(57)【要約】【課題】燃料流路内に配置しても、大きな流路抵抗となることを防止する。【解決手段】本発明のアルコール濃度検出センサ２４０は、光源２４８と、光源から入射される光を伝搬するコアを有する光ファイバー２４４と、光ファイバー２４４によって伝搬された光を受光する受光部２４６を備えている。光ファイバー２４４のコアの少なくとも一部分が表面に露出しており、その露出した部分に表面プラズモン現象を発生する金属膜が形成されており、その光ファイバー２４４が燃料流路２４１内に配置されている。【選択図】図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に燃料を供給する燃料流路内を流れる燃料に含まれるアルコールの濃度を検出するセンサであり、
光源と、
光源から入射される光を伝搬するコアを有する光ファイバーと、
光ファイバーによって伝搬された光を受光する受光部と、を備えており、
光ファイバーのコアの少なくとも一部分が表面に露出しており、その露出した部分に表面プラズモン現象を発生する金属膜が形成されており、その光ファイバーが燃料流路内に配置されていることを特徴とするアルコール濃度検出センサ。
【請求項２】
光ファイバーが、燃料流路内の壁面近傍に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアルコール濃度検出センサ。
【請求項３】
燃料流路には閉鎖用盲栓が取付けられており、その閉鎖用盲栓が取付けられている部位に光ファイバーが配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルコール濃度検出センサ。
【請求項４】
光ファイバーが巻回された状態で燃料流路内に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のアルコール濃度検出センサ。
【請求項５】
光ファイバーの外周が燃料透過性部材で覆われていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のアルコール濃度検出センサ。
【請求項６】
燃料流路内に設けられ、燃料が流れる方向に開口する空間を備えている取付部材をさらに有しており、その取付部材に光ファイバーが固定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のアルコール濃度検出センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関（例えば、自動車用エンジン）に供給される燃料に含まれるアルコールの濃度を検出するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アルコール（例えば、バイオエタノール等）を含有する燃料を内燃機関の燃料として使用することが検討されている。ガソリンとアルコールとでは理論空燃比が異なることから、アルコール含有燃料を適切な空燃比で燃焼させるためには、燃料中のアルコール濃度を検出する必要がある。このため、燃料中のアルコール濃度を検出するためのセンサが開発されている。
特許文献１には、液体中の分子、イオン、有機物（すなわち、アルコール）の濃度変化を検出するセンサが開示されている。特許文献１のセンサは、光源からの光が入射するコアと、そのコアの外周面に接着されたプラスティックロッドを備えている。プラスティックロッドの周囲には、感知用光ファイバーが巻き付けられている。感知用光ファイバーは、コアと、コアの外周に設けられたクラディング層と、クラディング層の外周に設けられた化学的感知性被覆を有している。コアとプラスティックロッドと感知用光ファイバーは多孔性のコンテナに収容され、コンテナはこれらの部材を機械的に保護している。このセンサでは、コアに入射した光がプラスティックロッドで放散される。液体中の監視対象物の濃度が変化すると、感知用光ファイバーの化学的感知性被覆の色が変化する。化学的感知性被覆の色の変化は、感知用光ファイバーのコアを介して光検出器で検出される。これによって、液体中の監視対象物の濃度変化を検出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−７２０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように特許文献１のセンサは、光源からの光が入射するコアの外周にプラスティックロッドを接着し、そのプラスティックロッドの外周に感知用光ファイバーを巻き付け、これらをさらにコンテナで保護する構造を有している。このため、特許文献１のセンサを燃料ポンプと内燃機関を接続する燃料流路中に配置すると、その流路抵抗が大きく、大きな圧力損失を生じるという問題がある。なお、特許文献１のセンサを燃料タンク等に設置することも考えられるが、この場合には燃料流路を流れる燃料の変化を時間遅れなく検出することができなくなる。
