JP2008309575A - 液面検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アルコール等の電解液を含有する液体中に液面レベルセンサを浸漬して利用する場合にも、電食の影響を極力抑えることができて、高い液面検出精度を確保することのできる液面検出装置を提供する。
【解決手段】摺動接点と抵抗体とを備え、通電時にタンク内の液体の液面レベル変化に対応した抵抗値変化を検出して検出信号を出力する可変抵抗式の液面レベルセンサと、液面レベルセンサに周期的に通電パルスを供給する通電制御を行うと共に、通電により前記液面レベルセンサが出力する検出信号に基づいて表示部にタンク内の液体の残量を表示させる表示制御を行う制御部と、を有し、制御部が、液面レベルセンサの出力する検出信号に基づいて、液面レベルセンサに供給する所定時間内の通電パルス数を変化させる。Ｅ点（Ｅｍｐｔｙ）付近では単位時間内での通電パルス数を減らして通電時間を短縮し、Ｆ点（Ｆｕｌｌ）付近では単位時間内での通電パルス数を増やして検出精度を上げる。
【選択図】図１

Description

本発明は、タンク内に配設される可変抵抗式の液面レベルセンサを備えた液面検出装置に係り、特に、自動車の燃料タンクに貯蔵されるアルコール成分含有燃料の残量を検出するのに適した液面検出装置に関する。

ガソリンや軽油などの液体を燃料とする自動車の燃料タンクには、燃料の残量を検出するための液面レベルセンサが取り付けられており、この種の液面レベルセンサとして、図５及び図６に示すものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、図５に示すように、特許文献１に開示された液面レベルセンサ１０１は、アーム１０２の先端にフロート１０３が取り付けられ、このアーム１０２の基端側はフレーム１０４に回動自在に支持されている。フレーム１０４には、配線基板１０５と、アーム１０２に連動して配線基板１０５上を摺動する摺動アーム１０６とが設けられている。

そして、図６に示すように、配線基板１０５には、上下方向に間隔をおいて配置された複数の第１導電セグメント１０８及びこれら複数の第１導電セグメント１０８を接続している抵抗体１０９からなる第１摺動部１０７と、同じく上下方向に間隔をおいて配置された複数の第２導電セグメント１１１及びこれら複数の第２導電セグメント１１１を接続している導電連結部１１２からなる第２摺動部１１０と、が設けられている。そして、摺動アーム１０６には、第１導電セグメント１０８及び第２導電セグメント１１１にそれぞれ接触し、且つ互いに電気的に接続されている第１接点１１３と第２接点１１４とが設けられている。

このとき、液面の変位に伴ってアーム１０２が回動し、これに連動して摺動アーム１０６が回動すると、第１接点１１３が接触する第１導電セグメント１０８及び第２接点１１４が接触する第２導電セグメント１１１が共に変化し、第１摺動部１０７の接続ランド１１５と第２摺動部１１０の接続ランド１１６との間の回路に介在する抵抗体１０９の合計長さが増減する。
なお、第１摺動部１０７の接続ランド１１５は給電システムのプラス側に接続され、第２摺動部１１０の接続ランド１１６は給電システムのマイナス（アース）側に接続されており、両接続ランド１１５、１１６間に通電することで、両接続ランド１１５、１１６間の抵抗変化に応じた検出信号（抵抗値または電圧値）が出力されるようになっている。

このように構成された液面レベルセンサ１０１では、液面の昇降と抵抗値の増減とは互いに同一の傾向を示す。即ち、液面が上昇すると、図６において、摺動アーム１０６は上方に振れ、接続ランド１１５〜接続ランド１１６間の回路に介在する抵抗体１０９の合計長さが減少し、それにより接続ランド１１５〜接続ランド１１６間の回路の抵抗値が減少する。

逆に、液面が降下すると、図６において、摺動アーム１０６は下方に振れ、接続ランド１１５〜接続ランド１１６間の回路に介在する抵抗体１０９の合計長さが増大し、それにより接続ランド１１５〜接続ランド１１６間の回路の抵抗値が増大する。そして、この抵抗値の変化に基づいて液面レベルが検出される。図６において、Ｆ点は液面レベルが満タンのときの摺動アーム１０６の振れ位置を示し、Ｅ点は液面レベルが空のときの摺動アーム１０６の振れ位置を示す。

従来のこの種の可変抵抗式の液面レベルセンサ１０１を備えた液面検出装置では、液面レベルセンサ１０１は常時通電されており、一定の間隔で制御装置（例えば、マイコン）が液面レベルセンサ１０１の検出信号をサンプリングして、燃料計に残量を表示させている。

