JP5078452B2 - 液面レベル検出装置 - Google Patents

Description

本発明は液面レベル検出装置に関し、例えばエタノールやメタノールといったアルコールそのもの或いはそれらを含有するアルコール系燃料など、電解性の燃料を用いる自動車等の車両の燃料残量を検出するのに好適な液面レベル検出装置に関する。

従来の液面レベル検出装置の一例を図７に示す。図７に示す液面レベル検出装置１０１は、液体を貯留した容器内に配置されるセンサ１０２を備えている。センサ１０２は、液面の変位に連動して接点を移動させて抵抗値を変化させる可変抵抗器１０３を有しており、所定の電圧を印加されて可変抵抗器１０３の抵抗値に応じた信号を出力する。また、液面レベル検出装置１０１は、このセンサ１０２に電圧を印加する電源回路１０４を備えている（例えば特許文献１参照。）

センサ１０２の構成の一例を図８に示す。図８に示すセンサ１０２は、液体に浮かぶフロート１１０が先端に取り付けられたアーム１１１と、アーム１１１の基端部を回動可能に支持するフレーム１１２と、フレーム１１２に取り付けられた基板１１３と、アーム１１１の基端部に設けられた接触子１１４と、を含んでいる。基板１１３の表面には、不図示の抵抗体が形成され、この抵抗体には電源回路１０４により所定の電圧が印加される。接触子１１４は、アーム１１１の回動に伴ってアーム１１１の回動軸まわりに旋回し、基板１１３の抵抗体上を摺動する（例えば特許文献４参照）。

基板１１３の抵抗体の一端および接触子１１４は、それぞれセンサ１０２の出力端子１１５，１１６に電気的に接続している。液面の変位に連動してフロート１１０が上下し、それに伴いアーム１１１が回動して接触子１１４が抵抗体上を摺動する。それにより、出力端子１１５に接続している抵抗体の一端から接触子１１４の間（以後、抵抗体の第１領域という）の抵抗値が変化する。すなわち、これら抵抗体と接触子１１４とで可変抵抗器１０３が構成されている。抵抗体に印加された電圧は、抵抗体の第１領域の抵抗値に応じて分圧され、この第１領域にかかる電圧が、センサ１０２の出力信号として出力端子１１５，１１６間に検出される。

再び図７を参照して、液面レベル検出装置１０１は、センサ１０２の出力信号を処理回路１０５で取得し、取得した信号に基づいて液体の残量を表示するメータ１０６を駆動している。

ところで、自動車等の車両の燃料残量を検出する場合に、液面レベル検出装置１０１のセンサ１０２は燃料タンク内に配置されるが、近年では車両用燃料にバイオエタノールなどが使用され始めている。バイオエタノールなどのアルコール系燃料は電解液であり、センサ１０２の抵抗体や接触子１１４の摺接面が電解液に晒されると、通電に伴い、それらの摺接面に電食などの電気化学反応が生じて劣化し、接点部の接触抵抗が上昇して正確な測定の妨げとなる。このような不具合を回避するため、センサ１０２に一定の周期で間欠的に電圧を印加することが提案されている（例えば特許文献１〜３参照）。

しかしながら、センサ１０２への電圧の印加を一定の周期で行うとすると、例えば給油などで液面レベルに急激な変動が生じた際の応答性が低下する。そこで、停車時と走行時とでセンサに電圧を印加する周期を変更し、給油が行われる可能性のある停車時にはその周期を短くし、走行時にはその周期を長くするといった提案もなされている（例えば特許文献５参照）。
特開２００２−２１４０２３号公報 特開昭６３−１３８２１５号公報 特開２００６−２１４８２８号公報 特許第３８９８９１３号公報 特開平２００７−０１０４６７号公報

上記特許文献５には、車両が停車状態にあるか走行状態にあるかの判定を車両速度または単位時間当たりの燃料噴射量もしくはエンジン回転数に基づいて行うことが記載されている。これによると、単にアイドリング状態にある場合など、停車中であっても給油がなされていない場合に、液面レベルの変動は緩やかであってセンサの応答性は要求されないにもかかわらず、センサへの電圧印加の周期が短くなってしまう。それにより、センサの接点部の劣化が進む。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電解液に晒された場合にも長期にわたり液面レベルを高精度に検出することができる液面レベル検出装置を提供することにある。

