(57)【要約】【課題】検出精度を高めることの可能な燃料センサを提供する。【解決手段】燃料センサは、燃料の流れる燃料通路に筒状の外側電極３０が設けられる。その外側電極３０の径方向内側に内側電極４０が設けられる。検出回路は、外側電極３０と内側電極４０との間に形成される内流路４１を流れる燃料の電気的特性を検出する。内側電極４０は、径外方向の外壁から外側電極３０に向けて突出する凸部４４を有する。外側電極３０は、凸部４４の径方向外側に位置し、外側電極３０の内壁から径外方向に凹む凹部３４を有する。これにより、電極間の距離を大きくすることなく、電極面積を大きくすることが可能になる。したがって、検出回路が検出する電極間の静電容量が大きくなり、ノイズの影響が低減される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の流れる燃料通路に設けられる筒状の外側電極と、
前記外側電極の径方向内側に、前記外側電極から所定の距離を開けて設けられる内側電極と、
前記外側電極と前記内側電極との間に形成される内流路を流れる燃料の電気的特性を検出する検出手段と、を備え、
前記内側電極は、径外方向の外壁から前記外側電極に向けて突出する凸部を有し、
前記外側電極は、前記凸部の径方向外側に位置し、前記外側電極の内壁から径外方向に凹む凹部を有することを特徴とする燃料センサ。
【請求項２】
前記内側電極の前記凸部と前記外側電極の前記凹部とは、前記内流路を流れる燃料を誘電体とした前記外側電極および前記内側電極間の静電容量を検出可能な一定の距離を開けて設けられることを特徴とする請求項１に記載の燃料センサ。
【請求項３】
前記内側電極の前記凸部および前記外側電極の前記凹部は、前記内流路の燃料の流れ方向に延びることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料センサ。
【請求項４】
前記外側電極は、前記燃料通路を流れる燃料の流れ方向に対して中心軸が略垂直に設けられ、前記燃料通路を流れる燃料の流れ方向上流側および下流側に位置する少なくとも２個の流通孔を有し、
前記外側電極の前記凹部は、前記外側電極の周方向に延び、
前記内側電極の前記凸部は、前記内側電極の周方向に延び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燃料センサ。
【請求項５】
前記外側電極の前記凹部は、前記外側電極の径内方向の内壁に螺旋状に延び、
前記内側電極の前記凸部は、前記外側電極の前記凹部と同一のリード角で、前記内側電極の径外方向の外壁に螺旋状に延び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燃料センサ。
【請求項６】
前記外側電極と前記内側電極とは、相対回転することで組み付けられることを特徴とする請求項５に記載の燃料センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料の性状を検出する燃料センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関に燃料を供給する燃料供給系統に設けられ、燃料中のエタノール濃度などの燃料の性状を検出する燃料センサが知られている。燃料センサの検出したエタノール濃度は、内燃機関の電子制御ユニット（ＥＣＵ）に伝送される。ＥＣＵは、エタノール濃度に応じ、燃料噴射量および燃料噴射時期を制御する。これにより、運転性を高めると共に、排ガスの悪化が抑制される。
特許文献１に記載の燃料センサは、燃料通路に設けられた外側電極（特許文献１では「側方電極４」）と内側電極（特許文献１では「中心電極５」）とから構成されている。筒状に形成された外側電極の径方向内側に、外側電極から所定の距離を開けて内側電極は設けられている。燃料センサは、燃料を誘電体とした電極（「外側電極および内側電極」以下同じ。）間の静電容量の変化から、燃料のエタノール濃度を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平１−１６３８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料センサには、車両への搭載性および製造コストの観点から、体格の小型化が求められる。特許文献１に記載の燃料センサでは、体格の小型化に伴って、外側電極および内側電極の面積を小さくすると、電極間の静電容量が小さくなり、出力信号のダイナミックレンジが小さくなることで、ノイズの影響が大きくなる。これにより、検出精度が悪化することが懸念される。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、検出精度を高めることの可能な燃料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】
