JP2014190860A - 液位検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静電容量特性が異なる液体が供給されても液位を正確に検出することが可能な液位検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】筒状の筐体と、
筐体の内に設けられ、燃料タンク１４の底面から上面方向に沿った辺を長辺とした長方形の矩形状とされた第１電極３６と、第１電極と対向配置され、燃料タンク１４の底面側から上方に向かって広がる形状とされた第２電極３８と、燃料性状の変化（アルコール濃度変化）による静電容量変化が無視できる程度に燃料の誘電率よりも高い誘電率の物質のフロート３４と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、液位検出装置にかかり、特に、複数種類の燃料が使用される燃料タンクの液位を検出する液位検出装置に関する。

自動車の燃料タンク等に貯留された燃料の残量を検出するために液位を検出するが、一般的には、フロート式の液位検出装置によって液位が検出されるが、静電容量式のセンサを用いる技術もある。

例えば、特許文献１では、液面の測定すべき液体の収納されたメインタンクと、内部に液体を吐出するためのポンプが設定され、メインタンクに連通してこのタンク内の液体で充満されるようにしたサブタンクと、このサブタンク内に設定され、サブタンク内の液体内に浸漬されるようにした基準電極部と、メインタンク内に設定される液体の液面に交わる方向に伸びるように設定された測定用電極部と、基準電極部で測定された静電容量と測定用電極部で測定された静電容量とに基づき、測定用電極部の液体による浸漬深さを算出する手段と、を備えた液面測定装置が提案されている。

特開平０２−０８７０２２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、アルコール濃度等が異なる異種燃料が供給された場合には、静電容量特性が異なるため、燃料の液位を正確に測定することができなくなってしまう。

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、静電容量特性が異なる液体が供給されても液位を正確に検出することが可能な液位検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の液位検出装置は、液体タンクに貯留された液体が導入される筒状の筐体と、前記筐体内に液面と交わる方向に沿って設けられた一対の電極と、前記筐体内に設けられ、前記液体に対して浮力を有すると共に、前記液体の誘電率よりも高い誘電率の物質で構成されて前記一対の電極との間に静電容量を発生するフロートと、を備えている。

請求項１に記載の発明によれば、筐体は、液体タンクに貯留された液体が導入される。また、筐体内には液面と交わる方向に沿って設けられた一対の電極が設けられている。

すなわち、筐体内に導入された液体の液位によって一対の電極間の静電容量が変化するので、一対の電極間の静電容量から液位を検出することが可能となる。

しかしながら、静電容量特性が異なる液体が供給されると、液位を正確に検出することができなくなってしまう。

そこで、液体の誘電率より高い誘電率の物質で構成されて一対の電極との間に静電容量を発生するフロートを筐体内に設ける。液体の誘電率よりも高い誘電率のフロートを設けることにより、液位検出装置の検出値は、フロートの部分の一対の電極間の静電容量と、液体の部分の一対の電極間の静電容量とを加算した値となり、フロートを設けない場合よりも液位を検出する際に液体の静電容量特性の影響が小さくなる。

従って、フロートの誘電率を十分に大きな誘電率のものを用いてやれば、静電容量特性が異なる液体が供給されても液位を正確に検出することが可能となる。

フロートは、例えば、請求項４に記載の発明のように、液体性状の変化による一対の電極間の静電容量変化が無視できる程度に液体の誘電率よりも高い誘電率の物質のものを用いることによって、静電容量特性が異なる液体が供給されても液位を正確に検出することができる。

なお、請求項２に記載の発明のように、一対の電極が、矩形の形状の第１電極と、液体タンクの底面から上面方向に向かって広がる形状の第２電極と、からなり、フロートが、第１電極と第２電極との間に配置されるようにしてもよいし、請求項３に記載の発明のように、一対の電極が、２つのプリント配線が櫛歯状かつ液体タンクの底面から上面方向に向かって広がる形状に形成されたプリント電極からなり、フロートが、プリント電極に接触するように配置されるようにしてもよい。これにより、液位の検出する際のダイナミックレンジを広く取ることができ、液位の検出精度を向上することができる。

