JP5196329B2 - Liquid concentration detector - Google Patents
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Description
本発明は、静電容量と温度に基づいて被検出液の濃度を検出する液体濃度検出装置に関する。 The present invention relates to a liquid concentration detection device that detects the concentration of a liquid to be detected based on capacitance and temperature.
一般に、燃料にエタノール混合ガソリンを使用するエンジンでは、Ａ／Ｆのズレから、燃料中のエタノール濃度を推定し、このエタノール濃度に応じて燃料噴射量および点火時期等を制御することで、排ガスの悪化を抑制するとともに運転性を向上している。しかし、将来的に、厳しくなる排気ガス規制に対応していくために、エタノール濃度を検出する装置が必要になる。
エタノール濃度を検出する装置として、燃料に浸漬させた２つの電極間の静電容量及び燃料温度をパラメータとして検出することで燃料中のエタノール濃度を検出する装置が知られている（特許文献１参照）。
In general, in an engine using ethanol-mixed gasoline as fuel, the ethanol concentration in the fuel is estimated from the A / F deviation, and the fuel injection amount and ignition timing are controlled in accordance with the ethanol concentration. Deterioration is suppressed and drivability is improved. However, in order to meet exhaust gas regulations that will become stricter in the future, a device for detecting the ethanol concentration is required.
As an apparatus for detecting the ethanol concentration, an apparatus for detecting the ethanol concentration in the fuel by detecting the capacitance between the two electrodes immersed in the fuel and the fuel temperature as parameters is known (see Patent Document 1). ).
上述のエタノール濃度を検出する装置では、燃料タンクに燃料を給油すると燃料温度が瞬時に変化する場合がある。例えば、夏季に燃料タンク内の燃料温度が４０℃であり、給油する燃料温度が２０℃であるという場合、静電容量の変化については、実際の変化とほぼ同時に検出可能であり、他方、温度変化については、実際の変化に対し検出温度に通常数秒から十数秒の応答遅れが生じる。これは、燃料と温度センサを隔てている部材の板厚を伝熱する時間差、および、温度センサ自体の応答性によるものである。
この応答遅れの間、濃度検出装置は、誤った検出温度に基づきエタノール濃度を検出するため、濃度検出に誤差が生じ、燃料噴射量および点火時期等の制御に影響を及ぼすおそれがある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出温度の応答遅れに起因する濃度検出誤差を低減する液体濃度検出装置を提供することにある。
In the above-described apparatus for detecting the ethanol concentration, when fuel is supplied to the fuel tank, the fuel temperature may change instantaneously. For example, when the fuel temperature in the fuel tank is 40 ° C. and the fuel temperature to be refueled is 20 ° C. in summer, the change in capacitance can be detected almost simultaneously with the actual change, Regarding the change, a response delay of usually several seconds to several tens of seconds occurs in the detected temperature with respect to the actual change. This is due to the time difference in transferring the plate thickness of the member separating the fuel and the temperature sensor and the responsiveness of the temperature sensor itself.
During this response delay, the concentration detection device detects the ethanol concentration based on the erroneous detection temperature, so that an error occurs in the concentration detection, which may affect the control of the fuel injection amount and the ignition timing.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a liquid concentration detection device that reduces a concentration detection error caused by a response delay in detection temperature.
請求項１に記載の発明によると、静電容量検手段は、被検出液の静電容量を検出静電容量として検出し、温度検出手段は、被検出液の温度を検出温度として検出する。濃度検出部は、検出静電容量と検出温度とにより被検出液の濃度を繰り返し検出する。静電容量補正手段は、被検出液の実際の温度変化に対する検出温度の変化の遅れである応答遅れ特性と同様の応答遅れ特性を与えるように、濃度検出手段による濃度の算出に先立って、検出静電容量を補正静電容量に補正する。これにより、検出温度の応答遅れ特性による影響が除去されるため、それに起因する濃度検出誤差を低減することができる。 According to the first aspect of the present invention, the capacitance detecting means detects the capacitance of the liquid to be detected as the detected capacitance, and the temperature detecting means detects the temperature of the liquid to be detected as the detection temperature. The concentration detection unit repeatedly detects the concentration of the liquid to be detected based on the detection capacitance and the detection temperature. The capacitance correcting means detects prior to the concentration calculation by the concentration detecting means so as to give a response delay characteristic similar to the response delay characteristic that is a delay of the change in the detected temperature with respect to the actual temperature change of the liquid to be detected. the electrostatic Den'yo amount is corrected to the correction capacitance. Thereby, since the influence of the response delay characteristic of the detected temperature is removed, the density detection error caused by it can be reduced.
また、本発明の静電容量補正手段は、検出温度の変化前後の検出静電容量の容量差と、当該検出静電容量についての時定数とによって規定される一次遅れ曲線に基づいて、補正静電容量を算出する。さらに静電容量補正手段は、検出静電容量が定常状態であるとき、補正ゼロの値を補正静電容量として算出する。 In addition, the electrostatic capacity correcting means of the present invention is based on a first order lag curve defined by a capacity difference between detected capacities before and after a change in detected temperature and a time constant for the detected capacities. Calculate the capacity. Further, the capacitance correcting means calculates a value of zero correction as the corrected capacitance when the detected capacitance is in a steady state .
なお、一次遅れ曲線は、制御において一般的に使用される方法の一つであり、変化時直後には急激に、時間経過につれて徐々に緩やかに変化するもので、検出温度遅れ特性に近似しているため、それと同様の応答遅れ特性を有するものとして有効な手段である。また、時定数は静電容量検出部の電極の大きさ、構造、材質等の属性によって決定される。 Contact, first-order lag curve name is one of the methods commonly used in the control, rapidly immediately after the time of the change, one that gradually changes slowly as time elapses, close to the detected temperature lag characteristics Therefore, it is an effective means having a response delay characteristic similar to that. The time constant is determined by attributes such as the size, structure, and material of the electrode of the capacitance detection unit.