【０００５】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、燃料ポンプと内燃機関を接続する燃料流路中に配置しても、大きな圧力損失が生じることを防止することができるアルコール濃度検出センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願のアルコール濃度検出センサは、内燃機関に燃料を供給する燃料流路内を流れる燃料に含まれるアルコールの濃度を検出する。このセンサは、光源と、光源から入射される光を伝搬するコアを有する光ファイバーと、光ファイバーによって伝搬された光を受光する受光部を備えている。そして、光ファイバーのコアの少なくとも一部分が表面に露出しており、その露出した部分に表面プラズモン現象を発生する金属膜が形成されており、その光ファイバーが燃料流路内に配置されている。
このアルコール濃度検出センサは、コアを伝搬する光の一部が、コアの表面に形成された金属膜の表面プラズモン共鳴によって吸収される。表面プラズモン共鳴によって吸収される光の強度は燃料の屈折率によって変化する。このため、受光部で受光した光の強度により燃料の屈折率を検出でき、この屈折率よりアルコール濃度を求めることができる。このアルコール濃度検出センサでは、光ファイバーのコアに金属膜を形成するだけでよいため、光ファイバーをコンパクトに形成することができる。このため、光ファイバーを燃料通路内に配置しても、大きな流路抵抗となることはなく、その圧力損失を小さくすることができる。また、光ファイバーを燃料通路内に配置するため、燃料通路内を流れる燃料の変化を応答性良く検出することができる。
【０００７】
上記のアルコール濃度検出センサにおいては、光ファイバーが、燃料流路内の壁面近傍に配置されていることが好ましい。このような構成によると、光ファイバーが流路抵抗となることをより防止することができる。
【０００８】
また、上記のアルコール濃度検出センサでは、燃料流路には閉鎖用盲栓が取付けられており、その閉鎖用盲栓が取付けられている部位に光ファイバーが配置されていることが好ましい。このような構成によると、燃料の流れを阻害しない位置に光ファイバーが配置されるため、光ファイバーが流路抵抗となることを防止することができる。また、燃料流路への光ファイバーの取付け・取外しを容易に行うことができる。
【０００９】
上記のアルコール濃度検出センサでは、光ファイバーが巻回された状態で燃料流路内に配置されていることが好ましい。光ファイバーを巻回した状態とすることで、金属膜を形成する部位を長くすることができ、センサ感度を向上することができる。また、光ファイバーが巻回されているため、アルコール濃度検出センサが小型化することができる。
【００１０】
上記のアルコール濃度検出センサでは、光ファイバーの外周が燃料透過性部材で覆われていてもよい。光ファイバーを燃料透過性部材で覆うことで、光ファイバーが損傷することを防止することができる。また、異物や燃料脈動や流体力の影響を低減することができる。
【００１１】
上記のアルコール濃度検出センサでは、燃料流路内に設けられ、燃料が流れる方向に開口する空間を備えている取付部材をさらに有することができる。かかる場合、その取付部材に光ファイバーが固定されていることが好ましい。光ファイバーを取付部材に固定することで、光ファイバーを燃料流路内で安定した状態で保持することができる。また、取付部材は、燃料が流れる方向に開口する空間を有するため、取付部材が大きな流路抵抗となることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例に係る燃料供給系の構成を示す図。
【図２】燃料タンク内の構成を拡大して示す図。
【図３】アルコール濃度検出センサの構成を示す図。
【図４】アルコール濃度検出センサの取付状態を示す模式図。
【図５】光ファイバーのコアの一方の表面に金薄膜が形成されている状態を示す図。
【図６】屈折率とアルコール濃度（エタノール濃度）の関係を示すグラフ。
【図７】本発明の他の実施例を説明する図であり、検出用光ファイバーと補償用光ファイバーが取付プレートに取付けられた状態を示す図。
【図８】本発明の他の実施例に係る燃料供給系の構成を示す図。
【図９】図８に示す燃料供給系に備えられる燃料タンク内の構成を拡大して示す図。
【図１０】燃料のアルコール濃度と燃料の蒸気圧の関係を示す図。
【図１１】ＥＣＵの内部構造を説明するための図面。
【図１２】ＥＣＵ内のメモリに格納されているデータの内容を示す図。
【図１３】ＥＣＵの燃料性状を判定する手順を示すフローチャート。
【図１４】本発明の他の実施例に係る燃料タンク内の構成を拡大して示す図。
【図１５】光ファイバーが巻回された状態を示す図。
【図１６】光ファイバーが燃料供給路（デリバリパイプ）に配された状態を示す図。
【図１７】光ファイバーが燃料供給路の取付プレートに取付けられた状態を示す図。
【図１８】光ファイバーが取付プレートに取付けられた状態を示す図。
【図１９】光ファイバーが取付プレートに取付けられた他の状態を示す図。
【図２０】光ファイバーが取付プレートに取付けられた他の状態を示す図。
【図２１】光ファイバーが取付プレートに取付けられた他の状態を示す図。
【図２２】光ファイバーが燃料供給路（デリバリパイプ）に配された他の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
下記に詳細に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
（形態１）光源と受光部は燃料流路外に配置されている。
（形態２）光ファイバーは、燃料流路の内壁面に倣う形状に巻回されている。
（形態３）光ファイバーの一端(光を入射する入射端)と他端（光を出射する出射端）が同一方向となるように、光ファイバーが巻回されている。
