JP5589935B2

JP5589935B2 - 液位検出装置

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Publication number: JP5589935B2
Application number: JP2011085222A
Authority: JP
Inventors: 千明片岡; 正紀赤木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2031-04-07
Also published as: JP2012220298A

Description

本発明は、液位検出装置にかかり、特に、車両用燃料タンクの液位を検出する液位検出装置に関する。

自動車等の燃料タンクには液面を検出する液位検出装置が設けられているが、長期間使用すると燃料中の異物が液位検出装置の電極に付着して液面の検出精度が低下することがある。なお、燃料中の異物としては、たとえばガソリンスタンドの地下タンク中に溜まっていた不純物や燃料補給時に混入した空気中の水分や浮遊物などがある。

電極に付着した異物を除去する液位検出装置としては、たとえば、誘電性液体を貯留する貯槽内に同心円状に配設された電極棒および金属性筒状電極と、この電極棒および金属筒状電極の下方に配設されたリファレンス電極と、を有する液位検出器において、前記金属性筒状電極と前記貯槽の内面との間、前記電極棒と前記金属筒状電極との間、および前記リファレンス電極の外側に配設された複数の洗浄液噴射ノズルを有するものがある（特許文献１）。

特開平９−２１８０７４号公報

しかしながら、前記液面検出器においては、洗浄液噴射ノズルなどの洗浄装置を別途設けているため、構成が複雑化するという問題がある。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、洗浄液噴射ノズルなどの異物除去装置を別途設ける必要の無い液位検出装置の提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、タンク内に設けられた第１電極と、前記タンク内に前記第１電極の長手方向に対して直交する方向に対向するように設けられ、前記第１電極とともに前記タンク内の液体の液位を検出するための第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に介在され、前記第１電極が前記第２電極に対して相対移動することにより前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方に対して摺動して異物を除去する異物除去部材と、を備えることを特徴とする。

請求項１に記載の液位検出装置においては、異物除去部材が前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方に対して摺動することにより、前記第１電極および前記第２電極のうち、前記異物除去部材が摺動する一方又は両方の表面に付着した異物が除去される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液位検出装置に関し、前記タンクが燃料タンクとされ、前記第１電極が上下に２つの部分に分割され、前記２つに分割された第１電極の一方が燃料タンクの上壁に、前記２つに分割された第１電極の他方と前記第２電極とが前記燃料タンクの下壁に取り付けられ、前記２つに分割された第１電極の前記一方と前記他方とは、前記一方の少なくとも一部が前記他方に重なり合った状態で相互に移動可能とされているとともに、前記２つに分割された第１電極の前記一方が、前記他方に対して相対移動する動きを前記異物除去部材に伝達することを特徴とする。

請求項２に記載の液位検出装置においては、前記燃料タンクが車両上下方向に変形すると、前記２つに分割された第１電極の一方が他方に対して相対移動する。同時に、前記第１電極の前記一方の動きが前記異物除去部材に伝達され、前記異物除去部材が前記第１電極の前記他方および前記第２電極の少なくとも一方に対して摺動する。これにより、前記第１電極の前記他方および前記第２電極のうち、前記異物除去部材が摺動する側の電極において異物が除去される。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の液位検出装置に関し、前記異物除去部材が前記第１電極および前記第２電極に対して摺動可能に設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の液位検出装置においては、前記燃料タンクが車両上下方向に変形することにより、前記第１電極の２つに分割された一方が他方に対して摺動し、異物除去部材も前記第１電極および前記第２電極の両方の表面を摺動する。これによって前記第１電極および前記第２電極の表面に付着した異物が除去される。

請求項４の発明は、請求項２または３に記載の液位検出装置において、前記第１電極の前記２つに分割された一方および他方は何れも円筒状であって前記一方の内側に前記他方が挿通されているとともに、前記第２電極が前記第１電極の内側に同心に配置された円筒状または円柱状の電極であることを特徴とする。

