JP2005201219A - 液体性状判別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波センサを用いた液面検出装置における検出信号処理方法に工夫を凝らして、タンク内の液体の種類を高精度で判別可能な液体性状判別装置を提供する。
【解決手段】 液面検出過程で算出された燃料８中の超音波伝播速度である測定伝播速度Ｖａを、燃料温度Ｔｆにより２０℃における値に補正して補正測定伝播速度Ｖｃとして算出している。一方、制御回路９には、各種液体、たとえば２０℃におけるガソリン、軽油および水内の超音波伝播速度を基準伝播速度データとして予め記憶させている。そして、補正測定伝播速度Ｖｃとこれらの基準伝播速度Ｖｇ、Ｖｄ、Ｖｗとを比較対照することにより、燃料タンク２内の液体種類を判別可能としている。すなわち、補正測定伝播速度Ｖｃと等しい、あるいは最も近い値の基準伝播速度Ｖｇ、Ｖｄ、Ｖｗを有する液体が、燃料タンク２内の液体であると判定される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、タンク内に貯蔵される液体の種類を判別する液体性状判別装置に関するものであり、たとえば自動車に装備される燃料タンク内の燃料の性状を判別する用途に用いて好適である。

従来、タンク内に貯蔵される液体量、つまり液面位置を検出するための手段として、たとえば自動車の燃料タンク内の燃料液面位置を検出する液面位置装置がある。

液面位置装置としては、たとえば、超音波発振素子から液面に向けて超音波を発射し液面からの反射波を受信して液面を検出する方法、つまり非接触式検出法が提案されている。

これは、超音波発振素子から発射された超音波が超音波発振素子と液面間を往復するのに要する時間を計測し、この往復時間と液体中における超音波の伝播速度と基づいて液面を検出するものである。ところで、液体中における超音波の伝播速度は、液体の温度等により変化する。したがって、超音波発振素子を用いて高精度の液面検出を行うためには、たとえば温度センサを設けてタンク内の液体の温度を計測し音速を補正する必要がある。この場合、温度センサを追加するために、液面検出装置の構成部品が増加してコストが上昇するという問題が発生する。

この問題を解決するために、たとえば、液体容器の底部外面に、容器内の上方に向けて超音波を発射可能に超音波センサを取り付け、容器内の下部の予め定めた測定基準高さ位置に、超音波センサからの超音波を超音波センサに向けて反射する超音波反射部材を設置した構成のものがある（たとえば、特許文献１参照）。

この構成によると、超音波センサは２種類のデータ、すなわち、超音波センサ〜液面間往復時間および超音波センサ〜反射部材間往復時間を検出する。超音波センサ〜反射部材間距離は既知であるとともに不変である。したがって、この超音波センサ〜反射部材間距離と、超音波センサにより検出される超音波が超音波センサと反射部材間を往復するのに要する時間とから、その時点に於ける超音波の液体中の伝播速度が直接且つ正確に算出できる。このようにして求めた超音波の液体中の伝播速度と超音波センサと液面間往復時間とから、液面位置を高精度で検出することができる。

したがって、特許文献１に記載の液面検出装置によれば、音速補正用の温度センサを不要としてコスト上昇を抑制しつつ、液面位置を高精度で検出可能な液面検出装置を実現することができる。
特開平２００１−２０８５９５号公報

ところで、タンク内に貯蔵される液体の液面位置を精度良く検出すると同時に液体の種類を正確の判別することができるような液体性状判別装置に対する強い要求がある。このような液体性状判別装置が要求される用途の一つとして、たとえば自動車の燃料タンクがある。

自動車の燃料タンク内に貯蔵される液体、すなわち燃料としては、通常、ガソリンおよび軽油が広く用いられている。給油所、いわゆるガソリンスタンドにおいては、これら２種類の燃料を、顧客の希望に応じて供給している。また、一般にガソリンスタンドにおいて、１つの給油設備は、ガソリンおよび軽油の両方を給油可能に構成されている。

このため、運転手あるいは給油作業員の勘違い等により、異種燃料が自動車の燃料タンクに注入される可能性がある。自動車の燃料タンクに正規の燃料とは異なる種類の燃料が給油された場合、エンジンが正常に運転できない、あるいは再始動できないといった不具合が発生し、その修復のためには、燃料タンク内の燃料を完全に入れ替える必要がある。

しかしながら、上述した液面検出装置においては、液面位置の検出は高精度で行えるものの、液体の種類の判別を行うことができない。

したがって、車両や自動車等においては、間違って異種燃料が給油された場合、それを検出することはできない。

本発明は上記のような点に鑑みなされたものであり、その目的は、超音波センサにより液面等からの反射波を受信する際の検出信号処理方法に工夫を凝らして、タンク内の液体の種類を高精度に判別可能とすることができる液体性状判別装置を提供することである。

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。

本発明の請求項１に記載の液体性状判別装置では、タンク内に貯蔵される液体の液面に向けて超音波発振素子から超音波を発射し、超音波が液面において反射し超音波発振素子に戻るまでの往復時間に基づく検出データによりタンク内の液面位置を検出するようにした制御手段を備えた装置であって、制御手段は、異なる複数の種類の液体に対応した往復時間に基づく基準データを格納した液体判別手段を有し、液体判別手段は検出データと基準データとを比較することにより、タンク内の液体の種類を判別する構成とした。

本発明の請求項１に記載の液体性状判別装置では、液面を検出するために超音波発振素子を備え、液面に向けて超音波を発射している。

一般に、液体中における音波の伝播速度ｃは、ｃ＝（Ｋ／ρ）^０．５と表される。ここで、Ｋは液体の体積弾性係数、ρは液体の密度である。

ところで、液体の体積弾性係数Ｋ、液体の密度ρは、液体の種類により異なっているので、液体中における超音波の伝播速度ｃは液体の種類毎に固有の値となる。したがって、液体中における超音波の伝播速度を検出し、制御手段に予め格納される基準データと対照することにより、液体の種類を判別することが可能となる。

