JPH0476567B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 電圧源、 ２つの固定接続部と燃料タンクの中に設けられ
たフロートと共に移動する様に接続され２つの端
位置の間を移動するコンタクトを有する抵抗器、
この可動コンタクトの位置はタンクの中の燃料の
特定のレベルに対応する、 測定回路の中で上記の抵抗器及び上記の電圧源
に接続されている電気的測定装置 を含み、この際抵抗は実質的に上記の可動コンタ
クトの位置に従属する電流強度をうるためにポテ
ンシオメーターとして結合されており、上記の可
動コンタクトは分路可能な直列抵抗を介して電気
的測定装置に接続されており過電圧保護装置が電
気的測定装置に対して直列抵抗を分路する際に生
じる過剰電圧を阻止するために設けられておりか
つコンデンサーが測定装置の振りを緩衝させるた
めの回路の中に設けられている乗物のための燃料
計において、リレーが第１の位置において分路可
能な直列抵抗を電気的測定装置と直列に接続し、
上記のコンデンサーの一端を測定装置の接続部と
他端を一定電圧と結合する様に、第２の位置にお
いて直列抵抗の分路を遮断し、コンデンサーを測
定装置から解除する一方過電圧保護装置を測定装
置と並列に接続する様に設けられている事を特徴
とする燃料計。

２ リレーに電流コイルが設けられており同コイ
ルへの給電が手動スイツチにより行なわれる事を
特徴とする請求の範囲第１項に記載の燃料計。

３ 過電圧保護装置が少なくとも１つの順方向電
圧結合半導体ダイオードより成り同ダイオード
が、リレーが第２の位置にある場合にだけ接続さ
れる事を特徴とする請求の範囲第１項に記載の燃
料計。

４ １つ又はそれ以上のフロートが設けられてい
てそれぞれの個々の抵抗器のコンタクトの位置を
制御し、フロートの移動範囲が連続した燃料レベ
ルの間隔に対応する様に設けられており抵抗器の
可動コンタクトは電気的測定装置に結合されてい
てもつとも下の燃料レベルの間隔に対応する一
方、それに続く抵抗器が最後に記載した抵抗器と
上記の電圧源との間で直列に接続されており、上
記の可動コンタクトは個々の抵抗器の端と接続さ
れており同抵抗器は測定範囲のもつとも低い燃料
レベルに対応する事を特徴とする前記請求の範囲
のいずれかに記載の燃料計。

明細書 本発明は請求の範囲第１項の前文に開示されて
いる構成の乗物のための燃料計に係る。

この一般的な形式の燃料計は、一般に用いられ
通常の場合抵抗器はレオスタツト形式である。即
ち調節可能な抵抗器の機能を有しバイメタル形式
の指示装置に直列に接続されており、電源電圧が
この直列接続部に印加されている。タンクがいつ
ぱいな場合には抵抗が低く指示装置は高い電流を
記録する。タンクが空の場合には抵抗が増加し電
流が下降する。

今日総ての車の所有者に知られている様にこの
形式の燃料計は、測定装置の条件が新品の様に良
好であつても、タンクの中に残存する燃料の量に
関して不正確な情報しか与えない。この事はいろ
いろに説明される。使用される指示装置は特に正
確さが重要ではなく、その一次的関心事は丁寧な
設計ではなく適当に安価な事である。抵抗器及び
フロートを含みセンサー自身は線形装置として設
計する事が更に困難である即ち通常タンクの形態
により燃料のレベルが残存燃料の量と線形に変化
する事が阻止される。この事は抵抗を非線形にす
る事により解決されるとは云え、依然として問題
が残る。即ち車のモデルが変ればタンクの形状が
変り、かつ電流計と直列の可変抵抗を有する結合
系において抵抗自体を燃料の量に応対して線形化
する事がほとんど出来ないので非常に近似的な値
を出す燃料計はこの目的のために充分でなければ
ならなかつた。

従来の設計に関連する特定な問題は燃料のレベ
ルが低い場合に目盛の振りを識別しうるために抵
抗を強く変化させなければならない事で零点の適
度の確実性を得る事が困難である。

この装置はしばしば、タンクの中に10又はそ
れ以上残存していても零を示す。この問題を解決
するために別個の接続可能な予備タンクの様な特
定の解決法が必要である事が判明した。一般に車
の所有者はトランクの中に入れられる小さな予備
タンクを用意しなければならない。

