JP5360238B2 - 液状態検知センサ - Google Patents
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Description
本発明は、液状態検知センサにかかり、特に、燃料タンク等の液体を貯留するタンク内に設けられ、複数種類の液状態を検知可能な液状態検知センサに関する。
液状態検知センサとしては、例えば、燃料タンク内に設けられ、燃料タンク内の燃料残量を検知するものが一般的に知られている。
この種の液状態検知センサとしては、例えば、特開2010−25782号公報に記載の技術が提案されている。当該技術では、被測定液中にある第1の検出電極と、被測定液の液位を測定する第2の検出電極と、常に被測定液外にある第3の検出電極を設け、第2の検出電極が被測定液中に浸漬されている部分の長さに比例する時間だけコンデンサを充電し、かつ第2の検出電極が被測定液外にある部分の長さに比例した時間だけコンデンサの電荷を放電するという動作を繰り返すようにしたセンサが提案されている。
しかしながら、特開2010−25782号公報に記載の技術では、第1の端子と他の端子の組み合わせにより検出電極を構成しているため、検出電極数+1個の端子が必要となる。
本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、少ない端子数でより多くの項目を検知することが可能な液状態検知センサを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、n(n≧3の自然数)個の端子と、それぞれ異なる前記端子の組み合わせの前記端子間に設けられると共に、それぞれ単一の基板上に設けられたn個以上の静電容量測定部と、を備えることを特徴としている。
請求項1に記載の発明によれば、n個の端子を有し、それぞれ異なる端子の組み合わせの端子間に設けられると共に、それぞれ単一の基板上に設けられたn個以上の静電容量測定部を備えている。すなわち、静電容量測定部によってn以上の項目の測定が可能となり、本構成を用いない場合に比べて、少ない端子数で多くの検知項目を検知することが可能となる。なお、n以上の項目は、同一の項目を測定しても、異なる項目を測定してもよい。
例えば、静電容量測定部は、請求項2に記載の発明のように、全ての組み合わせの端子間に設けられ、n!/(2×(n−2)!)個備える。これにより、少ない端子数で最大の検知項目を検知することが可能となる。
また、静電容量測定部は、請求項3に記載の発明のように、常に燃料タンク内の被測定液中に配設された第1の静電容量測定部と、被測定液の液位を測定するための第2の静電容量測定部と、常に被測定液の外に配設された第3の静電容量測定部と、を含むようにしてもよい。これによって、第1の静電容量測定部で液中の場合の静電容量を測定することができ、第3の静電容量測定部で液の外の場合の静電容量を測定することができる。そして、第1及び第3の静電容量測定部の測定結果を踏まえて、第2の静電容量測定結果から液位を正確に検知することができる。
このとき、請求項4に記載の発明のように、静電容量測定部が、給油された燃料を一旦貯留するために燃料タンクに形成された液層に配設された第4の静電容量測定部をさらに含むようにしてもよい。このように構成することにより、給油された燃料の種類を第4の静電容量測定部によって検知することが可能となる。
また、静電容量測定部は、請求項5に記載の発明のように、燃料タンク内の燃料の温度を検知する第5の静電容量測定部をさらに含むようにしてもよい。
また、請求項6に記載の発明のように、第5の静電容量測定部によって測定される静電容量、前記燃料の温度、及び前記燃料内に含まれるアルコール濃度の予め定めた関係を記憶し、第5の静電容量測定部によって測定された静電容量に基づいて燃料の温度を求め、求めた燃料の温度と第5の静電容量測定部によって測定された静電容量に基づいてアルコール濃度を算出する算出手段をさらに備えるようにしてもよい。