この場合、制御手段に予め格納される基準データとしては、タンク内に誤って注入される可能性のある液体、およびタンク内に混入滞留する可能性のある液体に関するデータとすればよい。

これにより、タンク内の液体の種類を高精度に判別することができる液体性状判別装置を提供できる。

本発明の請求項２に記載の液体性状判別装置では、超音波素子が発射した超音波を液体の液面に向けて反射させる測定用反射部材と、超音波素子が発射した超音波を超音波素子に向けて反射させる校正用反射部材とを備え、制御手段は、超音波素子から発射された超音波が超音波素子と校正用反射部材との間を往復する時間である第１往復時間と、超音波素子から発射された超音波が測定用反射部材経由で超音波素子と液面との間を往復する時間である第２往復時間とに基づいて液面位置を検出する構成としている。

この場合、超音波発振素子から発射された超音波が超音波発振素子と反射部材経由で液面間を往復する時間である第２往復時間は、液面位置の変動に応じて変化するが、超音波発振素子から発射された超音波が超音波発振素子と校正用反射部材間を往復する時間である第１往復時間は、超音波発振素子と校正用反射部材間の距離が一定であるため常に同じ値となる。

ところで、液体温度が変化すると液体内における超音波の伝播速度も変化するが、第１往復時間と第２往復時間の比は変わらない。

したがって、第１往復時間に基づいて液体内における超音波の伝播速度を算出し、その伝播速度と第２往復時間とから液面位置を算出することにより、液体温度を検出し、それに基づいて超音波の伝播速度を補正することなく、液面位置を正確に検出することが可能となる。

これにより、液面位置を高精度で検出することができ、且つタンク内の液体の種類を高精度に判別することができる液体性状判別装置を提供できる。

本発明の請求項３に記載の液体性状判別装置では、検出データ、基準データは往復時間あるいは往復時間から算出した伝播速度である構成としている。

一般に、液体中における音波の伝播速度ｃは、ｃ＝（Ｋ／ρ）^０．５と表される。ここで、Ｋは液体の体積弾性係数、ρは液体の密度である。

液体の体積弾性係数Ｋ、液体の密度ρは、液体の種類により異なっているので、液体中における超音波の伝播速度は液体毎に固有の値となる。このため、超音波が液体内における既知の距離を往復するのに要する往復時間も液体の種類により固有の値となる。

したがって、液体中の既知の距離を超音波が往復する往復時間を検出し制御手段に予め格納される基準データ（往復時間データ）と対照する、あるいは液体中における超音波の伝播速度を検出し制御手段に予め格納される基準データ（伝播速度データ）と対照することにより、液体の種類を高精度で判別することが可能となる。

この場合、制御手段に予め格納される基準データとしては、タンク内に誤って注入される可能性のある液体、およびタンク内に混入滞留する可能性のある液体に関するデータとすればよい。

これにより、タンク内の液体の種類を高精度に判別することができる液体性状判別装置を提供できる。

本発明の請求項４に記載の液体性状判別装置では、液体の温度を検出する温度検出手段を備え、検出データ、基準データは、温度検出手段により検出した液体の温度により補正される構成としている。

液体中における超音波の伝播速度は、液体の種類により変化すると同時に、同一液体中においても、液体の温度が変化すると、それに対応して超音波の伝播速度も変化する。

そこで、制御装置に予め記憶させる各種液体の基準往復時間データを、たとえば２０℃における値とし、且つ測定した第１往復時間を温度検出手段により検出した液体の温度に基づいて２０℃における値に補正して補正第１往復時間を算出し、この補正第１往復時間と制御装置に予め記憶されている各種液体の基準往復時間データとを比較対照すれば、より正確に液体の種類を判定することができる。

本発明の請求項５に記載の液体性状判別装置では、報知手段を備え、液体判別手段により基準の液体とは異なる種類の液体を判別した際に報知手段を作動させる構成としている。

これにより、タンク内に貯蔵される液体が、正規の液体とは異なる種類の液体であることを作業者に認知させることができる。これにより、作業者が必要且つ所定の処置を行うことにより、タンク内に所定の種類と異なる種類の液体が注入された、あるいは混入したことによる不具合発生を未然に防止することができる液体性状判別装置を実現できる。

本発明の請求項６に記載の液体性状判別装置では、制御装置は、タンクに液体が補給された場合においてのみ液体判別手段を作動させる構成としている。

ここで、一般的に、タンク内に貯蔵される液体の種類が、所定の種類とは異なる種類になる原因は、タンク内にへの液体補給時において、補給する液体を間違えることが大部分を占める。言い換えると、タンクに液体が補給された場合に必ず液体判別手段を作動させて液体の種類を判定すれば、間違えて異なる種類の液体を補給したことを確実に検出することができる。

これにより、制御装置による液体判別手段の作動頻度を必要十分に小さくして、制御装置の消費電力を節約することができる。

以下、本発明の第１実施形態による液体性状判別装置を、自動車の燃料タンク内の燃料液面位置を検出するための燃料液面検出装置１に適用した場合を例に図に基づいて説明する。

（第1実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１が搭載されている、液体としての燃料８を貯蔵するタンクである燃料タンク２の部分断面図である。図１において、図の上下方向が自動車の上下方向である。また、図1中における二点鎖線は、燃料タンク２内の燃料貯蔵量が最大のとき、つまり満タン時の液面８２である。

図２は、図1中のＩＩ矢視図である。

図３は、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１における電気回路構成を説明する模式図である。

燃料液面検出装置１は、図１に示すように、大きくは、超音波発振素子である超音波センサ３、反射部材である測定用反射面５４、校正用反射面５３から構成されている。ここで、測定用反射面５４および校正用反射面５３は、超音波センサ３と測定用反射面５４間の超音波伝播経路を形成するガイドパイプ５に一体的に形成されるとともに、超音波センサ３も、このガイドパイプ５に固定されている。また、ガイドパイプ５には、測定用反射面５４と液面８１間の超音波伝播経路を形成するガイドパイプ６が固定されている。そして、ガイドパイプ５が、図１に示すように、燃料タンク２内の底面２１に固定されることにより、燃料液面検出装置１が、燃料タンク２に取り付けられる。

