JP2008304437A - 液体量検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容器内に貯蔵される液体量を精度良く検出可能な液体量検出装置を提供する。
【解決手段】燃料タンク２の下面２ａとサポートベルト６との間に挟持された第１ＰＺＴ素子３、および燃料タンク２の上面２ｂとフロアパネル７との間に挟持された第２ＰＺＴ素子４の出力に基づいて、燃料タンク２内の残存燃料量を算出している。言い換えると、燃料タンク２内の残存燃料量を、直接的に検出している。したがって、従来の液面検出装置を用いて液面位置を検出し、それに基づいて液体量を算出する方法、言い換えると間接的検出方法と比べて燃料タンク２内の残存燃料量を精度良く検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、容器内に貯蔵される液体量を検出する液体量検出装置に関するもので、特に、自動車等の燃料タンク内に貯蔵される燃料量の検出用として適用して好適である。

従来、容器内に貯蔵される液体量の検出は、容器内に配置された液面検出装置を用いて容器内に貯蔵される液体の液面位置を検出し、予め求められている貯蔵液体量と液面位置との関係を参照して行われている。これに用いられる液面検出装置としては、たとえば、液面に浮かぶフロートの上下動がアームを介して伝達されて回転する回転部材内にマグネットを固定し、回転部材を回転自在に保持する固定部材内に磁電変換素子（たとえばホール素子等）を配置した構成のものがある（特許文献１参照）。
特開２００５−１００４７号公報

上述した、従来の液面検出装置を用いて容器中の液面位置を検出する場合、容器が移動体、たとえば車両等、に搭載されている場合は、容器の姿勢変化に対応して液面が傾斜すると液面検出装置から出力される検出信号の大きさも変動して、液体量を正確に検出することが困難となる。また、容器形状が複雑である場合は、容器内における液面検出装置設置場所が制約を受け、特に液面位置が低いとき、つまり液体量が少ないときには、容器全体としてはまだ液体が残存しているにもかかわらず、液面検出装置の設置場所の制約からフロートがその移動範囲における低液面位置側端で停止してしまうという現象が起こり得る。この場合、液面検出精度が低下して、液体量を正確に検出することが困難となる。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、容器内に貯蔵される液体量を精度良く検出可能な液体量検出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為に以下の技術的手段を採用する。

本発明の請求項１に記載の液体量検出装置は、液体を貯蔵する容器と、容器の鉛直方向上方に配置されて容器を吊り下げるように保持する構造体と、その両端が構造体の鉛直方向における下面に固定され且つ両端間の部分が容器の外周を取り巻くようにして容器を支持する帯状部材と、容器の鉛直方向下面と帯状部材との間に挟持される圧電素子と、圧電素子への電圧印加および電圧印加により励起される圧電素子の振動に起因し圧電素子から発せられる電気信号の検出を行う制御装置と、を備え、圧電素子は電圧印加時の変形方向が帯状部材および容器の積層方向と直交するようにして配置され、電気信号に基づいて容器内の液体量を検出することを特徴としている。

上述の構成において、容器の底面、つまり鉛直方向下側の面と帯状部材の接触状態について考える。容器の底面と帯状部材とが重なる部分には、容器の総重量、すなわち容器の風袋重量と容器内に貯蔵されている液体の重量との総和重量が作用している。さらに、容器を構造体に強固に固定するために、帯状部材が構造体に取り付けられると帯状部材は容器に対して構造体に押付けるような力である押付け力をおよぼしている。したがって、容器の底面と帯状部材とが重なる部分には、容器の総重量に上述の押付け力を加算した力が作用している。ここで、容器が構造体に固定された状態で容器内の液体量が変化して容器の総重量が変化すると、容器の底面と帯状部材とが重なる部分に作用する力の大きさが変化する。一方、容器自身の重量つまり容器の風袋重量による力、および帯状部材が構造体に取り付けられている状態における押付け力は時間経過によって変化しない。すなわち、容器の底面と帯状部材とが重なる部分に作用する力の大きさが変化した場合、その力の大きさの変化は、容器内の液体量の変化にのみ起因したものである。したがって、容器の底面と帯状部材とが重なる部分に作用する力の大きさを時々刻々検出することにより容器内の液体量の変化量を算出することができる。

