JP5692020B2

JP5692020B2 - 液位検出装置

Info

Publication number: JP5692020B2
Application number: JP2011256635A
Authority: JP
Inventors: 千明片岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2031-11-24
Also published as: JP2013108958A

Description

本発明は、タンク内の燃料等の液体の液位を検出する液位検出装置に関する。

例えば、自動車の燃料タンクには、燃料の液位を検出する静電容量式の液位検出装置が設けられている。

特開２００８―２６１６６号公報

従来の液位検出装置では、タンクの底部に配置されて液体の比誘電率を測定するための第１のセンサと、測定された比誘電率に基づいて液面レベルを測定するためのメインセンサと、を備えている。
従来の液位検出装置では、第１のセンサの検出結果を液位の基準としているため、第１のセンサの検出結果に異常がある場合に液位を検出すると、算出された液位が正確か否かを判断することができない。

本発明は上記事実を考慮し、センサの異常を検出することのできる液位検出装置の提供を目的とする。

請求項１に記載の液位検出装置は、タンクの底部に配置される静電容量式の第１のセンサと、液面の上下に応じて静電容量が変化する静電容量式の液位検出センサと、前記第１のセンサよりも上方に配置される静電容量式の第２のセンサと、前記液位検出センサの静電容量に基づいて液面レベルを検出すると共に、液体の浸漬状態における前記第１のセンサの静電容量と前記第２のセンサの静電容量とに基づいて前記第１のセンサまたは前記第２のセンサの異常を判定する判定手段と、を有し、前記第２のセンサは、満タン時の液面位置に設けられ、前記判定手段は、液体の浸漬状態における前記第１のセンサの静電容量と前記第２のセンサの静電容量との比が予め設定された範囲内の場合において前記液位検出センサの静電容量を測定し、前記液位検出センサの静電容量と前記第１のセンサまたは第２のセンサの静電容量との比が予め設定した範囲内にあるか否かで前記液位検出センサの静電容量の異常を判定する。

請求項１に記載の液位検出装置では、静電容量式の第１のセンサがタンクの底部に配置されているので、少量でもタンク内に液体があれば、判定手段は液体に浸漬された第１のセンサの静電容量を計測することができる。
第２のセンサは第１のセンサよりも上方に配置されているので、例えば、タンクに液体を入れて第２のセンサを液体に浸漬することで、判定手段は液体に浸漬された第２のセンサの静電容量を計測することができる。

判定手段は、第１のセンサと第２のセンサが共に液体に浸漬されている際に、液体の浸漬状態における第１のセンサの静電容量と第２のセンサの静電容量とを検出して両者を比較することで、第１のセンサまたは第２のセンサの異常、またはガソリンや軽油等の液体燃料に水が混入している等の液体の異常を判定することができる。
ここで、第１のセンサの静電容量と第２のセンサの静電容量との比を所定の値に予め設定しておくことで、第１のセンサまたは第２のセンサの異常、または液体の異常を判定することができる。

例えば、ガソリンや軽油と水とでは、誘電率が大きく異なるため、燃料に水が混入して、第１のセンサが水に浸漬し、第２のセンサが燃料に浸漬することになれば、第１のセンサの静電容量と第２のセンサの静電容量との比が、燃料に水が混入していない場合と比較して異なることとなる。

また、第１のセンサまたは第２のセンサの何れかに不具合が生じた場合にも、第１のセンサの静電容量と第２のセンサの静電容量との比が、不具合が生じていない場合、即ち、正常な場合に比較して異なることとなる。
したがって、第１のセンサの静電容量と第２のセンサの静電容量とを測定して比較することで、第１のセンサまたは第２のセンサの不具合、または液体の異常を判定することができる。