請求項４に記載の液位検出装置においては、燃料タンクが変形すると、前記第１電極の前記２つに分割された他方と前記第２電極は、前記第１電極の前記２つに分割された一方および前記異物除去部材に案内されて前記第１電極の長手方向に沿って移動する。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の液位検出装置において、前記第１電極および前記第２電極が相対移動すると、前記異物除去部材を前記移動方向回りに回転させる異物除去部材回転手段を有することを特徴とする。

請求項５に記載の液位検出装置においては、燃料タンクが変形すると、前記異物除去部材は、前記第１電極および前記第２電極の表面上を摺動するだけでなく、移動方向回りに回転運動もする。

請求項１の発明によれば、前記異物除去部材が前記第１電極および前記第２電極に対して相対移動することにより、前記第１電極および前記第２電極のうち、前記異物除去部材が摺動する電極上の異物が除去されるから、洗浄液噴射ノズルなどの異物除去装置を前記第１電極および前記第２電極の近傍に別途設ける必要の無い液位検出装置が提供される。

請求項２の発明によれば、前記燃料タンクが車両上下方向に変形することにより、前記２つに分割された第１電極の一方が他方に対して相対移動するため、異物除去部材を前記第１電極および前記第２電極に対して摺動させるための機構が不要であり、構成が簡素な液位検出装置が提供される。

請求項３の発明によれば、前記第１電極および前記第２電極の両方の表面の異物を一度に除去できる液位検出装置が提供される。

請求項４に記載の発明によれば、前記第１電極の一方および前記異物除去部材が前記第１電極の他方と前記第２電極を案内する案内部を兼ねているため、前記第２電極を前記第１電極に対して案内するための案内機構を別途設ける必要がない液位検出装置が提供される。

請求項５に記載の発明によれば、前記燃料タンクが上下方向に変形すると、前記異物除去部材は、前記第１電極および前記第２電極の表面上を摺動するだけでなく、回転運動もするから、前記異物除去部材が前記第１電極および前記第２電極の表面上を摺動のみする形態の液位検出装置と比較してより高い異物除去効果の得られる液位検出装置が提供される。

図１は、実施形態１に係る燃料タンクの構成を示す断面図である。図２は、図１に示す燃料タンクにおけるサブタンクの部分の構成を示す拡大図である。図３は、図１に示す燃料タンクにおける液位検出装置が備える液位検出センサの構成を示す拡大図であり、（Ａ）は、前記液位検出センサが装着されたサブタンクを燃料タンクから脱着したときの前記液位検出センサの状態を示し、（Ｂ）は前記サブタンクを前記燃料タンクに装着したときの前記液位検出センサの状態を示す。図４は、図３に示す液位検出センサを軸線に直交する面で切断した断面を示す断面図である。図５は、燃料タンクが上下方向に変形する様子を示す説明図である。図６は、実施形態２に係る液位検出センサの構成を示す全体断面図である。図７は、図６に示す液位検出センサにおける上端部近傍の構成の詳細を示す拡大断面図である。図８は、実施形態３に係る液位検出センサの構成を示す全体断面図である。図９は、図８に示す液位検出センサにおける上端部近傍の構成の詳細を示す拡大断面図である。

１．実施形態１
以下、本発明の液位測定装置を備える燃料タンクの一例について図面を用いて説明する。図１以下において矢印ＵＰは車体上方を示す。

燃料タンク１０は、図１に示すように略箱形形状とされた容器であり、設置される車体などの形状や部品配置によってその形状が決定される。また燃料タンク１０は燃料（ガソリンなど）による腐食への耐性、機械的強度、耐衝撃性や衝突の際の安全性などを考慮して素材が選定される。

燃料タンク１０の車体上方の面である天井面３０にはポンプモジュール等の取付口２２が設けられており、取付口２２を外側から閉塞する蓋部２８で、内部の燃料が外へ漏れ出さないように密閉される。車両上方に筒状に突出した取付口２２は蓋部２８で密閉される。なお、蓋部２８は、取付口２２を密閉した状態において、天井面３０とともに燃料タンク１０の上側面を構成する。

