JPH0452679Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、内燃機関用燃料としてのガソリン〜
アルコール混合液の、ガソリン〜アルコール混合
比を検知するための光電変換型センサに関する。

［従来の技術］ 人や物を移送する乗物を動かすために、また工
業製品の原料として、今や日常生活に不可欠の存
在となつている石油資源も将来確実に涸渇への一
途をたどる運命にある。対応策の一つとして極く
短時間を隔てて再生産が可能な植物や石炭、天然
ガス等を原料としてアルコールを製造し、ガソリ
ンと混用することによつて石油消費量を極力抑制
しようとする計画が各地で進められている。

［考案が解決しようとする問題点］ 内燃機関、殊に自動車用エンジンの場合には、
上記の問題とも関連して極力燃焼効率を高めるた
めに、また有害な燃焼ガスによる人体への悪影響
をできるだけ少なくするために、エンジンシリン
ダ内に供給する混合気の空気対燃料の比率や点火
時期は特に厳密に制御する必要がある。そして燃
料の種類が異なる毎にこれらの制御条件は当然に
変更されなければならない。ガソリン〜アルコー
ル混合燃料の場合には、市場での使い勝手を考慮
すれば、混合燃料とガソリンとの混用も可能なシ
ステムとすることが望ましい。

本考案は、内燃機関の燃料供給系に組み込んで
ガソリン〜アルコール混合比を連続的に計測し、
内燃機関の自動燃焼制御装置にフイードバツク制
御情報を供給するための、計測精度の向上された
ガソリン〜アルコール混合比センサを提供するこ
とを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、両端部を把持用
部材で支持するとともに、外周面をガソリン〜ア
ルコ−ル混合液に接触させた、該混合液より屈折
率が大きい棒状透光体の、一方の端面に発光素子
を、他方の端面に受光素子を、これら三者の各々
の光束進行方向中心線を一致させるように取付け
てなる、ガソリン〜アルコール混合比センサにお
いて、前記把持用部材と前記棒状透光体との接触
界面に、前記棒状透光体より屈折率が大きい、金
属や半導体の被着層ないしは被覆層からなる光反
射層を設けた構成を採用した。

［作用および考案の効果］ 上記のごとき構成を備えたガソリン〜アルコー
ル混合比センサは、棒状透光体とその把持用部材
との接触界面に、金属や半導体の被着層ないしは
被覆層からなり、棒状透光体より屈折率が大きい
光反射層を設けることによつて、以下の作用効果
を奏する。

発光素子から放射される光が、上記混合液とは
異なる光学的特性をもつた把持用部材方向に進む
際、透光体と混合液との接触界面に対してその臨
界角以上の角度をなして照射されるような入射角
の光ばかりでなく、全ての角度をなして照射され
るような入射角の光が全反射するので、ガソリン
〜アルコール混合液の混合比の変化に対する受光
素子の電気出力の直線的変化関係が、把持用部材
による光吸収現象によつて損われる不都合が生ぜ
ず、従つてセンサの計測精度は良好に保たれる。

光反射層の形成に要するコストの上昇は微小で
あるのに対して、上記センサの計測精度向上によ
る内燃機関の運転効率の向上や排気ガスの浄化度
の向上に伴う効果は極めて大きい。

［実施例］ 以下に付図に示す実施例に基づいて本考案の具
体的な構成を説明する。

第１図はガソリン〜アルコール混合比センサＡ
の側断面図であつて、ガラス製の棒状透光体１の
両端部は金属や合成樹脂などで作られた異経内空
部を備えた短筒形の把持用部材４または５の一端
側内空部に嵌合されている。そして把持用部材４
の他端側内空部には、発光素子としての発光ダイ
オード２がその発光部を棒状透光体１の一方の端
面１ａに対向させて各々の光束進行方向の中心線
が一致するよう嵌着されている。２ａと２ｂはダ
イオード２の入力端子である。また把持用部材５
の他端側内空部には、受光素子としてのホトダイ
オード３がその受光面を棒状透光体１の他方の端
面１ｂに対向させて各々の光束進行方向の中心線
が一致するように嵌着されている。３ａと３ｂは
ホトダイオード３の出力端子である。

棒状透光体１とその把持用部材４および５との
接触界面、この場合には透光体１の外周面には、
光反射層１０として銀その他の金属または酸化チ
タンなどの半導体を蒸着法、スパツタリング法、
メツキ法、或はペースト状材の塗布法等によつて
被着させた薄膜ないし厚膜層が設けられている。
或はこれらの材料からなるシート状材の被覆層で
あつてもよい。

