(57)【要約】【課題】燃料に含有される類似の炭化水素系物質中の特定成分を検出できる液体燃料性状検出装置を提供する。【解決手段】燃料性状センサ１は、燃料が通過する通路３ａと、通路３ａに存在する燃料に向けて予め定めた複数の波長を含む光を放射する発光装置４と、燃料を透過してきた複数の波長を含む光を受光する受光装置５と、燃料に含有される炭化水素系の成分物質であるアロマ分、パラフィン分、オレフィン分の少なくとも一つの濃度を算出する演算装置１０１と、を備える。演算装置１０１は、アロマ分、パラフィン分、オレフィン分のうちの少なくとも一つの特定成分についての波長光に対する透過率の特性と、発光装置４から発光された複数の波長を含む光の発光量と受光装置５で受光された受光量とから算出する透過率と、を用いて特定成分の濃度を算出する。【選択図】図１
2010145252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の燃料が通過する通路と、
前記通路に存在する前記燃料に向けて予め定めた複数の波長を含む光を放射する発光装置と、
前記燃料を透過してきた前記複数の波長を含む光を受光する受光装置と、
前記燃料に含有される炭化水素系の成分物質であるアロマ分、パラフィン分、オレフィン分の少なくとも一つの濃度を算出する演算装置と、
を備え、
前記演算装置は、前記アロマ分、前記パラフィン分、前記オレフィン分のうちの少なくとも一つの特定成分についての波長光に対する透過率の特性と、前記発光装置から発光された前記複数の波長を含む光の発光量と前記受光装置で受光された受光量とから算出する透過率と、を用いて前記特定成分の濃度を算出することを特徴とする液体燃料性状検出装置。
【請求項２】
前記発光装置は、前記受光装置が有する受光素子の数量よりも少数である複数の発光素子と、前記複数の発光素子による発光を合成して合成光を生成する合成装置と、
を備え、
前記燃料を透過してきた前記合成光を複数の光に分光して前記複数の受光素子に向けて送る分光装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の液体燃料性状検出装置。
【請求項３】
前記受光装置は１個の受光素子を有し、前記発光装置はそれぞれ前記所定の波長光を発光する複数の発光素子を有しており、
前記発光装置は前記複数の発光素子のそれぞれが発光するタイミングをずらして発光させ、前記１個の受光素子は前記各発光素子から発光された光を個別に受光することを特徴とする請求項１に記載の液体燃料性状検出装置。
【請求項４】
前記発光装置と前記受光装置は、前記燃料が通過する前記通路に対して同じ側に配置されており、
前記発光装置から放射された前記光は、前記通路を通過する前記燃料を透過した後、前記通路に対して前記発光装置の反対側に配された反射装置によって反射されて折り返され、再び前記燃料を通過してから前記受光装置に受光されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の液体燃料性状検出装置。
【請求項５】
前記演算装置は、前記アロマ分、前記パラフィン分、前記オレフィン分のうちの少なくとも一つの特定成分についての波長光に対する前記透過率の特性に基づいて多変量解析手法を用いて得た予測式に、前記算出した透過率を代入して前記特定成分の濃度を算出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の液体燃料性状検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の透過光性を用いて液体の性状を検出する液体燃料性状検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液体燃料性状検出装置としては、発光装置から発せられた光を燃料中に照射し、燃料を透過した透過光を受光し、受光量等に基づいて燃料に含有される特定成分の濃度を検出する装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の第１の従来技術は、エンジンに供給される燃料が流れるセルに対して光線を放射する光源を有するセンサを備えている。光源から放射された光線は、半反射分離板によって反射する光と透過する光とに分割される。反射した光線は、測定セル内の燃料内を通り、燃料にいくらか吸収されて減衰し、光トランジスタ（受光素子）に入る。一方、半反射分離板を透過した光線は、基準燃料（例えば純粋なメタノール）を含有したセルを通って減衰してもう一つの光トランジスタ（受光素子）に到達する。そして、これら両セルにおける光線の減衰率の差に基づいて燃料の性状を判定している。
【０００４】
特許文献２に記載の第２の従来技術は、所定の複数成分を含有する燃料に対して２つの異なる波長光を照射し、各波長光の透過率に基づき、特定の成分のみの濃度を検出するものである。具体的には、第２の従来技術は、ガソリン、エタノールおよび水の３成分からなる燃料に対し、ガソリンに対する透過率と残りの２成分に対する透過率との差が大きい第１波長光と、水に対する透過率と残りの２成分に対する透過率との差が大きい第２波長光とを照射する。そして、各波長光の燃料中の透過量を計測し、第２波長光に関する透過光量に基づいて燃料中の水濃度を検出し、第１波長光に関する透過量および燃料中の水濃度に基づいて燃料中のエタノール濃度を検出する。
【特許文献１】特開昭５９−２１０３４５号公報