ところで、最近では、アルコール（エタノールやメタノール）をガソリンや軽油などの主燃料に混合したり、アルコール自体を主燃料として用いたりすることが検討されている。アルコールは電解液であるから、電解液中に可変抵抗式の液面レベルセンサを浸漬させた場合には、電食してしまう虞があり、そして電気分解により、プラス側電極（導体）の金属が燃料中に溶出し、導体の抵抗値が増大する。一方、マイナス側電極（導体）に燃料内のプラスイオンが析出し、摺動接点との接触抵抗が増加する。このため、前述した従来の可変抵抗式の液面レベルセンサ１０１のようなものでは、残量指示の不良を招来してしまうという嫌いがあった。

そこで、このような電食の影響を抑えるには、液面レベルセンサに対する通電時間を短縮することが有効であり、通電時間を短縮するものの例として、特許文献２や特許文献３に記載のものが開示されている。

例えば、特許文献２には、電食性を有する部材を少なくとも一部に備え、貯液槽内に配設されて液体の液面レベルを検出する液面検出手段と、該液面検出手段を間欠的に作動（所定周期毎に所定時間の間だけ作動）させる制御手段と、を備える液面検出装置が開示されている。

また、特許文献３には、通電を制御するスイッチング回路を給電回路中に設け、一定の周期で間欠的に液面レベルセンサに通電する装置が開示されている。

特開２００３−６５８２７号公報 特開２００６−２１４８２８号公報 特開２００２−２１４０２３号公報

しかしながら、特許文献２や特許文献３に記載された従来の装置はいずれも、間欠的に液面レベルセンサに通電するようにはしているものの、状況に応じて通電時間を変化させるようにしたものではないため、通電時間の設定の仕方によっては、液量の検出精度が悪化してしまったり、高い電食防止効果が得られなくなったりする可能性が依然あった。

本発明は、前述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、アルコール等の電解液を含有する液体中に液面レベルセンサを浸漬して利用する場合にも、電食の影響を極力抑えることができて、高い液面検出精度を確保することのできる液面検出装置を提供することにある。

前述した本発明の目的は、下記の構成により達成される。

（１） 摺動接点と抵抗体とを備えて、通電時にタンク内の液体の液面レベル変化に対応した抵抗値変化を検出して検出信号を出力する可変抵抗式の液面レベルセンサと、
前記液面レベルセンサに周期的に通電パルスを供給する通電制御を行うと共に、通電により前記液面レベルセンサが出力する検出信号に基づいて表示部にタンク内の液体の残量を表示させる表示制御を行う制御部と、
を有し、
前記制御部が、前記液面レベルセンサの出力する検出信号に基づいて、該液面レベルセンサに供給する所定時間内の通電パルス数を変化させる
ことを特徴とする液面検出装置。
（２） 前記制御部は、
前記液面レベルセンサの出力する検出信号が、液面レベルが最高位置付近を示す第１設定値を基準とする所定領域内にあるとき、液面レベルが最低位置付近を示す第２設定値を基準とする所定領域内にあるときに比べて、前記所定時間内に供給する通電パルス数を多くする通電制御を行う
ことを特徴とする上記（１）に記載の液面検出装置。
（３） 前記制御部は、
前記液面レベルセンサの出力する検出信号が、液面レベルが中間位置付近を示す第３設定値を基準とする所定領域内にあるとき、前記第１設定値を基準とする所定領域内にあるときに供給する所定時間内の通電パルス数より少なく、且つ前記第２設定値を基準とする所定領域内にあるときに供給する所定時間内の通電パルス数より多く、前記所定時間内に供給する通電パルス数を設定する
ことを特徴とする上記（２）に記載の液面検出装置。

上記（１）の構成の液面検出装置によれば、液面レベルセンサの出力する検出信号に基づいて、所定時間内に供給する通電パルス数を変化させるので、液体残量の状況に応じて最適な通電パルス数を設定でき、耐電食性の向上と液面検出精度の向上の両立を図ることができる。
上記（２）の構成の液面検出装置によれば、Ｆ点付近では所定時間内に供給する通電パルス数を多くし、Ｅ点付近では所定時間内に供給する通電パルス数を少なくするので、電食傾向の少ないＦ点付近で通電時間を長くして検出精度を上げることができ、電食傾向の大きいＥ点付近で通電時間を短くして耐電食性の向上を図ることができる。
上記（３）の構成の液面検出装置によれば、更に１／２点で、Ｆ点とＥ点の中間の通電時間とするので、より細かな対応ができ、耐電食性の改善と検出精度の向上を図ることができる。