上記目的は、本発明に係る下記（１）及び（２）の液面レベル検出装置により達成される。
（１）液体を貯留した容器内に配置され、液面の変位に連動して接点を移動させて抵抗値を変化させる可変抵抗器を有し、所定の電圧を印加されて該可変抵抗器の抵抗値に応じた信号を出力するセンサと、
前記センサに周期的に所定時間電圧を印加するとともに、該センサに電圧を印加するのに同期して該センサの出力信号を取得する制御手段と、
を備え、
前記制御手段が、取得した前記センサの第１の出力信号と前回取得した該センサの第２の出力信号との差分を演算し、該差分が所定値以上である場合に、該差分が所定値未満である場合に比べて前記センサに電圧を印加する周期を短くすることを特徴とする液面レベル検出装置。
（２）車両に配設される上記（１）に記載の液面レベル検出装置であって、
前記制御手段が、車両の走行速度を取得し、前記差分が所定値以上であって、さらに取得した該車両の走行速度がゼロである場合に、該差分が所定値未満である場合に比べて前記センサに電圧を印加する周期を短くすることを特徴とする液面レベル検出装置。

本発明によれば、センサに所定時間電圧を印加する周期を的確に変更することができる。それにより、電解液に晒された場合にもセンサの可変抵抗器の接点部における電食などの電気化学反応を抑制することができ、長期にわたり液面レベルを高精度に検出することができる。

以下、図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。

図１は本発明に係る液面レベル検出装置の一実施形態の概略構成を説明する図、図２は図１の液面レベル検出装置に用いられるセンサを説明する図、図３は図２に示すセンサの要部を説明する図である。

図１に示すように、本実施形態の液面レベル検出装置１は、液体を貯留した容器内に配置されるセンサ２を備えている。センサ２は、液面の変位に連動して接点を移動させて抵抗値を変化させる可変抵抗器３を有しており、所定の電圧を印加されて可変抵抗器３の抵抗値に応じた信号を出力する。また、液面レベル検出装置１は、このセンサ２に周期的に所定時間電圧を印加する電源回路４と、センサ２に電圧を印加するのに同期してセンサ２の出力信号を取得する処理回路５と、を含む制御手段８を備えている。

図２を参照して、センサ２は、液体に浮かぶフロート１０が先端に取り付けられたアーム１１と、アーム１１の基端部を回動可能に支持するフレーム１２と、フレーム１２に取り付けられた基板１３と、アーム１１の基端部に設けられた接触子１４と、を含んでいる。

図３に示すように、基板１３の表面には、第１導電パターン１５および第２導電パターン１６が設けられており、これら第１導電パターン１５および第２導電パターン１６は、アーム１１の回動軸Ｏ（図２参照）を中心として円弧状に互いに並行して伸びている。第１導電パターン１５の一端には入出力用導電部１７が連設されており、また、第２導電パターン１６の一端には入出力用導電部１８が連設されている。

外径側に位置する第１導電パターン１５は、その周方向に所定の間隔をおいて配置された複数の導電セグメント１５ａと、これら複数の導電セグメント１５ａを互いに電気的に接続している抵抗体１５ｂとで構成されている。また、第２導電パターン１６は、その周方向に所定の間隔をおいて配置された複数の導電セグメント１６ａと、これら複数の導電セグメント１６ａを互いに電気的に接続している連結体１６ｂとで構成されている。

第１導電パターン１５の導電セグメント１５ａおよび第２導電パターン１６の導電セグメント１６ａは、例えば耐食性に優れる銀パラジウムで形成され、また、抵抗体１５ｂは例えば耐食性に優れる酸化ルテニウムで形成されている。

接触子１４には、互いに電気的に接続されている２つの接点１９、２０が設けられている。接触子１４は、アーム１１の回動に伴ってアーム１１の回動軸Ｏまわりに旋回し、接点１９において第１導電パターン１５の導電セグメント１５ａ上を摺動し、いずれかの導電セグメント１５ａに接続する。同時に、接触子１４は、接点２０において第２導電パターン１６の導電セグメント１６ａ上を摺動し、いずれかの導電セグメント１６ａに接続する。それにより、入出力用導電部１７から入出力用導電部１８の間の回路に介在する抵抗体１５ｂの長さが変化し、該回路の抵抗値が変化する。すなわち、第１導電パターン１５および第２導電パターン１６ならびに接触子１４により可変抵抗器３が構成されている。

センサ２は、一端を入出力用導電部１７に接続して可変抵抗器３に直列につながれる固定抵抗器７をさらに含んでいる。これら可変抵抗器３および固定抵抗器７には制御手段８の電源回路４により所定の電圧が印加される。

液面の変位に連動してフロート１０が上下し、それに伴いアーム１１が回動する。アーム１１の回動に伴い接触子１４が旋回し、それにより、可変抵抗器３の抵抗値が変化する。可変抵抗器３および固定抵抗器７に印加された電圧は、可変抵抗器３の抵抗値と固定抵抗器７の抵抗値との比に応じて分圧され、可変抵抗器３にかかる電圧が、センサ２の出力信号として入出力用導電部１７，１８間に検出される。尚、センサ２の出力信号としては可変抵抗器３の抵抗値であってもよい。