【実施例】
【００１４】
（第１実施例）  本発明を具現化した一実施例について、図面を参照して説明する。まず、本実施例のアルコール濃度検出センサが装備される内燃機関の燃料供給系の構成について説明する。図１に示すように、本実施例の燃料供給系は、燃料を貯留する燃料タンク２６を備えている。燃料タンク２６に貯留されている燃料には、アルコール（本実施例ではエタノール）が含まれている。燃料タンク２６内には燃料供給装置２８が収容されている。燃料供給装置２８は、燃料タンク２６内の燃料を昇圧し、昇圧した燃料を燃料タンク２６外に吐出する。燃料供給装置２８には、燃料供給路（３８ａ，３８ｂ）の一端が接続されている。燃料供給路（３８ａ，３８ｂ）の他端は、インジェクタ１２に接続されている。燃料供給装置２８から吐出された燃料は、燃料供給路（３８ａ，３８ｂ）を通ってインジェクタ１２に供給される。
【００１５】
インジェクタ１２は、燃料供給装置２８から供給された燃料を噴射する。インジェクタ１２は、インテークマニホールド１４に取付けられている。インテークマニホールド１４は、エンジン１０の吸気側に取付けられている。インテークマニホールド１４には、スロットルバルブ１６が配設されている。スロットルバルブ１６は、インテークマニホールド１４を流れる空気流量を調節する。スロットルバルブ１６を制御することで、エンジン１０に供給される空気量が制御される。スロットルバルブ１６の上流側には吸気温センサ１８が配置され、スロットルバルブ１６の下流側には流量センサ２０が配置されている。吸気温センサ１８は、インテークマニホールド１４内を流れる空気の温度を検出する。流量センサ２０は、インテークマニホールド１４内を流れる空気の流量を検出する。また、エンジン１０には、ノッキングの発生の有無を検出するノックセンサ２２が取付けられている。各センサ１８，２０，２２は、ＥＣＵ２４に電気的に接続されている。
【００１６】
ＥＣＵ２４には、上記した各センサ１８，２０，２２及び後で詳述するアルコール濃度検出センサ４０からの出力が入力される。ＥＣＵ２４は、アルコール濃度検出センサ４０の出力から、燃料に含まれるアルコール濃度を算出する。また、ＥＣＵ２４は、算出したアルコール濃度と、各センサ１８，２０，２２の出力に基づいて、インジェクタ１２から噴射する燃料流量や、インジェクタ１２から燃料を噴射するタイミング等を制御する。ＥＣＵ２４によるアルコール濃度を算出する手順については、後で詳述する。
【００１７】
次に、燃料タンク２６内に収容される燃料供給装置２８について説明する。図２に示すように、燃料供給装置２８は、リザーブタンク３０と、リザーブタンク３０内に収容される燃料ポンプ３２を有している。リザーブタンク３０は、燃料タンク２６内の燃料を一時的に貯留する。燃料ポンプ３２は配線３２ｃによりＥＣＵ２４に接続されている。ＥＣＵ２４から配線３２ｃを介して燃料ポンプ３２に電力が供給されると、燃料ポンプ３２は、リザーブタンク３０内の燃料を吸引し、その吸引した燃料を昇圧し、その昇圧した燃料を吐出する。燃料ポンプ３２の吸入ポート３２ａにはサクションフィルタ３４が取付けられている。燃料ポンプ３２の吐出ポート３２ｂには高圧フィルタ３６が取付けられている。このため、燃料ポンプ３２には、サクションフィルタ３４によって異物が除去された燃料が吸引され、また、燃料ポンプ３２から吐出される燃料は高圧フィルタ３６でさらに異物が除去されることとなる。高圧フィルタ３２には燃料供給路３８ａの一端が接続されている。燃料供給路３８ａの他端はアルコール濃度検出センサ４０に接続されている。アルコール濃度検出センサ４０には燃料供給路３８ｂの一端が接続され、燃料供給路３８ｂの他端はインジェクタ１２に接続されている（図１参照）。したがって、高圧フィルタ３６で異物が除去された燃料は、燃料供給路３８ａを通ってアルコール濃度検出センサ４０に流れ、アルコール濃度検出センサ４０から燃料供給路３８ｂを通ってインジェクタ１２に流れる。なお、アルコール濃度検出センサ４０には高圧フィルタ３６によって異物が取り除かれた燃料が供給されるため、燃料中のアルコール濃度を精度良く検出することができる。また、アルコール濃度検出センサ４０を燃料タンク２６内に配置することで、外気温の影響を低減することができる。
【００１８】
図３，４に示すように、アルコール濃度検出センサ４０は、ＬＥＤ４２と光ファイバー４４とフォトダイオード４６を備えている。図４に示すように、ＬＥＤ４２と光ファイバー４４とフォトダイオード４６は、燃料流路を形成するハウジング４１内に配置されている。このため、燃料ポンプ３２から燃料が吐出されている状態では、ＬＥＤ４２と光ファイバー４４とフォトダイオード４６が燃料中に浸漬された状態となる。
【００１９】
ＬＥＤ４２は、配線４４ａによりＥＣＵ２４に接続されている。ＥＣＵ２４は、ＬＥＤ４２のオン／オフを制御する。ＬＥＤ４２がオンすると、ＬＥＤ４２から光が出射される。ＬＥＤ４２は、光ファイバー４４の一方の端面に近接した位置に配置されている。このため、ＬＥＤ４２から出射される光は、光ファイバー４４の一端面に入射される。なお、本実施例では、光伝送部として光ファイバー４４を用いたが、ガラス棒を用いることができる。また、光源としてＬＥＤ４２を用いたが、その他の光源（例えば、レーザー光源等）を用いることができる。
【００２０】