圧電素子は、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等により体積が変化すると電圧を発生する性質を有している。この圧電素子に制御装置から発振信号を入力すると圧電素子は共振する。信号入力が停止された後も暫くの期間圧電素子は共振するが、共振振幅は発振信号入力停止後徐々に減衰していき、やがて圧電素子の振動は停止する。圧電素子は、発振信号入力停止後の振動中は、その体積変化に対応した電圧信号を発生し、この電圧信号は制御装置に入力される。圧電素子における発振信号印加時の共振振幅の大きさ、発振信号入力停止後の振幅減衰度合いは、圧電素子に対して作用する力、詳しくは、圧電素子に対してその振動方向に作用する力の大きさにより変化する。すなわち、発振信号入力停止後に圧電素子から発生される電圧信号の振幅も、圧電素子の振動減衰に対応して減衰する。発振信号入力停止後の振幅減衰度合いとは、たとえば、発振信号入力停止後圧電素子の振動振幅の大きさが所定値になるまでの時間である。

したがって、容器の底面と帯状部材との間に、圧電素子を電圧印加時の変形方向が帯状部材および容器の積層方向と同一方向となるようにして挟持させ、制御装置により圧電素子へ電圧を印加するとともに、電圧印加により励起される圧電素子の振動に起因し圧電素子から発せられる電気信号の検出を行うことにより、圧電素子に対してその変形方向に作用している力の大きさを検出することができる。この力は、将に容器の底面と帯状部材とが重なる部分に作用する力の大きさであり、この力の大きさの変化量に基づいて、容器内に貯蔵される液体量の変化量を算出することができる。ここで、容器内に貯蔵されている液体量が予め判明している場合は、容器内に貯蔵される液体量の変化量を算出することにより、容器内に貯蔵される液体の残存量を求めることができる。

以上説明したように、本発明の請求項１に記載の液体量検出装置によれば、容器内の液体量の変化量を、圧電素子に作用する力の大きさに基づいて算出している。言い換えると、容器内の液体量の変化量を、直接的に検出している。したがって、従来の液面検出装置を用いて液面位置を検出し、それに基づいて液体量を算出する方法、言い換えると間接的検出方法と比べて容器内の液体量の変化量あるいは容器内に貯蔵される液体の残存量を高精度で検出することができる。

本発明の請求項２に記載の液体量検出装置は、帯状部材は複数条設けられ、すべての帯状部材毎に複数個の圧電素子が帯状部材の長手方向に並んで配置されることを特徴としている。

このような構成によれば、容器を支持するすべての帯状部材において、容器の鉛直方向下面と帯状部材との間に複数個の圧電素子が挟持されている。言い換えると、容器の総重量は必ず圧電素子を介して帯状部材に作用している。したがって、各圧電素子に作用する荷重を合計した総和の変化量が容器内の液体量の変化量である。これにより、制御装置から圧電素子へ電圧を印加するとともに、電圧印加により励起される圧電素子の振動に起因し圧電素子から発せられる電気信号を検出し、それに基づいて圧電素子に作用している力を検出し、各圧電素子について検出された力の総和を求めることで、容器内の液体量の変化量あるいは容器内に貯蔵される液体の残存量を高精度で検出することができる。

ところで、特に容器に貯蔵される液体量が少ないときにおいては、容器の形状により、あるいは容器の姿勢が傾くことにより、容器内における液体の分布が均一とはならずに容器の一部に集中することがある。このような事態においても、上述の構成によれば、液体が存在する部分にも必ずいくつかの圧電素子が配置されている。したがって、液体の分布が不均一である場合においても容器内の液体量の変化量あるいは容器内に貯蔵される液体の残存量を確実且つ正確に検出することができる。

この場合、制御装置における圧電素子への発振信号印加および圧電素子からの出力信号受信動作は、複数個の圧電素子に対して、１個ずつ順番に実施すればよい。

本発明の請求項３に記載の液体量検出装置は、液体を貯蔵する容器と、容器の鉛直方向上方に配置されて容器を吊り下げるように保持する構造体と、その両端が構造体の鉛直方向における下面に固定され且つ両端間の部分が容器の外周を取り巻くようにして容器を支持する帯状部材と、容器の鉛直方向下面と帯状部材との間に挟持される第１圧電素子と、鉛直方向において帯状部材と重なり且つ容器の上面と構造体との間に挟持される第２圧電素子と、第１圧電素子への電圧印加および電圧印加により励起される第１圧電素子の振動に起因して第１圧電素子から発せられる第１電気信号の検出と、第２圧電素子への電圧印加および電圧印加により励起される第２圧電素子の振動に起因して第２圧電素子から発せられる第２電気信号の検出とを行う制御装置と、を備え、第１圧電素子および第２圧電素子は電圧印加時の変形方向が帯状部材および容器の積層方向と直交するようにして配置され、第１電気信号および第２電気信号に基づいて容器内の液体量を検出することを特徴としている。