【特許文献２】特開２００８−２８１５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料の成分には、炭素に関する結合状態は異なるが分子構造が類似した炭化水素系成分（例えば、燃料のアロマ分、オレフィン分、パラフィン分等）が含有されている。このような類似の炭化水素成分を検出し分けることは、例えば、内燃機関の燃費向上、排気エミッション低減の要求から技術的価値が大きい。
【０００６】
しかしながら、第１の従来技術は、特定の波長のみを吸収する成分を検出することはできるが、当該類似の炭化水素系成分を個別に検出したい場合には、各成分の光吸収特性が干渉し合うため、単一の波長光では当該類似の炭化水素系成分を検出し分けることができない。
【０００７】
また、第２の従来技術においては、ガソリン、エタノールおよび水という分子構造が大きく異なる３成分の濃度を検出することができるが、当該類似の炭化水素系成分を検出し分ける手法は開示されていない。
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、燃料に含有される類似の炭化水素系物質中の特定成分を検出できる液体燃料性状検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の液体燃料性状検出装置に係る発明は、液体の燃料が通過する通路と、通路に存在する燃料に向けて予め定めた複数の波長を含む光を放射する発光装置と、燃料を透過してきた複数の波長を含む光を受光する受光装置と、燃料に含有される炭化水素系の成分物質であるアロマ分、パラフィン分、オレフィン分の少なくとも一つの濃度を算出する演算装置と、を備え、
演算装置は、アロマ分、パラフィン分、オレフィン分のうちの少なくとも一つの特定成分についての波長光に対する透過率の特性と、発光装置から発光された複数の波長を含む光の発光量と受光装置で受光された受光量とから算出する透過率と、を用いて特定成分の濃度を算出することを特徴とする。
【００１０】
液体燃料中のアロマ分、パラフィン分、オレフィン分はその容量濃度に応じて、波長光と透過率との間に特有の関係がある。この発明によれば、この特有の関係と、複数の所定の波長の光を燃料に放射し、演算装置によって算出された光の透過率に係る情報とを用いることにより、アロマ分等の特定成分の容量濃度を高い精度で検出することができる。したがって、燃料に含有される類似の炭化水素系物質中の特定成分を確実に検出できる液体燃料性状検出装置が得られる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、発光装置は、受光装置が有する受光素子の数量よりも少数である複数の発光素子と、複数の発光素子による発光を合成して合成光を生成する合成装置と、を備え、燃料を透過してきた合成光を複数の光に分光して複数の受光素子に向けて送る分光装置を備えることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、複数の発光素子による予め定めた複数の波長を含む光を合成し、さらにこの合成光を分光して各受光素子で受光量を検出する。液体燃料性状検出装置は、このように検出される発光量と受光量とから光の透過率を算出し、この透過率と、予め分かっている特定成分の濃度に対応する光の波長と透過率との関係から、所定の特定成分の濃度を算出する。これにより、発光素子の数量が低減するため、発光装置の部品点数、コスト、および設置スペースを削減できるとともに、装置全体の小型化が図れる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、受光装置は１個の受光素子を有し、発光装置はそれぞれ所定の波長光を発光する複数の発光素子を有しており、発光装置は複数の発光素子のそれぞれが発光するタイミングをずらして発光させ、１個の受光素子は各発光素子から発光された光を個別に受光することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、例えば、複数の発光素子のうち、第１の発光素子が第１の波長光を発射したときには共通の受光素子により第１の波長光の光量が計測され、続いて第２の発光素子が第２の波長光を発射したときには同じ受光素子により第２の波長光の光量が計測されるようになる。すなわち、１個の受光部によって、複数の発光素子から発光される複数種類の波長光の透過光量を計測することができる。これにより、受光素子の数量が低減するため、受光装置の部品点数を減らすことができ、コストおよび部品の占有スペースを削減できるとともに、装置全体の小型化が図れる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、発光装置と受光装置は、燃料が通過する通路に対して同じ側に配置されており、
発光装置から放射された光は、通路を通過する燃料を透過した後、通路に対して発光装置の反対側に配された反射装置によって反射されて折り返され、再び燃料を通過してから受光装置に受光されることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、反射装置と発光装置および受光装置とが通路を間に挟んで対向するように配置されていることにより、光が液体燃料を透過する光路長さは、発光装置と受光装置とが通路を間に挟んで対向する構成と比べて２倍以上になる。このように光路長さを長くできると光の減衰率が大きくなるため、微妙な透過量変化を伴う成分を検出しやすくなるという有用性がある。