JP2012137480A - 燃料タンク構造 - Google Patents

Abstract

【課題】液面が傾斜しても液位を検出可能、かつ設置が容易な燃料タンク構造を提供する。
【解決手段】燃料タンク１０の内部には底壁２０に沿って液位センサ１４が設けられ、その長手方向両端は車体上方向に折り曲げられ、さらに一端は満タン時の液面Ｆよりも車体上方向に突出するように延設されている。第１液位測定部１６Ａと複合測定部１８とは挿入口２２を挟んで対向する位置にあり、挿入口２２が満タン時の液面Ｆよりも低い位置にあっても、それぞれ満タン時の液面Ｆを検出することができる。液面Ｆの揺動中心から第１液位測定部１６Ａ及び第２液位測定部１６Ｂが等しい距離にあれば、図１に示すように、Ａ＋Ｂ≒ａ＋ｂとなるので、液位ａと液位ｂとの平均をとれば、本来の液量として正しい液位Ａ（＝Ｂ）を算出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料タンク構造に関し、特に自動車等の車両に搭載される燃料タンク等に適用されるタンクの燃料タンク構造に関する。

従来、自動車等の燃料タンクに設けられた燃料量計測装置には種々の形式が存在するが、その一つとして車体上下方向に延設された縦長形状の検出電極（センサ）を用いて、燃料に検出電極が接する位置を検知し、液位を検出する構成が採用されている。

例えば検出部が常に液中に浸漬される基準電極と、常に液外にある気層電極と、液面と交差する液面電極とを組み合わせ、電極と液との接触／非接触による静電容量の変化から液面を検出する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、一本のセンサ部の複数面に電極が設けられ、車体の傾斜時やコーナリング時など燃料タンクの内部で液面が傾斜した際には、複数の電極で検出した液面レベルから水平時の液面を算出する液面検出装置が採用されている（例えば、特許文献２参照）。

あるいは燃料タンク内に複数の液面検出手段が設けられ、燃料タンクの中心軸を挟んで所定間隔を開けた位置に配置された液面検出装置が採用されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１０−０２５７８２号公報 特開平０５−２２３６２３号公報 特開２０００−０３５３３４号公報

しかし特許文献２に記載の構成のように液位センサの複数面に電極が設けられ、燃料タンクの内部で液面が傾斜した際には、複数の電極で検出した液面レベルから水平時の液面を算出する構成の場合、液位センサを燃料タンクの中央部近傍に設置しないと検出精度が低下する虞があり、例えば前述のように燃料タンクの中央に開口部を備えているなどの理由で、液位センサを燃料タンクの周縁部に設置する必要がある場合は問題となる。

また特許文献３に記載の構成のように複数の液位センサを燃料タンク内の所望の箇所に設置する構成の場合、例えば両者で検出された液位を比較して燃料タンク全体の液位を算出する場合など、液位センサの設置位置が重要となる。しかし複数の液位センサを燃料タンク内で正確に設置するのは難しく、工数／コスト共に問題となる虞がある。

本発明は上記課題を解決すべく成されたもので、液面が傾斜しても液位を検出可能、かつ設置が容易な燃料タンク構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の燃料タンク構造は、車両に備えられた燃料タンクと、前記燃料タンクの底壁に沿って設置された基部と、前記基部の一端から車体上方に立設されて該基部と一体を成し、前記燃料タンク内の燃料の液位を静電容量により測定する第１の液位測定部と、前記燃料タンクの中央部を挟んで前記第１の液位測定部とは反対側に位置するように前記基部の他端から車体上方に立設されて該基部と一体を成し、前記燃料タンク内の燃料の液位を静電容量により測定する第２の液位測定部と、前記第２の液位測定部の車体上側端から満タン時の液面よりも車体上側まで一体に延設され、液面から上の気層の静電容量を測定する空気基準測定部と、を備えている。