【０００５】
請求項１に係る発明によると、燃料センサは、燃料の流れる燃料通路に筒状の外側電極が設けられる。その外側電極の径方向内側に、外側電極から所定の距離を開けて内側電極が設けられる。検出手段は、外側電極と内側電極との間に形成される内流路を流れる燃料の電気的特性を検出する。
内側電極は、径外方向の外壁から外側電極に向けて突出する凸部を有する。外側電極は、凸部の径方向外側に位置し、外側電極の内壁から径外方向に凹む凹部を有する。
【０００６】
一般に、平行平板のコンデンサの容量は、下記の式１より求められる。
Ｃ＝ε・（Ｓ／ｄ）・・・式１
但し、Ｃはコンデンサの容量（Ｆ）、εは誘電率（Ｆ／ｍ）、Ｓは電極面積（ｍ2）、ｄは電極間の距離（ｍ）。
式１によると、静電容量は、電極の面積に比例し、電極間の距離に反比例する。
請求項１に係る発明では、内側電極に凸部を設け、外側電極に凹部を設けることで、電極面積が大きくなる。また、内側電極の凸部の径方向外側の位置に凹部を設けることで、電極間の距離が大きくなることが防がれる。これにより、内流路の燃料を誘電体とした電極間の静電容量が大きくなり、出力信号のダイナミックレンジが大きくなる。したがって、ノイズの影響が低減され、燃料センサの検出精度を高めることができる。
【０００７】
請求項２に係る発明によると、内側電極の凸部と外側電極の凹部とは、内流路を流れる燃料を誘電体とした外側電極および内側電極間の静電容量を検出可能な一定の距離を開けて設けられる。
これにより、内側電極の凸部と外側電極の凹部との距離が大きくなることが防がれるので、燃料センサの検出精度を高めることができる。
【０００８】
請求項３に係る発明によると、内側電極の凸部および外側電極の凹部は、内流路の燃料の流れ方向に延びる。
これにより、内流路の流体抵抗が低減される。したがって、燃料の性状の変化に対する燃料センサの応答性を高めることができる。
【０００９】
請求項４に係る発明によると、外側電極は、前記燃料通路を流れる燃料の流れ方向に対して中心軸が略垂直に設けられ、燃料通路を流れる燃料の流れ方向上流側および下流側に位置する少なくとも２個の流通孔を有する。外側電極の凹部は、外側電極の周方向に延びる。内側電極の凸部は、内側電極の周方向に延びる。
これにより、燃料通路の燃料流れ方向に対して外側電極の中心軸を垂直に設け、かつ、内流路の流体抵抗を低減することが可能になる。したがって、燃料の性状の変化に対する燃料センサの応答性を高めることができる。
【００１０】
請求項５に係る発明によると、外側電極の凹部は、外側電極の径内方向の内壁に螺旋状に延びる。内側電極の凸部は、外側電極の凹部と同一のリード角で、内側電極の径外方向の外壁に螺旋状に延びる。
これにより、外側電極の凹部の内側に内側電極の凸部が嵌まり合うように設けることが可能になるので、外側電極の内径よりも内側電極の凸部の外径を大きくすることで、電極間の距離を小さくすることができる。このため、電極間の静電容量が大きくなり、出力信号のダイナミックレンジが大きくなる。したがって、ノイズの影響が低減され、燃料センサの検出精度を高めることができる。なお、同一のリード角とは、外側電極の凹部の内側に内側電極の凸部が嵌まり合うとき、外側電極の凹部と内側電極の凸部との間に隙間を形成可能な程度にリード角が同一であることをいう。
【００１１】
請求項６に係る発明によると、外側電極と内側電極とは、相対回転することで組み付けられる。
これにより、外側電極と内側電極とをねじのように相対回転することで、容易に組み付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料センサの断面図である。
【図２】（Ａ）は、本発明の第１実施形態による燃料センサの要部断面図である。（Ｂ）は、図２（Ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線断面図である。