このとき、取付口２２が箱状の燃料タンク１０から突出していると、車体に組み付ける際にスペース効率が低下する虞があるので、取付口２２を燃料タンク１０の内側に沈めるように設ける方が望ましい。この場合、取付口２２および蓋部２８をクリアできる空間を燃料タンク１０の内部に設ける必要がある。

これにより燃料タンク１０の車体上方面は外面が凹んだ凹部２４が形成されており、天井面３０における凹部２４の内側の部分は燃料タンク１０内部の車体下側に向けて突出した凸部２６として形成されている。このため燃料タンク１０の内部に燃料を充填していくと液面Ｆは凸部２６の高さを超え、凸部２６は燃料に浸漬する。

燃料タンク１０は一般的に樹脂または鋼板で形成されているが、剛体ではないタンクであればよく、ここでは樹脂製とされている。図１に示すように車体上方面に凹凸を設けるなどの方法でベーパー層を確保している。すなわち、揮発性を備えた燃料は外気温やエンジンなどの熱により蒸発し、燃料タンク１０内の空隙に揮発ガス（ベーパー）となって充満する。このとき燃料をタンク全体に満たしてしまった場合、発生した燃料の揮発ガスは逃げ場を失い、燃料タンク１０内が加圧される。これを防ぐため、ある程度の空隙（ベーパー層）を燃料タンク１０内の上部に設定することで、揮発ガスの圧力の逃げ場を確保している。

また、上記のようにベーパー層を確保している燃料タンク１０では、燃料温度の上下（気温、路面や排気管などからの熱の影響）と燃料消費により、加圧と減圧が絶えず繰り返され、機械的ストレスが印加され続ける。このため、燃料タンク１０の上面を複雑な凹凸形状にする事は燃料タンク１０自体の機械的強度を増し、内部圧力の変化に対する対策とする意味も備わっている。

燃料タンク１０の内部には、上面が開口した有底容器であるサブタンク３１が設けられ、サブタンク３１にはポンプユニット３２が収容されている。燃料タンク１０内部の燃料は、ポンプユニット３２でくみ出され、燃料ホース（図示せず。）で外部へ送り出す構成とされている。

図１および図２に示すように、蓋部２８の下面から燃料タンク１０の底面２０に向かってガイド柱３４が延在している。ガイド柱３４は、サブタンク３１に設けられた円筒状のガイド筒３６に挿通されている。サブタンク３１は、ガイド柱３４とガイド筒３６とによって燃料タンク１０の上下方向、言い換えれば車両上下方向に沿って案内される。なお、サブタンク３１は、ガイド柱３４に挿通されたコイルばね３８によって底面２０に向かう方向、言い換えれば車両下方に向かって付勢され、これにより、サブタンク３１の底面は燃料タンク１０の下側面である底面２０に向かって押圧されている。

以下、燃料タンク１０の備える液位検出装置１の構成について説明する。図１および図２に示すように、液位検出装置１は、蓋部２８の上面に固定されているとともに、燃料タンク１０外部のコンピュータ（図示せず。）に接続されたセンサ回路１１と、センサ回路１１に接続されているとともに、蓋部２８の下面からサブタンク３１の底面に向かって延在する液位検出センサ１２と、を備える。

