JPH03505925A - 静液圧式燃料計を有する液体容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 静液圧式燃料計を有する液体容器 従来の技術 本発明は、静液圧式燃料計を有する液体容器、特に、請求の範囲第１項上位概念 に記載の種類の、タンクレベル計を有する燃料タンクに関するものである。

燃料タンク内の燃料の現存量を監視するため、自動車に備えられた燃料計は、様 々な形式のものが公知である。燃料タンクの形態が複雑になるにつれて、フロー トヲ用いた燃料計は次第に用いられなくなり、機械式でない、より融通性のある 測定システムが用いられるようになっている。たとえば、すでに用いられている ものとしては、電熱式のタンクレベル計、又は圧電式、音響式、靜液圧式いずれ かの燃料計が挙げられる。

靜液圧式の燃料計の場合、被測定液体の静液圧を測定し、その値に液体密度を算 入して現存量を推定する。

タンク内の液体の静液圧を測定するには、タンク底部での液体圧と液面上方の空 気圧との差圧を測定する必要がある。これには、一般に差圧センサが用いられる 。

この差圧方式の重大な欠陥は、市販の差圧センサの場合、温度に依存し、長時間 の間にはゼロ点が不安定になることである。

本発明の利点 請求の範囲第１項記載の特徴を有する本発明の、静液圧式燃料計を有する液体容 器は、本発明による設計構造によシ、差圧センサのゼロ位調整は簡単に可能であ り、常時、行なうことができる。その場合、ゼロ化い圧力がかけられる。この染 付のもとて差圧センサから発せられる信号が記憶され、続く充填レベル測定時に 、この記憶値だけ差圧センサの出力信号が、その前置符号に従って下方又は上方 へ修正される。このようにしてゼロ点のドリフト分だけ修正された出力信号から 、次に評価ユニットによりタンク内の現存量が、液体密度と重力加速度と全考慮 に入れて測定される。このようにして、高い測定精度が得られるのみでなく、費 用の節減も可能になる。差圧センサには、もはやゼロ点安定性や老化時の安定性 全要求する必要はなく、このため、センサは、はるかに廉価に製作できる。ゼロ 点安定性を放棄することで、いまや、よジ廉価な差圧センサも厚膜技術に用いる ことができる。

更に、差圧センサｔタンク底部の所定位置に配置する必要もなく、差圧センサは 、むしろ、金気ポンプ同様、タンクの外部に配置できる。静液圧の伝達区間に小 管を必要とするだけである。ポンプは小型でよいので、技術面の費用は僅かであ る。

空になった計量管に液体の流入全防止することは、種々の形式で可能である。本 発明の第１実施例では、金気ポンプと直列に遮断弁が備えてあり、この遮断弁は 、ポンプが切られると、計量管に液体を流入させるために開かれ、次いでポンプ が作動して計量管が空にされると、閉鎖されて、そのあとでポンプが再び切られ る。この場合、各充填量測定前に遮断ｗ′ｔ−開いて計量管に液体を流入させる ことができるが、周囲パラメータ（温度）の変化によシゼロ点ドリフトが予想さ れる場合は、比較的長い時間間隔上おく必要がある。

この比較的長い時間間隔の間に、計量管内の金気柱の圧縮（たとえば液体の加速 又は温度変化による）されると、計量管内の液体が上昇し、測定値に誤差が生じ るおそれがちる。この誤差は、本発明の有利な実施２〈ことによシ、小さくする ことができる。

本発明の第２実施例の場合には、ポンプ金常時作動状態にして、計量管内に圧力 を維持することで、計量管が窒の状態に維持される。こうすることにより、遮断 弁は不要となる。ポンプの仕事率に依存する管内の圧力降下によシ測定値に誤差 が生じる２それがあるので、計量管内の時間的圧力推移、したがって差圧センサ の、時間的に継続する出力信号を監視する。この出力信号は、ポンプの起動後短 時間は、はぼ時間的にコンスタントな振幅を有する。言いかえると、計量管内の 圧力は、はぼコンスタントである。こうして、計量管内を液体が上昇できなくな るほどポンプ出力が低減される。計量管内の圧力は降下する。いまや、ポンプ出 力が最低となるので、計量管内の圧力降下誤差も最低となる。差圧センサから発 せられる電気信号から、ゼロ点ドリフトの修正後、直接に充填レベルが導出され る。