把持用部材４と５の間には、これら両部材の外
周面に掛け渡すようにして筒状ケーシング６が嵌
着されており、棒状透光体１と筒状ケーシング６
との間の円筒状閉鎖空間は、混合比を計測すべき
ガソリン〜アルコール混合液Ｃを棒状透光体１に
接触させるための混合液溜７としての役目を果た
す。筒状ケーシング６には被計測混合液の液入口
継手６ａと流出口継手６ｂが設けられている。ま
た把持用部材４と５の内壁面には、これら部材と
棒状透光体１との接触間隙から混合液Ｃが外界に
漏れ出ることを防ぐためのＯリング８のはめ込み
用溝４ａ，５ａを設けてある。

第４図は電子制御式燃料噴射装置が組込まれた
自動車用エンジンの作動制御システム図であつ
て、４０はエンジンシリンダ、５０はエンジンの
キースイツチ、５１は制御回路、５５は車載バツ
テリ電源、２０は燃料タンク、Ａは本考案による
ガソリン〜アルコール混合比センサである。

燃焼系統の主要構成部品としての２１は燃料ポ
ンプ、２３はプレツシヤレギユレータ、２４はイ
ンジエクタ、２５はイグニツシヨンコイル、２６
はコールドスタートインジエクタであり、３０は
エアクリーナ、３１はエアバルブ、３２はエアフ
ローメータ、３３はスロツトルバルブ、３４はス
ロツトルポジシヨンセンサ、３５は吸気管、３６
は排気管である。また５２は酸素センサ、５３は
エンジン冷却水温センサである。

次に上記実施例センサＡの作動について第１図
〜第４図を参照しながら説明する。エンジンのキ
ースイツチ５０をスタート位置にセツトすること
によつてエンジンが起動するとともに制御回路５
１への作動電力の供給が行われる。燃料タンク２
０に蓄えられているガソリンとアルコール（一般
にはメタノール）との任意の割合の混合液として
の燃料は、燃料ポンプ２１の働きによつて燃料配
管２２をたどつてインジエクタ２４に供給され
る。インジエクタ２４は制御回路５１の指示に従
つてその時々のエンジン運転条件に最も適した量
の混合液Ｃを吸気管３５内に向けて噴射させる。

混合比センサＡはこの燃料配管２２の途中に介
在させるようにしてその混合液流入口継手６ａと
流出口継手６ｂがそれぞれ配管２２に接続されて
いる。そして発光ダイオード２には制御回路５１
から電流が継続的に流されるので、発光ダイオー
ド２から放射された光は素子の発光面に対置され
ている棒状透光体１の一方の端面１ａから透光体
１内に侵入する。

透光体１は、第１図に描かれているように、混
合液Ｃが満たされている筒状ケーシング６内に納
められ、外周面が常に、屈折率が透光体１より小
さい関係にある混合液Ｃと接触状態にあるので、
透光体１と混合液Ｃとの接触界面に対して臨界角
以上の入射角でもつて一方の端面１ａから侵入し
た光は接触界面で全反射を繰り返しながら透光体
１の他方の端面１ｂに到達し、この端面に向けて
対置されているホトダイオード３の受光面を照射
するので、素子の出力端子３ａと３ｂ間には照射
光量に比例した出力が生ずる。

一方、上記の臨界角未満の小さな入射角をもつ
て侵入した光は、透光体１の外周面に到達した後
透光体１の外に逃げ出るので、ホトダイオード３
に出力を生ぜしめることには全く関与しない。

混合液Ｃとの接触界面における透光体１の臨界
角は混合液Ｃの構成成分であるガソリンとアルコ
ールの混合比の如何によつて当然に変化するので
発光ダイオード２から発した光のうち、透光体１
内で全反射を繰り返して（もつとも入射角によつ
ては唯一回全反射して）ホトダイオード３の受光
面に到達する光量の割合は、ガソリン〜アルコー
ル混合比の変動に伴つて変化することになる。従
つて、ホトダイオード３の出力とガソリン〜アル
コール混合比の関係データを予め実験的に求めて
おくことによつて、受光素子の出力をガソリン〜
アルコール混合比に換算した値として求めること
は電子回路を利用して容易に行うことができ、混
合比センサとしての機能が果される。

ところで、この実施例センサＡは、棒状透光体
１とその両端部に配置した把持用部材４または５
との接触界面に光反射層１０が設けられている。

この光反射層１０を設けた理由を、第２図に示
した光反射層が設けられていない点を除いてセン
サＡと同一の構造を備えている別の混合比センサ
Ｂの側断面図を参照しながら説明する。