以下、本発明による実施形態を図面に基づいて説明する。第２実施形態は、請求項１に記載の発明を具現化したものである。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による液体濃度検出装置は、被検出液として燃料に含まれるエタノール濃度を検出するエタノール濃度センサであって、図１に示すように、自動車用エンジンの燃料供給系統に設けられる。エタノール濃度センサ１は、燃料タンク２とデリバリパイプ５とを接続する燃料配管４に設けられている。燃料タンク２内の燃料は、燃料ポンプ３によって燃料配管４を通りデリバリパイプ５へ圧送され、インジェクタ６から図示しない吸気管またはシリンダ内へ噴射される。エタノール濃度センサ１の検出したエタノール濃度は、エンジンのＥＣＵ（電子制御ユニット）７に伝送される。ＥＣＵ７は、エタノール濃度に応じ、インジェクタ６から噴射される燃料噴射量及び点火時期等を制御し、エンジンのトルク特性を適正にすることで、運転性を良好にするとともに排出ガス中の有害成分を低減している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The second embodiment is formed into an current immediately the invention described in claim 1.
(First embodiment)
The liquid concentration detection apparatus according to the first embodiment of the present invention is an ethanol concentration sensor that detects an ethanol concentration contained in fuel as a liquid to be detected, and is provided in a fuel supply system of an automobile engine as shown in FIG. It is done. The ethanol concentration sensor 1 is provided in a fuel pipe 4 that connects the
エタノール濃度センサ１は、図２に示すように、第１ハウジング１０、連結パイプ２０、２１、第１、第２電極３１、３２、サーミスタ４０、第２ハウジング５０、及び回路６０等から構成されている。
第１ハウジング１０は、例えばステンレス等の金属から略筒状に形成され、内部に燃料室１１を有している。第１ハウジング１０の軸方向の両端に、シール部材１２、１３を挟んで連結パイプ２０、２１がねじ結合している。連結パイプ２０、２１は、例えばステンレス等の金属から筒状に形成され、内部に通路２２、２３を有している。連結パイプ２０、２１の軸方向の途中には径外方向に突出する爪２４、２５が設けられている。連結パイプ２０、２１は、この爪２４、２５に接続する図示しないコネクタを経由し、燃料配管４と連結する。これにより、連結パイプ２０、２１の通路２２、２３、及び第１ハウジング１０の燃料室１１に燃料が供給される。
As shown in FIG. 2, the ethanol concentration sensor 1 includes a
The
第１電極３１は、例えばステンレス等の金属から略円筒状に形成され、第１ハウジング１０の径方向に形成された開口１４から、第１ハウジング１０の燃料室１１に挿入されている。第２電極３２は、例えばステンレス等の金属から有底筒状に形成され、第１電極３１の径内側の空間３５に収容されている。第１電極３１の径内方向の内壁と、第２電極３２の径外方向の外壁とは、ガラスシール３６によって固定されている。ガラスシール３６は、第１電極３１と第２電極３２とを電気的に絶縁している。
第１電極３１は、径方向に通じる燃料孔３３、３４を有している。このため、第１ハウジング１０の燃料室１１から燃料孔３３、３４を経由し、第１電極３１と第２電極３２との間の空間３５に燃料が流入する。これにより、第１電極３１及び第２電極３２は、燃料を誘電体としたコンデンサとして機能する。
The
The
温度検出手段としてのサーミスタ４０は、温度変化によって電気抵抗を変える温度検出素子である。サーミスタ４０は、第２電極３２の径内側に収容され、第２電極３２の底部の内壁に当接している。このため、第１電極３１と第２電極３２との間の空間３５の燃料の温度は、第２電極３２の板厚を経由し、サーミスタ４０に熱伝導する。なお、第２電極３２の底部の内壁とサーミスタ４０との間に放熱グリス等の熱伝導部材を充填してもよい。
The
第２ハウジング５０は、例えば樹脂等から有底筒状に形成され、底部５１が第１ハウジング１０の径外方向の外壁に固定され、第１ハウジング１０の開口１４を塞いでいる。
第２ハウジング５０と第１ハウジング１０との間には、環状のパッキン５２及び板状の弾性部材５３が挟まれている。パッキン５２は、第２ハウジング５０と第１ハウジング１０との間に外部から水等が浸入することを防止している。弾性部材５３は、第１電極３１を第１ハウジング１０へ押し付けている。
第２ハウジング５０の開口部には、板状の蓋５４が設けられ、第２ハウジング５０の内側へ外部から水等が浸入することを防止している。蓋５４は、第２ハウジング５０の径外方向に突出する係止部５５に係止された板状のスプリング５６によって固定されている。
第２ハウジング５０の底部５１には収容孔５７が設けられ、第２電極３２の端部を収容している。
The
An
A plate-
A
回路６０は、プリント配線板に設けられた複数の電子部品から構成され、第２ハウジング５０の内側に収容されている。回路６０と第１電極３１とを第１導電体３７が接続し、回路６０と第２電極３２とを第２導電体３８が接続している。また、回路６０とサーミスタ４０とを第３、第４導電体４１、４２が接続している。
The
回路６０は、図３に示すように、静電容量検出回路６１、温度検出回路６２、マイクロコンピュータ６３、出力回路６４等から構成されている。
静電容量検出回路６１は、第１電極３１と第２電極３２との間の充放電により、静電容量を検出する。温度検出回路６２は、サーミスタ４０への通電により、第１電極３１と第２電極３２との間の燃料温度を検出する。
ここで、第１、第２電極３１、３２、静電容量検出回路６１及び第１、第２導電体３７、３８により、静電容量検出手段８が構成される。また、サーミスタ４０、温度検出回路６２及び第３、第４導電体４１、４２により温度検出手段９が構成される。
As shown in FIG. 3, the
The
Here, the first and
マイクロコンピュータ６３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成され、ＲＯＭ、ＲＡＭ等に記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することで、静電容量補正手段６５、濃度検出手段６７として機能する。
濃度検出手段６７は、静電容量検出手段８の検出した静電容量と、温度検出手段９の検出した燃料温度とにより燃料に含まれるエタノール濃度を検出する。これは、図４に示すように、一定のエタノール濃度において燃料の温度と静電容量とが相関関係を有し、また、一定の温度において燃料のエタノール濃度と静電容量とが相関関係を有することに基づく。具体的には、燃料温度として想定するのに十分な−２０℃から８０℃の領域で、一定のエタノール濃度において燃料温度が高くなるに従い静電容量は小さくなり、また、一定の温度においてエタノール濃度が高くなるに従い静電容量は大きくなる。
The microcomputer 63 includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and functions as a
The
静電容量補正手段６５は、濃度検出手段６７による濃度の検出に先立って、それぞれ、静電容量検出手段８の検出した静電容量、温度検出手段９の検出した燃料温度を補正する。このような補正手段は、一般にフィルタ処理と呼ばれる。補正の目的、具体的な補正値算出方法については以下に詳しく説明する。