以下に、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１の構成について説明する。

超音波発振素子である超音波センサ３は、図１に示すように、ブラケット４を介して後述するガイドパイプ５の一端に固定されている。すなわち、図１に示すように、超音波を発射する発振面３１をガイドパイプ５の他端側に向けて固定されている。

超音波センサ３は、ピエゾ効果（電圧が印加されると体積が変化する一方、外部から力を受けると電圧を発生する特性）を有する物質、たとえばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）から形成されている。超音波センサ３は、図１に示すように、外部の電気回路に接続するためのリード線７を備えており、リード線７は、ブラケット４外へ延出されて燃料タンク２の外へ気密的に引き出されている。また、超音波センサ３の発振面３１は円形に形成されている。

ブラケット４は、樹脂、あるいは金属から、図１に示すように、略有底円筒状に形成され、その底部４２に超音波センサ３が、たとえば接着等により固定されている。また、ブラケット４の開口端側（図１の右側）には、図１に示すように、プラグ１３が接着あるいは圧入等により固定されている。プラグ１３は、超音波センサ３から引き出されたリード線７が挿通されてそれを保持するとともに、ブラケット４内への異物の侵入を防止している。また、ブラケット４は、ガイドパイプ５の一端側（図１において右側）に、超音波センサ３の発振面３１をガイドパイプ５の他端（図１において左側）に向けて、すなわち、超音波センサ３が発射する超音波が、ガイドパイプ５内を他端側に向けて伝播するようにして固定されている。

リード線７を介して超音波センサ３にパルス状電圧が印加されると、発振面３１が振動し、発振面３１の振動がブラケット４の底部４２へ伝わり、さらにブラケット４の外側の表面４１から燃料８中に超音波が発射される。一方、この超音波が、液面８１あるいは校正用反射面５３で反射し、それらの反射波がブラケット４の表面４１を介して発振面３１に到達し、その圧力作用により発振面３１が振動すると超音波センサ３は電圧を発生し、それが出力信号としてリード線７を介して外部に出力される。

また、ブラケット４には、図１に示すように、燃料８の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ１４が取り付けられている。温度センサ１４は、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においては、サーミスタが用いられている。温度センサ１４は、リード線１４ａを介して外部の電気回路に接続されている。

ガイドパイプ５は、たとえば、樹脂材料あるいは金属材料から形成されている。本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１では、ガイドパイプ５を、アルミニウムダイカスト用合金により形成している。ガイドパイプ５の一端側（図１において右側）には、ブラケット４を介して超音波センサ３が取り付けられている。

また、ガイドパイプ５の他端側（図１において左側）には、超音波センサ３から発射された超音波を燃料タンク２内の液面８１に向けて反射する反射壁である測定用反射面５４が、ガイドパイプ５と一体成型により設けられている。測定用反射面５４は、図１に示すように、超音波センサ３から発射され超音波センサ３の軸上の伝播経路Ａを進む超音波を、液面８１へ向けて反射する。本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においては、測定用反射面５４は、液面８１への入射角が０°となる方向に、つまり液面８１に直交する方向に反射するように配置されている。すなわち、測定用反射面５４は、図１に示すように、液面に対して４５°傾斜させて設けられている。これにより、超音波センサ３の発振面３１から発射され超音波センサ３の軸上の伝播経路Ｂを進む超音波は、測定用反射面５４で反射して液面８１に到達し液面８１で反射した後、往路と同じ経路を辿って発振面３１に入射する。

また、ガイドパイプ５には、超音波センサ３と測定用反射面５４との間の超音波伝播経路である大径部５１および小径部５２が設けられている。すなわち、図１に示すように、ガイドパイプ５の超音波センサ３側から大径部５１、小径部５２の順番で配置されている。ここで、大径部５１の直径ｄ１は小径部５２の直径ｄ２より大きく設定されるとともに、大径部５１および小径部５２は互いに同軸上に形成されている。また、大径部５１および小径部５２は、超音波センサ３の発振面３１と同軸上に配置されている。

上述したように、超音波センサ３と測定用反射面５４との間の超音波伝播経路を、大径部５１および小径部５２から構成したことにより、両者の接続部に段部が形成される。本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においては、この段部を校正用反射面５３として利用している。校正用反射面５３は、図２に示すように、外径ｄ１、内径ｄ２、且つ外径と内径が同軸上の円環形状をなしている。また、校正用反射面５３は、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においては、大径部５１および小径部５２内における超音波の進行方向、すなわち伝播経路Ｂに垂直な平面として形成されている。したがって、超音波センサ３から発せられた超音波の一部は、図１中に示す伝播経路Ａを辿って校正用反射面５３に入射し、そこで反射して、再び伝播経路Ａを辿って超音波センサ３に入射する。

ガイドパイプ５には、図１に示すように、測定用反射面５４および液面８１間の超音波伝播経路であるガイドパイプ６が装着されている。

ガイドパイプ６は、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１では、ステンレス鋼製の円管から形成されている。ガイドパイプ６は、図１に示すように、ガイドパイプ５に設けられた固定孔５５に、たとえば圧入あるいは接着等により固定されることにより、ガイドパイプ５に固定されている。また、ガイドパイプ６の液面８１側先端位置は、図１に示すように、燃料タンク２内の燃料８貯蔵量が最大であるとき、つまり満タン時における液面８２よりも、長さＫだけ上方に突き出すように設定されている。