光ファイバー４４は、一端面に入射された光を他端面に伝搬する。図５に示すように、光ファイバー４４は、コア５２とクラッド５４を有している。コア５２とクラッド５４はともに、光に対して透過率が高い石英ガラス又はプラスチックで形成されている。コア５２の屈折率は、クラッド５４の屈折率よりも大きくされている。これによって、光ファイバー４４に入射された光の多くがコア５２を伝搬する。クラッド５４は、コア５２の外周面に設けられている。クラッド５４は、その一部が除去されている。クラッド５４が除去された部分では、コア５２が表面に露出している。コア５２が表面に露出した部分においては、コア５２の表面（本実施例では片側半面（図５の上側の面））に金の薄膜５０（以下、金薄膜５０という）が形成されている。金薄膜５０は、真空蒸着法によって形成することができる。金薄膜５０の厚みは１〜２００ｎｍとされ、表面プラズモン共鳴現象が起こり易い厚みに形成されている。
なお、本実施例では、表面プラズモン共鳴現象を生じさせるために金を用いたが、コア５２の表面に形成する薄膜の材料には他の金属（例えば、銀、銅、アルミニウム等）を用いることができる。また、金と、これらの金属を積層した薄膜を用いることもできる。
【００２１】
フォトダイオード４６は、光ファイバー４４を伝搬した光を受光し、その受光した光を電流に変換する。フォトダイオード４６で変換される電流は、受光した光の強度に比例している。この電流は、抵抗Ｒにより電圧に変換される。抵抗Ｒによって変換された電圧は、電圧計４８で計測される。電圧計４８で計測された電圧値は、配線４４ｂを介してＥＣＵ２４に入力される。
【００２２】
ＥＣＵ２４は、電圧計４８で計測された電圧値から燃料の屈折率を決定し、その屈折率から燃料中のアルコール濃度を決定する。すなわち、光ファイバー４４（コア５２）は燃料に浸漬されているため、コア５２の金薄膜５０は燃料に接している。このため、光ファイバー４４（コア５２）に光を入射すると、金薄膜５０によって表面プラズモン共鳴現象が発生し、入射した光の一部が吸収される。表面プラズモン共鳴現象によって吸収される光の強度は、金薄膜５０に接する燃料の屈折率によって異なる。このため、ＥＣＵ２４は、電圧計４８で計測された電圧値（即ち、フォトダイオード４６で受光した光の強度）から、燃料の屈折率を決定する。燃料の屈折率と燃料中のアルコール濃度の間には図６に示す関係が成立する（アルコール濃度が高くなると、屈折率が低くなる。）。このため、ＥＣＵ２４は、決定した屈折率から燃料中のアルコール濃度を決定する。
【００２３】
上述した説明から明らかなように、本実施例のアルコール濃度検出センサでは、光ファイバー４４のコア５２の表面に金薄膜５０を形成し、コア５２を伝搬する光の一部が表面プラズモン共鳴現象によって吸収されるようになっている。このため、燃料の屈折率の変化に対してフォトダイオード４６で受光する光の強度が大きく変化し、燃料の屈折率を精度良く決定することができる。これによって、燃料中のアルコール濃度も精度良く検出することができる。
【００２４】
（第２実施例）  次に、本発明の第２実施例に係るアルコール濃度検出センサを説明する。第２実施例のアルコール濃度検出センサは、第１実施例とは異なり、内燃機関の燃料として種類の異なる燃料（例えば、重軽質が異なる燃料）が使用され、使用される燃料の種類（例えば、重軽質）が異なってもアルコール濃度が検出可能となっている点で相違する。なお、アルコール濃度検出センサのハード構成については、第１実施例と同一であるため、その詳細な説明は省略する。
【００２５】
第２実施例では、重軽質が異なる３種類の燃料Ａ，Ｂ，Ｃが用いられる。図６から明らかなように、燃料Ａ，Ｂ，Ｃの「屈折率−アルコール濃度」の特性（関係）は略同一の特性を有している。すなわち、燃料の重軽質が異なっていても、燃料の「屈折率−アルコール濃度」の関係は略同一となる。
そこで、ＥＣＵには、燃料の種類Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの「屈折率−アルコール濃度」の関係のうちの一つが記憶される。具体的には、種類Ｂの燃料の「屈折率−アルコール濃度」の関係が予め記憶される。種類Ｂの燃料の「屈折率−アルコール濃度」の関係は、種類Ａの燃料の「屈折率−アルコール濃度」の関係と種類Ｂの燃料の「屈折率−アルコール濃度」の関係の略中間の特性を示すためである。
ＥＣＵは、アルコール濃度検出センサのフォトダイオードから出力される電圧値から燃料の屈折率を決定すると、まず、記憶している「屈折率−アルコール濃度」の関係を読出す。そして、その読出した「屈折率−アルコール濃度」の関係と決定した屈折率から、燃料のアルコール濃度を決定する。これによって、燃料の種類Ａ，Ｂ，Ｃ（燃料の重軽質）が異なっても、燃料中に含有するアルコールの濃度を精度良く検出することができる。
【００２６】
（第３実施例）  次に、本発明の第３実施例に係るアルコール濃度検出センサを説明する。第３実施例のアルコール濃度検出センサは、第１実施例と異なり、金薄膜が形成された光ファイバーとは別に補償用の光ファイバーを有する点で相違する。その他の点は、第１実施例と同一であるため、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
