JP2012149935A - 燃料残量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が単純であって、しかも車両が車両前後方向または左右方向に傾斜した場合にも、燃料タンク内の燃料の液面高さを正確に検出できる燃料残量測定装置の提供。
【解決手段】燃料タンク１０の底面２２に立設された筒状の本体部１１と、本体部１１の内部に配設され、本体部１１の燃料の液位を測定する液位センサ１４と、本体部１１の下端部に設けられ、本体部１１と燃料タンク１０とを連通する流路１７を有するフロート収容室１３と、フロート収容室１３に移動または回転可能に収容され、燃料タンク１０の水平からの傾きが所定角度以上になるとフロート収容室１３内において移動または回転してフロート収容室１３の流路１７を閉止する球状フロート１２と、を備える燃料残量測定装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料残量測定装置にかかり、特に、車両が車両前後方向または左右方向に傾斜した場合にも、燃料タンク内の燃料の液面高さを正確に検出できる燃料残量測定装置に関する。

従来、自動車等の燃料タンクに設けられた燃料残量測定装置には種々の形式が存在するが、その一つとして車両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（特許文献１）。

しかし、図８に示すように燃料タンク１００の形状によっては燃料タンク１００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、満タン時の液面Ｆが燃料タンク１００の中央に存在せず、液位センサ１１４を燃料タンク１００の中央に設置すると満タン時の液面を検出できない場合が考えられる。

このために、図９に示すように、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では正確な液面検知を行うことができず、しかも大きなメータ針振れが生じるという問題があった。

この問題を回避した燃料タンクの液面検出器としては、たとえば、タンクに連通する液面モニタ室を形成する筐体と、前記液面も似た室の液面高さを検出する検出手段と、前記液面モニタ室と前記タンクとの間の連通路を開閉する開閉手段とからなり、前記開閉手段は可動錐体と、前位可動錐体が基準位置から変位した時前記連通路を閉塞する開閉弁機構とからなる液面検出器がある（特許文献２）。

特開２０１０−０２５７８２号公報 特開昭６３−０９１５２０号公報

しかしながら、前記液面検出器は、弁機構が弁体、球状錐体、およびハウジングから構成されているため、構造が複雑であるという問題があった。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、構造が単純であって、しかも車両が車両前後方向または左右方向に傾斜した場合にも、燃料タンク内の燃料の液面高さを正確に検出できる燃料残量測定装置の提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、車両に備えられ、燃料が貯留される燃料タンクの底面に立設された筒状の本体部と、前記本体部の内部に配設され、前記本体内部の燃料の液位を測定する液位センサと、前記本体部の下端部に設けられ、前記本体部と前記燃料タンクとを連通する流路を有するフロート収容室と、前記フロート収容室に移動または回転可能に収容され、前記燃料タンクの水平からの傾きが所定角度以上になると前記フロート収容室内において移動または回転して前記フロート収容室の流路を閉止するフロートと、を備える燃料残量測定装置に関する。

前記燃料残量測定装置においては、車両が傾斜していないときは、前記フロート収容室の流路は開成された状態にあるから、燃料タンクと本体部とは前記フロート収容室の流路によって連通されている。したがって、燃料タンク内と本体部の内部とで燃料の液位が同一になるから、液位センサで測定された燃料の液位はそのまま燃料タンク内の液位となる。

ここで、燃料タンクが水平から所定の角度以上傾斜すると、前記フロート収容室内においてフローとが移動または回転して前記流路が閉止するから、燃料タンクと本体部との間の燃料の流れが実質的に断たれる。したがって、本体部においては、燃料タンク内の液面が傾斜することによる液位の変動が抑制される

請求項２に記載の発明は、前記フロートが、中心点を通る直線状の流路が形成され、前記流路の一端部近傍に錘が設けられた球状フロートであり、前記フロート収容室における流路が、前記球状フロートの回転角が前記所定角度より小さいときに前記球状フロートの流路と連通するように形成されている請求項１に記載の燃料残量測定装置に関する。

前記燃料残量測定装置においては、車両が傾斜していないときは、前記フロート収容室の流路と前記球状フロートの流路とが連通しているから、燃料タンクと本体部とは連通した状態にある。