次に、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１の電気回路構成について、図３に基づき説明する。

図３の電気回路構成図に示すように、制御回路９は、イグニッションスイッチ１１を介してバッテリ１２に接続されている。また、制御回路９には、超音波センサ３が接続されている。また、制御回路９には、温度センサ１４が接続されている。また、制御回路９には、表示部１０が接続されている。

制御回路９は、たとえばマイクロコンピュータ等から構成され、超音波センサ３へパルス状電圧信号を印加するためのパルス発生回路９１、超音波センサ３から出力される反射波受信信号を処理し、それに基づいて液面８１位置を算出する演算回路９２、演算回路９２により算出された液面位置信号に基づき表示部１０を駆動する駆動信号を出力する駆動回路９３から構成されている。

演算回路９３は、液面８１位置の算出に加えて、燃料８の種類、つまり液体の種類判定も実施する。すなわち、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においては、演算回路９３は、液体判別手段としての機能も兼ね備えている。

また、駆動回路９３には、図３に示すように、報知手段である赤色発光ダイオード１５、橙色発光ダイオード１６、ブザー１７が接続されている。演算回路９３により、燃料タンク２内の燃料８が所定の種類ではないと判定された場合、駆動回路９３は、赤色発光ダイオード１５または橙色発光ダイオード１６を点灯駆動するとともに、ブザー１７を吹鳴させて運転者に注意を喚起する。すなわち、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においては、演算回路９３も、液体判別手段としての機能も兼ね備えている。

制御回路９は、イグニッションスイッチ１１がＯＮされてバッテリ１２から電力が供給されると、燃料液面検出装置１は作動を開始する。

表示部１０は、たとえば指針計器あるいは液晶パネル等からなり、自動車の運転席正面のコンビネーションメータ（図示せず）内に設置されている。表示部１０は、制御回路９の駆動回路９３に駆動されて演算回路９２により算出された液面８１位置、すなわち燃料タン内２の燃料８残量を運転者が視認可能に表示する。

次に、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１における、燃料液面検出作動について説明する。

パルス発生回路９１によりパルス状電圧信号を印加されると、超音波センサ３がパルス状の超音波を燃料タンク２内の燃料８中に発射すると、超音波センサ３の発振面３１が振動し、発振面３１の振動がブラケット４の底部４２へ伝わり、さらにブラケット４の外側の表面４１から超音波が燃料８中に発射される。この超音波の一部は、ガイドパイプ５内を図１中に示す伝播経路Ａを辿って進行して校正用反射面５３に入射する。そこで反射されて、再び伝播経路Ａを辿って超音波センサ３の発振面３１に入射する。一方、超音波センサ３から燃料８中に発射されたパルス状超音波の一部は、ガイドパイプ５内を図１中に示す伝播経路Ａを辿って進行して測定用反射面５４に入射する。そこで反射されて、ガイドパイプ６内を図１中に示す伝播経路Ｃを辿って液面８１へ向かって進む。さらに、液面８１で反射されて、往路と同一の経路、すなわち再び伝播経路Ｃ、測定用反射面５４、伝播経路Ｂを経て超音波センサ３に入射する。

すなわち、超音波センサ３は、パルス発生回路９１に駆動されて１つの超音波パルスを発射すると、それに対応して、上述したように２つの反射パルス、つまり校正用反射面５３からの反射パルスと液面８１からの反射パルスとを受信する。超音波センサ３から校正用反射面５３までの伝播経路長さは、図１から明らかなように、超音波センサ３から液面８１までの伝播経路長さよりも短いので、超音波センサ３は、先ず、校正用反射面５３からの反射パルスを受信し、次に、液面８１からの反射パルスを受信する。超音波センサ３は、これらの反射パルスを受信する度に電圧信号を発生し、この電圧信号は演算回路９２に入力される。

演算回路９２は、パルス発生回路９１がパルス状電圧信号を発してから上述の２つの反射パルスを検出するまでの時間、すなわち、超音波が超音波センサ３１と校正用反射面５３間を往復する時間である第１往復時間ｔ１と、超音波が超音波センサ３１と測定用反射面５４経由で液面８１間を往復する時間である第２往復時間ｔ２とをそれぞれ算出する。

ここで、校正用反射面５３は、超音波センサ３に対して予め定められた位置に設けられている。すなわち、校正用反射面５３と超音波センサ３との距離が既知である。したがって、演算回路９２は、パルス発生回路９１がパルス状電圧信号を発してから校正用反射面５３からの反射パルスを受信するまでの時間と校正用反射面５３と超音波センサ３との距離に基づいて、燃料８中における超音波パルスの伝播速度である測定伝播速度Ｖ１を算出する。次に、このようにして算出した燃料８中における超音波パルスの伝播速度である測定伝播速度Ｖ１とパルス発生回路９１がパルス状電圧信号を発してから液面８１からの反射パルスを受信するまでの時間である第２往復時間ｔ２とに基づいて、液面８１位置、つまり図１中における液面８１高さＨを算出し、さらに予め記憶されている燃料タンク２形状に基づいて、燃料タンク２内の燃料８残量を算出する。

ところで、液体中における超音波パルスの伝播速度は、液体の温度が変化するとそれに連れて変化するが、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においては、校正用反射面５３を設けて第１往復時間ｔ１を算出し、それにより、その時点における燃料８中における超音波パルス伝播速度を正確に算出できる。したがって、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においては、液面検出作動においては、温度センサ１４で検出した燃料８温度のデータは用いていない。

駆動回路９３は、表示部１０に演算回路９２が算出した液面８１高さＨあるいは燃料８残量を表示させるための信号、たとえば指針軸（図示せず）を液面８１高さＨあるいは燃料８残量に対応した角度まで回動させるための駆動信号を出力する。これにより、表示部１０により燃料タンク２内の液面８１高さＨあるいは燃料８残量が表示される。

次に、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１の特徴である、制御回路９による液体種類判別作動について説明する。

