KR101311796B1 - 연료량 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료량 측정장치에 관한 것으로, 특히 연료 내부와 외부의 이물에 의한 영향을 받지 않고 연료 탱크의 기울어짐에 따른 압력 오차가 거의 없으며 또한 충격이나 진동의 영향으로부터 자유로워 정확한 연료량을 측정할 수 있을 뿐만 아니라 간단한 구조로 인해 고장률이 적고 생산효율을 높일 수 있는 연료량 측정장치에 관한 것이다.

Description

연료량 측정장치{APPARATUS OF MEASURING FUEL LEVEL}

본 발명은 연료량 측정장치에 관한 것으로, 특히 연료 내부와 외부의 이물에 의한 영향을 받지 않고 연료 탱크의 기울어짐에 따른 압력 오차가 거의 없으며 또한 충격이나 진동의 영향으로부터 자유로워 정확한 연료량을 측정할 수 있을 뿐만 아니라 간단한 구조로 인해 고장률이 적고 생산효율을 높일 수 있는 연료량 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 운전석 클러스터에는 차량의 연료탱크 내 연료 잔량을 운전자에게 알려주는 연료게이지가 설치되어 운전자로 하여금 연료가 소진되기 전에 보충할 수 있도록 하고 있다.

이러한 연료 잔량을 알려 주기 위해 연료탱크 내에 남아 있는 연료량을 측정하는 연료량 측정장치로는 한국 공개특허공보 제1998-0019830호에서 "연료탱크의 정중앙 상하면을 연결하여 설치된 중공축; 상기 중공축의 외주에 이동가능하게 끼워지고, 연료 유면을 따라 부유할 정도의 비중을 갖는 브래키트; 상기 브래키트가 기울어지지 않도록 하향지지하고, 중공축의 외주에 끼워진 스프링; 상기 브래키트의 외곽에 고정되고, 연료 유면을 따라 부유하는 플로우터; 상기 중공축의 외주에 상하일정간격으로 배치되고, 브래키트와 접촉되어 접점되는 다수의 스위치; 상기 각 스위치에 연결되고, 중공축의 내주면을 따라 상부로 연장된 다중송신형 전기배선; 및 상기 다중송신형 전기배선의 상단에 설치되어, 접점된 스위치로부터 전기적 신호를 연료계로 전달하는 연료 게이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료량 측정장치"를 기재하고 있고, 또한 한국 공개특허공보 제1999-0032720호에서 "연료탱크의 상면으로부터 저면을 향하여 수직으로 뻗어있는 관 부재와, 상기 관부재내의 상부에 마련되어 상기 관부재내의 연료의 수위에 비례하는 공기의 압력을 감지하는 가스압력센서와, 상기 가스압력센서로부터의 출력으로부터 연료량에 비례하는 전기적 신호를 발생시키는 연료량 신호변환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료량 측정기"를 기재하고 있으나 정확한 연료량을 측정하는 데는 한계가 있다.

그 외 종래의 대표적인 연료량 측정장치는 도 5에 도시된 바와 같이, 플로트(61)의 변위에 따라 저항값이 변동되는 저항식 샌더유니트(sender unit)(60)를 구비하는데, 이러한 저항식 샌더유니트는 가변저항부(64), 예컨대 퍼텐쇼미터(potentiometer)와 플로트 암(62)에 의해 연결된 플로트(61)를 사용하여 연료탱크 내의 잔류 연료량의 액위를 측정하는 방식을 취하고 있다. 구체적으로 이 방식은 연료탱크(50)내의 연료(F)에 플로트(61)를 띄우고 연료의 액위에 따라 플로트 암(62)의 접점부(63)가 가변저항부(64)에 접촉 회전되고, 상기 접점부(63)와의 접촉 변위에 따라 출력 저항값이 변화되는 가변저항부(64)가 접점부(63)의 회전위치에 대응되는 전기적인 신호를 출력하여 이에 따른 전류 값을 연료량으로 환산하여 계기판에 나타내는 것이다. 즉 계기판의 지침은 계기판에 흐르는 전류에 따라 그 위치가 달라지는데, 계기판에 지침의 위치별로 연료량을 미리 표기해 두면 연료탱크내의 연료량을 알 수 있게 되는 것이다.