上述の構成において、容器の底面、つまり鉛直方向下側の面と帯状部材の接触状態について考える。容器の底面と帯状部材とが重なる部分には、容器の総重量、すなわち容器の風袋重量と容器内に貯蔵されている液体の重量との総和重量が作用している。さらに、容器を構造体に強固に固定するために、帯状部材が構造体に取り付けられると帯状部材は容器に対して構造体に押付けるような力である押付け力をおよぼしている。したがって、容器の底面と帯状部材とが重なる部分には、容器の総重量に上述の押付け力を加算した力が作用している。一方、容器の鉛直方向上面と構造体との接触部分には、上述した押付け力が作用している。言い換えると、第１圧電素子には、容器の総重量に上述の押付け力を加算した力が作用し、一方、第２圧電素子には、上述の押付け力のみが作用している。

ここで、容器が構造体に固定された状態で容器内の液体量が変化すると容器の総重量が変化し、それに連動して、容器の底面と帯状部材とが重なる部分に作用する力の大きさが変化する。これにより、第１圧電素子に作用する力の大きさが変化する。

ところで、容器が構造体に帯状部材を介して固定されている状態で、時間の経過に伴って帯状部材が容器を構造体に対して押付ける押付け力が減少するがある。これは、たとえば、長時間経過による帯状部材の微小な塑性変形、あるいは構造体の帯状部材固定部分の微小な塑性変形等に起因する。このように押付け力の大きさが変化すると、容器と構造体との接触部分に作用している力の大きさが変化する。押付け力は、容器の底面と帯状部材とが重なる部分、および容器と構造体との接触部分の両部位に作用している。これにより、第１圧電素子に作用する力の大きさ、および第２圧電素子に作用する力の大きさが変化する。

以上をまとめると、第１圧電素子に作用する力の大きさの変化は、容器内の液体量変化および押付け力の大きさ変化の両方に起因し、第２圧電素子に作用する力の大きさの変化は、押付け力の大きさの変化のみに起因している。したがって、第１圧電素子に作用する力の大きさから第２圧電素子に作用する力の大きさを減じれば、容器内の液体量変化のみに起因する力の大きさ、つまり容器内の液体量変化に対応した力の大きさを求めることができる。したがって、第１圧電素子からの検出信号および第２圧電素子からの検出信号に基づいて、容器内の液体量の変化量あるいは容器内に貯蔵される液体の残存量を高精度で検出する構成によれば、帯状部材が容器を構造体に固定する固定力である押付け力が、時間の経過により変化することがあっても、容器内の液体量の変化量あるいは容器内に貯蔵される液体の残存量を確実且つ正確に検出することができる。

本発明の請求項４に記載の液体量検出装置は、帯状部材は複数条設けられ、帯状部材毎に複数個の第１圧電素子および複数個の第２圧電素子が帯状部材の長手方向に並んで配置されることを特徴としている。

このような構成によれば、複数の帯状部材により容器が構造体に取り付けられている場合において、帯状部材が容器を構造体に固定する固定力である押付け力が、時間の経過により変化することがあっても、容器内の液体量の変化量あるいは容器内に貯蔵される液体の残存量を確実且つ正確に検出することができる。

この場合、制御装置における第１圧電素子および第２圧電素子への発振信号印加および圧電素子からの出力信号受信動作は、複数個の第１圧電素子および第２圧電素子に対して、１個ずつ順番に実施すればよい。

本発明の請求項５に記載の液体量検出装置は、容器内に貯蔵される液体量が最大時における液面位置を検出する液面検出手段を備えることを特徴としている。

このような構成によれば、液面検出手段により液体量が最大時における液面位置を検出した時点で容器内に貯蔵されている液体量は、当然、当該容器の最大貯蔵量であり、容器毎に既知である。したがって、液面検出手段が最大液面位置を検出したときに、それまでの液体量検出結果を更新して新たに液体量検出を開始することにより、容器内の液体量を正確に検出することができる。

本発明の請求項６に記載の液体量検出装置は、容器内に貯蔵される液体の温度を検出する温度センサを備えることを特徴としている。

本発明の各請求項に記載に記載の液体量検出装置においては、圧電素子に作用する力の大きさを検出し、それに基づいて液体量を算出している。このため、最初に算出される液体量は液体重量である。