ここで、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１において、燃料８はガソリンとすれば、ガソリンスタンドにおいて燃料タンク２へ給油する場合、正規の燃料８はガソリンであり、間違えて給油される可能性が高い燃料は軽油となる。

したがって、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においては、制御回路９の液体判定回路９４は、燃料タンク２内の液体が、ガソリンか、軽油か、水かを判定することになる。

図４は、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１における制御回路９の作動を説明するフローチャートである。

図４中の、Ｓ（ステップ）１０１からＳ１０８までにおいては、液面８１位置を検出、燃料タンク２内の残存燃料量Ｒ算出して、残存燃料量Ｒを表示部１０に表示させる。続いて、図４中のＳ１０９からＳ１２０までにおいて、燃料タンク２内の液体の種類判別を実施している。

最初に、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１の制御回路９による液面８１検出〜残存燃料量Ｒ表示作動について説明する。

運転者によりイグニッションスイッチ１１がＯＮされると、制御回路９は作動を開始する。

先ず、Ｓ（ステップ）１０１にて、パルス発生回路９１が駆動されて超音波センサ３から超音波パルスが発射される。

次に、Ｓ１０２にて、演算回路９２により、校正用反射面５３からの反射波、および測定用反射面５４を経由して液面８１からの反射波がそれぞれ検出される。

次に、Ｓ１０３にて、演算回路９２により、超音波センサ３と校正用反射面５３間の往復時間である第１往復時間ｔ１が算出される。

次に、Ｓ１０４にて、演算回路９２により、超音波センサ３と測定用反射面５４経由液面８１間の往復時間である第２往復時間ｔ２が算出される。

次に、Ｓ１０５にて、第１往復時間ｔ１に基づいて、この時点における燃料８中の超音波伝播速度である測定伝播速度Ｖａが算出される。

次に、Ｓ１０６にて、測定伝播速度Ｖａに基づいて、液面８１位置Ｈが算出される。

次に、Ｓ１０７にて、液面８１位置Ｈに基づいて、燃料タンク２内の燃料量である残存燃料量Ｒが算出される。

次に、Ｓ１０８にて、駆動回路９３により表示部１０が駆動されて、表示部１０に残存燃料量Ｒが表示される。

以上が、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１の制御回路９による液面８１検出〜残存燃料量Ｒ表示作動である。

続いて、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１の特徴である、制御回路９による液体種類判別作動について説明する。

先ず、Ｓ１０９にて、燃料温度Ｔｆが検出される。

次に、Ｓ１１０にて、演算回路９２により、燃料温度Ｔｆに基づいて測定伝播速度Ｖａを補正して、補正測定伝播速度Ｖｃが算出される。ここで、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においては、補正測定伝播速度Ｖｃは２０℃における値として算出される。

次に、Ｓ１１１にて、演算回路９２において、補正測定伝播速度Ｖｃと基準伝播速度データである基準伝播速度Ｖｇとの差が算出される。基準伝播速度Ｖｇは、燃料８、すなわちガソリンの２０℃における超音波伝播速度であり、予め演算回路９２内の記憶部（図示せず）に記憶されている。

このとき、補正測定伝播速度Ｖｃと基準伝播速度Ｖｇとの差が誤差範囲Ｅより小さければ、補正測定伝播速度Ｖｃは基準伝播速度Ｖｇとほぼ等しい、すなわち燃料８はガソリンであると判定される。

したがって、報知手段である、赤色発光ダイオード１５、橙色発光ダイオード１６およびブザー１７を作動させる必要はなく、Ｓ１１２にて両発光ダイオード１５、１６は消灯され、Ｓ１１３においてブザー１７は停止される。

Ｓ１１１において、補正測定伝播速度Ｖｃと基準伝播速度Ｖｇとの差が誤差範囲Ｅより大きければ、燃料８はガソリン以外の液体であるものと判断され、以下に説明するように、液体の種類を特定するための動作へ移行する。

次に、Ｓ１１４にて、演算回路９２において、補正測定伝播速度Ｖｃと基準伝播速度データである基準伝播速度Ｖｄとの差が算出される。基準伝播速度Ｖｄは、軽油の２０℃における超音波伝播速度であり、予め演算回路９２内の記憶部（図示せず）に記憶されている。

このとき、補正測定伝播速度Ｖｃと基準伝播速度Ｖｄとの差が誤差範囲Ｅより小さければ、補正測定伝播速度Ｖｃは基準伝播速度Ｖｄとほぼ等しい、すなわち燃料８は軽油であると判定される。

したがって、演算回路９２は、燃料８は軽油であるとの判定を下し、駆動回路９３に報知手段である、赤色発光ダイオード１５、およびブザー１７を駆動させるように指令を発する。

ガソリンエンジンに燃料として軽油が供給されるとエンジンは始動不能となる。このため、速やかに、燃料タンク２内を空にした上で改めてガソリンを供給するとともに、燃料タンク２からエンジンまでの燃料経路内を清掃しガソリンで満たす等の処置をとる必要がある。

このために、Ｓ１１５にて赤色発光ダイオード１５が点灯されると同時に、Ｓ１１６にてブザー１７が吹鳴されて、運転者に、必要な処置を講ずることを確実に促している。

Ｓ１１４において、補正測定伝播速度Ｖｃと基準伝播速度Ｖｄとの差が誤差範囲Ｅより大きければ、燃料８はガソリンおよび軽油以外の液体であるものと判断され、Ｓ１１７が実行される。

次に、Ｓ１１７にて、演算回路９２において、補正測定伝播速度Ｖｃと基準伝播速度データである基準伝播速度Ｖｗとの差が算出される。基準伝播速度Ｖｗは、水の２０℃における超音波伝播速度であり、予め演算回路９２内の記憶部（図示せず）に記憶されている。

このとき、補正測定伝播速度Ｖｃと基準伝播速度Ｖｗとの差が誤差範囲Ｅより小さければ、補正測定伝播速度Ｖｃは基準伝播速度Ｖｗとほぼ等しい、すなわち燃料８は水であると判定される。