請求項１に記載の燃料タンク構造では、第１の液位測定部と第２の液位測定部とが燃料タンクの中央部を挟んで反対側に位置している。このため、燃料タンクが傾いた場合は、第１及び第２の液位測定部の一方で測定液位が低くなり、他方では高くなる。これにより、例えば燃料タンクの中央近傍に液位センサを設置できない構造であっても、第１及び第２の液位測定部によって高い精度で液面の検出を行うことができる。また第１及び第２の液位測定部、空気基準測定部は、基部の両端から一体に立設、延設されているので、燃料タンク内部で各測定部の相対的な位置決めをする必要がなく、容易に設置できる。

請求項２に記載の燃料タンク構造は、請求項１の構成において、前記基部の前記一端と他端との間には、燃料の静電容量を測定する燃料基準測定部が設けられている。

請求項２に記載の燃料タンク構造では、燃料タンク中央近傍に燃料基準測定部を配置される。すなわち、燃料タンク内の燃料が揺動しても液面変動が少ない燃料タンク中央近傍に燃料基準測定部したことにより、確実に燃料基準測定部を燃料液面下におくことができ、正確な液面検知が行える。

請求項３に記載の燃料タンク構造は、請求項１又は請求項２の構成において、前記第１の液位測定部と第２の液位測定部とは、平面視における前記燃料タンクの図心を挟んで水平方向に対称な位置に配置されている。

請求項３に記載の燃料タンク構造では、第１及び第２の液位測定部の位置を燃料タンクの図心を挟んで水平方向に対称な位置としたことで、液面が揺動しても第１及び第２の液位測定部で得られた測定値を平均することで正確な液面を算出することができる。

請求項４に記載の燃料タンク構造は、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成において、前記燃料タンクは、車体上側面における平面視で該燃料タンクの図心を含む位置に形成された挿入口の周囲から車体下側に突出した環状の凸部を有し、満タン液位が前記凸部の周囲で前記挿入口よりも車体上側に設定されている。

請求項４に記載の燃料タンク構造では、平面視で燃料タンクの略中央に位置する挿入口の存在により、満タン時の液面が燃料タンクの中央近傍に存在しないこととなり、燃料タンクの中央近傍に液位センサを設置できない構造とされる。このような構造であっても、挿入口を挟んで対向する位置に一対の液位測定部を設けたため、高い精度で液面の検出を行うことができる。

以上説明したように、本発明に係る燃料タンク構造は液面が傾斜しても液位を検出可能、かつ設置が容易であるという優れた効果を有する。

本発明の実施形態に係る燃料タンク構造を備えた燃料タンクを示す側断面図である。 図１に示す実施形態に係る燃料タンク構造の液位センサを示す斜視図である。 図１に示す実施形態に係る燃料タンク構造を備えた燃料タンクを示す側断面図及び液位センサの拡大図である。 比較例に係る燃料タンク構造を備えた燃料タンクを示す側断面図である。

＜構造＞

本発明の燃料タンク構造の一実施例を図１〜図３に従って説明する。なお、図中矢印ＵＰは車体上方方向を示す。

図１に示されるように、本燃料タンク構造では、燃料タンク１０の内部に液位センサ１４が設けられている。この液位センサ１４は、燃料タンク１０の底壁２０に沿って配置され、その両端が後述する如く車体上側へ延設され全体として車体上側が開いたコの字形状とされている。

燃料タンク１０は図１に示すように略箱形形状とされた容器であり、設置される車体などの形状や部品配置によってその形状が決定される。また燃料タンク１０は燃料（ガソリンなど）による腐食への耐性、機械的強度、耐衝撃性や衝突の際の安全性などを考慮して素材が選定される。

燃料タンク１０の車体上側には挿入口２２が設けられており、挿入口２２を外側から閉塞する蓋部２８で、内部の燃料が外へ漏れ出さないように密閉される。この実施形態に係る挿入口２２は、平面視において、その内側（略中央）に燃料タンク１０の図心が位置する配置とされている。車体上方向に筒状に突出した挿入口２２は蓋部２８で密閉され、挿入口２２の外周面に設けられた雄ネジと螺号する螺子蓋１２０で蓋部２８が固定される。

