JP2013125009A - フロースイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】流体の圧力が高い場合においても、流体の微少な流動の検出ができるフロースイッチを提供する。
【解決手段】フロースイッチ７０は、筐体７１内に固定して収容されるシリンダ７５と、シリンダ７５の入口端７６ａ寄りの流動無し位置Ｑａ及び出口端７６ｂ寄りの流動有り位置Ｑｂの間を移動自在にシリンダ７５内に収容されたピストン８１と、ピストン８１を流動無し位置Ｑａに向けて付勢するスプリング８５と、ピストン８１の位置に応じて作動するリードスイッチ８８と、を有している。そして、シリンダ７５及びピストン８１が共にプラスチック摺動材料で構成され、シリンダ７５が、筐体７１内に固定して収容されたときに筐体７１の第１流路７２の周面７２ａとシリンダ７５の胴部７６の外周面７６ｃとが密に重なるように形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、管路内を流れる気体などの流体の流動有無状態を検知するフロースイッチに関するものである。

図９に、特許文献１に開示されている従来のフロースイッチ９１０を示す。このフロースイッチ９１０は、中央部にオリフィス９０５が設けられているピストン９０１が、管路を構成するシリンダ９０６内に摺動移動自在に収容されている。シリンダ９０６の両端には、水等の流体をシリンダ９０６内に取り込むための入口９０７と、シリンダ９０６内から排出するための出口９０８が設けられている。入口９０７と出口９０８は、他の管路９０９の端部に接続される。

ピストン９０１の外周面には、磁石部９０２が設けられている。また、シリンダ９０６内には、圧縮コイルバネ９０４が配置されており、この圧縮コイルバネ９０４によって、ピストン９０１は、常時シリンダ９０６の入口９０７側に向けて付勢されている。さらに、シリンダ９０６の外面には、磁石部９０２の磁力に感応して作動する、磁気感応型スイッチ素子９０３が取り付けられている。

このフロースイッチ９１０は、管路９０９内に流体が流れていない場合、ピストン９０１のオリフィス９０５の前後では、ピストン９０１に作用する流体の圧力Ｐ１、Ｐ２は互いに釣り合っている。そして、ピストン９０１には、圧縮コイルバネ９０４の付勢力のみが作用しているので、ピストン９０１は、シリンダ９０６内の入口９０７側に移動した位置にある。ピストン９０１がこの位置にあるとき、ピストン９０１の磁石部９０２が、磁気感応型スイッチ素子９０３から離れており、磁気感応型スイッチ素子９０３は、磁石部９０２の磁力の影響を受けずに、その接点はオフ状態にある。

また、管路９０９内に流体が流れている場合には、この流体の流れは、入口９０７からシリンダ９０６内部に入り、ピストン９０１のオリフィス９０５を通過して、出口９０８へ向かう。流体は、小さな断面積のオリフィス９０５を通過する際、流れが絞られるため、その流動抵抗により、オリフィス９０５の前後で、シリンダ９０６の入口９０７側の圧力Ｐ１が、出口９０８側の圧力Ｐ２より大きくなる。これらの差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）によって、ピストン９０１は、シリンダ９０６の出口側に押され、圧縮コイルバネ９０４の付勢力を、この差圧ΔＰによってピストンを押す力よりも小さく設定しておくことによって、ピストン９０１は、圧縮コイルバネ９０４の付勢力に抗して、シリンダ９０６の出口９０８側へ移動する。そして、このピストン９０１の移動によって、ピストン９０１の磁石部９０２が、磁気感応型スイッチ素子９０３に接近し、磁気感応型スイッチ素子９０３は、磁石部９０２の磁力を検知（感応）して、その接点を閉作動してオン状態になる。このようにして、フロースイッチ９１０は、流体の流動の有無に応じて磁気感応型スイッチ素子９０３をオン状態、オフ状態に切り替えることにより、流体の流動有無状態を検知していた。

特開平８−２３５９８３号公報

しかしながら、上述したフロースイッチ９１０において、管路９０９内を流れる流体が、例えば、液化ガスなどの高圧となるものであった場合、このような高圧に耐えうるようにシリンダ９０６を金属材料で構成して剛性を高める必要があるが、一般的に金属材料は摩擦力が大きいので、シリンダ９０６に金属材料を用いると、ピストン９０１との間で大きな摩擦力が生じてしまい、流体の微少な流動の検出ができないという問題があった。

本発明は、上記課題に係る問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、流体の圧力が高い場合においても、流体の微少な流動の検出ができるフロースイッチを提供することを目的としている。

請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、管路内を流れる流体の流動状態に応じて作動するフロースイッチであって、前記管路内に固定して収容される筒形状のシリンダと、前記シリンダの入口端寄りの流動無し位置及び出口端寄りの流動有り位置の間を移動自在に前記シリンダ内に収容されたピストンと、前記ピストンを前記流動無し位置に向けて付勢する付勢部材と、前記ピストンの位置に応じた位置信号を出力する位置検知手段と、を有し、前記シリンダ及び前記ピストンが共にプラスチック摺動材料で構成され、前記シリンダが、前記管路内に固定して収容されたときに前記管路の内周面と前記シリンダの外周面とが密に重なるように形成されていることを特徴とするフロースイッチである。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記ピストンが、筒形状の周壁部と、前記周壁部の内側を塞ぐように設けられた板状の本体部及び前記本体部を貫通する流通孔を備えた底壁部と、を有していることを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明は、請求項２に記載された発明において、前記ピストンが前記流動無し位置にあるときに前記流通孔を塞ぐように当該流通孔に嵌合する突起部が設けられた弁座を有していることを特徴とするものである。

請求項４に記載された発明は、請求項３に記載された発明において、前記ピストンには、マグネットが設けられ、前記管路が非磁性体で構成されているとともにその外周面には、一方向に電流が流れたときに前記ピストンを前記流動無し位置に移動させ、前記一方向とは反対の他方向に電流が流れたときに前記ピストンを前記流動有り位置に移動させるように、前記ピストンのマグネットに磁力を及ぼすコイルが設けられていることを特徴とするものである。

請求項５に記載された発明は、請求項４に記載された発明において、前記位置検知手段が、前記ピストンが前記流動有り位置にあるときと前記流動無し位置にあるときとで前記ピストンのマグネットの磁力に対する感応状態が変化するように設けられた、前記感応状態に応じた位置信号を出力する、磁力感応型センサ素子で構成されていることを特徴とするものである。

請求項１に記載された発明によれば、シリンダ及びピストンが共にプラスチック摺動材料で構成されているので、プラスチック摺動材料は金属材料に比べて摩擦力が非常に小さく、そのため、互いに摺動し合うシリンダの内周面及びピストンの外周面の間の摩擦力を非常に小さくできる。また、シリンダが、管路内に固定して収容されたときに前記管路の内周面とシリンダの外周面とが密に重なるように形成されているので、プラスチック摺動材料は金属材料に比べて剛性が低く、シリンダ内に高圧の流体が流れ込むと、内側から膨張して破損する恐れがあるが、本発明では、シリンダがその周囲を管路によって支えられ、また、ピストンがその周囲をシリンダによって支えられて、膨張する方向の力を受け止めることができ、そのため、高圧の流体に対する耐圧性を確保できる。したがって、流体の圧力が高い場合においても、流体の微少な流動の検出ができる。

請求項２に記載された発明によれば、ピストンが、筒形状の周壁部と、この周壁部の内側を塞ぐように設けられた板状の本体部及び前記本体部を貫通する流通孔を備えた底壁部と、を有して構成されているので、ピストンの底壁部がオリフィス板として機能し、そのため、流体が流動したときに当該流体の流通孔の通過により確実に圧損が生じ、底壁部の一方の面側と他方の面側との間に安定して圧力差が生じて、チャタリング等が生じることなく、流体によってピストンを安定して移動させることができる。また、シリンダの内側がピストンで塞がれており、流体が流動する経路が流通孔のみとなるので、流体の流動を確実に捕捉できる。

請求項３に記載された発明によれば、ピストンが流動無し位置にあるときに流通孔を塞ぐように当該流通孔に嵌合する突起部が設けられた弁座を有しているので、シリンダの出口端側から流体が流れ込んだとき、この流体によってピストンが流動無し位置に移動されるが、このとき、弁座の突起部が底壁部に設けられた流通孔に嵌合して当該流通孔が塞がり、そのため、流体の流動が阻止される。つまり、フロースイッチを構成する部材を共用して、ピストンを弁体とした逆止弁を構成でき、フロースイッチと逆止弁とが必要な装置などにおいて、それぞれを別個に設けることなく当該装置を小型化できる。

