JP2021006782A - 燃料蒸発ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料蒸発ガスの濃度を迅速かつ高精度に検出し得る燃料蒸発ガスセンサを提供する。【解決手段】燃料蒸発ガスセンサは、自身の温度に応じて自身の抵抗値が変化する発熱抵抗体を有する熱伝導式の検出素子10と、自身の内部に検出素子10を格納する格納空間14を有するとともに、格納空間14へ燃料蒸発ガスを導入する通気口18が形成されてなる格納部16と、を備える。【選択図】図3
Description
本発明は、燃料蒸発ガスセンサに関するものである。
現在の車両分野では、燃料タンクから発生する燃料蒸発ガスが車外に排出されることを防止することが求められており、燃料蒸発ガスが車外へ排出されることを法規制によって制限している国や地域も多い。このような事情から、現在の車両では、燃料タンクから発生した燃料蒸発ガスをキャニスタに溜めておき、車両の走行中に燃焼室に向けて放出するように処理する対策が講じられている。
この種のシステムにおいて、燃料蒸発ガスが車外へ排出されることをより確実に抑えるためには、走行中に燃焼室に向けて放出する燃料蒸発ガスをできるだけ多くすることが望ましい。しかし、燃焼室に放出する燃料蒸発ガスが多くなりすぎると、エミッションのずれを招いてしまい、失火の原因にもなりうる。
このように、燃料蒸発ガスを走行中に燃焼室に向けて放出する場合、燃料蒸発ガスが少なすぎると非効率であり、多すぎると不具合を招く懸念がある。ゆえに、燃料蒸発ガスを含んだガスを燃焼室に向けて放出する際には、そのガスに含まれる燃料蒸発ガスの濃度を正確に検出した上で適正量のガスを放出することが求められる。
この点に関し、特許文献1の技術を含めた現行の車両システムでは、排気センサ等を用いて燃焼後のガスからパージガス濃度(燃料蒸発ガスの濃度)を推定している。しかし、この方式では、パージバルブを介して燃焼室側にガスがパージされてから、パージされたガスに含まれる燃料蒸発ガスの濃度が算出されるまでにタイムラグが生じることが避けられない。つまり、この方式では、燃焼後のガスに基づいて算出される燃料蒸発ガスの濃度が、算出時点よりも少し前にパージされたガスに含まれる燃料蒸発ガスの濃度に相当するため、時間的なロスが避けられず、この点を想定してパージするガス量を決定しなければならなかった。ゆえに、エミッションのずれ、失火等を招かないようにするためには、ある程度の誤差を想定してパージするガス量を少なめに決定しなければならず、燃料蒸発ガスの処理を効率的に行いにくかった。
本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、燃料蒸発ガスの濃度を迅速かつ高精度に検出し得る燃料蒸発ガスセンサを提供することを目的とする。
本発明の一つである燃料蒸発ガスセンサは、
燃料蒸発ガスの濃度を検出する燃料蒸発ガスセンサであって、
自身の温度に応じて自身の抵抗値が変化する発熱抵抗体を有する熱伝導式の検出素子と、
自身の内部に前記検出素子を格納する格納空間を有するとともに、前記格納空間へ前記燃料蒸発ガスを導入する通気口が形成されてなる格納部と、
を備える。
燃料蒸発ガスの濃度を検出する燃料蒸発ガスセンサであって、
自身の温度に応じて自身の抵抗値が変化する発熱抵抗体を有する熱伝導式の検出素子と、
自身の内部に前記検出素子を格納する格納空間を有するとともに、前記格納空間へ前記燃料蒸発ガスを導入する通気口が形成されてなる格納部と、
を備える。
上記の燃料蒸発ガスセンサは、格納部の格納空間内に熱伝導式の検出素子が設けられ、この格納空間へ燃料蒸発ガスを導入するように通気口が形成されている。よって、燃料蒸発ガスを格納空間内に導くことができ、燃料蒸発ガスの濃度を格納空間内の検出素子によって検出することができる。ゆえに、排気ガスなどから燃料蒸発ガスの濃度を推測する方式と比較して、燃料蒸発ガスの濃度を迅速かつ高精度に検出することができる。
上記の燃料蒸発ガスセンサは、燃料蒸発ガスを流すガス流路を備えていてもよい。そして、通気口を介してガス流路から格納空間へ燃料蒸発ガスを導入する構成であってもよい。
この燃料蒸発ガスセンサは、ガス流路を流れるガスに含まれる燃料蒸発ガスの濃度を迅速かつ高精度に検出することができる。
この燃料蒸発ガスセンサは、ガス流路を流れるガスに含まれる燃料蒸発ガスの濃度を迅速かつ高精度に検出することができる。
上記の燃料蒸発ガスセンサにおいて、ガス流路は、第1方向に沿って燃料蒸発ガスを流す第1方向誘導部と、第1方向誘導部内を流れる燃料蒸発ガスの流れの向きを、第1方向とは異なる方向且つ通気口に向かう方向に変換する方向変換部と、を有していてもよい。
この燃料蒸発ガスセンサは、ガス流路を流れるガスを通気口側により迅速に導くことができるため、ガス流路を流れるガスに含まれる燃料蒸発ガスの濃度を検出する上で、応答性を高めることができる。
この燃料蒸発ガスセンサは、ガス流路を流れるガスを通気口側により迅速に導くことができるため、ガス流路を流れるガスに含まれる燃料蒸発ガスの濃度を検出する上で、応答性を高めることができる。