ここで、第１導電パターン１５の導電セグメント１５ａおよび第２導電パターン１６の導電セグメント１６ａや接触子１４の接点１９，２０の摺接面、すなわち接点部が電解液に晒される場合に、センサ２に常時継続して電圧が印加されていると、例えば、陽極側の第１導電パターン１５の導体が電食により劣化し、他方、負極側の第２導電パターン１６には、第１導電パターン１５から溶出した金属イオンが析出する。析出した金属は不活性な絶縁体となり易く、第２導電パターン１６の導電セグメント１６ａの摺接面が絶縁物で覆われると、接点部の接触抵抗が上昇し、正確な測定の妨げとなる。

そこで、本実施形態の液面レベル検出装置１において、制御手段８は、センサ２に周期的に所定時間電圧を印加するとともに、センサ２に電圧を印加するのに同期してセンサ２が出力する信号を取得するようになっている。そして、制御手段８は、図４に示すように、液面レベルの急激な変動を、センサ２の出力信号の急激な増減により検出して、センサ２に電圧を印加する周期Ｔを変更するようになっている。

図４（Ａ）には、液面の変位に伴うセンサ２の可変抵抗器３の抵抗値の変化が示されている。例えば車両における燃料の給油などにより液面レベルが最低位から最高位まで急激に変動した場合に、接触子１４が図３におけるＥの位置からＦの位置まで回動し、それに伴い可変抵抗器３の抵抗値が図４（Ａ）におけるＥ点からＦ点まで降下する。可変抵抗器３の抵抗値の降下に伴い、センサ２に電圧を印加する周期に同期してサンプリングされるセンサ２の出力信号（電圧値）も、図４（Ｃ）に示すように低下する。センサ２の出力信号のサンプリング点Ｐ４〜Ｐ９までの間でセンサ２の出力信号に所定値以上の変化量が検出され、その間のセンサ２の出力信号のサンプリング周期、即ち、センサ２に電圧を印加する周期Ｔが、図４（Ｂ）に示すように短縮される。このような制御手段８の処理の一例を図５に示す。

図５に示すように、まず、制御手段８は、設定された周期Ｔでセンサ２に所定時間（例えば４０ｍｓ）電圧を印加し、その際にセンサ２の出力信号を取得する（ステップＳ１）。
制御手段８には、取得したセンサ２の出力信号を記憶しておく不揮発性のメモリが設けられており、このメモリには前回取得したセンサ２の出力信号が保持されている。制御手段８は、上記ステップＳ１で取得した第１の出力信号と上記メモリに保持された第２の出力信号との差分Δ（絶対値）を演算する（ステップＳ２）。
そして、制御手段８は、上記ステップＳ２で演算した差分Δと所定の閾値Ｎとを比較する（ステップＳ３）。
制御手段８は、差分Δが閾値Ｎ未満の場合には、センサ２に電圧を印加する周期Ｔを所定の第１の周期Ｔ１（例えば１０００ｍｓ）に設定し（ステップＳ４）、また、差分Δが閾値Ｎ以上の場合には、センサ２に電圧を印加する周期Ｔを、第１の周期Ｔ１よりも短い所定の第２の周期Ｔ２（例えば２００ｍｓ）に設定する（ステップＳ５）。
そして、制御手段８は、上記ステップＳ１で新たに取得したセンサ２の出力信号に基づいて液面レベルを表示する表示手段としてのメータ６を駆動するとともに、上記ステップＳ１で新たに取得したセンサ２の出力信号で上記メモリを更新する（ステップＳ６）。

以上の構成によれば、液面レベルに急激な変動が生じた場合に、差分Δが大きくなり閾値Ｎ以上となる。そして、制御手段８がセンサ２に電圧を印加する周期ＴがＴ１からＴ２に変更されて短くなり、それに伴いセンサ２の出力信号を取得する間隔も短くなるので、センサ２の応答性が高まる。

このように、本実施形態の液面レベル検出装置１によれば、センサ２に所定時間電圧を印加する周期Ｔを的確に変更することができる。それにより、電解液に晒された場合にもセンサ２の可変抵抗器３の接点部における電食などの電気化学反応を抑制することができ、長期にわたり液面レベルを高精度に検出することができる。