【図３】（Ａ）は、本発明の第２実施形態による燃料センサの要部断面図である。（Ｂ）は、図３（Ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面図である。
【図４】（Ａ）は、本発明の第３実施形態による燃料センサの要部断面図である。（Ｂ）は、図４（Ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線断面図である。
【図５】（Ａ）は、本発明の第４実施形態による燃料センサの要部断面図である。（Ｂ）は、図５（Ａ）のＶＢ−ＶＢ線断面図である。
【図６】（Ａ）は、本発明の第５実施形態による燃料センサの要部断面図である。（Ｂ）は、図６（Ａ）のＶＩＢ−ＶＩＢ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料センサを図１および図２に示す。本実施形態の燃料センサ１は、車両の燃料タンクと燃料噴射装置とを接続する燃料供給系統に設けられ、燃料に含まれるエタノール濃度を検出するセンサである。燃料センサ１の検出したエタノール濃度は、内燃機関のＥＣＵに伝送される。ＥＣＵは、エタノール濃度に応じて燃料噴射量、燃料噴射時期及び点火時期などを制御する。これにより、内燃機関の空燃比が適正となり、運転性が良好になると共に、排ガス中の有害成分を低減することが可能になる。
【００１４】
燃料センサ１は、図１に示すように、燃料ケース１０、外側電極３０、内側電極４０、温度センサとしてのサーミスタ５０及び検出手段としての検出回路６０などを備えている。
燃料ケース１０は、例えばステンレスなどの金属から有底筒状に形成され、内側に燃料通路１００を形成している。
燃料ケース１０の径方向一方の外壁に供給管１１が接続され、他方の外壁に排出管１２が接続されている。供給管１１及び排出管１２は、例えばステンレスなどの金属から筒状に形成され、燃料ケース１０の外壁に溶接などにより固定されている。燃料ケース１０には、供給管１１が接続される箇所に供給開口部１３が設けられ、排出管１２が接続される箇所に排出開口部１４が設けられている。
燃料ケース１０の底と反対側の開口を蓋部材１５が塞いでいる。
供給管１１から供給開口部１３を通り、燃料ケース１０の内側の燃料通路１００に流入した燃料は、燃料通路１００を流れ、排出開口部１４から排出管１２を通って排出される。
【００１５】
外側電極３０は、例えばステンレスなどの金属から円筒状に形成され、燃料ケース１０の燃料通路１００に設けられている。外側電極３０は、軸方向の一方から径外方向に延びる環状のフランジ３１、フランジ３１の下側に肉厚部３２、及び肉厚部３２の下側に電極本体３３を有する。
フランジ３１は、蓋部材１５に係止されている。肉厚部３２は、フランジ３１から燃料通路１００へ突出している。
図２に示すように、外側電極３０は、電極本体３３の径方向の内壁と外壁とを通じ、燃料通路１００を流れる燃料の流れ方向上流側に位置する第１流通孔３６、および燃料の流れ方向下流側に位置する第２流通孔３７を有している。第１流通孔３６および第２流通孔３７は、燃料ケース１０の底側に開口するＵ字形に形成されている。
外側電極３０は、その内壁から径外方向に凹む凹部３４を有する。凹部３４は、外側電極３０の周方向に環状に延び、軸方向に複数個設けられている。
【００１６】
内側電極４０は、例えばステンレスなどの金属から有底円筒状に形成され、外側電極３０の径方向内側に、外側電極３０と略同軸に設けられている。内側電極４０の外径Ｄ１は外側電極３０の内径Ｄ２よりも小さく形成され、内側電極４０は外側電極３０から所定の距離αを開けて設けられる。このため、外側電極３０の径内側に内側電極４０を軸方向から挿入し、外側電極３０と内側電極４０とを組み付けることが可能である。内側電極４０と外側電極３０との間には、燃料の流れる内流路４１が形成される。
内側電極４０は、その外壁から径外方向に突出する凸部４４を有する。凸部４４は、内側電極４０の周方向に環状に延び、軸方向に複数個設けられている。
外側電極３０の凹部３４と、内側電極４０の凸部４４とは、径方向に向き合うように設けられている。つまり、外側電極３０の凹部３４は、内側電極４０の凸部４４の径方向外側の位置に設けられている。内側電極４０の凸部４４は、内側電極４０の外壁から外側電極３０の凹部３４に向けて突出している。