請求項４に記載された発明によれば、ピストンには、マグネットが設けられ、管路が非磁性体で構成されているとともにその外周面には、一方向に電流が流れたときにピストンを流動無し位置に移動させ、反対の他方向に電流が流れたときにピストンを流動有り位置に移動させるように、ピストンのマグネットに磁力を及ぼすコイルが設けられているので、コイルに電流を流すことにより、ピストンを流動無し位置に移動させて流通孔を突起部で塞いで流体の流動を規制したり、ピストンを流動有り位置に移動させて流通孔を開いて流体の流動を許可したりでき、つまり、フロースイッチを構成する部材を共用して、ピストンを弁体として電磁弁を構成でき、フロースイッチと逆止弁と電磁弁とが必要な装置などにおいて、それぞれを別個に設けることなく当該装置を小型化できる。

請求項５に記載された発明によれば、位置検出手段が、ピストンが流動有り位置にあるときと流動無し位置にあるときとで当該ピストンのマグネットの磁力に対する感応状態が変化するように設けられた、前記感応状態に応じた位置信号を出力する、磁力感応型センサ素子で構成されているので、ピストンの位置を特定するためのマグネットを別途設ける必要がなく、さらに小型化できる。

本発明のフロースイッチの側面図である。 図１のフロースイッチのピストンが流動無し位置にあるときの軸方向に沿う断面図である。 図１のフロースイッチのピストンが流動有り位置にあるときの軸方向に沿う断面図である。 図１のフロースイッチを有する車両燃料システムを示す構成図である。 図４の車両燃料システムの制御部の機能ブロック図である。 図５の制御部のメモリに格納された平衡圧力関係情報の一例を示すグラフである。 図５の制御部のメモリへの複数の平衡圧力関係情報の格納状態を模式的に示す図である。 図５の制御部のＣＰＵが実行する処理（液量推定処理１）の一例を示すフローチャートである。 従来のフロースイッチの断面図である。

まず、本発明のフロースイッチについて説明し、その後に、このフロースイッチを有する液量推定システムとしての車両燃料システムについて説明する。

本発明のフロースイッチの一実施形態を、図１〜図３を参照して説明する。本発明のフロースイッチは、例えば、車両の燃料として用いられる液化石油ガス（ＬＰＧ）などの流体の流動有無状態の検出に用いられる。このＬＰＧは、周囲温度などの環境条件により圧力が０．１ＭＰａ〜３ＭＰａ程度まで変化することが知られている。

各図に示すように、フロースイッチ７０は、管路としての筐体７１と、シリンダ７５と、ピストン８１と、付勢部材としてのスプリング８５と、基板８７と、巻線コイル９１と、を有している。

筐体７１は、例えば、ＬＰＧの圧力に耐えうる剛性を備えたアルミニウム合金などの非磁性金属を用いて略円筒形状に形成されている。筐体７１の一端７１ａ寄りの部分には、断面円形の第１流路７２が設けられ、他端７１ｂ寄りの部分には、第１流路７２と同軸に連通された、当該第１流路より細い断面円形の第２流路７３が設けられている。筐体７１は、互いに連通されたこれら第１流路７２及び第２流路７３によって一端７１ａから他端７１ｂにわたって貫通されている。通常時、流体は、一端７１ａから筐体７１内に流入されて筐体７１内を流動したのち他端７１ｂから流出される。

筐体７１内の第１流路７２と第２流路７３との連接部分には段部７１ｃが形成されている。この段部７１ｃには、第１流路７２側に突き出すように形成された、円筒突起７１ｄが設けられている。円筒突起７１ｄは、その内径が第２流路７３と同一であり且つ第２流路７３と同軸に配置されている。

第１流路７２の周面７２ａ（即ち、筐体７１の内周面）には、筐体７１の一端７１ａ近傍の箇所に雌ねじを構成するネジ山が切られており、図示しない他の管路の一端が螺合されて互いに固定される。また、筐体７１の外周面７１ｅには、他端７１ｂ近傍の箇所に雄ねじを構成するネジ山が切られており、図示しないさらに他の管路の一端が螺合されて互いに固定される。また、筐体７１の外周面７１ｅには、後述する基板８７を収容する基板収容室７１ｆが設けられている。

シリンダ７５は、例えば、ＰＯＭ（ポリアセタール）などのプラスチック摺動材料を用いて構成されており、円筒形状の胴部７６と、胴部７６の入口端７６ａを塞ぐように設けられた弁座部７７と、を有する有底筒状（コップ型）に形成されている。胴部７６は、その外径が上記第１流路７２の径（即ち、筐体７１の内径）と同一に形成されている。弁座部７７は、円板状の本体部７７ａと、本体部７７ａの内側面７７ｄの中心から胴部７６と同軸に突出した略円錐状の突起部７７ｂと、突起部７７ｂの周囲に設けられた本体部７７ａを貫通する複数の連通孔７７ｃと、を有している。

シリンダ７５は、筐体７１に一端７１ａ側から挿入されて、このシリンダ７５に続いて挿入された圧縮状態の脱落防止スプリング７８及び第１流路７２内に固定される押さえ板７９によって、弁座部７７が筐体７１の他端７１ｂ側に向けて付勢されて、第１流路７２内に固定して収容される。押さえ板７９は、円板状に形成されており中央に連通孔７９ａが設けられている。シリンダ７５は、第１流路７２内に収容されたとき、胴部７６の出口端７６ｂが筐体７１の段部７１ｃに当接するとともに、胴部７６の外周面７６ｃ（即ち、シリンダ７５の外周面）が第１流路７２の周面７２ａのネジ山が切られていない箇所に当接する。つまり、シリンダ７５は、第１流路７２の周面７２ａとシリンダ７５の胴部７６の外周面７６ｃとが密に重なるように、筐体７１内に固定して収容されている。また、第１流路７２と同径のＯリング９６が、筐体７１の段部７１ｃに配置されており、このＯリング９６は、段部７１ｃとシリンダ７５の胴部７６の出口端７６ｂとの間に挟まれて、第１流路７２の周面７２ａとシリンダ７５の胴部７６の外周面７６ｃとの間を流体が通過することを防止している。

ピストン８１は、例えば、ＰＯＭ（ポリアセタール）などのプラスチック摺動材料を用いて構成されており、円筒形状の周壁部８２と、周壁部８２の一端８２ａの内側を塞ぐように設けられた底壁部８３と、を有する有底筒状に形成されている。周壁部８２は、その外径が上記シリンダ７５の胴部７６の内径と同一に形成されており、その長さが上記シリンダ７５の胴部７６の長さより短く形成されている。底壁部８３は、円板状の本体部８３ａと、本体部８３ａの中心を貫通する流通孔８３ｂと、を有している。流通孔８３ｂは、その本体部８３ａの外側面８３ｃ寄りの端部が上記突起部７７ｂと嵌合可能なように当該突起部７７ｂの外形に沿うすり鉢状に形成されている。底壁部８３は、本体部８３ａと流通孔８３ｂとでオリフィス板を構成している。

また、ピストン８１の内側には、周壁部８２の内径と同径の円板状のマグネット８４が収容されている。このマグネット８４は、周壁部８２の他端８２ｂから挿入され、マグネット８４の一端面が底壁部８３の本体部８３ａの内側面８３ｄと当接されるとともに、他端面の縁部が周壁部８２の内周面８２ｃに設けられた係止爪８２ｄに係止されて、ピストン８１から脱落しないように固定されている。マグネット８４には、その中心を貫通する流通孔８４ｂが設けられており、この流通孔８４ｂは、上記底壁部８３の流通孔８３ｂと同軸に配置される。

ピストン８１は、底壁部８３の本体部８３ａの外側面８３ｃと上記弁座部７７の本体部７７ａの内側面７７ｄとが相対するようにして、シリンダ７５の胴部７６内に同軸に収容されている。ピストン８１は、シリンダ７５内に収容されると、周壁部８２の外周面８２ｅ（即ち、ピストン８１の外周面）が、シリンダ７５の胴部７６の内周面７６ｄ（即ち、シリンダ７５の内周面）と当接して互いに密に重なる。

ピストン８１とシリンダ７５とは互いにプラスチック摺動材料で構成されているので、ピストン８１の周壁部８２の外周面８２ｅとシリンダ７５の胴部７６の内周面７６ｄとの間の摩擦力は非常に小さくなる。つまり、ピストン８１は、図２に示すシリンダ７５の入口端７６ａ寄りの流動無し位置Ｑａと、図３に示すシリンダ７５の出口端７６ｂ寄りの流動有り位置Ｑｂと、の間を、シリンダ７５の軸Ｐ方向に沿って摺動移動自在に収容されている。ピストン８１が流動無し位置Ｑａにあるとき、ピストン８１の底壁部８３の本体部８３ａの外側面８３ｃとシリンダ７５の弁座部７７の本体部７７ａの内側面７７ｄとの間には、若干の隙間が設けられている。