上記の燃料蒸発ガスセンサは、ガス流路と格納空間との間にガス流路から格納空間に向かう気体を拡散させつつ通過させる拡散律速フィルタを有していてもよい。
この燃料蒸発ガスセンサは、ガス流路のガスを拡散律速状態で格納空間側に導くことができ、ガス流速の変化による精度低下を抑えることができる。
この燃料蒸発ガスセンサは、ガス流路のガスを拡散律速状態で格納空間側に導くことができ、ガス流速の変化による精度低下を抑えることができる。
上記の燃料蒸発ガスセンサは、ガス流路と格納空間との間に除去フィルタが設けられていてもよい。そして、除去フィルタは、ガス流路から格納空間へ向かう流体のうちの燃料蒸発ガスを通過させ且つ液体又は固体の通過を遮断する構成であってもよい。
この燃料蒸発ガスセンサは、液体や固体の異物が格納空間内に入り込むことを抑制することができ、異物に起因する汚損や精度低下を抑えることができる。
この燃料蒸発ガスセンサは、液体や固体の異物が格納空間内に入り込むことを抑制することができ、異物に起因する汚損や精度低下を抑えることができる。
上記の燃料蒸発ガスセンサは、ガス流路と格納空間との間に防爆フィルタが設けられていてもよい。
この燃料蒸発ガスセンサは、仮に格納空間内で爆発状態が発生しても、その影響が格納空間の外側に及ぶことを抑えることができる。
この燃料蒸発ガスセンサは、仮に格納空間内で爆発状態が発生しても、その影響が格納空間の外側に及ぶことを抑えることができる。
上記の燃料蒸発ガスセンサは、自身の温度に応じて自身の抵抗値が変化する発熱抵抗体を有する熱伝導式の第2検出素子と、自身の内部に第2検出素子を格納する第2格納空間が構成され、当該燃料蒸発ガスセンサの外側の外気を第2格納空間へ導入する第2通気口が形成されてなる第2格納部と、を有していてもよい。
この燃料蒸発ガスセンサは、外気が導かれる空間(第2格納空間)に設けられた第2検出素子の抵抗値を基準とし、燃料蒸発ガスが導かれる空間(格納空間)に設けられた検出素子の抵抗値を評価することができる。よって、格納空間内の燃料蒸発ガスの濃度が外気を基準としてどの程度の濃度であるかをより正確に評価することができる。
この燃料蒸発ガスセンサは、外気が導かれる空間(第2格納空間)に設けられた第2検出素子の抵抗値を基準とし、燃料蒸発ガスが導かれる空間(格納空間)に設けられた検出素子の抵抗値を評価することができる。よって、格納空間内の燃料蒸発ガスの濃度が外気を基準としてどの程度の濃度であるかをより正確に評価することができる。
本発明は、燃料蒸発ガスの濃度を迅速かつ高精度に検出することができる。
<第1実施形態>
1−1.燃料蒸発ガス処理システム
図1は、図1は燃料蒸発ガスセンサ2を備えた蒸発燃料ガス処理システム100(以下、システム100ともいう)のシステム概略図である。図1に示されるように、システム100は、キャニスタパージシステムとして構成され、主に、電子制御装置70(以下、ECU70ともいう)、パージバルブ72、燃料蒸発ガスセンサ2、キャニスタ94、管路95などを備える。このシステム100は、燃料タンク92で発生した燃料蒸発ガスをエンジン80内の燃焼室に向けて放出するシステムとして構成されている。
1−1.燃料蒸発ガス処理システム
図1は、図1は燃料蒸発ガスセンサ2を備えた蒸発燃料ガス処理システム100(以下、システム100ともいう)のシステム概略図である。図1に示されるように、システム100は、キャニスタパージシステムとして構成され、主に、電子制御装置70(以下、ECU70ともいう)、パージバルブ72、燃料蒸発ガスセンサ2、キャニスタ94、管路95などを備える。このシステム100は、燃料タンク92で発生した燃料蒸発ガスをエンジン80内の燃焼室に向けて放出するシステムとして構成されている。
システム100が適用される車両は、燃料タンク92、エンジン80、吸気管82、排気管84、スロットルバルブ96、インジェクタ86、全領域空燃比センサ76、三元触媒98などを備える。
燃料タンク92は、第1に供給系として機能する図示しない第1供給路及び燃料ポンプを介してインジェクタ86に通じており、燃料タンク92に貯留された燃料は、燃料ポンプによって第1供給路を介してインジェクタに供給され、インジェクタから噴射される。一方で、燃料タンク92は、第2の供給系として機能する第2供給路93を介してキャニスタ94に通じており、キャニスタ94は、管路95(第3供給路)及びパージバルブ72を介して吸気管82に通じている。このシステムでは、燃料タンク92内の燃料が蒸発して生じる燃料蒸発ガスが一旦キャニスタ94にて吸着され、キャニスタ94で適宜外気が導入されて、燃料のパージ(キャニスタ94からの蒸発)が行われる。そして、このようなパージにより発生した燃料蒸発ガス(パージガス)は、パージバルブ72にてガス流量を調節されて吸気管82に供給される。
システム100には、燃料蒸発ガス(パージガス)の供給量の制御や空燃比の制御などの各種制御を行うために、ECU70が配置されている。このECU70には、燃料蒸発ガスセンサ2や全領域空燃比センサ76などの各種のセンサから信号が入力される。また、ECU70は、パージバルブ72、スロットルバルブ96、インジェクタ86等の各種のアクチュエータに制御信号を出力する機能を有する。