次に、図６を参照して制御手段８の処理の変形例を説明する。ここで、液面レベル検出装置１は自動車等の車両に配設されているものとする。

図６に示すように、まず、制御手段８は、設定された周期Ｔでセンサ２に所定時間（例えば４０ｍｓ）電圧を印加し、その際にセンサ２の出力信号を取得する（ステップＳ１）。
制御手段８には、取得したセンサ２の出力信号を記憶しておく不揮発性のメモリが設けられており、このメモリには前回取得したセンサ２の出力信号が保持されている。制御手段８は、上記ステップＳ１で取得した第１の出力信号と上記メモリに保持された前回取得の第２の出力信号との差分Δ（絶対値）を演算する（ステップＳ２）。
そして、制御手段８は、上記ステップＳ２で演算した差分Δと所定の閾値Ｎとを比較する（ステップＳ３）。
差分Δが閾値Ｎ未満の場合には、制御手段８は、センサ２に電圧を印加する周期Ｔを所定の第１の周期Ｔ１（例えば１０００ｍｓ）に設定する（ステップＳ４）。
一方、差分Δが閾値Ｎ以上の場合に、制御手段８は、車両に配設された速度センサ９（図１参照）から走行速度Ｖを取得し、走行速度Ｖがゼロか否かにより走行状態にあるかを判定する（ステップＳ７）。
制御手段８は、車両が走行状態にある（Ｖ＞０）と判定した場合には、センサ２に電圧を印加する周期Ｔを第１の周期Ｔ１に設定し（ステップＳ４）、また、車両が停車状態にある（Ｖ＝０）と判定した場合には、センサ２に電圧を印加する周期Ｔを、第１の周期Ｔ１よりも短い所定の第２の周期Ｔ２（例えば２００ｍｓ）に設定する（ステップＳ５）。
制御手段８は、上記ステップＳ１で新たに取得したセンサ２の出力信号に基づいて液面レベルを表示する表示手段としてのメータ６を駆動するとともに、上記ステップＳ１で新たに取得したセンサ２の出力信号で上記メモリを更新する（ステップＳ６）。

以上の構成によれば、走行時には、液面レベルに急激な変動が生じた場合にもセンサ２に電圧を印加する周期Ｔは第１の周期Ｔ１に維持される。これにより、走行時の振動に影響されることなく、センサ２に所定時間電圧を印加する周期Ｔを、より的確に変更することができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

例えば、上述した実施形態では、センサ２の出力信号の変化量として、上記ステップＳ１で取得したセンサ２の第１の出力信号と上記メモリに保持された前回取得の第２の出力信号との差分Δを用いているが、差分Δを上記第１の出力信号を取得した際の周期Ｔ若しくは上記第２の出力信号を取得した際の周期Ｔで除した単位時間当たりの変化量を用いるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、センサ２の出力信号の変化量に対して１つの閾値Ｎを設定してセンサ２に所定時間電圧を印加する周期Ｔを２段階に変更しているが、複数の閾値を設定して周期Ｔをより多段階に変更するようにしてもよい。

また、センサ２に所定時間電圧を印加する周期Ｔが最も短くなる場合に、センサ２に電圧を印加する所定時間と周期Ｔとを同じにして、連続通電としてもよい。

本発明に係る液面レベル検出装置の一実施形態の概略構成を説明するブロック図である。 図１の液面レベル検出装置に用いられるセンサを説明する図である。 図２に示すセンサの要部を説明する図である。 センサへの電圧の印加とセンサの出力信号の取得とのタイミングを説明するタイミングチャートである。 図１の液面レベル検出装置の制御手段における処理を説明するフローチャートである 図５に示す制御手段における処理の変形例を説明するフローチャートである。 従来の液面レベル検出装置の一例を説明するブロック図である。 従来の液面レベル検出装置に用いられるセンサの一例を説明する図である。

符号の説明

１ 液面レベル検出装置
２ センサ
３ 可変抵抗器
４ 電源回路
５ 処理回路
６ メータ
８ 制御手段
１０ フロート
１１ アーム
１２ フレーム
１３ 基板
１４ 接触子
１５ 第１導電パターン
１５ａ 導電セグメント
１５ｂ 抵抗体
１６ 第２導電パターン
１６ａ 導電セグメント
１６ｂ 連結体
１７ 入出力用導電部
１８ 入出力用導電部
１９ 接点
２０ 接点
Ｏ アームの回動軸

Claims (2)

1. 液体を貯留した容器内に配置され、液面の変位に連動して接点を移動させて抵抗値を変化させる可変抵抗器を有し、所定の電圧を印加されて該可変抵抗器の抵抗値に応じた信号を出力するセンサと、
   前記センサに周期的に所定時間電圧を印加するとともに、該センサに電圧を印加するのに同期して該センサの出力信号を取得する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段が、取得した前記センサの第１の出力信号と前回取得した該センサの第２の出力信号との差分を演算し、該差分が所定値以上である場合に、該差分が所定値未満である場合に比べて前記センサに電圧を印加する周期を短くすることを特徴とする液面レベル検出装置。
2. 車両に配設される請求項１に記載の液面レベル検出装置であって、
   前記制御手段が、車両の走行速度を取得し、前記差分が所定値以上であって、さらに取得した該車両の走行速度がゼロである場合に、該差分が所定値未満である場合に比べて前記センサに電圧を印加する周期を短くすることを特徴とする液面レベル検出装置。

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