また、出力回路６４は、濃度検出部の検出したエタノール濃度をＥＣＵ７に伝送する。
The capacitance correction means 65 corrects the capacitance detected by the capacitance detection means 8 and the fuel temperature detected by the temperature detection means 9, respectively, prior to the concentration detection by the concentration detection means 67. Such correction means is generally called filter processing. The purpose of correction and a specific correction value calculation method will be described in detail below.
Further, the
ところで、燃料温度が瞬時に変化する場合がある。例えば、燃料タンク２内の燃料より温度が高く、エタノール濃度が同等である燃料を燃料タンク２に給油する場合を想定する。給油された燃料は、燃料タンク２から燃料配管４を通ってエタノール濃度センサ１の燃料室１１に拡散され、燃料室１１内の燃料温度が上昇し、静電容量が減少する。この場合、静電容量の変化については、実際の変化とほぼ同時に検出可能である。もっとも、厳密には０．１秒以下の遅れは生ずると考えられるが、実質的に無視してかまわない。それに対し、温度変化については、実際の変化に対し検出温度に通常数秒から十数秒の応答遅れが生じる。これは、燃料とサーミスタ４０を隔てている第２電極３２の板厚を伝熱する時間差、および、サーミスタ４０自体の応答性によるものである。
By the way, the fuel temperature may change instantaneously. For example, it is assumed that fuel having a higher temperature than the fuel in the
ここで、本発明の第１実施形態の説明についての理解を容易にするため、比較例を挙げて説明する。
図８は、比較例としての液体濃度検出装置、すなわち補正手段を用いない場合の燃料温度変化時の温度、静電容量、エタノール濃度の変化を示す。
横軸は時間軸であり、ｔ０は変化が生じた時刻である。
縦軸において、Ｔ０は変化前の温度、Ｔ１は変化後の温度である。Ｑ０は変化前の静電容量、Ｑ１は変化後の静電容量である。このとき、エタノール濃度Ｃ０は変化していないものとする。また、温度Ｔ１と温度Ｔ０の差を温度差ΔＴ、静電容量Ｑ１と静電容量Ｑ０の差を静電容量差ΔＱとする。
実際の温度Ｔｒ、実際の静電容量Ｑｒ、実際のエタノール濃度Ｃｒの変化を実線で示す。なお、燃料の拡散による微少の遅れは無視し、ステップ状に変化するものとして扱う。
Here, in order to facilitate understanding of the description of the first embodiment of the present invention, a description will be given with a comparative example.
FIG. 8 shows changes in temperature, capacitance, and ethanol concentration when the fuel temperature changes when a liquid concentration detection device as a comparative example, that is, no correction means is used.
The horizontal axis is the time axis, and t0 is the time when the change occurred.
On the vertical axis, T0 is the temperature before the change, and T1 is the temperature after the change. Q0 is the capacitance before the change, and Q1 is the capacitance after the change. At this time, the ethanol concentration C0 is not changed. Further, the difference between the temperature T1 and the temperature T0 is a temperature difference ΔT, and the difference between the capacitance Q1 and the capacitance Q0 is a capacitance difference ΔQ.
Changes in the actual temperature Tr, the actual capacitance Qr, and the actual ethanol concentration Cr are shown by solid lines. Note that the slight delay caused by the diffusion of fuel is ignored and treated as a step change.
温度検出手段９の検出した検出温度Ｔｄを破線で示す。温度Ｔ０から温度Ｔ１への変化について、検出温度Ｔｄは実際の温度Ｔｒに対し応答遅れ特性を持つ。検出温度Ｔｄが温度Ｔ１に一致する時刻、言い換えれば、検出温度Ｔｄが実際の温度Ｔｒに収束する時刻をｔ１とする。ここで「一致する」とは、温度検出手段９の最小検出能力によって実現される温度範囲に基づき、±２℃、±１℃、±０．５℃などの温度範囲に入ることを意味する。
また、検出温度Ｔｄは、時刻ｔ０以前及び時刻ｔ１以後は定常状態、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間では過渡状態であるということができる。過渡状態の初期の任意の時刻をｔａ、過渡状態の中期の任意の時刻をｔｂ、過渡状態の終期の任意の時刻をｔｃとする。
The detected temperature Td detected by the temperature detecting means 9 is indicated by a broken line. Regarding the change from the temperature T0 to the temperature T1, the detected temperature Td has a response delay characteristic with respect to the actual temperature Tr. The time when the detected temperature Td coincides with the temperature T1, in other words, the time when the detected temperature Td converges to the actual temperature Tr is defined as t1. Here, “match” means that the temperature detection means 9 enters a temperature range such as ± 2 ° C., ± 1 ° C., ± 0.5 ° C. based on the temperature range realized by the minimum detection capability.