請求の範囲第７項記載の特徴を有する静液圧式燃料計を有する本発明の液体タン クも、この章のはじめに記したのと同じ利点を有し、加えて、空気ポンプや遮断 弁が不要である。このため、製作費は更に引下げられる。もちろん、この変化形 は、液体の循環が流出と帰還を介して行なわれる液体タンクに利用が限定される 。したがって、自動車用の、タンクレベル計を有する燃料タンクとして用いるの が有利である。この種のタンクの場合は、燃料がタンクから吸出され、余分な炉 料は再びタンクへ戻されるからである。

液体の循環が中断する場合、たとえば車両エンシンの場合は、計量管は、複数連 通管の法則によシ、タンク内の液体現在レベルの高さまで充填される。計量入力 部では、差圧センサに対して等しい圧力が作用する。

差圧センサから得られる測定値は、修正値として記憶される。液体の循環時、す なわち、車両エンシンの回転時には、計量管内の液柱は、溢れ管のところまで上 昇する。計量管下端の流出口横断面を適宜に選定することによシ、計量管への時 間単位当り流入量が計量管からの流出量よシ大きいからである。差圧センサは、 計量管底部の静液圧とタンク底部の静液圧とを圧力差を測定する。そのさい、液 面上方の空気圧の影響は除去する。この影響は、計量管内の液体にもタンク内の 液体にも同じように及ぼされるからでちる。タンク底部上方の溢れ口の周矧の高 さ、液体密度、重力加速を考慮に入れ、前記差圧から現存量金直ちに求めること ができる。

ゼロ位調型の目的での液体循環の中断を行なわないようにする場合は、本発明の 別の実施例に従って、計量管の出口のところに、制御可能の横断面を有する升を 備えておく。ゼロ位調整のためには、この横断面を拡大して、時間単位当シにこ の横断面を介して流出する液体量が、計量管への流入量よシ多くなるようにする 。液柱の高さは、その番台、タンク内の液面と合致する。次いで横断面を再び縮 少させ、計量管内の液体が溢れ管から溢れるところまで上昇すると、直ちに充填 レベル測定を行なうことができる。

この場合も、ゼロ位調整は、各充填レベル測定時に、又は、比較的長い時間間隔 をおいてだけ行なうようにすることができる。これら測定時点の間には、ゼロ点 ドリフトだけ修正された、差圧センサの時間的に継続する出力信号が、現存量の 直接の尺度となるので、連続的な表示が得られ、この表示はゼロ位調整により一 時的に中断するだけである。

図面 次に本発明を図面に示した実施例につき詳説する。

第１図は静液圧式タンクンペル計付き燃料タンクの原理図、第２図は第１図に示 したタンクレベル計の変化計の差圧センサが発する出力信号の時間線図、第６図 はタンクレベル計の変化形のポンプ特性線を示した線図、第４図は本発明の別の 実施例の原理図でちる。

実施例の説明 第１図には、タンクレベル計１１に有する燃料タンク１０が原理図として示しで ある。このタンクは、一般的な、静液圧式燃料計を有する液体容器の実例として 示されている。燃料タンク１０は、充填接続管１３とタンクの蓋１４とを有する ケーシング１２全備えている。充填接続管１３にはタンクの閉じ蓋１５が付いて いる。蓋１４には、燃料吸入管１６と燻料戻し管１７が接続されている。吸入管 １６は、吸入接続管１８に接続され、接続管１８は、液面２０の下方へ延び、底 部近くまで達している。他方、戻し管１７は、液面上方に開口する戻し接続管１ ９に接続されている。