また、発光装置と受光装置が通路に対して同じ側に配置されているため、装置全体を特に大きくすることなく、光路長さを長くすることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、演算装置は、アロマ分、パラフィン分、オレフィン分のうちの少なくとも一つの特定成分についての波長光に対する透過率の特性に基づいて多変量解析手法を用いて得た予測式に、算出した透過率を代入して特定成分の濃度を算出することを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、予め定めた影響度の大きい複数の波長を説明変数とし、特定成分の濃度を目的変数とする多変量解析手法によって得られる予測式を用いる。これにより、記憶された特性マップ等を用いて算出する場合よりも、制御装置のメモリを低減でき、複雑でない簡単化された演算を実行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００２０】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る液体燃料性状検出装置を具体化した実施形態について、各図を参照して説明する。本実施形態は、本発明の燃料性状検出装置を、自動車のエンジンを制御するエンジン制御システムにおいて、エンジンに供給される液体燃料中の炭化水素系の特定成分を検出する燃料性状センサ１に適用したものである。
【００２１】
エンジン制御システムは、エンジンへの燃料供給量および吸入空気量を運転条件に対応して最適に制御する、すなわち所望のトルクを発生しつつ燃費を良好にするとともに排気中の有害排出物量をできるだけ少なくするように制御する。エンジン制御システムは、エンジンの燃焼室に臨んで配置され燃焼室に燃料を供給するインジェクタ、インジェクタに燃料を供給するデリバリパイプ、燃料タンクからデリバリパイプへ燃料を供給するための燃料配管２、燃料配管２を流れる燃料の性状を検出する燃料性状センサ１、燃焼室内に配置された点火プラグ、エンジンの吸気管の途中に設けられたスロットルバルブおよび制御装置１００等から構成されている。制御装置１００は、演算装置１０１、各種信号が入力される入力回路、各種部品を駆動するための信号を出力する出力回路等から構成され、燃料性状の検出、インジェクタによる燃料噴射量および噴射時期制御、点火プラグの点火時期制御、スロットルバルブの開度調節による吸入空気量の制御等を行っている。制御装置１００は、記憶手段としてＲＯＭおよびＲＡＭを内蔵し、あらかじめ設定された制御プログラムや更新可能な制御プログラムを有している。
【００２２】
エンジンの燃料であるガソリンは多種の炭化水素から構成されている。ガソリンに含有される炭化水素は、大別するとアロマ分、オレフィン分、パラフィン分に分けられる。アロマ分はベンゼン核を有する芳香族炭化水素である。オレフィン分は１つの二重結合を有する鎖状炭化水素である。パラフィン分は不飽和結合および環構造をもたない鎖状炭化水素である。燃料性状センサ１は、このような液体燃料に含有される炭化水素系の成分物質であるアロマ分、オレフィン分、パラフィン分のうち、少なくとも一つの特定成分の濃度（以下、単に「特定成分の濃度」ということもある）を求めるために用いられる。
【００２３】
図１は本実施形態に係る液体燃料性状検出装置の構成を示す概略図である。図１に示すように、液体燃料性状検出装置の一例である燃料性状センサ１は、燃料タンク内の燃料としてのガソリンをエンジンへ供給する燃料配管２の途中に設けられており、燃料性状センサ１の内部をガソリンが通過するように構成されている。燃料性状センサ１は、エンジンへの燃料噴射を制御する制御装置１００に電気的に接続されている。制御装置１００は、ガソリン中の特定成分の濃度を検出するための検査光の放射を制御し、検査光の波長や発光量、検査光がガソリンを透過した後に受光する受光量等が例えば電圧信号として制御装置１００に入力される。
【００２４】
燃料性状センサ１は、内部に燃料が通過する通路３ａを備えたボディ３内に、通路３ａ内の燃料へ向けて光を照射可能に配置された発光装置４と、通路３ａ内の燃料中を透過してきた発光装置４からの光を受光可能に配置された受光装置５と、を収納している。
【００２５】
ボディ３は、非透光性材質、例えば金属材料あるいは樹脂材料から形成されている。ボディ３の中央部には、ボディ３の両端部を貫通する貫通孔が形成され、この貫通孔は燃料流通用の通路３ａである。ボディ３における通路３ａの両端部分には、燃料配管２がそれぞれ接続されている。液体燃料であるガソリンは、図１中において白抜き矢印で示す方向に流れる。図１において、通路３ａの左側が燃料タンクに接続され、通路３ａの右側がデリバリパイプに接続される。
【００２６】
さらにボディ３には、通路３ａに連通する導光板６，７が設けられている。導光板６，７は、通路３ａを挟んで対向するように配される一対の導光板である。導光板６は、発光装置４から放射された光が透過する部材であり、通路３ａに面するように配置されており、図１中の矢印のように、導光板６を透過した光は燃料中に出射される。導光板７は、通路３ａに存在する燃料を通過した光が透過する部材であり、通路３ａに面するように配置されており、図１中の矢印のように、導光板７を透過した光は受光装置５に入射される。
【００２７】
発光装置は、通路３ａ内に存在する燃料に向けて予め定めた複数の波長を含む光を放射する装置である。発光装置は、例えば近赤外域（７００ｎｍ〜２４００ｎｍ）で波長の異なる複数の光を放射する。発光装置は、発光ダイオードからなる発光素子で構成されており、発光素子の個数は、放射する光に含まれる波長の数と同数でもよいし、それ以上でもそれ未満であってもよい。要するに発光装置は、発光素子の個数に関係なく、予め定めた複数の波長をすべて含むような光を放射する。
