミスタ４４を有している。サーミスタ４４は、内側電極４１に対し固定される樹脂製のホルダ４５に支持されている。また、サーミスタ４４の２つのリード部４６，４７は、ホルダ４５の内部を通り、基板３４に半田付けされている。これにより、内側電極４１を介して燃料の温度が検出可能となっている。

配管構成部２０と回路構成部３０とは、弾性部材５１を介在させて組み付けられる。弾性部材５１は、エラストマ材料で形成されており、中央部に円形穴が設けられている。これにより、弾性部材５１は、組み付け時において、外側電極４２の周縁部と、収容ハウジング３１の底部とで挟み込まれる。

ここで本形態の特徴部分について説明する。
本形態の燃料アルコール濃度センサ１では、サーミスタ４４がちょうど収容される程度の収容部４８を内側電極４１が有している。収容部４８の内壁とサーミスタ４４との間には僅かな隙間が設けられており、この隙間には、熱伝導材４８１が充填されている。収容部４８は、外側電極４２との対向部分以外の内側電極４１の先端に形成されており、外側電極４２との対向部分と比較して径の小さなドーム状となっている。この径の変化により、内側電極４１は、収容部４８の形成部分に、段差部４９を有している。

図２（ａ）に示すように、段差部４９には、当接するように、リード側熱伝導部材６１が配置されている。リード側熱伝導部材６１は、図２（ｂ）に示すように円板状の部材であり、金属製である。リード側熱伝導部材６１には、リード部４６，４７が貫通する２つのリード穴６２，６３が形成されている。ここで、一方のリード部４６は、熱伝導部材６１に半田付けされている。他方のリード部４７は、熱伝導部材６１に接触することなく熱伝導部材６１を貫通している。

かかる構成により、本形態の燃料アルコール濃度センサ１では、燃料室２３を通過する燃料の比誘電率に対応する静電容量を検出し、サーミスタ４４にて検出される燃料の温度で補正して、燃料中のエタノール濃度を測定する。

次に、本形態の燃料アルコール濃度センサ１が発揮する効果を説明する。
本形態では、サーミスタ４４がちょうど収容される程度の収容部４８を内側電極４１が有しており、収容部４８の内壁とサーミスタ４４との隙間が熱伝導材４８１で充填されている。これにより、サーミスタ４４が収容される収容部４８の体格は、サーミスタ４４に合わせて小さくなる。したがって、収容部４８の熱容量を小さくすることができる。また、収容部４８の内壁とサーミスタ４４との隙間も小さくなっているため、熱伝導材４８１を介して熱伝導が速やかに行われる。これにより、温度変化が生じる過渡期であっても、検出誤差を可及的に小さくすることができる。

なお、収容部４８は外側電極４２との対向部分以外の内側電極４１の先端に形成されているため、収容部４８を設けた場合でも内側電極４１と外側電極４２との対向面積を十分に確保することができる。

また、本形態では、段差部４９にリード側熱伝導部材６１が配置されており、一方のリード部４６が、熱伝導部材６１に半田付けされている。また、リード側熱伝導部材６１は、金属製である。これにより、リード側熱伝導部材６１を介して内側電極４１の熱が一方のリード部４６へ速やかに伝導し、さらにその熱がリード部４６からサーミスタ４４へ速やかに伝導する。その結果、温度変化が生じる過渡期であっても、検出誤差を可及的に小さくすることができる。

なお、本形態における燃料アルコール濃度センサ１が「燃料アルコール濃度検出装置」を構成し、燃料室２３が「燃料室」を構成し、燃料ハウジング２１が「燃料ハウジング」を構成し、内側電極４１が「内側電極」を構成し、外側電極４２が「外側電極」を構成し、サーミスタ４４が「検知部」を構成し、リード部４６，４７が「リード部」を構成し、サーミスタ４４及びリード部４６，４７が「温度センサ」を構成し、リード側熱伝導部材６１が「リード側熱伝導部材」を構成する。