本発明によれば、アルコール等の電解液を含有する液体中に液面レベルセンサを浸漬して利用する場合にも、電食の影響を極力抑えることができると共に、高い液面検出精度を確保することができる。

以下、本発明に係る好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態の液面検出装置における制御処理の内容を示すフローチャートであり、図２は実施形態における、Ｅ点付近、１／２点付近、Ｆ点付近での制御処理内容を示すタイムチャートであり、図３は実施形態における液面検出装置の制御系の構成を示す回路図であり、図４は実施形態における液面レベルセンサの出力抵抗値と燃料容量（液面レベル）との関係を示す特性図である。

この液面検出装置は、摺動接点と抵抗体とを備え、通電時にタンク内の液体の液面レベル変化に対応した抵抗値変化を検出して検出信号を出力する可変抵抗式の液面レベルセンサと、該液面レベルセンサに周期的に通電パルスを供給する通電制御を行うと共に、通電により液面レベルセンサが出力する検出信号に基づいて表示部にタンク内の液体の残量を表示させる表示制御を行う制御部と、を有している。

なお、液面レベルセンサとしては、図５、図６に示したものと類似のものを適宜採用することができるので、すでに説明した部位と共通する部位には同じ符号或いは同等符号を付して、重複する説明を省略する。

そして、液面検出装置の中で、電食の可能性のある部分としては、摺動接点として設けられた第１接点１１３及び第２接点１１４、また、第１接点１１３が接触・摺動する第１導電セグメント１０８及び第２接点１１４が接触・摺動する第２導電セグメント１１１、さらに、接続ランド１１５、１１６などが挙げられる（図６参照）。

また、この液面レベルセンサの出力抵抗値（或いは出力電圧）と燃料容量の関係は、図４に示すように逆比例の関係にある。そして、本実施形態の液面検出装置では、前述の部材の電食を防止するために、制御部が次の制御を行っている。

即ち、制御部は、液面レベルセンサの出力する検出信号に基づいて、液面レベルセンサに供給する所定時間内の通電パルス数を変化させ、同時に、液面レベルセンサの検出信号のサンプリング間隔を変化させる。そして、制御部は、その時に入力された検出信号から、図４に示した関係に基づいて燃料容量を算出して、表示部にタンク内の液体の残量（燃料容量）を表示させる。

ここで、本発明者らの鋭意検討の結果、液面レベルセンサ内の部材が電食進行に傾向し易い条件が見出された。その条件を下記（I）〜（III）に示す。
（I） プラス側とマイナス側の電位差が大きいとき。例えば、Ｅ点付近では、液面レベルセンサの抵抗値が大きくなるため、電位差が大きくなり、電食が進行しやすくなる。
（II） 通電時間が長いとき。
（III） 燃料温度が高いとき。例えば、Ｅ点に近くなる（燃料の残量が少なくなる）と、貯蔵燃料の温度が高くなる傾向があり、温度が高くなると電食が進みやすくなる。

さらにここで、通電時間が長いと電食が進み易いので、間欠的に通電すれば、通電時間を短縮できて、電食の進行を抑制できることになるが、単純に間欠的に通電するだけでは、サンプリング間隔が広がることにより、液面揺動によるメータ指示の応答性が低下する。

そこで、本実施形態では、原則的に、
（ａ）電食傾向が大きく、液面揺動が小さく、燃料温度も高くなる傾向にあるＥ点側の通電間隔を長くする
（ｂ）電食傾向が小さく、液面揺動が大きく、燃料温度が低くなる傾向にあるＦ点側の通電間隔を短くする
という、（ａ）及び（ｂ）の内容の制御を行い、それにより、タンク内の燃料の液面検出の精度を確保して液面揺動に対するメータ指示応答性を確保しつつ、タンク内に配設される液面レベルセンサの部材の耐電食性を向上させる。

具体的には、例えば、液面レベルに対し、３ステップ（Ｅ点付近、１／２点付近、Ｆ点付近）で通電間隔（単位時間当たりの通電パルス数）及びサンプリング間隔を変化させる。
なお、この場合、ステップ数や通電／サンプリング間隔は、燃料のアルコール濃度やメータ指示精度などに応じて調整するのがよい。