また、ピストン８１は、一端が上記円筒突起７１ｄに取り付けられ且つ他端がマグネット８４の他端面に取り付けられた付勢部材としてのスプリング８５によって、底壁部８３の本体部８３ａの外側面８３ｃと上記弁座部７７の本体部７７ａの内側面７７ｄとが互いに近づく方向に付勢されている。つまり、スプリング８５は、ピストン８１を流動無し位置Ｑａに向けて付勢している。このスプリング８５の付勢力は、流体が流動していない流動無し状態のときにピストン８１が流動無し位置Ｑａに移動し、流体が流動している流動有り状態のときにピストン８１が上記流動有り位置Ｑｂに移動するように、設定されている。

ピストン８１は、流動無し位置Ｑａにあるとき、底壁部８３の流通孔８３ｂにシリンダ７５の突起部７７ｂが嵌合して、当該流通孔８３ｂが塞がれる。また、シリンダ７５の胴部７６の内径と同径のＯリング９７が、弁座部７７の本体部７７ａの内側面７７ｄ上に配置されており、このＯリング９７は、ピストン８１が流動無し位置Ｑａにあるときに、底壁部８３と弁座部７７との間に挟まれて、ピストン８１の周壁部８２の外周面８２ｅとシリンダ７５の胴部７６の内周面７６ｄとの間を流体が通過することを防止している。

基板８７は、配線パターンが設けられた周知のプリント基板上に、各種電子部品が実装されて構成されている。基板８７は、筐体７１の外周面７１ｅの長手方向中央付近に設けられた基板収容室７１ｆ内に収容されている。基板８７には、磁気感応型センサ素子としてのリードスイッチ８８が実装されている。

リードスイッチ８８は、磁力に感応して接点を開閉する周知の磁力感応型センサ素子であって、ピストン８１が流動無し位置Ｑａにあるときに、ピストン８１に設けられたマグネット８４の磁力を検知（感応）して接点を閉じ（閉作動）、ピストン８１が流動有り位置Ｑｂにあるときに、上記マグネット８４の磁力を検知しなくなり接点を開く（開作動）ように設けられている。本実施形態では、リードスイッチ８８は、その一端がプルアップされた出力信号線に接続され、その他端が接地（グランド接続）されており、磁力を検知して閉作動するとＬレベルの信号を出力し、磁力を検知せず開作動するとＨレベルの信号を出力する。リードスイッチ８８は、請求項中の位置検知手段に相当し、これらＬレベルの信号及びＨレベルの信号は、請求項中の位置信号に相当する。

また、リードスイッチ８８は、上記に限らず、ピストン８１が流動有り位置Ｑｂにあるときに、マグネット８４の磁力を検知して接点を閉じ、ピストン８１が流動無し位置Ｑａにあるときに、上記マグネット８４の磁力を検知しなくなり接点を開くように、例えば、筐体７１の外周面７１ｅの他端７１ｂ寄りの箇所に設けられていても良く、リードスイッチ８８は、閉作動と開作動とが上記の逆となるものであってもよく、このようなリードスイッチ８８に代えて、例えば、ホール素子などの他の種類の磁気感応型センサ素子を用いてもよく、本発明の目的に反しない限り、ピストンのマグネットの磁力に感応して、ピストンが流動有り位置Ｑｂにあるときと流動無し位置Ｑａにあるときとで感応状態が変化するように設けられた磁気感応型センサ素子であれば良い。

巻線コイル９１は、例えば、エナメル線などの電線が複数回巻回されて構成されており、電流を通電されることにより磁力を生じる電磁石として機能するものである。巻線コイル９１は、筐体７１の外周面７１ｅのシリンダ７５の出口端７６ｂ付近に周方向に平行に巻き付けられて設けられている。巻線コイル９１は、一方向（正方向）に電流が流れたときにピストン８１を流動無し位置Ｑａに移動させ、この一方向とは反対の他方向（負方向）に電流が流れたときにピストン８１を流動有り位置Ｑｂに移動させるように、ピストン８１のマグネット８４に磁力を及ぼすように設けられている。巻線コイル９１は、上記基板８７に接続されており、基板８７から上記電流が供給される。

上述したフロースイッチ７０の各動作（フロースイッチ動作、逆止弁動作、及び、電磁弁動作）について説明する。以下、筐体７１の一端７１ａ側における流体の圧力を上流側圧力、他端７１ｂ側における流体の圧力を下流側圧力という。

（１）フロースイッチ及び逆止弁としての動作
フロースイッチ及び逆止弁として動作させる場合には、巻線コイル９１に通電を行うとリードスイッチ８８がピストン８１の位置に応じた動作をせずにその検知結果が無効になるので、フロースイッチ及び逆止弁として動作させるときには巻線コイル９１への通電は行わない。

（１−１）上流側圧力と下流側圧力とが同一の場合
上流側圧力と下流側圧力とが同一の場合、流体を流動させようとする力が生じず、ピストン８１は、スプリング８５の付勢力によって流動無し位置Ｑａに位置づけられる。そして、リードスイッチ８８は、流動無し位置Ｑａにあるピストン８１のマグネット８４の磁力を検知して接点を閉じ、これに応じた流動無し状態信号（Ｌレベル信号）が出力される。

（１−２）上流側圧力が下流側圧力より高い場合
上流側圧力が下流側圧力より高い場合、筐体７１の一端７１ａ側から他端７１ｂ側に向かって流体を流動させようとする力が働く。この力は、筐体７１内に充填された流体を伝わって、ピストン８１の底壁部８３の外側面８３ｃに加わる。すると、ピストン８１は、スプリング８５の付勢力に抗して弁座部７７から離れ、流動無し位置Ｑａから流動有り位置Ｑｂに向けて移動する。これにより、流通孔８３ｂと弁座部７７の突起部７７ｂとの嵌合が外れて、流通孔８３ｂが開放され、流体は、一端７１ａ側から第１流路７２に流入し、押さえ板７９の連通孔７９ａ及び弁座部７７の複数の連通孔７７ｃを順次通過して、さらに流通孔８３ｂを通り、第２流路７３から筐体７１の他端７１ｂへ流出する。また、この流体が流通孔８３ｂを通過して流動することで圧損が生じ、この圧損による力がピストン８１に生じて、ピストン８１が流動有り位置Ｑｂまで移動する。ピストン８１が、流動無し位置Ｑａから離れて流動有り位置Ｑｂまで移動することにより、リードスイッチ８８が、ピストン８１のマグネット８４の磁力を検知しなくなり、その接点を開いて、これに応じた流動有り状態信号（Ｈレベル信号）が出力される。このように、フロースイッチ７０により、筐体７１の一端７１ａ側から他端７１ｂ側に向かう流体の流動を検知する。

（１−３）上流側圧力が下流側圧力より低い場合
上流側圧力が下流側圧力より低い場合、筐体７１の他端７１ｂ側から一端７１ａ側に向かって流体を流動させようとする力が働く。この力は、筐体７１内に充填された流体を伝わって、マグネット８４を介してピストン８１の底壁部８３の内側面８３ｄに加わる。すると、この力により、ピストン８１は、弁座部７７に近づき流動無し位置Ｑａに移動して当該弁座部７７に押しつけられる。これにより、弁座部７７の突起部７７ｂとピストン８１の流通孔８３ｂとが嵌合して流通孔８３ｂが塞がり、流体の流動が阻止される。このように、フロースイッチ７０は、ピストン８１を弁体として筐体７１の他端７１ｂ側から一端７１ａ側に向かう流体の流動を阻止する逆止弁として動作する。また、この場合、リードスイッチ８８は、流動無し位置Ｑａにあるピストン８１のマグネット８４の磁力を検知して接点を閉じ、これに応じた流動無し信号（Ｌレベル信号）が出力される。

（２）電磁弁としての動作
巻線コイル９１に通電を行うことにより、上流側圧力及び下流側圧力に関わらず、ピストン８１を流動無し位置Ｑａ及び流動有り位置Ｑｂに移動させることができる。具体的には、巻線コイル９１に上記一方向の電流を流すと、ピストン８１のマグネット８４と反発する磁力を発生して、ピストン８１を巻線コイル９１から離す力が生じて、ピストン８１が流動無し位置Ｑａに移動して固定される。これにより、弁座部７７の突起部７７ｂとピストン８１の流通孔８３ｂとが嵌合して流通孔８３ｂが塞がり、流体の流動が規制される。また、巻線コイル９１に上記他方向の電流を流すと、ピストン８１のマグネット８４を引き寄せる磁力を発生して、ピストン８１を巻線コイル９１に近づける力が生じて、ピストン８１が流動有り位置Ｑｂに移動して固定される。これにより、弁座部７７の突起部７７ｂとピストン８１の流通孔８３ｂとの嵌合が外れて、流通孔８３ｂが開き、流体の流動が許可される。このように、フロースイッチ７０は、ピストン８１を弁体とする電磁弁として動作する。