1−2.燃料蒸発ガスセンサ
次に、図2等を参照して燃料蒸発ガスセンサ2について詳述する。
図2で示される燃料蒸発ガスセンサ2(以下、ガスセンサ2ともいう)は、燃料蒸発ガスの濃度を検出するガスセンサである。燃料蒸発ガスセンサ2は、主に、ケース3、ガス流路4、基板6、第1検出素子10、第1格納部16、第1通気口18、第2検出素子20、第2格納部26、第2通気口28、基板6、拡散律速フィルタ42、防爆フィルタ46などを備える。
次に、図2等を参照して燃料蒸発ガスセンサ2について詳述する。
図2で示される燃料蒸発ガスセンサ2(以下、ガスセンサ2ともいう)は、燃料蒸発ガスの濃度を検出するガスセンサである。燃料蒸発ガスセンサ2は、主に、ケース3、ガス流路4、基板6、第1検出素子10、第1格納部16、第1通気口18、第2検出素子20、第2格納部26、第2通気口28、基板6、拡散律速フィルタ42、防爆フィルタ46などを備える。
図2のように、ケース3は、公知の樹脂材料によって構成されるとともにガスセンサ2の外郭部を構成しており、第1ケース体3Aと第2ケース体3Bと第3ケース体3Cとを備える。第2ケース体3Bは、一方側(上方側)及び他方側(下方側)が開口した構成をなしており、内部に基板6、第1検出素子10、第2検出素子20などを収容する。第1ケース体3Aは、第2ケース体3Bに形成された一方側(上方側)の開口を塞ぐように組付けられる。第3ケース体3Cは、第2ケース体3Bに形成された他方側(下方側)の開口を塞ぐように組付けられる。
図2のように、第1ケース体3Aには、燃料蒸発ガスを流すガス流路4が形成されている。ガス流路4は、上述した管路95(図1で示すようにキャニスタ94から吸気管82にガスを導くための管路)の一部をなしており、キャニスタ94(図1)で発生した燃料蒸発ガスが流れる流路となっている。ガス空間4Aは、ガス流路4内の空間であり、燃料蒸発ガスに曝される空間となっている。図3のように、ガス流路4は、所定方向に沿ってガスを流す流路として構成されており、ガス流路4における上記所定方向一方側はキャニスタ94(図1)側に設けられた管路95(図1)に連結され、ガス流路4における上記所定方向他方側はパージバルブ72(図1)側に設けられた管路95に連結されている。このガス流路4は、キャニスタ94で発生した燃料蒸発ガスが上記所定方向一方側から入り込むとともに上記所定方向他方側に向かって流れるようになっている。ガス流路4には、開口部4Bが形成されており、ガス流路4を流れるガスは開口部4Bを介してガス流路4の外側(具体的には第1検出素子10側)に導かれるようになっている。
図4のように、ガス空間4Aと後述する第1格納空間14との間に拡散律速フィルタ42が設けられている。この拡散律速フィルタ42は、開口部4Bと後述する第1格納部16との間に挟み込まれた構成(より具体的には、開口部4Bと圧入リング52との間に挟み込まれた構成)で配置されている。拡散律速フィルタ42は、拡散律速層を備えるとともにガス空間4Aから第1格納空間14に向かう気体を拡散律速層内で拡散させつつ通過させる構成をなす。拡散律速フィルタ42は、例えばゴアテックス(登録商標)によって構成して除去フィルタとして機能させてもよく、この場合、ガス空間4Aから第1格納空間14へ向かう流体のうちの燃料蒸発ガスを通過させ且つ液体又は固体の通過を遮断するようにしてもよい。また、このような機能を有する公知材料であれば、ゴアテックス(登録商標)以外の材料を用いてもよい。
更に、ガス空間4Aと第1格納空間14との間には、複数枚(図4では2枚)の防爆フィルタ46が厚さ方向に重ねられた形で設けられている。防爆フィルタ46は、金属部材によってメッシュ状(網状)に形成されており、仮に第1格納空間14内で爆発が生じても、その影響がガス流路4側に及ばないように遮断する機能を有する。図4の例では、2枚の防爆フィルタ46と拡散律速フィルタ42とが重ねられてなる3枚のフィルタによってフィルタ部41が構成され、このフィルタ部41が開口部4Bを閉塞するとともに圧入リング52の開口を閉塞する構成をなしている。
圧入リング52は、例えば金属材料又は樹脂材料などによって構成されており、開口部4Bに隣接して段差状に形成された孔部4Cに嵌り込んで孔部4C内に固定されている。図4の例では、フィルタ部41(2枚の防爆フィルタ46及び拡散律速フィルタ42)が座面4Dと圧入リング52との間に挟まれた形で固定されており、このフィルタ部41を介して開口部4Bと圧入リング52の孔部52Aとの間で気体が流れるように構成されている。
シール材54は、ウレタンや発泡ゴムなどの柔軟性材料などによって構成されるとともに環状に構成されており、内部には通気用の孔部54Aが形成されている。シール材54は、圧入リング52と第1格納部16との間から気体が漏洩することを抑制しつつ、孔部54Aを介して圧入リング52と第1格納部16との間(具体的には、孔部52Aと第1通気口18との間)で気体を流すように機能する。