このとき、挿入口２２が箱状の燃料タンク１０から突出していると、車体に組み付ける際にスペース効率が低下する虞があるので、挿入口２２を燃料タンク１０の内側に沈めるように設ける方が望ましい。この場合、挿入口２２及び螺子蓋１２０をクリアできる空間を燃料タンク１０の内部に設ける必要がある。

これにより燃料タンク１０の車体上側面は外面が凹んだ平面視で環状の凹部２４が形成されており、凹部２４の内側は燃料タンク１０内部の車体下側に向けて突出した平面視で環状の凸部２６として形成されている。このため燃料タンク１０の内部に燃料を充填していくと液面Ｆは凸部２６の車体下側端の高さを超え、凸部２６は燃料に浸漬する。

すなわち、燃料タンク１０は、凸部２６の車体下側端よりも車体上方に満タン液位（図３の液面Ｆｆ参照）が設定されている。また、この実施形態では、満タン液位は凸部２６の周囲において、挿入口２２よりも車体上側に設定されている。なお、燃料タンク１０は、満タン液位が設定されることで、その内部に入れる燃料の総量を規制し、ベーパー層を確保している。

また燃料タンク１０の内部には図示しないポンプユニットが設けられ、内部の燃料をポンプで汲み出し、図示しない燃料ホースで外部へ送り出す構成とされていてもよい。

図１に示すように、燃料タンク１０の内部には底壁２０に沿って液位センサ１４が設けられ、その長手方向両端は車体上方向に折り曲げられ、さらに一端は満タン時の液面Ｆよりも車体上方向に突出するように延設されている。以下、具体的に説明する。

図３（Ｂ）には、図１に示した液位センサ１４を示した平面展開図が示されている。

液位センサ１４は例えば図３（Ｂ）に示すように車体上下方向を長手とする樹脂フィルムなど折り曲げ可能な絶縁体で形成されたシート状のベース１４Ｃの表面に電極１４Ｄが設けられた構造とされている。例として電極１４Ｄのうちガソリンなどの燃料と接している部分の長さと、空気と接している部分の長さとによって変動する電気容量などから、燃料タンク１０の内部に残った燃料の残量を検出する。

電気的に液位（液面高さ）を測定（検出）する方法には、例えば電極１４Ｄ間の静電容量を測定する方法がある。燃料タンクの燃料が減少する（例えば使い尽くされる）と、電極１４Ｄの間の空間は、それまで燃料によって占められていたものが空気によって占められるようになるため、静電容量は減少する。したがって、静電容量の減少を検出することにより、燃料タンク１０内の燃料が減少した（例えば燃料タンク１０が空になった）ことを検出できる。このとき、予め空気中に設けられた基準測定部と、常に液中に存在する基準測定部とで検出された値を基準として、測定値を比較することでさらに正確な検出を行うことができる。

電極１４Ｄは液位センサ１４の端部に設けられた端子１４Ｅで外部と電気的に接続され、例えば外部に設けられた電気回路にて検出された液位は燃料量情報として燃料タンク１０の外へ伝達される。

図２に示すように、液位センサ１４は、基部としての燃料基準測定部１９と、燃料基準測定部１９の長手方向の端部からそれぞれ立設された第１液位測定部１６Ａ及び複合測定部１８とで、全体として車体上方向が開いたコの字形を形成している。燃料基準測定部１９は、燃料タンク１０の底壁２０に沿って設置されている。この実施形態における液位センサ１４は、ベース１４Ｃを折り曲げることで上記の如きコの字型に形成されている。

