JP5614660B2 - 燃料性状センサ - Google Patents

Description

本発明は、燃料中のアルコール濃度などを検出する燃料性状センサに関する。

従来、内燃機関の燃料に含まれるアルコールの濃度を検出する燃料性状センサが知られている。燃料性状センサでは、燃料に浸漬される２つの電極の帯電量から電極間の静電容量を算出するとともに、燃料温度を測定し静電容量と燃料温度との関係から燃料のアルコール濃度を算出する。例えば、特許文献１には、燃料に浸漬される第２の電極に当接する取付部材内にサーミスタを備え、燃料温度を測定する流体品質センサが記載されている。

特表２００９−５０５０７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の流体品質センサでは、サーミスタの温度検出点が第１の電極に対向する位置に設けられている。第１の電極は外壁が外部に露出しているため、サーミスタが検出する温度において、第１の電極を介して外部環境から伝わる熱量の影響が大きくなり、サーミスタで測定される燃料温度の検出誤差が大きくなる。

本発明の目的は、燃料温度の検出誤差を小さくすることが可能な燃料性状センサを提供することにある。

本発明は、燃料が流れる燃料通路を形成する通路部、および通路部の径外方向に突出する突出部から構成され、通路部および突出部を通り燃料通路と外部とを連通可能な連通路を形成する外側電極と、通路部の内壁から通路部の径内方向の所定の距離離れた位置に設けられ外壁に内部と燃料通路とを連通する連通孔を形成する内側電極と、検出した燃料温度に応じた信号を出力する温度検出手段と、筒部および筒部の一端を閉塞し筒部とともに温度検出手段を収容する収容室を形成する底部から構成され、底部が内側電極に電気的に接続する収容部材と、収容部材の筒部の外壁と連通路を形成する内壁との間に設けられ、外側電極と収容部材とを電気的に絶縁するとともに燃料通路を流れる燃料の外部への漏れを防止するシール部材と、温度検出手段が出力する信号および外側電極と内側電極との間を流れる燃料の電気的特性に基づき、燃料の性状を算出する算出手段と、を備える燃料性状センサであって、収容部材は、底部側から外側電極の連通路および内側電極の連通孔に挿通されることを特徴とする。また、温度検出手段は、内側電極の外側に設けられることを特徴とする。

収容部材が形成する収容室には燃料温度を検出する温度検出手段が収容されている。収容部材が内側電極の貫通孔に挿通されることにより、温度検出手段は燃料通路を流れる燃料の近傍に設けられる。これにより、温度検出手段が検出する温度において、燃料から伝わる熱量の影響は収容部材が内側電極に挿通されていない場合に比べて大きくなる。これにより、温度検出手段が検出する温度の検出誤差が小さくなり、正確な燃料温度を測定することができる。

本発明の第１実施形態による燃料性状センサを用いる燃料供給システムの模式図である。 本発明の第１実施形態による燃料性状センサの断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 本発明の第２実施形態による燃料性状センサの断面図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料性状センサを図１〜図３に示す。
燃料性状センサ１は、図示しないエンジンに燃料を供給する燃料供給システム１０に設けられる。燃料性状センサ１は、燃料タンク３とデリバリパイプ６とを接続する燃料配管５に設けられている。燃料タンク３には、ガソリンとエタノールとが混合された燃料が貯留される。燃料タンク３には、ガソリンとエタノールとの混合液体、ガソリン、および、エタノールのいずれもが任意で給油可能である。したがって、燃料タンク３内の燃料中のエタノール濃度は、燃料タンク３に給油するとき変動する場合がある。

燃料タンク３内の燃料は、燃料ポンプ４によって燃料配管５を介してデリバリパイプ６へ圧送され、インジェクタ７から図示しない吸気管またはシリンダ内へ噴射される。インジェクタ７は、エンジンの電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）８により電気的に駆動制御される。