そして、内側電極４０の凸部４４と外側電極３０の凹部３４とは、内流路４１の燃料を誘電体とした電極間の静電容量を検出可能な一定の距離βを開けて設けられている。
外側電極３０の肉厚部３２と内側電極４０との間にガラスからなる絶縁体４２が設けられている。絶縁体４２は、内側電極４０と外側電極３０とをハーメチック固定すると共に、内側電極４０と外側電極３０とを電気的に絶縁している。
なお、絶縁体４２は、樹脂からなるＯリングによって形成してもよい。
【００１７】
図１に示すように、内側電極４０の内側に、サーミスタ５０が設けられている。サーミスタ５０の端子５１、５２は、樹脂からなる支持部材５３に支持されている。内流路４１を流れる燃料の温度は、内側電極４０を通じてサーミスタ５０に伝熱する。サーミスタ５０は、温度変化に伴って電気抵抗を変える。サーミスタ５０により、内流路４１を流れる燃料の温度を検出可能である。
【００１８】
蓋部材１５の上側に環状の弾性部材１６が設けられている。この弾性部材１６の上に回路ケース６１が形成されている。弾性部材１６は、蓋部材１５と回路ケース６１との間から燃料が漏れることを防いでいる。
回路ケース６１は、例えば樹脂から形成され、内側に回路基板６２を備えている。この回路基板６２に内流路４１を流れる燃料の電気的特性を検出する検出回路６０が設けられている。検出回路６０には、外側電極３０に接続する端子３８、内側電極４０に接続する端子４３、及びサーミスタ５０の端子５１，５２が接続されている。
【００１９】
検出回路６０は、外側電極３０と内側電極４０との間の充放電により、その電極間の静電容量を検出する。静電容量の値は燃料の誘電率によって変化する。誘電率は、燃料中のガソリンとエタノールとの混合比および燃料温度によって変化する。このため、検出回路６０は、電極間の静電容量とサーミスタ５０によって検出された燃料温度とにより、内流路４１を流れる燃料に含まれるエタノール濃度を検出する。
回路ケース６１の開口を板状のカバー６３が覆っている。カバー６３は、回路ケース６１内へ外部から水等が浸入することを防止している。
燃料ケース１０の外側をブラケット６４が支持している。ブラケット６４は、回路ケース６１にねじ６５により取り付けられている。これにより、燃料ケース１０と回路ケース６１とが固定される。
【００２０】
本実施形態は、以下の作用効果を奏する。
（１）本実施形態では、内側電極４０に凸部４４が設けられ、外側電極３０に凹部３４が設けられる。その凸部４４と凹部３４とは、電極間の静電容量を検出可能な一定の距離βを開けて設けられる。これにより、電極間の距離を大きくすることなく、電極面積を大きくすることができる。このため、検出回路６０が検出する電極間の静電容量が大きくなり、出力信号のダイナミックレンジが大きくなる。したがって、燃料センサ１は、ノイズの影響が低減され、検出精度を高めることができる。
（２）本実施形態では、外側電極３０の第１流通孔３６から内流路４１に流入した燃料は、内側電極４０の凸部４４および外側電極３０の凹部３４に沿って内流路４１を流れ、外側電極３０の第２流通孔３７から流出する。内側電極４０の凸部４４および外側電極３０の凹部３４が内流路４１の燃料の流れ方向に延びていることで、内流路４１の流体抵抗が低減される。したがって、燃料センサ１は、燃料通路１００を流れる燃料の性状の変化に対し、応答性を高めることができる。
【００２１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による燃料センサの要部断面図を図３に示す。以下、複数の実施形態において、上述した第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態では、外側電極３０は、その径内方向の内壁に螺旋状に延びる凹部３４１を有している。
また、内側電極４０は、外側電極３０の凹部３４１と略同一のリード角θで、内側電極４０の径外方向の外壁に螺旋状に延びる凸部４４１を有している。外側電極３０の凹部３４１と、内側電極４０の凸部４４１とは、径方向に向き合うように設けられ、内側電極４０の凸部４４１は外側電極３０の凹部３４１の内側に嵌まり合っている。