センサＢの透光体１に発光ダイオード２から入
射した光のうち、Ｏリング８が接触している個所
において、透光体１の外周面に混合液Ｃに対する
臨界角以上の入射角で到達した光は、Ｏリング８
が存在しなければ全反射させられるべきはずのも
のが、Ｏリング８に対する透光体１の臨界角が、
混合液Ｃに対する透光体１の臨界角より小さいた
めに、全反射されずにＯリング８に吸収されてし
まう現象が生ずるものである。第２図の破線ロは
Ｏリング８の存在によつて全反射されるべき光が
Ｏリング８に吸収される有り様を説明しており、
実線イは混合液Ｃとの接触界面に臨界角以上をも
つて照射された光は全反射させられる有り様を示
している。このように本来は全反射すべきはずの
入射角をもつて透光体の一方の端面１ａに入射し
た光が透光体の外側に持ち出されてしまう現象
は、光学的特性が混合液Ｃとは異なる把持用部材
４または５と透光体１との接触界面においても起
こることになる。

透光体１に上述のような変則的な光の屈折現象
が起これば、ホトダイオード３の出力と発光ダイ
オード２から放射される光量との間の比例関係に
も乱れが生ぜざるを得ない。一種の光電変換型セ
ンサとしての混合比センサＡにとつて、入射光量
と電気出力との間に直線的比例関係が保たれるこ
とはセンサの計測精度を確保する上から極めて重
要である。

そこで本願考案者は透光体の把持用部材４と５
およびＯリング８による好ましくない光学的影響
力を排除するための手段として、透光体１とその
把持用部材４および５との接触界面に光反射層１
０を設ける方法を着想するに至つたものである。

光反射層１０の形成方法としては透光体１の両
端部分外周面に、スパツタリング法、蒸着法或は
電気的または化学的メツキ法などによつて薄膜層
を被着させるか、酸化チタンなどの半導体や金属
の粉末を主成分とするコーテイング材を塗布して
比較的厚い塗膜を設ける方法などが可能である。
或は光反射性を有するフイルム状板ないし板材を
巻きつけてもよい。把持用部材４および５側に光
反射量１０を設けることもできる。

本考案による上記実施例センサＡと光反射層を
有しない上記の比較用混合比センサＢとについ
て、各々の出力特性を比べた実験データを第３図
に示した。

縦軸にサンセの電気出力が、横軸に混合比を計
測すべきガソリン〜アルコール（メタノール）混
合液Ｃ中のメタノール混入率がとられている。

尚、本願考案において、棒状透光体２の屈折率
（1.52）＞ガソリンの屈折率（1.43）＞メタノール
の屈折率（1.33）であるので、ガソリン100％及
びメタル100％の場合の臨界角θ₁，θ₂は、以下式
により、それぞれ、70°、61°となる。

Sinθ₁＝1.43／1.52≒0.94 Sinθ₂＝1.33／1.52≒0.875 つまり、ガソリン中のメタノール混入率が大き
い程、臨界角が小さいので、発光ダイオードから
放射された光の内、透光体１と混合液Ｃとの接触
界面で全反射してホトダイオード３に到達する割
合が増加し、ホトダイオード３への受光量が多く
なり、第３図に示すように出力が増加する グラフ(イ)はセンサＡについて、またグラフ(ロ)は
センサＢについて描かれたものであつて、光反射
層１０を備えた本考案センサＡはメタノール混入
率の変化に対してホトダイオード３の出力はほぼ
直線関係を保つて追従変化しているのに対して、
光反射層１０を有しないセンサＢの示すグラフ(ロ)
はかなり直線性が損われており、従つてセンサＢ
はセンサＡに比べてガソリン〜アルコール混合液
Ｃの混合比検出精度がかなり劣つているものと解
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案によるガソリン〜アルコール混
合比センサの側断面図、第２図は光反射層を有し
ない点を除いて第１図のセンサと同一の構造を備
えたセンサの側断面図、第３図は第１図と第２図
にそれぞれ示されたセンサについて実測したガソ
リン中のメタノール混入率対出力グラフの比較
図、第４図は混合比センサが組込まれた自動車エ
ンジン用電子制御式燃料噴射装置の制御システム
図である。 図中、Ａ……ガソリン〜アルコール混合比セン
サ、Ｃ……ガソリン〜アルコール混合液、１……
棒状透光体、２……発光ダイオード（発光素子）、
３……ホトダイオード（受光素子）、４，５……
把持用部材、１０……光反射層。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 両端部を把持用部材で支持するとともに、外周
   面をガソリン〜アルコ−ル混合液に接触させた、
   該混合液より屈折率が大きい棒状透光体の、一方
   の端面に発光素子を、他方の端面に受光素子を、
   これら三者の各々の光束進行方向中心線を一致さ
   せるように取付けてなる、ガソリン〜アルコール
   混合比センサにおいて、 前記把持用部材と前記棒状透光体との接触界面
   に、前記棒状透光体より屈折率が大きい、金属や
   半導体の被着層ないしは被覆層からなる光反射層
   を設けたことを特徴とするガソリン〜アルコール
   混合比センサ。