JP2002148095A - 液面レベル検出方法および検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置が大規模になることなく、短時間で正確
な液面検出を行えるようにする。 【解決手段】 エアポンプ１３からオリフィス１５を介
して最小限の空気をノズル５に送り込む。このとき電磁
弁１９は閉じておく。この状態でノズル５の先端をオイ
ル３が収容されているオイルパン１に対して規定位置ま
で挿入し、このときのノズル５内の圧力を圧力センサ２
３が検出し、検出した圧力に応じてノズル５の液面Ｌか
らの挿入量を算出して液面レベルを求める。液面レベル
検出後は、ノズル５をオイルパン１から引き抜き、電磁
弁１９を開放した状態で、エアポンプ１３から大量の空
気をノズル５に送出してノズル５の先端に残留するオイ
ルを除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、容器中に収容さ
れている液体の液面レベルを検出する液面レベル検出方
法および検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来液面レベルを検出する方法として、
例えば特許第２９１１７４０号公報に、自動車の自動変
速機におけるオイルの量を検出する方法が開示されてい
る。これは、ノズル先端から空気を放出した状態で、ノ
ズルを下降させ、ノズル先端が液面に達したときのノズ
ル内の圧力上昇を捉え、そのときのノズル位置をオイル
の液面レベルとしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た液面レベルの検出方法では、次のような問題がある。

【０００４】（１）ノズル位置を検出するためのサーボ
機構が必要となるので、装置が大規模となり、コスト上
昇を招く。

【０００５】（２）ノズル内圧の上昇が生じたノズル位
置を液面とするため、ノズルを上方からゆっくり下げて
いく必要があり、計測に時間がかかり、作業性の悪化を
招く。

【０００６】（３）ノズルが液面より下がりすぎた場合
には、その分を検出できず、計測誤差が大きくなる。

【０００７】そこで、この発明は、装置が大規模になる
ことなく、短時間で正確な液面計測を行えるようにする
ことを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、ノズル先端側を液体が収容され
ている容器に対し液面に向けて規定位置まで挿入し、ノ
ズル内に所定量の気体が供給されている状態のノズル内
の圧力に基づいて、ノズル先端の前記液面からの挿入量
を算出し、液面レベルを求める方法としてある。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１の発明の方法
において、ノズル内に供給されている気体の量は、ノズ
ル先端が液面より僅かに挿入されている状態のとき、ノ
ズル内の液面がノズル先端に位置してノズル内の気体の
圧力と液体の圧力とがほぼ釣り合う状態となるよう設定
されている方法としてある。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１または２の発
明の方法において、液面レベル検出後、ノズルを液体中
から引き抜いた状態で、ノズル内に気体を送出し、ノズ
ル先端に残留している液体を除去する方法としてある。

【００１１】請求項４の発明は、請求項１または２の発
明の方法において、液面レベル検出後、ノズルを液体中
から引き抜いた状態で、ノズル内から気体を吸引し、ノ
ズル先端に残留している液体を吸引除去する方法として
ある。

【００１２】請求項５の発明は、請求項１ないし４のい
ずれかの発明の方法において、ノズル先端に温度センサ
を設け、この温度センサが検出した液体温度に基づい
て、液面レベルを補正する方法としてある。

【００１３】請求項６の発明は、気体を先端から放出可
能で液体が収容されている容器の規定位置まで液面に向
けて挿入されるノズルと、このノズル内に気体を送出す
る気体送出手段と、この気体送出手段によってノズル内
に所定量の気体を送出しかつノズル先端が容器の規定位
置まで挿入されている状態で、ノズル内の圧力を検出す
る圧力検出手段と、この圧力検出手段が検出した圧力値
に基づいて、前記ノズル先端の液面からの挿入量を算出
して液面レベルを求める液面レベル算出手段とを有する
構成としてある。

【００１４】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、気体が供給さ
れているノズルの先端側を液面に向けて容器の規定位置
まで挿入し、そのときのノズル内圧力に基づき算出する
ノズル先端の液面からの挿入量により、液面レベルを求
めるようにしたため、ノズル位置を検出するサーボ機構
などの大規模化な装置を必要とすることなく、短時間で
正確に液面レベルを算出することができる。