以上説明したように本発明によれば、静電容量特性が異なる液体が供給されても液位を正確に検出することが可能な液位検出装置を提供することができる、という効果がある。

本発明の実施の形態に係わる液位検出装置が設けられた燃料タンクの概略構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係わる液位検出装置の概略構成を示す図であり、（Ａ）は液位検出装置の外観を示す斜視図であり、（Ｂ）は液位検出装置を３方向から見た平面図である。 （Ａ）は第１実施形態に係わる液位検出装置の等価回路を説明するための図であり、（Ｂ）は第１実施形態に係わる液位検出装置の等価回路を示す図である。 （Ａ）は燃料液面のみの静電容量と燃料液位の関係を示す図であり、（Ｂ）はフロート＋液面による静電容量と燃料液位の関係を示す図である。 本発明の第２実施形態に係わる液位検出装置の概略構成を示す図であり、（Ａ）は液位検出装置の外観を示す斜視図であり、（Ｂ）は平面図であり、（Ｃ）はプリント電極の拡大図である。 （Ａ）は第２実施形態に係わる液位検出装置の等価回路を説明するための図であり、（Ｂ）は第２実施形態に係わる液位検出装置の等価回路を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係わる液位検出装置が設けられた燃料タンクの概略構成を示す図である。

燃料タンク１４には、ＦＦＶ（flexible-fuel vehicle）車等のエタノール混合燃料で走行する自動車等で使用する液状の燃料が貯留される。燃料タンク１４に貯留された燃料は、燃料タンク１４内に設けられた燃料ポンプ１６から吸い上げられて、自動車のエンジン等の内燃機関に供給される。

燃料ポンプ１６には、フィルタ１８が設けられており、フィルタ１８を介して燃料が吸い上げられることによって、燃料ポンプ１６の詰まり等が抑制されるようになっている。

燃料ポンプ１６は、燃料タンク１４内に設けられたサブタンク２０内に設置されている。サブタンク２０内には、燃料タンク１４内の燃料の一部が貯留される。従って、燃料が少なくなったときに燃料の偏りが発生しても、サブタンク２０内に貯留された燃料の一部が燃料フィルタ１８から離れる現象（いわゆる燃料切れ）を抑制できる。

サブタンク２０の周壁の下部には、ジェットポンプ２２が配置されている。ジェットポンプ２２には、導入配管２４が接続され、燃料ポンプ１６によって汲み上げられた燃料の一部が、外部に送出されることなく、リターン燃料として、導入配管２４からジェットポンプ２２に導入されて、サブタンク２０内に燃料を送り込まれるようになっている。

サブタンク２０内には、底壁２０Ｂから隔壁２０Ｐが立設されている。隔壁２０Ｐは、周壁２０Ｓの高さよりも低く形成されている。そして、周壁２０Ｓの一部と隔壁２０Ｐとの間に一時収容部２０Ｔが構成されている。ジェットポンプ２２によって導入された燃料は、この一時収容部２０Ｔに一時的に収容される。一時収容部２０Ｔから溢れた燃料が、隔壁２０Ｐを超えて、サブタンク２０内（一時収容部２０Ｔ以外の領域）に収容される。

また、サブタンク２０の底壁２０Ｂには、燃料流入孔２６が形成され、燃料流入孔２６に、燃料タンク１４内からサブタンク２０内への燃料移動は許容し、逆方向の燃料移動は阻止する一方向弁２８が設けられている。例えば、燃料タンク１４へ初期給油（燃料タンク１４内に燃料が全く存在していない状態からの給油）を行う場合は、燃料タンク１４内の燃料が燃料流入孔２６からサブタンク２０内に流入するため、燃料タンク１４とサブタンク２０とで燃料液位は等しくなる。これに対し、燃料タンク１４内の液位低下時には、サブタンク２０内の燃料が燃料流入孔２６を通じて燃料タンク１４内に流出することはない。サブタンク２０内には、ジェットポンプ２２の駆動によって送り込まれた燃料が保持されるため、燃料液位はサブタンク２０の上端位置に維持される。

さらに、サブタンク２０の周壁２０Ｓに隣接して液位検出装置１０が配置されている。液位検出装置は筒状の筐体１０Ｋを有している。なお、液位検出装置１０の筐体１０Ｋは、サブタンク２０とは別の筐体としてもよいし、サブタンク２０と一体形成されたものとしてもよい。

液位検出装置１０は、図１に示すように、筒状の筐体１０Ｋの下端に燃料導入経路３２が設けられており、燃料導入経路３２によって液位検出装置内の燃料の入れ替わりが行われると共に、燃料ポンプ１６によって汲み上げられた燃料の一部が液位検出装置１０に供給される。
（第１実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態に係わる液位検出装置１０の概略構成を示す図であり、図２（Ａ）は第１実施形態に係わる液位検出装置１０の外観を示す斜視図であり、図２（Ｂ）は第１実施形態に係わる液位検出装置１０を３方向から見た平面図である。

液位検出装置１０には、燃料に対して浮力のあるフロート３４が設けられている。フロート３４は、燃料に対して十分に高い誘電率の物質を含有するものが適用される。十分に高い誘電率の物質としては、燃料性状の変化（アルコール濃度変化）による静電容量変化が無視できる程度に燃料の誘電率よりも高い誘電率の物質が適用される。例えば、エタノール誘電率：１６〜３１程度より数倍高い「水：８０」以上の誘電率を有する物質が望ましい。一例としては、酸化チタン（ＴｉＯ_２）等の材料でフロート３４が構成される。