【００２８】
本実施の形態における発光装置４は、受光装置５を構成する受光素子と同数の４個の発光素子からなるものを採用している。４個の発光素子は、それぞれ光を集光する集光部を有する第１発光素子４０、第２発光素子４１、第３発光素子４２、第４発光素子４３であり、それぞれ所定の波長の光を発光するように構成されている。各発光素子４０〜４３は、それぞれが波長の異なる所定の第１波長光、第２波長光、第３波長光、第４波長光を発光する。発光素子４０〜４３は、最も発光輝度が高い波長である中心波長としてそれぞれ第１波長、第２波長、第３波長、第４波長である光を発光するが、それぞれは波長が第１波長前後、第２波長前後、第３波長前後、第４波長前後である光の成分も含んだ光も発光する。そして、各発光素子４０〜４３は、それぞれが発する光の発光量に応じた大きさの検出信号を演算装置１０１に出力する。
【００２９】
受光装置は、発光装置から放射され、燃料を透過してきた光を受光する装置である。受光装置は、例えば近赤外域（７００ｎｍ〜２４００ｎｍ）の波長を受光することができる受光素子からなる。受光装置は、フォトトランジスタからなる受光素子で構成されており、受光素子の個数は、発光装置によって放射される光に含まれる波長の数と同数でもよいし、それ未満であってもよい。要するに受光装置は、受光素子の個数に関係なく、予め定めた複数の波長光をすべて受光することができるように構成されている。
【００３０】
本実施の形態における受光装置５は、発光装置４を構成する発光素子と同数の４個の受光素子からなるものを採用している。４個の受光素子は、それぞれ第１受光素子５０、第２受光素子５１、第３受光素子５２、第４受光素子５３であり、それぞれ所定の波長の光を受光するようになっている。各受光素子５０〜５３としては、それぞれの対応する発光素子４０〜４３が発する波長光を選択的に受光するもの、つまり所定の波長を有する光に対する感度が突出して高いものが用いられている。そして、各受光素子５０〜５３は、それぞれの対応する発光素子４０〜４３が発する波長光を受光し、その受光量に応じた大きさの検出信号を演算装置１０１に出力する。
【００３１】
これらの発光素子４０〜４３および受光素子５０〜５３は、チップタイプのものが用いられている。発光素子４０〜４３は共通の回路基板８に実装さ.れており、受光素子５０〜５３も共通の回路基板１０に実装されている。回路基板８，１０は、コネクタを介して外部の電気配線に接続され、この電気配線を介して制御装置１００に電気的に接続されている。すなわち、発光素子４０〜４３は、制御装置１００により点灯して駆動され、受光素子５０〜５３の出力信号は制御装置１００に入力されるようになっている。
【００３２】
ボディ３には、発光装置４側にカバー９が取り付けられ、受光装置５側にカバー１１が取り付けられている。カバー９，１１は、金属あるいは樹脂等から形成され、所定の気密度を確保するようにボディ３に収容されている発光素子４０〜４３および受光素子５０〜５３を保護している。
【００３３】
次に、燃料性状センサ１を用いたアロマ分等の特定成分の濃度を検出する方法について説明する。図２は、特定成分の一つであるアロマ分の液体燃料中における光の波長と、光の透過率との関係を表したグラフである。
【００３４】
図２は、アロマ成分について２５容量％（二点鎖線で示す）、４０容量％（一点鎖線で示す）、６２容量％（実線で示す）、６５容量％（破線で示す）のそれぞれの光の波長と光の透過率との関係を一例として示している。各容量％についての透過率スペクトルは、ピークを示す波長およびこのピーク波長における透過率の値に、それぞれ特徴があり、演算装置１０１はこのような特性と、実際に算出された透過率とに基づいて液体燃料中のアロマ分の濃度を算出する。
【００３５】
図２に示すように、アロマ分の各種濃度においては、９００ｎｍ〜９２０ｎｍの波長域で光の吸収がピークになり、燃料を構成する分子構造のＣＨ間の結合に光が吸収され、透過率が著しく低下する。また、ＣＨのＣ原子が二重結合であると、このピークを示す波長域は低波長側（図２の左側）にシフトする性質があるため、８６０ｎｍ〜８７０ｎｍの波長域で光が吸収され、透過率が低下する。また、１０１０ｎｍ〜１０２５ｎｍの波長域でも光の吸収のもう一つの極大値が存在し、透過率が極小値を示している。図２に示すこのような特性を活用して、二重結合を多く含む６２容量％や６５容量％のアロマ分を、２５容量％や４０容量％のアロマ分から分離して検出することが可能であり、燃料中のアロマ分の濃度を正確に検出することができる。また、特定成分の中でも、二重結合の多いアロマ分やオレフィン分とパラフィン分とを分離して検出することが可能になる。
【００３６】
そして、発光装置４が各発光素子４０〜４３によって発光する光の所定の波長は、例えば図２に示す透過率のピークを示す波長の中から、予め選択された波長である。このように燃料の性状を検出するのに、特徴的な透過率を示す波長を所定の波長として選択することで、検出対象とする特定成分の濃度を高い精度で検出することができる。
【００３７】
また、オレフィン分やパラフィン分についても、その数種の濃度毎にアロマ分の特性曲線のような固有の特性曲線がある。この固有の特性を制御装置１００のＲＯＭ等に記憶することにより、記憶済みの特定成分に係る特性と実際に算出された透過率とを用いて液体燃料中のアロマ分、オレフィン分、パラフィン分のうちの少なくとも一つの濃度を算出することができる。
【００３８】