また、静電容量測定部は、請求項7に記載の発明のように、一対の電極間の距離の変化による静電容量の変化から圧力を検知する第6の静電容量測定部をさらに含むようにしてもよい。
以上説明したように本発明によれば、少ない端子数でより多くの項目数の液状態を検知することができる、という効果がある。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係わる液状態検知センサを設けた燃料タンクの概略構成を示す図である。
燃料タンク10には、自動車等で使用する液状の燃料が貯留される。燃料タンク10に貯留する燃料は、燃料タンク10に接続された給油パイプ12から給油される。また、燃料タンク10に貯留された燃料は、燃料タンク10内に設けられた燃料ポンプ14から吸い上げられて、自動車のエンジン等の内燃機関に供給される。
燃料ポンプ14には、フィルタ16が設けられており、フィルタ16を介して燃料が吸い上げられることによって、燃料ポンプ14の詰まり等が抑制されるようになっている。
また、燃料タンク10内には、本発明の第1実施形態に係わる液状態検知センサ18が設けられている。本実施形態では、液状態検知センサ18は、燃料タンク10内に貯留される燃料の残量を検知する。
図2は、本発明の第1実施形態に係わる液状態検知センサ18の概略構成を示す図であり、図3は、本発明の第1実施形態に係わる液状態検知センサ18の回路構成を示す回路図である。
第1実施形態の液状態検知センサ18は、端子A〜Cの3つの端子を有すると共に、燃料の状態を検知するために3つのコンデンサC1〜C3を備えており、各端子A〜Cが演算装置20に接続されている。
各コンデンサC1〜C3は、それぞれ櫛歯状の一対の電極で構成されており、一対の電極間に電荷の充電と放電が可能とされている。
詳細には、コンデンサC1は端子A−B間に設けられ、コンデンサC2は端子B−C間に設けられ、コンデンサC3は端子A−C間に設けられている。
各コンデンサC1〜3の電気的接続は、図3に示すように、コンデンサC1とコンデンサC2が直列に接続されると共に、当該直列接続に対してコンデンサC3が並列に接続されている。
そして、各コンデンサC1〜C3は、それぞれ互いに静電容量測定エリアに干渉しない位置に設けられており、コンデンサC1は、燃料タンク10の上側部分の燃料の液外に位置してベーパ層リファレンス測定部とされ、コンデンサC2は、燃料タンク10の燃料残量に応じて一部または全部が燃料内に浸る液位測定部とされ、コンデンサC3は、燃料タンク10の底付近に位置して燃料リファレンス測定部とされている。
すなわち、液状態検知センサ18は、図2の点線で折り曲げられて燃料タンク10内に設けられ、コンデンサC1にはベーパ層に応じた電荷が充電され、コンデンサC3には燃料の特性に応じた電荷が充電され、コンデンサC2には燃料の残量(液位)に応じた電荷が充電される。
次に上述のように構成された本発明の第1実施形態に係わる液状態検知センサ18による燃料残量の検知方法について説明する。
燃料タンク10内の燃料残量を検知する場合には、本実施の形態では、端子A−B間、端子B−C間、及び端子A−C間の各端子間の静電容量を測定する。
ここで、端子A−B間の静電容量CAB、端子B−C間の静電容量CBC、及び端子A−C間の静電容量CACを求めると図4に示すようになる。
各端子間の静電容量を測定して、図4の各式に代入して連立方程式を解くことにより、各コンデンサC1〜C3に充電された電荷を求めることができる。
ここで、ベーパ層リファレンス測定部(コンデンサC1の電荷)により燃料外の静電容量が分かり、燃料リファレンス測定部(コンデンサC3の電荷)により燃料内の静電容量が分かるので、燃料内外の静電容量から液位測定部のどれくらいが燃料内に位置するかを算出することができる。すなわち、液位測定部(コンデンサC2の電荷)の静電容量から燃料の残量を算出することができる。
従って、図4に示す各端子間の静電容量を表す式を演算装置20に予め記憶して、液状態検知センサ18の検知結果を演算装置20に取り込むことで、演算装置20によって各コンデンサC1〜C3の静電容量を測定することができ、燃料の残量を検知することが可能となる。