図4のように、第1格納部16は、台座16Aと保護キャップ16Bとで構成される一方向に開口した箱状の部分であり、後述する第1検出素子10を格納する格納部である。第1格納部16は、自身の内部に第1検出素子10を格納する第1格納空間14が構成され、保護キャップ16Bには、第1格納空間14と第1格納部16の外側とを繋ぐ第1通気口18が形成されている。
第2格納部26は、台座16Aと保護キャップ16Bとで構成される一方向に開口した箱状の部分であり、後述する第2検出素子20を格納する格納部である。第2格納部26は、自身の内部に第2検出素子20を格納する第2格納空間24が構成され、保護キャップ16Bには、第2格納空間24と第2格納部26の外側とを繋ぐ第2通気口28が形成されている。
第1格納部16及び第2格納部26は、台座16Aに保護キャップ16Bを被せるように取り付けることで形成される。台座16Aは、一方向に開口した開口部を有するとともに第1検出素子10が載置される凹部17Aと、一方向に開口した開口部を有するとともに第2検出素子20が配置される凹部17Bとを有する。2つの凹部17A、17Bは、隣同士で並ぶように配置されている。このような台座16Aは、基板6の表面に設置されている。台座16Aの材質は、絶縁性セラミックである。台座16Aを構成する好適な絶縁性セラミックとしては、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア等が挙げられる。
保護キャップ16Bは、2つの凹部17A,17Bに載置された第1検出素子10及び第2検出素子20を覆うように、台座16Aに接着されている。保護キャップ16Bの材質は、絶縁性セラミックである。保護キャップ16Bを構成する好適な絶縁性セラミックとしては、例えばアルミナが挙げられる。本実施形態では、台座16Aと保護キャップ16Bとは同一の絶縁性セラミックで構成される。また、台座16Aと保護キャップ16Bとは絶縁性接着剤により接着されている。
保護キャップ16Bには、第1格納部16に対するガスの出入口となる第1通気口18(第1開口部)と、第2格納部26に対するガスの出入口となる第2通気口28(第2開口部)とが形成されている。第1通気口18の開口面積と第2通気口28の開口面積は同一面積となっている。
第1通気口18は、第1格納部16の一部をなし、燃料蒸発ガスに曝されるガス空間4Aと第1格納空間14との間で気体を通す経路をなす。具体的には、第1通気口18内の空間は、上述の孔部52A,54A内の空間及び第1格納空間14に続いており、これらの空間において気体が自由に流動し得るようになっている。
第2通気口28は、第2格納部26の一部をなし、外気に曝される空間と第2格納空間24との間で気体を通す経路をなす。図2のように、ケース3の一部(第1ケース体3A)には、厚さ方向に貫通した貫通孔62が形成されており、この貫通孔62を介してケース3の内部空間60にケース3の外側の雰囲気(外気)が流入するようになっている。内部空間60は、ガス空間4A及び第1格納空間14とは隔離された空間であり、内部空間60と第1格納空間14との間での気体の流通は遮断されている。一方で、内部空間60と第2格納空間24(図4)との間では気体が自由に出入りし得るようになっており、第2格納空間24が外気に曝されるようになっている。
第1格納部16の第1格納空間14は、台座16Aの一方の凹部17Aと、保護キャップ16Bとで囲まれた空間であって、第1通気口18内の空間よりも第1検出素子10側の空間である。また、第2格納部26の第2格納空間24は、台座16Aの他方の凹部17Bと、保護キャップ16Bとで囲まれた空間であって、第2通気口28内の空間よりも第2検出素子20側の空間である。第1格納空間14と、第2内部空間5Aとは、互いに同じ大きさ(体積)に設定されている。
図4のように、第1格納部16及び第2格納部26は、1枚の壁を共有するように互いに隣接した形で設けられている。そして、それらの内部にある第1格納空間14及び第2格納空間24は、互いに近接した状態となっている。そのため、第1格納空間14と第2格納空間24との間の温度差が低減される。
図5のように、第1検出素子10は、発熱抵抗体12を有する熱伝導式の検出素子であり、被検出ガス(燃料蒸発ガス)に曝され、被検出ガスを検知する検知側の検出素子として使用される。第1検出素子10は、発熱抵抗体12と、絶縁層32と、配線34と、一対の第1電極パッド36A,36Bと、基板39(図6)とを有する。発熱抵抗体12は、渦巻き形状にパターン化された導体であり、絶縁層32の中央部分に埋設されている。また、発熱抵抗体12は、配線34を介して第1電極パッド36A,36Bに電気的に接続されている。第1電極パッド36A,36Bは、絶縁層32の表面に形成されている。また、第1電極パッド36A,36Bの一方は、後述する第2検出素子20に設けられた第2電極パッドの一方に接続される。なお、図6に示されるように、絶縁層32において第1電極パッド36A,36Bとは反対側の表面には、シリコン製の基板39が積層されている。基板39は、発熱抵抗体12が配置される領域には存在しない。この領域は、絶縁層32が露出する凹部38となり、ダイアフラム構造を構成している。