なお、液位検出センサは、液面の上下（液体の接触している範囲）に応じて静電容量が変化するので、判定手段は液位検出センサの静電容量に基づいて液体の液面レベルを検出することができる。
さらに、請求項１に記載の液位検出装置では、満タン時に、第２のセンサが液体に浸漬される。判定手段は、第２のセンサの静電容量を測定することで、満タンか否かを判断することができる。判定手段は、満タン時における第１のセンサの静電容量と第２のセンサの静電容量とを測定し、両者の比が予め設定された範囲内であるか否かを判断する。
両者の比が予め設定された範囲内である場合には、第１のセンサは正常であると判断できる。
第１のセンサが正常であると判断された場合に、判定装置は、液位検出センサの静電容量を測定し、液位検出センサの静電容量と第１のセンサの静電容量との比が予め設定した範囲内にあれば液位検出センサは正常であると判定し、前記比が予め設定した範囲から外れている場合には液位検出センサは異常であると判定する。
また、第２のセンサが正常であると判断された場合に、判定装置は、液位検出センサの静電容量を測定し、液位検出センサの静電容量と第１のセンサの静電容量との比が予め設定した範囲内にあれば液位検出センサは正常であると判定し、前記比が予め設定した範囲から外れている場合には液位検出センサは異常であると判定する。
したがって、正常と判定された液位検出センサによって液位を測定すれば、液位を正確に測定できることになる。

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おいて、前記第１のセンサの静電容量と前記第２のセンサの静電容量とが同一に設定されている。

請求項２に記載の液位検出装置では、液体の浸漬状態における第１のセンサの静電容量と第２のセンサの静電容量とが同一に設定されているので、満タン時に液体の浸漬状態における第１のセンサの静電容量と第２のセンサの静電容量とを測定し、第１のセンサの静電容量と第２のセンサの静電容量とが同一か否かを判断すれば、異常判断を容易に行うことができ、判定装置も簡素化できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の液位検出装置において、前記第２のセンサの互いに対向する一対の電極が水平に延び、かつ同一高さに設けられている。
第２のセンサの互いに対向する一対の電極が鉛直方向に延びている場合には、一対の電極全体が液体に浸漬している場合と、一対の電極の一部分が液体に浸漬している場合とで、静電容量が異なることになる。

したがって、液面が、満タン時の液面よりも若干低く、一対の電極の一部分が液体に浸漬している状態で第１のセンサの静電容量と第２のセンサの静電容量とを比較した場合と、液面が満タン時の液面で一対の電極全体が液体に浸漬した状態で第１のセンサの静電容量と第２のセンサの静電容量とを比較した場合とでは、第１のセンサの静電容量と第２のセンサの静電容量との比が異なってしまい、例えば、第１のセンサまたは第２のセンサの何れかが異常と判定される場合が考えられる。

一方、請求項３に記載の液位検出装置では、第２のセンサの互いに対向する一対の電極が水平に延び、かつ同一高さに設けられているので、液体が一対の電極に対して接触した際には、一対の電極全体に液体が接触することとなり、第１のセンサの静電容量と第２のセンサの静電容量との比が、前述したように異なることは無く、液面の位置（高さ）によって第１のセンサまたは第２のセンサの何れかが異常と判定されることは無くなる。

以上説明したように請求項１に記載の液位検出装置によれば、センサの異常または液体の異常を検出することができる、という優れた効果を有する。また、請求項１に記載の液位検出装置によれば、液位を正確に測定できる。
請求項２に記載の液位検出装置によれば、異常判断を容易に行うことができる。
請求項３に記載の液位検出装置によれば、液面の位置に関わらず正確に異常を検出できる。

第１の実施形態に係る燃料タンクの縦断面図である。（Ａ）は第１の実施形態に係る静電容量センサユニットの斜視図であり、（Ｂ）は第１の実施形態に係る静電容量センサユニットの回路図である。異常検出の処理を説明するフローチャートである。（Ａ）は第２の実施形態に係る燃料タンクの縦断面図であり、（Ｂ）は第２の実施形態に係る静電容量センサユニットの展開図である。（Ａ）は第３の実施形態に係る燃料タンクの縦断面図であり、（Ｂ）は第３の実施形態に係る静電容量センサユニットの展開図である。