ところで、液体量検出装置が適用される用途によっては、液体量を最終的には体積として検出することが要求される。たとえば、容器が自動車の燃料タンクである場合は、液体量を体積として検出し表示することになる。液体の比重量は温度により変動するので、検出された液体の重量が同一であっても液体温度が異なる環境下では液体の体積は異なっている。したがって、容器内の液体の体積を正確に検出するためには、圧電素子を用いて検出された液体重量を、検出時の液体温度により補正する必要がある。

本発明の請求項６に記載の液体量検出装置によれば、温度センサを備えて液体温度を検出しているので、容器内貯蔵される液体量を体積として正確に検出することができる。

以下、本発明の実施形態による燃料量検出装置を、自動車の燃料タンク内における残存燃料量を検出する残存燃料量検出装置１に適用した場合を例として、図に基づいて説明する。なお、各図において同一構成部分には同一符号を付してある。

残存燃料量検出装置１は、大きくは、容器である燃料タンク２、燃料タンク２を構造体であるフロアパネル７に支持固定する帯状部材としてのサポートベルト６、第１圧電素子としての第１ＰＺＴ素子３、第２圧電素子としての第２ＰＺＴ素子４および制御装置としてのコントローラ８から構成されている。

以下に、残存燃料量検出装置１の構成について詳細に説明する。

容器である燃料タンク２は、たとえば鋼板をプレス加工して形成されている。燃料タンク２の鉛直方向上方には、図１に示すように、構造体である自動車の車体の一部、すなわちフロアパネル７が配置されている。燃料タンク２は、フロアパネル７の下面側に吊り下げるようにして保持固定されている。燃料タンク２は、帯状部材であるサポートベルト６を介してフロアパネル７に固定されている。サポートベルト６は、例えば鋼板から帯状に形成されている。本発明の一実施形態による残存燃料量検出装置１では、図２に示すように、燃料タンク２は、２本のサポートベルト６により保持固定されている。サポートベルト６の両端は、図１に示すように、フロアパネル７に図示しないボルト等により固定されている。サポートベルト６は、その両端部の間の部分が、図１に示すように、燃料タンク２の外周を取り巻くようにして保持している。サポートベルト６がフロアパネル７に固定されると、サポートベルト６は、燃料タンク２に対してフロアパネル７へ押付ける方向の力である押付け力Ｆ２を作用させている。この押付け力Ｆ２により、燃料タンク２は、フロアパネル７へ強固に固定される。これにより、自動車走行時の振動等を受けても、燃料タンク２とフロアパネル７間に相対的変位が生じることがない。

燃料タンク２の鉛直方向下側の面である下面２ａとサポートベルト６との間には、図１に示すように、第１圧電素子である第１ＰＺＴ素子３が３個配置されている。本発明の一実施形態による残存燃料量検出装置１においては、サポートベルト６は２条用いられているので、合計６個の第１ＰＺＴ素子３を備えている。第１ＰＺＴ素子３と燃料タンク２との間には、図１に示すように、パッド５が挟まれている。パッド５は、ゴム材質あるいは樹脂材質等の或る程度の柔軟性を備える材質から形成されている。パッド５は、燃料タンク２の下面２ａと第１ＰＺＴ素子３との接触部において第１ＰＺＴ素子３の全面に均一に力を作用させる機能を果たしている。

燃料タンク２の鉛直方向上側の面である上面２ｂとフロアパネル７との間には、図１に示すように、第２圧電素子である第２ＰＺＴ素子４が２個配置されている。２個の第２ＰＺＴ素子４は、図２に示すように、鉛直方向においてサポートベルト６と重なるような位置に、配置されている。本発明の一実施形態による残存燃料量検出装置１においては、サポートベルト６は２条用いられているので、合計４個の第２ＰＺＴ素子４を備えている。第２ＰＺＴ素子４とフロアパネル７との間にも、第１ＰＺＴ素子３の場合と同様に、図１に示すように、パッド５が挟まれている。パッド５は、フロアパネル７と第２ＰＺＴ素子４との接触部において第２ＰＺＴ素子４の全面に均一に力を作用させる機能を果たしている。

燃料タンク２内には、燃料タンク２内に貯蔵される燃料１１の液面位置を検出する液面検出手段である液面センサ９が取り付けられている。液面センサ９は、例えば液面に浮遊可能なフロートに組み込まれた磁石とリードスイッチを組み合わせたもの、あるいは燃料タンク２内に露出した２つの電極を備え電極間の燃料の有無を両電極間の静電容量変化として検出するもの等が用いられている。液面センサ９は、燃料タンク２内における燃料量が満タンであることを検出可能に配置されている。すなわち、液面センサ９からの出力は、燃料１１の液面が満タン時液面１１ａに達する前後で変化するように設定され、取り付けられている。たとえば、液面センサ９として出力信号が高低２段階であるようなセンサを用い、燃料タンク２内の残存燃料量が満タン量未満であるときには、液面センサ９からの出力信号レベルが低レベルであり、燃料タンク２内の残存燃料量が満タン量以上であるときには、液面センサ９からの出力信号レベルが高レベルであるような構成としている。