【００１５】請求項２の発明によれば、ノズル内に供給
されている気体の量は、ノズル先端が液面より僅かに挿
入されている状態のとき、ノズル内の液面がノズル先端
に位置してノズル内の気体の圧力と液体の圧力とがほぼ
釣り合う状態となるよう設定されているため、ノズル先
端から放出される気体による液面変化を抑制できるとと
もに、ノズル内圧の脈動も防止でき、より正確に液面レ
ベルを検出できる。

【００１６】請求項３の発明によれば、液面レベル検出
後、ノズルを液体中から引き抜いた状態で、ノズル内に
気体を送出し、ノズル先端に残留している液体を除去す
るようにしたため、ノズル内の残留液体によるノズル内
圧の変化を防止でき、液面レベルの検出誤差を防止する
ことができる。

【００１７】請求項４の発明によれば、液面レベル検出
後、ノズルを液体中から引き抜いた状態で、ノズル内か
ら気体を吸引し、ノズル先端に残留している液体を吸引
除去するようにしたため、ノズル内の残留液体によるノ
ズル内圧の変化を防止でき、液面レベルの検出誤差を防
止できるとともに、ノズル先端に残留している液体の落
下も防止することができる。

【００１８】請求項５の発明によれば、ノズル先端に設
けた温度センサの液体検出温度に基づいて、液面レベル
を補正するようにしたため、温度変化があっても常に正
確な液面レベルを検出することができる。

【００１９】請求項６の発明によれば、気体を先端から
放出可能で液体が収容されている容器の規定位置まで液
面に向けて挿入されるノズルと、このノズル内に気体を
送出する気体送出手段と、この気体送出手段によってノ
ズル内に所定量の気体を送出しかつノズル先端が容器の
規定位置まで挿入されている状態で、ノズル内の圧力を
検出する圧力検出手段と、この圧力検出手段が検出した
圧力値に基づいて、前記ノズル先端の液面からの挿入量
を算出して液面レベルを求める液面レベル算出手段とを
有する構成としたので、ノズル位置を検出するサーボ機
構などの大規模化な装置を必要とすることなく、短時間
で正確に液面レベルを算出することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づき説明する。

【００２１】図１は、この発明の実施の一形態を示す液
面レベル検出装置の全体構成図である。この装置は、自
動車の自動変速機におけるオイルの液面レベルを検出す
るもので、容器としてのオイルパン１内に収容されてい
るオイル３中に、ノズル５の先端側を、オイルパン１に
対して規定位置となるよう液面Ｌに向けて挿入すること
で液面レベルを検出する。ノズル５の先端側付近の周囲
には、ストッパ７が固定され、ノズル５をオイルパン１
のオイル注入口１ａ周囲の上面に前記ストッパ７が当接
することで、ノズル５をオイルパン１に対して規定位置
まで挿入可能となる。

【００２２】ノズル５の基端（上端）側は、ノズル側配
管９の一端に接続され、ノズル側配管９の他端は、ポン
プ側配管１１を介して気体送出手段としてのエアポンプ
１３に接続されている。ポンプ側配管１１にはオリフィ
ス１５が設けられ、このオフィス１５をバイパスするバ
イパス配管１７には、バイパス配管１７を開閉する電磁
弁１９が設けられている。ノズル側配管９とポンプ側配
管１１との接続部には、センサ側配管２１の一端が接続
され、センサ側配管２１の他端には、圧力検出手段とし
ての圧力センサ２３が接続されている。

【００２３】圧力センサ２３の検出値は液面レベル算出
手段としてのマイクロコンピュータなどで構成される算
出回路２５に入力される。この算出回路２５には、ノズ
ル５の先端に設けた熱電対やサーミスタなどからなる温
度センサ２７の検出値も入力される構成となっている。

【００２４】ノズル５は、内径４mmの耐熱、耐油素材の
ホースであり、そのホース内に温度センサ２７のリード
線２９を通し、リード線２９をホースの上端から外部に
引き出して前記算出回路２５に接続する。リード線２９
のホースからの引き出し部は、エア漏れのないように、
シールを施す。

【００２５】次に、作用を説明する。電磁弁１９を閉じ
てバイパス配管１７を遮断した状態で、エアポンプ１３
により気体である空気を送出すると、送出された空気は
オリフィス１５により絞られて、ノズル５の先端から放
出される空気の量が、０．１l/minとなるよう調整され
る。内径４mmのノズル５から０．１l/minの空気が放出
される状態で、ノズル５の先端をオイル３の液面Ｌより
僅かに挿入すると、ノズル５内に入り込むオイルの液面
がノズル５の先端開口部に位置して、ノズル５内の空気
の圧力とオイル３の圧力とがほぼ釣り合う状態となり、
ノズル５の先端からの空気の放出が極めて少ないものと
なる。

