JP2016045090A - 液位計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 給油直後の燃料内の燃料の電気的特性を考慮して、適切に燃料の液位を計測し得る技術を提供する。【解決手段】 燃料センサユニットは、ケースと、センサと、制御装置と、を備える。ケースは、燃料ポンプから吐出される燃料を、燃料タンク内の燃料の液位に合わせて貯留する。センサは、ケース内の燃料の電気的特性を用いて、ケース内の燃料の液位を計測する。制御装置は、燃料タンクに燃料が給油されたことを判断する（Ｓ１４でＹＥＳ）と、エンジンが始動される前に、燃料ポンプを駆動する（Ｓ１８）。【選択図】 図２

Description

本明細書では、燃料の液位を計測する液位計測装置に関する。

特許文献１に、液位計測装置が開示されている。液位計測装置は、燃料ポンプから放出される燃料を受け入れるケースと、ケース内に収容される電極対と、を備える。液位計測装置は、ケース内の液位に応じて変動する電極対の静電容量を用いて、液位を計測する。

特開２０１３−２２８３６５号公報

燃料タンクに既に貯留されている燃料と電気的特性が異なる燃料が、燃料タンクに新たに給油される可能性がある。本明細書では、給油直後の燃料内の燃料の電気的特性を考慮して、適切に燃料の液位を計測し得る技術を提供する。

本明細書は、液位計測装置を開示する。液位計測装置は、ケースと、センサと、判断部と、駆動制御部と、を備える。ケースは、燃料ポンプから吐出される燃料を、燃料タンク内の燃料の液位に合わせて貯留する。センサは、ケース内の燃料の電気的特性を用いて、ケース内の燃料の液位を計測する。判断部は、燃料タンクに燃料が給油されたことを判断する。駆動制御部は、燃料タンクに燃料が給油されたことが判断される場合に、内燃機関が始動される前に、燃料ポンプを駆動する。

燃料タンク内に燃料が給油された直後は、既に燃料タンク内に貯留されている燃料と、新たに給油された燃料と、が不均一に分布している。既に燃料タンク内に貯留されている燃料の電気的特性と、新たに給油された燃料の電気的特性と、が異なる場合、給油直後に燃料ポンプから吐出される燃料の電気的特性は安定しない。このため、ケース内に貯留される燃料の電気的特性は不均一に分布する。

上記の構成では、燃料タンク内に燃料が供給されたことが検知されると、内燃機関が始動される前に、燃料ポンプを駆動する。この結果、内燃機関が始動される前に、燃料タンク内の燃料の不均一な分布を是正し得る。このため、内燃機関が始動された後では、燃料ポンプから吐出される燃料の電気的特性を安定化することができる。この構成によれば、内燃機関が始動された後には、電気的特性が安定した燃料を、ケースに供給することができる。これにより、給油直後の燃料内の燃料の電気的特性を考慮して、適切に燃料の液位を計測し得る。

燃料タンク周辺の構成を示す。 第１実施例の燃料計測装置の事前処理のフローチャートを示す。 第１実施例の燃料計測装置の事前処理のフローチャートを示す。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

（特徴１）液位計測装置では、判断部は、センサを用いて得られる燃料の電気的特性の変化に基づいて、燃料タンクに燃料が給油されたことを判断してもよい。この構成によれば、センサを用いて、適切に燃料タンクに燃料が給油されたことを検出することができる。

（特徴２）液位計測装置では、判断部は、燃料タンクの給油口が操作された場合に、燃料タンクに燃料が給油されたことを判断してもよい。この構成によれば、センサを用いずに、給油口の操作に応じて、適切に燃料タンクに燃料が給油されたことを検出することができる。

（第１実施例）
本実施例の燃料供給ユニット１は、自動車等の車両に搭載され、図示省略したエンジンに燃料を供給する。燃料供給ユニット１は、燃料タンク２と、燃料ポンプユニット３０と、燃料センサユニット１０と、を備える。燃料タンク２には、ガソリンあるいはガソリンとアルコール（例えばエタノール）との混合燃料が貯留される。燃料タンク２には、図示省略した給油口から燃料が給油される。