静液圧原理に従って作業するタンクレベル計１１は、２つの測定入力部２１１． ２１２’を有する差圧センサ２１と、センサ２１の出力部２１３に接続された制 御・評価ユニット２２と、表示ユニット２３とを有している。更に、タンクレベ ル計１１は、直径の小さな計量管２４ｔ−有しておシ、この計量管２４は、ゲー ジング１２内に垂直配置され、破線で示した最高液面２０′の上方からケーシン グ底部１２１−！！で達している。計量管２４の端部分は、きわめて小さい軸方 向長さにわたシ極端に拡張されておシ、この拡張部２５の容積〃ζ計量管２４の 容積よシ犬きくなるようにされている。

計量管２４の上端部には、差圧センサ２１の測定入力部２１１と、空気ポンプ２ ６とが接続されている。空気ポンプ２６には遮断弁２７が直列接続されている。

遮断弁２７七介して開放ないし閉鎖の可能な、空気ポンプ２６の吸入口が、空気 ポンプ２６自体や遮断弁２７と同様、最高液面レベル２０′上方に位置している 。

差圧センサ２１の測定入力部２１２も、同じく最高液面レベル２０′の上方に位 置しているので、差圧センサ２１は、一方では、液面に作用するのと等しい空気 圧にさらされ、他方では、計量管２４内の圧力にさらされる。遮断弁２γの開閉 と空気ポンプ２６の入・切は、制御・評価ユニット２２によシ制御される。

タンクレベル計の作用形式は次の通シであるニレベル測定開始の場合、まず、空 気ポンプ２６が切られ、制御・評価ユニット２２によシ遮断弁２４が開放される 。これによシ計量管２４に液体が流入し、計量管２４は高さｈまで液体で充たさ れる。この高さｈは、ゲージング１２内の液面レベルの高さｈと等しい。

差圧センサ２１の測定入力部２１１．２１２にかかる圧力ＰＯは、液体の充たさ れていないケーシング１２内の部分全支配する圧力と等しく、また、ケーシング １２内の燃料２９の液面２０にかかる圧力と等しい。

差圧センサ２１のゼロ点ドリフトの尺度となる差圧センサ出力信号ＵＯは、制御 ・評価ユニット２２内に記憶される。

次いで、制御・評価ユニット２２によシ、遮断弁２７が開かれ、空気ポンプ２６ が起動される。これにより計量管２４内へ空気が送入され、管内の燃料がケーシ ング１２内の燃料量２９内へ戻される。管内の燃料が１実に排出されるように測 られた一定時間後に、制御・評価ユニット２２により、遮断弁２７が閉じられ、 空気ポンプが切られる。今や、差圧センサ２１の測定入力部２１１には、ケージ ング底部１２１のところでの燃料量２９の静液圧が作用する。差圧センサ２１の 出力信号ｕ（ｔ）は、継続的に制御・評価ユニット２２に送られる。ユニット２ ２は、計量管２４の窒の場合と液体が流入している場合の、差圧センサ２１の出 力信号ｕ（ｔＪとＵＯとの差から、充填レベルの高さｈ　ｋ　、次式によ少時間 の関数として算定する：この式に２いて、ｇは重力加速、δは燃料の液体密度で ある。ユニット２２の時間的に継続する出力信号は、表示ユニット２３へ送られ 、このユニットから、任意の時間間隔にわたって充填レベルｈ（ｔ）　ｆｆｉ読 取ることができる。

測定精度を維持するためには、時々、充填レベル測定を中断して、改めてゼロ位 調整を行なわねばならない。これを行なうためには、同じくＳ断＊２７に開放し 、計量管２４に液体全流入させ、改めて差圧センサ２１の出力信号Ｕｏ　ｋ記憶 させる。次いで、計量管２４を空にした後の充填Ｖベル測定時に、新しい記憶値 Ｄｏｔ出力信号ｕ（ｔ）の修正に利用する。