［第１の実施形態］
図１には、本発明の液位検出装置１０の適用された燃料タンク１４が示されている。また、図２（Ａ）には、燃料タンク構造１２に用いられる静電容量センサユニット２２が斜視図にて示されており、図３には、燃料タンク構造１２に備えられた液位検出装置１０の一例がブロック図として示されている。図面において、車両前方を矢印ＦＲで、車幅方向を矢印Ｗで、上方を矢印ＵＰでそれぞれ示す。

図１に示すように、本実施形態の燃料タンク１４は、全体として略直方体の箱状に形成されている。
燃料タンク１４の上壁１４Ｕの略中央には、挿入口１６が形成されている。挿入口１６からは、燃料タンク１４内の燃料ＦＥ（例えば、ガソリン、軽油等）を図示しないエンジンに送出するための燃料ポンプユニット（図示省略）等の機器類を挿入することができる。挿入口１６は、燃料タンク１４の外側から蓋部材１８で閉塞されている。

燃料タンク１４の内部には、図２（Ａ）に示す静電容量センサユニット２２が配置されている。
本実施形態の静電容量センサユニット２２は、略Ｌ字状に形成されており、タンク底部に沿って水平に配置される第１の静電容量センサ部２４と、その長手方向端部から垂直に立ち上げられた鉛直方向に延びる液位検出静電容量センサ部２６と、液位検出静電容量センサ部２６の上端側の側部に沿って鉛直方向に延びるように配置された第２の静電容量センサ部２５とを有している。
本実施形態の第１の静電容量センサ部２４はタンク底部に密着しているが、タンク底部から若干離間していても良い。ただし、第１の静電容量センサ部２４は、燃料タンク１４に燃料ＦＥが少量残っている状態で燃料ＦＥに浸漬されていることが好ましい。

静電容量センサユニット２２は、樹脂フィルム等の折り曲げ可能な絶縁体によって、全体として長尺状に形成されたベース２８を有している。
第１の静電容量センサ部２４、液位検出静電容量センサ部２６、及び第２の静電容量センサ部２５では、ベース２８の表面に一対の電極３０が形成されている。

ここで、第１の静電容量センサ部２４の電極３０、液位検出静電容量センサ２６の電極３０、及び第２の静電容量センサ部２５の電極３０は、電気的には図２（Ｂ）に示すように接続されている。

静電容量センサユニット２２の端部には、電極３０に接続される端子３２，３４，３６が設けられており、これらの端子３２，３４，３６には、制御装置３８が電気的に接続されている。制御装置３８は、第１の静電容量センサ部２４、液位検出静電容量センサ部２６、及び第２の静電容量センサ部２５の各々の静電容量を計測することが出来る。
なお、制御装置３８は、制御装置３８によって検出された燃料量の情報等を、たとえば車両のインストルメントパネルに設けられた表示装置（図示省略）に対し出力することができる。

図１に示すように、第１の静電容量センサ部２４は、燃料タンク１４の底部に沿って底部に密着するように配置されているので、燃料ＦＥが少量でもあれば燃料ＦＥに常に浸漬される。
第２の静電容量センサ部２５は、燃料ＦＥが満タンレベルにあるときの液面から下側に延びるように配置されており、燃料ＦＥが満タンレベルにあるときに全体が浸漬されるようになっている。

本実施形態では、第１の静電容量センサ部２４の静電容量と、第２の静電容量センサ部２５の静電容量とが同一に設定されている。
また、液位検出静電容量センサ部２６は、少なくとも燃料タンク１４の底部から満タンレベルにある燃料ＦＥの液面まで配置されており、燃料ＦＥの液面の上下に伴って燃料ＦＥとの接触範囲が変化し、液位検出静電容量センサ部２６の静電容量は燃料ＦＥのレベルによって変化することになる。
液位検出静電容量センサ部２６の静電容量は、予め第１の静電容量センサ部２４の静電容量の何倍かに予め設定されている。

