JP3264734B2 - 燃料タンクの密閉状態検出及び燃料残量測定装置 - Google Patents

燃料タンクの密閉状態検出及び燃料残量測定装置

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JP3264734B2
JP3264734B2 JP14012593A JP14012593A JP3264734B2 JP 3264734 B2 JP3264734 B2 JP 3264734B2 JP 14012593 A JP14012593 A JP 14012593A JP 14012593 A JP14012593 A JP 14012593A JP 3264734 B2 JP3264734 B2 JP 3264734B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は燃料を収容する所定形状
のメインタンクに対し小容積の基準タンクを連通して設
け、両タンク内の空間の容積を変化させ、両タンク内の
圧力に基づきメインタンク内の燃料残量を測定すると共
に、燃料タンクの密閉状態を検出する燃料タンクの密閉
状態検出及び燃料残量測定装置に係る。
【0002】
【従来の技術】従来、タンク内に収容された液体、粉体
等の体積を測定する体積測定方法及びその装置として、
特開平2−19717号公報に記載のように種々の方法
及び装置が提案されている。例えば同公報第10図に記
載の実施例においては、メインタンク30と補正タンク
31に対し、体積変化機構33により各タンク内の容積
を変化させて圧力を生じさせ、第2の振幅検出器39a
からの出力γ・P0 ・v0 を第1の振幅検出器39bか
らの出力γ・P0 ・v0 /V2 で除算することによっ
て、メインタンク30の空洞部分の体積V2 を算出する
こととしている。更に、この体積V2 をメインタンク3
0の全体積(容積)から引算することによってメインタ
ンク30に収容された液体等の体積VL を算出すること
としている。測定原理は同公報に説明されているので説
明は省略するが、メインタンク30内の空間の容積(即
ち、メインタンク内に収容物が存在しなければメインタ
ンクの全容積であり、収容物が存在する場合にはメイン
タンク内の収容物以外の容積)はメインタンク30及び
補正タンク31内の圧力の検出出力に応じて算出し得る
ことが開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料タンク
の洩れの有無を容易且つ適切に検査するため、種々の密
閉状態検出手段が検討されているが、燃料タンクを車両
に装着した状態で密閉状態を検出し得る手段は未だ実施
に供されていない。燃料タンクを車両に装着した状態で
密閉状態か否かを判定することは困難であり、仮に実施
に供されるとしても、密閉状態検出手段は複雑なものと
なり、大がかりな装置が必要となる。
【0004】そこで、本発明は簡単な構成で適切に燃料
タンクの密閉状態を検出し得ると共に、燃料残量を正確
に測定し得る燃料タンクの密閉状態検出及び燃料残量測
装置を提供することを目的とする。尚、前掲の公報に
おいては補正タンクという用語が用いられているが、本
願では、メインタンク内の空間の容積の測定に際して参
照されるべき圧力を付与する機能に鑑み、基準タンクと
する。
【0005】
【0006】
【課題を解決するための手段】 上記の目的を達成するた
め、 本発明の燃料タンクの密閉状態検出及び燃料残量測
定装置は図1に構成の概要を示したように、燃料FDを
収容する所定形状のメインタンクMTと、メインタンク
MTに連通する基準タンクSTと、基準タンクST内の
空間及びメインタンクMT内の燃料上方の空間に対し各
々の容積を変化させて圧力を付与するアクチュエータA
Tと、アクチュエータATを駆動する駆動手段M3と、
メインタンクMT内の燃料上方の圧力を検出する第1の
圧力検出手段M1と、基準タンクST内の圧力を検出す
る第2の圧力検出手段M2と、アクチュエータATが作
動した状態で第1及び第2の圧力検出手段M1,M2が
検出したメインタンクMT及び基準タンクSTの各々の
作動状態圧力の比に基づきメインタンクMT内の燃料残
量を演算する演算手段M4を備えている。更に、メイン
タンクMT及び基準タンクSTの少なくとも何れか一方