【００２６】このように、ノズル５の先端から０．１l/
minの空気が放出される状態で、ノズル５の先端を、オ
イルパン１のオイル注入口１ａから挿入し、ストッパ７
がオイル注入口１ａ周囲の上面に当接する規定位置まで
オイルパン１に対して挿入する。このとき図１では、ノ
ズル５の先端は、液面Ｌより下部に位置してオイル３中
に挿入されている。

【００２７】ノズル５の先端がオイル３中に挿入される
ことで、ノズル５内の圧力が上昇する。ノズル５内の圧
力は、ノズル５の先端がオイル３の液面Ｌからより深く
挿入されるほど、言い換えればオイル３の量が多く液面
Ｌがより上方にあるほど、オイル３の圧力を受けて高く
なる。したがって、ノズル５内の圧力に応じてノズル５
の先端の液面Ｌからの挿入量Ｈを算出でき、これに応じ
て液面Ｌのレベルを求めることができる。

【００２８】算出回路２５のメモリには、ノズル内圧力
Ｐとノズル挿入量Ｈとの関係を示す図２のようなマップ
があらかじめ格納されており、このマップを参照して圧
力センサ２３が検出した圧力Ｐ（kPa）に応じてノズル
５のオイル３への挿入量Ｈ(mm)が算出される。この挿入
量Ｈが大きいほど液面Ｌが上方にあってオイル３の量が
多いことになる。ノズル内圧力Ｐとノズル挿入量Ｈとの
関係は、オイル３の種類によって比重が変わることか
ら、複数種の前記ノズル内圧力Ｐとノズル挿入量Ｈとの
関係を示すマップをメモリに格納しておき、オイル種に
よってその対応するマップを検索するようにする。

【００２９】このように、上記した液面レベル検出方法
によれば、ノズル５内に空気を供給しつつノズル５をオ
イルパン１の規定位置まで挿入することで、そのときの
ノズル５内の圧力に基づいて、ノズル５の液面Ｌからの
挿入量Ｈを算出して液面レベルを求めるようにしたの
で、従来のようにノズルの上下位置を検出するサーボ機
構など大規模な機構が不要であり、ノズル挿入作業も規
定位置まで挿入するだけなので容易であって検出時間が
短時間で済み、正確な液面レベルを検出することができ
る。

【００３０】ノズル５に供給する空気の量は、０．１l/
minと少なくしてあり、これによりノズル５の先端から
オイル３中に放出される空気の量が極めて少ないので、
放出される空気による液面Ｌの変化が小さく抑えられる
とともに、ノズル５内の圧力の脈動も抑制でき、より正
確に液面レベルを検出することができる。

【００３１】また、温度センサ２７が検出したオイル３
の温度に応じ、あらかじめ算出回路２５のメモリに設定
してある温度に対応した補正値を用いて、液面レベルを
補正することで、温度に応じたより正確な液面レベルを
検出することができる。

【００３２】なお、自動車における自動変速機は形状が
複雑であるため、オイルの体積変化量に対するオイル
（液面）レベルの上昇量が一定ではなく、このため形状
の異なる自動変速機毎に、ノズル５内の圧力およびオイ
ルの温度と液面レベルとの関係を測定して、前記図２の
ようなマップを用意しておき、自動変速機の種類に応じ
てそのマップを選択するようにする。

【００３３】液面レベルを検出した後は、ノズル５をオ
イル３中から引き抜き、この状態で、電磁弁１９を開放
してバイパス配管１７を介してノズル５とエアポンプ１
３とを連通させる。ここで、エアポンプ１３を駆動して
空気を大量に送出し、ノズル５の先端内に表面張力によ
り残量しているオイルを、送出した空気によってノズル
先端から外部に放出し除去する。この作業は、ノズル５
の先端が液面Ｌより上方のオイルパン１内に位置してい
る状態で行うことで、放出したオイルをオイルパン１内
に戻すことができる。

【００３４】ノズル５内に残留オイルが存在すると、次
回の液面レベル検出時でのノズル内圧が変化し、検出誤
差を生じてしまう。したがって、ノズル５内の残留オイ
ルを上記のように除去することで、より正確な液面レベ
ルを検出することができる。