内側電極４０と外側電極３０とは、雄ねじと雌ねじとを組み付けるように相対回転するようにことで組み付けが可能である。このため、内側電極４０の凸部４４１の外径Ｄ３は外側電極３０の内径Ｄ４よりも大きく形成されている。内側電極４０の凸部４４１と外側電極３０の凹部３４１とは、一定の距離γの隙間を開けて設けられている。
【００２２】
第２実施形態では、外側電極３０の凹部３４１と内側電極４０の凸部４４１とをねじのように組み付けることが可能であるので、電極間の距離γを第１実施形態の電極間の距離βよりも小さくすることができる。これにより、電極間の静電容量が大きくなり、出力信号のダイナミックレンジが大きくなる。したがって、燃料センサは、検出精度を高めることができる。
また、第２実施形態においても、リード角θを小さく設定することで、内側電極４０の凸部４４１および外側電極３０の凹部３４１を、内流路４１の燃料の流れ方向に近づけることが可能である。これにより、内流路４１の流体抵抗が低減され、燃料通路１００を流れる燃料の性状の変化に対する燃料センサの応答性を高めることができる。
【００２３】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による燃料センサの要部断面図を図４に示す。第３実施形態では、外側電極３０の凹部３４２と内側電極４０の凸部４４２とは、共に軸方向に延びている。外側電極３０の凹部３４２と、内側電極４０凸部４４２とは、径方向に向き合うように設けられ、内側電極４０の凸部４４２は外側電極３０の凹部３４２の内側に嵌まり合っている。内側電極４０の凸部４４２と外側電極３０の凹部３４２とは、一定の距離ηの隙間を開けて設けられている。外側電極３０と内側電極４０とは、軸方向に差し込むことで組み付けることが可能である。
【００２４】
第３実施形態においても、内側電極４０の凸部４４２の径方向外側に外側電極３０の凹部３４２が位置し、その凸部４４２と凹部３４２とが、一定の距離ηを開けて設けられることで、電極面積を大きくすると共に、電極間の距離を小さくすることが可能になる。これにより、電極間の静電容量が大きくなり、出力信号のダイナミックレンジが大きくなる。したがって、燃料センサは、検出精度を高めることができる。
【００２５】
（第４、第５実施形態）
本発明の第４、第５実施形態は、第１実施形態または第２実施形態の変形例である。
第４実施形態による燃料センサは、図５に示すように、外側電極３０の凹部３４３と内側電極４０の凸部４４３とが、ねじ山の縦断面が略半円形の丸ねじのように形成されている。
第５実施形態による燃料センサは、図６に示すように、外側電極３０の凹部３４４と内側電極４０の凸部４４４とが、ねじ山の縦断面が方形の角ねじのように形成されている。
なお、外側電極３０の凹部と内側電極４０の凸部とは、例えば台形ねじ、鋸歯ねじ、三角ねじのように形成してもよい。
第４、第５実施形態においても、上述した第１〜第３実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００２６】
（他の実施形態）
上述した複数の実施形態では、燃料センサとして、電極間の電気的特性から燃料に含まれるエタノール濃度を検出するセンサについて説明した。これに対し、本発明は、電極間の電気的特性から例えば燃料の酸化劣化状態等を検出するセンサとしてもよい。
上述した複数の実施形態の燃料センサは、電極間の静電容量を検出することで、燃料の誘電率から燃料の性質及び状態を検出した。これに対し、本発明の燃料センサは、電極間の抵抗値を検出することで、燃料の導電率から燃料の性質及び状態を検出してもよい。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１    ・・・燃料センサ
３０  ・・・外側電極
３４、３４１〜３４４・・・凹部
３６  ・・・第１流通孔（流通孔）
３７  ・・・第２流通孔（流通孔）
４０  ・・・内側電極
４１  ・・・内流路
４４、４４１〜４４４・・・凸部
６０  ・・・検出回路（検出手段）
１００・・・燃料通路
【図１】
2013083557.tif 000003
【図２】
2013083557.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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