発熱抵抗体12は、自身の温度変化により抵抗値が変化する部材であり、温度抵抗係数が大きい導電性材料で構成される。発熱抵抗体12の材料としては、例えば、白金(Pt)が使用される。
絶縁層32は、単一の材料で形成されてもよいし、異なる材料を用いた複数の層から構成されてもよい。絶縁層32を構成する絶縁性材料としては、例えば、酸化ケイ素(SiO2)、窒化珪素(Si3N4)等が挙げられる。
第2検出素子20は、第1検出素子10と同様、自身の温度変化により抵抗値が変化する発熱抵抗体22(図7参照)を有する熱伝導式の検出素子である。第2検出素子20は、詳細は図示しないが第1検出素子10と同様の構成をなしている。即ち、第2検出素子20は、発熱抵抗体22(図5の発熱抵抗体12と同様の構成)と、絶縁層(図5の絶縁層32と同様の構成)と、配線(図5の配線34と同様の構成)と、一対の第2電極パッド(図5の第1電極パッド36A,36Bと同様の構成)と、基板(図6の基板39と同様の構成)とを有する。第2電極パッドの一方は、グランドに接続される。なお、第1検出素子10の発熱抵抗体12と第2検出素子20の発熱抵抗体22(図7参照)とは、抵抗値が同じであることが好ましい。
図7は、ガスセンサ2の模式的な回路図である。基板6は、ケース3内に配置される板状の回路基板であり、図7に示される回路を備えている。この回路は、第1検出素子10の第1電極パッド36A,36Bと、第2検出素子20の第2電極パッドとに電気的に接続されている。
演算部44は、第1検出素子10及び第2検出素子20からの各出力に基づいて、第1格納空間14に入り込んだ被検出雰囲気に含まれる被検出ガス(燃料蒸発ガス)の濃度を演算する。具体的には、図7に示されるように、演算部44は、直列に接続された第1検出素子10の発熱抵抗体12及び第2検出素子20の発熱抵抗体22に一定の電圧Vccを印加したときの、第1検出素子10の発熱抵抗体12と第2検出素子20の発熱抵抗体22との間の電位から濃度を演算する。より詳細には、演算部44は、第1検出素子10の発熱抵抗体12と第2検出素子20の発熱抵抗体22との間の電位と、発熱抵抗体12,22と並列に配置された固定抵抗R4と固定抵抗R3との間の電位との電位差を作動増幅回路により増幅させた電位差Vdを取得する。そして、演算部44は、その電位差Vdから被検出ガス(燃料蒸発ガス)の濃度Dを算出し、出力する。なお、演算部44及び回路基板6には直流電源48から電流が供給される。直流電源48は、第1検出素子10の発熱抵抗体12及び第2検出素子20の発熱抵抗体22に電圧を印加する。
1−3.被検出ガス応答試験
ここで、被検出ガス応答試験について、図8、図9を参照しつつ説明する。
被検出ガス応答試験は、被検出雰囲気に含まれる被検出ガス濃度が0%の状態において、被検出雰囲気に含まれる被検出ガス濃度を、0%から50%に急変させて、ガスセンサ2の被検出ガスに対する応答時間Yを測定する試験である。具体的な試験方法の内容は、以下の通りである。
ここで、被検出ガス応答試験について、図8、図9を参照しつつ説明する。
被検出ガス応答試験は、被検出雰囲気に含まれる被検出ガス濃度が0%の状態において、被検出雰囲気に含まれる被検出ガス濃度を、0%から50%に急変させて、ガスセンサ2の被検出ガスに対する応答時間Yを測定する試験である。具体的な試験方法の内容は、以下の通りである。
図8及び図9は、被検出ガス応答試験の内容を模式的に表した説明図である。図8及び図9には、所定の測定チャンバー110に設置されたガスセンサ2と、測定チャンバー110にガスを供給する2種類のラインL1,L2と、測定チャンバー110に供給されるガスの種類を切り替える2つの三方弁(電磁弁)111,112とが示されている。ラインL1は、被検出ガス(ここでは、ブタンガス)の濃度が0%である外気エア(空気)を供給する。これに対し、ラインL2は、被検出ガスの濃度が50%である混合エアを供給する。図8には、測定チャンバー110に対して、ラインL1より被検出ガス(ブタンガス)の濃度が0%である外気エア(空気)が供給される様子が示されている。図9には、測定チャンバー110に対して、ラインL2により被検出ガス(ブタンガス)の濃度が50%である混合エア(空気)が供給される様子が示されている。測定チャンバー110に供給された前記エアは、適宜、排気される。
被検出ガス応答試験では、図8に示されるように、測定チャンバー110にラインL1より所定のエア(被検出ガス濃度:0%)が供給されている状態から、三方弁111,122を切り替えて、図9に示されるように、測定チャンバー110にラインL2より、被検出ガスを含む所定のエア(被検出ガス濃度:50%)を供給した時の被検出ガス応答時間Y(秒)を測定する。なお、被検出ガス応答試験を行っている間、ラインL1及びラインL2のガス流量は共に、5L/分に設定され、ラインL1及びラインL2の流速は2.5m/sに設定される。また、ラインL1、ラインL2、及び共通ラインの配管の径は6.5mmである。