燃料ポンプユニット３０は、燃料ポンプ３４及びフィルタ等を備える。燃料ポンプユニット３０は、燃料ポンプ３４を用いて、リザーブカップ２０内の燃料をフィルタで濾過して、パイプ９４及び吐出口１２を介して、エンジンに供給する。燃料ポンプ３４から吐出される燃料は、プレッシャーレギュレータ４２によって調圧される。これにより、エンジンに供給される燃料の圧力を一定圧力に調整する。プレッシャーレギュレータ４２によって調圧された燃料は、パイプ９４から吐出ポート１２を通過して、エンジンに圧送される。プレッシャーレギュレータ４２は、燃料ポンプ３４から吐出される燃料の一部を、パイプ５２に放出する。パイプ５２の一端には、プレッシャーレギュレータ４２が接続され、パイプ５２の他端には、濃度センサユニット６０が接続されている。パイプ５２の中間位置には、パイプ５２を貫通する貫通孔が配置されている。

燃料タンク２の上端の開口は、セットプレート１４によって閉塞されている。燃料センサユニット１０は、セットプレート１４に取り付けられている。燃料センサユニット１０は、制御装置８０と、濃度センサユニット６０と、液位センサユニット７０と、を備える。

濃度センサユニット６０は、電極対を有するセンサを備える。電極対は、外側電極と内側電極を有する。外側電極と内側電極とは、それぞれ、円筒形状を有している。内側電極は、外側電極に収容されている。内側電極と外側電極とは、隙間を開けて対向している。内側電極と外側電極との隙間には、プレッシャーレギュレータ４２から伸びるパイプ５２が連通している。燃料ポンプ３４が駆動している間、内側電極と外側電極との隙間は、パイプ５２を介してプレッシャーレギュレータ４２から供給される燃料で満たされている。

液位センサユニット７０は、センサ７６と、ケース７３と、を備える。センサ７６と、ケース７３とは、リザーブカップ２０の外側に配置されている。ケース７３は、側壁７４と、上壁７１と、下壁７９とを備える。側壁７４は、筒形状を有する。側壁７４の下端は、下壁７９によって閉塞されている。下壁７９の下面は、燃料タンク２の底面付近に位置する。側壁７４の上端は、上壁７１によって閉塞されている。側壁７４の下端付近には、側壁７４の内側と外側とを連通する連通孔７８が形成されている。ケース７３は、濃度センサユニット６０に連通している。パイプ５２に放出された燃料は、濃度センサユニット６０を介して、ケース７３内に放出される。ケース７３内の燃料は、連通孔７８を通過して、ケース７３外に流出する。これにより、ケース７３内の燃料の液位と、燃料タンク２内の燃料の液位と、即ち、ケース７３の液面と燃料タンク２の液面とは一致する。ケース７３には、センサ７６が収容されている。

センサ７６は、基板と、基板上に配置される電極対と、を備える。基板は、燃料タンク２の深さ方向に伸びている。電極対の各電極は、薄膜の導電性の材料（例えば金、銅合金）で作製され、基板上において、向かい合うように配置されている。例えば、各電極は、櫛状に形成され、基板の長手方向（即ち燃料タンク２の深さ方向）に伸びている。

制御装置８０は、セットプレート１４上に配置されている。制御装置８０は、ＣＰＵ、メモリ等を含む回路を有する。制御装置８０は、図示省略したバッテリに接続されている。制御装置８０は、バッテリから供給される電力を、予め決められた周波数（例えば、１０Ｈｚ〜３ＭＨｚ）の信号（交流電流）に変換して、濃度センサユニット６０及び液位センサユニット７０のそれぞれに供給する。制御装置８０は、燃料ポンプ３４の駆動回路及び車両の制御部（例えばＥＣＵ（Engine Control Unitの略））（ともに図示省略）に通信可能に接続されている。なお、車両の制御部は、燃料タンク２の給油口（図示省略）に配置されているセンサを用いて、燃料タンク２の給油口の開閉を検知する。

（燃料供給ユニット１の動作）
次いで、燃料供給ユニット１の動作について説明する。運転者が、例えば、イグニションスイッチを操作して、エンジンを始動させると、燃料供給ユニット１は駆動する。燃料供給ユニット１が駆動、即ち、燃料ポンプ３４が駆動すると、リザーブカップ２０内の燃料は、燃料ポンプ３４内に吸引される。燃料は、燃料ポンプ３４によって昇圧され、パイプ９４に吐出される。パイプ９４に吐出された燃料の一部は、吐出口１２からエンジンに供給される。パイプ９４に吐出された燃料の他の一部は、プレッシャーレギュレータ４２から、パイプ５２を介して、濃度センサユニット６０に吐出される。なお、パイプ５２に流入した燃料の一部は、パイプ５２の貫通孔を介して、燃料ポンプ２内に放出される。この構成によれば、濃度センサユニット６０及び液位センサユニット７０に流入する燃料の圧力を低減されることができる。