しばしば実施される方法の他の例は電気ランプ
及びNTC抵抗器を電源に直列に接続し、この
NTC抵抗器をタンクの底の近くに設ける事であ
る。燃料のレベルが低くなつて抵抗器が露出する
と冷却作用が悪くなり抵抗器があたたまり抵抗が
下がり、この際電流が充分に大きくなりランプが
点燈して運転者に警告を与える。しかしながらこ
の様にしても単に定性的な指示しか与えられず、
厳格に定められていない或る最低水準以下になつ
た事を知らせるにすぎない。

燃料のレベルがある所定の値以下に下降した時
に作動しはじめる自動目盛切換を有する設計も提
案された。この実施例は米国特許明細書第
2533091号及び第4157038号に記載されている。明
細書の前者によれば、異なる２つのレオスタツト
形式の抵抗器が開示されており同抵抗器はそれぞ
れ単一のフロートに結合された固有の可動コンタ
クトを有し、フロートの運動範囲の一部しかカバ
ーしないが他の抵抗器と同じ抵抗間隔を有する抵
抗器がフロートの全範囲に対して変化し、この際
測定装置に対するレオスタツトの接続を切換える
ための第３の可動コンタクトが設けられている。
低いレベルにおいてはこれに対する装置の振りが
例えば０〜100の目盛の範囲の作動から０〜10
の作動に切換わる。上記明細書の後者にはフロ
ートに接続された、２つの抵抗器の形の抵抗が示
されており、同抵抗器は互いにそれぞれの延長部
の中に設けられており、等しい大きさの抵抗を有
しかつ接地されたスライダーコンタクトが例えば
10〜50の範囲に対して上側の抵抗器の上をスラ
イドしこの抵抗器の上側の接続は全抵抗値から零
迄変化する接地抵抗を生ぜしめ、０〜10の範囲
に対しては第２の下側の抵抗器をスライドし、こ
の抵抗器の上側の接続部は上側の抵抗器のもつと
も上の接続部と結合されておりかつスライダコン
タクトが或抵抗器から他の抵抗器に通過する時に
メーターによつて感知される抵抗が最大値から零
になる。

これらの既知の解決方法はいくつかの欠点を含
み、なかでも零記録装置の不確実性がもつとも問
題となる。即ち測定の対象は事実可変抵抗を有す
る抵抗を流れる電流でこの際燃料計を流れる電流
が変化する。この際電圧制御装置を挿入して電源
電圧から独立な状態をうる事が望まれる場合には
高い容量が与えられねばならない。

他の欠点は範囲自動切換えの様な装置はタンク
の中で燃料が跳躍する事により範囲の限界個所に
前後で衝突する。当然燃料タンクの中に調節板を
設ける事は可能ではあるが実用上もつとも障害と
なる上記の欠点を排除するには不充分である。

本発明の目的は従来使用された装置に比較して
より高い精度を提供し、上記の欠点を実質的に除
去した精密目盛装置を有する燃料計を提供するに
ある。

これ等の及び他の利点は本発明の請求の範囲の
第１項に開示された特徴を有する燃料計によつて
達成される。

本発明の要旨はレベル感知抵抗器のレオスタツ
ト形式の結合の代りに、ポテンシオメーター形式
の抵抗器が用いられる事にあり、この際抵抗全体
を流れる電流が測定中連続して均一であるが可動
コンタクトは、位置に従属し比較的高い内部抵抗
を有する可動コイル型装置の様な装置に導かれる
電圧を感知する。

現在は可動コイル型の装置が好まれてはいるが
他の形式の電圧計も本発明の要旨を逸脱する事な
く用いられる事は明らかである。特別な利点がポ
テンシオメーター形式の抵抗器により得られる。
即ちこれにより線形性が容易に得られる。燃料タ
ンクのレベル面が総てのレベルにおいて一定であ
るならばポテンシオメーターの抵抗は線形とする
事が出来る。さもない場合には抵抗は全範囲に亙
つて当りのΩで表現された一定の率をうるため
に調節される。タンクが例えば底に向つて細くな
つている場合には抵抗はそこで、タンクの幅が広
い上方の部分よりも更にゆつくり変化しなければ
ならない。