このように、本実施形態では、3つの端子と各端子間に設けられた3つの静電容量測定部により、3種類の液状態を検知することができ、少ない端子数で最大の検知項目を検知することができる。
(第2実施形態)
続いて、本発明の第2実施形態に係わる液状態検知センサについて説明する。図5は、本発明の第2実施形態に係わる液状態検知センサを設けた燃料タンク30の概略構成を示す図である。
燃料タンク30には、第1実施形態と同様に、自動車等で使用する液状の燃料が貯留される。燃料タンク30に貯留された燃料は、燃料タンク30に接続された給油パイプ32から給油される。また、燃料タンク30に貯留された燃料は、燃料タンク30内に設けられた燃料ポンプ34によって吸い上げられて、自動車のエンジン等の内燃機関に供給される。
燃料ポンプ34には、フィルタ36が設けられており、フィルタ36を介して燃料が吸い上げられることによって、燃料ポンプ34の詰まり等が抑制されるようになっている。
また、本実施形態の燃料タンク30は、給油パイプ32から給油された燃料を一旦貯留するための液層38が形成されており、給油パイプ32から給油された燃料が液層38に一旦貯留される。詳細には、液層38は、燃料タンク30の満タン液面より高いところに設けられている。すなわち、給油された燃料は一旦液層38に貯留されてから、液層38を溢れた分が燃料タンク30へ貯留されるので、液層38には給油された燃料のみが貯留されることになる。
また、燃料タンク30内には、本発明の第2実施形態に係わる液状態検知センサ40が設けられている。本実施形態では、液状態検知センサ40は、燃料タンク30内に貯留された燃料の残量のみならず、燃料の種類や燃料タンク30内の内圧や燃料の温度等の複数種類の状態を検知する。
図6は、本発明の第2実施形態に係わる液状態検知センサ40の概略構成を示す図であり、図7は、本発明の第2実施形態に係わる液状態検知センサ40の回路構成を示す回路図である。
第2実施形態に係わる液状態検知センサ40は、端子A〜Dの4つの端子を有すると共に、燃料の各種状態を検知するために6つのコンデンサC1〜C6を備えており、各端子A〜Cが演算装置42に接続されている。
コンデンサC1〜3、C5は、それぞれ櫛歯状の一対の電極で構成されており、一対の電極間に感化の充電と放電が可能とされている。
また、コンデンサC4は温度に応じて静電容量が変化するコンデンサが用いられ、コンデンサC6は、圧力に応じて静電容量が変化するコンデンサが用いられるものとする。なお、コンデンサC4、C6についても櫛歯状の一対の電極としてもよいが、他の構成としてもよい。
詳細には、コンデンサC1は端子A−B間に設けられ、コンデンサC2は端子B−C間に設けられ、コンデンサC3は端子A−C間に設けられ、コンデンサC4は端子A−D間に設けられ、コンデンサC5は端子B−D間に設けられ、コンデンサC6は端子C−D間に設けられている。
各コンデンサC1〜C6の電気的接続は、図7に示すように、コンデンサC1、C2、C6が直列に接続され、当該直列接続に対してコンデンサC4が並列に接続されている。
また、コンデンサC1とコンデンサC2の直列接続に対してコンデンサC3が並列に接続され、コンデンサC2とコンデンサC6の直列接続に対してコンデンサC5が並列に接続されている。
そして、第1実施形態と同様に、各コンデンサC1〜C6は、それぞれ互いに静電容量測定エリアに干渉しない位置に設けられており、コンデンサC1は、燃料タンク30の上側部分の燃料の液外に位置してベーパ層リファレンス測定部とされ、コンデンサC2は、燃料タンク30の燃料残量に応じて一部または全部が燃料内に浸る液位測定部とされ、コンデンサC3は、燃料タンク30の底付近に位置して燃料リファレンス測定部とされている。
また、コンデンサC4は、フィルタ内部36に位置して温度測定部とされ、コンデンサC5は、液層38に位置して給油燃料性状測定部とされ、コンデンサC6は、フィルタ36内部に位置してフィルタ内の圧力測定部とされている。