第１図（７）タンクレベル計１１の場合、充填レベル測定の続く間、空気ポンプ ２Ｅｌ動作状態にしたままにし、したがって、燃料が計量管２４内へ入るのを阻 止するようにすれば、遮断弁２７は不要とすることができる。空気ポンプ２６の 作動時の測定誤差を出来るだけ小さく抑えるため、空気ポンプ２６を起動する時 から差圧センサ２１の出口信号ｕ（ｔ）の時間的な推移は、第２図に示しである 。計量管２４に液体が入っているさいに空気ポンプ２６を起動すると、まず計量 管２４内の圧力が上昇し、次いで最大値に達し、少したつとほぼコンスタントな 値に下降する。この値に達すると、制御・評価ユニット２２により、ポンプ２６ のポンプ出力が絞られて、計量管２４内へ燃料が送入されなくなる。ポンプ出力 の低減により、計量管２４に一通る空気貫流も低減し、これによって管内の圧力 が下降する。

第２図、第６図に示したように、時点ｔ１でポンプ出力が低減されると、相応に 計量管２４内の圧力も降下し、更に、差圧センサ２１の出力信号ｕ（ｔ）の振幅 も小さくなる。差圧センサ２１の出力信号は、はとんど誤りなく燃料タンク１０ 内の充填レベルｈの尺度となる。制御・評価ユニット２２は、方程式（１）によ ジ燃料タンク１０内の充填レベルｈ（ｔ）　ｔ−計算し、その値は表示ユニット ２３に表示される。第５図には、窒気ポンプ２６のポンプ特性線、要するに、必 要とされる空気量に依存するポンプ圧が示されている。時点１−ｔｌでポンプ出 力が低減され、これによりポンプ特性線が、低いほうの値と平行に推移する。

第４図の燃料タンク１０の場合、炉料計、すなわちタンクレベル計１１′が、既 述のタンクレベル計１１と異なっている。第１図の場合と合致する構成部材には 、同じ符号を付しである。ケーシング１２内に配置された、端側か開いた計量管 ２４は、この実施例の場合も、最高の液面ノベル２０′の上方からケーシング底 部１２１まで達しておシ、もちろん、その上端が戻し接続管１９に接続されてい る。加えて、計量管２４は、その上端部に溢れ口３０を有し、また、ケーシング 底部１２１に同いた下端部には流出口３１を有している。

この流出口３１には絞り３２が設けられている。この絞シの横断面は、燃料戻し 管１γ金介して計量管２４に流入する、時間単位当りの液体量が、絞シ横断面を 介して計量管の流出口３１から流出する液体量を上回るように構成されている。

計量管２４の下端部は、差圧センサ２１の測定入力部２１２に接続され、他方、 差圧センサ２１の測定入力部２１１は、ケーシング底部１２１の底部のところの 静液圧上受けている。差圧センサ２１の出力部２１３は、また制御・評価ユニッ ト２２と接続され、このユニット２２は、また表示ユニット２３と接続されてい る。

このタンクレベル報却器１１０作用形式は次の通シである： 自動車のエンシンの停止時には、燃料の循環は生じない。言いかえると、燃料が 、吸入管１６１に介して燃料タンク１０から吸入され、戻し管１７を介してタン ク１０へ再び戻されることがない。複数連通管の法則にもとづいて、計量管２４ は、液面レベル２０まで燃料で充たされる。双方の測定入力部２１１，２１２に は、タンク１０内の燃料量２８の静液圧と等しい圧力が加わっている。ゼロ点ド リフトに特徴的な、差圧センサ２１の出力信号Ｕ０は、制御・評価ユニット２２ に記憶される。

自動車のエンシンの回転とともに、燃料の循環が行なわれる。そのさい、燃料戻 し管１７ｔ−介してケーシング１２に再び流入する燃料は、まず、計量管２４へ 流入する。既述のように構成された、絞９３２の横断面によシ、測定管２４内の 燃料ンベルは上昇し、溢れ口３０のところまで達し、ここから燃料２８に加わる 。