ここで、燃料タンクが水平から所定の角度以上傾斜すると、前記フロート収容室内において前記球状フロートが中心周りに回転して前記フロート収容室の流路が前記球状フロートによって閉止される。これによって本体部と燃料タンクとの間の連通が断たれるから、本体部においては、燃料タンク内の液面が傾斜することによる液位の変動が抑制される。

請求項３に記載の発明は、前記球状フロートが、燃料の比重に近似する比重を有する材料から形成されている請求項２に記載の燃料残量測定装置に関する。

前記燃料残量測定装置においては、球状フロートが燃料の比重に近似する比重を有する材料から形成されているから、球状フロートが燃料から受ける浮力を極小にできる。したがって、前記浮力によって球状フロートがフロート収容室の天井面に押圧されることによる摺動抵抗を低減できる。

請求項４の発明は、前記フロートが、厚さ方向に沿って１または複数の流路が形成された板状フロートであり、前記フロート収容室が、前記板状フロートを面方向に沿って移動可能に収容するとともに、前記フロート収容室の流路が、前記燃料タンクの傾斜が前記所定角度以下のときに前記板状フロートの流路と連通するように形成されている請求項１に記載の燃料残量測定装置に関する。

前記燃料残量測定装置においては、車両が傾斜していないときは、前記フロート収容室の流路と前記板状フロートの流路とが連通しているから、燃料タンクと本体部とは連通した状態にある。

ここで、車両を傾斜地に駐車した場合のように、燃料タンクが所定の角度以上傾斜すると、前記板状フロートは、前記フロート収容室内において燃料から受ける浮力によって面方向に沿って移動することにより、前記フロート収容室の流路が前記板状フロートによって閉止される。これによって本体部と燃料タンクとの間の連通が断たれるから、本体部においては、燃料タンク内の液面が傾斜することによる液位の変動が抑制される。

請求項５の発明は、前記フロートの上面が上方に向かって凹陥した球面状とされ、前記フロート収容室の天井面は、前記フロートの上面の曲率に対応し、且つ上方に向かって凹陥した球面状とされている請求項４に記載の燃料残量測定装置に関する。

前記燃料残量測定装置においては、燃料タンクが所定の角度以上傾斜すると、前記板状フロートは、前記フロート収容室内において、前記板状フロートの上面がその一部をなす仮想球体の中心点の周りを回転する運動をする。これにより、前記フロート収容室の流路が前記板状フロートによって閉止される。

請求項１の発明によれば、構造が単純であって、しかも車両が車両前後方向または左右方向に傾斜した場合にも、燃料タンク内の燃料の液面高さを正確に検出できる燃料残量測定装置が提供される。

請求項２の発明によれば、フロートとして球状フロートを用いているから、フロート収容室内部におけるフロートの動作がよりスムースであり、車両が車両前後方向または左右方向に傾斜した場合に本体部と燃料タンクとの連通をより確実に遮断できる燃料残量測定装置が提供される。

請求項３の発明によれば、球状フロートと燃料との比重差が大きな燃料残量測定装置と比較して球状フロートがフロート収容室内で回転するときの摺動抵抗がより小さな燃料残量測定装置が提供される。

請求項４の発明によれば、フロートとして球状フロートを有する燃料残量測定装置と比較して構成のより単純な燃料残量測定装置が提供される。

請求項５の燃料残量測定装置においては、燃料タンクが所定の角度以上傾斜すると、前記板状フロートは、前記フロート収容室内において、前記板状フロートの上面がその一部をなす仮想球体の中心点の周りを回転する運動をする。

したがって、請求項５の発明によれば、前記板状フロートが面方向に沿って移動する形態の燃料残量測定装置と比較して板状フロートが移動する際の抵抗が少ない燃料残量測定装置が提供される。