上述したフロースイッチ７０の本発明に係る動作（作用）について説明する。

例えば、シリンダ７５及びピストン８１を、金属材料などを用いて構成した場合、それらの間の摩擦力が大きくなってしまい、この摩擦力が流体の圧力によるピストン８１の移動の妨げとなって、流体としての気体などの微少な流動を検知できないことがある。しかし、上述したフロースイッチ７０は、シリンダ７５及びピストン８１が共にプラスチック摺動材料で構成されているので、それら間の摩擦力を、金属材料などに比べて非常に小さくすることができる。

また、プラスチック摺動材料は、金属材料などに比べて剛性が低い。そのため、プラスチック摺動材料を用いて、シリンダ７５やピストン８１を形成してその内側に高圧のＬＰＧなど流体を流動させると、内側から外側に向けて膨張する方向に圧力が生じて、シリンダ７５やピストン８１が圧力によって破損してしまう恐れがある。しかし、剛性の高い金属からなる筐体７１によってシリンダ７５を周囲から支え、さらにシリンダ７５によってピストン８１を周囲から支えて、上記圧力に耐えることができる。

以上より、本発明によれば、シリンダ７５及びピストンが共にプラスチック摺動材料で構成されているので、プラスチック摺動材料は金属材料に比べて摩擦力が非常に小さく、そのため、互いに摺動し合うシリンダ７５の内周面７６ｄ及びピストン８１の外周面８２ｅの間の摩擦力を非常に小さくできる。また、シリンダ７５が、筐体７１の第１流路７２内に固定して収容されたときに第１流路７２の周面７２ａとシリンダ７５の胴部７６の外周面７６ｃとが密に重なるように形成されているので、プラスチック摺動材料は金属材料に比べて剛性が低く、シリンダ７５やピストン８１内に高圧の流体が流れ込むと、内側から膨張して破損する恐れがあるが、本発明では、シリンダ７５がその周囲を筐体７１によって支えられ、また、ピストンがその周囲をシリンダ７５によって支えられて、膨張する方向の力を受け止めることができ、そのため、高圧の流体に対する耐圧性を確保できる。したがって、流体の圧力が高い場合においても、流体の微少な流動の検出ができる。

また、ピストン８１が、筒形状の周壁部８２と、周壁部８２の一端８２ａを塞ぐ本体部８３ａ及び本体部８３ａを貫通する流通孔８３ｂからなる底壁部８３と、を有して構成されているので、ピストン８１の底壁部８３がオリフィス板として機能し、そのため、流体が流動したときに当該流体の流通孔８３ｂの通過により確実に圧損が生じ、底壁部８３の外側面８３ｃ側と内側面８３ｄ側との間に安定して圧力差が生じて、チャタリング等が生じることなく、流体によってピストン８１を安定して移動させることができる。また、シリンダ７５内がピストン８１で塞がれており、流体が流動する経路が流通孔８３ｂのみとなるので、流体の流動を確実に捕捉できる。

また、ピストン８１が流動無し位置Ｑａにあるときに流通孔８３ｂを塞ぐように当該流通孔８３ｂに嵌合する突起部７７ｂが設けられた弁座部７７を有しているので、筐体７１の他端７１ｂ側（即ち、シリンダ７５の出口端７６ｂ側）から流体が流れ込んだとき、この流体によってピストン８１が流動無し位置Ｑａに移動されるが、このとき、弁座部７７の突起部７７ｂが底壁部８３に設けられた流通孔８３ｂに嵌合して当該流通孔８３ｂが塞がり、そのため、流体の流動が阻止される。つまり、フロースイッチ７０を構成する部材を共用して、ピストン８１を弁体とした逆止弁を構成でき、フロースイッチと逆止弁とが必要な装置などにおいて、それぞれを別個に設けることなく当該装置を小型化できる。

また、ピストン８１には、マグネット８４が設けられ、筐体７１が非磁性体で構成されているとともにその外周面７１ｅには、一方向に電流が流れたときにピストン８１を流動無し位置Ｑａに移動させ、反対の他方向に電流が流れたときにピストン８１を流動有り位置Ｑｂに移動させるように、ピストン８１のマグネット８４に磁力を及ぼす巻線コイル９１が設けられているので、巻線コイル９１に電流を流すことにより、ピストン８１を流動無し位置Ｑａに移動させて流通孔８３ｂを突起部７７ｂで塞いで流体の流動を規制したり、ピストン８１を流動有り位置Ｑｂに移動させて流通孔８３ｂを開いて流体の流動を許可したりでき、つまり、フロースイッチ７０を構成する部材を共用して、ピストン８１を弁体として電磁弁を構成でき、フロースイッチと逆止弁と電磁弁とが必要な装置などにおいて、それぞれを別個に設けることなく当該装置を小型化できる。

また、リードスイッチ８８が、ピストン８１が流動無し位置Ｑａにあるときにピストン８１のマグネット８４の磁力を検知して閉作動し、ピストン８１が流動無し位置Ｑｂにあるときにピストン８１のマグネット８４の磁力を検知しなくなり開作動するように設けられているので、ピストン８１の位置を検知するためのマグネットを別途設ける必要なくマグネット８４を共用でき、さらに小型化できる。

本実施形態において、シリンダ７５とピストン８１とをプラスチック摺動材料としてのＰＯＭ（ポリアセタール）で構成するものであったが、これに限定されるものではない。このプラスチック摺動材料とは、例えば、すべり軸受などの摺動部分などに用いられる材料であり、上述したＰＯＭ（ポリアセタール）や、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）など、摺動時の摩擦力がアルミニウム合金などの金属材料に比べて非常に小さい性質を有し、摺動部分に用いるのに適したプラスチック（合成樹脂）材料のことをいう。そして、このようなプラスチック摺動材料であれば、本発明の目的に反しない限り、シリンダ７５とピストン８１とに用いる当該プラスチック摺動材料の種類は任意である。また、上記摺動時の摩擦力が小さくなるのであれば、シリンダ７５とピストン８１とを異なる種類のプラスチック摺動材料を用いて構成してもよい。

また、本実施形態では、弁座部７７にピストン８１の流通孔８３ｂを塞ぐ突起部７７ｂを設けて、逆止弁としても機能させるものであったが、突起部７７ｂを設けずにフロースイッチとしてのみ機能させるものであってもよい。また、フロースイッチ７０は、巻線コイル９１を設けて電磁弁としても機能させるものであったが、巻き線コイル９１を設けずにフロースイッチ及び逆止弁のみとして機能させるものであってもよい。

また、本実施形態では、位置検知手段としての磁気感応型センサ素子であるリードスイッチ８８を設けて、ピストン８１のマグネット８４が生じる磁力を検知することにより、ピストン８１の位置を検知するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、発光素子と受光素子とを備え、ピストン８１が流動無し位置Ｑａにあるときに発光素子の光が遮られて受光素子に到達せず、ピストン８１が流動有り位置にあるときに発光素子の光が受光素子に到達するように、これら両素子がシリンダ７５の内側をまたいで対向して配置された、位置検知手段としての光センサユニットを用いて、ピストン８１の位置を検知してもよい。または、ピストン８１が流動無し位置Ｑａにあるときに押下され、ピストン８１が流動有り位置にあるときに押下されないように設けられた押しボタンスイッチなどのメカニカルスイッチを用いて、ピストン８１の位置を検知してもよい。つまり、本発明の目的に反しない限り、ピストン８１の位置の検知に用いる位置検知手段は任意である。

次に、上述した本発明のフロースイッチ７０を有する液量推定装置を、図４〜図８を参照して説明する。

以下に説明する車両燃料システムは、車両に搭載されて、液化石油ガス（ＬＰＧ）を当該車両の燃料Ｆとして収容する燃料タンクを備えるとともに、当該燃料タンク内の燃料Ｆの液量を推定するシステムである。

図４に示すように、車両燃料システム（図中、符号１で示す）は、液体タンクとしての燃料タンク１０と、燃料タンク１０内の燃料Ｆの液量を推定する液量推定装置７と、を有している。