燃料タンク２内には、燃料１１の温度を検出するための温度センサ１０が設置されている。温度センサ１０は、図１に示すように、燃料タンク２内に配置されたポンプモジュール１２に一体的に組み込まれている。ポンプモジュール１２は、燃料タンク２内の燃料１１を外部、すなわちエンジン（図示せず）へ送出する燃料ポンプ（図示せず）および送出される燃料１１中の異物を捕集除去する燃料フィルタ（図示せず）等を一つのモジュールにまとめたものである。温度センサ１０は、燃料タンク２内の残存燃料量が少ないときでも燃料温度を検出できるように、図１に示すように、燃料タンク２の底部側に配置されている。

次に、本発明の一実施形態による残存燃料量検出装置１における電気回路構成について、図３に基づいて説明する。

本発明の一実施形態による残存燃料量検出装置１においては、制御装置であるコントローラ８により第１ＰＺＴ素子３および第２ＰＺＴ素子４に発振信号を印加するとともに、発振信号印加に起因して第１ＰＺＴ素子３および第２ＰＺＴ素子４から発せらされる電気信号をコントローラ８により受信し、コントローラ８は、この受信信号と、液面センサ９および温度センサ１０からの検出信号に基づいて、残存燃料量を算出している。

コントローラ８は、たとえばマイクロコンピュータや各種ＩＣ等から構成され、第１ＰＺＴ素子３および第２ＰＺＴ素子４を駆動する発振回路（図示せず）、第１ＰＺＴ素子３および第２ＰＺＴ素子４から発せられる電気信号を受信し、演算回路（図示せず）で処理可能なデジタル信号に変換する信号処理回路（図示せず）等を備えている。

コントローラ８には、図３に示すように、バッテリ１４から電力が常時供給されている。また、コントローラ８には、イグニッションスイッチ１３が、その作動状態（ＯＮまたはＯＦＦ）を検出可能に接続されている。コントローラ１０には、図３に示すように、６個の第１ＰＺＴ素子３、４個の第２ＰＺＴ素子４、液面センサ９および温度センサ１０が電気的に接続されている。

コントローラ８には、図３に示すように、表示装置１５が接続されている。表示装置１５は、たとえば自動車に関する各種情報を運転者に知らせるように表示するコンビネーションメータ（図示せず）に設置されている。コントローラ８は、第１ＰＺＴ素子３および第２ＰＺＴ素子４から発せられた電気信号に基づいて、燃料タンク２内の残存燃料量を算出するとともに、算出した残存燃料量を運転者が視認可能に表示装置１５が表示するように表示装置１を駆動している。表示装置１５は、たとえば、交差コイル式ムーブメントやステッピングモータ等により指針を回動させる機械式指針計器、あるいは、液晶表示器等の画面上に画像として表示する画像式計器として形成されている。

次に、本発明の一実施形態による残存燃量料検出装置１における、燃料タンク２内の残存燃料量検出動作について説明する。なお、本発明の一実施形態による残存燃量料検出装置１は、燃料タンク２内の残存燃料量を体積量として表示装置１５上に表示させている。体積の単位としては、たとえば、リットル、ガロン等が用いられる。

運転者の操作によりイグニッションスイッチ１３がＯＮされると、コントローラ８はそれを検知して、燃料タンク２内の残存燃料量検出制御を開始する。この、残存燃料量検出制御について、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。

コントローラ８における残存燃料量検出制御において、先ず、ステップ１０１にて、燃料タンク２内の残存燃料量が満タン量、すなわち燃料タンク２の最大貯蔵量Ｖｆｍａｘであるかどうかを判定する。これは、液面センサ９からの検出信号に基づいて行われる。ステップ１０１における判定の結果、燃料タンク２内の残存燃料量が満タン量である場合は、コントローラ８は、ステップ１０２において、残存燃料量である燃料体積Ｖｆｕｅｌ＝Ｖｆｍａｘとし、続いてステップ１０８へ進んで、表示装置１５を駆動してそれを表示させる。ここで、燃料タンク２の満タン量は既知であり、予めコントローラ８内の記憶手段に記憶されている。一方、ステップ１０１における判定の結果、燃料タンク２内の残存燃料量が満タン量ではない、言い換えると満タン量未満であるときにはである場合は、コントローラ８は、図４においてステップ１０３以下の各ステップを実行して残存燃料量を検出する。以下に、燃料タンク２内の残存燃料量が満タン量未満のときに行われる残存燃料量検出制御について説明する。