次に、液体燃料性状検出装置を用いて、燃料中のアロマ分、オレフィン分、パラフィン分のうちの少なくとも一つの特定成分の濃度を検出する方法について説明する。運転者によりイグニッションスイッチがＯＮされると、制御装置１００が作動を開始し、エンジン制御システムが作動状態となる。制御装置１００はエンジンに係る複数の制御を同時に処理するが、ここでは、その中の一つである燃料中の特定成分を検出する動作について説明する。
【００３９】
特定成分の検出動作が開始されると、制御装置１００はまず初期化処理を実行し、各発光素子４０〜４３を点灯駆動する。そして、演算装置１０１は、各受光素子５０〜５３の検出信号に基づいて計測された受光量に基づいて、各種波長光の測定対象である燃料中の透過率を算出する。次に、演算装置１０１は、算出された各種波長光の透過率に基づいて、検出対象とする特定成分の濃度を算出する。以下に説明する濃度の算出方法は、前述した光の波長と光の透過率との間の特性曲線と、実際に算出された透過率とに基づいた算出方法の一例であり、予め記憶された演算式を用いるものである。
【００４０】
ここで、検出対象の特定成分に係る濃度の算出手法について説明する。各受光素子５０〜５３は、検出対象とする特定成分の一つに応じた各種の波長光を受光し、その受光量Ｉ（ｎ）に応じた大きさの検出信号を演算装置１０１に出力する。演算装置１０１は、下記の式１によって透過率Ｔ（ｎ）を算出する。
【００４１】
Ｔ（ｎ）＝Ｉ（ｎ）／Ｉ０（ｎ）    （式１）
ｎ＝１，２，３，４であり、Ｉ０（ｎ）は各発光素子４０〜４３が発する発光量であり、Ｉ（ｎ）は各受光素子５０〜５３が受光する受光量である。
【００４２】
検出対象とする特定成分、すなわち所定の特定成分の濃度Ｐを求める式２は、
Ｐ＝ｆ（Ｔ（１），Ｔ（２），・・・，Ｔ（ｎ））    （式２）
で表され、Ｔ（ｎ）の関数である。
【００４３】
制御装置１００は、式２に相当する演算式の一例である下記の式４を記憶しており、式４にＴ（１），Ｔ（２），・・・，Ｔ（ｎ）といった各波長に対応する算出した透過率を代入することにより、所定の特定成分の濃度Ｐを求めることができる。
【００４４】
式４は、いわゆる多変量解析手法によって求められ、所定の複数の波長を有する光の透過率を説明変数とし、所定の特定成分の濃度（燃料性状）を目的変数とした予測式である。まず、検出対象とする特定成分の濃度（燃料性状）が透過率Ｔｉの一次式である（式３）で表されると仮定する。ｉは、所定の波長（ｎｍ）であり、特定成分の検出において影響度の大きい波長が予め選択される。Ｔｉは波長ｉの光の透過率を示している。
【００４５】
Ｐ０＝ａ０＋ａ１×Ｔ８１０＋ａ２×Ｔ８２０＋・・・＋ａｎ×Ｔｉ    （式３）
この式３を重回帰分析により、所定の特定成分の濃度を求めるために最も影響度の大きい波長と偏回帰係数とによって導いたものが式４である。
【００４６】
Ｐ＝Ａ０＋Ａ４×Ｔ８４０＋Ａ８×Ｔ８８０＋Ａ１２×Ｔ９２０    （式４）
Ａ０は定数項であり、Ａ４，Ａ８，Ａ１２はそれぞれ所定の定数である。
【００４７】
ここで示す式４によれば、演算装置１０１は、発光装置４が燃料に対して放射する３つの波長８４０ｎｍ，８８０ｎｍ，９２０ｎｍに基づく光の発光量と、受光装置５で受光された受光量とから透過率を算出し、算出した３つの透過率を式４に代入すれば、一次式の演算によって所定の特定成分の濃度Ｐを簡単に算出することができる。
【００４８】
なお、検出対象とする特定成分が複数ある場合には、制御装置１００は式４のような予測式を検出対象の特定成分毎に記憶している。そして、液体燃料性状検出装置は、記憶された予測式に対応する複数の波長光を用い、演算装置１０１で算出した透過率を当該予測式毎に代入して濃度を求める。
【００４９】
本実施形態の液体燃料性状検出装置がもたらす作用効果について述べる。燃料性状センサ１は、燃料が通過する通路３ａと、通路３ａに存在する燃料に向けて予め定めた複数の波長を含む光を放射する発光装置４と、燃料を透過してきた複数の波長を含む光を受光する受光装置５と、燃料に含有される炭化水素系の成分物質であるアロマ分、パラフィン分、オレフィン分の少なくとも一つの濃度を算出する演算装置１０１と、を備える。演算装置１０１は、アロマ分、パラフィン分、オレフィン分のうちの少なくとも一つの特定成分についての波長光に対する透過率の特性と、発光装置４から発光された複数の波長を含む光の発光量と受光装置５で受光された受光量とから算出する透過率と、を用いて特定成分の濃度を算出する。
【００５０】
この構成によれば、複数の所定の波長の光を燃料に放射し、演算装置１０１によって算出された光の透過率と、燃料中のアロマ分、パラフィン分、オレフィン分における容量濃度に応じた波長光と透過率との間に存在する固有の関係と、を用いて、燃料中の検出したい特定成分の濃度を算出することにより、検出対象である特定成分の容量濃度を高い精度で検出することができる。よって、燃料に含有される類似の炭化水素系物質中の特定成分を確実に検出できる液体燃料性状検出装置が得られる。
【００５１】
また、ガソリンのオクタン価や揮発性に影響を与える上記の特定成分の含有状態によって、エンジンの制御仕様は大きく異なるため、ガソリンの性状に応じて、適宜最適な制御を行うことがエンジン性能、地球環境の観点からも重要である。そこで、本実施形態のように、アロマ分、パラフィン分、オレフィン分等を検出し分け、さらに高精度に測定できることにより、排ガスクリーン化や省燃費化の実現といったエンジン性能を最適化するための制御パラメータの仕様を適切に設定することができる。
【００５２】
