JP4005569B2

JP4005569B2 - 燃料供給装置

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Publication number: JP4005569B2
Application number: JP2004018794A
Authority: JP
Inventors: 浩吉岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2004-01-27
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2024-01-27
Also published as: JP2005214025A; US7021138B2; CN1648616A; US20050160806A1; CN100342222C

Description

この発明は、主に内燃機関へ燃料を供給する燃料供給装置に係わり、特に燃料タンク内の燃料の液面高さを検出する液面検出装置を有する燃料供給装置に関する。

従来の燃料供給装置においては、燃料ポンプと燃料フィルタを一体化したフィルタ付ポンプ部を装着した燃料タンク蓋体に、ホール素子を利用した液面検出装置と、液面検出装置から延びたアーム部と、このアーム部の先端に装着されたフロート部とで構成された燃料ゲージを設置したものがある。(例えば、特許文献１参照)
更に、他の形態として、略円柱形状のフロート部をフレーム部材に固定すると共にフレーム部材に歪み検出器を設置し、前記フロート部の浮力による歪みを歪み検出器により検出するようにしたものがある。（例えば、特許文献２参照)

しかしながら、特許文献１の燃料ゲージは、アームの一端にフロートを固定する方式のため、タンク深さに対応したアームの回転半径が必要となり、構造的に大きくなると共にタンク形状に合わせて調整したアームとフロート部の形状が複雑になるため燃料供給装置の組み立て作業が煩雑となる難点があった。また、燃料ゲージはアームの可動機構を有しているため、軸受け部分の摩耗による寿命低下の問題があった。

また特許文献２のものは、構造が簡単化、小型化されるものの、フレーム部材を必要とし、またフレーム部材の表面に貼り付けた歪み検出器が、燃料液中あるいは燃料蒸気中に曝された状態で使用されるため、燃料中の硫黄成分などにより接点抵抗が増加して、検出値がずれていくという問題があった。

特開２００１−３５６０４０号公報特開２０００−４６６２６号公報（図１、図２）

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、形状が大きいアームやフレーム部材などを使用することなく燃料液面を検出することができ、コンパクトで組み立て作業性の良い燃料供給装置を得るものである。
また、第２の目的は、可動機構の寿命低下や接点抵抗の経時変化を伴うことなく燃料液面を検出することができ、長期信頼性を向上させた燃料供給装置を得るものである。

この発明に係る燃料供給装置においては、燃料を貯溜するタンクと、前記タンクの開口部を閉塞する蓋体と、前記蓋体に装着され燃料の液面高さを検出する液面検出装置とを備えた燃料供給装置であって、前記液面検出装置は、上端部が前記蓋体下面に固着され本体部が上記燃料内に浸漬された浮体部と、前記浮体部の上記蓋体近傍に内蔵され浮力によって生じる浮体部の圧縮歪みを検出する歪みゲージとにより構成したものである。

この発明は、浮体部の圧縮歪みを前記浮体部に内蔵した歪みゲージにより検出するようにしたので、アーム等をなくしてコンパクト化でき、組み込み作業性を改良することができる。また、歪みゲージは燃料液中、あるいは燃料蒸気中に曝されないため、安定した検出値が得られ液面検出装置の長期信頼性を向上することができるものである。

実施の形態１．
以下、図面を参照してこの発明の一実施形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における燃料供給装置の概略断面図、図２は図１の歪みゲージの信号を処理する信号処理回路のブロック図である。
図１において、燃料を貯溜するタンク１内に燃料供給装置２が設置されており、この燃料供給装置２は前記タンク１の開口部を閉塞する蓋体３と、吸入フィルタ４ａを介して燃料を取り込み、燃料パイプ５を介して外部に設置された図示しないエンジンＥへ供給する燃料ポンプ４と、燃料ポンプ４を支持するために蓋体３に設けられた支持部材６と、タンク１内の燃料液面７の位置を検出する液面検出装置８とで構成されている。なお、蓋体３はタンク１の開口部を気密に固定するため、タンク１との間にパッキン９を挟んで、プレート１０により図示しない締結手段により固定されている。

液面検出装置８は、燃料に対して浮力が大きく、浮力により圧縮歪を生じる例えば、発泡体樹脂からなる浮体部１１と、周知の歪みゲージ１２（例えば特開平７−８６６１９号公報参照）とで構成されている。上記浮体部１１は蓋体３の下面に固着され、歪みゲージ１２は浮体部１１と蓋体３との接合部の近傍であって、浮体部１１の内部に例えばエポキシ系あるいはウレタン系ポッティング材またはインサート成形により封止されている。