燃料タンク１０は、例えば、車両の床下などに配置されて、当該車両の燃料Ｆを収容する周知の車両部品であり、本実施形態においては、直方体の箱形状で容積１００Ｌとなるように形成されている。燃料タンク１０には、図示しない車両の燃料充填口に接続されて、燃料供給スタンドなどから供給される燃料Ｆを燃料タンク１０内に流入させるための流入管１１と、この流入管１１を開放及び閉塞する、電磁弁で構成された流入弁１２と、が設けられている。また、流入管１１には、安全上取付が必要となる図示しない遮断バルブが設けられている。また、燃料タンク１０には、図示しない内燃機関に燃料Ｆを供給するためのインジェクション装置等に接続されて、燃料タンク１０内の燃料Ｆを当該インジェクション装置等に向けて流出させる流出管１３と、この流出管１３を開放及び閉塞する、電磁弁で構成された流出弁１４と、が設けられている。なお、図４に示した燃料タンク１０等の構成は一例であって、例えば、流入管１１及び流出管１３の燃料タンク１０への接続箇所はシステム構成等に応じて適宜定められる。燃料タンク１０内には、気化した燃料Ｆ等が収容される気相部１７と、液体状の燃料Ｆが収容される液相部１８と、が存在する。燃料タンク１０内には、燃料Ｆが空の場合は気相部１７のみ存在し、また、燃料Ｆが満量の場合でも若干の空間が設けられ、即ち、気相部１７が存在する。

液量推定装置７は、気密タンク３１と、他の管路としての配管３９と、上述したフロースイッチ７０と、加熱手段としてのヒータ４６と、気相部圧力情報測定手段としての気相部圧力センサ５８と、気密タンク温度測定手段としての気密タンク温度センサ５９と、制御部６０と、を有している。

気密タンク３１は、燃料タンク１０と別体で設けられ、当該燃料タンク１０に近接して配置されており、本実施形態においては、直方体の箱形形状で容積１．０Ｌとなるように形成されている。気密タンク３１は、配管３９によって燃料タンク１０に接続されている。この配管３９は、その一端３９ａが、燃料タンク１０の側壁１０ｂの上端に接続され、他端３９ｂが、気密タンク３１の下壁３１ｃに接続されている。つまり、気密タンク３１は、燃料タンク１０と別体で設けられるとともに、燃料タンク１０の上部、即ち、燃料タンク１０内の気相部１７に接続されている。これにより、気密タンク３１には、気相部１７と同じ気体が充填される。

フロースイッチ７０は、筐体７１の一端７１ａが配管３９を介して気密タンク３１に接続され、筐体７１の他端７１ｂが配管３９を介して燃料タンク１０に接続されるように、配管３９の途中部分に設けられている。このフロースイッチ７０は、上述したように、（１）筐体７１の一端７１ａ側から他端７１ｂ側に向かう流体の流動を検知するフロースイッチ、（２）ピストン８１を弁体として筐体７１の他端７１ｂ側から一端７１ａ側に向かう流体の流動を阻止する逆止弁、（３）ピストン８１を弁体として、その開閉によって配管３９を開放又は閉塞するように動作する電磁弁、として機能する。また、ピストン８１の底壁部８３（即ち、本体部８３ａと流通孔８３ｂ）はオリフィス板として機能する。

フロースイッチ７０は、配管３９内に気密タンク３１から気相部１７に向けて気体が流動している流動有り状態、気体が流動していない流動無し状態を検知する。具体的には、フロースイッチ７０のリードスイッチ８８が、基板８７を介して後述する制御部６０に電気的に接続されており、このリードスイッチ８８によって配管３９内の気体の流動有無状態を検知して、流動有り状態、流動無し状態に応じた電気信号（上述した流動有り状態信号及び流動無し状態信号）を制御部６０に出力する。

フロースイッチ７０のピストン８１の底壁部８３は、オリフィス板として機能し、流体としての気体の流動方向（即ち、軸Ｐ方向）に垂直になるように設けられている。底壁部８３は、流通孔８３ｂを通じて気体を流動させることにより、配管３９に流れる気体の流量を規制する。本実施形態において、底壁部８３は、規制流量が１００ｃｃｍ（圧力差１気圧において、流量が１００ｃｃ／分）となるように調整されている。なお、底壁部８３の構成については、装置構成などに応じて適宜定められる。

また、フロースイッチ７０は、逆止弁として機能し、気相部１７から気密タンク３１に向かう流体の流動を阻止する。例えば、強い衝撃などにより、気密タンク３１が破損してしまった場合、この破損した箇所から大気中に高圧のＬＰＧが漏れてしまうおそれがあるが、フロースイッチ７０の逆止弁機能により、このような漏れを防止できる。

また、フロースイッチ７０は、電磁弁として機能し、ピストン８１の底壁部８３の流通孔８３ｂを閉塞又は開放することにより、気相部１７と気密タンク３１との接続を開いたり閉じたりするように設けられている。具体的には、フロースイッチ７０の巻線コイル９１が、基板８７を介して後述する制御部６０に電気的に接続されており、制御部６０から供給される電流によって巻線コイル９１の生じる磁力が制御されて、ピストン８１の流通孔８３ｂが閉塞又は開放されるように制御される。

ヒータ４６は、例えば、電熱線やハロゲンヒータ、カーボンヒータなどの電気エネルギーから熱を生成して放出することにより対象物を加熱するための周知の加熱器である。勿論、電気以外にも各種燃料の燃焼などにより熱を放出するものであってもよい。ヒータ４６は、気密タンク３１の４つの側壁３１ｂに密着して設けられており、各側壁３１ｂを介して気密タンク３１内の気体を加熱してその温度を上昇（即ち、昇温）させる。

また、ヒータ４６によって、気密タンク３１内の気体を効率よく加熱するとともに、配管３９や燃料タンク１０がヒータ４６の熱の影響を受けないようにするために、図示しないグラスウールなどからなる断熱材などによってヒータ４６を覆う等の断熱処理が施されている。これにより、気密タンク３１及び気相部１７の圧力及び温度は、ヒータ４６による加熱及び気相部１７への気体の押し込みが無い状態では安定している。「圧力及び温度が安定」とは、値の変動が全くない場合と、液量の推定に支障が無い程度の小さい変動幅がある場合とを含む。ヒータ４６は、後述する制御部６０に電気的に接続されており、当該制御部６０からの制御信号によって制御される。

本実施形態において、気密タンク３１は直方体の箱形形状に形成され、ヒータ４６は、気密タンク３１の４つの側壁３１ｂに密着して設けられているものであったが、これに限定されるものではなく、例えば、気密タンク３１が長尺の管状に形成されており、その外周面に、ヒータ４６としての電熱線が巻き付けられている構成など、気密タンク３１内の気体を加熱可能なものであれば、これらの構成は任意である。

気密タンク３１と気相部１７との圧力を等しくする場合、まず、フロースイッチ７０の巻線コイル９１に上記他方向に通電してピストン８１を巻線コイル９１に近づける磁力を発生させ、ピストン８１を流動有り位置Ｑｂに移動させて流通孔８３ｂを開くと、気相部１７と気密タンク３１とが配管３９を通じて接続されて、それぞれの圧力は同一になる。そのあとに、巻線コイル９１に上記一方向に通電してピストン８１を巻線コイル９１から離す磁力を発生させ、ピストン８１を流動無し位置Ｑａに移動させて流通孔８３ｂを閉じると、気密タンク３１は密閉状態となり、この状態において、ヒータ４６により気密タンク３１内の気体を加熱すると、気密タンク３１内の圧力が気相部１７の圧力より高くなる。それから、巻線コイル９１の通電を停止すると、気相部１７と気密タンク３１との圧力差によってピストン８１が流動有り位置Ｑｂに向けて押されて、流通孔８３ｂが開かれて、気相部１７と気密タンク３１との圧力差を解消するように、気密タンク３１から気相部１７に気体が流れる。つまり、気密タンク３１の気体が、気相部１７に押し込まれる。

気密タンク温度センサ５９は、例えば、サーミスタや熱電対などで構成されて、気密タンク３１の上壁３１ａに設けられており、気密タンク３１内の温度を測定する。気密タンク温度センサ５９は、後述する制御部６０に電気的に接続されており、測定した気密タンク３１内の温度に応じた電気信号を制御部６０に出力する。

制御部６０は、図５に示すように、周知の組み込み機器用のマイクロコンピュータ６１などで構成されている、このマイクロコンピュータ６１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）６２と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）６３と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）６４と、メモリ６５と、タイマ６６と、を備えている。

ＣＰＵ６２は、車両燃料システム１における各種制御を司り、ＲＯＭ６３に記憶されている各種制御プログラムにしたがって本実施形態に係る制御を含む各種の処理を実行する。ＲＯＭ６３は、前記制御プログラムやこの制御プログラムに参照されるパラメータなどの各種情報を記憶している。特に、ＲＯＭ６３は、ＣＰＵ６２を、気体押込制御手段、平衡圧力検出手段、液量推定手段などの各種手段として機能させるための制御プログラムを記憶している。そして、ＣＰＵ６２は、この制御プログラムを実行することで前述した各種手段として機能する。ＲＡＭ６４は、ＣＰＵ６２が各種の処理を実行する上において必要なデータ、プログラム等が適宜記憶される。メモリ６５は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）やフラッシュメモリなどの電源断となってもデータを保持できる不揮発性のメモリで構成されている。このメモリ６５には、後述する液量推定処理で用いられる数式やパラメータ（後述する圧力調整時間など）等の各種情報が記憶されている。タイマ６６は、ＣＰＵ６２が任意の時間の計時を行うために用いられる周知の計時機構である。本実施形態において、タイマ６６の計時単位（最小時間単位）は、１ｍ秒としている。より高速のマイクロコンピュータ６１を用いることで、計時単位をより小さくすることができ、即ち、計時の分解能を容易に高くすることができる。タイマ６６は、流動継続時間計時手段に相当する。