Further, it can be said that the detected temperature Td is in a steady state before time t0 and after time t1, and is in a transient state between time t0 and time t1. The initial arbitrary time in the transient state is ta, the arbitrary intermediate time in the transient state is tb, and the arbitrary time at the end of the transient state is tc.
一方、静電容量検出手段８の検出した検出静電容量Ｑｄは、実際の静電容量Ｑｒに対し遅れを生じないため、検出静電容量Ｑｄを示す線は実際の静電容量Ｑｒを示す実線に一致する。
濃度検出手段６７は、静電容量検出手段８の検出した検出静電容量Ｑｄと、温度検出手段９の検出した検出温度Ｔｄとにより燃料に含まれるエタノール濃度を検出濃度Ｃｄ０として検出する。検出濃度Ｃｄ０は、破線に示すように、検出温度Ｔｄの応答遅れ特性を反映して同様の遅れ特性を持つことになる。すなわち、検出温度Ｔｄが実際の温度Ｔｒに対して低温側に誤差を有するため、検出濃度Ｃｄ０は実際の濃度Ｃｒに対して低濃度側に誤差を伴って検出される。
過渡状態の段階に応じてさらに詳しく説明すると、時刻ｔ０から時刻ｔａでは、検出温度Ｔｄと実際の温度Ｔｒの差が大きく、検出濃度Ｃｄ０と実際の濃度Ｃｒの差も大きい。次に時刻ｔｂ付近では、検出温度Ｔｄと実際の温度Ｔｒの差は小さくなり、検出濃度Ｃｄ０と実際の濃度Ｃｒの差も小さくなる。時刻ｔｃ付近では、検出温度Ｔｄが実際の温度Ｔｒに漸近し、検出濃度Ｃｄ０も実際の濃度Ｃｒに漸近する。そして時刻ｔ１において、検出温度Ｔｄが実際の温度Ｔｒに一致し、検出濃度Ｃｄ０も実際の濃度Ｃｒに一致する。
On the other hand, the detected electrostatic capacity Qd detected by the electrostatic capacity detecting means 8 does not cause a delay with respect to the actual electrostatic capacity Qr, so the line indicating the detected electrostatic capacity Qd is a solid line indicating the actual electrostatic capacity Qr. Matches.
The
In more detail according to the stage of the transient state, from time t0 to time ta, the difference between the detected temperature Td and the actual temperature Tr is large, and the difference between the detected concentration Cd0 and the actual concentration Cr is also large. Next, near the time tb, the difference between the detected temperature Td and the actual temperature Tr is small, and the difference between the detected density Cd0 and the actual density Cr is also small. Near the time tc, the detected temperature Td asymptotically approaches the actual temperature Tr, and the detected concentration Cd0 also asymptotically approaches the actual concentration Cr. At time t1, the detected temperature Td matches the actual temperature Tr, and the detected density Cd0 also matches the actual density Cr.
次に、図５は、本発明の第１実施形態による液体濃度検出装置の燃料温度変化時の温度、静電容量、エタノール濃度の変化を示す。
静電容量補正手段６５は、濃度検出手段６７による濃度の検出に先立って、静電容量検出手段８の検出した静電容量Ｑｄを補正し、補正静電容量Ｑｆ１として繰り返し算出する。補正静電容量Ｑｆ１は、所定時間ｍ遡った時刻から現在までの検出静電容量Ｑｄの平均値である。
補正静電容量Ｑｆ１を一点鎖線で示す。時刻ｔ０以前、検出静電容量Ｑｄは定常状態であり、常に静電容量Ｑ０であるので、補正静電容量Ｑｆ１は静電容量Ｑ０に等しい。つまり、理論上は補正ゼロの値が補正静電容量Ｑｆ１として算出されるため、みかけ上、補正動作が行われない。
時刻ｔ０から時刻（ｔ０＋ｍ）までの期間では、
Ｑｆ１＝｛（時間ｍ遡った時刻から時刻ｔ０までの時間）×Ｑ０＋（時刻ｔ０から現在までの時間）×Ｑ１｝／ｍ ・・・（式１）
により、検出静電容量Ｑｄの平均値が補正静電容量Ｑｆ１として算出される。すなわち、補正静電容量Ｑｆ１は時間につれて静電容量Ｑ０から静電容量Ｑ１まで直線的に減少する。これにより、温度の応答遅れ特性に対応して、静電容量にも応答遅れ特性を与えることができる。
時刻（ｔ０＋ｍ）以後は、時間ｍ遡った時刻から現在までの検出静電容量Ｑｄは常に静電容量Ｑ１であるので、補正静電容量Ｑｆ１は静電容量Ｑ１に等しい。よって、再び、みかけ上、補正動作が行われない状態となる。
Next, FIG. 5 shows changes in temperature, capacitance, and ethanol concentration when the fuel temperature changes in the liquid concentration detection device according to the first embodiment of the present invention.