に連通路を介して連通接続しメインタンクMT及び基準
タンクST内の気体を吸引する吸引手段M5と、前記連
通路に介装する切換弁Vと、切換弁Vにより吸引手段M
5をメインタンクMT及び基準タンクSTの少なくとも
何れか一方に連通させ、第1及び第2の圧力検出手段M
1,M2の少なくとも何れか一方の検出信号に基づきメ
インタンクMT及び基準タンクSTの密閉状態を検出す
る密閉状態検出手段M6を備えることとしたものであ
る。
【0007】
【0008】
【作用】 図1に示すように構成された燃料タンクの密閉
状態検出及び燃料残量測定装置においては、切換弁Vが
開状態にあれば、これを介してメインタンクMT及び基
準タンクST内の気体が吸引手段M5に吸引されるよう
に構成されている。而して、燃料残量測定時には、切換
弁Vが閉成駆動された後、駆動手段M3及び演算手段M
4が駆動される。駆動手段M3によってアクチュエータ
ATが駆動されると、基準タンクST及びメインタンク
MT内の空間に対し圧力が付与される。このようにアク
チュエータATが作動した状態で、第1及び第2の圧力
検出手段M1,M2によってメインタンクMT及び基準
タンクSTの各々の作動状態圧力が検出される。そし
て、演算手段M4において各々の作動状態圧力の比が演
算され、この比に基づきメインタンクMT内の燃料残量
が演算される。また、密閉状態検出手段M6により切換
弁Vが駆動され、吸引手段M5がメインタンクMT(及
び基準タンクST)に連通し、吸引手段M5によりメイ
ンタンクMT(及び基準タンクST)内の気体が吸引さ
れる。そして、第1及び第2の圧力検出手段M1,M2
の少なくとも何れか一方の検出信号に基づきメインタン
クMT及び基準タンクSTの密閉状態が検出される。而
して、演算手段M4から燃料残量を示す信号が出力され
ると共に、密閉状態検出手段M6から密閉状態にあるか
否かを示す信号が出力される。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図2乃至図4は本発明の一実施例に係る自動車用
燃料タンクの密閉状態検出及び燃料残量測定装置を示す
ものである。燃料タンクは閉空間を郭成するメインタン
ク1を有し、全体構造を模式的に示すと図2のようにな
り、メインタンク1には燃料注入管6が設けられ、吐出
口6aがメインタンク1の下方で開口すると共に、注入
口6bがメインタンク1の外部上方に位置するように取
付けられている。また、燃料注入管6の注入口6b近傍
とメインタンク1内の上方の空間MSを連通接続するブ
リーザチューブ7が設けられており、そのメインタンク
1内の開口端7aによって燃料の液面が規制されるよう
に構成されている。更に、燃料注入管6の注入口6bに
キャップ8が設けられると共に、吐出口6aには逆止弁
9が設けられている。この逆止弁9は、燃料が満杯のメ
インタンク1が加熱された場合等において、メインタン
ク1内の燃料上方の空間MSの内圧が上昇した状態でキ
ャップ8が外されたとき、高圧の燃料が注入口6b方向
に逆流しないように、燃料吹返し防止として機能するも
のである。
【0010】メインタンク1の上方には、後述する基準
タンク2が設けられると共に、連通管71を介して本発
明にいう吸引手段に連通接続されている。即ち、メイン
タンク1内の空間MSは連通管71を介してエンジンの
吸気系(図示せず)、例えばインテークマニホールドに
連通接続され、連通管71には切換弁70が介装されて
いる。本実施例の切換弁70は3ポート3位置電磁切換
弁であり、常時は図2の左端の第1位置とされ、メイン
タンク1内の空間MSは、例えば燃料蒸発ガス排出抑止
装置のキャニスタ(図示せず)を介して大気に連通され
ており、ソレノイドコイル70aの通電に応じて、図2
の右端の第3位置に切換りインテークマニホールドに連
通され、あるいは図2の中央の第2位置に切換りキャニ
スタ及びインテークマニホールドとの連通が遮断され
る。尚、キャニスタはインテークマニホールドにも連結
されており、吸着された燃料がエンジン内に吸引される
ように構成されている。
【0011】また、図4に示すように、燃料が注入され
たときに上方に形成される空間MSが最小の場合、即ち
液面FLが最高となった場合にも空間MSに連通する位
置に開口1aが穿設されている。この開口1aには、図