このように構成された燃料供給装置においては、タンク１内の燃料の液面７が増加すると液面検出装置８の浮体部１１が押し退けた燃料の容積に応じた浮力が浮体部１１に作用し、蓋体３の近傍（浮体部１１の支持部）で圧縮歪みを発生することとなり、この圧縮歪みを浮体部１１に内蔵された歪みゲージ１２により計測するものである。歪みゲージ１２としては、歪みによる金属の抵抗変化を利用する方法や半導体の抵抗変化を利用する方法があるが、いずれもホイートストンブリッジの一つの抵抗部を構成させることにより、例えば、この歪みゲージ１２が圧縮されて断面積Ｓが大きくなると抵抗値Ｒ１が小さくなり、逆に伸張されて長さＬが大きくなると抵抗値が大きくなる（Ｒ１＝ρ・Ｌ／Ｓ）原理を利用するものである。

図２は上記歪みゲージ１２の信号を処理する信号処理回路のブロック図であり、上記歪みゲージ１２と、ホイートストンブリッジを構成する電圧検出回路１３と、出力信号変換回路１４とからなる。上記抵抗値Ｒ１の変化によりブリッジのバランス（Ｒは固定抵抗）が崩れて電圧が発生するため、電圧検出回路１３でこの電圧変化を検出して出力信号変換回路１４により増幅等の処理を施した後、燃料の液面表示信号あるいは警報信号として利用するものである。

以上のように構成された本実施形態による液面検出装置８は、アーム等を使用することなく簡単な構成で液量を検出することができるので、コンパクトで組み込み作業性が改良できると共に、歪みゲージ１２を使用しているので、アームの可動機構における軸受け部分の摩耗による寿命低下がない。
また、歪みゲージ１２を浮体部１１に内蔵させているので、歪みゲージ１２が燃料液体中、あるいは燃料蒸気中に曝されることなく使用でき、燃料中の硫黄成分などにより歪みゲージが侵されて、検出値がずれていくという問題を解消することができる。

実施の形態２．
図３(a)はこの発明の実施の形態２における燃料供給装置の要部を示す図、図３(b)は図３(a)のＢ−Ｂ線断面図を示す。この発明の実施の形態２は、燃料タンク１が車両の振動等に伴って上記浮体部１１に曲げ変形が生ずることに対して対策を施したものである。
図３(a)(b)に示すように、浮体部１１と蓋体３との接合部の近傍であって、浮体部１１の内部に対称的に４個の歪みゲージ１２Ａ〜１２Ｄを埋設した例を示している。
いま、図３(a)の点線のように曲げ変形が生じたとすると、浮体部１１の図面左側部分には曲げによる圧縮力Ｘが作用し、右側部分には曲げによる引張り力Ｙが作用することになり、これらの歪みを上記対称配置された４個の歪みゲージ１２Ａ〜１２Ｄで検出する。
図４は図３の歪みゲージの信号を処理する信号処理回路を示すブロック図である。
図３において、浮体部１１の歪みゲージ１２が埋設された近傍に、歪みゲージ１２の歪み検出方向の略直角方向の歪を検出する補正歪ゲージ１２０を配設した以外は上記実施の形態１による燃料供給装置と同様である。

この実施の形態２における液面検出装置８の浮体部１１は、タンク１内の燃料の揺動に伴って、図中の破線で示すように曲げ変形を受ける場合があり、この曲げ変形は、浮体部１１に内蔵させた歪みゲージ１２で計測する浮体部１１の圧縮歪みに影響を与えるため、補正歪ゲージ１２０を歪みゲージ１２の近傍であって、その歪み検出方向の略直角方向の歪を検出するよう配置したものである。
図４(a)は上記歪みゲージ１２Ａ〜１２Ｄの信号を処理する信号処理回路を示しており、図中、歪みゲージ１２Ａ〜１２Ｄ、電圧検出回路１３Ａ〜１３Ｄ及び出力信号変換回路１４Ａ〜１４Ｄは図２と同一のものが使用される。なお、１６は平均化回路である。

上記のように構成された液面検出装置８においては、タンク１内の燃料の液面７が増加すると浮体部１１が押し退けた燃料の容積に応じた浮力が浮体部１１に作用し、この浮力が浮体部１１を蓋体３との支持部で圧縮して、圧縮歪みを発生する。浮体部１１に内蔵された歪みゲージ１２Ａ〜１２Ｄは上記圧縮歪みを検出し、この検出信号は図２で説明したのと同様に、それぞれ電圧検出回路１３、出力信号変換回路１４、平均化回路１６によって処理される。浮体部１１に曲げ変形が生じないときは、各歪みゲージ１２Ａ〜１２Ｄで検出する圧縮歪みはほぼ同一となる。