燃料ポンプ３４の駆動中、制御装置８０は、計測処理を実行する。具体的には、制御装置８０は、濃度センサユニット６０を用いて、燃料タンク２内の燃料に含まれるアルコール濃度を検出する。また、制御装置８０は、液位センサユニット７０を用いて、燃料タンク２内の燃料の液位を計測する。制御装置８０は、エンジンが停止されるまで、上記のアルコール濃度及び液位の計測を繰り返し実行する。

具体的には、最初に、制御装置８０は、濃度センサユニット６０に交流電圧を供給し、濃度センサユニット６０の電極対の静電容量を特定する。濃度センサユニット６０の電極対の隙間は、燃料が充満している。このため、濃度センサユニット６０の電極対の静電容量は、燃料の誘電率に相関して変動する。その一方で、燃料タンク２内の液位の高低によっては変動しない。制御装置８０には、特定済みの濃度センサユニット６０の電極対の静電容量を、燃料中のアルコール濃度に変換するための回路が実装されている。これにより、制御装置８０は、特定済みの静電容量を用いて、燃料中のアルコール濃度を計測する。制御装置８０は、計測済みのアルコール濃度を、ＥＣＵに出力する。ＥＣＵは、燃料中のエタノール濃度に応じて、エンジンに供給する燃料量を調整する。

次いで、制御装置８０は、液位センサユニット７０に交流電圧を供給し、液位センサユニット７０の静電容量を特定する。ケース７３内の燃料の液位は、ケース７３外の燃料タンク２内の燃料の液位と一致する。燃料と燃料タンク２内の気体との誘電率が異なるため、ケース７３の燃料の液位に相関して、液位センサユニット７０の電極対の静電容量は変動する。さらに、液位センサユニット７０の電極対の静電容量は、燃料の誘電率、即ち、濃度センサユニット６０の電極対の静電容量に相関して変動する。制御装置８０には、液位センサユニット７０の電極対の静電容量と濃度センサユニット６０の電極対の静電容量とを、燃料の液位に変換するための回路が実装されている。これにより、制御装置８０は、特定済みの静電容量を用いて、ケース７３内、即ち、燃料タンク２内の燃料の液位を計測する。制御装置８０は、計測済みの燃料の液位を、自動車の表示装置に出力する。

なお、変形例では、制御装置８０は、予め実験によって得られた濃度センサユニット６０の電極対の静電容量と燃料中のアルコール濃度との相関関係を示す数式及びデータベースの少なくとも一方を、予め格納していてもよい。制御装置８０は、特定済みの濃度センサユニット６０の電極対の静電容量と、数式又はデータベースと、を用いて、燃料中のアルコール濃度を特定してもよい。また、変形例では、制御装置８０は、予め実験によって得られた濃度センサユニット６０の電極対の静電容量と、液位センサユニット７０の電極対の静電容量と、液位との相関関係を示す数式及びデータベースの少なくとも一方を、予め格納していてもよい。制御装置８０は、特定済みの濃度センサユニット６０の電極対の静電容量と、液位センサユニット７０の電極対の静電容量と、数式又はデータベースと、を用いて、液位を特定してもよい。

（制御装置８０の事前処理；図２）
次いで、図２を参照して、制御装置８０が実行する事前処理を説明する。事前処理は、車両のエンジンが始動される前に開始される。事前処理は、エンジンが停止されると開始される。

Ｓ１２では、制御装置８０は、車両の制御部から、給油口が開かれたことを示す信号を受信することを監視している。給油口が開かれたことを示す信号が受信されると（Ｓ１２でＹＥＳ）、Ｓ１４において、制御装置８０は、燃料タンク２に給油されるか否かを判断する。具体的には、制御装置８０は、液位センサユニット７０に信号を供給して、液位センサユニット７０の電極対の静電容量を繰り返し特定することによって、給油口が開いている間に、液位センサユニット７０の電極対の静電容量が変化するか否かを監視する。燃料タンク２に給油される場合、燃料タンク２内の燃料は、ケース７３の連通孔７８を通過して、ケース７３内に流入する。この結果、ケース７３の液位は、上昇し、燃料タンク２の液位と等しくなる。このため、燃料タンク２に給油される場合、液位センサユニット７０の電極対の静電容量は変化する。