그러나 상기 방식은 플로트가 움직이는 공간이 연료탱크 내에 확보되어야 하기 때문에 주어진 형상의 연료탱크에 적합한 플로트 암의 설계가 어려우며, 퍼텐쇼미터용 브러시의 조립, 배선 납땜, 플로트 암의 각도교정, 몰딩 등 제조공정을 자동화하기 어렵기 때문에 생산효율의 향상에 한계가 있을 뿐만 아니라, 퍼텐쇼미터에는 특수금속이나 귀금속 등이 사용되는데, 이러한 귀금속의 가격이 계속 상승하고 있기 때문에 원가가 상승할 수밖에 없는 문제점이 있으며, 또한 연료의 출렁임에 플로트가 민감하게 반응하고 연료가 기울어짐에 따라 플로트에 작용하는 부력이 달라질 뿐만 아니라 연료탱크 내·외부의 이물에 의한 접촉 저항값의 변화 등으로 정확한 연료량의 측정이 어렵고 또한 마모가 쉽고 고장률이 높다는 등의 문제점이 있다.

한국 공개특허공보 제1998-0019830호 한국 공개특허공보 제1999-0032720호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 연료 내부와 외부의 이물에 의한 영향을 받지 않고 연료 탱크의 기울어짐에 따른 압력 오차가 거의 없으며 또한 충격이나 진동의 영향으로부터 자유로워 정확한 연료량을 측정할 수 있을 뿐만 아니라 간단한 구조로 인해 고장률이 적고 생산효율을 높일 수 있는 연료량 측정장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 보다 분명해 질 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 상하부에 홀을 구비한 하우징과, 상기 하우징 내에 이격되게 위치하여 상기 하우징의 하부 홀을 통해 들어온 연료의 압력을 받는 디스플레이서와, 상기 하우징 상단에 고정 장착되는 고정바와, 상기 고정바의 일단에 고정되되, 상기 디스플레이서에서 전달된 압력을 전달받는 금속 성분의 볼과 상기 압력을 센싱하는 압저항 센서를 구비하는 캔틸레버 빔(cantilever beam)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 압저항 센서는 휘스톤 브리지로서, 상기 캔틸레버 빔 상하에 각각 2개의 압저항 소자가 구비된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 디스플레이서는 상기 하우징의 홀을 관통하는 돌출부를 구비하는 상하 캡을 포함하되, 상기 상부 캡의 돌출부에는 자석이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 금속 성분의 볼은 반구형인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 고정바는 상기 금속 성분의 볼이 형성된 상기 캔틸레버 빔의 반대면과 대향하는 면에 스토퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 디스플레이서의 밀도는 연료의 밀도보다 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 연료 내부와 외부의 이물에 의한 영향을 받지 않고 연료 탱크의 기울어짐에 따른 압력 오차가 거의 없으며 또한 충격이나 진동의 영향으로부터 자유로워 정확한 연료량을 측정할 수 있을 뿐만 아니라 간단한 구조로 인해 고장률이 적고 생산효율을 높일 수 있는 등의 유용한 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료량 측정장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 A-A의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이서의 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 캔틸레버 빔의 저면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 캔틸레버 빔의 평면도이다.
도 5는 종래의 연료량 측정장치를 나타내는 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