ＥＣＵ８は、マイクロコンピュータなどから構成され、燃料性状センサ１が出力する信号が入力される。ＥＣＵ８は、検出されたエタノール濃度に応じ、空燃比、燃料噴射量、点火時期などの各種制御パラメータを適切に制御する。なお、エンジンを最適条件で運転すべく、燃料性状センサ１はインジェクタ７にできるだけ近い位置に設けることが好ましい。

燃料性状センサ１は、図２に示すように、外側電極２１、内側電極２２、温度検出部３０、および、濃度算出部１１などから構成されている。図２には、燃料の流れを矢印Ｆ、Ｆ１、Ｆ２で示す。

外側電極２１は、両端に開口を有する通路部２１１、および通路部２１１に略垂直に接続する筒部２１２が一体に形成されている金属部材である。

通路部２１１は、筒状に形成される金属部材である。通路部２１１の中心軸φは、燃料配管５の第１配管５１、および第２配管５２内を流れる燃料の流れに対して平行に設けられる。通路部２１１の一端側の開口には、第１配管５１が接続する。また、通路部２１１の他端側の開口には、第２配管５２が接続する。通路部２１１は、燃料通路２１３を形成する。燃料が燃料タンク３からデリバリパイプ６に向かって流れるとき、燃料の一部は、図２の矢印Ｆ１に示すように燃料通路２１３を通る。

筒部２１２は、通路部２１１の径外方向に延びるように形成される。筒部２１２の中心軸φとは反対側の端面２１８には濃度算出部１１に電気的に接続する導線１２１の一端が接続する。筒部２１２は、特許請求の範囲に記載の「突出部」に相当する。

外側電極２１には、通路部２１１および筒部２１２を通り燃料通路２１３と外部とを連通可能な連通路２１４が形成される。連通路２１４は、通路部２１１の中心軸φに対して垂直に形成される。連通路２１４には、後述する温度検出部３０の収容部材３１が挿通される。

内側電極２２は、通路部２１１の径内方向に設けられる筒状の金属部材である。内側電極２２は、内側電極２２の外壁２２１が通路部２１１の内壁２１６から所定の距離離れるように設けられる。第１実施形態では、内側電極２２の中心軸は、通路部２１１の中心軸φと重なるように設けられている。内側電極２２の外壁２２１には、外側電極２１の連通路２１４に対応する位置に連通孔２２３が形成されている。内側電極２２は、燃料通路２２２を形成する。燃料が燃料タンク３からデリバリパイプ６に向かって流れるとき、燃料通路２１３を流れない燃料は、図２の矢印Ｆ２に示すように燃料通路２２２を通る。すなわち、第１配管５１を流れる燃料は、燃料性状センサ１内において、燃料通路２１３、または燃料通路２２２のいずれかを通って第２配管５２に流れる。

温度検出部３０は、サーミスタ４１、およびサーミスタ４１を収容する収容部材３１などから構成される。

サーミスタ４１は、周囲の温度に応じて電気抵抗が変化する抵抗体である。サーミスタ４１は、樹脂からなる被覆部４２に被覆され、収容部材３１が形成する収容室３１３に収容されている。サーミスタ４１には、濃度算出部１１と電気的に接続する導線１３が接続する。サーミスタ４１は、特許請求の範囲に記載の「温度検出手段」に相当する。

収容部材３１は、有底筒状をなす金属部材である。収容部材３１は、筒部３１２、および筒部３１２の一端を閉塞する底部３１１から構成される。収容部材３１は、底部３１１側から連通路２１４および連通孔２２３に挿通された状態で設けられる。収容部材３１は、内側電極２２の連通孔２２３に挿通され、ろう付けにより内側電極２２に固定されることにより内側電極２２と電気的に接続する。

底部３１１は、収容部材３１において通路部２１１の中心軸φに最も近い位置に設けられる。底部３１１の内壁３１７には、図２に示すようにサーミスタ４１の被覆部４２が当接する。