計量管２４は、したがって溢れ口３０のところまで常に燃料で充たされている。

溢れ口３０は、ケーシング底部１２１から一定間隔１゜のところに位置している 。

差圧センサ２１は、いまや、一方では、充填高さｈを有する燃料量２８の静液圧 上受け、他方では、計量管２４内の高さ１ｏｔ有する液柱の静液圧を受ける。差 圧センサの出力信号は、これら双方の静液圧の差に比例する。差圧センサ２１の 出力信号ｕ（ｔ）は、制御・評価ユニット２２に送られ、ユニット２２は、この 信号ｕ（ｔ）から、次式により出力信号ｈ（ｔ）　ｙｋ算出する：この式におい て、ｇは重力加速、δは燃料の密度である。また、ＵＯは、ゼロ点ドリフ）ｋ表 わす記憶値で、自動車エンシン停止時の差圧センサ２１の出力信号である。制御 ・評価ユニット２２の充填レベル信号ｈ（ｔＪは、表示ユニット２３に表示され 、連続的に読取るこ差圧センサ２１のゼロ位調整を１自動車の二／シン停止とは 無関係に、また、このエンシン停止と関連する燃料循環の中断と無関係に行なお ５とする場合には、絞シ３０の代りに、横断面を変更可能の５Ｐを設けるように する。升の制御は、制御・評価ユニット２２を介して行なう。差圧センサ２１の ゼロ位調整の場合、すなわち、計量管２４への液体流入時の差圧センサ出力信号 記憶値ＵＯのゼロ位調整の場合、９Ｆ横断面は次のように制御されるようにする 。すなわち、流出０３１を介して時間単位当りに計量管２４から理論的に流出可 能な液体量が、戻し接続管１９を介して計量管２４に流入する液体量より多くな るようにするのである。

升横断面をこのように寸法づけすることにより、計量管内の燃料レベルは、液面 レベル２０となるように調節され、この結果、差圧センサ２１の双方の測定入力 部２１１．２１２には等しい静液圧が作用することとなる。次いで、差圧センサ ２１の出力信号ＵＯが制御・評価ユニット２１に記憶され、升は、次のように制 御される。すなわち、升の流過横断面が、第４図の絞シ３２のように、戻し接続 管１９を介して時間単位当シに計量管２４内へ流入する燃料量が、同じ時間単位 に弁を介して計量管２４から流出する燃料量より多ぐなるようにするのである。