すなわち、液状態検知センサ40は、図6の点線で折り曲げられて燃料タンク30内の底面から液層38まで壁面を沿うように設けられている。そして、コンデンサC1にはベーパ層に応じた電荷が充電され、コンデンサC2には燃料の残量(液位)に応じた電荷が充電され、コンデンサC3には燃料の特性に応じた電荷が充電され、コンデンサC4には燃料の温度に応じた電荷が充電され、コンデンサC5には燃料の種類(燃料性状)に応じた電荷が充電され、コンデンサC6にはフィルタ36内の圧力に応じた電荷が充電される。
次に上述のように構成された本発明の第2実施形態に係わる液状態検知センサ40による各種液状態の検知方法について説明する。
燃料タンク30内の燃料の各種状態を検知する場合には、本実施形態では、端子A−B間、端子A−C間、端子A−D間、端子B−C間、端子B−D間、端子C−D間の各端子間の静電容量を測定する。
ここで、第1実施形態と同様に、各端子間の静電容量を求めるための式の算出について説明する。なお、各端子間の静電容量は、第1実施形態に比べて複雑となるため、一例として、端子A−B間の静電容量の求め方について説明する。図8は、本発明の第2実施形態に係わる液状態検知センサにおける端子A−B間の静電容量の算出方法を説明するための図である。
端子A−B間(図8の上側)を抽出すると、端子A−B間は、図8の中央に示す回路図で示すことができる。ここで、点線で囲った部分をΔ−Y変換すると、図8の下側に示すように、Ca、Cb、Ccに変換される。なお、変換されたCa、Cb、Ccは以下に示す式で表される。
Ca=(C3C4+C4C6+C3C6)/C6
Cb=(C3C4+C4C6+C3C6)/C4
Cc=(C3C4+C4C6+C3C6)/C3
この式を用いて、コンデンサCbとコンデンサC2の合成容量C(b,2)、及びコンデンサCcとコンデンサC5の合成容量C(c,5)、コンデンサCbとコンデンサC2とコンデンサCcとコンデンサC5の合成容量C(b,2,c,5)、コンデンサCaとコンデンサCbとコンデンサC2とコンデンサCcとコンデンサC5の合成容量C(a、b,2、c、5)の順に求める。
そして、最終的に端子A−B間の合成容量C(1,2,3,4,5,6)を求めると、以下の式となり、この式によって端子A−B間の静電容量を表すことができる。
なお、他の端子間の静電容量についても同様の計算を行うことによって求めることができるので詳細は省略する。
すなわち、第1実施形態と同様に、各端子間の静電容量を測定して、演算装置42に取り込むことにより、演算装置42で各端子間の静電容量を表す式に代入して連立方程式を解くことにより、各コンデンサC1〜C6に充電された電荷を求めることができる。これによって、本実施形態では、図9に示すように、液状態検知センサ40の各測定部(コンデンサC1〜C6)によって各検知項目を検知することができる。
具体的には、第1実施形態と同様に、ベーパ層リファレンス測定部(コンデンサC1)により燃料外の静電容量が分かり、燃料リファレンス測定部(コンデンサC3の電荷)により燃料内の静電容量が分かるので、燃料内外の静電容量から液位測定部のどれくらいが燃料内に位置するかを算出することができる。すなわち、液位測定部(コンデンサC2の電荷)の静電容量から燃料の残量を算出することができる。
また、温度測定部(コンデンサC4)の静電容量が分かるので、静電容量に対応する温度を予め測定して演算部42に記憶しておくことにより、燃料タンク30内の燃料の温度を測定することができる。例えば、図10に示すように、燃料温度と静電容量の関係を予め測定して演算部42に予め記憶しておくことにより、測定した静電容量に対応する燃料温度を読み出すことで燃料の温度を検知することができる。