図１は、実施形態１に係る燃料残量測定装置を有する燃料タンクの構成を示す概略断面図である。 図２は、実施形態１に係る燃料残量測定装置の構成を示す概略断面図である。 図３は、実施形態１に係る燃料残量測定装置が備える液位センサの構成を示す概略図である。 図４は、実施形態１に係る燃料残量測定装置の作用を示す説明図である。 図５は、実施形態２に係る燃料残量測定装置を有する燃料タンクの構成を示す概略断面図である。 図６は、実施形態２に係る燃料残量測定装置の構成を示す概略断面図である。 図７は、実施形態２に係る燃料残量測定装置の作用を示す説明図である。 図８は、従来の燃料残量測定装置を備えた燃料タンクを示す側断面図である。 図９は、従来の燃料残量測定装置を備えた燃料タンクを示す側断面図である。

１．実施形態１
以下、本発明の燃料残量測定装置を備える燃料ランクの一例について図面を用いて説明する。図１以下において矢印ＵＰは車体上方方向を示す。

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の車体上側にはポンプモジュール等の取付口２２が設けられており、取付口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。車両上方に筒状に突出した取付口２２は蓋部２８で密閉され、取付口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、取付口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、取付口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、取付口２２および螺子蓋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の高さを超え、凸部２６は燃料に浸漬する。

燃料タンク１０は一般的に鋼板または樹脂で形成され、図１に示すように車体上側面に凹凸を設けるなどの方法で、ベーパー層を確保している。すなわち、揮発性を備えた燃料は外気温やエンジンなどの熱により蒸発し、燃料タンク１０内の空隙に揮発ガス（ベーパー）となって充満する。このとき燃料をタンク全体に満たしてしまった場合、発生した燃料の揮発ガスは逃げ場を失い、燃料タンク１０内が加圧される。これを防ぐため、ある程度の空隙（ベーパー層）を燃料タンク１０内の上部に設定することで、揮発ガスの圧力の逃げ場を確保している。

また、上記のようにベーパー層を確保している燃料タンク１０では、燃料温度の上下（気温、路面や排気管などからの熱の影響）と燃料消費により、加圧と減圧が絶えず繰り返され、機械的ストレスが印加され続ける。このため、燃料タンク１０の上面を複雑な凹凸形状にする事は燃料タンク１０自体の機械的強度を増し、内部圧力の変化に対する対策とする意味も備わっている。

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の底面２０における凸部２６をクリアできる位置から車両上方に向かって本発明の燃料残量測定装置の一例としての液面計１が立設されている。液面計１は、図１に示すように、上端が、燃料タンク１０が水平のときの満タン時の液面Ｆよりも車両上方に突出する高さとされている。

液面計１は、図２に示すように、円筒状の本体部１１と、本体部１１の内部に設けられた液位センサ１４と、本体部１１の下端部に設けられ、後述する球状フロート１２を中心点の周りに回転自在に収容するフロート収容室１３と、を備える。本体部における液位センサ１４が設けられた部分である液位測定室１５と、フロート収容室１３と液位測定室１５とを区画する隔壁１６と、を備える。

球状フロート１２は、全体としてポリアセタール樹脂やポリフェニレンスルフィド樹脂、脂肪族ポリアミド樹脂など、比重が燃料とほぼ同一であり、且つ燃料で膨潤しない樹脂材料から形成されている。そして、図２に示すように、中心点を通る直線状の流路１２Ａが形成され、流路１２Ａの一端部近傍には錘１２Ｂが埋包されている。

フロート収容室１３の車両下方側は導通孔１８Ａを設けた蓋１８で塞がれている。

隔壁１６には、水平からの燃料タンク１０の傾きθが、図１に示すように燃料計の針の振れが許容できる角度である許容角度φ以下のときに球状フロート１２の流路１２Ａと連通する流路１７が穿設されている。

液位センサ１４は、例えば図３（Ａ）に示すように車両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ベース１４Ｅの表面に電極１４Ｄが設けられた構造とされ、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静電容量センサである。

液位センサ１４において、電極１４Ｄは、常に燃料に浸かっている燃料リファレンス測定部１４Ａと、満タン時の液面Ｆよりも常に上方に位置するように形成された基準測定部１４Ｃと、燃料リファレンス測定部１４Ａと基準測定部１４Ｃとの間に位置し、燃料タンク１０の燃料の液位を測定する液位測定部１４Ｂとに区分されている。