3に拡大して示すように、円筒体の基準タンク2が収容
され、その一方の端部に形成されたフランジ部2fがガ
スケット3aを介して開口1aに押接され、更にフラン
ジ部2fにガスケット3bを介してカバー4が押接され
ている。また、ケース5がカバー4に接合され、両者間
に閉空間が郭成されている。これらのケース5、カバー
4、フランジ部2f及びガスケット3a,3bは、メイ
ンタンク1に固着された環状のリテーナ1b及びこれに
螺合するボルト(図示せず)によってメインタンク1に
固定される。尚、基準タンク2は、メインタンク1内に
収容することなく、基準タンク2の先端部のみを開口1
aに接合し、残余の部分がメインタンク1から外方に突
出するように配設することとしてもよい。
【0012】基準タンク2内には図3に示すようにアク
チュエータ30が収容されている。本実施例のアクチュ
エータ30は、電気信号を振動板31の機械振動に変換
する動電型の装置である。振動板31はエッジ31aを
介して基準タンク2の開口部に支持されており、振動板
31の中央部には可動コイル32が装着されている。更
に、基準タンク2内に、コア33及びこれに接合される
永久磁石34が嵌合され、コア33に対し可動コイル3
2が基準タンク2の軸方向に移動可能となるように配置
されている。コア33の中央部には連通孔33aが形成
されており、カバー4と振動板31によって基準タンク
2内に空間RSが郭成されている。尚、基準タンク2の
側壁には小径の連通孔2aが穿設されており、基準タン
ク2内の空間RSがメインタンク1内の空間MSに連通
している。
【0013】而して、可動コイル32に交流電圧の駆動
信号が供給されると振動板31が振動し、メインタンク
1内の空間MS及び基準タンク2内の空間RSの両空間
に対し同時に逆位相の粗密圧力波が出力される。尚、ア
クチュエータ30としては、上記に限ることなく、永久
磁石に接続したコアにコイルを巻回し、このコイルに駆
動信号を供給することによって振動板31を振動させる
電磁型の装置を構成することとしてもよい。この外、ス
ピーカ分野において利用される静電型、電歪型、磁歪型
等の種々の構成を採用することができ、あるいはピスト
ン等を駆動する装置を採用することもできる。
【0014】基準タンク2の開口端部には、本発明の第
1の圧力検出手段を構成し、メインタンク1内の空間M
Sに露呈し空間MS内の圧力を検出する圧力センサ10
が装着されている。また、本発明の第2の圧力検出手段
を構成し、基準タンク2内の空間RSの圧力を検出する
圧力センサ20が基準タンク2内に支持されている。而
して、これらの圧力センサ10,20からメインタンク
1及び基準タンク2の各々の空間MS,RSの圧力に応
じた検出信号がコントローラ50に出力される。尚、図
3では図示を省略したが、上記ケース5とカバー4で囲
繞される空間には、コントローラ50を構成する回路素
子等が収容されており、圧力センサ10,20はコント
ローラ50に接続されている。
【0015】圧力センサ10,20は圧力信号を電気信
号に変換するものであり、マイクロホン等種々の態様が
あるが、少なくとも圧力センサ10としては本実施例で
は図7に示すような絶対圧力センサが用いられている。
図7において、圧力センサ10は、例えばシリコン単結
晶基板のセンサエレメント11を有しており、センサエ
レメント11の中央部は薄膜加工されダイヤフラム部1
1aが形成されている。このダイヤフラム部11aには
ボロン等の拡散抵抗層の歪ゲージ(図示せず)が形成さ
れている。センサエレメント11は筒体の台座12を介
してステム13に支持されると共に、リードピン14,
15に電気的に接続されている。リードピン14,15
は、ステム13に穿設された孔を貫通しハーメチックシ
ールによって気密固定されている。ステム13の中央に
は連通孔13aが形成されており、この連通孔13aを
介して、センサエレメント11と台座12で囲繞される
空間が外部(本実施例ではメインタンク1内の空間M
S)に連通するように構成されている。そして、センサ
エレメント11を囲繞するようにケース16がステム1
3に固着され、ケース16内が真空とされる。これによ
り、センサエレメント11のダイヤフラム部11aの一
方の面が真空室に囲繞され、他方の面に連通孔13aを
介して外部の圧力(本実施例ではメインタンク1内の圧