また、液位検出装置１０の筐体１０Ｋの内側壁には、燃料タンク１４の底面から上面方向に沿った辺を長辺とした長方形の矩形状とされた第１電極３６と、燃料タンク１４の底面側から上方に向かって広がる形状（本実施形態では逆三角形の形状）とされた第２電極３８とが対向配置されている。なお、第２電極３８としては、本実施形態では、図２（Ｂ）に示すように、逆三角形の形状のものを適用するがこれに限るものではなく、燃料タンク１４の底面側から上方に向かって広がる形状のものであればよい。

続いて、上述のように構成された第１実施形態に係わる液位検出装置１０による液位検出について説明する。図３（Ａ）は液位検出装置１０の等価回路を説明するための図であり、図３（Ｂ）は液位検出装置１０の等価回路を示す図である。

液位検出装置１０の第１電極３６と第２電極３８との間には、燃料が存在する部分、フロート３４が存在する部分、及び何も存在しない（空気が存在する）部分に分かれる。

ここで、フロート１４及び燃料は、所定の誘電率を有するので、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、フロート３４が存在する部分及び燃料が存在する部分がそれぞれ静電容量Ｃ１、Ｃ２のコンデンサとして作用する。従って、液位検出装置１０は、図３（Ｂ）に示すように、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２が並列接続された等価回路で表すことができる。

一般的にコンデンサの容量Ｃは、誘電率ε、電極面積Ｓ、電極間距離Ｌとすると、Ｃ＝ε×Ｓ／Ｌで表されるので、液位が上昇すれば、誘電率を有する燃料が基板間に存在する面積が大きくなって静電容量も上昇する。従って、静電容量と液位との対応関係を予め求めておけば、電極間の静電容量を検出することにより、液位を検出することができる。

しかしながら、本実施の形態では、エンタノール混合燃料を燃料タンク１４に貯留するため、貯留されたエタノール濃度によって誘電率が変化してしまい、単にコンデンサ容量を検出しただけでは液位を正確に検出することができない。

例えば、エタノール濃度がＥ０（エタノール０％）とＥ１００（エタノール１００％）とでは、図４（Ａ）に示すように、液位が同じでも静電容量が大きく異なる値となってしまう。

そこで、本実施形態では、フロート３４と併用して液位を検出するようになっている。本実施の形態では、フロート３４の材質として、誘電率がエタノールに対して十分高い誘電率の物質（例えば、エタノール誘電率：１６〜３１程度より数倍高い「水：８０」以上の誘電率を有する物質）を用いている。これにより、液位検出装置１０の検出値は、フロート３４が存在する部分の静電容量Ｃ１と、燃料が存在する部分の静電容量Ｃ２が加算された値となるので、図４（Ｂ）に示すように、液位変化による静電容量変化よりもエタノール濃度変化に対する静電容量変化を十分に小さくすることができる。従って、エタノール濃度変化による静電容量変化を実質的に無視できるレベルにすることができ、液位を検出する際のエタノールの濃度変化の影響を小さくすることができる。

また、第２電極３８の形状が燃料タンク１４の底面側から上方に向かって広がる形状であるため、両極ともに長方形の電極を用いるよりも液面の変化に対する静電容量の変化が大きくなるので、液位の検出する際のダイナミックレンジを広く取ることができ、液位の検出精度を向上することができる。
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係わる液位検出装置の概略構成を示す図であり、図５（Ａ）は液位検出装置の外観を示す斜視図であり、図５（Ｂ）は平面図であり、図５（Ｃ）はプリント電極の拡大図である。

本実施形態の液位検出装置１１も第１実施形態と同様に、燃料に対して浮力のあるフロート３４が設けられている。フロート３４は、第１実施形態と同様に、燃料に対して十分に高い誘電率の物質を含有するものが適用される。十分に高い誘電率の物質としては、燃料性状の変化（アルコール濃度変化）による静電容量変化が無視できる程度に燃料の誘電率よりも高い誘電率の物質が適用される。例えば、エタノール誘電率：１６〜３１程度より数倍高い「水：８０」以上の誘電率を有する物質が望ましい。一例としては、酸化チタン（ＴｉＯ_２）等の材料でフロート３４が構成される。