【００３５】図３は、液面レベルを検出後、ノズル５を
オイル３中から引き抜き大気中に出したときに、本来液
面レベルが０mmになるところが、上記した表面張力の影
響でノズル先端に残留オイルが存在することによる、液
面レベルの誤差（mm）を、ノズル５の内径に応じて示し
たものである。

【００３６】これによれば、内径が４mmを下回る２mmの
ノズルでは、残留オイルが多くなるために、ノズル内圧
が高めとなり、１．５mm以上の誤差が発生していること
がわかる。４mmを越える内径でレベル誤差が大きくなっ
ているのは、ノズル５に供給する空気の量を絞っている
ため、ノズル５内のオイル残留分と空気とのバランスが
合っていないためと考えられる。このため、本実施形態
では、ノズル５の内径を４mmとしてある。

【００３７】ノズル５の内径が上記した４mm以外であっ
ても、前記したように、大量の空気をノズル５内に供給
することで、ノズル先端に残留するオイルを外部に放出
除去できるので、ノズル５の内径としては、４mmに限る
ことはない。ノズル５の内径を４mm以外とした場合は、
その内径に応じて、液面レベル検出時にノズル５に供給
する空気量も変化させる必要がある。すなわち、内径が
４mmより小さい場合には空気量を０．１l/mmより少な
く、内径が４mmより大きい場合には空気量を０．１l/mm
より多くする。

【００３８】図４は、この発明の他の実施形態を示す液
面レベル検出装置の全体構成図である。この実施形態
は、液面レベル検出後にノズル５内の空気を吸引するよ
うにしたものであり、図１の実施形態に対し、ノズル側
配管９にオイルキャッチタンク２９を新たに設けるとと
もに、オリフィス１５とエアポンプ１３との間に、エア
ポンプ１３の吸入口１３ａに接続される吸入側通路３１
ａ，３１ｂと、エアポンプ１３の吐出口１３ｂに接続さ
れる吐出側通路３３ａ，３３ｂとを、互いに並列に接続
し、これら各通路３１ａ，３１ｂ相互間および３３ａ，
３３ｂ相互間に、吸入側電磁弁３５および吐出側電磁弁
３７をそれぞれ設けている。また、図１における電磁弁
１９を備えたバイパス配管１７は設けていない。

【００３９】吸入側電磁弁３５は、吸入側通路３１ａ，
３１ｂの双方を開放してノズル５とエアポンプ１３とを
吸入側通路３１ａ，３１ｂを介して連通する開放状態
と、吸入側通路３１ａを遮断し吸入側通路３１ｂを大気
に開放する遮断状態とに切替可能である。また、吐出側
電磁弁３７は、吐出側通路３３ａ，３３ｂの双方を開放
してノズル５とエアポンプ１３とを吐出側通路３３ａ，
３３ｂを介して連通する開放状態と、吐出側通路３３ａ
を遮断し吐出側通路３３ｂを大気に開放する遮断状態と
に切替可能である。

【００４０】このような構成で、液面レベル検出作業前
には、吸入側電磁弁３５を開放状態としてノズル５とエ
アポンプ１３の吸入口１３ａとを連通させる一方、吐出
側電磁弁３７を遮断状態としてエアポンプ１３の吐出口
１３ｂを大気に開放する。この状態でエアポンプ１３を
駆動すると、ノズル５内の空気が図４（ａ）のようにエ
アポンプ１３に吸入され、前回検出時に発生したノズル
５内の残留オイルが吸引され、残留オイルはノズル５か
ら落下しない。なお、エアポンプ１３による吸引力は小
さく、残留オイルはノズル側配管９内に残るが、例え吸
引力が高過ぎたとしても、オイルキャッチタンク２９に
取り込まれるので、エアポンプ１３内にオイルが入り込
んで損傷することはない。

【００４１】その後、ノズル５の先端を、オイルパン１
に対して規定位置となるようオイル注入口１ａから挿入
し、この状態で圧力センサ２３の検出値が規定値以下と
なったときに、ノズル５の先端がオイル３の液面に到達
したとして、検出を開始する。検出の開始は、吸入側電
磁弁３５を遮断状態としてエアポンプ１３の吸入口１３
ａを大気に開放する一方、吐出側電磁弁３７を開放状態
としてノズル５とエアポンプ１３の吐出口１３ｂと連通
させる。これにより、エアポンプ１３から吐出された空
気が、前記図１の実施形態のときと同様にして、ノズル
５に供給されて液面Ｌのレベルが検出される。