このとき、液位センサ１４自体の素材であるベース１４Ｃとは別に硬質プラスチックなどの支持部材（図示せず）を用いて第１液位測定部１６Ａ及び複合測定部１８を燃料タンク１０内部で自立させる構成とされていてもよい。

すなわち、例えば板状の支持部材で第１液位測定部１６Ａ及び複合測定部１８を裏打ちすることで自立可能とすると同時に、燃料の揺動で第１液位測定部１６Ａ及び複合測定部１８が変形して液位測定に影響することを防ぐ構成とすることもできる。

図２、図３に示すように第１液位測定部１６Ａは、燃料タンク１０の底壁２０近傍から、満タン液位（図３の液面Ｆｆ）までをカバーする電極１４Ｄが設けられ、燃料タンク１０内の燃料の液位測定を行う。

複合測定部１８は、燃料タンク１０の底壁２０近傍から、満タン時の液面Ｆｆまでをカバーする電極１４Ｄが設けられた第２液位測定部１６Ｂと、その車体上側に延設された空気基準測定部１７とから構成されている。第２液位測定部１６Ｂは、燃料タンク１０の底壁２０近傍から、満タン液位（図３の液面Ｆｆ）までをカバーする電極１４Ｄが設けられ、燃料タンク１０内の燃料の液位測定を行う。

空気基準測定部１７は、燃料タンク１０内部で液面Ｆよりも車体上側に形成される空気層（燃料が蒸発した蒸気からなるベーパ層）に接しており、空気層の静電容量を検出するようになっている。

また燃料基準測定部１９は、燃料タンク１０内部の底壁２０に沿って設けられ、常に燃料と接しており、燃料の静電容量を検出するようになっている。液位センサ１４は、第１液位測定部１６Ａ及び第２液位測定部１６Ｂで検出される静電容量と、空気基準測定部１７及び燃料基準測定部１９で検出される基準となる静電容量との比較を行い、液位（液面Ｆの位置）を検出する。

図１、３に示すように液位センサ１４は、第１液位測定部１６Ａと複合測定部１８とが挿入口２２を挟んで対向するように配置されている。この実施形態では、燃料基準測定部１９の長手方向中央部が平面視で燃料タンク１０（挿入口２２）の図心を通るように配置されている。すなわち、第１液位測定部１６Ａと複合測定部１８の第２液位測定部１６Ｂとは、平面視で燃料タンク１０の図心を挟んで対向している。

＜作用＞

次に、本実施形態の作用を説明する。

図１に示すように、燃料タンク１０の内部に燃料がある程度まで充填されているとき、車体が水平であれば液面Ｆは実線で示されるような位置にあり、第１液位測定部１６Ａ及び第２液位測定部１６Ｂによって燃料の液位が測定されることで、燃料タンク１０内部の燃料の残量が検出される。

これに対して、旋回中や坂道などの傾斜面に駐車中であるなど、車体が水平でない状態にあるとき、液面Ｆは破線で示す液面Ｆｂのように傾斜しており、第１液位測定部１６Ａでは実際の液面（液面Ｆ）よりも液面が低く、第２液位測定部１６Ｂでは実際の液面（液面Ｆ）よりも液面が高く検出される。

実際には、液位センサ１４による液位の測定は通常例えば所定時間間隔ごとに行われ、所定回数分を平均して数秒に一回などの頻度で燃料量データとして処理されるが、あまり頻繁に表示を更新すると残量表示が不安定になるため遅延を掛けて表示をしている。このため車両旋回などで残量表示が不正確となっても、短時間で旋回が終了すれば次回の残量表示で正常状態に復帰する。しかし坂道で停車するなど長時間にわたる液面の傾きは上記のように不正確な残量表示の原因となり得る。

例えば図４に示す比較例に係る燃料タンク１００では、その中央（平面視）近傍に挿入口１２２が設けられているなどの理由で、満タン液位が挿入口１２２よりも車体上側に設定されている。この比較例では、液位センサ１１４は燃料タンク１００の略中央部に配置されているため、液面Ｆの傾きによる液位測定の影響を受けにくいが、液位センサ１１４により満タン液位を測定することができない。