The electrostatic capacity correction means 65 corrects the electrostatic capacity Qd detected by the electrostatic capacity detection means 8 prior to the density detection by the density detection means 67, and repeatedly calculates it as the corrected electrostatic capacity Qf1. The corrected electrostatic capacity Qf1 is an average value of the detected electrostatic capacity Qd from a time that is a predetermined time m backward to the present.
The corrected capacitance Qf1 is indicated by a one-dot chain line. Before the time t0, the detected capacitance Qd is in a steady state and is always the capacitance Q0, so the corrected capacitance Qf1 is equal to the capacitance Q0. That is, theoretically, since the value of zero correction is calculated as the correction capacitance Qf1, apparently no correction operation is performed.
In the period from time t0 to time (t0 + m),
Qf1 = {(time from time m going back to time t0) × Q0 + (time from time t0 to present) × Q1} / m (Expression 1)
Thus, the average value of the detected capacitance Qd is calculated as the corrected capacitance Qf1. That is, the corrected capacitance Qf1 decreases linearly from the capacitance Q0 to the capacitance Q1 with time. Thereby, the response delay characteristic can be given to the capacitance in response to the temperature response delay characteristic.
After the time (t0 + m), the detected electrostatic capacity Qd from the time m back to the present is always the electrostatic capacity Q1, and therefore the corrected electrostatic capacity Qf1 is equal to the electrostatic capacity Q1. Therefore, the correction operation is apparently not performed again.
ここで所定時間ｍは任意に設定することが可能だが、図５に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの６０〜７０％程度の時間に設定する場合を例にとり説明する。
濃度検出手段６７は、補正静電容量Ｑｆ１と検出温度Ｔｄとにより、エタノール濃度を検出濃度Ｃｄ１として繰り返し検出する。検出濃度Ｃｄ１を一点鎖線で示す。
時刻ｔ０から時刻ｔａでは、検出温度Ｔｄの遅れ特性よりも、補正静電容量Ｑｆ１に与えられた遅れ特性の方が大きくなる傾向がある。そのため、温度上昇による濃度増加効果が、静電容量減少による濃度減少効果を上回り、検出濃度Ｃｄ１は実際の濃度Ｃｒの高濃度側に誤差を生ずる。しかし、その絶対値は、補正手段を用いない場合の検出濃度Ｃｄ０の誤差に比べて小さい。
続いて時刻ｔｂ付近では、検出温度Ｔｄの遅れ特性と、補正静電容量Ｑｆ１に与えられた遅れ特性が同程度になるため、検出濃度Ｃｄ１は実際の濃度Ｃｒとほぼ等しくなる。
さらに時刻ｔｃから時刻ｔ１では、補正静電容量Ｑｆ１が実際の静電容量Ｑｒに収束した後、みかけ上の補正動作は行われないため、図８と同様、検出濃度Ｃｄ１は実際の濃度Ｃｒの低濃度側で実際の濃度Ｃｒに漸近し、一致する。
Here, the predetermined time m can be arbitrarily set. However, as shown in FIG. 5, a case where the predetermined time m is set to about 60 to 70% from time t0 to time t1 will be described as an example.
The concentration detecting means 67 repeatedly detects the ethanol concentration as the detected concentration Cd1 based on the corrected capacitance Qf1 and the detected temperature Td. The detected concentration Cd1 is indicated by a one-dot chain line.
From time t0 to time ta, the delay characteristic given to the corrected capacitance Qf1 tends to be larger than the delay characteristic of the detected temperature Td. Therefore, the density increase effect due to the temperature rise exceeds the density decrease effect due to the capacitance decrease, and the detected density Cd1 causes an error on the high density side of the actual density Cr. However, the absolute value is smaller than the error of the detected density Cd0 when the correcting means is not used.
Subsequently, in the vicinity of time tb, the delay characteristic of the detected temperature Td and the delay characteristic given to the correction capacitance Qf1 are approximately the same, so the detected density Cd1 is substantially equal to the actual density Cr.
Further, from time tc to time t1, since the corrected electrostatic capacity Qf1 converges to the actual electrostatic capacity Qr, no apparent correction operation is performed, so that the detected density Cd1 is equal to the actual density Cr as in FIG. Asymptotically coincides with the actual density Cr on the low density side.
このように、第１実施形態の液体濃度検出装置を用いることにより、検出濃度誤差を低減することができる。また、第１実施形態による補正では、時刻ｔ０から所定時間ｍ後に確実に補正静電容量Ｑｆ１が実際の静電容量Ｑｒに収束し、みかけの補正動作が終了することが特徴である。したがって、制御において、動作の終了を確実に認知できるという効果がある。 As described above, the detection concentration error can be reduced by using the liquid concentration detection device of the first embodiment. The correction according to the first embodiment is characterized in that the corrected capacitance Qf1 reliably converges to the actual capacitance Qr after a predetermined time m from the time t0, and the apparent correction operation ends. Therefore, in the control, there is an effect that the end of the operation can be surely recognized.
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による液体濃度検出装置は、第１実施形態による液体濃度検出装置に対し、補正値の算出方法が異なる。図６は、本発明の第２実施形態による液体濃度検出装置の燃料温度変化時の温度、静電容量、エタノール濃度の変化を示す。
静電容量補正手段６５は、濃度検出手段６７による濃度の検出に先立って、静電容量検出手段８の検出した静電容量Ｑｄを補正し、補正静電容量Ｑｆ２として繰り返し算出する。補正静電容量Ｑｆ２は、静電容量Ｑｄの変化である静電容量差ΔＱと時定数τＱとによって規定される一次遅れ曲線に基づいて算出された値である。
参考までに時刻ｔの関数としての計算式を示す。なお、式中ｅは自然対数の底である。
Ｑｆ２（ｔ）＝Ｑ０−ΔＱ｛１−ｅ-t/τQ｝ ・・・（式２）
(Second Embodiment)
The liquid concentration detection device according to the second embodiment of the present invention differs from the liquid concentration detection device according to the first embodiment in a method for calculating a correction value. FIG. 6 shows changes in temperature, capacitance, and ethanol concentration when the fuel temperature changes in the liquid concentration detection device according to the second embodiment of the present invention.