【００４２】特に、この例では負圧によりノズル５がオ
イル３の液面に到達したのを判定し、これにより正圧に
切換えて検出を開始するので、図１に示す実施形態の様
に、ノズル５がオイル３の液面に到達する前から正圧に
より検出を行なうのに比して、残留オイルによる検出精
度の影響がより少ないという特徴がある。検出終了後、
空気が継続して供給されているノズル５をオイル３中か
ら引き抜き、この状態での圧力センサ２３の検出値が規
定値以下になった時点で、吸入側電磁弁３５を開放状態
としてノズル５とエアポンプ１３の吸入口１３ａとを連
通する一方、吐出側電磁弁３７を遮断状態としてエアポ
ンプ１３の吐出口１３ｂを大気に開放し、図４（ａ）の
状態に戻す。これにより、エアポンプ１３がノズル５内
の空気を吸引し、次回の検出作業に備える。

【００４３】なお、検出作業前に、ノズル５内の空気を
吸引している図４（ａ）の状態で、図４（ｂ）のように
ノズル５をオイルパン１に対して規定位置まで挿入後、
一定時間ノズル５内の圧力に変化がないときには、液面
Ｌがノズル５の先端より下方に位置し、ノズル５がオイ
ル３中に挿入されない状態と判断して、オイル無しと判
断する。

【００４４】なお、上記各実施の形態では、自動変速機
のオイルの液面レベルを検出する場合を示したが、自動
変速機以外の機器のオイルの液面レベル、あるいはオイ
ル以外の液体の液面レベルについても、この発明を適用
してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の一形態を示す液面レベル検出
装置の全体構成図である。

【図２】図１の液面検出装置におけるノズル内圧力とノ
ズル挿入量との相関図である。

【図３】図１の液面検出装置におけるノズル内径と液面
レベル検出誤差との相関図である。

【図４】この発明の他の実施形態を示す液面レベル検出
装置の全体構成図であり、（ａ）は液面レベル検出前後
の状態、（ｂ）は液面レベル検出中の状態を示す。

【符号の説明】

１ オイルパン（容器） ３ オイル（液体） ５ ノズル １３ エアポンプ（気体送出手段） ２３ 圧力センサ（圧力検出手段） ２５ 算出回路（液面レベル算出手段） ２７ 温度センサ Ｌ 液面レベル

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル先端側を液体が収容されている容
   器に対し液面に向けて規定位置まで挿入し、ノズル内に
   所定量の気体が供給されている状態のノズル内の圧力に
   基づいて、ノズル先端の前記液面からの挿入量を算出
   し、液面レベルを求めることを特徴とする液面レベル検
   出方法。
2. 【請求項２】 ノズル内に供給されている気体の量は、
   ノズル先端が液面より僅かに挿入されている状態のと
   き、ノズル内の液面がノズル先端に位置してノズル内の
   気体の圧力と液体の圧力とがほぼ釣り合う状態となるよ
   う設定されていることを特徴とする請求項１記載の液面
   レベル検出方法。
3. 【請求項３】 液面レベル検出後、ノズルを液体中から
   引き抜いた状態で、ノズル内に気体を送出し、ノズル先
   端に残留している液体を除去することを特徴とする請求
   項１または２記載の液面レベル検出方法。
4. 【請求項４】 液面レベル検出後、ノズルを液体中から
   引き抜いた状態で、ノズル内から気体を吸引し、ノズル
   先端に残留している液体を吸引除去することを特徴とす
   る請求項１または２記載の液面レベル検出方法。
5. 【請求項５】 ノズル先端に温度センサを設け、この温
   度センサが検出した液体温度に基づいて、液面レベルを
   補正することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか
   に記載の液面レベル検出方法。
6. 【請求項６】 気体を先端から放出可能で液体が収容さ
   れている容器の規定位置まで液面に向けて挿入されるノ
   ズルと、このノズル内に所定量の気体を送出する気体送
   出手段と、この気体送出手段によってノズル内に気体を
   送出しかつノズル先端が容器の規定位置まで挿入されて
   いる状態で、ノズル内の圧力を検出する圧力検出手段
   と、この圧力検出手段が検出した圧力値に基づいて、前
   記ノズル先端の液面からの挿入量を算出して液面レベル
   を求める液面レベル算出手段とを有することを特徴とす
   る液面レベル検出装置。