図１〜図４に示すように、液位検出センサ１２は、蓋部２８の下側の面に固定された外周電極１３と、外周電極１３に挿入され、外周電極１３の内面上を外周電極１３の長手方向に沿って摺動可能とされている外周電極１４と、外周電極１４の軸線に沿って設けられた棒状の電極である中心電極１５と、を備える。外周電極１４と中心電極１５との間には、本発明の異物除去部材の一例としてのクリーニングブラシ１６が介在している。外周電極１３および１４は本発明の第１電極の一例であり、中心電極１５は、本発明の第２電極の一例である。中心電極１５の下端には絶縁材からなるディスク状のエンド部材１７が固定され、外周電極１４は、下端においてエンド部材１７に当接する。これにより、中心電極１５と外周電極１４との短絡が防止される。クリーニングブラシ１６とエンド部材１７との間にはコイルばね１９が介装されている。なお、前述のように、外周電極１４は外周電極１３の内側を摺動するために、外周電極１４と外周電極１３とは互いに電気的に接触した一体の電極として機能するが、図３以下の図面においては、判りやすいように恰も外周電極１４と外周電極１３との間に間隙が設けられているように表現されている。

外周電極１３は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように天井面１３Ａを有する有底円筒状とされている。

図１〜図３に示すように、外周電極１４はリード線１８Ａによって、中心電極１５はリード線１８Ｂによってセンサ回路１１に接続されている。なお、中心電極１５は本実施形態では棒状であるが円筒状であってもよい。

クリーニングブラシ１６は、図３および図４に示すように、全体として外周電極１４および中心電極１５と同心な円筒状とされ、円筒状の本体１６Ａと、本体１６Ａに植毛されたブラシ毛１６Ｂとを備える。ブラシ毛１６Ｂのうち、本体１６Ａの内周面に植毛されたものは、先端が中心電極１５の外周面に当接し、本体１６Ａの外周面に植毛されたものは、先端が外周電極１４の内週面に当接する。ブラシ毛１６Ｂは、ポリアセタール樹脂やナイロン（登録商標）樹脂などが使用される。本体１６Ａはブラシ毛１６Ｂと同一の材質であってもよく、金属材料を使用してもよい。なお、クリーニングブラシ１６に代えて、本体１６Ａと同様の円筒状の部材の内週面と外周面とにスポンジ層を設けた形態のクリーニング部材も本発明における異物除去部材として使用される。クリーニングブラシ１６の頂部にはパッド１６Ｃが設けられ、図３（Ｂ）に示すように、外周電極１４が外周電極１３の内側に挿入されたときにパッド１６Ｃが外周電極１３の天井面１３Ａに当接する。

以下、液位検出装置１において燃料タンク１０の液位を求める手順について説明する。外周電極１４は、外周電極１３の内側に嵌装された状態で外周電極１３の内周面上を摺動するから、外周電極１４と電気的に導通した状態にある。

センサ回路１１においては高周波電流を発生させる。センサ回路１１で発生した高周波電流は、リード線１８Ａを通して外周電極１３および１４に、リード線１８Ｂを通じて中心電極１５に入力され、外周電極１３および１４と中心電極１５との間のインピーダンスが測定される。測定されたインピーダンスはセンサ回路１１から前記コンピュータに入力され、外周電極１３および１４と中心電極１５との間の静電容量が求められる。

ここで、燃料タンク１０の燃料が消費されると、外周電極１３および１４と中心電極１５との間の空間は、それまで燃料によって占められていたものが空気によって占められるようになるため、静電容量は減少する。従って、静電容量の減少を検出することにより、燃料の液位を検出できる。

コンピュータは、外周電極１３および１４と中心電極１５との間の静電容量に基づいて燃料タンク１０の液位を計算する。更に、前記コンピュータには、液位と燃料残量との関係を示すマップが記憶されており、コンピュータは前記液位のデータとこのマップとを用いて燃料タンク１０内の燃料残量を求める。

サブタンク３１が燃料タンク１０の外部にあるときは、図２に示すように、コイルばね３８の付勢力によってガイド柱３４とガイド筒３６とは伸びきった状態にあるから、図３（Ａ）に示すように外周電極１３および外周電極１４も伸びきった状態にある。

一方、サブタンク３１を燃料タンク１０に装入し、蓋部２８で取り付け口２２を覆蓋すると、サブタンク３１の底面が燃料タンク１０の底面２０に当接した状態になるから、図３（Ｂ）に示すように、エンド部材１７がサブタンク３１の底面によって車両上方に押し上げられ、外周電極１４が外周電極１３の内部に押し込まれ、クリーニングブラシ１６のパッド１６Ｃが外周電極１３の天井面１３Ａに当接する。