また、演算装置１０１は、アロマ分、パラフィン分、オレフィン分のうちの少なくとも一つの特定成分についての波長光に対する透過率の特性に基づいて多変量解析手法を用いて得た予測式に、算出した透過率を代入して特定成分の濃度を算出する。つまり、演算装置１０１は、検出対象とする特定成分についての波長とその透過率との間に成立する特性と、多変量解析手法とを用いて求めた特定成分の濃度を算出する予測式を記憶手段から読み出し、算出した透過率を予測式に代入して特定成分の濃度を算出する。
【００５３】
この算出方法によれば、特定成分の濃度を求めるために、予め定めた影響度の大きい複数の波長を説明変数とし、特定成分の濃度を目的変数とする多変量解析手法によって簡単化された予測式を用いる。これにより、記憶された特性マップ等を用いて算出する場合よりも、制御装置１００のメモリ容量を低減でき、演算装置１０１における演算処理の負担を軽減することができる。
【００５４】
（第２実施形態）
第２実施形態では、燃料性状センサ１の他の形態である燃料性状センサ１Ａについて図３および図４を用いて説明する。図３は第２実施形態に係る燃料性状センサ１Ａの構成を示す概略図である。図４は、燃料性状センサ１Ａの発光装置４Ａおよび受光装置５Ａによる発光スペクトルおよび受光スペクトルの特性を、理解を容易にするため簡単化して示した簡単化して示した概略図である。図３において前述の第１実施形態で説明した図面中と同一符号を付した構成部品は、同様の構成部品であり、同様の作用効果を奏するものである。
【００５５】
図３に示すように、本実施形態の燃料性状センサ１Ａは、発光装置４Ａが受光装置５Ａの受光素子の数量よりも少数である複数の発光素子（第１発光素子４０、第２発光素子４１）と、これらの発光素子４０，４１による発光を合成して合成光を生成する合成装置２０と、を備え、燃料を透過してきた合成光を複数の光に分光して複数の受光素子（第１受光素子５０、第２受光素子５１、第３受光素子５２、第４受光素子５３）に向けて送る分光装置２１を備えている（光の進行は図３の矢印参照）。
【００５６】
本実施の形態における発光装置４Ａを構成する第１発光素子４０、第２発光素子４１は、合成装置２０によって、それぞれの発光素子から発光された光が合成されるようになっている。合成装置２０は、例えば、導光板６Ａ側の第１発光素子４０および第２発光素子４１の前方部を覆う集光レンズによって構成される。第１発光素子４０、第２発光素子４１は、それぞれ所定の波長の光を発光するように構成されている。第１発光素子４０および第２発光素子４１は、それぞれ、単一または複数の波長を含む光を発光する。
【００５７】
図４に示すように、分光装置２１は、発光装置４Ａから放射された光をそれぞれ所定の波長を有する元の個数の波長光に分けて受光装置５Ａに向かわせる装置である。分光装置２１は、例えばプリズム、グレーティング（反射型回折格子）等といった分光素子によって構成される。燃料性状センサ１Ａは、このような分光機能を備えることにより、広帯域の透過率測定を低コストで実現できる。
【００５８】
本実施の形態における受光装置５Ａは、発光装置４Ａを構成する発光素子よりも多い個数の受光素子からなっている。受光装置５Ａは、それぞれ個別に所定の波長光を受光する４個の第１受光素子５０、第２受光素子５１、第３受光素子５２、第４受光素子５３で構成される。各受光素子５０〜５３は、導光板７Ａを通してそれぞれの所定の波長光を受光し、その受光量に応じた大きさの検出信号を演算装置１０１に出力する。
【００５９】
発光素子４０，４１は共通の回路基板８Ａに実装さ.れている。回路基板８Ａ，１０は、コネクタを介して外部の電気配線に接続され、この電気配線を介して制御装置１００に電気的に接続されている。ボディ３Ａには、発光装置４Ａ側にカバー９Ａが取り付けられている。カバー９Ａ，１１は、金属あるいは樹脂等から形成され、所定の気密度を確保するようにボディ３Ａに収容されている発光素子４０，４１および受光素子５０〜５３を保護している。
【００６０】
本実施形態の燃料性状センサ１Ａを用いた特定成分の濃度検出方法については、第１実施形態で説明した検出方法および濃度の算出方法にしたがって行われ、同様の作用効果を奏する。
【００６１】
本実施形態の燃料性状センサ１Ａによれば、複数の発光素子による予め定めた複数の波長を含む光を合成し、さらにこの合成光を分光し、それぞれの光を各受光素子で受光する。複数の発光素子は発光した光に含まれる所定の波長を示す信号とともに発光量を演算装置１０１に出力し、各受光素子は、それぞれ受光した受光量を演算装置１０１に出力する。演算装置１０１は、このようにして検出される発光量と受光量とから各波長の光の透過率を算出し、この透過率と、予め記憶している特定成分の濃度に対応する光の波長と透過率との関係を表す特性（具体的には前述のマップや予測式）とから、所定の特定成分の濃度を算出する。
【００６２】
このような構成により、放射される波長光の数量に比べて発光素子の数量を低減することができるため、発光装置４Ａの部品点数、コスト、および設置スペースを削減できる。また、液体燃料性状検出装置は、燃料の通路上にセンサ部を有するように配置されるため、その占有スペースが制限され、小型であることが求められている。したがって、本実施形態の燃料性状センサ１Ａによれば、装置全体の小型化が図れ、車両搭載用に好適なセンサが得られる。
【００６３】
また、燃料性状センサ１Ａは分光装置としてグレーティングを備える場合には、反射型であるため材質の影響を受けにくい構成が得られるとともに、波長調整が容易であり、さらに温度による影響の少ない装置を提供できる。
【００６４】
（第３実施形態）