電極１４Ｄは、図３（Ｂ）に示すように、燃料リファレンス測定部１４Ａと液位測定部１４Ｂと基準測定部１４Ｃとを接続する共通リード線１４Ｆと、燃料リファレンス測定部１４Ａと液位測定部１４Ｂと基準測定部１４Ｃとの夫々における静電容量を出力する出力側リード線１４Ｇと、共通リード線１４Ｆから所定の間隔で水平方向に突設された櫛状電極１４Ｈと、出力側リード線１４Ｇから所定の間隔で水平方向に突設された櫛状電極１４Ｉと、を有する。櫛状電極１４Ｈと櫛状電極１４Ｉとは交互に配列されている。

電気的に液面高さを検出する方法には、たとえば電極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。従って、静電容量の減少を検出することにより、燃料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１４Ｃと、常に液中に存在する燃料リファレンス測定部１４Ａ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における共通リード線１４Ｆおよび出力側リード線１４Ｇは、液位センサ１４の端部に設けられた端子１４Ｊ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。

以下、液面計１の作用について図４を用いて説明する。
球状フロート１２は、フロート収容室１３内に、中心点の周りに自由に回転可能に収容されている。そして、流路１２Ａの一端近傍には錘１２Ｂが埋包されている。したがって、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、球状フロート１２は、フロート収容室１３の内部で、常に錘１２Ｂが埋包された側が下側に位置するように回転するから、流路１２Ａは常に垂直方向を向く。

したがって、燃料タンク１０が水平のときは、図４（Ａ）に示すように本体部１１の隔壁１６に設けられた流路１７と球状フロート１２の流路１２Ａが連通するから、フロート収容室１３を介して液位測定室１５と燃料タンク１０内部とが連通する。これにより、液面計１における燃料の液位と燃料タンク１０内の燃料の液位とは等しくなる。

車両が何らかの理由で傾斜して燃料タンク１０が水平から傾きθだけ傾くと、液面計１の本体部１１も図４（Ａ）の状態から角度θだけ傾く。一方、球状フロート１２は、フロート収容室１３の内部で、流路１２Ａが常に垂直方向を向くように回転する。したがって、燃料タンク１０の傾きθが許容角度φを超えると、図４（Ｂ）に示すように、隔壁１６の流路１７が球状フロート１２によって閉じられて液位測定室１５と燃料タンク１０内部との連通が断たれる。これにより、燃料タンク１０が傾いても、液位測定室１５内部の燃料の液面は、燃料タンク１０の傾きθが許容角度φを超えないときの高さに保持される。

２．実施形態２
以下、本発明の燃料残量測定装置を備える燃料ランクの別の例について図面を用いて説明する。図５以下において図１〜図４と同一の符号は特に断らない限り前記符号が図１〜図４において示すのと同一の構成要素を示す。

図５に示すように、燃料タンク１０の底面２０における凸部２６をクリアできる位置から車両上方に向かって本発明の燃料残量測定装置の別の例としての液面計２が立設されている。液面計２は、図５に示すように、上端が、燃料タンク１０が水平のときの満タン時の液面Ｆよりも車両上方に突出する高さとされている。

液面計１は、図６に示すように、円筒状の本体部１１と、本体部１１の内部に設けられた液位センサ１４と、本体部１１の下端部に設けられ、後述する板状フロート１９を収容するフロート収容室１３と、本体部における液位センサ１４が設けられた部分である液位測定室１５と、フロート収容室１３と液位測定室１５とを区画する隔壁１６と、を備える。

隔壁１６は、上方に突出する球面状とされている。隔壁１６の頂部には流路１７が開口している。

フロート収容室１３には、隔壁１６に対応する上方に突出する球面上とされた、フロート１９を面方向にガイドするためのガイド２１が設けられている。

板状フロート１９は、フロート収容室１３の内径よりも小さな外径を有する略円板状であり、燃料よりも比重の小さな材料で形成されている。そして、上面は、隔壁１６の下側の面の形状に対応する球面状とされ、下面はガイド２１の上面に対応する球面状とされている。板状フロート１９の中央部には、厚さ方向に沿って流路１９Ａが形成されている。