制御部６０のマイクロコンピュータ６１が備えるメモリ６５には、図６に一例を示すように、気相部１７の所定の圧力（押込前圧力）のときに、ヒータ４６により気密タンク３１の気体が所定温度に加熱されてピストン８１の流通孔８３ｂが開かれた後における気密タンク３１から気相部１７に気体が流動している状態の継続時間を示す流動継続時間Ｔと、その後流動が無くなり気相部１７の圧力と気密タンク３１の圧力とが平衡したときの気相部１７の圧力Ｐｍ３（平衡圧力）と、の関係を示す平衡圧力関係情報Ｈが格納されている。この平衡圧力関係情報Ｈは、例えば、予備計測やシミュレーションなどによって得られたグラフを示す関数（回帰式）やデータテーブルなどであり、気相部１７に気体が押し込まれる前の圧力毎に複数個設けられている。本実施形態では、図７に模式的に示すように、気相部１７に気体が押し込まれる前の圧力（押込前圧力）が０．１０ＭＰａから３．００ＭＰａまで０．０１ＭＰａ毎に複数個の平衡圧力関係情報Ｈが格納されている。

これら気相部１７と気密タンク３１とにおいて、気相部１７と気密タンク３１とをそれぞれ同一の初期圧力Ｐ１としたのち、ピストン８１の流通孔８３ｂを閉じて気密タンク３１を密閉し、その内部の気体を加熱して当該気密タンク３１内の圧力を初期圧力Ｐ１から変化後圧力Ｐ２に変化させたのちピストン８１の流通孔８３ｂを開いて気相部１７と気密タンク３１とを連通すると、これら気相部１７と気密タンク３１との圧力差を解消するようにこれらの間において気体が流動する。そして、気体の流動が無くなり圧力差が解消された平衡状態になると、これら気相部１７及び気密タンク３１の圧力が平衡圧力Ｐ３になる。

このときの気体の流動総量と気相部１７の容積との間には相関関係がある。即ち、気相部１７と気密タンク３１とを連通させたあとには、気相部１７の圧力と気密タンク３１内の圧力との圧力差が徐々に小さくなり平衡圧力Ｐ３に向かうが、気相部１７の容積が大きいほど、気相部１７における平衡圧力Ｐ３に向かう圧力変化量（初期圧力Ｐ１と平衡圧力Ｐ３との圧力差）は小さくなり、また、気密タンク３１における平衡圧力Ｐ３に向かう圧力変化量（変化後圧力Ｐ２と平衡圧力Ｐ３との圧力差）は大きくなり、そのため、気体の流動総量が増加し、また、気体の流動総量に応じて気体が流動している流動継続時間Ｔも増加する。このことから、気相部１７の容積が大きいほど平衡圧力Ｐ３が低くなって、流動継続時間Ｔが長くなり、つまり、図６に示すように、流動継続時間Ｔが長くなるほど、平衡圧力Ｐ３（即ち、気相部１７の圧力Ｐｍ３）が低くなる。即ち、流動継続時間Ｔと平衡圧力Ｐ３との間にも相関関係がある。また、気相部１７の初期圧力（押込前圧力）が高いほど、気体の密度が高く、気体が流動しにくいので、流動継続時間Ｔが長くなる（図６のグラフが全体的に上方に移動する）傾向にある。

また、マイクロコンピュータ６１が備える図示しないインタフェース部は、フロースイッチ７０、ヒータ４６、気相部圧力センサ５８、及び、気密タンク温度センサ５９のそれぞれと、ＣＰＵ６２と、を接続しており、これら間での各種信号の送受を可能としている。

次に、上述したＣＰＵ６２が実行する処理（液量推定処理１）の一例を、図８に示すフローチャートを参照して説明する。

車両のイグニッションスイッチがオンされると、車両燃料システム１に電源が供給されて制御部６０のＣＰＵ６２が動作を開始し、ＣＰＵ６２は、所定の初期化処理を実行する。そして、ＣＰＵ６２は、初期化処理が終了した後に、例えば、一定周期などの所定のタイミングで、図８のフローチャートに示すステップＴ１００に進む。

ステップＴ１００では、フロースイッチ７０のピストン８１を流動有り位置Ｑｂに移動して、ピストン８１の流通孔８３ｂを開く。具体的には、フロースイッチ７０の巻線コイル９１に上記他方向に向かう電流を流すと、フロースイッチ７０のピストン８１は流動有り位置Ｑｂに移動して、ピストン８１の流通孔８３ｂと弁座部７７の突起部７７ｂとの嵌合が外れ、ピストン８１の流通孔８３ｂを開く。これにより、気相部１７と気密タンク３１との接続が開かれて、これらが互いに連通される。そして、ステップＴ１０５に進む。

ステップＴ１０５では、所定の圧力調整時間が経過するまで待つ。この圧力調整時間は、気相部１７の圧力、及び、気密タンク３１の圧力が同一となるまでの待ち時間である。そして、圧力調整時間経過後に、ステップＴ１１０に進む。「圧力が同一」とは、厳密に同一の場合と、液量の推定に支障が無い程度の小さい差異がある場合とを含む。

または、このような処理に代えて、気相部１７と気密タンク３１とにそれぞれ圧力センサを設けて、これらセンサによって測定された圧力が同一になるまで待つようにしてもよく、つまり、気相部１７及び気密タンク３１のそれぞれにおける圧力がそれぞれ同一になるようにピストン８１の流通孔８３ｂの開閉を制御する処理を行うものであればよい。

ステップＴ１１０では、気相部圧力センサ５８から出力された電気信号に基づいて、気相部圧力センサ５８によって測定された気相部１７の圧力Ｐｍ１（初期圧力Ｐ１）を検出し、気密タンク温度センサ５９から出力された電気信号に基づいて、気密タンク温度センサ５９によって測定された気密タンク３１内の温度Ｔｓ１を検出する。そして、ステップＴ１１５に進む。

ステップＴ１１５では、フロースイッチ７０のピストン８１を流動無し位置Ｑａに移動して、ピストン８１の流通孔８３ｂを閉じる。具体的には、フロースイッチ７０の巻線コイル９１に上記一方向に向かう電流を流すと、フロースイッチ７０のピストン８１は流動無し位置Ｑａに移動して、ピストン８１の流通孔８３ｂと弁座部７７の突起部７７ｂとが嵌合し、当該流通孔８３ｂを閉じる。これにより、気相部１７と気密タンク３１との接続が閉じられて、気密タンク３１が密閉される。そして、ステップＴ１２０に進む。

ステップＴ１２０では、気密タンク３１内の気体を所定の目標温度になるまで加熱するようにヒータ４６を駆動するための制御信号を、当該ヒータ４６に送出する。これにより、ヒータ４６は、気密タンク３１内の気体を加熱してその温度を目標温度Ｔｔまで上昇させる。本実施形態において、ステップＴ１１０で測定した気密タンク３１内の温度Ｔｓ１と、目標温度Ｔｔと、の比が、所定の値（Ｔｔ：Ｔｓ１＝６：５）となるように、目標温度Ｔｔが定められている。また、上述した平衡圧力関係情報Ｈは、気密タンク３１内の温度Ｔｓ１と目標温度Ｔｔとの比が上記所定の値と同一になる状態において予備測定等を行い作製している。勿論、これ以外の目標温度を設定してもよい。そして、ヒータ４６による加熱により、気密タンク３１内の気体が膨張しようとするものの密閉状態であるため、気密タンク３１内の圧力が高まる。なお、これに限らず、例えば、バイメタル等の感温部材を利用して、上記目標温度以上でオフ状態になり、上記目標温度より低い所定の通電温度でオン状態となるように設定された温度スイッチを、ヒータ４１の給電線に直列に接続するとともに気密タンク２０内に配置して、気密タンク３１内の気体を目標温度に加熱しつづけるようにヒータ４６を駆動するための制御信号を、当該ヒータ４６に送出するなど、気密タンク３１内の気体を加熱するためのヒータ４６の制御方法は任意である。そして、ステップＴ１３０に進む。

ステップＴ１３０では、気密タンク温度センサ５９から出力された電気信号に基づいて、気密タンク温度センサ５９によって測定された気密タンク３１内の温度Ｔｓ２を検出する。そして、ステップＴ１４０に進む。