一方、浮体部１１に曲げ変形が生じたときは、各歪みゲージ１２Ａ〜１２Ｄで曲げ変形による曲げ歪を検出し、それぞれの検出信号を電圧検出回路１３Ａ〜１３Ｄ、出力信号変換回路１４Ａ〜１４Ｄによって処理した後、これらの出力信号を平均化回路１６に入力し、出力信号変換回路１４Ａ〜１４Ｄからの信号を平均化した結果を燃料液面表示部１５により表示するものである。
図４(b)は上記電圧検出回路１３Ａ〜１３Ｄの検出電圧を平均化処理する考え方を説明するものである。歪みゲージＡは上述したように曲げによる圧縮力を検出するので、曲げ変形が生じないときの通常の浮力による圧縮力に対応した電圧分Ｈよりaだけ大きい電圧となり、また、歪みゲージＣはこれとは反対に曲げによる伸長力に対応した上記Ｈよりcだけ小さい電圧値となる。なお、歪みゲージＢ、Ｄの出力は通常の浮力による圧縮力に対応した電圧分Ｈとなる。従って、これらを平均化回路１６で平均化することにより、浮体部１１の曲げ変形の影響をキャンセルしてより精度の高い液面検出を可能とするものである。上記では４個の歪みゲージを対称的に配置しているので、いずれの方向に曲げ変形が生じても、同一の作用原理でこれの影響を解消することができるものである。
なお、この外、上記歪みゲージの数は任意に選定することができることは言うまでもない。

実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３における燃料供給装置２１の要部を示す図である。図において、浮体部１１０がタンク１の蓋体３から底面部に向かって断面積が拡大する形状に構成されている以外は上記実施の形態１による燃料供給装置と同様である。
この発明の実施の形態３における燃料供給装置２１は、燃料液量が少ないときほど、浮体部１１０が押し退ける燃料の容積を大きくして、浮体部に作用する浮力を大きくしたものであり、燃料液量が少ないときほど、浮体部１１０の上部に内蔵させた歪みゲージ１２の出力を大きくできるので、液量検出精度が向上し燃料切れを確実に検出できるようになるものである。

図６は実施の形態３の液量検出精度を実施の形態１と比較したグラフであり、横軸に液面高さ、縦軸に電圧検出回路１３の出力を示している。図から理解されるように、浮体部１１が図１のようにタンク底面から上面に亘って一定寸法であれば電圧検出回路１３の出力信号もリニアな信号Ａとなるが、図５のような形状であれば出力信号は液面が底面近傍のｈ１までは変化率が大きくその後は変化率の小さな信号Ｂのようになるため、燃料液量が少ないときほど精度の高い検出が可能となる。

実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４における燃料供給装置２２の概略断面図を示すものである。図において、浮体部１１１はタンク１の形状に基づいて断面積が変化するように構成している以外は上記実施の形態１による燃料供給装置と同様である。
一般的に燃料を貯溜するタンク１の外形は直方体ではないため、燃料が消費されて燃料液面７が下がっていくときに、燃料液量と燃料液面の高さは比例しない。従来の燃料供給装置に装着された可変抵抗を持つ液量計では、抵抗値の変化量を燃料タンクの形状に応じて設定していた。本実施例では、例えばタンク１の外形が底部で窪んでいる場合は、浮体部１１１の底部に窪み部１１１ａを形成するものである。このように、燃料液量の変化に基づいて浮体部１１１の断面積を変化させることにより、燃料液量に応じた浮力の変化を生じさせることが可能になるものである。

実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５における燃料供給装置２３の概略断面図である。図において、実施の形態１では液面検出器８に浮体部１１を使用して浮力を発生させるように構成したが、燃料ポンプ４の支持部材６と一体に樹脂成形品で構成された中空の空気室１１２ａを有する浮体部１１２を形成したものである。このように構成すれば、空気室１１２ａの浮力を利用できるので別体の浮体部を設けなくても良い。この場合、浮体部１１２の上部の空気室に歪みゲージ１２を設置して、浮体部の曲げ歪みを計測することにより燃料の液量が検出できる。この実施の形態５においても、歪みゲージ１２は浮体部１１２に内蔵されており、歪みゲージ１２が燃料液体中、あるいは燃料蒸気中に曝されることなく使用できるので、燃料中の硫黄成分などにより歪みゲージが侵されて、検出値がずれていくという問題を解消することができる。