또한 본 발명 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료량 측정장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 A-A의 단면도이다. 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료량 측정장치는 상하부에 홀(11, 12)을 구비한 하우징(10)과, 상기 하우징 내부에 이격되게 배치되되, 상기 하우징의 하부 홀(12)을 통해 들어온 연료의 압력을 받는 디스플레이서(20)와, 상기 하우징 상단에 고정 장착되는 고정바(40)와, 상기 고정바(40)의 일단에 고정되되, 상기 디스플레이서(20)에서 전달된 압력을 전달받는 금속 성분의 볼(32)과 상기 압력을 센싱하는 압저항 센서를 구비하는 캔틸레버 빔(cantilever beam)(30)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 연료량 측정장치의 둘레를 이루는 상기 하우징(10)은 전체적으로 원형 단면을 가지며 상하로 긴 형상을 가지는 원통형 관체로 고정바(40)와 캔틸레버 빔(30)을 수용하기 위해 상부에 공간이 형성된 것으로, 상하부에 각각 하나의 홀(11, 12)을 구비한다. 상기 상부 홀(11)은 상기 디스플레이서(20)의 상부 캡 돌출부(22)를 안내하는 기능을 하는 것이고, 상기 하부 홀(12)은 압력 측정의 대상이 되는 연료가 이동하여 상기 디스플레이서(20)와 접촉하도록 연료의 이동 통로 기능을 하는 것이다. 이로써 상기 하부 홀을 통하여 연료가 상기 디스플레이서(20)의 표면까지 접촉하게 되며, 연료의 압력 증가로 인하여 상기 디스플레이서(20)가 부력을 받아 상승하게 되어 상기 디스플레이서의 상부 캡 돌출부(22)가 상기 금속 성분의 볼(32)과 접촉하게 되어 상기 캔틸레버 빔이 변위를 일으키게 되는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이서의 단면도인 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 연료량 측정장치의 상기 디스플레이서(20)는 상기 하우징(10)의 홀(11, 12)을 관통하는 돌출부(22, 24)를 구비하는 상하 캡(21, 23)을 포함하는데, 상하 캡(21, 23)은 디스플레이서의 내부에 액체를 넣은 후 밀폐하는 것이 바람직하다. 이에 대해서는 후술한다.

또한 상기 상부 캡 돌출부(22)에는 자석(25)이 형성되어 있는 것이 바람직한데, 보다 바람직하게는 상부 캡 돌출부 내부에 자석이 포함되는 것이다. 상기 디스플레이서(20)가 부력에 의해 상승하게 되면 상기 상부 캡 돌출부(22)가 상기 캔틸레버 빔(30)의 금속 성분의 볼(32)과 부딪치므로, 이때 상기 캔틸레버 빔(30)은 미세한 바운싱(bouncing)을 일으킨다. 이로 인해 상기 캔틸레버 빔(30)은 미세한 충격이나 진동을 받게 되어 정확한 압력을 계산하기 어렵게 되는바, 이러한 충격이나 진동의 영향을 제거함으로써 보다 정확한 압력을 계산하여 연료 게이지의 정확성을 부여할 수 있도록 하기 위하여 상기 상부 캡 돌출부(22)에 자석(25)을 구비하게 되는 것이다. 즉 상기 디스플레이서(20)가 부력에 의해 상승할 때 상기 자석(25)과 상기 금속 성분의 볼(32)이 서로 붙도록 하여 상기 캔틸레버 빔(30)이 받을 수 있는 미세한 충격이나 진동의 영향을 제거함으로써 보다 정확한 제어를 할 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기 디스플레이서(20)의 밀도는 측정 대상이 되는 연료의 밀도보다 큰 것을 특징으로 하는데 이를 위해 연료의 밀도보다 더 큰 밀도의 액체를 담을 수 있다. 이는 디스플레이서의 불필요한 부력에 의한 압력의 증가를 방지하여 보다 정확한 연료량을 측정하기 위한 것이다. 즉 측정대상이 되는 연료만의 부력에 의한 압력을 정확히 센싱하기 위한 것이다. 예컨대, 탱크 내의 연료가 휘발유 또는 경우인 경우 휘발유의 밀도는 약 0.65 ~ 0.75 g/cm³이고 경유의 밀도는 약 0.83~0.88 g/cm³이므로 상기 디스플레이서에는 이보다 더 큰 밀도를 가진 액체인 물 등을 넣으면 된다. 또 이를 위해 상기 디스플레이서는 액체를 넣은 후 상부 캡(21)과 하부 캡(23)을 사용하여 밀폐시키는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 상기 하우징(10)과 상기 디스플레이서(20)의 재질로는 고도의 내구성과 견고함 및 우수한 치수적인 안정성, 특히 우수한 화학저항성의 물성을 가지는 점에서 폴리옥시메틸렌(POM 또는 폴리아세탈)을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 캔틸레버 빔(cantilever beam)의 저면도와 평면도인 도 4a 및 도 4b에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 하우징(10) 상단에 고정 장착되는 고정바(40)의 일단에 지지대(42)를 통해 고정되는 캔틸레버 빔(30)은 상기 디스플레이서(20)에서 전달된 압력을 전달받는 금속 성분의 볼(32)과 상기 압력을 센싱하는 압저항 센서를 구비한다.