図７に示すように、本実施例のアルコール濃度検出センサは、ＬＥＤ（図示しない）からの光が入射される第１光ファイバー４４と、ＬＥＤ（図示しない）からの光が入射される第２光ファイバー４７を備えている。第１光ファイバー４４は、第１実施例と同様に、コア５２の一部が表面に露出しており、その部分に金薄膜５０が形成されている。第２光ファイバー４７は、第１光ファイバー４４と異なり、コア５３の一部が表面に露出しているが、コア５３には金薄膜が形成されていない。第１光ファイバー４４を伝搬した光はフォトダイオード（図示しない）で受光され、第２光ファイバー４７を伝搬した光はフォトダイオード（図示しない）で受光される。これら第１光ファイバー４４と第２光ファイバー４７は取付プレート５６に固定されている。
【００２８】
本実施例のＥＣＵは、第１光ファイバー４４で伝搬された光を受光したフォトダイオードの出力（すなわち、第１光ファイバー４４で伝搬された光の強度）と第２光ファイバー４７で伝搬された光を受光したフォトダイオードの出力（すなわち、第２光ファイバー４７で伝搬された光の強度）の両者を用いて、燃料の屈折率を決定する。具体的には、第１光ファイバー４４で伝搬された光の強度から第２光ファイバー４７で伝搬された光の強度を減算し、その減算値から燃料の屈折率を決定する。第１光ファイバー４４と第２光ファイバー４７は同一の取付プレート５６に固定されているため、第１光ファイバー４４と第２光ファイバー４７は同じ様に変形している。このため、第１光ファイバー４４と第２光ファイバー４７の出力の差を採ることで、第１光ファイバー４４が変形することによる光強度の変化を補償することができる。これによって、燃料の屈折率（アルコール濃度）を精度良く検出することができる。
【００２９】
なお、第１光ファイバー４４に光を入射するＬＥＤと、第２光ファイバー４７に光を入射するＬＥＤを、同一のＬＥＤとすることができる。このような構成とすれば、ＬＥＤの経時変化や電圧変化等によってフォトダイオードで受光される光の強度が変化しても、第１光ファイバー４４に入射される光の強度と第２光ファイバー４７に入射される光の強度が同様に変化するため、その影響をキャンセルすることができる。これによって、燃料の屈折率（アルコール濃度）を精度良く求めることができる。この場合は、入射光学系に切替えミラーを配置すること等によって、第１光ファイバー４４に光が入射される状態と、第２光ファイバー４７に光が入射される状態とに切り替えるようにすることができる。
【００３０】
また、第１光ファイバー４４を伝搬した光を受光するフォトダイオードと、第２光ファイバー４７を伝搬した光を受光するフォトダイオードを、同一のフォトダイオードとすることもできる。このような構成とすると、フォトダイオードの経時変化による影響がキャンセルされ、燃料の屈折率（アルコール濃度）を精度良く求めることができる。
この場合、受光光学系に切り替えミラーを配置すること等によって、第１光ファイバー４４を伝搬する光をフォトダイオードに導く状態と、第２光ファイバー４７を伝搬する光をフォトダイオードに導く状態とに切換え可能とすることができる。あるいは、入射光学系に切り替えミラーを配置すること等によって、第１光ファイバー４４に光が入射される状態と、第２光ファイバー４７に光が入射される状態とに切り替えるようにしてもよい。
【００３１】
（第４実施例）  次に、本発明の第４実施例に係る燃料性状判定装置を説明する。第４実施例の燃料性状判定装置は、第１実施例と異なり、燃料の蒸気圧を検出する蒸気圧センサをさらに備え、アルコール濃度検出センサで検出されたアルコール濃度と蒸気圧センサで検出された燃料蒸気圧から燃料性状を判定している点で相違する。その他の点は、第１実施例と同一であるため、その詳細な説明は省略する。
【００３２】
図８，９に示すように、第４実施例の燃料性状判定装置は、燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出センサ１４０と、燃料の蒸気圧を検出する蒸気圧センサ１５０を備えている。アルコール濃度検出センサ１４０は、第１実施例と同様に構成されている。蒸気圧センサ１５０は、燃料のリード蒸気圧を検出するセンサである。蒸気圧センサ１５０には、従来公知の構造（例えば、特開平５−２２３７２３号公報）を利用することができる。これらアルコール濃度検出センサ１４０と蒸気圧センサ１５０は、ＥＣＵ１２４に接続されている。
【００３３】
ＥＣＵ１２４には、アルコール濃度検出センサ１４０と蒸気圧センサ１５０からの出力が入力される。ＥＣＵ１２４は、アルコール濃度検出センサ１４０の出力と蒸気圧センサ１５０の出力から燃料性状を判定する。以下、図１０〜１３を参照して、ＥＣＵ１２４について詳細に説明する。
【００３４】
図１１に示すように、ＥＣＵ１２４は、アルコール濃度判定部１２４ａと燃料性状判定部１２４ｂとメモリ１２４ｃを備えている。アルコール濃度判定部１２４ａは、第１実施例と同様、アルコール濃度検出センサ１４０の出力からアルコール濃度を決定する。すなわち、アルコール濃度検出センサ１４０の出力から燃料の屈折率を特定し、その屈折率から燃料に含まれるアルコール濃度を決定する。
【００３５】