上記のように、三方弁111,112によってラインL1からラインL2に切り替えた後、ラインL2により所定のガス(ブタンガス濃度:50%)が測定チャンバー110に供給された状態において、ガスセンサ2のセンサ出力が一定の値(安定点S)で安定した。この場合において、ラインL1からラインL2に切り替えてから、その安定したセンサ出力の63%の値(S×0.63)に到達するまでの時間(秒)は、0.8sであった。また、その安定したセンサ出力の10%の値(S×0.1)に到達した時間(秒)から、安定したセンサ出力の90%の値(S×0.9)に到達するまでの時間(秒)は、1.0sであった。このように、被検出ガス応答試験を行った結果、応答時間が1sを下回る結果が得られた。
1−4.本構成の効果の例示
燃料蒸発ガスセンサ2は、第1格納部16(格納部)の第1格納空間14(格納空間)内に熱伝導式の第1検出素子10(検出素子)が設けられ、この第1格納空間14へ燃料蒸発ガスを導入するように第1通気口18(通気口)が形成されている。よって、燃料蒸発ガスを第1格納空間14内に導くことができ、燃料蒸発ガスの濃度を第1格納空間14内の第1検出素子10によって検出することができる。ゆえに、排気ガスなどから燃料蒸発ガスの濃度を推測する方式と比較して、燃料蒸発ガスの濃度を迅速かつ高精度に検出することができる。特に、ガス空間4A内のガスに含まれる燃料蒸発ガスの濃度をガス空間4Aの近傍で直接的に検出することができるため、ガス空間4A内の燃料蒸発ガスの濃度を検出する上で、迅速性及び精度がより高まる。
燃料蒸発ガスセンサ2は、第1格納部16(格納部)の第1格納空間14(格納空間)内に熱伝導式の第1検出素子10(検出素子)が設けられ、この第1格納空間14へ燃料蒸発ガスを導入するように第1通気口18(通気口)が形成されている。よって、燃料蒸発ガスを第1格納空間14内に導くことができ、燃料蒸発ガスの濃度を第1格納空間14内の第1検出素子10によって検出することができる。ゆえに、排気ガスなどから燃料蒸発ガスの濃度を推測する方式と比較して、燃料蒸発ガスの濃度を迅速かつ高精度に検出することができる。特に、ガス空間4A内のガスに含まれる燃料蒸発ガスの濃度をガス空間4Aの近傍で直接的に検出することができるため、ガス空間4A内の燃料蒸発ガスの濃度を検出する上で、迅速性及び精度がより高まる。
また、燃料蒸発ガスセンサ2は、燃料蒸発ガスを流すガス流路4を備えている。そして、第1通気口18(通気口)を介してガス流路4から第1格納空間14へ燃料蒸発ガスを導入する構成となっている。この燃料蒸発ガスセンサ2は、ガス流路4内を流れるガスを第1通気口18を介して第1格納空間14内に取り込み、取り込まれたガスに含まれる燃料蒸発ガスの濃度を第1格納空間14内に配置された第1検出素子10によって迅速かつ高精度に検出することができる。
また、燃料蒸発ガスセンサ2は、ガス流路4と第1格納空間14との間にガス流路4から第1格納空間14に向かう気体を拡散させつつ通過させる拡散律速フィルタ42が設けられている。この燃料蒸発ガスセンサ2は、ガス流路4のガスを拡散律速状態で第1格納空間14側に導くことができ、ガス流速の変化による精度低下を抑えることができる。
更に、燃料蒸発ガスセンサ2は、ガス流路4と第1格納空間14との間に除去フィルタ(拡散律速フィルタ42)が設けられている。そして、除去フィルタ(拡散律速フィルタ42)は、ガス流路4から第1格納空間14へと向かう流体のうちの燃料蒸発ガスを通過させ且つ液体又は固体の通過を遮断する構成をなす。この燃料蒸発ガスセンサ2は、液体や固体の異物が第1格納空間14内に入り込むことを抑制することができ、異物に起因する汚損や精度低下を抑えることができる。
更に、燃料蒸発ガスセンサ2は、ガス流路4と第1格納空間14との間に防爆フィルタ46が設けられている。この燃料蒸発ガスセンサ2は、仮に第1格納空間14内で爆発状態が発生しても、その影響が第1格納空間14の外側(即ち、ガス空間4A側)に及ぶことを抑えることができる。
また、燃料蒸発ガスセンサ2は、第2検出素子20と第2格納部26とを有する。そして、第2検出素子20は、発熱抵抗体22(自身の温度に応じて自身の抵抗値が変化する抵抗体)を有する熱伝導式の検出素子として構成される。そして、第2格納部26は、自身の内部に第2検出素子20を格納する第2格納空間24が構成され、更に、第2通気口28(燃料蒸発ガスセンサ2の外側の外気を第2格納空間24へ導入する通気口)を備える。この燃料蒸発ガスセンサ2は、外気が導入される空間(第2格納空間24)に設けられた第2検出素子20の抵抗値を基準とし、燃料蒸発ガスが導かれる空間(第1格納空間14)に設けられた第1検出素子10の抵抗値を評価することができる。よって、第1格納空間14内の燃料蒸発ガスの濃度(即ち、ガス空間4Aにおける燃料蒸発ガスの濃度)が外気を基準としてどの程度の濃度であるかを、より正確に評価することができる。
<第2実施形態>
次に、第2実施形態について説明する。