液位センサ１４については実施形態１のところで述べたとおりである。

以下、液面計２の作用について図５を用いて説明する。
上述のように板状フロート１９は、燃料よりも比重の小さな材料で形成されているとともに、フロート収容室１３の内径よりも小さな外径を有する。したがって、図７の（Ａ）に示すように、燃料からの浮力によってフロート収容室１３内において、上面が隔壁１６の下面に接した状態で浮いている。

したがって、燃料タンク１０が水平のときは、図７（Ａ）に示すように板状フロート１９と流路１９Ａと隔壁１６の流路１７とが連通した状態になるから、液面計２の液位測定室１５と燃料タンク１０の内部とが連通するから、液面計２における燃料の液位と燃料タンク１０内の燃料の液位とは等しくなる。

車両が何らかの理由で傾斜して燃料タンク１０も水平から傾きθだけ傾くと、液面計２の本体部１１も図７（Ａ）の状態から角度θだけ傾く。一方、板状フロート１９は、隔壁１６の下面に沿ってフロート収容室１３の内部を上方に移動することにより、フロート収容室１３の中央部から側壁に向かって移動する。したがって、燃料タンク１０の傾きθが許容角度φを超えると、図７（Ｂ）に示すように、隔壁１６の流路１７が板状フロート１９によって閉じられて液位測定室１５と燃料タンク１０内部との連通が断たれる。これにより、燃料タンク１０が傾いても、液位測定室１５内部の燃料の液面は、燃料タンク１０の傾きθが許容角度φを超えないときの高さに保持される。

実施形態２における液面計２は、フロートとして均質な材料からなる板状フロート１９を用いているから、フロートとして球状フロート１２を用いる実施形態１の液面計１と比較してフローとの構成が単純化できる。

１ 液面計
２ 液面計
１０ 燃料タンク
１１ 本体部
１２ 球状フロート
１２Ａ 流路
１２Ｂ 錘
１３ フロート収容室
１４ 液位センサ
１４Ａ 燃料リファレンス測定部
１４Ｂ 液位測定室
１４Ｃ 基準測定部
１４Ｄ 電極
１４Ｅ ベース
１４Ｆ 共通リード線
１４Ｇ 出力側リード線
１４Ｈ 櫛状電極
１４Ｉ 櫛状電極
１４Ｊ 端子
１５ 液位測定室
１６ 隔壁
１７ 流路
１９ 板状フロート
１９Ａ 流路
２０ 底面

Claims (5)

1. 車両に備えられ、燃料が貯留される燃料タンクの底面に立設された筒状の本体部と、
   前記本体部の内部に配設され、前記本体部の内部の燃料の液位を測定する液位センサと、
   前記本体部の下端部に設けられ、前記本体部と前記燃料タンクとを連通する流路を有するフロート収容室と、
   前記フロート収容室に移動または回転可能に収容され、前記燃料タンクの水平からの傾きが所定角度以上になると前記フロート収容室内において移動または回転して前記フロート収容室の流路を閉止するフロートと、
   を備える燃料残量測定装置。
2. 前記フロートは、中心点を通る直線状の流路が形成され、前記流路の一端部近傍に錘が設けられた球状フロートであり、
   前記フロート収容室は、球状フロートを中心周りに回転可能に収容すると共に、前記フロート収容室における流路は、前記球状フロートの回転格が前記所定角度より小さいときに前記球状フロートの流路と連通するように形成されている請求項１に記載の燃料残量測定装置。
3. 前記球状フロートは、燃料の比重に近似する比重を有する材料から形成されている請求項２に記載の燃料残量測定装置。
4. 前記フロートは、厚さ方向に沿って１または複数の流路が形成された板状フロートであり、
   前記フロート収容室は、前記板状フロートを面方向に沿って移動可能に収容するとともに、前記フロート収容室の流路は、前記燃料タンクの傾斜が前記所定角度以下のときに前記板状フロートの流路と連通する
   請求項１に記載の燃料残量測定装置。
5. 前記フロートの上面は上方に向かって凹陥した球面状とされ、前記フロート収容室の天井面は、前記フロートの上面の曲率に対応する極率を有し、且つ上方に向かって凹陥した球面状とされている請求項４に記載の燃料残量測定装置。

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