通電パルス数の変化は次のように行う。
即ち、液面レベルセンサの出力する検出信号が、液面レベルが最高位置付近を示す第１設定値（Ｆ点）を基準とする所定領域内にあるとき、液面レベルが最低位置付近を示す第２設定値（Ｅ点）を基準とする所定領域内にあるときに比べて、所定時間内に供給する通電パルス数を多くする。

また、液面レベルセンサの出力する検出信号が、液面レベルが中間位置付近を示す第３設定値（１／２点）を基準とする所定領域内にあるときは、第１設定値（Ｆ点）を基準とする所定領域内にあるときに供給する所定時間内の通電パルス数より少なく、且つ、第２設定値（Ｅ点）を基準とする所定領域内にあるときに供給する所定時間内の通電パルス数より多く、所定時間内に供給する通電パルス数を設定する。

ここで、以上の通電パルス数の変化内容を整理して示すと、表１のようになる。

次に、具体的な構成と制御との例示を挙げて、本実施形態について説明する。
図３は制御系の回路であり、この回路図ではフューエルセンダ（液面レベルセンサ）１は、一端に電圧が印加され、他端がアースに接続される抵抗器として表され、また電圧信号を取り出す摺動子接点１ａ（図６中の第１接点（１１３）及び第２接点（１１４）に相当）を備えている。この摺動子接点１ａは、抵抗器Ｒ３、Ｒ４とコンデンサＣ１で構成される積分回路２を介してマイコン（制御部）３のアナログポートにあるＡ／Ｄ変換器に接続されている。

フューエルセンダ１には、一端に印加された電圧によってセンダ流し電流Ｉｓが流れ、摺動子接点１ａとアース間に液面レベルに応じた電圧信号が現れる。マイコン３は、積分回路２を介して取り込んだ電圧信号をＡ／Ｄ変換し、図示例では、そのＡ／Ｄ変換値でもって、図４に示す関係に基づき液面レベルを算出して、この算出結果に基づきフューエルメータ（表示部）４の指針を駆動し、液体の残量を表示する。

なお、積分回路２は、車両の振動によりタンク内の液面が変動するので、その変動成分を平滑化するために設けてある。

フューエルセンダ１の一端と、１２Ｖから５Ｖの安定化電圧を生成するレギュレータ５との間に、印加電圧をオンオフするスイッチング回路６が設けられている。即ち、レギュレータ５の出力端には、トランジスタＴＲ１のエミッタが接続され、トランジスタＴＲ１のコレクタがフューエルセンダ１の一端に接続される。トランジスタＴＲ１のベースは、抵抗器Ｒ１を介してエミッタに接続されるとともに、さらに抵抗器Ｒ２を介してトランジスタＴＲ２のコレクタに接続される。トランジスタＴＲ２のベースは抵抗器Ｒ３を介してマイコン３に接続され、エミッタはアースに接続される。このスイッチング回路６では、トランジスタＴＲ２がオンすると、トランジスタＴＲ１は、ベース電位が下がりオン作動し、レギュレータ５の電源出力端をフューエルセンダ１の一端に接続する。これにより、フューエルセンダ１にセンダ流し電流Ｉｓが流れる。

逆に、トランジスタＴＲ２がオフすると、トランジスタＴＲ１は、ベース電位が上がりオフ作動し、レギュレータ５の電源出力端とフューエルセンダ１の一端との接続が断たれる。これにより、フューエルセンダ１にはセンダ流し電流Ｉｓが流れなくなる。そこで、マイコン３は、前述の通電パルス数の変化を実現するべく、トランジスタＴＲ２、つまりトランジスタＴＲ１をオンオフ動作させる。これにより、フューエルセンダ１には、矩形パルス状のセンダ流し電流Ｉｓが指示された間隔を置いて流れる。そして、マイコン３は、トランジスタＴＲ１のオンタイミングに同期して積分回路２の出力電圧をサンプリングしＡ／Ｄ変換する。これにより、正確なＡ／Ｄ変換値を得ることができる。

次にフローチャートに基づいて制御の流れを説明する。
処理がスタートすると、マイコン３は、ステップＳ１で液面レベルセンサのデータ（検出信号）を取り込み、ステップＳ２で、取り込んだ内容を計測処理して表示部に表示させる（表示処理）。