国際調査報告 ｍ、、ｌＡ、ｍＩｍ＋ｗ初／ＤＥ　９０１００２６５国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．静液圧式燃料計を有する液体容器、特にタンクレベル計を有する燃料タンク であつて、タンクレベル計が差圧ヤンサとこのセンサの出力信号から燃料現存量 を確定する評価ユニツトを有している形式のものにおいて、容器内部に、端側が 開き、最高液面レベル（２０′）の上方から容器底部（１２１）まで達する小直 径の計量管（２４）が配置されおり、更に差圧センサ（２１）の一方の測定入力 部（２１１）は計量管（２４）の上端に接続され、他方の入力部（２１２）は液 面に作用する空気圧（Ｐｏ）を受け、また、計量管（２４）の上端には空気ポン プ（２６）が接続され、この空気ポンプにより、充填レベル測定のため、測定開 始時に液体を流入せしめられた、言いかえると、液面レベル（２０）まで法体を 充たされた計量管（２４）が空気送入により空にされ、更にまた、計量管（２４ ）の空の場合と液体充填時に発せられる差圧センサ２１の出力信号（ｕ（ｔ）， Ｕｏ）の差にもとづき、評価ユニット（２２）内で充填レベルの算定が行なわれ ることを特徴とする静液圧式燃料計を有する液体容器。 ２．遮断弁（２７）が空気ポンプ（２６）と直列に配置され、この遮断弁（２７ ）は、計量管（２４）に液体を充たすために開かれ、計量管（２４）が空にされ たのちに閉じられるようにされており、空にされた計量管（２４）を示す、蓬圧 ヤンサ（２１）の出力信号（ｕ（ｔ））は、遮断弁（２７）が閉じたのちに初め て受取られることを特徴とする請求項１記載の液体容器。 ５．計量管（２４）が、下端に軸方向の僅かな区間にわたり拡張部（２５）を有 し、この拡張部（２５）の直径は、計量管（２４）の容積より拡張部（２５）の 容積が大きくなるように選定されていることを特徴とする請求項２記載の容器。 ４．評価ユニット（２２）により差圧センサ（２１）の出力信号の時間的推移が 監視され、時間的にほばコンスタントな振幅が認められた場合に空気ポンプ（２ ６）に対する制御信号が発せられ、更に、ポンプ出力を制御する制御ユニツト（ ２２）が備えられており、ポンプ出力は、制御ユニット（２２）によつて制御信 号にもとづいて低減され、液体が空の計量管（２４）に侵入できないようにされ ており、更にまた、空にされた計量管（２４）に割当てられた、差圧センサ（２ １）の出力信号（ｕ（ｔ））が、ポンプ出力が取戻されたのちに初めて受取られ ることを特徴とする請求項１記載の液体容器。 ５．計量管（２４）を空にする作業が、計量管（２４）の充填時の差圧センサ（ ２１）の出力信号（Ｕｏ）（ゼロ位調整値）を１度受取り記憶した後の、比較的 長い時間間隔の始めに１度だけ行衣われ、液体充填レベル（ｈ（ｔ））が、差圧 センサ（２１）の、ゼロ位調整値（Ｕｏ）だけ減じられた出力信号（ｕ（ｔ）） から、連続的に導き出されることを特徴とする請求項３又は４記載の液体容器。 ６．差圧センサ（２１）と空気ポンプ（２６）が、場合によつては、直列配置さ れた遮断弁（２７）を含めて、容器内の、最高液面レベル（２０′）上方に配置 されていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項記載の液体容器 。 ７．請求項１の上位概念記載の液体容器であつて、液体の流出と還流とを介して 液体循環が行左われる形式のものにおいて、容器内部に、端側が開かれ、最高液 面レベル（２０′）の上方から容器底部（１２１）まで達する計量管（２４）が 配置され、その上端が液体戻し部（１７，１９）に接続されており、更に、差圧 センサ（２１）の測定入力部（２１２）は計量管（２４）の下端と接続され、他 方の測定入力部（２１１）には容器底部（１２１）の液体圧力が加えられ、更に また、計量管（２４）の下端には、絞り（３２）、又は制御可能の横断面を有す る弁が配属された流出口（３１）が設けられ、計量管（２４）の上端には溢れ口 （３０）が設けられており、更に、液体レベルの確定が、評価ユニット（２２） により、計量管（２４）が溢れ口（３０）まで液体に充たされた場合と液面（２ ０）まで法体に充たされた場合の、差圧センサ（２１）の出力信号（ｕ（ｔ）， Ｕｏ）の差にもとづいて行なわれることを特徴とする燃料計を有する液体容器。 ８．絞り（３２）ないし制御可能の升の開口横断面が、液体の循環時に液体戻し 管（１７，１９）を介して時間単位当りに計量管に流入する液体量が、流出口（ ３１）を介し計量管（２４）から流出する液体量より多くなるように寸法づけさ れており、かつまた、液面（２０）まで計量管（２４）が充たされた場合の、差 圧センサ（２１）の出力信号（Ｕｏ）を得るために、液体の循環を一時的に中止 するか、もしくは、制御可能な弁の横断面を拡張して、流出口（３１）を介して 時間単位当りに計量管（２４）から理論的に流出可能な液体量が、戻し管（１７ ，１９）を介して計量管（２４）に流入する液体量より大であるようにするが、 いずれかであることを特徴とする請求項７記載の液体容器。 ９．液体の循環の中断たいし弁横断面の制御が、１回だけ、比較的長い時間間隔 の開始時に行なわれ、差圧センサ（２１）の出力信号（Ｕｏ）（ゼロ位調整値） が受取られ、記憶され、かつまた、充填レベル（ｈ（ｔ））が、液体の循環時に 絞り（３２）が作用するか、ないしは制御可能の弁の開放横断面が再び縮少され るかするさいに、ゼロ位調整値（Ｕｏ）だけ減じられた時間的に連続する、差圧 センサ（２１）の出力信号（ｕ（ｔ））から、連続的に導き出されることを特徴 とする請求項８記載の液体容器。