상기 금속 성분의 볼(32)은 반구형인 것인 것이 바람직하다. 상기 금속 성분의 볼(32)을 반구형으로 하는 것은 상기 디스플레이서(20)가 수직이 아닌 소정의 경사각을 가지고 상기 캔틸레버 빔(30)을 누르는 경우에 발생할 수 있는 오차를 제거하기 위한 것이다. 예컨대 상기 금속 성분의 볼(32)의 형상이 사각형인 경우 상기 디스플레이서가 경사를 이루어 상기 캔틸레버 빔(30)을 누르는 경우에는 경사각에 따라 상기 캔틸레버 빔(30)에 전달되는 압력이 조금씩 다를 수 있지만 상기 금속 성분의 볼(32)이 반원형으로 이루어지면 상기 디스플레이서(30)가 소정의 경사각을 가지고 상기 캔틸레버 빔(30)을 누르는 경우에도 상기 캔틸레버 빔(30)에 전달되는 압력이 동일하여 경사각에 따른 오차가 전혀 없게 되어 보다 정확한 제어를 할 수 있게 되는 것이다.

또한 상기 압저항 센서는 휘스톤 브리지로서, 상기 캔틸레버 빔 상부와 하부에 각각 2개의 압저항 소자(33)가 구비된 것(도 4a 및 도 4b)이다. 이로써 상기 캔틸레버 빔(30)의 굴곡에 따른 저항변화는 휘스톤 브리지를 이용하여 검출될 수 있다. 또한 상기 압저항 소자(33)는 신호처리 IC 칩(31)과 전기적으로 연결되어 있고, 상기 신호처리 IC 칩(31)은 케이블(34)을 통하여 계기판 등과 연결될 수 있다.

또한 상기 고정바(40)는 상기 금속 성분의 볼(32)이 형성된 상기 캔틸레버 빔(30)의 반대면과 대향하는 면에 스토퍼(41)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 디스플레이서(20)가 과도한 압력을 받으면 상기 캔틸레버 빔(30)에 과도한 힘이 작용하여 상기 캔틸레버 빔(30)이 파괴될 수 있기 때문에 상기 스토퍼(41)를 두어 이를 방지하기 위한 것이다.

다음으로 본 발명에 따른 연료량 측정장치의 작용 및 효과를 구체적으로 설명한다.

먼저, 상기 디스플레이서(20)는 그 표면에 작용하는 연료의 압력 때문에 전체로서 연직방향의 힘인 부력을 받게 된다. 이 때 연료탱크에 있는 연료의 액면이 증가함에 따라 상기 디스플레이서(20)가 부력을 받아 상승하게 되면, 상기 디스플레이서(20)의 상부 캡(21)에 있는 돌출부(22)가 상기 캔틸레버 빔(30)에 부착되어 있는 금속 성분의 볼(25)을 눌러주게 되므로, 이 때 상기 캔틸레버 빔(30)이 변위를 일으키고, 그 결과 압저항이 변하게 되는 것이다. 즉 연료의 부력에 의한 상기 디스플레이서의 변위(레벨의 변화)에 비례하여 압저항 센서에서의 압저항이 변하게 되고 신호처리 IC 칩(31)에서 이러한 압저항의 변화에 대응되는 전기적인 신호를 출력하여 이에 따른 전류 값을 연료량으로 환산하여 연료량을 계기판에 나타내는 것이다. 상기 신호처리 IC 칩은 본 발명의 목적에 부합되는 회로 등을 포함한 주문형 반도체(ASIC)가 될 수도 있다.