第３実施形態では、燃料性状センサ１の他の形態である燃料性状センサ１Ｂについて図５〜図７を用いて説明する。図５は第３実施形態に係る燃料性状センサ１Ｂの構成を示す概略図である。図６は、燃料性状センサ１Ｂの発光装置４Ｂおよび受光装置５Ｂによる発光スペクトルおよび受光スペクトルの特性を、理解を容易にするため簡単化して示した概略図である。図７は発光装置４Ｂおよび受光装置５Ｂによる発光および受光のタイミングを示したタイムチャートである。図５において前述の第１実施形態で説明した図面中と同一符号を付した構成部品は、同様の構成部品であり、同様の作用効果を奏するものである。
【００６５】
図５に示すように、本実施形態の燃料性状センサ１Ｂにおいては、受光装置５Ｂは１個の受光素子５０を有し、発光装置４Ｂはそれぞれ所定の波長光を発光する４個の発光素子５０〜５３を有している。発光装置４Ｂにおいては複数の発光素子４０〜４３が同時に発光することなく、それぞれ発光するタイミングをずらすように構成され、１個の受光素子５０は各発光素子４０〜４３からパルス発光された光を個別に受光するように構成されている。
【００６６】
発光装置４Ｂを構成する第１発光素子４０、第２発光素子４１、第３発光素子４２、第４発光素子４３は、それぞれ、検出対象とする特定成分の検出に用いられる所定の波長を含む光を発光する。各発光素子４０〜４３からの光は、別々に発光され、導光板６Ａを通過して通路３ａの燃料に対して放射される。
【００６７】
１個の受光素子５０からなる受光装置５Ｂは、発光装置４Ｂからそれぞれ個別にパルス発光して放射される波長光を順番に受光する。受光素子５０は、個別に放射される所定の波長光を導光板７Ｂを通して受光し、受光量に応じた大きさの検出信号をそれぞれ演算装置１０１に出力する。このように、発光装置４Ｂは複数の発光素子によって複数の波長光（図６では説明を分かりやすくするため、第１波長光と第２波長光としている）を燃料に向けて別々に放射し、受光装置５Ｂは放射された複数の波長光を１個の受光素子５０によって受光する。
【００６８】
発光素子４０〜４３は共通の回路基板８Ｂに実装されており、受光素子５０は回路基板１０Ｂに実装されている。回路基板８Ｂ，１０Ｂは、コネクタを介して外部の電気配線に接続され、この電気配線を介して制御装置１００に電気的に接続されている。ボディ３Ｂには、発光装置４Ｂ側にカバー９が取り付けられ、受光装置５Ｂ側にカバー１１Ｂが取り付けられている。カバー９，１１Ｂは、金属あるいは樹脂等から形成され、所定の気密度を確保するようにボディ３Ｂに収容されている発光素子４０〜４３および受光素子５０を保護している。
【００６９】
本実施形態の燃料性状センサ１Ｂを用いた特定成分の濃度の算出方法については、第１実施形態で説明した濃度の算出方法にしたがって行われ、同様の作用効果を奏する。以下に、燃料性状センサ１Ｂにおける発光装置４Ｂと受光装置５Ｂの動作について図７にしたがって説明する。図７は、理解を容易にするため、２個の発光素子（第１発光素子４０、第２発光素子４１）を有する場合について説明したタイムチャートである。３個以上の発光素子を有する場合も、以下の説明と同様の動作をするものである。
【００７０】
発光装置４Ｂと受光装置５Ｂの動作は制御装置１００によって実行される。制御装置１００は、図７に示すように、第１発光素子４０と第２発光素子４１とを交互に点灯するように駆動している。つまり、第１発光素子４０に電圧が印加されて点灯しているときには、第２発光素子４１（他の発光素子）には電圧が印加されず消灯している。逆に、第２発光素子４１に電圧が印加されて点灯しているときには、第１発光素子４０（他の発光素子）には電圧が印加されず消灯している。受光装置５Ｂは、このような発光タイミングに対応して印加された電圧値を出力信号として演算装置１０１に出力する。すなわち、第１発光素子４０が点灯しているときには、受光装置５Ｂの出力電圧は第１発光素子４０によって放射された所定の第１波長光を受光したとき（検知区間Ａ）の受光量に基づく電圧値であり、第２発光素子４１が点灯しているときには、受光装置５Ｂの出力電圧は第２発光素子４１によって放射された所定の第２波長光を受光したとき（検知区間Ｂ）の受光量に基づく電圧値である。
【００７１】
本実施形態の燃料性状センサ１Ｂによれば、受光装置５Ｂは１個の受光素子を有し、発光装置４Ｂはそれぞれ特定成分の検出に用いられる所定の波長光を発光する複数の発光素子を有しており、発光装置４Ｂは複数の発光素子のそれぞれが発光するタイミングをずらして発光するように構成され、１個の受光素子は各発光素子から発光された光を別々のタイミングで個別に受光するように構成されている。
【００７２】
この構成によれば、放射される波長光の数量に比べて受光素子の数量を低減することができるため、受光装置５Ｂの部品点数、コスト、および設置スペースを削減できる。また、液体燃料性状検出装置は、燃料の通路上にセンサ部を有するように配置されるため、その占有スペースが制限され、小型であることが求められている。したがって、本実施形態の燃料性状センサ１Ｂによれば、装置全体の小型化が図れ、車両搭載用に好適なセンサが得られる。
【００７３】
（第４実施形態）
第４実施形態で説明する燃料性状センサ１Ｃは、燃料性状センサ１Ｂに対して、発光装置４Ｂおよび受光装置５Ｂの位置関係を変更し、これに伴い反射装置を備えたものである。図８は第４実施形態に係る燃料性状センサ１Ｃの構成を示す概略図である。図８において前述の第１実施形態〜第３実施形態で説明した図面中と同一符号を付した構成部品は、同様の構成部品であり、同様の作用効果を奏するものである。また、本実施形態で説明する特徴的な構成は、燃料性状センサ１Ｂだけでなく、第１実施形態の燃料性状センサ１および第２実施形態の燃料性状センサ１Ａにも適用することが可能であり、以下で説明する同様の作用効果を奏するものである。