また、給油燃料性状測定部(コンデンサC5)の静電容量が分かるので、静電容量に対応する燃料の種類や温度を予め定めておくことにより、液層38における燃料の種類や温度等を測定することができる。例えば、図10に示すように、燃料温度と静電容量の関係を予め測定して演算部42に記憶すると共に、図11に示すように、静電容量とアルコール濃度の関係を予め定めて演算装置42に予め記憶しておくことで、測定した静電容量に対応する燃料温度を求めて、求めた燃料温度と測定した静電容量に基づいてアルコール濃度を読み出すことにより燃料内のアルコール濃度を検知することができる。従って、当該アルコール濃度から燃料の種類を特定することも可能となる。また、一般的な燃料タンクでは、給油燃料は燃料タンク内で混合されてしまうので、燃料の正確な性状を検知することができないが、本実施形態では、液層38が燃料タンク30の満タン液面より高い位置に設けられて給油された燃料を一旦貯留するようになっているので、燃料給油量に多少に関わらず、燃料の誤給油を検知することができる。
さらに、圧力測定部(コンデンサC6)の静電容量が分かるので、静電容量と圧力との関係を予め測定して演算装置42に記憶しておくことで、測定した静電容量に対応する圧力を読み出すことにより、フィルタ36内の圧力を検知することができ、これによって、予め定めた圧力範囲以上の圧力の場合には、フィルタ36や燃料ポンプ34の詰まり等と考えられるので、フィルタ36や燃料ポンプ34の詰まりを検知することが可能となる。
このように、本実施形態では、4つの端子と各端子間に設けられた6つの静電容量測定部により、6種類の液状態を検知することができ、少ない端子数で最大の検知項目を検知することができる。
なお、上記の実施の形態では、3つの端子と、3つの静電容量測定部の場合を第1実施形態として説明し、4つの端子と、6つの静電容量測定部の場合を第2実施形態として説明したが、これに限るものではない。例えば、一般化してN(N≧3の自然数)個の端子数とすると、組み合わせの総数NC2=N!/(2×(N−2)!)個の検出パターンが可能である。すなわち、N=3(第1実施形態)では、C=3!/(2×(3−2)!)=3パターンとなり、N=4(第2実施形態)では、C=4!/(2×(4−2)!)=6パターンとなり、各パターン数分の検出電極を各端子間に、互いに静電容量が干渉しないエリアに設けることにより、最大の検出項目数の検出が可能となる。なお、組み合わせの総数NC2は、異なるN個の中から2つを選ぶ組み合わせを表す。また、検出項目としては、同一の項目としてもよいし、異なる項目としてもよい。
Claims (7)
- n(n≧3の自然数)個の端子と、
それぞれ異なる前記端子の組み合わせの前記端子間に設けられると共に、それぞれ単一の基板上に設けられたn個以上の静電容量測定部と、
を備えた液状態検知センサ。 - 前記静電容量測定部は、全ての組み合わせの端子間に設けられ、{n!/(2×(n−2)!)}個備える請求項1に記載の液状態検知センサ。
- 前記静電容量測定部は、
常に燃料タンク内の被測定液中に配設された第1の静電容量測定部と、
前記被測定液の液位を測定するための第2の静電容量測定部と、
常に前記被測定液の外に配設された第3の静電容量測定部と、
を含む請求項1又は請求項2に記載の液状態検知センサ。 - 前記静電容量測定部が、給油された燃料を一旦貯留するために前記燃料タンクに形成された液層に配設された第4の静電容量測定部をさらに含む請求項3に記載の液状態検知センサ。
- 前記静電容量測定部は、前記燃料タンク内の燃料の温度を検出する第5の静電容量測定部をさらに含む請求項3又は請求項4に記載の液状態検知センサ。
- 前記第5の静電容量測定部によって検出される静電容量、前記燃料の温度、及び前記燃料内に含まれるアルコール濃度の予め定めた関係を記憶し、前記第5の静電容量測定部によって検出された静電容量に基づいて前記燃料の温度を求め、求めた前記燃料の温度と前記第5の静電容量測定部によって検出された静電容量とに基づいて前記アルコール濃度を算出する算出手段をさらに備えた請求項5に記載の液状態検知センサ。
- 前記静電容量測定部は、一対の電極間の距離の変化による静電容量の変化から圧力を検出する第6の静電容量測定部をさらに含む請求項3〜6の何れか1項に記載の液状態検知センサ。
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