良好な線形性が得られる結果、タンクに残存す
る内容物の正確な指示としてポテンシオメーター
から得られる電流値を直接に使用する事が可能と
なる。しかしながら装置の目盛の振りは量が零に
近づくに従つて次第に減少する。本発明により直
列抵抗器を分路して測定回路の抵抗を減少させる
事により目盛の振りを増加させて例えば10に対
して目盛を全部振らせて燃料が停止する事なく、
あとどれ位運転出来るかを容易にチエツクする事
が可能である。この切換えは適当に例えばボタン
を押すことにより運転者によつて手動で実施され
る。この様なボタンがタンクが一杯の場合にも例
えば子供によつて遇然に押される可能性もある事
を考慮に入れて、装置をこの様な事故から護る事
が必要となり、従つて電圧限定装置を保護のため
に設けねばならない。この限定装置は特に適当な
数の順方向電圧ダイオードより成り、これにより
良好な安全性が得られる。しかしながらこれらの
ダイオードの寸法は目盛全体の振り以下の振りに
対応する電圧で導かれる様に定められねばならず
通常の位置においては解除されていなければなら
ない。この様な電圧に対するツエナーダイオード
は通常この目的をはたさない。

タンクがいくつかの部分に分割されそれぞれの
部分が固有のフロートを有する特別な実施態様に
おいては異なる抵抗器手段が直列に接続されてい
て、最後に空になる一番下のタンクの中の抵抗は
ポテンシオメーター結合で、より高い個所の（単
数又は複数の）タンクの中の抵抗はレオスタツト
結合で上記の抵抗器と直列に接続されている。下
側のタンクの中の可動コンタクトの出力電圧は燃
料の量のアナログ値として連続的に使用される。
以下説明する様により高い場所の（単数又は複数
の）タンクの中の抵抗は当りのΩに換算して下
側のタンクよりも幾分迅速に変化する様にされる
と適当でこの様にすると系全体に対して良好な線
形性が与えられる。

以下本発明を添付の非限定的な実施例に就き更
に詳細に説明する。

第１図はフロート制御の燃料計に用いられる形
式の可変抵抗器を模式的に示す。第２図は３−フ
ロート系を模式的に示す。第３図は本発明の一実
施形態の回路を示す。第４ａ図は２−フロート系
を示し抵抗は記号で記入してある。第４ｂ図は抵
抗の変形を示す。第４ｃ図は線形化の方法を示
す。

第１図はポテンシオメーター式の燃料指示装置
の電圧出力の原理を示す。例えば300Ωの抵抗器
は10ボルトの電圧で33.3mAの電流を流す。無視
出来る電流量しか消費しない可動コンタクトが完
全に同コンタクトの位置に従属する電圧を感知す
る。抵抗は非線形にすることが出来、燃料タンク
の形状に適合させることが出来るので可動コンタ
クトに接続された可動フロートにより可動コンタ
クトと抵抗器の上の固定接続部のいずれかとの間
の抵抗が定められる。燃料の１当り5Ωの変化
で燃料の１当り約0.17Vの変化を本実施例にお
いて生ずる電圧変化が得られる。可動コンタクト
による電流の放電が無視される場合には、この電
圧は燃料の量の一次函数となる。今可動コンタク
トの負荷がR_iの内部負荷の測定装置でありポテン
シオメーター全体の抵抗がR_pである場合には、
線形性からの最大の偏倚が中央において生じここ
において誤差の正の相対値はR_p／4R_iである。ス
ライドコンタクトがポテンシオメーターの抵抗値
の10％の位置にある場合には対応する正の相対誤
差は0.09R_p／R_iとなる。

本発明において測定装置による測定は満タンの
場合フルスケールとなる設定点において、第２に
フルスケールが満タンの量の10％に相当する設定
点において可能であると想定される。後者の条件
は測定回路の中に直列に接続された抵抗器が解除
された場合に得られる。

増幅測定中に電気的に従属する誤差が60のタ
ンク容積に対して0.1以下となることが要求さ
れ、かつR_pがポテンシオメーターの抵抗を表わ
すものとする場合にはR_iは少なくとも1620Ωでな
ければならない。満タンに対する振りは10倍高い
電圧に相当しなければならないので、直列に接続
された抵抗器を有する装置は、この場合は10倍高
い抵抗即ち16.2kΩを生じ、この結果スライダー
コンタクトの中の電流による最大誤差は1.8％又
は1.1となる。従つて後者の場合誤差は非線形
である。従つて補正は二次方程式である。増幅さ
れた指示に対する振りに関しては非線形性は複雑
ではない、即ち線形誤差からの偏倚は小さいの
で、目盛を純粋に線形に変化（又は抵抗を１又は
数％適当に増加）させることにより精度を少い費
用でいちじるしく改善することが可能である。

これ等の考慮を行なう際に興味のある点は、例
えば内部抵抗が低く従つてより電流を消費する可
動コイル型の指示装置がより安価でより丈夫であ
ると云う事実である。従つて内部抵抗が出来るだ
け低く従つて線形性又は精度を犠牲にしない指示
装置を用いることが好ましい。