The electrostatic capacity correction means 65 corrects the electrostatic capacity Qd detected by the electrostatic capacity detection means 8 prior to the density detection by the density detection means 67, and repeatedly calculates it as the corrected electrostatic capacity Qf2. The corrected capacitance Qf2 is a value calculated based on a first-order lag curve defined by a capacitance difference ΔQ that is a change in the capacitance Qd and a time constant τQ.
For reference, a calculation formula as a function of time t is shown. Incidentally, wherein e is the base of natural number pairs.
Qf2 (t) = Q0−ΔQ {1-e− t / τQ } (Expression 2)
補正静電容量Ｑｆ２を一点鎖線で示す。時刻ｔ０以前、検出静電容量Ｑｄは定常状態であり、静電容量差ΔＱが０であるので、一次遅れ曲線はゼロ一定の直線にほかならない。つまり、理論上は補正ゼロの値が補正静電容量Ｑｆ２として算出されるため、みかけ上、補正動作が行われない。
時刻ｔ０の瞬間、より正確には検出静電容量Ｑｄを微少時間検出後、静電容量補正手段６５は、静電容量Ｑ０と静電容量Ｑ１とにより静電容量差ΔＱを認知する。そして、静電容量差ΔＱと時定数τＱから一次遅れ曲線を算出し補正静電容量Ｑｆ２を算出する。一次遅れ曲線は、制御において一般的に使用される方法の一つであるが、時刻ｔ０直後には急激に、時間経過につれて徐々に緩やかに変化するものである。これにより、温度の応答遅れ特性に対応して、静電容量に同様の応答遅れ特性を与えることができる。なお、時定数τＱは静電容量検出部の電極の大きさ、構造、材質等の属性によって決定される。
The corrected capacitance Qf2 is indicated by a one-dot chain line. Prior to time t0, the detected capacitance Qd is in a steady state and the capacitance difference ΔQ is 0, so the first-order lag curve is nothing but a constant zero line. That is, theoretically, since the value of zero correction is calculated as the correction capacitance Qf2, apparently no correction operation is performed.
At the moment of time t0, more precisely, after detecting the detected capacitance Qd for a very short time, the capacitance correction means 65 recognizes the capacitance difference ΔQ by the capacitance Q0 and the capacitance Q1. Then, a first order lag curve is calculated from the capacitance difference ΔQ and the time constant τQ to calculate a corrected capacitance Qf2. The first-order lag curve is one of the methods generally used in the control, but changes rapidly and gradually gradually as time elapses immediately after time t0. Thereby, the same response delay characteristic can be given to the capacitance corresponding to the temperature response delay characteristic. The time constant τQ is determined by attributes such as the size, structure, and material of the electrode of the capacitance detection unit.
濃度検出手段６７は、補正静電容量Ｑｆ２と検出温度Ｔｄとにより、エタノール濃度を検出濃度Ｃｄ２として繰り返し検出する。検出濃度Ｃｄ２を一点鎖線で示す。
検出温度Ｔｄの応答遅れ特性は一次遅れ系の現象であると解析されるため、補正静電容量Ｑｆ２に検出温度Ｔｄと同様の一次遅れ特性を与えることにより、理論上、検出濃度Ｃｄ２の誤差は解消されるはずである。しかし実際には、温度伝達や検出手段の測定誤差などにより、検出温度Ｔｄが理想的な一次遅れ曲線からはずれる場合があり、その誤差が検出濃度Ｃｄ２の誤差として残る可能性が考えられる。
図６には、便宜上、検出濃度Ｃｄ２を実際の濃度Ｃｒの低濃度側にわずかな誤差を生ずるよう図示したが、高濃度側に誤差を生ずる場合もありえる。いずれにせよ、図６は検出濃度Ｃｄ２の誤差が非常に小さいことを表現するものである。
The
Since the response delay characteristic of the detected temperature Td is analyzed as a phenomenon of the first order lag system, the error of the detected concentration Cd2 is theoretically determined by giving the correction capacitance Qf2 the same first order lag characteristic as the detected temperature Td. Should be resolved. In practice, however, the detected temperature Td may deviate from an ideal first-order lag curve due to temperature transmission, measurement error of the detection means, and the like, and this error may remain as an error in the detected density Cd2.
In FIG. 6, for the sake of convenience, the detected density Cd2 is illustrated as causing a slight error on the low density side of the actual density Cr, but an error may occur on the high density side. In any case, FIG. 6 represents that the error of the detected density Cd2 is very small.
このように、第２実施形態の液体濃度検出装置を用いることによっても、検出濃度誤差を低減することができる。また、第２実施形態による補正では、検出温度Ｔｄが理想的な一次遅れ特性を有するならば、検出濃度Ｃｄ２は、よい精度で誤差を低減することができるという効果を奏する。 As described above, the detection concentration error can be reduced also by using the liquid concentration detection device of the second embodiment. In the correction according to the second embodiment, if the detected temperature Td has an ideal first-order lag characteristic, the detected density Cd2 has an effect that an error can be reduced with good accuracy.