以上、本発明は、上記実施形態に何等限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々なる形態で実施可能である。
（イ）上記形態は、内側電極４１が、その段差部４９に、リード側熱伝導部材６１を有する構成であった。これに対し、図３に示すように、リード側熱伝導部材６１に加え、「検知側熱伝導部材」としての検知側熱伝導部材６４を備える構成としてもよい。なお、上記形態と同様の部材には、同一の符号を付して説明する。
図３に示すように、検知側熱伝導部材６４は、先端側に穴６４１が設けられたカップ状の部材である。基端側は径外方向へ張り出すフランジ部６４２を有しており、このフランジ部６４２が段差部４９に当接するように検知側熱伝導部材６４が配置されている。検知側熱伝導部材６４の直上には、上記形態で説明したリード側熱伝導部材６１が配置されている。
これにより、上記形態で説明したリード側熱伝導部材６１による熱伝導に加え、金属製の検知側熱伝導部材６４により、内側電極４１の熱がサーミスタ４４へ速やかに伝導する。その結果、温度変化が生じる過渡期であっても、検出誤差を可及的に小さくすることができる。
（ロ）上記（イ）に示した構成ではリード側熱伝導部材６１に加え検知側熱伝導部材６４を配置しているが、リード側熱伝導部材６１を省略して、検知側熱伝導部材６４だけを配置してもよい。この意味で、「燃料配管の途中に、燃料が通過する燃料室を形成する燃料ハウジングと、前記燃料室に配置される筒状の内側電極と、前記燃料室に配置され、前記内側電極と対向するように当該内側電極を囲繞する外側電極と、前記内側電極の内部に収容され、温度を検出する検知部、及び、検知部からの導通を図るリード部を有する温度センサと、を備え、前記内側電極は、前記検知部がちょうど収容される程度の収容部を有し、その内部に、前記検知部と自身とを連結する検知側熱伝導部材を有していること」としてもよい。
（ハ）上記形態では、エタノール濃度を測定するものとしたが、メタノールなどのアルコール濃度を測定してもよい。

１：燃料アルコール濃度センサ、１１：上流側配管、１２：下流側配管、２０：配管構成部、２１：燃料ハウジング、２１１：開口部、２１２：開口部、２２：蓋部、２３：燃料室、２４：ブラケット、３０：回路構成部、３１：収容ハウジング、３１１：凹部、３２：カバー、３３：収容室、３４：基板、３５：ネジ、４０：電極構成部、４１：内側電極、４１１：端子、４２：外側電極、４２１：端子、４３：硝子部、４４：サーミスタ、４５：ホルダ、４６，４７：リード部、４８：収容部、４９：段差部、５１：弾性部材、６１：リード側熱伝導部材、６２，６３：リード穴、６４：検知側熱伝導部材、６４１：穴、６４２：フランジ部

Claims

燃料配管の途中に、燃料が通過する燃料室を形成する燃料ハウジングと、
前記燃料室に配置される筒状の内側電極と、
前記燃料室に配置され、前記内側電極と対向するように当該内側電極を囲繞する外側電極と、
前記内側電極の内部に収容され、温度を検出する検知部、及び、検知部からの導通を図るリード部を有する温度センサと、
を備え、
前記内側電極は、
前記外側電極との対向部分以外の当該内側電極の先端に一体形成され前記検知部がちょうど収容される程度の収容部、及び、前記外側電極との対向部分と前記収容部との間に形成される段差部を有し、
当該内側電極の内部に、前記段差部に当接するように、前記リード部と当該内側電極とを連結する金属製のリード側熱伝導部材を有していること
を特徴とする燃料アルコール濃度検出装置。
請求項１に記載の燃料アルコール濃度検出装置において、
前記内側電極は、当該内側電極の内部に、前記検知部と当該内側電極とを連結する検知側熱伝導部材を有していること
を特徴とする燃料アルコール濃度検出装置。
請求項２に記載の燃料アルコール濃度検出装置において、
前記検知側熱伝導部材は、金属製であること
を特徴とする燃料アルコール濃度検出装置。