ステップＴ１４０では、ステップＴ１３０で検出した気密タンク３１内の温度Ｔｓ２が、目標温度Ｔｔに達しているか否かを判定する。そして、目標温度Ｔｔに達していないときはステップＴ１３０に戻り（Ｔ１４０でＮ）、目標温度Ｔｔに達していたときステップＴ１５０に進む（Ｔ１４０でＹ）。

ステップＴ１５０では、気密タンク３１内の温度が目標温度になるまで加熱した後に、フロースイッチ７０の巻線コイル９１への通電を停止して、ピストン８１においてそれに加わる圧力に応じたシリンダ７５内の移動を可能にする。このとき、ヒータ４６による加熱によって気密タンク３１の圧力が気相部１７の圧力より高くなっているので、これら圧力の差によるピストン８１を流動無し位置Ｑａから流動有り位置Ｑｂに移動させようとする力が、スプリング８５の付勢力に打ち勝ち、ピストン８１が流動有り位置Ｑｂに移動して、ピストン８１の流通孔８３ｂが開かれる。これにより、気相部１７と気密タンク３１との接続が開かれて、これらが互いに連通されて、気密タンク３１内の気体が膨張して、気相部１７に押し込まれる。また、ステップＴ１５０では、流通孔８３ｂが開かれた後も気密タンク３１内の温度が上記目標温度Ｔｔを維持するようにヒータ４６を駆動制御するための制御信号を、ヒータ４６に送出する。そして、ステップＴ１６０に進む。

なお、ＣＰＵ６２によって、インジェクタ開度や燃料の流量などを示す各種電気信号などに基づいて燃料消費量を検出するとともに、燃料消費量が所定の基準値を超えるときなど、燃料Ｆの液量の変動が大きいときに上記ステップＴ１００〜Ｔ１４０を予め実行しておき、燃料消費量が所定の基準値以下のときなど、燃料Ｆの液量の燃料残量の変動が小さいときに、本ステップＴ１５０を実行するようにしてもよい。これにより、燃料Ｆの流入や流出により燃料タンク１０内の液量が変動している場合など当該液量の推定に適さない状態において、気密タンク３１と気相部１７との接続を閉じて、気密タンク３１内の気体を加熱して圧力を高めておき、そして、液量の変動が収まった場合など当該液量の推定に適した状態において、気密タンク３１と気相部１７との接続を開いて、気密タンク３１内の気体を膨張させて一時に気相部１７に押し込むことにより、液量の推定に要する時間を短くすることができる。

ステップＴ１６０では、フロースイッチ７０のリードスイッチ８８から出力された電気信号に基づいて、フロースイッチ７０によって検知された配管３９内の気体の流動状態を検出し、流動有り状態が検出されるまで待ってから、タイマ６６によって、気体が流動している状態の継続時間を示す流動継続時間Ｔの計時を開始する。そして、ステップＴ１７０に進む。

ステップＴ１７０では、フロースイッチ７０のリードスイッチ８８から出力された電気信号に基づいて、フロースイッチ７０によって検知された配管３９内の気体の流動状態を検出し、流動有り状態が検出されたときは当該流動状態の検出を継続し（Ｔ１７０でＹ）、流動無し状態、即ち、気相部１７と気密タンク３１との圧力が平衡した状態が検出されたときステップＴ１８０に進む。

ステップＴ１８０では、タイマ６６による流動継続時間Ｔの計時を停止する。そして、ステップＴ１９０に進む。

ステップＴ１９０では、ステップＴ１１０で検出された気相部１７の圧力Ｐｍ１と、ステップＴ１８０で計時された流動継続時間Ｔと、に基づいて、気相部１７と気密タンク３１との圧力が平衡した後の気相部１７の圧力Ｐｍ３（平衡圧力Ｐ３）を取得（検出）する。

具体的には、ピストン８１の流通孔８３ｂが開かれて気相部１７に気体が押し込まれる前の当該気相部１７の圧力Ｐｍ１（押込前圧力）によって特定される平衡圧力関係情報Ｈに、流動継続時間Ｔを当てはめることにより、この平衡圧力関係情報Ｈから気相部１７の圧力Ｐｍ３を取得する。

気相部の圧力Ｐｍ３の取得の一例を示すと、気相部１７に気体が押し込まれる前の圧力Ｐｍ１が１．００ＭＰａのとき、平衡圧力関係情報Ｈとして、図６のグラフが特定され、そして、流動継続時間Ｔが４８秒だったとすると、上記グラフから、気相部１７の圧力Ｐｍ３を１．０１０００ＭＰａとして取得する。そして、ステップＴ２００に進む。

ステップＴ２００では、ステップＴ１１０で検出された気相部１７の圧力Ｐｍ１及び気密タンク３１内の温度Ｔｓ１と、ステップＴ１３０で検出された気密タンク３１内の温度Ｔｓ２と、ステップＴ１９０で取得された気相部１７の圧力Ｐｍ３と、に基づいて、燃料タンク１０の容積ＶＴのうち気相部１７に対応する部分の容積ＶＡ（以下、気相部容積ＶＡという）を算出する。

この算出に用いる式の導出について以下に示す。気相部１７の容積をＶＡ、気密タンク３１の容積をＶｓ、ピストン８１の流通孔８３ｂが開かれて気相部１７に気体が押し込まれる前の気相部１７の圧力（即ち、気密タンク３１の圧力）をＰｍ１（初期圧力Ｐ１）、ヒータ４６による加熱前の気密タンク３１の温度をＴｓ１、加熱後の気密タンク３１の温度をＴｓ２、加熱後の気密タンク３１の圧力をＰｓ２（変化後圧力Ｐ２）、ピストン８１の流通孔８３ｂが開かれた後に気相部１７と気密タンク３１の圧力が平衡した後の気相部１７の圧力をＰｍ３（平衡圧力Ｐ３）、ピストン８１の流通孔８３ｂが開かれた後に圧力平衡に至るまでの時間（流動継続時間）をＴ、とする。

気密タンク３１の気体を加熱することにより温度がＴｓ１からＴｓ２に上昇したとき、気密タンクの容積Ｖｓは変わらないので、
Ｐｓ２＝（Ｔｓ２／Ｔｓ１）×Ｐｍ１・・・（２．１）
となる。

そして、ピストン８１の流通孔８３ｂが閉じられているので気相部１７の圧力はＰｍ１のままであり、気相部１７と気密タンク３１とに圧力差が生じ、その後、ピストン８１の流通孔８３ｂが開かれることにより、気相部１７の圧力がＰｍ３に平衡するまでの流動継続時間Ｔの間、気密タンク３１から気相部１７に気体が流動する。そして、平衡後の気相部１７の圧力Ｐｍ３は、ボイルの法則により、
Ｐｍ３×（Ｖｓ＋ＶＡ）＝Ｐｍ１×（（Ｔｓ２／Ｔｓ１）×Ｖｓ＋ＶＡ）
Ｐｍ３＝Ｐｍ１（（Ｔｓ２／Ｔｓ１）×Ｖｓ＋ＶＡ）／（Ｖｓ＋ＶＡ）
・・・（２．２）
となり、この（２．２）式を変形すると、
ＶＡ＝（（Ｐｍ３−（Ｔｓ２／Ｔｓ１）Ｐｍ１）×Ｖｓ）／（Ｐｍ１−Ｐｍ３）
・・・（２．３）
が導かれ、この（２．３）式を用いて、気相部容積ＶＡを算出する。そして、ステップＴ２１０に進む。

ここで、上記（２．２）式から、気相部１７の容積ＶＡが大きいほど、気相部１７の圧力Ｐｍ３が低い状態で平衡するので、気体流動の流動継続時間Ｔが長くなることが予想できる。つまり、気相部１７の容積ＶＡが大きいほど、平衡後の気相部１７の圧力Ｐｍ３が低くなり、そして、圧力Ｐｍ３が低いほど、気体の流動に伴う気相部１７の圧力変化量（圧力Ｐｍ１→圧力Ｐｍ３）が小さく、気密タンクの圧力変化量（圧力Ｐｓ２→圧力Ｐｍ３）が大きくなるので、気体の流動総量が多くなるとともに流動継続時間Ｔが長くなる。

ステップＴ２１０では、燃料タンク１０内の容積ＶＴからステップＴ２００で算出した気相部容積ＶＡを差し引くことにより、当該燃料タンク１０の容積ＶＴのうち液相部１８に対応する部分の容積ＶＬ（以下、液相部容積ＶＬという）を算出し、この液相部容積ＶＬを燃料タンク１０内の燃料Ｆの液量ＶＬとする。そして、車両に搭載された図示しない燃料計に、液量ＶＬを表示するための信号を送出する。そして、本フローチャートの処理を終了する。