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による液体濃度検出装置は、検出静電容量ではなく、検出温度を補正する。図７は、本発明の第３実施形態による液体濃度検出装置の燃料温度変化時の温度、静電容量、エタノール濃度の変化を示す。
図３に破線で示す温度補正手段６６は、第１、第２実施形態の静電容量補正手段６５に代わり、濃度検出手段６７による濃度の検出に先立って、温度検出手段９の検出した検出温度Ｔｄを補正し、補正温度Ｔｆ３として繰り返し算出する。補正温度Ｔｆ３は、検出温度Ｔｄの変化から推定される温度差ΔＴと時定数τＴとによって規定される一次遅れの逆特性の曲線に基づいて算出された値である。なお、逆特性とは、ある入力に対する出力が一次遅れ曲線として与えられた場合の、元の入力の曲線のことである。
(Third embodiment)
The liquid concentration detection apparatus according to the third embodiment of the present invention corrects the detected temperature, not the detected capacitance. FIG. 7 shows changes in temperature, capacitance, and ethanol concentration when the fuel temperature changes in the liquid concentration detection device according to the third embodiment of the present invention.
The
補正温度Ｔｆ３を一点鎖線で示す。時刻ｔ０以前、検出温度Ｔｄは定常状態であり、温度差ΔＴが０であるので、一次遅れ曲線はゼロ一定の直線にほかならない。よって、一次遅れの逆特性の曲線もまた、ゼロ一定の直線である。つまり、理論上は補正ゼロの値が補正温度Ｔｆ３として算出されるため、みかけ上、補正動作が行われない。
時刻ｔ０の瞬間、より正確には検出温度Ｔｄを微少時間検出後、温度補正手段６６は、検出温度Ｔｄの変化を認知し、温度差ΔＴを推定する。そして、温度差ΔＴと時定数τＴから一次遅れの逆特性の曲線を算出する。一次遅れの逆特性の曲線による補正は、制御において一般的に使用される方法の一つであるが、時刻ｔ０直後にきわめて急激に温度Ｔ１の近傍まで、ほぼステップ状に変化するものである。これにより、温度の応答遅れ特性によって生ずる誤差を有効に打ち消すことができる。なお、時定数τＴは温度検出部の構造、材質等の属性によって決定される。
The correction temperature Tf3 is indicated by a one-dot chain line. Before the time t0, the detected temperature Td is in a steady state and the temperature difference ΔT is 0, so the first-order lag curve is nothing but a constant zero line. Therefore, the inverse characteristic curve of the first-order lag is also a zero-constant straight line. That is, theoretically, since the value of zero correction is calculated as the correction temperature Tf3, no correction operation is apparently performed.
At the instant of time t0, more precisely, after detecting the detected temperature Td for a very short time, the temperature correction means 66 recognizes the change in the detected temperature Td and estimates the temperature difference ΔT. Then, a first-order lag inverse characteristic curve is calculated from the temperature difference ΔT and the time constant τT. The correction by the inverse characteristic curve of the first-order lag is one of the methods generally used in the control, but changes almost stepwise almost immediately after the time t0 to the vicinity of the temperature T1. Thereby, an error caused by the temperature response delay characteristic can be effectively canceled. The time constant τT is determined by attributes such as the structure and material of the temperature detector.
濃度検出手段６７は、検出静電容量Ｑｄと補正温度Ｔｆ３とにより、エタノール濃度を検出濃度Ｃｄ３として繰り返し検出する。検出濃度Ｃｄ３を一点鎖線で示す。
検出温度Ｔｄの応答遅れ特性は一次遅れ系の現象であると解析されるため、その逆特性である補正温度Ｔｆ３は、理論上、ステップ状に変化する実際の温度Ｔｒに一致するはずである。しかし実際には、検出温度Ｔｄの初期変化の検出能力、検出誤差などに基づき、補正温度Ｔｆ３に誤差が生じる。特に、初期変化に対しては小さな誤差が大きく変換され、ノイズによる影響も受けやすい。そのため、検出濃度Ｃｄ３は過渡状態初期には誤差が生じやすい。ただし、その後は、検出濃度Ｃｄ３の誤差はきわめて小さいことが期待される。
The concentration detecting means 67 repeatedly detects the ethanol concentration as the detected concentration Cd3 based on the detected capacitance Qd and the correction temperature Tf3. The detected concentration Cd3 is indicated by a one-dot chain line.
Since the response delay characteristic of the detected temperature Td is analyzed as a first-order lag phenomenon, the correction temperature Tf3, which is the reverse characteristic, should theoretically match the actual temperature Tr that changes stepwise. However, in practice, an error occurs in the correction temperature Tf3 based on the detection capability and detection error of the initial change of the detection temperature Td. In particular, a small error is largely converted with respect to the initial change, and is easily affected by noise. Therefore, the detected concentration Cd3 is likely to have an error in the initial transient state. However, after that, the error of the detected density Cd3 is expected to be extremely small.
このように、第３実施形態の液体濃度検出装置を用いることによっても、検出濃度誤差を低減することができる。また、第３実施形態による補正では、検出温度Ｔｄが理想的な一次遅れ特性を有し、かつ、検出温度Ｔｄの初期変化に対する検出能力が十分高ければ、検出濃度Ｃｄ３は、きわめてよい精度で誤差を低減することができるという効果を奏する。 As described above, the detection concentration error can be reduced also by using the liquid concentration detection device of the third embodiment. Further, in the correction according to the third embodiment, if the detected temperature Td has an ideal first-order lag characteristic and the detection capability with respect to the initial change of the detected temperature Td is sufficiently high, the detected concentration Cd3 is an error with very good accuracy. There is an effect that it can be reduced.