第2実施形態の燃料蒸発ガスセンサ202は、ガス流路4内の構成のみが第1実施形態の燃料蒸発ガスセンサ2と異なり、その他の点は第1実施形態の燃料蒸発ガスセンサ2と同一である。よって、第1実施形態の燃料蒸発ガスセンサ2と同一の構成をなす部分については燃料蒸発ガスセンサ2と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。具体的には、方向変換部208が設けられた点以外は、燃料蒸発ガスセンサ2と同一の構成をなしている。なお、燃料蒸発ガスセンサ202は、図1において燃料蒸発ガスセンサ2に代えて適用でき、燃料蒸発ガスセンサ202による濃度検出動作は燃料蒸発ガスセンサ2と同様である。
次に、第2実施形態について説明する。
第2実施形態の燃料蒸発ガスセンサ202は、ガス流路4内の構成のみが第1実施形態の燃料蒸発ガスセンサ2と異なり、その他の点は第1実施形態の燃料蒸発ガスセンサ2と同一である。よって、第1実施形態の燃料蒸発ガスセンサ2と同一の構成をなす部分については燃料蒸発ガスセンサ2と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。具体的には、方向変換部208が設けられた点以外は、燃料蒸発ガスセンサ2と同一の構成をなしている。なお、燃料蒸発ガスセンサ202は、図1において燃料蒸発ガスセンサ2に代えて適用でき、燃料蒸発ガスセンサ202による濃度検出動作は燃料蒸発ガスセンサ2と同様である。
図10のように、燃料蒸発ガスセンサ202のガス流路204は、第1方向誘導部206と方向変換部208とを備える。第1方向誘導部206は、第1方向に沿って燃料蒸発ガスを流す流路である。第1方向誘導部206において上記第1方向一方側はキャニスタ94(図1)側に設けられた管路95(図1)に連結されている。第1方向誘導部206は、キャニスタ94で発生した燃料蒸発ガスが上記第1方向一方側から入り込むとともに上記第1方向他方側に向かって流れるようになっている。
方向変換部208は、第1方向誘導部206内を流れる燃料蒸発ガスの流れの向きを第1方向とは異なる方向且つ第1格納空間14に向かう方向に変換する部分である。方向変換部208は、ガス流路204内において突出した突起部として構成されており、第1方向誘導部206内の空間に面するとともに上記第1方向に対して傾斜した傾斜面208Aを有している。第1方向誘導部206内を流れるガスは傾斜面208Aによって第1格納空間14側に案内されるようになっている。
なお、ガス流路204には、第1方向誘導部206及び方向変換部208よりも下流側に下流側流路209が設けられている。下流側流路209は、第1格納空間14及び第1方向誘導部206に通じており、第1格納空間14からの気体や第1方向誘導部206からの気体が流れ得るようになっている。なお、下流側流路209の下流側には、パージバルブ72(図1)側に設けられた管路95が連結されている。
上述した燃料蒸発ガスセンサ202は、ガス流路204を流れるガスを検出空間側(第1格納空間14側)により迅速に導くことができるため、ガス流路204を流れるガスに含まれる燃料蒸発ガスの濃度を検出する上で、応答性をより一層高めることができる。
<第3実施形態>
次に、図11を参照して第3実施形態について説明する。
図11で示す燃料蒸発ガスセンサ302において、第1検出素子10、第1格納空間14、第1格納部16、第1通気口18、第2検出素子20、第2格納空間24、第2格納部26、第2通気口28は、第1実施形態の燃料蒸発ガスセンサ2の各部と同様の構成をなし、同様に機能する。また、燃料蒸発ガスセンサ302は、図1において燃料蒸発ガスセンサ2に代えて適用でき、燃料蒸発ガスセンサ302による濃度検出動作は燃料蒸発ガスセンサ2と同様である。
次に、図11を参照して第3実施形態について説明する。
図11で示す燃料蒸発ガスセンサ302において、第1検出素子10、第1格納空間14、第1格納部16、第1通気口18、第2検出素子20、第2格納空間24、第2格納部26、第2通気口28は、第1実施形態の燃料蒸発ガスセンサ2の各部と同様の構成をなし、同様に機能する。また、燃料蒸発ガスセンサ302は、図1において燃料蒸発ガスセンサ2に代えて適用でき、燃料蒸発ガスセンサ302による濃度検出動作は燃料蒸発ガスセンサ2と同様である。
この例では、ガス流路4(図2)が設けられておらず、第1ケース体303A及び第2ケース体303Bによって構成されるケース303の外側がガス空間304(燃料蒸発ガスに曝される空間)とされている。なお、ガス空間304は、燃料蒸発ガスに曝される空間であればよく、図2と同様のガス流路4内の空間であってもよく、ガス流路以外の空間であってもよい。
図11の例では、第1ケース体303Aに形成された孔部305及びシール材54に形成された孔部を介してガス空間304と第1格納空間14とが通じており、ガス空間304と第1格納空間14との間で気体の出入りが可能とされている。なお、第2格納空間24は、孔部307を介して外気と通じているが、ガス空間304と外気が存在するケース303外の空間とは図示しない隔離構成によって隔離されている。