制御装置８０は、液位センサユニット７０の電極対の静電容量の変化を検知すると、燃料タンク２に給油されたと判断し（Ｓ１４でＹＥＳ）、液位センサユニット７０の電極対の静電容量の変化を検知しない場合、燃料タンク２に給油されていないと判断する（Ｓ１４でＮＯ）。燃料タンク２に給油されたと判断される場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、Ｓ１６に進み、燃料タンク２に給油されていないと判断される場合（Ｓ１４でＮＯ）、Ｓ２４に進む。この構成によれば、燃料タンク２に給油されたことを適切に判断することができる。Ｓ１６では、制御装置８０は、車両の制御部から、燃料タンク２の給油口が閉じられたことを示す信号を受信することを監視する。

次いで、給油口が閉じられたことを示す信号が受信されると（Ｓ１６でＹＥＳ）、Ｓ１８において、制御装置８０は、車両の制御部に、燃料ポンプ３４を駆動させるための駆動要求を送信する。車両の制御部は、制御装置８０から駆動要求が受信されると、燃料ポンプ３４の駆動回路に、駆動要求を送信する。燃料ポンプ３４の駆動回路は、車両の制御部から駆動要求が受信されると、燃料ポンプ３４を駆動させる。次いで、Ｓ２０では、制御装置８０は、駆動要求が送信されてから所定期間（例えば３０秒間）に、エンジンが始動されるか否かを監視している。駆動要求が送信されてから所定期間が経過しても、エンジンが始動されない場合（Ｓ２０でＮＯ）、Ｓ２２において、制御装置８０は、燃料ポンプ３４の駆動回路に、燃料ポンプ３４を停止させるための停止要求を送信して、事前処理を終了する。燃料ポンプ３４の駆動回路は、制御装置８０から停止要求が受信されると、燃料ポンプ３４を停止させる。

一方、駆動要求が送信されてから所定期間内にエンジンが始動される場合（Ｓ２０でＹＥＳ）、Ｓ２２をスキップして、事前処理を終了する。この場合、制御装置８０は、上記の計測処理を開始する。

また、燃料タンク２に給油されていないと判断される場合（Ｓ１４でＮＯ）、Ｓ２４において、制御装置８０は、制御装置８０は、車両の制御部から、燃料タンク２の給油口が閉じられたことを示す信号を受信して、事前処理を終了する。

（本実施例の効果）
上記の構成では、給油前に燃料タンク２内に既に貯留されている燃料のアルコール濃度と、新たに給油された燃料のアルコール濃度と、が異なる場合、燃料タンク２内の燃料のアルコール濃度は、不均一に分布する。また、給油前に燃料タンク２内に既に貯留されている燃料の温度と、新たに給油された燃料の温度と、が大きく異なる場合、燃料タンク２内の燃料の温度は、不均一に分布する。燃料のアルコール濃度や温度等が異なると、燃料の電気的特性、特に、燃料の誘電率が異なる。言い換えると、給油前に燃料タンク２内に既に貯留されている燃料の電気的特性と、新たに給油された燃料の電気的特性と、が異なる場合、燃料タンク２内の燃料の電気的特性は、不均一に分布するということができる。この結果、ケース７３内の燃料の電気的特性も不均一に分布する。また、燃料ポンプ３４が始動された直後では、燃料ポンプ３４から吐出される燃料の電気的特性も不均一となる。

事前処理では、給油されたことが検知されると（図２のＳ１４でＹＥＳ）、エンジンが始動される前に、燃料ポンプ３４が駆動される。この結果、燃料タンク２内の燃料は、燃料ポンプ３４に吸入され、吐出される。燃料ポンプ３４から吐出される燃料は、エンジンには供給されず、プレッシャーレギュレータ４２を介して、パイプ５２に流入する。パイプ５２内の燃料は、パイプ５２の中間位置の貫通孔から燃料タンク２内に放出されるか、あるいは、ケース７３内に放出される。これにより、燃料タンク２内の燃料は撹拌され、燃料タンク２内の燃料の電気的特性（例えばアルコール濃度）の分布の不均一性を是正することができる。本実施例の構成によれば、エンジンが始動され、計測処理が実行されるタイミングでは、燃料ポンプ３４から、電気的特性の分布が均一化された燃料が、ケース７３に供給される。これにより、計測処理では、給油直後の燃料内の燃料の電気的特性を考慮して、適切に燃料の液位を計測することができる。