メモリ１２４ｃは、重軽質の異なる複数の燃料（例えば、燃料Ａ，Ｂ，Ｃ）の各アルコール濃度における蒸気圧を記憶している。図１０は、重軽質が異なる燃料Ａ，Ｂ，Ｃの蒸気圧とアルコール濃度の関係を示している。燃料Ａは重軽質の高い燃料（いわゆる、重質燃料）であり、燃料Ｂは重軽質が中程度の燃料（いわゆる、中質燃料）であり、燃料Ｃは重軽質が低い燃料（いわゆる、軽質燃料）である。図１０から明らかなように、燃料の蒸気圧は、アルコール濃度（エタノール濃度）が高くなると低くなり、また、重軽質が高く（重質燃料の比率が高く）なると小さくなる。また、アルコール濃度が低い領域では燃料の蒸気圧の変化は小さく、アルコール濃度が高い領域では燃料の蒸気圧の変化は大きい。特に、燃料Ａでは、アルコール濃度が低い領域では、アルコール濃度が変化しても燃料の蒸気圧が殆ど変化しない。このため、蒸気圧センサ１５０の出力のみからアルコール濃度を精度良く決定することは難しい。
図１２はメモリ１２４ｃに格納されているデータの一例を示している。図１２に示すように、燃料Ａ（重軽質ａ％）の各アルコール濃度（０％，１０％，・・，１００％）のときの蒸気圧（ａ０，ａ１０，・・，ａ１００）と、燃料Ｂ（重軽質ｂ％）の各アルコール濃度（０％，１０％，・・，１００％）のときの蒸気圧（ｂ０，ｂ１０，・・，ｂ１００）と、燃料Ｃ（重軽質ｃ％）の各アルコール濃度（０％，１０％，・・，１００％）のときの蒸気圧（ｃ０，ｃ１０，・・，ｃ１００）が記憶されている。なお、メモリ１２４ｃに格納するデータは、燃料Ａ，Ｂ，Ｃの３種類のデータに限られず、それ以上の種類の燃料（重軽質が異なる燃料）のデータを格納するようにしてもよい。メモリ１２４ｃに格納する燃料の種類を多くすれば、燃料の重軽質を精度良く決定することができる。
【００３６】
燃料性状判定部１２４ｂは、アルコール濃度判定部１２４ａで決定したアルコール濃度と、メモリ１２４ｃに記憶されているデータから、燃料の重軽質を決定する。すなわち、アルコール濃度が決定されると、メモリ１２４ｃに記憶されているデータから、そのアルコール濃度における各燃料Ａ，Ｂ，Ｃの蒸気圧ａ，ｂ，ｃを算出する。例えば、アルコール濃度が２５％のときの燃料Ａの蒸気圧は、燃料Ａのアルコール濃度２０％の蒸気圧ａ２０とアルコール濃度３０％の蒸気圧ａ３０から（ａ２０＋ａ３０）／２と算出することができる。燃料Ｂの蒸気圧も燃料Ｃの蒸気圧も、同様にして算出することができる。
燃料Ａ，Ｂ，Ｃの蒸気圧が算出されると、それら算出された燃料Ａ，Ｂ，Ｃの蒸気圧と、蒸気圧センサ１５０で検出された蒸気圧から燃料の重軽質を算出する。例えば、蒸気圧センサ１５０で検出された蒸気圧がｐであり、この蒸気圧ｐが燃料Ａ（重軽質ａ％）の蒸気圧ａｐより大きく、燃料Ｂ（重軽質ａ％）の蒸気圧ｂｐより小さいとする（すなわち、ａｐ＜ｐ＜ｂｐ）。この場合、燃料の重軽質は、ａ％＋［（ｐ−ａｐ）／（ｂｐ−ａｐ）］×（ｂ％−ａ％）と算出することができる。すなわち、算出された燃料Ａ，Ｂ，Ｃの蒸気圧のデータを内挿又は外挿することで、燃料の重軽質を算出する。なお、重軽質の程度を求めることなく、蒸気圧値そのものから燃料性状を判定してエンジンを制御してもよい。
【００３７】
次に、ＥＣＵ１２４によって燃料性状を判定する手順について説明する。図１３に示すように、まず、ＥＣＵ１２４は、アルコール濃度検出センサ１４０の出力を読み込む（Ｓ１０）。すなわち、フォトダイオードで受光した光（すなわち、光ファイバーのコアを伝搬した光）の強度を検出する。
次に、ＥＣＵ１２４は、ステップＳ１０で読み込んだアルコール濃度検出センサ１４０の出力から燃料の屈折率を算出し（Ｓ１２）、その屈折率から燃料のアルコール濃度を決定する（Ｓ１４）。すなわち、ＥＣＵ１２４は、アルコール濃度検出センサ１４０の出力から特定された屈折率と、メモリ１２４ｃに格納されている「屈折率−アルコール濃度」の関係（図６）から、アルコール濃度を特定する。図６から明らかなように、燃料Ａ，Ｂ，Ｃの「屈折率−アルコール濃度」の特性はわずかに異なるが、大きくは異ならない（特に、図６では燃料Ａ，Ｂ，Ｃの差を強調して表示している。）。このため、燃料の重軽質が異なっていても、アルコール濃度検出センサ１４０の出力から算出した屈折率から燃料のアルコール濃度を精度良く決定することができる。
次に、ＥＣＵ１２４は、蒸気圧センサ１５０からの出力を読み込み（Ｓ１６）、その蒸気圧センサ１５０の出力と、ステップＳ１４で決定したアルコール濃度と、メモリ１２４ｃに格納されている「重軽質−蒸気圧」の関係から、燃料の重軽質を算出する（Ｓ１８）。すなわち、まず、メモリ１２４ｃに格納されているデータからステップＳ１４で決定したアルコール濃度における各燃料Ａ，Ｂ，Ｃの蒸気圧を算出する。次いで、算出した燃料Ａ，Ｂ，Ｃの蒸気圧と蒸気圧センサ１５０で検出された蒸気圧から、燃料の重軽質を算出する。
上述した手順で燃料のアルコール濃度と重軽質が決定されると（すなわち、燃料性状が決定されると）、ＥＣＵ１２４は決定された燃料性状に基づいてエンジン１１０への燃料噴射量及び燃料噴射タイミング等を決定する。
【００３８】
上述した説明から明らかなように、本実施例では、まず、アルコール濃度検出センサ１４０の出力からアルコール濃度を決定し、次いで、そのアルコール濃度における「重軽質−蒸気圧」の関係を特定し、その後に、蒸気圧センサ１５０の出力から燃料の重軽質を決定する。既に説明したように、燃料のアルコール濃度は重軽質に大きな影響を受けることなく検出することができる。また、アルコール濃度検出センサ１４０の感度はよく、また、その出力（屈折率）とアルコール濃度の関係はリニアである。このため、アルコール濃度検出センサ１４０によって燃料のアルコール濃度を精度良く検出することができる。また、精度良く検出したアルコール濃度に基づいて「重軽質−蒸気圧」の関係を特定し、それと蒸気圧センサ１５０の出力から燃料の重軽質を特定するため、精度良く燃料の重軽質を算出することができる。燃料のアルコール濃度と重軽質を精度良く特定することができるため、燃料の性状を精度良く判定することができる。