ステップ１０３にて、各第１ＰＺＴ素子３に作用する力の総和である力Ｐ１ｔｏｔａｌを算出する。これは、図５に示すように、コントローラ８により一つの第１ＰＺＴ素子３に発振信号を所定時間印加して、その直後に当該第１ＰＺＴ素子３から出力される電気信号をコントローラ８により受信する。この発振信号の周波数は、第１ＰＺＴ素子３の固有振動数と同じ周波数である。これにより、第１ＰＺＴ素子３の振動振幅を大きくして当該第１ＰＺＴ素子３から出力される電気信号の振幅も大きくできるので、検出精度を高めることができる。当該第１ＰＺＴ素子３から出力される電気信号は、図５に示すように、発振信号印加終了直後に最大となり以降徐々に振幅が減少し消滅する。図５は、第１ＰＺＴ素子３から出力される電気信号の出力レベルＥ（縦軸）と時間ｔ（横軸）との関係を説明するグラフである。コントローラ８は、当該第１ＰＺＴ素子３から出力される電気信号の最大値Ｅｍａｘ、および当該第１ＰＺＴ素子３から出力される電気信号が最大値Ｅｍａｘの１／２に減少するまでの時間Ｔ０．５をそれぞれ計測する。コントローラ８は、計測した最大値Ｅｍａｘおよび時間Ｔ０．５に基づいて、第１ＰＺＴ素子３に作用する力Ｐ１ｉを算出する。力Ｐ１ｉの算出は、第１ＰＺＴ素子３について予め測定して求められ、コントローラ８内の記憶手段に記憶されているデータ、すなわち最大値Ｅｍａｘと力Ｐ１ｉとの関係、および時間Ｔ０．５と力Ｐ１ｉとの関係に基づいて行われる。一つの第１ＰＺＴ素子３について上述した手順により力Ｐ１ｉを算出した後、別の第１ＰＺＴ素子３について上述した手順により力Ｐ１ｉを算出する。本発明の一実施形態による残存燃量料検出装置１は、６個の第１ＰＺＴ素子３を備えている。したがって、６個の第１ＰＺＴ素子３について順番に力Ｐ１ｉが算出され、最後に算出された６個のＰ１ｉを加算して力Ｐ１ｔｏｔａｌが求められる。

次に、コントローラ８は、ステップ１０４にて、各第２ＰＺＴ素子４に作用する力の総和である力Ｐ２ｔｏｔａｌを算出する。これは、ステップ１０３で実行されるＰ１ｔｏｔａｌの算出と同様のやり方で行われる。すなわち、コントローラ８により一つの第２ＰＺＴ素子４に発振信号を所定時間印加して、その直後に当該第２ＰＺＴ素子４から出力される電気信号、つまりＥｍａｘおよびＴ０．５を計測する。コントローラ８は、計測した最大値Ｅｍａｘおよび時間Ｔ０．５に基づいて、第２ＰＺＴ素子４に作用する力Ｐ２ｉを算出する。力Ｐ２ｉの算出は、第２ＰＺＴ素子４について予め測定して求められ、コントローラ８内の記憶手段に記憶されているデータ、すなわち最大値Ｅｍａｘと力Ｐ２ｉとの関係、および時間Ｔ０．５と力Ｐ２ｉとの関係に基づいて行われる。一つの第２ＰＺＴ素子４について上述した手順により力Ｐ２ｉを算出した後、別の第２ＰＺＴ素子４について上述した手順により力Ｐ２ｉを算出する。本発明の一実施形態による残存燃量料検出装置１は、４個の第２ＰＺＴ素子４を備えている。したがって、４個の第２ＰＺＴ素子４について順番に力Ｐ２ｉが算出され、最後に算出された４個のＰ２ｉを加算して力Ｐ２ｔｏｔａｌが求められる。