また、フロート３４は、液位検出装置１１の筐体１０Ｋの内側壁に設けられた、後述するプリント電極４０に接触しながら液位に応じて移動する大きさに設定されている。

第１実施形態では、液位検出装置１０の筐体の内側壁に第１電極３６と第２電極３８とを対向配置する構成としたが、本実施形態では、図５（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、２つのプリント配線４０Ａ、４０Ｂが櫛歯状に形成されたプリント電極４０が液位検出装置１１の内側壁に設けられている。プリント電極４０は、図５（Ｂ）に示すように、燃料タンク１４の底面側から上方に向かって広がる形状とされている。なお、プリント電極４０は、本実施形態では、図５（Ｂ）に示すように、逆三角形の形状のものを適用するがこれに限るものではなく、燃料タンク１４の底面側から上方に向かって広がる形状のものであればよい。

続いて、上述のように構成された第２実施形態に係わる液位検出装置１１による液位検出について説明する。図６（Ａ）は第２実施形態に係わる液位検出装置１１の等価回路を説明するための図であり、図６（Ｂ）は第２実施形態に係わる液位検出装置１１の等価回路を示す図である。

第２実施形態に係わる液位検出装置１１のプリント電極４０は、２つのプリント配線４０Ａ、４０Ｂが櫛歯状に形成されており、各プリント配線４０Ａ、４０Ｂがコンデンサの対向電極として機能する。そして、図６（Ａ）に示すように、プリント電極４０は、燃料が存在する部分、フロート３４が存在する部分、及び何も存在しない（空気が存在する）部分に分かれる。

ここで、フロート３４及び燃料は、所定の誘電率を有するので、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、プリント電極４０のフロート３４が存在する部分及び燃料が存在する部分がそれぞれ静電容量Ｃ１、Ｃ２のコンデンサとして作用する。従って、本実施形態の液位検出装置１１も、図６（Ｂ）に示すように、第１実施形態と同様に、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２が並列接続された等価回路で表すことができる。

本実施形態においても、フロート３４と併用して液位を検出し、フロート３４の材質として、誘電率がエタノールに対して十分高い誘電率の物質（例えば、エタノール誘電率：１６〜３１程度より数倍高い「水：８０」以上の誘電率を有する物質）を用いている。これにより、液位検出装置１１の検出値は、フロート３４が存在する部分の静電容量Ｃ１と、燃料が存在する部分の静電容量Ｃ２が加算された値となるので、図４（Ｂ）で示したように、液位変化による静電容量変化よりもエタノール濃度変化に対する静電容量変化を十分に小さくすることができる。従って、第１実施形態と同様に、液位を検出する際のエタノールの濃度変化の影響を小さくすることができる。

また、本実施形態においてもプリント電極４０の形状が燃料タンク１４の底面側から上方に向かって広がる形状であるため、長方形のプリント電極４０を用いるよりも液面に対する静電容量変化が大きくなるので、液位の検出する際のダイナミックレンジを広く取ることができ、液位の検出精度を向上することができる。

なお、第１実施形態における第２電極３８、及び第２実施形態におけるプリント電極４０はそれぞれ、燃料タンク１４の底面側から上方に向かって広がる形状のものを用いたが、形状はこれに限るものではない。上記の各実施形態よりも液位検出精度は下がるが、例えば、矩形のものを適用するようにしてもよい。

また、上記の実施の形態では、エタノールを混合した混合燃料の場合を一例として説明したが、エタノールに限るものではなく、他のアルコールを混合した燃料を適用するようにしてもよいし、他の燃料を混合する混合燃料を使用する場合に適用してもよい。

１０、１１ 液位検出装置
１０Ｋ 筐体
３４ フロート
３６ 第１電極
３８ 第２電極
４０ プリント電極
４０Ａ、４０Ｂ プリント配線

Claims (4)

1. 液体タンクに貯留された液体が導入される筒状の筐体と、
   前記筐体内に液面と交わる方向に沿って設けられた一対の電極と、
   前記筐体内に設けられ、前記液体に対して浮力を有すると共に、前記液体の誘電率よりも高い誘電率の物質で構成されて前記一対の電極との間に静電容量を発生するフロートと、
   を備えた液位検出装置。
2. 前記一対の電極が、矩形の形状の第１電極と、前記液体タンクの底面から上面方向に向かって広がる形状の第２電極と、からなり、
   前記フロートが、前記第１電極と前記第２電極との間に配置された請求項１に記載の液位検出装置。
3. 前記一対の電極が、２つのプリント配線が櫛歯状かつ前記液体タンクの底面から上面方向に向かって広がる形状に形成されたプリント電極からなり、
   前記フロートが、前記プリント電極に接触するように配置された請求項１に記載の液位検出装置。
4. 前記フロートが、液体性状の変化による前記一対の電極間の静電容量変化が無視できる程度に前記液体の誘電率よりも高い誘電率の物質からなる請求項１〜３の何れか１項に記載の液位検出装置。