【００３９】
（第５実施例）  次に、本発明の第５実施例に係るアルコール濃度検出センサを説明する。第５実施例のアルコール濃度検出センサは、第１実施例とは異なり、燃料の屈折率を測定する光ファイバーが巻回された状態とされている点で相違する。なお、その他の点は、第１実施例と同一であるため、その詳細な説明は省略する。
【００４０】
図１４に示すように、第５実施例のアルコール濃度検出センサ２４０では、光ファイバー２４４が螺旋状に巻回された状態でハウジング２４１内に配置されている。光ファイバー２４４の螺旋状に巻回された部位では、クラッドが除去されてコアの表面が露出し、その露出した部分に金薄膜が形成されている。光ファイバー２４４の一端にはＬＥＤ２４８が配置され、光ファイバー２４４の他端にはフォトダイオード２４６が配置されている。
【００４１】
第５実施例のアルコール濃度検出センサ２４０では、光ファイバー２４４を螺旋状に巻回し、その部分に金薄膜を形成している。このため、アルコール濃度検出センサ２４０の大型化を抑制しつつ、金薄膜を形成する部分を長くすることができる。これによって、センサの感度を向上し、また、センサのダイナミックレンジを大きくすることができる。また、光ファイバー２４４が燃料流路内に配置されるため、燃料流路を流れる燃料の変化に素早く応答することができる。なお、光ファイバー２４４が長くなっても、光ファイバー２４４を螺旋状に巻回することで、アルコール濃度検出センサ２４０が大型化することが抑制される。
また、光ファイバー２４４を螺旋状に巻回することで、燃料の流れを阻害しないように、ハウジング２４１内に光ファイバー２４４、ＬＥＤ２４８及びフォトダイオード２４６が配置される。すなわち、光ファイバー２４４、ＬＥＤ２４８及びフォトダイオード２４６は、ハウジング２４１の壁面近傍に配置されている。これによって、アルコール濃度検出センサ２４０が大きな流路抵抗となることが防止され、その結果、大きな圧力損失が生じることが防止される。
【００４２】
なお、光ファイバーを巻回する態様としては、種々の態様を採ることができる。例えば、図１５の（ａ），（ｂ）では、光ファイバーの両端（入射側、出射側）が略同一位置となるように巻回されている。このような態様では、ＬＥＤとフォトダイオードを近接した位置に配置することができる。また、図１５の（ｃ），（ｄ）でも、光ファイバーの両端（入射側、出射側）が同一方向に取出されるように巻回されている。ただし、図１５の（ｃ），（ｄ）では、光ファイバーの一端が外周側から取り出され、他端が中央から取り出されている。図１５の（ｅ），（ｆ）では、光ファイバーが二重に巻回されている。光ファイバーを二重に巻回することで、センサの感度やダイナミックレンジをより向上することができる。また、図１５の（ｇ），（ｈ）では、光ファイバーが同一平面内で渦巻状に巻回されている。この態様では、燃料流路の中央にも光ファイバーが配置されるため、燃料のアルコール濃度の変化に迅速に反応することができる。すなわち、センサの応答性を向上することができる。
【００４３】
また、光ファイバーを巻回することで、アルコール濃度検出センサを小型化することができると、アルコール濃度検出センサを様々な部位に配置することができる。例えば、図１６は、アルコール濃度検出センサ２４０をデリバリパイプ２５０（燃料供給路の一部）に配した例を示している。デリバリパイプ２５０内を流れる燃料の流速は遅いため、デリバリパイプ２５０内にアルコール濃度センサを配置しても、アルコール濃度検出センサが大きな流路抵抗となることはない。図１６に示す例では、アルコール濃度検出センサ２４０がデリバリパイプ２５０の閉鎖用盲栓が取付けられる部位に配されている。このような位置にアルコール濃度検出センサ２４０を配することで、アルコール濃度センサ２４０の取付け及び取外しを容易に行うことができる。また、アルコール濃度検出センサ２４０が燃料の流れの妨げとなることも防止されている（すなわち、大きな流路抵抗となることも防止されている。）。なお、アルコール濃度検出センサをデリバリパイプ２５０に配置する場合、図２２に示すように、デリバリパイプ２５０内の燃料流路の壁面近傍に配置することもできる。この例では、アルコール濃度検出センサが燃料流路の壁面近傍に沿って配置されているため、アルコール濃度検出センサが流路抵抗となることが抑制されている。
【００４４】
なお、図１７に示すように、光ファイバー２５４は取付プレート２５２に保持することができる。この場合、取付プレート２５２に光ファイバー２５４の外形状に応じた溝を形成し、その溝に光ファイバー２５４を嵌め込み、接着することが好ましい。光ファイバー２５４を取付プレート２５２に保持することで、光ファイバー２５４を燃料の流れ中に配置しても安定して保持することができる。これによって、組付け時の曲げや搭載後の振動によって、光ファイバー２５４が曲がってしまうことが防止され、光ファイバー２５４が曲がることによる光量変化を無くすことができる。このため、アルコール濃度を精度良く検出することができる。また、光ファイバー２５４を取付プレート２５２に保持することで、製造時のハンドリングが容易となり、また、製造過程や搭載後における金薄膜の剥がれを防止することができる。