【００７４】
図８に示すように、本実施形態の燃料性状センサ１Ｃにおいては、発光装置４Ｂと受光装置５Ｂは、燃料が通過する通路３ａに対して同じ側（図８の上側）に配置されている。さらに、発光装置４Ｂから放射された光は、通路３ａを通過する燃料を透過した後、通路３ａに対して発光装置４Ｂの反対側に配された反射装置によって反射されて折り返され、再び燃料を通過してから受光装置５Ｂで受光されるものである。反射装置は、光の全反射を行う第１のプリズム２２および第２のプリズム２３で構成されている。
【００７５】
発光装置４Ｂから放射された光は、図８中の矢印で示すように、導光板６Ｂを通過して通路３ａの燃料を透過する。この光は、ボディ３Ｃ内であって通路３ａを越えて発光装置４Ｂと反対側に設けられた第１のプリズム２２で入射方向に対して直角な方向に反射し、燃料の流通方向に第１のプリズム２２と並んで配置された第２のプリズム２３でさらに入射方向に対して直角な方向に反射する。第２のプリズム２３で反射した光は、発光装置４Ｂの光の放射方向と逆向きに折り返されるように進行し、再び通路３ａの燃料を透過して導光板７Ｂを通り、受光素子５０に入射する。
【００７６】
本実施形態の燃料性状センサ１Ｃによれば、反射装置と発光装置４Ｂおよび受光装置５Ｂとが通路３ａを間に挟んで対向するように配置されていることにより、光が液体燃料を透過する光路長さは、発光装置４Ｂと受光装置５Ｂとが通路３ａを間に挟んで対向するように配置される構成と比べて２倍になる。このように光路長さを長くすることにより、光の減衰率が大きくなるため、微妙な透過量変化を伴う成分を検出しやすくなり、検出対象とする特定成分の検出の精度をより向上させることができる。また、発光装置４Ｂと受光装置５Ｂとが通路３ａに対して同じ側に配置されていることにより、燃料性状センサ１Ｃの体格を特に大きくすることなく、光路長さを長くすることができる。したがって、本実施形態の燃料性状センサ１Ｃによれば、装置全体の小型化が図れ、車両搭載用に好適なセンサが得られる。
【００７７】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００７８】
上記実施形態において、検出対象とする特定成分の濃度算出方法は、予め記憶された演算式を用いる方法を採用しているが、この方法に限定するものではない。例えば、制御装置１００が、検出対象とする特定成分の濃度における光の波長と光の透過率との関係を表す特性曲線に基づくマップを記憶しており、このマップと、実際に算出された透過率とに基づいて当該濃度を算出する方法を採用してもよい。
【００７９】
また、第４実施形態では、発光装置４Ｂから放射された光は、反射装置によって折り返されてから受光装置５Ｂに受光される１往復の経路を構成しているが、この光の経路に限定されるものではない。例えば、光を折り返すための反射装置の個数を増やして、光の経路を１．５往復になるように構成したり、２往復以上に構成したりしてもよい。
【００８０】
また、上記実施形態において受光素子としてフォトトランジスタを用いているが、他の種類の受光素子を用いるようにしてもよい。例えば、フォトダイオードを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】第１実施形態に係る液体燃料性状検出装置の構成を示す概略図である。
【図２】特定成分の一つであるアロマ分の液体燃料中における光の波長と、光の透過率との関係を表したグラフである。
【図３】第２実施形態に係る液体燃料性状検出装置の構成を示す概略図である。
【図４】第２実施形態に係る発光装置４Ａおよび受光装置５Ａによる発光スペクトルおよび受光スペクトルの特性を簡単化して示した概略図である。
【図５】第３実施形態に係る液体燃料性状検出装置の構成を示す概略図である。
【図６】第３実施形態に係る発光装置４Ｂおよび受光装置５Ｂによる発光スペクトルおよび受光スペクトルの特性を簡単化して示した概略図である。
【図７】発光装置４Ｂおよび受光装置５Ｂによる発光および受光のタイミングを示したタイムチャートである。
【図８】第４実施形態に係る液体燃料性状検出装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００８２】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…燃料性状センサ（液体燃料性状検出装置）
３ａ…通路
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ…発光装置
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ…受光装置
２０…合成装置
２１…分光装置
２２…第１のプリズム（反射装置）
２３…第２のプリズム（反射装置）
４０…第１発光素子
４１…第２発光素子
４２…第３発光素子
４３…第４発光素子
５０…第１受光素子
５１…第２受光素子
５２…第３受光素子
５３…第４受光素子
１００…制御装置
１０１…演算装置
【図１】
2010145252.tif 000003
【図２】
2010145252.tif 000004
【図３】
2010145252.tif 000005
【図４】
2010145252.tif 000006
【図５】
2010145252.tif 000007
【図６】
2010145252.tif 000008
【図７】
2010145252.tif 000009
【図８】
2010145252.tif 000010