（他の実施形態）
上述した複数の実施形態では、自動車用エンジンの燃料供給系統に適用され、燃料に含まれるエタノール濃度を検出する液体濃度検出装置について説明した。これに対し、本発明の液体濃度検出装置は、同様に、温度、静電容量、濃度の相関関係を有する液体であれば、エタノール以外の被検出液の濃度を検出するものであってもよく、自動車用エンジンの燃料供給系統以外に適用されるものであってもよい。
上述した複数の実施形態では、燃料温度の変化と同時にエタノール濃度は変化しない場合について説明したが、エタノール濃度が同時に変化する場合であってもよい。また、変化後の温度Ｔ１が変化前の温度Ｔ０より高温の場合について説明したが、変化後の温度Ｔ１が変化前の温度Ｔ０より低温の場合であってもよい。
(Other embodiments)
In the above-described embodiments, the liquid concentration detection device that is applied to the fuel supply system of the automobile engine and detects the ethanol concentration contained in the fuel has been described. On the other hand, the liquid concentration detection apparatus of the present invention may similarly detect the concentration of a liquid to be detected other than ethanol as long as it has a correlation of temperature, capacitance, and concentration. The invention may be applied to other than the fuel supply system of the automobile engine.
In the above-described embodiments, the case where the ethanol concentration does not change simultaneously with the change of the fuel temperature has been described, but the case where the ethanol concentration changes simultaneously may be used. Further, although the case where the temperature T1 after the change is higher than the temperature T0 before the change has been described, the temperature T1 after the change may be lower than the temperature T0 before the change.
上述した複数の実施形態では、静電容量補正手段あるいは温度補正手段のいずれか一方を用いることにより、濃度検出誤差を低減するものであったが、これらの両方を用いるものであってもよい。
静電容量補正手段によって検出静電容量を補正する場合、実施形態１及び実施形態２の算出方法に限定されず、検出温度の応答遅れ特性と同様の応答遅れ特性を検出静電容量に与えるようにする他の算出方法であってもよい。
温度補正手段によって検出温度を補正する場合、実施形態３の算出方法に限定されず、検出温度の応答遅れ特性によって生ずる誤差を打ち消すようにする他の算出方法であってもよい。
In the above-described embodiments, the density detection error is reduced by using either one of the capacitance correction unit or the temperature correction unit. However, both of them may be used.
When the detected capacitance is corrected by the capacitance correcting means, the method is not limited to the calculation method of the first and second embodiments, and the response delay characteristic similar to the response delay characteristic of the detected temperature is given to the detected capacitance. Other calculation methods may be used.
When the detected temperature is corrected by the temperature correcting means, the calculation method is not limited to the calculation method of the third embodiment, and another calculation method that cancels an error caused by the response delay characteristic of the detected temperature may be used.
上述した複数の実施形態では、静電容量補正手段または温度補正手段は、定常状態でもゼロ補正の値を繰り返し算出するものとして説明した。しかし、定常状態では補正動作を停止し、何らかの信号をトリガーとして入力した時のみ、補正動作を行うものであってもよい。
以上説明したように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
In the above-described embodiments, the capacitance correction unit or the temperature correction unit has been described as repeatedly calculating a zero correction value even in a steady state. However, the correction operation may be stopped only in a steady state and only when a signal is input as a trigger.
As described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the scope of the invention.
１：エタノール濃度センサ（液体濃度検出装置）
８：静電容量検出手段、９：温度検出手段、６３：マイクロコンピュータ
６５：静電容量補正手段、６６：温度補正手段、６７：濃度検出手段
Ｑｄ：検出静電容量、Ｑｆ１、Ｑｆ２：補正静電容量
Ｔｄ：検出温度、Ｔｆ３：補正温度
Ｃｄ０、Ｃｄ１、Ｃｄ２、Ｃｄ３：検出濃度
1: Ethanol concentration sensor (liquid concentration detector)
8: Capacitance detection means, 9: Temperature detection means, 63: Microcomputer 65: Capacitance correction means, 66: Temperature correction means, 67: Concentration detection means Qd: Detection capacitance, Qf1, Qf2: Correction static Electric capacity Td: Detection temperature, Tf3: Correction temperature Cd0, Cd1, Cd2, Cd3: Detection concentration
Claims (1)
前記被検出液の温度を検出温度として検出する温度検出手段と、
前記検出静電容量及び前記検出温度に基づき、前記被検出液の濃度を繰り返し検出する濃度検出手段と、
前記被検出液の実際の温度変化に対する前記検出温度の変化の遅れである応答遅れ特性と同様の応答遅れ特性を与えるように、前記濃度検出手段による濃度の検出に先立って、前記検出静電容量を補正静電容量に補正する静電容量補正手段と、
を備え、
前記静電容量補正手段は、
前記検出温度の変化前後の前記検出静電容量の容量差と、当該検出静電容量についての時定数とによって規定される一次遅れ曲線に基づいて、前記補正静電容量を算出し、
前記検出静電容量が定常状態であるとき、補正ゼロの値を前記補正静電容量として算出することを特徴とする液体濃度検出装置。 A capacitance detection means for detecting the capacitance of the liquid to be detected as a concentration detection target as a detection capacitance;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the liquid to be detected as a detection temperature;
Concentration detecting means for repeatedly detecting the concentration of the liquid to be detected based on the detection capacitance and the detection temperature;
Prior to the detection of the concentration by the concentration detecting means, the detection capacitance so as to give a response delay characteristic similar to a response delay characteristic that is a delay in the change of the detected temperature with respect to an actual temperature change of the liquid to be detected. a capacitance correction unit that corrects the corrected capacitance of,
Equipped with a,
The capacitance correcting means includes
Based on a first order lag curve defined by a capacitance difference of the detected capacitance before and after the change of the detected temperature and a time constant for the detected capacitance, the corrected capacitance is calculated,
When the detected capacitance is in a steady state, a correction zero value is calculated as the corrected capacitance .
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