（作用）
次に、本実施形態の液位検出装置の作用を図３に示すフローチャートにしたがって説明する。
先ず、最初のステップ１００では、制御装置３８は第２の静電容量センサ部２５の静電容量を測定する。

次のステップ１０２では、測定した第２の静電容量センサ部２５の静電容量に基づいて、第２の静電容量センサ部２５が燃料に浸漬されているか否かを判断する。ここで、第２の静電容量センサ部２５が燃料に浸漬されていると判断された場合には、燃料タンク１４は満タンであると判断されステップ１０４に進む。
一方、第２の静電容量センサ部２５が燃料に浸漬されていないと判断された場合には、処理を終了する。なお、第２の静電容量センサ部２５が燃料に浸漬されたと判断されるまで待機しても良い。

ステップ１０４では、制御装置３８が第１の静電容量センサ部２４の静電容量を測定する。

次のステップ１０６では、制御装置３８が、測定した第１の静電容量センサ部２４の静電容量と第２の静電容量センサ部２５の静電容量が等価か否かを判断する。ここで、等価であると判断された場合にはステップ１０８へ進み、等価でない判断された場合にはステップ１１０へ進む。例えば、第１の静電容量センサ部２４の静電容量と第２の静電容量センサ部２５の静電容量との比が、予め設定した範囲内（予め設定した基準値に対して±α％以内）である場合には等価と判断する。

ステップ１１０では、第１の静電容量センサ部２４、及び第２の静電容量センサ部２５の何れかが異常である、または、燃料ＦＥが異常である（例えば、水が混入している）との異常判定を行う。この異常判定は、例えば、制御装置３８に記憶することができ、車両の故障診断に用いることができる。

ステップ１０８では、制御装置３８は液位検出静電容量センサ部２６の静電容量を測定する。

次のステップ１１２では、液位検出静電容量センサ部２６の静電容量が、予め設定しておいた範囲（狙い値）内であるか否か、即ち、ここでは、液位検出静電容量センサ部２６と第１の静電容量センサ部２４との比が予め設定した範囲内であるか否かを判断する。
ここで、液位検出静電容量センサ部２６の静電容量が予め設定しておいた範囲から外れていると判断された場合には、ステップ１１４へ進み、液位検出静電容量センサ部２６が異常であるとの異常判定を行う。この異常判定は、例えば、制御装置３８に記憶することができ、車両の故障診断に用いることができる。

以上のようにして第１の静電容量センサ部２４、第２の静電容量センサ部２５、及び液位検出静電容量センサ部２６の異常判定が行われる。
これらのセンサ部に異常が無い場合に液位検出静電容量センサ部２６で液位を検出することで、正確な液位を検出することができる。

なお、本実施形態では、液位検出静電容量センサ部２６の静電容量が、予め設定しておいた範囲（狙い値）内であるか否かを、液位検出静電容量センサ部２６と第１の静電容量センサ部２４との比が予め設定した範囲内であるか否かで判断したが、液位検出静電容量センサ部２６と第２の静電容量センサ部２５との比が予め設定した範囲内であるか否かで判断することもできる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る液位検出装置１０を図４にしたがって説明する。なお、第１の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。

上記第１の実施形態では、第１の静電容量センサ部２４、第２の静電容量センサ部２５、及び液位検出静電容量センサ部２６の異常判定を行うようになっていたが、第１の静電容量センサ部２４及び第２の静電容量センサ部２５の異常判定のみ行うのであれば、図４に示すように、例えば、満タン時の液面とタンク底面との中間位置に第２の静電容量センサ部２５を配置しても良い。