燃料タンク１０の燃料の液面Ｆよりも車両上方の空間は、は気温や気圧の変化によって膨張、収縮するから、図５に示すように天井面３０および底面２０も変形する。この現象は、燃料タンク１０が樹脂製の場合に特に顕著に見られる。

ここで、前述のように、液位検出センサ１２においては、クリーニングブラシ１６のパッド１６Ｃが外周電極１３の天井面１３Ａに当接した状態にあるから、天井面３０および底面２０が互いに近接する方向に変形したときは、クリーニングブラシ１６は外周電極１３から車両下方に向かう力を受け、天井面３０および底面２０が互いに遠ざかる方向に変形したときは、クリーニングブラシ１６はコイルばね１９から車両上方に向かう力を受ける。これによって、図３（Ｂ）において矢印ａに示すように、天井面３０および底面２０が変形する度毎に、クリーニングブラシ１６は外周電極１４および中心電極１５に対して車両上下方向に相対移動するから、外周電極１４の内周面および中心電極１５の外周面に付着した異物は、クリーニングブラシ１６のブラシ毛１６Ｂによって掻き落とされる。
したがって、実施形態１の燃料タンクにおいては、洗浄液噴射ノズルのような異物除去装置を別途設ける必要が無いから、構成が簡略化でき、また、特に異物除去操作を行う必要もない。

２．実施形態２
以下、実施形態１の燃料タンクが備える液位検出装置に使用される液位検出センサの別の例について図面を用いて説明する。図１〜図５と同一の符号は特に説明がない限り、これらの符号が図１〜図５において示すのと同一の構成要素を示す。

実施形態２に係る液位検出センサ１１２においては、図６および図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、中心電極１５の頂部における外周面にはピン状のボス１５Ａが突設されている。

一方、クリーニングブラシ１６における本体１６Ａの頂部近傍には回転ガイド１６Ｄが設けられている。回転ガイド１６Ｄの内周面には、ボス１５Ａに係合する螺旋状の溝であるガイド溝１６Ｅが設けられている。なお、ボス１５Ａおよび回転ガイド１６Ｄは、本発明の異物除去部材回転手段の一例である。

実施形態２の液位検出センサ１１２においては、クリーニングブラシ１６のパッド１６Ｃが外周電極１３の天井面１３Ａに当接した状態で燃料タンク１０の天井面３０が車両下方に変形すると、クリーニングブラシ１６もまた外周電極１３によって車両下方に押圧され、その結果、中心電極１５に対して車両下方に向かって相対移動する。一方、天井面３０が車両上方に変形すると、クリーニングブラシ１６はコイルばね１９からの付勢力によって車両上方に押圧され、その結果、中心電極１５に対して車両上方に向かって相対移動する。その結果、燃料タンク１０が車両上下方向に変形すると、図７（Ａ）において矢印ａに示すように、クリーニングブラシ１６もまた、中心電極１５に対して車両上下方向に相対移動する。

ここで、中心電極１５に突設されたボス１５Ａは、回転ガイド１６Ｃのガイド溝１６Ｅに係合しているから、クリーニングブラシ１６が中心電極１５に対して車両上下方向に相対移動することによるボス１５Ａの上下運動は、図７（Ａ）において矢印ｂに示すように回転運動に変換される。したがって、クリーニングブラシ１６は、中心電極１５に対して車両上下方向に相対移動するだけでなく、回転運動もする。

また、外周電極１４もまた下端において、中心電極１５の下端のエンド部材１７に当接しているから、クリーニングブラシ１６は、中心電極１５に対してだけでなく、外周電極１４に対しても車両上下方向への相対移動および回転運動をする。