筒部３１２は、通路部２１１の中心軸φに対して略垂直に設けられ、底部３１１とともに収容室３１３を形成する。底部３１１が接続する側とは反対側には開口が形成され、当該開口を形成する端面３１６には、濃度算出部１１と電気的に接続する導線１２２が接続する。また、当該開口を通って導線１３が濃度算出部１１とサーミスタ４１とを電気的に接続する。筒部３１２と外側電極２１の筒部２１２との間には燃料シール２５が設けられている。

燃料シール２５は、筒部３１２の外壁３１５と連通路２１４を形成する内壁２１５との間に環状に設けられる樹脂部材である。燃料シール２５は、燃料性状センサ１内を流れる燃料の外部への漏出を防止するとともに、外側電極２１と内側電極２２との絶縁状態を保持する。燃料シール２５は、特許請求の範囲に記載の「シール部材」に相当する。

燃料シール２５の中心軸φ側には、環状の副燃料通路１５が設けられる。具体的には、副燃料通路１５は、燃料シール２５の中心軸φ側の第１端面２５１、筒部３１２の外壁３１５、および筒部２１２の内壁２１５により形成される。すなわち、連通路２１４の一部が副燃料通路１５となる。副燃料通路１５は燃料通路２１３と連通しており、副燃料通路１５には燃料通路２１３を流れる燃料の一部が滞留する

また、サーミスタ４１の被覆部４２と底部３１１の内壁３１７および筒部３１２の内壁３１４との間の隙間には、熱伝導剤３２が充填されている。熱伝導剤３２は、収容部材３１内でのサーミスタ４１の位置を固定するとともに、底部３１１および筒部３１２が有する熱をサーミスタ４１に伝える。

濃度算出部１１は、演算手段としてのＣＰＵ、ならびに記憶手段としてのＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるコンピュータである。濃度算出部１１には、導線１２１、１２２を介して外側電極２１および内側電極２２の帯電量に応じた電流信号が入力される。また、導線１３を介してサーミスタ４１の電気抵抗の大きさに応じた電圧信号が入力される。

燃料性状センサ１では、外側電極２１と内側電極２２との間の燃料通路２１３を流れる燃料（図２中の矢印Ｆ１）の電気的特性に応じて、外側電極２１、内側電極２２、および燃料により形成されるコンデンサの静電容量が変化する。濃度算出部１１は、導線１２１、１２２を介して入力される電流信号から当該静電容量を算出するとともに、導線１３を介して入力される電圧信号からサーミスタ４１が設けられている位置の温度を算出する。濃度算出部１１では、算出された静電容量および温度に基づいて燃料内のエタノール濃度を算出する。算出されたエタノール濃度に関する情報は、ＥＣＵ８に出力される。

第１実施形態による燃料性状センサ１では、温度検出部３０が内側電極２２の連通孔２２３に挿通されることにより、サーミスタ４１は燃料通路２１３、２１２を流れる燃料近傍に設けられる。図３は、収容部材３１を介してサーミスタ４１に伝わる熱の流れを模式的に示した図である。図３中の実線矢印Ｔ１は、収容部材３１の周囲の燃料からの熱の移動を示し、破線矢印Ｔ２は、外部環境からの熱の移動を示す。収容部材３１が内側電極２２の連通孔２２３に挿通されることにより、サーミスタ４１が検出する温度において、燃料から伝わる熱量の影響は収容部材が内側電極に挿通されていない場合に比べて大きくなる。これにより、サーミスタ４１が検出する温度の検出誤差が小さくなり、正確な燃料温度を測定することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による燃料性状センサを図４および図５に基づいて説明する。第２実施形態は、第１実施形態と異なり、内側電極の形状および収容部材の形状が異なる。なお、第１実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

第２実施形態による燃料性状センサ２の収容部材６１は、両端に開口を有する筒状の金属部材である。収容部材６１は、連通路２１４に挿通された状態で設けられる。収容部材６１は、開口を形成する端部６２が内側電極２２の外壁２２１に当接することにより内側電極２２と電気的に接続する。端部６２と外壁２２１とは、端部６２と外壁２２１とが当接する箇所の径方向外側の全周に設けられるろう６３により接続されている。ろう６３は、燃料通路２１３と、収容部材６１の内壁６１２および内側電極２２の外壁２２１とが形成する収容室６１３とを液密に保持する。端部６２は、特許請求の範囲に記載の「一方の端部」に相当する。