実施の形態６．
図９はこの発明の実施の形態６における燃料供給装置の概略断面図である。図において、燃料供給装置２４はタンク１の蓋体３と、エンジンＥへ燃料を供給する燃料ポンプ４と、燃料ポンプ４の吐出口に接続された燃料ホース５１と、これに連結されて蓋体３に支持された燃料パイプ５０と、燃料ポンプ４を支持すると共にタンク１内の燃料をインレット６０ａから流入させて内部に貯溜する燃料貯溜容器６０と、上記燃料貯溜容器６０の蓋体３近傍に埋設された歪みゲージ１２で構成されるものである。
上記燃料貯溜容器６０はタンク１内の燃料残量が少ない状態で車両が旋回した時、燃料がタンク側面に移動して燃料ポンプ４の吸入フィルタ４ａが気中に露出して燃料吐出不能に陥ることを防ぐためのものである。

上記燃料貯溜容器６０は燃料に対して大きな浮力を発生する例えば発泡性樹脂で構成され、この燃料貯溜容器６０で押し退けた燃料の容積に応じた浮力が蓋体３近傍の燃料貯溜容器６０に作用して、そこに曲げ歪みを発生する。燃料貯溜容器６０に配設された歪みゲージ１２により曲げ歪みを計測することにより、燃料液量を検出できる。
以上のように構成された燃料供給装置２４は、浮体部を燃料貯溜容器６０で構成することにより、別体の燃料溜め容器を設けなくても良い。さらに、支持部材を兼ねる燃料貯溜容器６０を中空の樹脂成形品で構成することにより、浮力を確保しながら、燃料ポンプ４の支持強度を向上することができる。

この発明の実施の形態１における燃料供給装置の概略断面図である。図１の歪みゲージの信号を処理する信号処理回路のブロック図である。この発明の実施の形態２における燃料供給装置の要部を示す図である。図３の歪みゲージの信号を処理する信号処理回路を説明する図である。この発明の実施の形態３における燃料供給装置の要部を示す図である。実施の形態３の液量検出精度を実施の形態１と比較したグラフである。この発明の実施の形態４における燃料供給装置の概略断面図である。この発明の実施の形態５における燃料供給装置の概略断面図である。この発明の実施の形態６における燃料供給装置の概略断面図である。

符号の説明

１タンク、２燃料供給装置、
３蓋体、４燃料ポンプ、
８液面検出装置、１１、１１０、１１１、１１２、浮体部、
１２歪みゲージ１２０補正歪みゲージ。

Claims

燃料を貯溜するタンクと、前記タンクの開口部を閉塞する蓋体と、前記蓋体に装着され燃料の液面高さを検出する液面検出装置とを備えた燃料供給装置であって、前記液面検出装置は、上端部が前記蓋体下面に固着され本体部が上記燃料内に浸漬された浮体部と、前記浮体部の上記蓋体近傍に内蔵され浮力によって生じる浮体部の圧縮歪みを検出する歪みゲージとにより構成したことを特徴とする燃料供給装置。
前記浮体部は、発泡体樹脂で構成されることを特徴とする請求項１記載の燃料供給装置。
前記浮体部の上記蓋体の近傍に内蔵される歪みゲージは、浮体部の内部で対称配置された複数個の歪みゲージで構成されることを特徴とする請求項１記載の燃料供給装置。
前記浮体部は、タンク底面に向かって断面積が拡大する形状を有することを特徴とする請求項１記載の燃料供給装置。
前記浮体部は、燃料タンクの形状に対応した断面積を有することを特徴とする請求項１記載の燃料供給装置。
前記浮体部は、内部に空気室を有する中空の樹脂成型品で構成されたことを特徴とする請求項１記載の燃料供給装置。
前記浮体部は、燃料ポンプの支持部材と一体成型されたことを特徴とする請求項６記載の燃料供給装置。
燃料を貯溜するタンクと、前記タンクの開口部を閉塞する蓋体と、前記蓋体に装着され燃料ポンプを収納する燃料貯溜容器とを備えた燃料供給装置であって、前記燃料貯溜容器は燃料によって浮力を受ける構成とすると共に上記蓋体近傍に上記浮力によって生じる圧縮歪みを検出する歪みゲージを埋設したことを特徴とする燃料供給装置。
前記燃料貯溜容器は、発泡体樹脂で構成されることを特徴とする請求項８記載の燃料供給装置。