（第２実施例）
本実施例では、制御装置８０が実行する事前処理の内容が第１実施例と異なる。第２実施例では、事前処理以外は、第１実施例と同様であるため、説明を省略する。

（制御装置８０の事前処理；図３）
図３を参照して、制御装置８０が実行する事前処理を説明する。本実施例の事前処理は、第１実施例の事前処理と同じタイミングで実行される。

Ｓ５２では、制御装置８０は、図２のＳ１２と同様に、車両の制御部から、給油口が開かれたことを示す信号を受信することを監視する。給油口が開かれたことを示す信号が受信されると、Ｓ５４では、制御装置８０は、車両の制御部から、燃料タンク２の給油口が閉じられたことを示す信号を受信することを監視する。給油口が閉じられたことを示す信号が受信されると、制御装置８０は、燃料タンク２に給油されたと判断する。給油口が閉じられたことを示す信号が受信されると、Ｓ５８〜Ｓ６２の処理を実行する。Ｓ５８〜Ｓ６２の処理は、それぞれ、図２の事前処理のＳ１８〜Ｓ２２の処理と同様である。

この構成によれば、第１実施例と同様に、計測処理において、給油直後の燃料内の燃料の電気的特性を考慮して、適切に燃料の液位を計測することができる。また、給油口が閉じられたことを示す信号が受信されると、制御装置８０は、燃料タンク２に給油されたと判断するために、液位センサユニット７０を用いずに、燃料タンク２に給油されたと判断することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

（変形例）
（１）上記の各実施例では、燃料センサユニット１０は、濃度センサユニット６０を用いて、燃料中のアルコール濃度を検出している。しかしながら、燃料センサユニット１０は、濃度センサユニット６０を備えていなくてもよい。この場合、パイプ５２の他端は、ケース７３に接続されていてもよい。

（２）上記の各実施例では、プレッシャーレギュレータ４２から吐出される燃料が、ケース７３に供給される。しかしながら、燃料ポンプ３４から吐出される燃料が、プレッシャーレギュレータ４２を介さずに、ケース７３に供給されてもよい。例えば、パイプ９４とケース７３とを連通する連通パイプが配置されており、燃料が、連通パイプから、ケース７３に供給されてもよい。あるいは、燃料ポンプ３４のペーパジェットとケース７３とを連通する連通パイプが配置されており、ペーパジェットから吐出された燃料が、ケース７３に供給されてもよい。

（３）上記の第２実施例では、制御装置８０は、給油口が閉じられたことを示す信号が受信されると、燃料タンク２に給油されたことを検出する。しかしながら、制御装置８０は、給油口が開かれたことを示す信号が受信されると、燃料タンク２に給油されたと検出してもよい。即ち、図３の事前処理において、Ｓ５２の処理を実行しなくてもよい。

（４）制御装置８０は、上記各実施例において車両の制御部が有する機能のうち、少なくとも一部の機能、例えば、燃料タンク２の給油口（図示省略）に配置されているセンサを用いて、燃料タンク２の給油口の開閉を検知する機能及び燃料ポンプ３４の駆動回路に直接的に駆動要求を送信する機能のうち、少なくとも１個の機能を有していてもよい。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１：燃料供給ユニット、２：燃料タンク、１０：燃料センサユニット、３０：燃料ポンプユニット、３４：燃料ポンプ、６０：濃度センサユニット、７０：液位センサユニット、７３：ケース、７６：センサ、８０：制御装置

Claims (3)

1. 燃料ポンプから吐出される燃料を、燃料タンク内の燃料の液位に合わせて貯留するケースと、
   前記ケース内の燃料の電気的特性を用いて、前記ケース内の燃料の液位を計測するセンサと、
   前記燃料タンクに燃料が給油されたことを判断する判断部と、
   前記燃料タンクに燃料が給油されたことが判断される場合に、内燃機関が始動される前に、前記燃料ポンプを駆動する駆動制御部と、を備える、液位計測装置。
2. 前記判断部は、前記センサを用いて得られる燃料の電気的特性の変化に基づいて、前記燃料タンクに燃料が給油されたことを判断する、請求項１に記載の液位計測装置。
3. 前記判断部は、前記燃料タンクの給油口が操作された場合に、前記燃料タンクに燃料が給油されたことを判断する、請求項１に記載の液位計測装置。
   
   

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