したがって、演算回路９２は、燃料８は水であるとの判定を下し、駆動回路９３に報知手段である、橙色発光ダイオード１６、およびブザー１７を駆動させるように指令を発する。

このために、Ｓ１１８にて橙色発光ダイオード１６が点灯されると同時に、Ｓ１１９にてブザー１７が吹鳴されて、運転者に、必要な処置を講ずることを確実に促している。

ところで、燃料タンク２内に給油時に水が注入されることは通常は有り得ない。燃料タンク２内への水の滞留は、雨天等に給油する際に微量の水滴が給油口から浸入する、あるいは、燃料タンク２内の空気中の水蒸気が温度降下により結露して燃料８中に混入する等により発生する。また、水の比重量は、燃料８、すなわちガソリンや軽油の比重量より大きいため、水は、燃料タンク２内の底部に滞留する。言い換えると、燃料液面検出装置１周辺、たとえば、ガイドパイプ５内部に滞留する。

これにより、燃料タンク２内に滞留する水の量がある量に達すると、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１は、上述したように、それを確実に検出することができる。

Ｓ１１７において、補正測定伝播速度Ｖｃと基準伝播速度Ｖｗとの差が誤差範囲Ｅより大きければ、燃料８はガソリン、軽油および水以外の液体であるものと判断される。

この場合、運転者は、燃料タンク２内の液体が何であるか、速やかに確認する必要がある。

そこで、演算回路９２は、駆動回路９３に指令を発して、Ｓ１２０にて、赤色発光ダイオード１５および橙色発光ダイオード１６が同時に点灯される。

以上説明した、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においては、液面検出動作過程で算出された燃料８中の超音波伝播速度である測定伝播速度Ｖａを、燃料温度Ｔｆにより２０℃における値に補正して補正測定伝播速度Ｖｃとして算出している。一方、制御回路９には、各種液体、たとえば２０℃におけるガソリン、軽油および水内の超音波伝播速度を基準伝播速度データとして予め記憶させている。そして、補正測定伝播速度Ｖｃとこれらの基準伝播速度Ｖｇ、Ｖｄ、Ｖｗとを比較対照することにより、燃料タンク２内の液体種類を判別可能としている。すなわち、補正測定伝播速度Ｖｃと等しい、あるいは最も近い値の基準伝播速度を有する液体が、タンク内の液体であると判定される。

これにより、容易且つ正確に、燃料タンク２内の液体種類を判別できるので、燃料タンク２内に所定の種類の液体、つまりガソリンと異なる種類の液体が注入された、あるいは混入した状態で自動車を作動させることによる不具合発生を未然に防止することのできる燃料液面検出装置１を実現することができる。

ここで、以上説明した、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１においては、超音波の伝播速度の比較対照を、２０℃におけるデータを用いて行っている。つまり、同一条件下温度で行っている。これにより、液体判別を高精度で行うことができる。

なお、燃料タンク２内の燃料温度の変化範囲が限定される場合等においては、温度センサ１４を省略して、補正測定伝播速度Ｖｃではなく、測定伝播速度Ｖａを用いて液体判別を行っても良い。

（第２実施形態）
図５に、本発明の第２実施形態による燃料液面検出装置１における制御回路９の作動を説明するフローチャートを示す。なお、図５において、液面検出動作関係部分、すなわちＳ１０１〜Ｓ１０８は、第１実施形態の場合と同じであるので、省略している。

本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１では、液体判別を液体中の超音波伝播速度に基づいて行っている。これに対して、本発明の第２実施形態による燃料液面検出装置１では、液体判別を超音波センサ３と校正用反射面５３間の往復時間である第１往復時間ｔ１に基づいて実施している。

以下、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１と同様の部分については説明を省略し、本発明の第２実施形態による燃料液面検出装置１固有の部分についてのみ説明する。

図５に示すように、Ｓ１２１において、Ｓ１０９で検出した燃料温度Ｔｆに基づいて、第１往復時間ｔ１を補正して、補正往復時間ｔｃが算出される。ここで、本発明の第２実施形態による燃料液面検出装置１においては、補正往復時間ｔｃは２０℃における値として算出される。

次に、Ｓ１２２にて、演算回路９２において、補正往復時間ｔｃと基準往復時間データである基準往復時間ｔｇとの差が算出される。基準往復時間ｔｇは、燃料８がガソリンの場合の２０℃における第１往復時間であり、予め演算回路９２内の記憶部（図示せず）に記憶されている。

このとき、補正往復時間ｔｃと基準往復時間ｔｇとの差が誤差範囲Ｆより小さければ、補正往復時間ｔｃは基準往復時間ｔｇとほぼ等しい、すなわち燃料８はガソリンであると判定される。

したがって、報知手段である、赤色発光ダイオード１５、橙色発光ダイオード１６およびブザー１７を作動させる必要はなく、Ｓ１２３にて両発光ダイオード１５、１６は消灯され、Ｓ１２４においてブザー１７は停止される。

Ｓ１２２において、補正往復時間ｔｃと基準往復時間ｔｇとの差が誤差範囲Ｆより大きければ、燃料８はガソリン以外の液体であるものと判断され、以下に説明するように、液体の種類を特定するための動作へ移行する。

次に、Ｓ１２５にて、演算回路９２において、補正往復時間ｔｃと基準往復時間データである基準往復時間ｔｄとの差が算出される。基準往復時間ｔｄは、軽油の場合の２０℃における第１往復時間であり、予め演算回路９２内の記憶部（図示せず）に記憶されている。

このとき、補正往復時間ｔｃと基準往復時間ｔｄとの差が誤差範囲Ｆより小さければ、補正往復時間ｔｃは基準往復時間ｔｄとほぼ等しい、すなわち燃料８は軽油であると判定される。