次に、ステップＳ３で、表示値（液面レベル）がＥ点（Ｅｍｐｔｙ）付近の所定領域にあるかどうかを判断し、ＮＯの場合はステップＳ４で、表示値（液面レベル）が１／２点（中間点）付近の所定領域にあるかどうかを判断する。表示値がＥ点付近の所定領域にある場合は、ステップＳ５に進んで通電間隔を長く（例えば、１０００ｍｓ）設定する。また、表示値が１／２点付近の所定領域にある場合は、ステップＳ６に進んで通電間隔を中（例えば、５００ｍｓ）に設定する。また、表示値がＦ点（Ｆｕｌｌ）付近の所定領域にある場合は、ステップＳ３、Ｓ４の判断がいずれもＮＯとなり、ステップＳ７に進んで通電間隔を短く（例えば、２５０ｍｓ）設定する。

ここで、ステップＳ３の判断を出力抵抗値で行う場合は、例えば、全体の出力抵抗値範囲が１５Ω〜４１０Ωであるとすると「液面レベルセンサの出力抵抗値＞２５０Ω」の条件で判断する。同様にステップＳ４では、「液面レベルセンサの出力抵抗値＞１００Ω」の条件で判断する。

そして、ステップＳ５〜Ｓ７の処理が終わったら、ステップＳ１に戻る。

図２に示すように、単位時間を１０００ｍｓとした場合、Ｅ点付近では、通電間隔Ｔを１０００ｍｓとすることにより通電パルス数は１回となり、１／２点付近では、通電間隔Ｔを５００ｍｓとすることにより通電パルス数は２回となり、Ｆ点付近では、通電間隔Ｔを２５０ｍｓとすることにより通電パルス数は４回となる。また、サンプリング回数も通電パルス数と同じとする。

以上説明したように、本実施形態によれば、制御部３は液面レベルセンサ１の出力する検出信号に基づいて、所定時間内に供給する通電パルス数を変化させるので、液体残量の状況に応じて最適な通電パルス数を設定でき、耐電食性の向上と液面検出精度の向上の両立を図ることができる。

また本実施形態によれば、制御部３は、Ｆ点付近では所定時間内に供給する通電パルス数を多くし、Ｅ点付近では所定時間内に供給する通電パルス数を少なくするので、電食傾向の少ないＦ点付近で通電時間を長くして検出精度を上げることができ、電食傾向の大きいＥ点付近で通電時間を短くして耐電食性の向上を図ることができる。

さらに本実施形態によれば、更に１／２点で、Ｆ点とＥ点の中間の通電時間とするので、より細かな対応ができ、耐電食性の改善と検出精度の向上を図ることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

本発明の実施形態の液面検出装置における制御処理の内容を示すフローチャートである。 実施形態における、Ｅ点付近、１／２点付近、Ｆ点付近での制御処理内容を示すタイムチャートである。 実施形態における液面検出装置の制御系の構成を示す回路図である。 実施形態における液面レベルセンサの出力抵抗値と燃料容量（液面レベル）との関係を示す特性図である。 従来の液面レベルセンサの概略構成図である。 従来の液面レベルセンサの内部構成を示す図である。

符号の説明

１ フューエルセンダ（液面レベルセンサ）
３ マイコン（制御部）
４ フューエルメータ（表示部）
１０１ 液面レベルセンサ
１１３ 第１接点（摺動接点）
１１４ 第２接点（摺動接点）
１０９ 抵抗体

Claims (3)

1. 摺動接点と抵抗体とを備えて、通電時にタンク内の液体の液面レベル変化に対応した抵抗値変化を検出して検出信号を出力する可変抵抗式の液面レベルセンサと、
   前記液面レベルセンサに周期的に通電パルスを供給する通電制御を行うと共に、通電により前記液面レベルセンサが出力する検出信号に基づいて表示部にタンク内の液体の残量を表示させる表示制御を行う制御部と、
   を有し、
   前記制御部が、前記液面レベルセンサの出力する検出信号に基づいて、該液面レベルセンサに供給する所定時間内の通電パルス数を変化させる
   ことを特徴とする液面検出装置。
2. 前記制御部は、
   前記液面レベルセンサの出力する検出信号が、液面レベルが最高位置付近を示す第１設定値を基準とする所定領域内にあるとき、液面レベルが最低位置付近を示す第２設定値を基準とする所定領域内にあるときに比べて、前記所定時間内に供給する通電パルス数を多くする通電制御を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の液面検出装置。
3. 前記制御部は、
   前記液面レベルセンサの出力する検出信号が、液面レベルが中間位置付近を示す第３設定値を基準とする所定領域内にあるとき、前記第１設定値を基準とする所定領域内にあるときに供給する所定時間内の通電パルス数より少なく、且つ前記第２設定値を基準とする所定領域内にあるときに供給する所定時間内の通電パルス数より多く、前記所定時間内に供給する通電パルス数を設定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の液面検出装置。

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