本発明のある態様においては更に２つのタンク
センサーからの振りを単一の測定装置の中で合算
できることが望まれ、この際１つのタンクが他の
タンクの上に設けられており上側のタンクが先ず
空にされる。この際下側のセンサーはポテンシオ
メーター形式の接続が設けられ上側のセンサーは
第２図又は第４図によるレオスタツト形式の接続
が設けられておりここにおいて上側のタンクが空
になると抵抗器R₂が次第に作動する。測定電圧
Ｕは下側の抵抗器のスライダーコンタクトから取
られる。明らかに電圧V₁は今度は下降するがし
かしながらこの下降はR₁と線形にはならず以下
の方程式に従う。

V₁／V₀＝１／１＋R₂／R₁ この函数は第４ｂ図に図表で示されている。
R₂がR₁に対して小さい場合には曲線は近似的に
直線Ａで示されこの事はR₂がR₁と同じ当りの
Ω量で変動する場合には誤差が生じない事を意味
する。しかしながらR₂が大きい場合には相対測
定において（R₂／R₁）²の非線形測定誤差が生じ
る。最大誤差は範囲の端において生じ第４ｂ図の
一点鎖線の曲線Ｆに示される様に変化する。この
誤差の発生は上側のセンサーの中の抵抗器を容積
と共に幾分より迅速に変動させる事により適当に
減少する事が出来、この様にして線形性を改善す
る事が出来る。この事は第４ｃ図に模式的に示さ
れている。ポテンシオメーター形式の抵抗器R₁
によつて決定される下側の範囲に対しては充分な
る線形性を有するものと想定される。上記の抵抗
器と直列に接続されたレオスタツト形式の抵抗器
R₂に対しては湾曲した曲線B′が得られ、同曲線
は当りのΩの調節がR₁及びR₂に対して等しい
場合にはスタートにおいて傾斜しながら曲線の線
形部分に接続する。出力電圧V_putを曲線B′ではな
くA′に追従させる事が望ましい事は当然である。
R₂は当り幾分より高い抵抗を有する事が出来、
曲線A′により良好に適合する曲線C′が得られる
と状況は更に改善される。燃料当りの抵抗の適
当な差は抵抗のそれぞれの間隔に基づいて計算さ
れる。

第３図はガルバノメーター形式の装置とタンク
のトランスジユーサーとの接続を示し、同トラン
スジユーサーはポテンシオメーター形式の抵抗器
である。直列の抵抗器手段及び700Ωのガルバノ
メーターの内部抵抗とによりトランスジユーサー
に掛る負荷は10kΩのオーダーのインピーダンス
を有する。直列抵抗の分路が遮断さると増幅され
た目盛の振りが得られる。これはリレー作動系の
中に設けられた手動スイツチにより行なわれる。
図に示されている様に装置に対する前の電圧はコ
ンデンサーの中に同時にチヤージされ押ボタンを
解除する事によりゆるやかに復帰する。更にリレ
ーにより直列に接続された３つの順方向電圧ダイ
オードが接続され同ダイオードは装置を過電圧か
ら保護する働きをする。

RC回路によつて解除されると図示された実施
形態においてはリレーの駆動回路が約８秒遅延す
る。

図表において特に、値保持コンデンサーの接地
された端子がスイツチにより解除され、かくして
直列抵抗が結合される事なくコンデンサーの接続
に対し二重の安全が行なわれる。

上記の記憶作用の外にこの回路の中のコンデン
サーは更に、一方においてタンクの中の燃料の跳
躍作用に対して他方において装置自身の中の機械
的振動に対して装置を緩衝させる働きを有する。
より鋭敏な測定範囲に切り換えると回路の中の抵
抗は、とにかく電気的制動が得られる値に下降す
る。

本発明により通常の想定範囲並びに拡大された
目盛部分において燃料の面の測定を改善する事が
可能となる。従来の技術に基づく装置に対して明
確な零レベル指示が得られタンクの中に残存する
燃料の量の非常に良好な情報が得られる。燃料の
レベルが低くなつた場合の指示ランプが所望され
る場合には、零レベル指示が確実であるためにタ
ンク自身の中に更に他のセンサーを必要とする事
なく設ける事が出来る。即ちポテンシオメーター
スイツチがタンクの中の燃料の中のレベルが所定
のレベル以下に落ちた場合に発光ダイオードを発
光させる閾値回路に直ちに接続する事が出来る。