これにより、演算回路９２は、燃料８は軽油であるとの判定を下し、駆動回路９３に報知手段である、赤色発光ダイオード１５、およびブザー１７を駆動させるように指令を発し、Ｓ１２６にて赤色発光ダイオード１５が点灯されると同時に、Ｓ１２７にてブザー１７が吹鳴されて、運転者に、必要な処置を講ずることを確実に促すことができる。

Ｓ１２５において、補正往復時間ｔｃと基準往復時間ｔｄとの差が誤差範囲Ｆより大きければ、燃料８はガソリンおよび軽油以外の液体であるものと判断され、Ｓ１２８が実行される。

次に、Ｓ１２８にて、演算回路９２において、補正往復時間ｔｃと基準往復時間データである基準往復時間ｔｗとの差が算出される。基準往復時間ｔｗは、水の場合の２０℃における第１往復時間であり、予め演算回路９２内の記憶部（図示せず）に記憶されている。

このとき、補正往復時間ｔｃと基準往復時間ｔｗとの差が誤差範囲Ｆより小さければ、補正往復時間ｔｃは基準往復時間ｔｗとほぼ等しい、すなわち燃料８は水であると判定される。

これにより、演算回路９２は、燃料８は水であるとの判定を下し、駆動回路９３に報知手段である、橙色発光ダイオード１６、およびブザー１７を駆動させるように指令を発し、Ｓ１２９にて橙色発光ダイオード１６が点灯されると同時に、Ｓ１３０にてブザー１７が吹鳴され、運転者に、必要な処置を講ずることを確実に促すことができる。

Ｓ１２８において、補正往復時間ｔｃと基準往復時間ｔｗとの差が誤差範囲Ｆより大きければ、燃料８はガソリン、軽油および水以外の液体であるものと判断される。

この場合、運転者は、燃料タンク２内の液体が何であるか、速やかに確認する必要がある。

そこで、演算回路９２は、駆動回路９３に指令を発して、Ｓ１３１にて、赤色発光ダイオード１５および橙色発光ダイオード１６が同時に点灯される。

以上説明したように、本発明の第２実施形態による燃料液面検出装置１においても、容易且つ正確に、燃料タンク２内の液体種類を判別できるので、燃料タンク２内に所定の種類の液体、つまりガソリンと異なる種類の液体が注入されたことを確実に判別することができる。

なお、以上説明した、本発明の第１、第２実施形態による燃料液面検出装置１において、液体種類判別動作は、液面位置検出動作と一体的に連続して行われる構成としているが、液面位置検出動作を常時行う必要はなく、所定の規則にしたがって実施時期を限定しても良い。たとえば、図示されていないが、運転者によりイグニッションスイッチ１２がＯＮされた直後に１回ないし数回実施してもよい。あるいは、燃料タンク２に燃料が補給された直後且つ運転者によりイグニッションスイッチ１２がＯＮされた直後に１回ないし数回実施してもよい。この場合、燃料タンク２に燃料が補給されたことは、たとえば、自動車の燃料給油口の蓋が開閉されたことを検出するセンサを設けることにより検出可能である。

また、以上説明した、本発明の第１、第２実施形態による燃料液面検出装置１においては、報知手段として、赤色発光ダイオード１５および橙色発光ダイオード１６を用いているが、発光色をこれらに限定する必要はなく、他の色を用いてもよい。また、表示部１０等が装着される文字板（図示せず）に、報知手段として、表示部（図示せず）を透光性着色処理を施して形成してもよい。その場合、赤色発光ダイオード１５および橙色発光ダイオード１６を白色発光ダイオード、あるいは電球等に置き換えても良い。あるいは、液晶ディスプレイにて燃料の性状、すなわち燃料の種類をメッセージ表示するようにしても勿論よい。

また、以上説明した、本発明の第１、第２実施形態による燃料液面検出装置１においては、報知手段として、ブザー１７を用いているが、いわゆる電磁式のブザーに限定する必要は無く、電子回路により各種警告音を合成しスピーカ等により発音させてもよい。

（第３実施形態）
図６に、本発明の第３実施形態による燃料液面検出装置１が搭載されている燃料タンク２の部分断面図を示す。なお、図６中において、図１と同一部位には同一符号を付してある。

本発明の第３実施形態による燃料液面検出装置１では、本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１におけるガイドパイプ５を廃止して、ガイドパイプ６の下端部に超音波素子３を固定している。そして、超音波素子３は、図６に示すように、直接液面８１に向けて超音波を発射可能な姿勢で取り付けられている。

本発明の第３実施形態による燃料液面検出装置１においては、超音波素子３から超音波を発射するとともに液面８１からの反射波を受信して、超音波が超音波素子３、液面８１間を往復する時間を算出し、それに基づいて液面８１を検出している。

また、本発明の第３実施形態による燃料液面検出装置１においては、液体種類判別動作は、燃料タンク２に燃料８が給油された直後においてのみ実施している。

自動車への燃料８給油時においては、燃料タンク２を満タン状態とすることが一般的である。また、満タン状態における液面位置である最高液面８２位置は、毎回の給油時においてほぼ同一位置であり、且つ超音波素子３の発振面３１〜最高液面８２間距離は既知の値である。

したがって、給油直後に測定された超音波による超音波素子３の発振面３１〜最高液面８２間往復時間である測定往復時間と、予め制御回路９に記憶されている各種液体（燃料）内における発振面３１〜最高液面８２間往復時間である基準往復時間とを比較対照することにより、燃料タンク２内に給油された液体の種類を確実に判別することができる。

通常、給油時には、安全のためイグニッションスイッチ１１はＯＦＦとなっている。また、燃料タンク２への給油完了は、給油口の蓋の開閉を検出する、あるいは給油口への給油ノズル着脱を検出する等の方法で検知することができる。

すなわち、本発明の第３実施形態による燃料液面検出装置１においては、燃料タンク２への給油完了検出後、最初にイグニッションスイッチ１１がＯＮされた時点で液体種類判別動作が実施される。