次に、コントローラ８は、ステップ１０５にて、Ｐ１ｔｏｔａｌとＰ２ｔｏｔａｌの差を算出する。

ここで、Ｐ１ｔｏｔａｌおよびＰ２ｔｏｔａｌの意味について説明する。燃料タンク２をサポートベルト６によりフロアパネル７に固定する構造において、サポートベルト６は燃料タンク２をフロアパネル７に向けて押付ける力である押付け力Ｆを発生している。これは、燃料タンク２に自動車走行時等に振動が作用した場合でも燃料タンク２を正規の位置に強固に保持するためである。この構造により、燃料タンク２の下面２ａとサポートベルト６との接触部、言い換えると第１ＰＺＴ素子３には、燃料タンク２の総重量である燃料タンク２の風袋重量と貯蔵される燃料重量との和と、上述した押付け力Ｆとの合計が作用している。一方、燃料タンク２の上面２ｂとフロアパネル７との接触部、言い換えると第２ＰＺＴ素子４には、上述した押付け力Ｆのみが作用している。したがって、ステップ１０３で求めたＰ１ｔｏｔａｌが燃料タンク２の総重量である燃料タンク２の風袋重量と貯蔵される燃料重量Ｐｆｕｅｌとの和と、押付け力Ｆとの総和に相当し、ステップ１０４で求めたＰ２ｔｏｔａｌが押付け力Ｆに相当する。したがって、Ｐ１ｔｏｔａｌからＰ２ｔｏｔａｌを減じれば、燃料タンク２の風袋重量と燃料重量Ｐｆｕｅｌとの和である燃料タンク２総重量Ｐｆｔｏｔａｌが求められる。

ところで、押付け力Ｆは、振動等による力を繰り返し受けることにより、残存燃料量検出装置１の使用過程において、徐々に低下する可能性がある。このような事態が発生した場合であっても、本発明の一実施形態による残存燃料量検出装置１のように、第２ＰＺＴ素子４を用いて押付け力Ｆを検出し、上述したように燃料重量Ｐｆｕｅｌの算出に利用すれば、残存燃料量検出装置１の使用過程において押付け力Ｆｇａ変化した場合でも、燃料重量Ｐｆｕｅｌを高精度で検出することができる。

次に、コントローラ８は、ステップ１０６にて、Ｐｆｔｏｔａｌから燃料タンク２の風袋重量Ｐｔを減じて燃料重量Ｐｆｕｅｌを算出する。

次に、コントローラ８は、ステップ１０７にて、ステップ１０６で算出した燃料重量Ｐｆｕｅｌおよび温度センサ１０により検出した燃料１１の温度に基づいて燃料体積Ｖｆｕｅｌを算出する。このＶｆｕｅｌの算出は、予めコントローラ８内の記憶手段に記憶されている燃料１１の温度と燃料１１の比重量との関係を表すデータに基づいて行われる。

次に、コントローラ８は、ステップ１０８にて、算出した燃料体積Ｖｆｕｅｌを表示するように表示装置１５を駆動する。

以上説明した、本発明の一実施形態による残存燃料量検出装置１では、燃料タンク２の下面２ａとサポートベルト６との間に挟持された第１ＰＺＴ素子３、および燃料タンク２の上面２ｂとフロアパネル７との間に挟持された第２ＰＺＴ素子４の出力に基づいて、燃料タンク２内の残存燃料量を算出している。言い換えると、燃料タンク２内の残存燃料量を、直接的に検出している。したがって、従来の液面検出装置を用いて液面位置を検出し、それに基づいて液体量を算出する方法、言い換えると間接的検出方法と比べて燃料タンク２内の残存燃料量を精度良く検出することができる。

また、残存燃料量の算出に、燃料タンク２の上面２ｂとフロアパネル７との間に挟持された第２ＰＺＴ素子４の出力に基づいて、サポートベルト６が燃料タンク２をフロアパネル７へ向けて作用させている押付け力Ｆを算出し、残存燃料量算出に用いている。これにより、残存燃料量検出装置１が自動車に搭載され使用されている途中で押付け力Ｆが変化しても、そのことが残存燃料量検出に及ぼす影響をキャンセルして残存燃料量を精度良く検出することができる。

なお、以上説明した本発明の一実施形態による残存燃料量検出装置１においては、一本のサポートベルト６あたりの第１ＰＺＴ素子３の個数、および第２ＰＺＴ素子４の個数をそれぞれ３個、２個としているが、複数であれば幾つであってもよい。またサポートベルト６の本数も燃料タンク２を確実にフロアパネル７に固定可能であれば幾つであってもよい。

また、第１ＰＺＴ素子３および第２ＰＺＴ素子４の電圧印加時における変位方向は、燃料タンク２とサポートベルト６との積層方向と同じではなく、それに直交する方向としても、同様な検出を行うことができる。