上述したステップＴ１２０〜Ｔ１５０が、気体押込制御手段に相当し、ステップＴ１９０が、平衡圧力検出手段に相当し、ステップＴ１１０、Ｔ２００、Ｔ２１０が、液量推定手段に相当する。

次に、上述した車両燃料システム１における動作例について説明する。

車両のイグニッションスイッチがオンされると、車両燃料システム１は動作を開始して、周期的（例えば、３分毎）に燃料タンク１０内の燃料Ｆの液量の推定を行う。この液量ＶＬの推定において、まず、フロースイッチ７０のピストン８１の流通孔８３ｂを開き（Ｔ１００）、気相部１７、及び、気密タンク３１の圧力が同一となる圧力調整時間の経過を待ち（Ｔ１０５）、その後、気相部１７の圧力Ｐｍ１と気密タンク３１内の温度Ｔｓ１とを検出する（Ｔ１１０）。そして、ピストン８１の流通孔８３ｂを閉じて気密タンク３１を密閉状態として（Ｔ１１５）、ヒータ４６によって気密タンク３１内の気体を加熱しながら、気密タンク３１内の温度Ｔｓ２を検出して、この温度Ｔｓ２が所定の目標温度Ｔｔになるまで加熱したのちに、ピストン８１に加わる圧力に応じた当該ピストン８１の移動を可能にすると、ピストン８１の流通孔８３ｂが開かれて気相部１７と気密タンク３１とが連通される（Ｔ１２０〜Ｔ１５０）。これにより、気相部１７と気密タンク３１との間に圧力差が生じて気密タンク３１から気相部１７に気体が押し込まれ、そして、フロースイッチ７０の出力に基づいて、この気体の押し込みによる気相部１７から気密タンク３１に気体が流動している状態の継続時間を示す流動継続時間Ｔを計時する（Ｔ１６０〜Ｔ１８０）。

そして、気相部１７に気体が押し込まれる前の気相部１７の圧力Ｐｍ１と、計時した流動継続時間Ｔを用いて、平衡圧力関係情報Ｈから平衡状態における気相部１７の圧力Ｐｍ３を取得する（Ｔ１９０）。そして、気相部１７の圧力Ｐｍ１と、平衡状態における気相部１７の圧力Ｐｍ３と、気密タンク３１内の気体を加熱する前の気密タンク３１内の温度Ｔｓ１と、気密タンク３１内の気体を目標温度Ｔｔになるまで加熱した後で且つピストン８１の流通孔８３ｂが開かれる前の気密タンク３１内の温度Ｔｓ２と、を用いて、ボイルの法則から燃料タンク１０の気相部容積ＶＡを算出し（Ｔ２００）、この気相部容積ＶＡを燃料タンク１０の容積ＶＴから差し引くことで液相部容積ＶＬを算出して、この液相部容積ＶＬを、燃料タンク１０内の燃料Ｆの液量ＶＬとして求めて、燃料計に表示する（Ｔ２１０）。

次に、車両燃料システム１における燃料タンク１０内の燃料Ｆの液量ＶＬの推定例を示す。

燃料タンク１０の容積ＶＴが１００Ｌ、気密タンク３１の容積が１．０Ｌ、であり、上述した液量推定処理において、気体が押し込まれる前の気相部１７の圧力Ｐｍ１が１．００ＭＰａとなり、加熱前の気密タンク３１内の温度Ｔｓ１が３００Ｋ、加熱後の気密タンク３１内の温度Ｔｓ２が３６０Ｋとなり、ピストン８１の流通孔８３ｂが開かれたのち気相部１７から気密タンク３１に気体が流動している状態の継続時間を示す流動継続時間Ｔが２８秒となったものとする。

このとき、気相部１７に気体が押し込まれる前の当該気相部１７の圧力Ｐｍ１が、１．００ＭＰａであるので、平衡圧力関係情報Ｈとして、図１０に示すグラフが特定される。そして、このグラフに、流動継続時間Ｔである２８秒を当てはめると、気相部１７の圧力Ｐｍ３として、１．０１８１８ＭＰａが取得される。

そして、気相部容積ＶＡは、上記（２．３）式から、
ＶＡ＝（（１．０１８１８−（３６０／３００）×１．００）×１．０）
／（１．００−１．０１８１８）
＝１０．０Ｌ
となり、この気相部容積ＶＡを燃料タンク１０の容積ＶＴから差し引くと、液相部容積ＶＬ、即ち、燃料タンク１０内の燃料Ｆの液量ＶＬは、
ＶＬ＝１００−１０．０＝９０．０Ｌ
となる。このようにして、燃料タンク１０内の燃料Ｆの液量ＶＬを推定する。

このような車両燃料システム１（即ち、液量推定装置７）に、上述したフロースイッチ７０を用いることで、フロースイッチ、オリフィス、逆止弁及び電磁弁を、それぞれ別体で設ける必要が無く、そのため、液量推定装置７及び車両燃料システム１を小型化できる。

上述した実施形態は、車両に搭載され、液化ガスを収容するとともにその液量を推定する車両燃料システムを説明するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、工場や家庭などに設置され、灯油やガソリン、各種薬液などを収容するとともにその液量を推定する液量推定システムなどであってもよく、本発明の目的に反しない限り、本発明を適用する装置及びシステムは任意である。また、液量の推定対象となる液体についても、液化石油ガスに限らず、例えば、窒素、酸素、アンモニアのなどの工業用途の液化ガス、又は、常温常圧で液状となる燃料（灯油、ガソリン等）、各種薬液等、本発明の目的に反しない限り、その種類は任意である。

なお、本発明では、シリンダ及びピストンにプラスチック摺動材料を用いた構成であるが、流体やスプリングなどとの関係で動作力が確保できるならば、シリンダ及びピストンにアルミニウムやステンレスなどの非磁性金属を用いた構成も考えられる。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ 車両燃料システム（液量推定システム）
７ 液量推定装置
１０ 燃料タンク（液体タンク）
１７ 燃料タンク内の気相部（気相部）
１８ 燃料タンク内の液相部
３９ 配管
４６ ヒータ（加熱手段）
５８ 気相部圧力センサ（気相部圧力情報測定手段）
５９ 気密タンク温度センサ（気密タンク温度測定手段）
６０ 制御部
６２ ＣＰＵ（気体押込制御手段、平衡圧力検出手段、液量推定手段）
６６ タイマ（流動継続時間計時手段）
７０ フロースイッチ
７１ 筐体（管路）
７５ シリンダ
７７ 弁座部（弁座）
７７ｂ 突起部
８１ ピストン
８２ 周壁部
８３ 底壁部
８３ａ 本体部
８３ｂ 流通孔
８４ マグネット
８５ スプリング（付勢部材）
８８ リードスイッチ（位置検知手段、磁力感応型センサ素子）
９１ 巻線コイル（コイル）

Claims (5)

1. 管路内を流れる流体の流動状態に応じて作動するフロースイッチであって、
   前記管路内に固定して収容される筒形状のシリンダと、
   前記シリンダの入口端寄りの流動無し位置及び出口端寄りの流動有り位置の間を移動自在に前記シリンダ内に収容されたピストンと、
   前記ピストンを前記流動無し位置に向けて付勢する付勢部材と、
   前記ピストンの位置に応じた位置信号を出力する位置検知手段と、を有し、
   前記シリンダ及び前記ピストンが共にプラスチック摺動材料で構成され、
   前記シリンダが、前記管路内に固定して収容されたときに前記管路の内周面と前記シリンダの外周面とが密に重なるように形成されている
   ことを特徴とするフロースイッチ。
2. 前記ピストンが、筒形状の周壁部と、前記周壁部の内側を塞ぐように設けられた板状の本体部及び前記本体部を貫通する流通孔を備えた底壁部と、を有していることを特徴とする請求項１に記載のフロースイッチ。
3. 前記ピストンが前記流動無し位置にあるときに前記流通孔を塞ぐように当該流通孔に嵌合する突起部が設けられた弁座を有していることを特徴とする請求項２に記載のフロースイッチ。
4. 前記ピストンには、マグネットが設けられ、
   前記管路が非磁性体で構成されているとともにその外周面には、一方向に電流が流れたときに前記ピストンを前記流動無し位置に移動させ、前記一方向とは反対の他方向に電流が流れたときに前記ピストンを前記流動有り位置に移動させるように、前記ピストンのマグネットに磁力を及ぼすコイルが設けられている
   ことを特徴とする請求項３に記載のフロースイッチ。
5. 前記位置検知手段が、前記ピストンが前記流動有り位置にあるときと前記流動無し位置にあるときとで前記ピストンのマグネットの磁力に対する感応状態が変化するように設けられた、前記感応状態に応じた位置信号を出力する、磁力感応型センサ素子で構成されていることを特徴とする請求項４に記載のフロースイッチ。

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