力)が付与されると、圧力差に応じてダイヤフラム部1
1aに歪が生じ、この歪が歪ゲージによって検出され、
メインタンク1内の圧力の絶対値が検出される。尚、圧
力センサ20もこの圧力センサ10と同様の構成として
もよい。
【0016】コントローラ50は、圧力センサ10,2
0に夫々接続されるバンドパスフィルタ11,21、A
/Dコンバータ12,22を有し、更にCPU(中央処
理装置)51、ROM52及びRAM53の各メモリ、
タイマ54、入出力インターフェース55等を内蔵して
おり、この入出力インターフェース55に駆動装置40
が接続され、この駆動装置40はアクチュエータ30の
可動コイル32に接続されている。また、入出力インタ
ーフェース55には表示装置60が接続されている。表
示装置60としては、例えばアナログ表示あるいはディ
ジタル表示の燃料計等、種々の態様がある。更に、入出
力インターフェース55は駆動回路41を介して切換弁
70のソレノイドコイル70aに接続されている。
【0017】駆動装置40は例えば発振器(図示せず)
を内蔵し、入出力インターフェース55の出力信号に応
じ所定周波数(例えば、10Hz前後)の正弦波出力信
号をアクチュエータ30の可動コイル32に供給するよ
うに構成されている。即ち、メインタンク1及び基準タ
ンク2内に、例えば|v0sinω0t|の気体体積変化を生
じさせるように、アクチュエータ30が駆動制御され
る。尚、v0 は振動板31から出力される粗密圧力波に
よって惹起される気体体積変化の最大値である。上述の
圧力センサ10,20の検出信号はバンドパスフィルタ
11,21に供給され、ここで角周波数ω0 の信号成分
が取り出され、A/Dコンバータ12,22を介してデ
ィジタル量に変換されて入出力インターフェース55に
供給される。
【0018】而して、コントローラ50においては、切
換弁70が駆動制御されると共にアクチュエータ30が
駆動される。同時に、圧力センサ10,20の検出信号
に応じ入出力処理、記憶、演算が行なわれ、演算結果が
表示装置60に出力される。即ち、CPU51で実行さ
れるプログラムに従ってアクチュエータ30が駆動さ
れ、メインタンク1内の空間の容積、ひいてはメインタ
ンク1内の燃料残量を求める一連の演算処理が行なわ
れ、表示装置60にて燃料残量が表示される。また、メ
インタンク1及び(これに連通する)基準タンク2の密
閉状態が検出され、表示装置60にて密閉状態にあるか
否かの表示が行なわれる。この燃料残量測定及び密閉状
態検出プログラムは例えば図5及び図6に示すルーチン
から成り、イグニッションスイッチ(図示せず)がオン
となった後に実行され、以下のように処理される。
【0019】先ず、ステップ101においてCPU51
等が初期化され、各種演算値がクリアされ、タイマがリ
セットされる。続いて、ステップ102において、後述
のステップ108で利用する関数Fが設定される。そし
て、ステップ103にて切換弁70が第1装置とされて
キャニスタ(図示せず)に連通した状態に維持され、ス
テップ104において駆動装置40からの出力に応じて
アクチュエータ30が駆動される。即ち、振動板31が
振動を開始し、粗密圧力波がメインタンク1内の空間M
S及び基準タンク2内の空間RSに出力される。これに
より、夫々の空間MS,RSに略同一の条件で圧力変化
(但し、逆位相)が生ずる。
【0020】上記空間MS,RS内の圧力は圧力センサ
10,20によって検出され、その変化量がメインタン
ク1及び基準タンク2内の圧力ΔPM ,ΔPR として求
められる。後者のΔPR は数1のように表すことがで
き、前者のΔPM は数2のように表すことができる。
【数1】
【数2】 但し、γはメインタンク1及び基準タンク2内の気体の
比熱比、P0 はメインタンク1及び基準タンク2内の絶
対圧力を示し、VR は基準タンク2内の空間RSの容
積、VM はメインタンク1内の空間MSの容積、ΔVA
はアクチュエータ30の駆動に伴うメインタンク1の変
形による空間MSの容積変化量を示す。
【0021】ステップ105に進み、圧力センサ10,
20の検出信号がバンドパスフィルタ11,21並びに
A/Dコンバータ12,22を介してディジタル量に変
換され、入出力インターフェース55を介してRAM5
3に格納される。そしてステップ106にて、上記圧力