このために燃料タンク１００の中央を避けて前後方向、左右方向などの端部に液位センサ１１４を設置すると、車体の傾斜時やコーナリング時など燃料タンクの内部で液面が傾斜した際に、端部に設けられた液位センサ１１４では正確な液位を測定することができない。

ここで、車体が水平状態であるとき、燃料タンク１０内の燃料の液面Ｆも水平であり、燃料に浸漬している長さ（深さ）を第１液位測定部１６Ａでは深さＡ、第２液位測定部１６Ｂでは深さＢとするとＡ＝Ｂである。

対して、車体が水平でない状態にあるとき、燃料タンク１０内の燃料の液面Ｆが傾き、燃料に浸漬している長さ（深さ）を第１液位測定部１６Ａでは深さａ、第２液位測定部１６Ｂでは深さｂとすると、ａ≠ｂとなる。

このとき図１に示す断面図において、水平時の液面Ｆと揺動時の液面Ｆｂとが交わる、交点Ｘが燃料タンク１０の平面視における図心と側面視で略一致することとなる。そして、第１液位測定部１６Ａと複合測定部１８の第２液位測定部１６Ｂとは、平面視で燃料タンク１０の図心すなわち上記交点Ｘを挟んで水平方向に対称に配置されている。したがって、第１の液位測定部１６Ａと複合測定部１８とは、交点Ｘから常に等しい距離にある。

この場合は液面Ｆの揺動中心（＝交点Ｘ）から第１液位測定部１６Ａ及び第２液位測定部１６Ｂが等しい距離にあるので、図１に示すように、Ａ＋Ｂ≒ａ＋ｂとなり、液位ａと液位ｂとの平均をとれば、本来の液量として正しい液位Ａ（＝Ｂ）を算出することができる。

このように、本燃料タンク構造では、第１液位測定部１６Ａ及び第２液位測定部１６Ｂが挿入口２２を挟んで対向するように配置されている。このため、挿入口２２が満タン液位（図３の液面Ｆｆ）よりも低い位置にあるために燃料タンク１０の中央部に液位センサを配置できない構成であっても、液面が傾いた場合にも液位（燃料残量）を正確に測定（検出）することができる。すなわち、上記のように燃料の揺動に影響されず正しい液位を測定することができる。

さらに第１液位測定部１６Ａと複合測定部１８とは帯形状をした単一の液位センサ１４の両端部を折り曲げて形成されたものである。このため、液位センサ１４の大きさと折り曲げ位置が正しく管理されていれば、第１液位測定部１６Ａと第２液位測定部１６Ｂとの位置精度は維持される。すなわち、第１液位測定部１６Ａと第２液位測定部１６Ｂとが燃料タンク１０の内部で別個に設置された場合に比較して、容易に両者の位置精度を得ることができる。

また同時に、第１液位測定部１６Ａ及び第２液位測定部１６Ｂを燃料タンク１０の内部で別個に設置する場合に比較すれば、単一の（１個の）液位センサ１４を設置するだけなので設置作業も容易となる。加えて、燃料タンク１０内部で液位センサ１４の位置決めを行う際に第１液位測定部１６Ａあるいは第２液位測定部１６Ｂのうち一箇所の位置を決定すればよい。このため、燃料タンク１０内への液位センサの設置工数を少なくすることができる。

あるいは燃料タンク１０の底壁２０に位置基準指標として一対の凸条あるいは突起を設け、液位センサ１４をこれらの間に嵌め込むことで正確な位置合わせと工数削減を行うこともできる。又は液位センサ１４が嵌り込む形状の凹部が底壁２０に設けられていれば、正確な設置位置と設置方向を容易に決定することができる。サイズの異なる位置基準指標を設けておけば、複数種類の液位センサ１４に対応することもできる。