【００４５】
光ファイバーを取付プレートに保持する場合、光ファイバーの取付プレートへの取付構造は種々の態様を採ることができる。例えば、図２１に示すように、取付プレート２６６を断面Ｕ字状（その内部に空間を有する形状）に形成し、その内側の面に光ファイバー２６４，２６２を接着することができる。このように断面Ｕ字状の取付プレート２６６を用いることで、光ファイバー２６２，２６４に燃料中を流れる異物が衝突することを防止することができる。また、取付プレート２６６は燃料流路の壁面に沿って配置することができるため、取付プレート２６６によって流路抵抗が大きくなることを抑制することもできる。なお、図２１において、光ファイバー２６４は金薄膜が形成された屈折率測定用の光ファイバーであり、光ファイバー２６２は金薄膜が形成されていない補償用光ファイバーである。
【００４６】
さらには、図１８に示すように、１枚の平坦な取付プレート２５２の表面上を蛇行するように、光ファイバー２５４を取付プレート２５２に取付けてもよい。光ファイバー２５４を蛇行させることで、センサを大型化することなくセンサの感度を向上することができる。また、図１９に示すように、取付プレートを円筒状に曲げ、その取付プレートの表面（外側の面又は内側の面）を蛇行するように取り付けてもよい。このように取付プレートを円筒状に曲げることで、取付プレートの中央部分に燃料を流すことができ、流路抵抗が増大することを防止することができる。さらに、図２０に示すように、取付プレートを何重にも折り畳んで、その取付プレートの表面を蛇行するように光ファイバーを取付けるようにしてもよい。このようにすることで、センサを大型化することなく光ファイバーの全長を長くすることができ、センサの感度を向上することができる。
【００４７】
なお、取付プレートに光ファイバーを屈曲させた状態で取付ける場合（図１８〜２０に示すような場合）は、光ファイバーの屈曲部にたるみ（緩み）を持たせるようにしてもよい。光ファイバーをたるんだ状態で取付プレートに取付けると、燃料の圧力（流体力）が作用したときに、光ファイバーが容易に変形することができ、光ファイバーに過大な力が作用することを防止することができる。これによって、光ファイバーの破損等を防止することができる。
【００４８】
なお、上述した各実施例のアルコール濃度検出センサでは、光ファイバーの外周が燃料透過性部材（例えば、メッシュ状の覆い）で覆われていてもよい。光ファイバーを燃料透過性部材で覆うことで、燃料中の異物等によって光ファイバーが損傷することを防止することができる。また、燃料脈動や流体力の影響を低減することができる。
【００４９】
また、上述した各実施例では、燃料の温度を検出する温度センサをさらに備えることができる。そして、ＥＣＵは、温度センサで検出した燃料温度に基づいてアルコール濃度（及び／又は燃料の蒸気圧）を補正することができる。燃料の密度は燃料の温度によって変化し、燃料の密度が変化すると燃料の屈折率が変化する。燃料の温度によってセンサで検出されるアルコール濃度を補正することで、燃料中のアルコール濃度を精度良く検出することができる。また、燃料の飽和蒸気圧は温度によって変化する。燃料の温度によってセンサで検出される蒸気圧を補正することで、燃料の蒸気圧を精度良く検出することができる。
【００５０】
また、上述した各実施例では、光ファイバーのコアの金薄膜が形成された部分が水分分離膜で覆われているようにしてもよい。金薄膜が水分分離膜で覆われることで、燃料中の水分の影響が低減され、燃料中のアルコール濃度を精度良く決定することができる。なお、水分分離膜としては、例えばゼオライト膜等を用いることができる。
【００５１】
さらに、上述した実施例の燃料性状判定装置では、ＬＥＤとフォトダイオードが燃料流路内に配置されていたが、これらを燃料流路外に配置するようにしてもよい。このような構成によると、ＬＥＤ及びフォトダイオードが燃料中に浸漬しなくなるため、これらに耐燃料性が不要となり、装置の信頼性が向上する。
【００５２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５３】
１０，１１０：エンジン
１２，１１２：インジェクタ
１４，１１４：インテークマニホールド
１６，１１６：スロットル
１８，１１８：センサ
２０，１２０：センサ
２２，１２２：上死点センサ
２４，１２４：ＥＣＵ（制御装置）
２６，１２６：燃料タンク
２８，１２８：燃料供給装置
３０，１３０：リザーブカップ
３２，１３２：燃料ポンプ
３４，１３４：サクションフィルタ
３６，１３６：高圧フィルタ
３８ａ，３８ｂ：燃料供給路
４０，１４０：アルコール濃度検出センサ
４１：ハウジング
４２：ＬＥＤ
４４：光ファイバー
４６：フォトダイオード
４７:補償用光ファイバー
４８：電圧計
５０：金薄膜
５２：コア
５４：クラッド
５６：取付プレート
１５０：蒸気圧センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2010223734.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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