또한 종래의 대표적인 연료량 측정장치(도 5)는 연료탱크가 소정의 각도로 기울어진 경우에는 탱크 저면으로부터의 연료의 액위가 일정하지 않기 때문에 플로트 하부에 작용하는 연료의 압력이 부위마다 달라지게 되어 탱크 내의 연료량이 실제와 다르게 표시되는 경우가 있다. 이에 반해 본 발명에 따른 연료량 측정장치는 상기 디스플레이서(20)가 상기 하우징(10) 내부에 이격되게 배치되어 있는 구조로 되어 있고 상기 디스플레이서와 상기 하우징 사이에 있는 연료의 압력에 의해서 센싱이 되기 때문에 연료탱크가 경사각을 가지는 경우에도 연료의 변위차가 거의 없어 정확한 연료량을 측정할 수 있는 장점이 있다. 즉 본 발명에 따른 연료량 측정장치는 연료탱크가 소정의 각도로 기울어진 경우에도 상기 디스플레이서의 표면에 작용하는 부력은 기울어지지 않은 상태에서 상기 디스플레이서의 표면에 작용하는 부력과 거의 동일하기 때문에 연료탱크의 기울어짐에 따른 오차가 발생할 여지가 없어 정확한 연료량을 측정할 수 있게 되는 것이다.

아울러 종래의 연료량 측정장치(도 5)는 오일류에만 적용가능하지만 본 발명에 따른 연료량 측정장치는 모든 물질에 적용 가능하다는 장점이 있다.

위와 같이 본 발명에 따른 연료량 측정장치는 그 구조적인 차이로 인해 종래의 가변저항부와 달리 레버가 없음으로 인해 측정 공간이 훨씬 줄어들고 연료 내부와 외부의 이물에 의한 영향을 전혀 받지 않으며 또한 충격이나 진동의 영향으로부터 자유롭기 때문에 보다 정확한 센싱을 할 수 있어 궁극적인 목적인 연료량을 보다 정확하게 측정할 수 있으며, 또한 간단한 구조로 인해 고장률이 적고 생산효율을 높일 수 있는 장점이 있는 것이다.

본 발명은 첨부된 도면에 의해 참조되는 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만, 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 범위내에서 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료량 측정장치는 자동차의 연료 잔량을 측정하는 연료량 측정장치에 대해서만 설명했지만 선박, 보일러, 가전기기, 발전기, 유압유니트, 압력탱크 및 각종 산업용 탱크 등 수위를 측정할 필요가 있는 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서도 산업상으로 이용 가능함은 물론이다.

10 : 하우징 11 : 상부 홀
12 : 하부 홀 20 : 디스플레이서
21 : 상부 캡 22 : 돌출부
23 : 하부 캡 24 : 돌출부
25 : 자석 30 : 캔틸레버 빔
31 : 신호처리 IC 칩 32 : 금속 성분의 볼
33 : 압저항 소자 34 : 케이블
40 : 고정바 41 : 스토퍼
42 : 지지대 50 : 연료탱크
60 : 저항식 샌더유니트 61 : 플로트
62 : 플로트 암 63 : 접점부
64 : 가변저항부

Claims (6)

1. 연료량 측정장치에 있어서,
   상하부에 홀을 구비한 하우징과,
   상기 하우징 내에 이격되게 위치하여 상기 하우징의 하부 홀을 통해 들어온 연료의 압력을 받는 디스플레이서와,
   상기 하우징 상단에 고정 장착되는 고정바와,
   상기 고정바의 일단에 고정되되, 상기 디스플레이서에서 전달된 압력을 전달받는 금속 성분의 볼과 상기 압력을 센싱하는 압저항 센서를 구비하는 캔틸레버 빔(cantilever beam)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료량 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 압저항 센서는 휘스톤 브리지로서, 상기 캔틸레버 빔 상하에 각각 2개의 압저항 소자가 구비된 것을 특징으로 하는, 연료량 측정장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 디스플레이서는 상기 하우징의 상부 홀과 하부 홀을 각각 관통하는 돌출부를 구비하는 상부 캡과 하부 캡을 포함하되, 상기 상부 캡의 돌출부에는 자석이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 연료량 측정장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 금속 성분의 볼은 반구형인 것을 특징으로 하는, 연료량 측정장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 고정바는 상기 금속 성분의 볼이 형성된 상기 캔틸레버 빔의 반대면과 대향하는 면에 스토퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료량 측정장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 디스플레이서의 밀도는 연료의 밀도보다 큰 것을 특징으로 하는, 연료량 측정장치.

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