この場合、第２の静電容量センサ部２５が燃料に浸漬されていれば、燃料タンク１４を満タンにしなくとも、第１の静電容量センサ部２４及び第２の静電容量センサ部２５の異常判定を行うことができる。

なお、第１の実施形態の静電容量センサユニット２２では第２の静電容量センサ部２５を満タン時の液面位置に設け、第２の実施形態の静電容量センサユニット２２では、第２の静電容量センサ部２５を満タン時の液面とタンク底面との中間位置に設けたが、静電容量センサユニット２２の構成はこれに限らず、例えば、静電容量センサユニット２２に第２の静電容量センサ部２５を２個設け、一方は満タン時の液面位置に設け、他方は満タン時の液面とタンク底面との中間位置に設けるようにすることもできる。この場合、第２の実施形態と同様に、下側の第２の静電容量センサ部２５が浸漬されていれば、燃料タンク１４を満タンにしなくとも、第１の静電容量センサ部２４及び下側の第２の静電容量センサ部２５の異常判定を行うことができる。
一方、満タンにした場合には、第１の実施形態と同様に、第１の静電容量センサ部２４、上下の第２の静電容量センサ部２５、及び液位検出静電容量センサ部２６の異常判定を行うことができる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る液位検出装置１０を図５にしたがって説明する。なお、前述した実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
上記実施形態では、電極３０が垂直方向に延びるように第２の静電容量センサ部２５が配置されていたが、図５（Ａ）に示すように、第２の静電容量センサ部２５を水平に配置しても良い。なお、図５（Ｂ）は、静電容量センサユニット２２の展開図が示されている。

図５（Ａ）に示すように、第２の静電容量センサ部２５は、一対の電極３０（図示せず。）が満タン時の燃料の液面と平行（即ち、水平）となり、かつ、満タン時に同時に燃料に浸漬するように配置されている。
これにより、第４の実施形態では、満タン検知の精度をより向上させることができる。

［その他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
本発明は、燃料タンク以外のタンク（液体を溜める貯留槽等も含む）にも適用可能であり、液体は、ガソリン、軽油等の燃料に限らない。
上記実施形態では、第１の静電容量センサ部２４の静電容量と、第２の静電容量センサ部２５の静電容量とが同一に設定されていたが、異なっていても良い。

１０燃料量検出装置
１２燃料タンク構造
１４燃料タンク（タンク）
２２静電容量センサユニット（液位検出装置）
２４第１の静電容量センサ部（第１のセンサ）
２５第２の静電容量センサ部（第２のセンサ）
２６液位検出静電容量センサ部（液位検出センサ）
３８制御装置（判定手段、液位検出装置）

Claims

タンクの底部に配置される静電容量式の第１のセンサと、
液面の上下に応じて静電容量が変化する静電容量式の液位検出センサと、
前記第１のセンサよりも上方に配置される静電容量式の第２のセンサと、
前記液位検出センサの静電容量に基づいて液面レベルを検出すると共に、液体の浸漬状態における前記第１のセンサの静電容量と前記第２のセンサの静電容量とに基づいて前記第１のセンサまたは前記第２のセンサの異常を判定する判定手段と、
を有し、
前記第２のセンサは、満タン時の液面位置に設けられ、
前記判定手段は、液体の浸漬状態における前記第１のセンサの静電容量と前記第２のセンサの静電容量との比が予め設定された範囲内の場合において前記液位検出センサの静電容量を測定し、前記液位検出センサの静電容量と前記第１のセンサまたは前記第２のセンサの静電容量との比が予め設定した範囲内にあるか否かで前記液位検出センサの静電容量の異常を判定する、液位検出装置。
前記第１のセンサの静電容量と前記第２のセンサの静電容量とが同一に設定されている、請求項１に記載の液位検出装置。
前記第２のセンサの互いに対向する一対の電極が水平に延び、かつ同一高さに設けられている、請求項１または請求項２に記載の液位検出装置。