この例でも、ガス空間304Aと第1格納空間14との間に拡散律速フィルタ42が設けられ、拡散律速フィルタ42は、拡散律速層を備えるとともにガス空間304Aから第1格納空間14に向かう気体を記拡散律速層内で拡散させつつ通過させるように機能する。また、拡散律速フィルタ42は、除去フィルタとしても機能し、ガス空間304Aから第1格納空間14へ向かう流体のうちの燃料蒸発ガスを通過させ且つ液体又は固体の通過を遮断するように機能する。
なお、図示はしていないが、図11の構成においても、ガス空間304Aと第1格納空間14との間に防爆フィルタを設けてもよい。
<他の実施形態>
本発明は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態を、次のように変更してもよい。
本発明は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態を、次のように変更してもよい。
上記実施形態では、図1のように、過給機を有さない自然吸気エンジンの吸気管に連通する管路(キャニスタ94からスロットルバルブ96の下流側に燃料蒸発ガスを放出する管路95)に燃料蒸発ガスセンサが設けられた例を示したが、この例に限定されない。例えば、過給機を備えたエンジンにおいて、キャニスタからスロットルの上流側(ターボ側)に燃料蒸発ガスを放出する管路において当該管路の燃料蒸発ガスの濃度を検出するように燃料蒸発ガスセンサ2,202,302のいずれかを設けてもよく、キャニスタからスロットルバルブの下流側に燃料蒸発ガスを放出する管路において当該管路内の燃料蒸発ガスの濃度を検出するように燃料蒸発ガスセンサ2,202,302のいずれかを設けてもよい。
なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示された範囲内又は特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
2,202,302…燃料蒸発ガスセンサ
4,204…ガス流路
10…第1検出素子(検出素子)
12…発熱抵抗体
14…第1格納空間(格納空間)
16…第1格納部(格納部)
18…第1通気口(通気口)
20…第2検出素子
22…発熱抵抗体
24…第2格納空間(第2格納空間)
26…第2格納部(第2格納部)
28…第2通気口
42…拡散律速フィルタ(除去フィルタ)
46…防爆フィルタ
206…第1方向誘導部
208…方向変換部
4,204…ガス流路
10…第1検出素子(検出素子)
12…発熱抵抗体
14…第1格納空間(格納空間)
16…第1格納部(格納部)
18…第1通気口(通気口)
20…第2検出素子
22…発熱抵抗体
24…第2格納空間(第2格納空間)
26…第2格納部(第2格納部)
28…第2通気口
42…拡散律速フィルタ(除去フィルタ)
46…防爆フィルタ
206…第1方向誘導部
208…方向変換部
Claims (7)
- 燃料蒸発ガスの濃度を検出する燃料蒸発ガスセンサであって、
自身の温度に応じて自身の抵抗値が変化する発熱抵抗体を有する熱伝導式の検出素子と、
自身の内部に前記検出素子を格納する格納空間を有するとともに、前記格納空間へ前記燃料蒸発ガスを導入する通気口が形成されてなる格納部と、
を備える燃料蒸発ガスセンサ。 - 前記燃料蒸発ガスを流すガス流路を備え、
前記通気口を介して前記ガス流路から前記格納空間へ前記燃料蒸発ガスを導入する
請求項1に記載の燃料蒸発ガスセンサ。 - 前記ガス流路は、第1方向に沿って前記燃料蒸発ガスを流す第1方向誘導部と、
前記第1方向誘導部内を流れる前記燃料蒸発ガスの流れの向きを、前記第1方向とは異なる方向且つ前記通気口に向かう方向に変換する方向変換部と、
を有する請求項2に記載の燃料蒸発ガスセンサ。 - 前記ガス流路と前記格納空間との間に前記ガス流路から前記格納空間に向かう気体を拡散させつつ通過させる拡散律速フィルタを有する
請求項2又は請求項3に記載の燃料蒸発ガスセンサ。 - 前記ガス流路と前記格納空間との間に除去フィルタが設けられ、
前記除去フィルタは、前記ガス流路から前記格納空間へ向かう流体のうちの前記燃料蒸発ガスを通過させ且つ液体又は固体の通過を遮断する
請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の燃料蒸発ガスセンサ。 - 前記ガス流路と前記格納空間との間に防爆フィルタが設けられている
請求項2から請求項5のいずれか一項に記載の燃料蒸発ガスセンサ。 - 自身の温度に応じて自身の抵抗値が変化する発熱抵抗体を有する熱伝導式の第2検出素子と、
自身の内部に前記第2検出素子を格納する第2格納空間が構成され、当該燃料蒸発ガスセンサの外側の外気を前記第2格納空間へ導入する第2通気口が形成されてなる第2格納部と、
を有する請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の燃料蒸発ガスセンサ。
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