また液位センサ１４において、燃料基準測定部１９を含む箇所は燃料タンク１０の底壁２０に沿う形で設置されるので高い剛性は必要とされないが、第１液位測定部１６Ａと複合測定部１８とは液中に自立する必要があり、また走行中の燃料の揺動などで横方向に力を受けるため、十分な剛性を必要とする。

そのため第１液位測定部１６Ａと複合測定部１８とは剛性のある板状部材（図示せず）などと一体化され、Ｌ１及びＬ２で折り曲げて畳んだ状態で挿入口２２より燃料タンク１０内に挿入し、燃料タンク１０の内部でコの字状に展開させることで液位センサ１４の形状とするようにしてもよい。

以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。

例えば、第１液位測定部１６Ａと第２液位測定部１６Ｂとは、燃料タンク１０の図心に対し対称に配置される構成には限定されず、該図心からの距離の比が所定の比となるように配置されてもよい。また例えば、第１液位測定部１６Ａと第２液位測定部１６Ｂとは、図心ではなく燃料タンク１０の所定の傾き方向（車幅方向など）の中心線に対し対称又は所定の距離比となるように配置されてもよい。第１液位測定部１６Ａと第２液位測定部１６Ｂとが上記図心や中心線に対し所定の距離比で配置される構成では、上記した液位ａ、ｂの平均値に対し距離比に応じて補正を行えばよい。

さらに、燃料タンク１０は、挿入口２２が平面視における中央部に配置される構成に限られず、挿入口２２が平面視において中央部からオフセットして配置されてもよい。また、燃料タンク１０の満タン液位が挿入口２２よりも下側に設定されてもよい。すなわち、本発明は、例えばポンプモジュールの配置等に起因する等、満タン液位とは異なる理由で液位センサを燃料タンクの中央部に配置できない構成にも適用可能である。

またさらに、液位センサ１４は、シート状のベース１４Ｃを折り曲げて成る構成には限定されず、例えば樹脂の射出成形により形成したベースに電極を形成した構成としてもよく、プリント配線基盤を立体的に組み立てて構成してもよい。

また、本発明の権利範囲がこれらの実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

１０ 燃料タンク
１４ 液位センサ
１６Ａ 第１液位測定部
１６Ｂ 第２液位測定部
１７ 空気基準測定部
１８ 複合測定部
１９ 燃料基準測定部
２０ 底壁
２２ 挿入口
２４ 凹部
２６ 凸部
２８ 蓋部
Ｆ 液面

Claims (4)

1. 車両に備えられた燃料タンクと、
   前記燃料タンクの底壁に沿って設置された基部と、
   前記基部の一端から車体上方に立設されて該基部と一体を成し、前記燃料タンク内の燃料の液位を静電容量により測定する第１の液位測定部と、
   前記燃料タンクの中央部を挟んで前記第１の液位測定部とは反対側に位置するように前記基部の他端から車体上方に立設されて該基部と一体を成し、前記燃料タンク内の燃料の液位を静電容量により測定する第２の液位測定部と、
   前記第２の液位測定部の車体上側端から満タン時の液面よりも車体上側まで一体に延設され、液面から上の気層の静電容量を測定する空気基準測定部と、
   を備えた燃料タンク構造。
2. 前記基部の前記一端と他端との間には、燃料の静電容量を測定する燃料基準測定部が設けられている請求項１に記載の燃料タンク構造。
3. 前記第１の液位測定部と第２の液位測定部とは、平面視における前記燃料タンクの図心を挟んで水平方向に対称な位置に配置されている請求項１又は請求項２に記載の燃料タンク構造。
4. 前記燃料タンクは、車体上側面における平面視で該燃料タンクの図心を含む位置に形成された挿入口の周囲から車体下側に突出した環状の凸部を有し、満タン液位が前記凸部の周囲で前記挿入口よりも車体上側に設定されている請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の燃料タンク構造。

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