また、以上説明した本発明の一実施形態においては、圧電素子としてＰＺＴ素子を用いているが、ＰＺＴ素子に限らずに、他の種類の圧電素子を用いても良い。

また、以上説明した本発明の一実施形態においては、液体量検出装置１を自動車用の残存燃料量検出装置１に適用した場合を例に説明したが、その用途は自動車用の残存燃料量検出装置１に限る必要はない。自動車に搭載される他の液体、たとえばブレーキフルード、エンジン冷却水等の容器内の液体量検出用に適用してもよい。さらに、自動車用に限らず、各種民生用機器が備える液体容器内の液体量検出用に適用してもよい。

本発明の一実施形態による燃料残量検出装置１の断面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 本発明の一実施形態による燃料残量検出装置１の電気回路構成を説明する模式図である。 本発明の一実施形態による燃料残量検出装置１において実行される残存燃料量検出制御を説明するフローチャートである。 本発明の一実施形態による燃料残量検出装置１における、第１ＰＺＴ素子３から出力される電気信号の出力レベルＥと時間ｔとの関係を説明する模式図である。

符号の説明

１ 燃料残量検出装置（液体量検出装置）
２ 燃料タンク（容器）
２ａ 下面
２ｂ 上面
３ 第１ＰＺＴ素子（第１圧電素子）
４ 第２ＰＺＴ素子（第２圧電素子）
５ パッド
６ サポートベルト（帯状部材）
７ フロアパネル（構造体）
８ コントローラ（制御装置）
９ 液面センサ（液面検出手段）
１０ 温度センサ
１１ 燃料
１１ａ 満タン時液面
１２ ポンプモジュール
１３ イグニッションスイッチ
１４ バッテリ
１５ 表示装置

Claims (6)

1. 液体を貯蔵する容器と、
   前記容器の鉛直方向上方に配置されて前記容器を吊り下げるように保持する構造体と、
   その両端が前記構造体の鉛直方向における下面に固定され且つ前記両端間の部分が前記容器の外周を取り巻くようにして前記容器を支持する帯状部材と、
   前記容器の鉛直方向下面と前記帯状部材との間に挟持される圧電素子と、
   前記圧電素子への電圧印加および前記電圧印加により励起される前記圧電素子の振動に起因して前記圧電素子から発せられる電気信号の検出を行う制御装置と、を備え、
   前記圧電素子は前記電圧印加時の変形方向が前記帯状部材および前記容器の積層方向と直交するようにして配置され、
   前記電気信号に基づいて前記容器内の液体量を検出することを特徴とする液体量検出装置。
2. 前記帯状部材は複数条設けられ、
   すべての前記帯状部材毎に複数個の圧電素子が前記帯状部材の長手方向に並んで配置されることを特徴とする請求項１に記載の液体量検出装置。
3. 液体を貯蔵する容器と、
   前記容器の鉛直方向上方に配置されて前記容器を吊り下げるように保持する構造体と、
   その両端が前記構造体の鉛直方向における下面に固定され且つ前記両端間の部分が前記容器の外周を取り巻くようにして前記容器を支持する帯状部材と、
   前記容器の鉛直方向下面と前記帯状部材との間に挟持される第１圧電素子と、
   鉛直方向において前記帯状部材と重なり且つ前記容器の上面と前記構造体との間に挟持される第２圧電素子と、
   前記第１圧電素子への電圧印加および前記電圧印加により励起される前記第１圧電素子の振動に起因して前記第１圧電素子から発せられる第１電気信号の検出と、前記第２圧電素子への電圧印加および前記電圧印加により励起される前記第２圧電素子の振動に起因して前記第２圧電素子から発せられる第２電気信号の検出とを行う制御装置と、を備え、
   前記第１圧電素子および前記第２圧電素子は前記電圧印加時の変形方向が前記帯状部材および前記容器の積層方向と直交するようにして配置され、
   前記第１電気信号および前記第２電気信号に基づいて前記容器内の液体量を検出することを特徴とする液体量検出装置。
4. 前記帯状部材は複数条設けられ、
   前記帯状部材毎に複数個の第１圧電素子および複数個の第２圧電素子が前記帯状部材の長手方向に並んで配置されることを特徴とする請求項２に記載の液体量検出装置。
5. 前記容器内に貯蔵される液体量が最大時における液面位置を検出する液面検出手段を備える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量検出装置。
6. 前記容器内に貯蔵される液体の温度を検出する温度センサを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載の液体量検出装置。

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