ΔPM ,ΔPR の絶対値が所定時間(例えば30秒)積
分され、夫々ΔPAM,ΔPARとされてRAM53に格納
される。更にステップ107に進み、上述のようにして
求められた圧力ΔPAR,ΔPAMの比λ(=ΔPAR/ΔP
AM)が演算される。この比λは、メインタンク1内の空
間MSの容積VM 及び容積変化量ΔVA の和と基準タン
ク2内の空間RSの容積VR の比(=(VM +ΔVA
/VR )に近似する。そして、ステップ108に進み、
比λの値に応じてメインタンク1内の液量(燃料残量)
L が下記数3に基づいて演算される。
【数3】 但し、VA はメインタンク1の容量(全容積)、K0
定数である。尚、定数K0 、ΔVA は所定の液量VL0
おける圧力の比λを実測することにより設定される。
【0022】而して、ステップ109にて上記液量VL
に対応した信号が表示装置60に供給され,所定の表示
が行なわれた後、ステップ110にてアクチュエータ3
0がオフとされる。尚、メインタンク1内の空間MSの
容積VM を表示するように構成してもよく、あるいは表
示装置60を設けることなく入出力インターフェース5
5の出力信号を直接他の制御装置等に供することとして
もよい。
【0023】次に、所定時間T1 経過後(ステップ11
1)、ステップ112に進みエンジン(図示せず)が回
転中か否かが判定され、停止していればステップ103
に戻り、回転中である場合にはステップ113にて切換
弁70が第3位置とされる。これによりメインタンク1
内の空間MS及び基準タンク2内の空間RSが連通管7
1を介してインテークマニホールドと連通し、両タンク
内の気体がエンジンの回転に応じてインテークマニホー
ルドに吸引され、両タンク内が負圧となる。そして、圧
力センサ10によって検出されるメインタンク1(及び
基準タンク2)内の圧力PM (負圧)が所定圧力P
1 (負圧)に達すると(ステップ114)、ステップ1
15にて切換弁70が第2位置に切換えられ、メインタ
ンク1内の空間MSが密閉状態とされる。
【0024】この状態で所定時間T2 (例えば10分)
経過後(ステップ116)、ステップ117にてメイン
タンク1内の圧力PM が所定値P2 (但しP1 <P2
0)と比較される。この結果、圧力PM が所定値P2
下回りメインタンク1(及び基準タンク2)内に外気が
進入していないと判定されると、ステップ118に進み
表示装置60にて正常表示が行なわれステップ103に
戻る。これに対し、既に圧力PM が所定値P2 以上(例
えば大気圧)となっている場合には、メインタンク1
(及び基準タンク2)内に外気が進入したことになり、
メインタンク1又は基準タンク2に洩れがあったと推定
される。従って、この場合にはステップ119に進み表
示装置60にて異常表示が行なわれ、ステップ120に
て切換弁70が第1位置に切換られた後このルーチンが
終了する。
【0025】尚、上記の圧力PM に対し、雰囲気温度、
吸引時間、メインタンク1内の燃料の性質等に応じて適
宜補正を加えることが望ましい。また、ステップ117
においては、圧力PM と所定値P2 の比較でなく、圧力
変化のパターンを基準パターンと比較することによって
密閉状態を検出することとしてもよい。更に、ステップ
111以降の密閉状態検出ルーチンは、ステップ110
までの燃料残量測定ルーチンより先に実行するようにし
てもよく、あるいは前者を後者に対しサブルーチンと
し、必要に応じ割込みをかけるようにしてもよい。
【0026】以上のように、本実施例によればメインタ
ンク1(及び基準タンク2)の密閉状態が検出できると
共に、燃料残量を測定することができ、圧力センサ10
の検出信号は両機能に利用することができる。もちろ
ん、圧力センサ20の検出信号を両機能に利用すること
としてもよい。本実施例においては、切換弁70を第3
位置に切換えたときに、メインタンク1をインテークマ
ニホールドに連通接続しているが、基準タンク2をイン
テークマニホールドに連通接続することとしてもよい。
あるいは、切換弁70が第3位置であっても、メインタ
ンク1を直接インテークマニホールドに接続せず、メイ
ンタンク1及び基準タンク2の何れかを燃料蒸発ガス排
出抑止装置に連通接続することとし、種々の切換弁を組
合せて両タンクの密閉状態を検出することとしてもよ