これにより、本発明の第３実施形態による燃料液面検出装置１においても、容易且つ正確に、燃料タンク２内の液体種類を判別することができる。

なお、自動車の燃料タンク２内に正規の燃料以外の液体が混入する確率は、給油時が最大であるので、本発明の第３実施形態による燃料液面検出装置１に於ける液体種類判別動作でも実用上十分である。

なお、以上説明した第１〜第３実施形態は、本発明の液体性状判別装置を、自動車の燃料タンク２内の燃料８液面８１を検出する燃料液面検出装置１に適用した場合を例に説明したが、燃料液面検出装置１以外、すなわち自動車に搭載され燃料以外の液体を収容する容器における液面検出用として適用して、液面検出とともに液体の種類を判別するために用いてもよい。たとえば、エンジンオイル、ブレーキフルードあるいはウィンドウォッシャ液等の液面検出および液体種類判別用途に用いてもよい。さらには、液体輸送用車両、たとえばタンクローリ等に備えられた液体輸送用タンク内の液面検出および液体種類判別用途に適用してもよい。いずれの場合においても、液面検出に加えて液体種類判別も可能であり、誤注入等に起因する不具合を未然に防止することができる。

また、以上説明した、本発明による液体性状判別装置の用途は、自動車、車両等に限定されないものであり、それら以外の各種用途にも適用可能である。

また、上述の第１、第２実施形態による燃料液面検出装置のように、測定用反射部材および校正用反射部材を持たず、超音波発振素子から超音波を液体中に発射し、超音波発振素子が超音波を発射してから液体の液面で反射した反射波を受信するまでの時間を測定することにより、液体の液面位置を検出するようにした液面検出装置（たとえば、特開２００１−２０８５９５号公報参照）にも、本発明の液体性状判別装置を適用できることは言うまでもない。

本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１が搭載されている、液体としての燃料８を貯蔵するタンクである燃料タンク２の部分断面図である。 図1中のＩＩ矢視図である。 本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１における電気回路構成を説明する模式図である。 本発明の第１実施形態による燃料液面検出装置１における制御回路９の作動を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態による燃料液面検出装置１における制御回路９の作動を説明するフローチャートを示す。 本発明の第３実施形態による燃料液面検出装置１が搭載されている燃料タンク２の部分断面図である。

符号の説明

１ 燃料液面検出装置（液体性状判別装置）
２ 燃料タンク（タンク）
２１ 底面（底部）
３ 超音波素子（超音波発振素子）
３１ 発振面
４ ブラケット
４１ 表面
４２ 底部
５ ガイドパイプ
５１ 大径部
５２ 小径部
５３ 校正用反射面（校正用反射部材）
５４ 測定用反射面（反射部材）
５５ 取り付け孔
６ ガイドパイプ
７ リード線
８ 燃料（液体）
８１ 液面
８２ 最高液面
９ 制御回路
９１ パルス発生回路
９２ 演算回路（液体判別手段）
９３ 駆動回路（液体判別手段）
１０ 表示部
１１ イグニッションスイッチ
１２ バッテリ
１３ プラグ
１４ 温度センサ（温度検出手段）
１４ａ リード線
１５ 赤色発光ダイオード（報知手段）
１６ 橙色発光ダイオード（報知手段）
１７ ブザー（報知手段）
Ａ、Ｂ、Ｃ 伝播経路
ｄ１ 内径
ｄ２ 内径
Ｅ 誤差範囲
Ｈ 液面高さ
Ｈｍａｘ 最大液面高さ
Ｋ 長さ
Ｒ 残存燃料量
Ｔｆ 燃料温度
ｔ１ 第１往復時間
ｔ２ 第２往復時間
ｔｃ 補正往復時間
ｔｇ 基準往復時間（基準データ）
ｔｄ 基準往復時間（基準データ）
ｔｗ 基準往復時間（基準データ）
Ｖａ 測定伝播速度
Ｖｃ 補正測定伝播速度
Ｖｇ 基準伝播速度（基準データ）
Ｖｄ 基準伝播速度（基準データ）
Ｖｗ 基準伝播速度（基準データ）

Claims (6)

1. タンク内に貯蔵される液体の液面に向けて超音波発振素子から超音波を発射し、超音波が前記液面において反射し前記超音波発振素子に戻るまでの往復時間に基づく検出データにより前記タンク内の前記液面位置を検出するようにした制御手段を備えた装置であって、
   前記制御手段は、異なる複数の種類の前記液体に対応した前記往復時間に基づく基準データを格納した液体判別手段を有し、
   前記液体判別手段は前記検出データと前記基準データとを比較することにより、前記タンク内の前記液体の種類を判別するようにしたことを特徴とする液体性状判別装置。
2. 前記超音波素子が発射した超音波を前記液体の前記液面に向けて反射させる測定用反射部材と、
   前記超音波素子が発射した超音波を前記超音波素子に向けて反射させる校正用反射部材とを備え、
   前記制御手段は、前記超音波素子から発射された超音波が前記超音波素子と前記校正用反射部材との間を往復する時間である第１往復時間と、前記超音波素子から発射された超音波が前記測定用反射部材経由で前記超音波素子と前記液面との間を往復する時間である第２往復時間とに基づいて前記液面位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の液体性状判別装置。
3. 前記検出データ、前記基準データは前記往復時間あるいは前記往復時間から算出した伝播速度であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体性状判別装置。
4. 前記液体の温度を検出する温度検出手段を備え、前記検出データ、前記基準データは、前記温度検出手段により検出した液体の温度により補正されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液体性状判別装置。
5. 報知手段を備え、前記液体判別手段により基準の液体とは異なる種類の液体を判別した際に前記報知手段を作動させるようにしたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の液体性状判別装置。
6. 前記制御手段は、前記タンクに前記液体が補給された場合にのみ前記液体判別手段を作動させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の液体性状判別装置。

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