したがって、クリーニングブラシ１６が中心電極１５および外周電極１４に対して車両上下方向に直線的に相対移動するが回転運動しない実施形態１の液位検出センサ１２と比較して、外周電極１４の内周面および中心電極１５の外周面に付着した異物を更に効果的に除去できる。

３．実施形態３
以下、実施形態１の燃料タンクが備える液位検出装置に使用される液位検出センサの別の例について図面を用いて説明する。図１〜図５と同一の符号は特に説明がない限り、これらの符号が図１〜図６において示すのと同一の構成要素を示す。

実施形態３に係る液位検出センサ２１２においては、図８および図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示すように、中心電極１５の頂部における外周面には螺旋状の溝であるガイド溝１５Ｂが形成されている。

一方、クリーニングブラシ１６における本体１６Ａの頂部近傍には回転ガイド１６Ｄが設けられている。回転ガイド１６Ｄの内周面には、ガイド溝１５Ｂに係合するピン状のボス１６Ｆが突設されている。なお、ガイド溝１５Ｂおよびボス１６Ｅもまた、本発明の異物除去部材回転手段の他の一例である。

実施形態３の液位検出センサ２１２においても、実施形態２の液位検出センサ１１２と同様、燃料タンク１０の車両上下方向に沿った変形に伴い、図９（Ａ）において矢印ａに示すように、クリーニングブラシ１６は、外周電極１４および中心電極１５に対して車両上下方向に相対移動する。

ここで、回転ガイド１６Ｃの内周面に突設されたボス１６Ｆは、中心電極１５に形成されたガイド溝１５Ｂに係合しているから、クリーニングブラシ１６が中心電極１５に対して車両上下方向に相対移動することによるボス１６Ｆの上下運動は、図９（Ａ）において矢印ｂに示すように回転運動に変換される。したがって、クリーニングブラシ１６は、中心電極１５および外周電極１４に対して車両上下方向に相対移動するだけでなく、回転運動もする。

１液位検出装置
１０燃料タンク
１２液位検出センサ
１３外周電極（第１電極）
１４外周電極（第１電極）
１５中心電極（第２電極）
１５Ａボス（異物除去部材回転手段）
１５Ｂガイド溝（異物除去部材回転手段）
１６クリーニングブラシ（異物除去部材）
１６Ｅガイド溝（異物除去部材回転手段）
１６Ｆボス（異物除去部材回転手段）
１１２液位検出センサ
２１２液位検出センサ

Claims

タンク内に設けられた第１電極と、
前記タンク内に前記第１電極の長手方向に対して直交する方向に対向するように設けられ、前記第１電極とともに前記タンク内の液体の液位を検出するための第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に介在され、前記第１電極が前記第２電極に対して相対移動することにより前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方に対して摺動して異物を除去する異物除去部材と、
を備える液位検出装置。
前記タンクは燃料タンクとされ、前記第１電極は上下に２つの部分に分割され、前記２つに分割された第１電極の一方が燃料タンクの上壁に、前記２つに分割された第１電極の他方と前記第２電極とが前記燃料タンクの下壁に取り付けられ、前記２つに分割された第１電極の前記一方と前記他方とは、前記一方の少なくとも一部が前記他方に重なり合った状態で相互に移動可能とされているとともに、前記２つに分割された第１電極の前記一方は、前記他方に対して相対移動する動きを前記異物除去部材に伝達する請求項１に記載の液位検出装置。
前記異物除去部材は、前記第１電極および前記第２電極に対して摺動可能に設けられている請求項２に記載の液位検出装置。
前記第１電極の前記２つに分割された一方および他方は何れも円筒状であって前記一方の内周に前記他方が挿通されているとともに、前記第２電極は前記第１電極の内側に同心に配置された円筒状または円柱状の電極である請求項２または３に記載の液位検出装置。
前記第１電極と前記第２電極とが相対移動すると、前記異物除去部材を前記移動方向回りに回転させる異物除去部材回転手段を有する請求項４に記載の液位検出装置。