サーミスタ４１を被覆する被覆部４２は、図４に示すように内側電極２２の外壁２２１に当接する。

第２実施形態による燃料性状センサ２では、サーミスタ４１が被覆部４２を介して内側電極２２の外壁２２１に当接する。図５は、サーミスタ４１に伝わる熱の流れを模式的に示した図である。図５中の実線矢印Ｔ３は、燃料からの熱の移動を示し、破線矢印Ｔ４は、外部環境からの熱の移動を示す。被覆部４２が外壁２２１に当接することにより、サーミスタ４１は、燃料の近傍に設けられるだけでなく、サーミスタ４１には収容部材６１の他に内側電極２２を介して熱が伝わる。内側電極２２は内部に燃料が流れるのでその温度は燃料の温度と同じである。これにより、サーミスタ４１が検出する温度において、燃料から伝わる熱量の影響は収容部材に開口が形成されていない場合に比べて大きくなる。したがって、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（他の実施形態）
（ア）上述の第１実施形態では、収容部材は内側電極にろう付けにより固定されているとした。しかしながら、内側電極と収容部材との組み付け方法はこれに限定されない。溶接により固定してもよいし、当接のみであってもよい。

（イ）上述の第２実施形態では、ろう付けにより燃料通路と収容室とを液密に保持するとした。しかしながら、燃料通路と収容室とを液密に保持する方法はこれに限定されない。収容部材と内側電極との溶接により液密を保持してもよい。

（ウ）上述の実施形態では、燃料温度はサーミスタにより検出されるとした。しかしながら、燃料温度を検出する手段はこれに限定されない。熱電対で燃料温度を検出してもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲の種々の形態で実施可能である。

１ ・・・燃料性状センサ、
１１ ・・・濃度算出部（算出手段）、
２１ ・・・外側電極、
２１１ ・・・通路部、
２１３ ・・・燃料通路、
２１４ ・・・連通路、
２２ ・・・内側電極、
２２３ ・・・連通孔、
３１、６１・・・収容部材、
３１１ ・・・底部、
３１２ ・・・筒部、
３１３ ・・・収容室
２５ ・・・燃料シール（シール部材）、
４１ ・・・サーミスタ（温度検出手段）、
６２ ・・・端部。

Claims (1)

1. 燃料が流れる燃料通路（２１３）を形成する通路部（２１１）、および前記通路部の径外方向に突出する突出部（２１２）から構成され、前記通路部および前記突出部を通り前記燃料通路と外部とを連通可能な連通路（２１４）を形成する外側電極（２１）と、
   前記通路部の内壁（２１６）から前記通路部の径内方向の所定の距離離れた位置に設けられ、外壁に内部と前記燃料通路とを連通する連通孔（２２３）を形成する内側電極（２２）と、
   燃料温度を検出し、検出した燃料温度に応じた信号を外部に出力する温度検出手段（４１）と、
   筒部（３１２）、および前記筒部の一端を閉塞し前記筒部とともに前記温度検出手段を収容する収容室（３１３）を形成する底部（３１１）から構成され、前記連通路および前記連通孔に挿通され前記底部が前記内側電極に電気的に接続する収容部材（３１）と、
   前記筒部の外壁（３１５）と前記連通路を形成する内壁（２１５）との間に設けられ、前記収容部材と前記外側電極とを電気的に絶縁するとともに前記燃料通路を流れる燃料の外部への漏れを防止するシール部材（２５）と、
   前記温度検出手段が出力する信号、および前記外側電極と前記内側電極との間を流れる燃料の電気的特性に基づき、燃料の性状を算出する算出手段（１１）と、
   を備え、
   前記温度検出手段は、前記内側電極の外側に設けられることを特徴とする燃料性状センサ。

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