い。また、本実施例では切換弁70を第1位置とした状
態で燃料残量を測定することとしているが、切換弁70
を第2位置に切換えメインタンク1内を密閉状態とした
上で燃料残量を測定することとしてもよい。更に、本実
施例ではディジタル処理による制御を中心としたが、も
ちろん全てをアナログ処理とすることもできる。
【0027】
【0028】
【発明の効果】 本発明は上述のように構成されているの
で以下の効果を奏する。 即ち、 本発明の燃料タンクの密
閉状態検出及び燃料残量測定装置においては、切換弁を
介してメインタンク及び基準タンク内を吸引手段に連通
接続し、第1及び第2の圧力検出手段の少なくとも何れ
か一方の検出信号に基づき密閉状態を検出すると共に、
第1及び第2の圧力検出手段が検出したメインタンク及
び基準タンクの各々の作動状態圧力の比に基づきメイン
タンク内の燃料残量を演算するように構成されているの
で、最少の圧力検出手段でメインタンク及び基準タンク
の密閉状態を適切に検出できると共に、メインタンク内
の燃料残量を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料タンクの密閉状態検出及び燃料残
量測定装置の概要を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施例における燃料タンクの構造を
模式的に示す断面図である。
【図3】本発明の一実施例に供するアクチュエータの断
面図である。
【図4】本発明の一実施例に係る燃料タンクの密閉状態
検出及び燃料残量測定装置の構成を示すブロック図であ
る。
【図5】本発明の一実施例におけるコントローラによる
処理を示すフローチャートである。
【図6】本発明の一実施例におけるコントローラによる
処理を示すフローチャートである。
【図7】本発明の一実施例に供する圧力センサの断面図
である。
【符号の説明】
1 メインタンク 2 基準タンク 2a 連通孔 6 燃料注入管 7 ブリーザチューブ 8 キャップ 9 逆止弁 10,20 圧力センサ 30 アクチュエータ 31 振動板 32 可動コイル 40 駆動装置 50 コントローラ 60 出力装置 70 切換弁
フロントページの続き (72)発明者 高江洲 昌富 愛知県豊田市鴻ノ巣町2丁目26番地 堀 江金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−200019(JP,A) 特開 昭60−247132(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 23/14 - 23/18 G01M 3/26

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料を収容する所定形状のメインタンク
    と、該メインタンクに連通する基準タンクと、該基準タ
    ンク内の空間及び前記メインタンク内の前記燃料上方の
    空間に対し各々の容積を変化させて圧力変動を付与する
    アクチュエータと、該アクチュエータを駆動する駆動手
    段と、前記メインタンク内の前記燃料上方の圧力を検出
    する第1の圧力検出手段と、前記基準タンク内の圧力を
    検出する第2の圧力検出手段と、前記アクチュエータが
    作動した状態で前記第1及び第2の圧力検出手段が検出
    した前記メインタンク及び前記基準タンクの各々の作動
    状態圧力の比に基づき前記メインタンク内の燃料残量を
    演算する演算手段と、前記メインタンク及び基準タンク
    の少なくとも何れか一方に連通路を介して連通接続し前
    記メインタンク及び基準タンク内の気体を吸引する吸引
    手段と、前記連通路に介装する切換弁と、該切換弁によ
    り前記吸引手段を前記メインタンク及び基準タンクの少
    なくとも何れか一方に連通させ、前記第1及び第2の圧
    力検出手段の少なくとも何れか一方の検出信号に基づき
    前記メインタンク及び基準タンクの密閉状態を検出する
    密閉状態検出手段とを備えたことを特徴とする燃料タン
    クの密閉状態検出及び燃料残量測定装置。
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